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Dezentrale Erzeugung, Intelligente Netze
und ihre Anforderungen an die IKT Kommunikationsanforderung und Standards
28.09.2011 Energy meets IKT - Standards und Sicherheit im Energiedatenmanagement
Matthias Stifter – AIT Energy, Electric Energy Systems
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Inhalt
Aktives Verteilnetzmanagement, Netzautomatisierung
Projekt DG DemoNetz
Integration Dezentraler Erzeugung
Dezentrale Regelung
Zukünftige Rolle im Niederspannungsverteilnetz
ISOLVES:PSSA-M und Smart LV Grid
Intelligente Planung, Monitoring und Regelung
Proaktive Laststeuerung
Integration von E-Mobility
Standards und Interoperabilität
Datenmodelle und Nachrichten
Automatisierung
Zusammenfassung
2 30.09.2011
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Aktives Verteilnetzmanagement, Netzautomatisierung Projekt DG DemoNetz:
Spannungshaltung durch Integration dezentrale Erzeuger (DG)
-
Spannungserhöhung durch DG
Ohne dezentrale Erzeugung
Spannungserhöhung durch
dezentrale Erzeugung
4 30.09.2011
„DG DemoNetz – Konzept Aktiver Betrieb von elektrischen
Verteilnetzen mit hohem Anteil dezentraler Stromerzeugung –
Konzeption von Demonstrationsnetzen“ bmvit Bericht
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DG DemoNetz (1)
Fernregelung (level control)
Regelung des Stufentransformators in
Abhängigkeit von Spannungsmesswerten aus
dem Netz (Kritische Knoten)
Voraussetzung sind Informationen über den
Netzzustand IKT notwendig
5 30.09.2011
110/30 kV
110 kV
30 kV
DG1
DG4
DG5
DG6
DG2
DG3
DG1
M1
M2
M3
CVCU
-
DG DemoNetz (2)
Koordinierte Regelung (level + range control)
Regelung des Stufentransformators in
Abhängigkeit der Spannungsmessdaten aus
dem Netz
Lokale Blindleistungsregelung (Q) und in
letzter Instanz einer Wirkleistungsregelung (P)
bei geeigneten Erzeugeranlagen
Die Beiträge der einzelnen Anlagen zur
Spannungsregelung sind in einem linearisierten
Netzmodell - der Beitragsmatrix hinterlegt
Voraussetzung sind Informationen über den
Netzzustand IKT notwendig
6 30.09.2011
110/30 kV
110 kV
30 kV
DG1
DG4
DG5
DG6
DG2
DG3
DG1
M1
M2
M3
CVCU
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DG DemoNetz - Ansatz
Die folgende Indikatoren werden verwendet:
Überspannung
Spannungsband
Unterspannung
Spreizung: Abstand zwischen höchster und tiefster Spannung zu einem
Zeitpunkt im Netz
Zwei Maßnahmen werden umgesetzt:
level control: U-regelung durch den Stufenregler beim Umspanner
range control: U-regelung durch Anlagenregelung: Q(P) wenn die
Spreizung das Spannungsband überschreitet
7 30.09.2011
-
Fernwirktechnik
Fernwirkkonzept
8 30.09.2011
Anlage
Umspannwerk
Hauptverwaltung
CVCU
Umspanner
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Kommunikationslösung
Großes Walsertal
Einsatz unterschiedlicher
Kommunikationsmedien
LWL
PLC
WiMax / Richtfunk
9 30.09.2011
-
Feldtest KW Brunnenfeld / UW Bürs (Vorarlberg)
Sicherheit: Updates, Logdateien, Wartungszugang
10 30.09.2011
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COM
OPC
SICAM
230
IEC 104MV
Network
OPCPower
FactoryCVCUOffline Simulation
Real Time Simulation Process Interface via SCADA
Telecontrol interface
Network planning
(simulation)
CIM
?NEPLAN
OPC
IEC 61850
SCADA
(Mango)
Netzdaten
-modell
SINCAL
Spektrum
?
Network operation
(process)
IEC
61850
Schnittstellen und Datenformate
Einsatz in Netzbetrieb und Netzplanung
Austausch von Netzdatenmodelle
11 30.09.2011
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Projekt ISOLVES und Smart LV Grid Intelligentes Niederspannungsnetz
-
Niederspannungsnetz
Derzeitiges Zustand im Niederspannungsnetz
13 30.09.2011
-
PSSA Methodik
PSSA-M Power Snap Shot Analysis by Meters
Erfasst werden pro Zähler im synchronen 1 sec-RMS Intervall: 3xSpannung,
3xStrom, 3xWirkleistung und 3xBlindleistung
Die Triggervorschläge werden an den Datenkonzentrator übermittelt, wo dann
der Triggerzeitpunkt ausgewählt wird
14 30.09.2011
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Simulation - Power SnapShot
Power Snap Shot im Smartie Netz
15 30.09.2011
-
Simulation - Szenarien
Power Snap Shot mit zusätzlich angenommenen einphasigen PV Anlagen
16 30.09.2011
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Darstellung des Netzzustandes im Tagesverlauf
Verlauf der Spannungen
Verlauf der Leistungen
17 30.09.2011
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Erster Power Snap Shot
Smart Grids Week 2011in Linz
PSS Host zur Verwaltung
und Analyse
18 30.09.2011
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Smart LV Grid
PV und Elektromobilität sind Treiber für Smart LV Grid
PV und EV
19 30.09.2011
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Smart LV Grid
PV und Elektromobilität sind Treiber für Smart LV Grid
Keine PV
20 30.09.2011
-
Smart LV Grid
PV und Elektromobilität (EV) sind Treiber für Smart LV Grid
Keine EV
21 30.09.2011
-
Smart LV Grid
Entwicklung von Regelstrategien zur Spannungshaltung
22 30.09.2011
-
Schnittstellen und Datenformate
23 30.09.2011 Automatic Simulation
GIS (SmallWorld)
GIS Application Interface
PSS Analyser
Database PostGreSQL / PostGIS
AMIS
Ch
eck m
an
ua
lly
co
mp
are
Placement
Algorithm
DB:
SnapShots
Network Data
Network Simulation
(PowerFactory)
TS
Geographic
and
Topological
Datamodel
Converter /
Validator
DGS
Datamodel
(automatic)
DGS
Datamodel
(manually
checked)
SnapShot
Datei
XMLGeographic
Data
GIS DB
U
Node Voltages
Simulation
Results
P,Q
SnapShot
Data
U
Node Voltages
SnapShot
Data
Analyzation
Change Parameter
Z,X,P,Q,
Generators, Loads
- Charts
- Video
Reference
Topology
PSSA
Triggers /
PQ Guard
Meters
DC
Meter
PQ
Meter
PQ
Meter
DC DC
MeterMeter
SnapShot
Datei
XML
PQ Guard
SnapShot
Datei
XML
SnapShot
Datei
XML
PQ Guard
PQ Guard
DB:
PQ Guard
Check
network
model
Weekly
creating
and
deployment
PSSA
Visualization
Optimize
Schedule
CIS (SAP)
CIS DB
Relation
Meter - Load
Administration - Files - Versions
CIM
61968-13
CIM
61968-9
CIM
61968-100
-
Standards und Interoperabilität Datenmodelle und Automatisierung
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CIM IEC 61968 IOP 201
CIM Message und Datenmodell Interoperabilitätstest (Paris, EDF)
25 30.09.2011
Use Cases:
1. Initialize network2. Non-telemetered fuse trips3. Telemetered breaker trips4. Tap for new subdivision5. Maintenance on transformer6. Meter replacement
Normal State
Normal State
Normal & assetchanges
Proposed normalchanges
Recommended normalchanges
Build SwitchingPlan
Substation
IED
IED
IED
Device out &fault data
Device out &fault data
Metersdown
Device out &fault dataDevice Out
Device out
Energize
Switching Plan to energize
Fault location isolation stepsRestoration steps
AMI/MDM
SCADA
OMS DMS
GIS Planning
Predict tooutage device Current
StateCurrent
State
NormalState
Normal State
CIS
WMS
MWF
Meter servicerequest
Meter serviceorder
Meter info &complete
status
WMS
MWF
Isolation Steps
FLISR = Fault Location, Isolation,and Restoration
Scope: A - Outage ManagementB - Network Model SynchronizationC - Maintenance
IEC61968 2011 Scope
Workorder
Current State
-
CIM IEC61968 IOP 2011
CIM Message und Datenmodell Interoperabilitätstest (Paris, EDF)
Organisiert von EPRI, ENTSO-E und EDF
IOP Tests für IEC 61850 und IEC 61970/61968 (CIM)
Berichte sind öffentlich verfügbar
Teilnahme für jeden offen, auch “Witnesses”
Mehr Information unter:
http://cimug.ucaiug.org
https://www.entsoe.eu/resources/cim/interoperability-tests/
26 30.09.2011
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CIM IEC61968 IOP 2011
CIM Message und Datenmodell Interoperabilitätstest (Paris, EDF)
Use cases:
SCADA reports breaker trip to DMS and OMS, DMS provides fault location
AMI reports customer outages to OMS, OMS reports tripped fuse to DMS
Exchange Full and Incremental models between two different DMS (GIS) systems
DMS requests conditional based transformer maintenance
Messages
Device status change notification event
Fault data notification event / Fault location request/reply
Work Request including Meter Service Request and Customer Service Request
Document goals:
Standard submittals to IEC for Part 3, Part 4, Part 6, and Part 13
Participants:
GE Energy, Siemens, Oracle, Landis + Gyr, IBM, TIBCO, SISCO, ERPI, EDF,
OpenGridSystems, AlstomGrid, EDF R&D, Sunflower Systems
27 30.09.2011
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CIM IEC61968 IOP 2011
Part 3 – Network operations
Outage Report by Meters:
Status Message aus dem CIM Measurement profile:
Diskreter Messwert, Zeitstempel, Quelle und neuer Statuswert
28 30.09.2011
L+G Gridstream
TIBCO
Telvent Responder
TIBCO
Alstom Grid
e-terradistribution
AMI publishes power down
events for meters downstream
of a fuse. OMS receives
notification.
OMS predicts the fuse out of
power based on the meter
events
OMS publishes a confirmed
outage for the fuse and DMS
receives notification
Oracle Utilities Network
Mgmt. System
IBM
WebSphere
Alstom Grid
e-terradistribution1
2
Created(EndDeviceEvents) Created(DiscreteMeasurements)
Created(DiscreteMeasurements)
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CIM IEC61968 IOP 2011
Part 3 – Network operations
Outage Report
by Meters
Anforderungen
Web Service
JMS
29 30.09.2011
Alstom Grid
E-terradistribution
TIBCO
GE Energy
PowerOn
SCADA reports outage at telemetered
breaker. OMS receives notification and
records is as a confirmed outage.
Oracle Utilities Network
Mgmt. System
3
4
Alstom Grid
e-terradistribution
Oracle
Service Bus
Created(DiscreteMeasurements)
Created(DiscreteMeasurements)
EDF R&D
SITR-DIGITAL
TIBCO
GE Energy
PowerOn5
Created(DiscreteMeasurements)
EDF R&D
SITR-DIGITAL
TIBCO
GE Energy
PowerOn6
Created(DiscreteMeasurements)
EDF R&D
OpenESB
-
CIM IEC61968 IOP 2011
Part 4 & 13 – Network initalization & CDPSM
Demonstrate interoperability based on CIM – CDPSM Profile
Exchange a full distribution power system network model
(CIM XML based on RDF/XML version of CIM)
Execution of power flow and verify solutions between different
vendors
Exchange of incremential updates (e.g. switches)
Exchange of GIS profiles (import into DMS)
30 30.09.2011
-
CIM IEC61968 IOP 2011
Part 4 & 13 – Network initalization & CDPSM
Export / Import
Validate the format of the file for conformation
31 30.09.2011
Participant A
XML
Import/
Export
CIM
XML
Document
5.x
Browser
XML
Tools XSL
Style
Sheet
CIM
XML
Schema XML
Import/
Export
Participant
B
-
Participant
A
Participant
B
CIM XML
Import
CIM XML
Doc 1
Model
Maint
System
CIM XML
Import
Model
Maint
System
CIM XML
Export
CIM XML
Doc 2CIM XML
Validator
1
1,42
2
3
4
5
1,4 5
CIM IEC61968 IOP 2011
Part 4 & 13 – Network initalization & CDPSM
CIM Interoperability Test
Export is re-imported from another participant
32 30.09.2011
-
Participant
A
Participant
B
CIM XML
Import
CIM XML
Doc 1
Power Flow
Application A
CIM XML
Import
Power Flow
Application B
CIM XML
Doc 2 (a previously imported/exported file
of the sample model used in step 1)
CIM XML
Validator
Solution
(1)
(4,5)
(3) (2)
(2)
(1)
(3)
(4)
Solution
(2,5)
CIM IEC61968 IOP 2011
Part 4 & 13 – Network initalization & CDPSM
Power Flow solution test
Compare PF results
33 30.09.2011
-
Projects / Activities at AIT
AIT’s Standard-based Automation Architecture for Smart Grids Applications
Key Standards
Integration (SOA)
• IEC 62357
Planning & High-
Level Operation
(CIM)
• IEC 61970
• IEC 61968
Low-Level
Operation
• IEC 61850
• IEC 61499
34 05.09.2011
System Engineering and
Planning Layer
System Components Layer
Control
Layer(IPC, embedded
controller,
IEC 61499/4DIAC)
SCADA Layer(PC, Mango web
server/client)
Meter Data
ManagementDMS / SCADA
EngineeringPrimary
Substation
Secondary
Substation
Tap-
changerBuilding
Gateway
ESB / CIM
Data-
concen-
trator
IEC61499
Network Simulation
Interconnection
Assessment,
Functional Testing
Network Operation
Field Devices,
System
Engineering
Smart
Meter
IEC61850
IEC61850
External
Systems
Application
Profiles
Application
Interfaces
Interfaces,
Protocol Profiles
FB FB
FB
Technical Process (i.e. Power Distribution Network)
PlanningGISVisualization
IEC61970
IEC61968
-
Anwendungsbeispiel:
Interoperabilität und Kompatibilität von Datenformaten
Power Flow Network Model
Exchange
a) CIM description and
b) derived topological model for
network analysis
35 30.09.2011
-
Anwendungsbeispiel:
Mögliches Zusammenspiel der IEC 61850 und der IEC 61499
N. Higgins, V. Vyatkin, et al., Distributed
Power System Automation with IEC 61850,
IEC 61499 and Intelligent Control, IEEE
Transactions on Systems, Man, and
Cybernetics, Part C: Applications and
Reviews, 2010
36 30.09.2011
-
Anwendungsbeispiel:
Open Standards and Open Source
Applying Open Standards
and Open Source Software
for Smart Grid Applications:
Simulation of Distributed
Intelligent Control of Power
Systems,
Thomas Strasser, Matthias
Stifter, Filip Andren, Daniel
Burnier de Castro, and
Wolfgang Hribernik
Weitere Beispiele
CIMTool
Mango (SCADA)
IEC60870-5-104
…
37 30.09.2011
-
Zusammenfassung Ausblick
-
Ausblick
Intelligente Energiesysteme
Steigender Anteil dezentralen Erzeuger im Verteilnetz (MS/NS)
Neue Regelkonzepte für die Integration
Bedarfsdeckung durch lokal erzeugte Energie
Flexible Lasten und Speicher
Integration der Elektromobilität
Standardisierte Schnittstellen
Notwendig für Planung und Betrieb
Austausch der Netzdatenformate (VNB, F&E)
Interoperabilität
Open Standards + Open Source = Smart Grid
Unterstützung, Verbreitung und Anwendung
39 30.09.2011
-
AIT Austrian Institute of Technology your ingenious partner
Matthias Stifter
Energy Department
Electric Energy Systems
AIT Austrian Institute of Technology
Österreichisches Forschungs- und Prüfzentrum Arsenal Ges.m.b.H.
Giefinggasse 2 | 1210 Vienna | Austria
T +43(0) 50550-6673 | M +43(0) 664 81 57 944 | F +43(0) 50550-6613
[email protected] | http://www.ait.ac.at
mailto:[email protected]://www.ait.ac.at/