IEC Kommunikation in dezentralen verteilten Energieerzeugungsanlagen

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1 HOCHSCHULE FÜR TECHNIK, WIRTSCHAFT UND KULTUR LEIPZIG Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik IEC Kommunikation in dezentralen verteilten Energieerzeugungsanlagen Prof. Dr. A. Pretschner

2 Gliederung Einführung IEC Historischer Hintergrund Aufbau Anwendung und Einsatzgebiete IEC Wieso ein Windstandard Aufbau der Norm Virtuelles Kraftwerk: Projekt EVIK Zusammenfassung und Ausblick 2

3 Erneuerbare Energien erneuerbarer Energieanteil bis 2020: min 35% heute: 20 % 17% 35 % 65 % 50% 50% % Konventionelle Erneuerbare % 35 % 80% 20%

4 Smart Grid regional und intelligent Smart Grid - Intelligentes Energieversorgungssystem gemäß DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Quelle: EUR European Technology Platform SmartGrids 4

5 IEC Historischer Hintergrund ursprünglich für elektrische Stationsautomatisierungssysteme (SAS) entwickelt Notwendigkeit einer genormten effizienten Kommunikation zwischen IED unterschiedlicher Hersteller -> Interoperabilität 1988 EPRI & IEEE initated UCA UCA 1.0 (Utility Communications Architecture) UCA EPRI & IEEE joined WG 10 of IEC TC 57 IEC

6 IEC Aufbau I Quelle: Dr Heiko Englert, Ralf Gruhne: Kommunikation mit IEC

7 IEC Aufbau II Datenübertragung: TCP/IP sowie MMS (Manufacturing Messaging Specification) für die Client-Server- Kommunikation zeitkritische Daten: Goose-Nachrichten (Generic Object Oriented Substation Events) Echtzeit-Anforderungen: Ereignisse systemweit per Broad- oder Multicast zyklisch in festgelegten Zeitintervalle versendet Aufbau der IED`s streng hierarchisch 7

8 IEC Anwendung Anlagen effektiv vernetzen, verwalten, überwachen und steuern Möglichkeit der bedarfsorientierten Instandhaltung und Wartung verbesserte Diagnose und Fehlerbehebung Simulation des Netzes 8

9 IEC Einsatzgebiete Einsatzgebiete: SAS (Stationsautomatisierungsysteme) DER (IEC LN for DER) Photovoltaik, Brennstoffzelle, Batterie, BHKW Hydro Power Plant (IEC ) Windenergieanlagen (IEC ) IEC Windenergieanlage IEC IEC Umspannwerk Distributed Energy Resources Wasserkraftanlage 9

10 IEC Vorteile standardisierte Kommunikation und Engineering-Prozess Unabhängigkeit von Herstellern Reduzierung der Schnittstellenvielfalt hohe Verfügbarkeit der Informationen mehr Echtzeitdaten und Funktionen Investitionsschutz SmartGrid ready (Datenaustausch unter allen Netzelementen) 10

11 IEC Quelle: Energiekonzept/0-B%C3%BChne/ma%C3%9Fnahmen-im-ueberblick.html 11

12 IEC Wieso ein Windenergiestandard? Einheitliche Kommunikationsplattform für Monitoring und Steuerung von Windenergieanlagen Kommunikationsbarrieren (durch eine Vielzahl von proprietären Protokollen, Datenbeschriftungen, Daten-Semantik usw.) minimieren Möglichkeit Windenergieanlagen zu verwalten, unabhängig von den herstellerspezifischen SCADA-Systemen Interoperabilität zwischen Geräten verschiedener Hersteller max. Skalierbarkeit, Konnektivität und Interoperabilität -> Kostensenkung 12

13 IEC Detail Kommunikationen zwischen den Komponenten der Windenergieanlage wie Windturbinen, Akteuren und SCADA-Systemen Anwendungsbereich der IEC umfasst alle Komponenten, welche für den Betrieb von Windkraftanlagen benötigt werden: meteorologische System, elektrische System (Netzanschluss), Windenergieanlagen-Betriebssteuerungssystem IEC definiert: Informationsmodell Informationsaustausch Mapping auf ein Kommunikationsprofil (Protokoll Stack) Konformitätsprüfungen 13

14 14

15 IEC Detail IEC beruht auf die IEC erweitert die Informations- Modelle für Windenergieanlagen Standard definiert nicht, wie und wo die Kommunikation-Schnittstelle implementiert wird IEC Wind Power IEC SAS, Hydro, DER 15

16 IEC Vergleich IEC IEC IEC (+ 10) Standard LN Modelle (PDIS, XCBR, ) 500 (+ 200) Standard Data (Pos, ) 100 (+100) Standard Data Attributes (stval, q, ) 30 (+ 10) Standard Common Data Classes 10 (10) Standard Communication Service Modelle 16

17 IEC Normübersicht Konzept des Kommunikationsmodells nach Normenreihe IEC ; Quelle: IEC

18 IEC Informationsaustauschmodell Modellierungsverfahren (konzeptionell) nach IEC ; Quelle: IEC

19 Virtuelles Kraftwerk: Projekt EVIK Entwicklung eines Virtuellen Kraftwerkmanagements für lokale Energieversorgungsunternehmen Einbindung von Biogas und weiteren DER Optimale Energiespeicherung und Energieerzeugung der Anlage Geschäftsmodelle auf lokaler Ebene (lokaler Energiemarkt) Einbindung in ein virtuelles Kraftwerk (SmartGrid) Steuerung, Regelung, Wartung und Instandhaltung Vergütung Netzstabilität (Verbrauch vor Ort) Marktmodelle: Direktvermarktung kleiner Energieerzeuger lokale Energiehändler Regelenergie-Bereitstellung (positiv/negativ) 19

20 Virtuelles Kraftwerk: Projekt EVIK Direktvermarktung als virtuelles Kraftwerk Fahrplanmanagement Regelenergie Instandhaltung Wartung Steuerung Quelle: 20

21 Zusammenfassung und Ausblick IEC Interoperabilität, Sicherheit, Investitionsschutz Simulation des Netzes erweiterte Funktionen und Diagnosemöglichleiten IEC einheitlicher Informationsaustausch zur Überwachung und Steuerung von Windenergieanlagen Maximierung der Skalierbarkeit, Konnektivität und Interoperabilität Reduzierung der Kosten und Manpower 21