ETG-Workshop Frankfurt/M, 19.02.2003, © Karlheinz Schwarz, SCC Seite 1
Neue dezentrale Versorgungsstrukturen:
Energiemanagement -Datenkommunikation aus Herstellersicht
VDE ETG-Workshop
Frankfurt/M
19.02.2003VDE ETG-Workshop
Frankfurt/M
19.02.2003
Schwarz Consulting Company, SCC Dipl.-Ing. Karlheinz SchwarzIm Eichbaeumle 10876139 Karlsruhe / Germany
Tel +49-721-684844Fax +49-721-679387Email [email protected] www.scc-online.de
ObmannDKE AK 383.0.1“Kommunikation fürWindenergieanlagen”
ETG-Workshop Frankfurt/M, 19.02.2003, © Karlheinz Schwarz, SCC Seite 2
Kommunikationsnormen
• Anwender
• Hersteller
• Systemintegratoren
Für wen?
Welche?
• IEC 61850 (Substation)
• IEC 61400-25 (WPP)
ETG-Workshop Frankfurt/M, 19.02.2003, © Karlheinz Schwarz, SCC Seite 3
Interesse an Normen/Standards?
Vielfalt der Lösungen ist KerngeschäftSystem-integratoren
viele
Hausstandard/flexibel Hersteller
wenige
Kosten Betreiber
KostenVersorgungs-unternehmen
Normen sind Kerngeschäft Normungs-organisationen*)
*) teilweise
ETG-Workshop Frankfurt/M, 19.02.2003, © Karlheinz Schwarz, SCC Seite 4
Warum noch eine Norm? (1)
• Deregulierung verlangt neue Informationsflüsse -auch über die Grenzen eines EVU hinaus.
• Dezentrale Energieerzeugung (Wind, Brenn-stoffzelle, ...) benötigt flächendeckendenInformationsfluß.
• Neue Anwendungen wie dezentraleEnergiemanage-ment-Systeme undzustandsorientierte Überwachung benöten mehrProzessdaten in Echtzeit als bisher.
• Engineering der Informationen wird aufwändiger.
ETG-Workshop Frankfurt/M, 19.02.2003, © Karlheinz Schwarz, SCC Seite 5
Warum noch eine Norm? (2)
• Um den Aufwand für die zukünftige Kommunikationin einer heterogenen und homogenen Geräte-/Systemlandschaft zu reduzieren.
• Keine andere Norm definiert die Informationen fürSchaltanlagen und WEA, die in einem heterogenenUmfeld ausgetauscht werden müssen.
• Keine andere Norm bietet die wesentlichenAustauschmechanismen (for Monitoring and Control)für diese Informationen.
ETG-Workshop Frankfurt/M, 19.02.2003, © Karlheinz Schwarz, SCC Seite 6
Warum noch eine Norm? (3)
• Alle bisherigen Normen liefern in der Regel nurrudimentäre Lösungen für die Anforderungen, diemit IEC 61850 und IEC 61400-25 abgedeckt werden.
• Die folgenden Themenkomplexe werden mit Hilfeder Normen erfüllt:- Informationsmodels- Information Exchange- Communication Profiles
• IEC 61850 und 61400-25 verwenden vielebestehende Normen.
ETG-Workshop Frankfurt/M, 19.02.2003, © Karlheinz Schwarz, SCC Seite 7
Anforderungen
• Messen, Steuern, Regeln: einheitliche Repräsentationder Prozess- und Anlagendaten (Wert, Status,Zeitstempel), Online-Konfiguration, ...
• Engineering: Durchgängig über alleHersteller/Lebensphasen, ...
• Instandhaltung: einheitliche Beobachtung/Diagnose,spontane Meldungen, Bestandsgarantie 15+ Jahren, ...
• Bedienen und Beobachten: einheitlicher Zugriff aufProzeßdaten, spontane Meldungen, Erfassung vonBedienhadlungen, ...
• Prozessführung: systemweiter einheitlicher Zugriff aufProzess- und Anlagendaten, ...
ETG-Workshop Frankfurt/M, 19.02.2003, © Karlheinz Schwarz, SCC Seite 8
Betreiber
Zentrale und dezentrale Strukturen
dezentralerErzeuger
dezentralerErzeuger
dezentralerErzeuger
Energy-management
Asset-management
Tele-service
Transport- / VerteilnetzTransport- / Verteilnetz traditionelleErzeuger
Handel
Netz-betreiber
... Verbraucher
SCADA
ETG-Workshop Frankfurt/M, 19.02.2003, © Karlheinz Schwarz, SCC Seite 9
Interne und externe Kommunikation
externesInterface
1
dezentraleAnlage
-Prozess
(Prozess-werte)
>n
LokaleSteuerung,Überwachung,Regelung,Schutz, ...
nTCP/IP,serielle Kopplung, ...
...
Feldbusse,serielle Kopplung, ...
...
?
ETG-Workshop Frankfurt/M, 19.02.2003, © Karlheinz Schwarz, SCC Seite 10
Interne und externe Kommunikation
externesInterface
1
dezentraleAnlage
-Prozess
(Prozess-werte)
>n
LokaleSteuerung,Überwachung,Regelung,Schutz, ...
nTCP/IP,serielle Kopplung, ...
...
Feldbusse,serielle Kopplung, ...
...
?
Gegeben;kaum Normungsbedarf
ETG-Workshop Frankfurt/M, 19.02.2003, © Karlheinz Schwarz, SCC Seite 11
Externes Interface (Was, Wann)
Informationen (was kommunizieren?)Informationen (was kommunizieren?)
WEA: 3000+
Status (momentan, Reihe, Zähler)
Messwert / abgeleitete Werte(momentan, Reihe, Zähler)
Steuerwerte
Sollwerte
Parametersätze
Uhrzeit
Selbstbeschreibung/Konfiguration
ETG-Workshop Frankfurt/M, 19.02.2003, © Karlheinz Schwarz, SCC Seite 12
Igel !Eagle?
Verbindung ist nicht Kommunikation
ETG-Workshop Frankfurt/M, 19.02.2003, © Karlheinz Schwarz, SCC Seite 13
Gute Basisfür Normen
+ deadband+ range+ units+ sample rate+ scale+ description ...
+ t+ q+ Ersatzwert
"(Abstrakte) Objekte"
Zeit
Prozesswert(Messwert)
Das WAS?
ETG-Workshop Frankfurt/M, 19.02.2003, © Karlheinz Schwarz, SCC Seite 14
Services(wann?)Services(wann?)
Externes Interface (Was, Wann)
Informationen (was kommunizieren?)Informationen (was kommunizieren?)
WEA: 3000+
Status (momentan, Reihe, Zähler)
Messwert / abgeleitete Werte(momentan, Reihe, Zähler)
Steuerwerte
Sollwerte
Parametersätze
Uhrzeit
Selbstbeschreibung/Konfiguration
Abrufen (momentan, Zähler)
Abrufen (Reihen)
spontan Melden
Steuern
Sollwertvorgaben
Parameter setzen
Abfrage der Selbst-beschreibung/Konf.
ETG-Workshop Frankfurt/M, 19.02.2003, © Karlheinz Schwarz, SCC Seite 15
Externe Kommunikation (Wie?)
externesInterface
IEC 60870-5-101/104IEC 61850-8-1IEC 60870-6 TASE.2
...
?DNP3.0ProfiNet
EthernetIPModbus TCP...
...OPC DAOPC DXOPC XML-DA
Ethernet/SOAPWebservices, ...und und ... 100+100+
ETG-Workshop Frankfurt/M, 19.02.2003, © Karlheinz Schwarz, SCC Seite 16
Co
nfi
rura
tio
n la
ng
ua
ge
Schichtenmodell
me
ssa
ge
s
me
ssa
ge
s
Logical node and dataclasses, and commondata classes
Information
2000+ name tagged
information2000+ name tagged
information
Was?Was?
Informationexchange
Abstractcommunication serviceinterface (ACSI)
publ./subscr., get,
set, control, ...
reporting, loggingpubl./subscr., get,
set, control, ...
reporting, logging
Wann ?Wann ?
Communication profiles
Ethernet,
TCP/IP, OSIEthernet,
TCP/IP, OSI
Mapping to e.g.MMS Wie?Wie?
ETG-Workshop Frankfurt/M, 19.02.2003, © Karlheinz Schwarz, SCC Seite 17
Die Antwort: Hannover Messe2002
one worldone technologyone standard
Quelle: RWE, ABB, Alstom, Siemens (HMI 2002)
AEP
ETG-Workshop Frankfurt/M, 19.02.2003, © Karlheinz Schwarz, SCC Seite 18
Von der Vielzahl ...
DNP LON 60870-5-101/4
60870-5-103
FIELDBUSMODBUS PROFIBUS
Kombi-Gerät
Schutz 1 Schutz 1Schutz 2 Schutz 2
Stations Gateway
ZentraleFunktionen
HM I
Prozessinterface Prozessinterface Prozessinterface
MVB,CAN
sonstige
Quelle: RWE, ABB, Alstom, Siemens (HMI 2002)
ETG-Workshop Frankfurt/M, 19.02.2003, © Karlheinz Schwarz, SCC Seite 19
„Lasst doch den Markt entscheiden!“ “Ich habedie bessere
...”
ETG-Workshop Frankfurt/M, 19.02.2003, © Karlheinz Schwarz, SCC Seite 20
... zur Einzahl
IEC 61850:Communication networks and
systems in substations
1995 - 2002
ETG-Workshop Frankfurt/M, 19.02.2003, © Karlheinz Schwarz, SCC Seite 21
System Aspects1 Introduction and Overview [Technical Report]2 Glossary [Draft]3 General Requirements [IS]4 System and Project Management [IS]5 Communication Requirements for Functions and Device Models [FDIS]
Configuration6 Configuration Language for electrical Substation IEDs (SCL) [CDV]
Modelling Introduction7-1 Principles and Models [FDIS]
Information Models7-4 Compatible Logical Node Classes and Data Classes [FDIS]7-3 Common Data Classes [FDIS]
Information Exchange Methods7-2 Abstract Communication Services [approved FDIS]
Mapping to real Comm. Networks (SCSM)8-1 Mappings to MMS (ISO/IEC 9506-1/-2) and to ISO/IEC 8802-3 [CDV]9-1 Sampled values over serial unidir. multidrop point to point link [FDIS]9-2 Sampled values over ISO/IEC 8802-3 [CDV]Testing10 Conformance Testing [CD]
IEC 61850IEC 61850
ETG-Workshop Frankfurt/M, 19.02.2003, © Karlheinz Schwarz, SCC Seite 22
IEC 61850 für SchaltanlagenControlCenter HMI Engineering
EthernetSwitch
Router
Station Bus
RelayA
BayControlle
r
ModernSwitchgear
ModernCT /VT's
RelayB
RelayA
BayControlle
r
ModernSwitchgear
ModernCT /VT's
RelayB
ProcessBus
otherdevicsother
devicsotherdevics
ETG-Workshop Frankfurt/M, 19.02.2003, © Karlheinz Schwarz, SCC Seite 23
• Datenmodelle für Schaltanlagen (80+)(Schützen, Steuern, Überwachen, ...)
Zusammenfassung IEC 61850
• Konfiguration der Geräte
• Kommunikation für Schaltanlagen, ...
• Weltweite Unterstützung
• Veröffentlichung in 2002/2003
• Durchgängige Anwendung
ETG-Workshop Frankfurt/M, 19.02.2003, © Karlheinz Schwarz, SCC Seite 24
IEC TC 88 Project 25
IEC 61400-25:Communications
for monitoring and control of wind power plants
Im weitesten Sinne des Wortes,
im Nah- und Fernbereich
“für” im Sinne von“zur Unterstützung von
jeglicher Art von”
Jede Art von on-lineund off-line Überwachung
“of” im weitesten Sinne - nicht nur “mit” oder “zwischen”,sondern auch “innerhalb”
ETG-Workshop Frankfurt/M, 19.02.2003, © Karlheinz Schwarz, SCC Seite 25
IEC 61850
Substations (HV, MV)SCADA
IEC 61400-25Wind Power
Wiederverwendung
IEC 6??Solar, Fuel Cell, ...
ETG-Workshop Frankfurt/M, 19.02.2003, © Karlheinz Schwarz, SCC Seite 26
- Wind turbine- Wind generator- Nacelle- Rotor- Gear- Brake- Yaw- ...
- Wind turbine- Wind generator- Nacelle- Rotor- Gear- Brake- Yaw- ...
InformationModels
Informationen (Beispiel)
Drawing developed by the U.S. Department of Energy - Wind Energy Program
ETG-Workshop Frankfurt/M, 19.02.2003, © Karlheinz Schwarz, SCC Seite 27
LN classes Description
WTUR general wind turbine informationWROT wind rotor informationWTRM wind transmission informationWBRK wind brake informationWGEN wind generator informationWNAC wind nacelle informationWYAW wind yaw informationWTOW wind tower informationWCNV wind converter informationWBEC wind beacon informationWMET wind meteorological information
Informationsmodelle IEC 61400-25
ETG-Workshop Frankfurt/M, 19.02.2003, © Karlheinz Schwarz, SCC Seite 28
Drawing developed by the U.S. Department of Energy- Wind Energy Program
Generator: MeasurandsGenerator speedDuty factor sent to generatorSlipGenerator current (Weier)Generator bearing temperatureGenerator temperatureGenerator 2 temperature
Generator: MeasurandsGenerator speedDuty factor sent to generatorSlipGenerator current (Weier)Generator bearing temperatureGenerator temperatureGenerator 2 temperature
Generator: StatusinformationThyristor openingGenerator connectedHeat generator (order)Status word from Weier
Generator: StatusinformationThyristor openingGenerator connectedHeat generator (order)Status word from Weier
Real Wind GeneratorReal Wind GeneratorModelModel
Informationsmodelle IEC 61400-25
ETG-Workshop Frankfurt/M, 19.02.2003, © Karlheinz Schwarz, SCC Seite 29
WROT classAttributeName
Attr.Type
Explanation
LNName Shall be inherited from Logical-Node Class(see IEC 61850-7-2)
DataCommon Logical Node Information... LN shall inherit all Mandatory Data from
Common Logical Node ClassStatus InformationHyPmpPt DPS Status of hydraulic pump for pitch systemStRotBlk SPS Status of rotor blockingVnPosDet INS Detection of vane position for each blade (or
tip-brake)...Measured valuesPtAngRf MV Value of pitch angle for reference blade (1)PtAng2 MV Value of pitch angle for blade 2...ControlsSetRotPos INC Set rotor to certain position...SettingsSetPtAngRf ASG Set target value for pitch angle of reference
blade (1)...
Informationsmodelle IEC 61400-25
Rotor
ETG-Workshop Frankfurt/M, 19.02.2003, © Karlheinz Schwarz, SCC Seite 30
IEC TCs mit ähnlichenAnforderungen
TC 57 Power system control andassociated communications
TC 82 Solar photovoltaic energysystems
TC 88 Wind turbine systems
TC 105 Fuel cell technologies
IEC 61850,IEC 60870-5,IEC TASE.2,...
IEC 61400-25
ETG-Workshop Frankfurt/M, 19.02.2003, © Karlheinz Schwarz, SCC Seite 31
• USA: Anwendung der Norm für Gas und Wasser
Weitere Aktivitäten
• Power Quality Objects -> IEC 61850
• USA: Electricity Innovation Institute - E2I
• USA: Consortium for Electric Infrastructure toSupport a Digital Society (CEIDS)
• USA: Distributed Energy Resources (DER) Com-munication Architecture Workshop, 17./18.3. 03, Dallas
• FGH Fachtagung „IEC 61850“ Mannheim, 11./12.03.03http://www.fgh-ma.de/verein/veranst/progr_Fachtagung_IEC61850_2003_03.htm
ETG-Workshop Frankfurt/M, 19.02.2003, © Karlheinz Schwarz, SCC Seite 32
Open Communication Architecture for DistributedEnergy Resources in Advanced Distribution Automation
CEIDSCEIDS
ETG-Workshop Frankfurt/M, 19.02.2003, © Karlheinz Schwarz, SCC Seite 33
Zusammenarbeit• IEC 61400-25 könnte die (Basis-)Norm für die
dezentrale Energieversorgung werden
• Zusammenarbeit über „Wind“ hinaus
• Internationale Zuarbeiten abstimmen
• Hersteller und Anwender detailliert überCD IEC 61400-25 informieren
Sommer 2003Sommer 2003
• Zusammenarbeit der deutschen Anwender,Hersteller und Systemintegratorenunter dem Dach von DKE K 383organisieren (AK 383.0.1)
nächste Sitzung
AK 0.1 am
15. Mai 2003
nächste Sitzung
AK 0.1 am
15. Mai 2003
ETG-Workshop Frankfurt/M, 19.02.2003, © Karlheinz Schwarz, SCC Seite 34
Elektronische Kopie der Präsentation:www.scc-online.de/std/61400/links.html