Energiedaten auf den Punkt gebracht - Online

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1 Energiedaten auf den Punkt gebracht - Online Dipl.-Ing. Günter Müller (Noffz ComputerTechnik), Dipl.-Ing.(FH) / Technischer Betriebswirt IHK Ludger Lohmann (Stadtwerke Münster), Rainer Haves (Stadtwerke Münster) Kurzfassung Zur Optimierung von Stromerzeugung und Netzbelastung in ihren Versorgungsgebieten besteht seitens der Energieversorger ein hohes Interesse an Echtzeitdaten sämtlicher Umspannanlagen, Kraftwerke und Erzeugeranlagen. Die von den Wandlern dieser Anlagen analog, digital oder mittels GPRS übertragenen Echtzeitdaten werden einer Zentrale übermittelt. Dienste dieser Zentrale stellen die Daten im LAN oder WAN zur Verfügung. Weiterhin werden ausgewählte Daten minütlich aktualisiert in Form von Impulspaketen und Analogsignalen zur Verfügung gestellt und steuern Anzeigeeinheiten mit digitaler oder analoger Schnittstelle. Abstract Power authorities are in need of real-time data from their network and all of their power generation facilities (like transformer stations and power plants) in order to optimise the power generation and the network load in their supply areas. These facilities provide real-time data using digital pulses or analog signals. Furthermore, up-to-date equipment supports data transmission via GPRS by sending each minute one packet of data. All of this data is received at a central station (implemented as the so-called Server-PC) that provides services to transmit or present the data in a meaningful way over the network (LAN or WAN). This allows customers of the Online-System to monitor the data on their PCs. Additionally, the data from selected power generation facilities is provided as packet of pulses or analog signals to allow for displays that come with an analog or digital interface. Anforderung Folgende Liste ist ein Auszug der Anforderungen an das System. Sie definiert aus der Sicht des Systembetreibers notwendige Funktionen und Randbedingungen, die vom Online- System unterstützt werden müssen. Von den Stationen gesendete Daten sind minutengenau zu behandeln. Jedes Datenpaket wird vom Absender mit einem Zeitstempel versehen (dazu sind alle Teile des Systems über DCF77 zeitsynchronisiert) und ist unabhängig von der Reihenfolge des Eintreffens zu behandeln. Alle Daten müssen eine Kennung, die Anwendern die Vollständigkeit (bzw. Gültigkeit) der betrachteten Daten anzeigen, besitzen. Die Visualisierung soll über ein Netzwerk (LAN/WAN) unter Verwendung von Standardprotokollen erfolgen. Der Betreiber muss Anwendergruppen definieren können. Jeder Gruppe lässt sich die Menge der einsehbaren Daten (bzw. Merkmale) zuweisen. Die Menge der angezeigten Merkmale soll anwenderseitig konfigurierbar sein. Ausgewählte Daten müssen zu bestimmten Zeiten exportiert werden. Der Export muss konfigurierbar sein hinsichtlich der Zeitpunkte, wann exportiert wird, und der Liste der Merkmale, die exportiert werden. Änderungen in der Exportkonfiguration müssen zur Laufzeit erfolgen können. Als Zielformat wird zunächst nur ein Export in eine ASCII-Datei unterstützt. Unterstützung von Anzeigeeinheiten mit digitaler oder analoger Schnittstelle ist vorzusehen. Eine Aktualisierung der Anzeige(n) muss mit dem Eintreffen neuer Daten erfolgen. Die Speichertiefe des Systems muss mindestens 60 Tage in die Vergangenheit und 10 Tage in die Zukunft betragen. Unterstützung und Konfiguration von Prognosedaten, die von ausgewählten Anwendern erstellt werden, ist vorzusehen. Die Modifikation der Systemkonfiguration muss ohne Neustart der Software durchführbar sein. Wandlerdaten haben zeitlichen Bezug, z.b. nach Wandlerwechsel. Unterstützung von berechneten Merkmalen (z.b. Netzlast = Summe aus N Merkmalen) wird benötigt. Die Temperatur nimmt eine ausserordentliche Rolle ein und ist in einem separaten Graphen anzuzeigen. Seite 1 von 5

2 Die Zeitumstellung im März und Oktober (Sommerzeit) ist zu berücksichtigen und darf keine Fehlfunktion mit sich ziehen. Datensicherheit ist zu beachten. Realisierung Ausgehend von diesen Anforderungen wurde entschieden, das Online-System basierend auf einem RT-System der Fa. National Instruments und einem Server-PC aufzubauen. Damit besteht eine strikte Trennung zwischen den Echtzeitaufgaben, die vom Compact FieldPoint System behandelt werden und der Behandlung der Anfragen über das Netzwerk, die von den Anwendern des Online-Systems erzeugt und vom Server-PC bearbeitet werden. (s. Bild 1) Das Pilotsystem besteht aus einem Compact FieldPoint System mit folgenden Komponenten (s. Bild 2): cfp-bp-8, die 8-Slot Backplane für Compact FieldPoint System cfp2020-controller cfp-ctr-502, ein Counter Module, dessen 8 Eingänge und 4 Ausgänge genutzt werden. Das cfp-system verfügt über sieben CTR-502. cfp-aio-600, ein Kombimodul, dessen 4 Analogeingänge und 4 Analogausgänge vom Online-System unterstützt werden. Die Software des cfp-controllers wurde mit LabVIEW 7.0 erstellt. Das mittels DCF 77 Uhr zeitsynchronisierte Compact FieldPoint System sendet minutengenau erfasste Daten an einen Server PC, der die Daten aufbereitet und in visualisierter Form netzwerkweit verfügbar macht. Bild 1: Konzept des Online-Systems Seite 2 von 5

3 Bild 2: Compact FieldPoint System im Einsatz Die Software des Server-PCs wurde ebenfalls mit LabVIEW erstellt und verwendet Remote Panel, um Anwendern im Netzwerk die Ansicht der Daten zu ermöglichen. Bild 3: Remote Panel im Modus aktuell Seite 3 von 5

4 Remote Panel erlauben dem Anwender die Definition mehrerer Ansichten: Eine Ansicht wird durch folgende vier Vorgaben definiert: Cursorposition: Der Anwender definiert die horizontale Position aktuell eintreffender Daten links, mittig oder rechts. Die Standardeinstellung "rechts" präsentiert zu 70% Daten aus der Vergangenheit und zu 30% zukünftige Daten. Durch Auswahl einer alternativen Cursorposition erzielt der Anwender eine höhere Betonung der Prognosedaten. Modus: In der Standardeinstellung "aktuell" werden mit dem Eintreffen neuer Daten auf dem Server die Anzeigen der Remote Panel aktualisiert. Im Modus "Historie" wird das Control "Cursorposition" durch einen vom Anwender bedienbaren Zeitstempel ersetzt. In diesem Modus präsentiert das Remote Panel die Daten ab diesem Zeitstempel und ermöglicht den Blick in die Vergangenheit. Im Modus "Historie" ist die Anzeige eingefroren und wird nicht durch eintreffende Daten beeinflusst. sichtbares Intervall: In der Standardeinstellung zeigt ein Remote Panel die Daten einer Stunde an. Verfügbare Werte ermöglichen eine Ansicht von bis zu zwei Monaten. Auflösung: In der Standardeinstellung sind die angezeigten Werte minutengenau. Alternativ lassen sich 15- und 60-Minuten-Werte anzeigen. Die zur Anzeige gebrachten Endewerte enden in diesem Fall auf vollen Viertelstunden respektive Stunden. Bild 4: Remote Panel Controls zur Definition einer Ansicht Konfiguration der Anwender des Online-Systems Der Betreiber des Online-Systems verfügt über die Möglichkeit serverseitig zu konfigurieren, welche Graphen bzw. Merkmale ein Anwender abrufen darf. Anwenderseitig besteht die Möglichkeit, die im Remote Panel zur Anzeige gebrachten Graphen zu filtern, d.h. der Anwender wählt aus der Liste der ihm gewährten Merkmale jene aus, die angezeigt werden sollen. Bild 5: Anwenderseitige Auswahl der angezeigten Merkmale im Remote Panel Ausgewählte Anwender (administriert vom Betreiber des Systems) verfügen über die Möglichkeit, Prognosedaten (z.b. den erwarteten Verlauf der Netzlast für die folgenden Tage) an den Server-PC zu senden. Graphen der Prognosedaten können ebenfalls im Remote Panel angezeigt werden. Analyse der Daten durch den Anwender Die aussagekräftige grafische Darstellung der Prognosedaten Seite an Seite mit den Online-Daten bietet Remote Panel Nutzern ein wichtiges Hilfsmittel bei der Erkennung von Optimierungsmöglichkeiten in der Stromerzeugung, der Netzbelastung und im Energiehandel sowie bei Störungen im Netz. Die Software des Server PCs archiviert Daten mit einer Speichertiefe von 60 Tagen. Remote Panel ermöglichen neben der Anzeige der aktuellen Daten durch Umschalten in den Historie-Modus einen Blick in die Vergangenheit. In beiden Modi kann der Anwender den Zeitraum der visualisierten Daten in festgelegten Stufen zwischen einer Stunde und zwei Monaten auswählen. Neben minutengenauen Werten können Remote Panel auch Viertelstunden und Stundenwerte in den Graphen anzeigen. Die Anzeige der numerischen Werte an der Cursorposition der Graphen ist ebenfalls im Remote Panel implementiert. Seite 4 von 5

5 Zwecks Bearbeitung der Daten mit anderen Softwarepaketen erlauben Remote Panel den Export der angezeigten Daten in eine ASCII-Datei. Realisierung des Nachfolgesystems Der Erfolg und die Akzeptanz des Pilotsystems haben den Betreiber des Online-Systems dazu bewegt ein Nachfolgesystem zu konzipieren, das eine deutlich grössere Anzahl von analogen und digitalen Signalen unterstützt. Aufgrund der mit dem Compact FieldPoint-System gesammelten positiven Erfahrungen basiert das Nachfolgesystem erneut auf Hard- und Software aus dem Hause National Instruments: Die Software des eingesetzten 14 Slot PXI-Systems und des Server-PCs wurden mit LabVIEW erstellt. Zur Behandlung der digitalen und analogen Signale werden PXI-Karten folgenden Typs eingesetzt: 6511, 6528, 6220, 6704 und Datensicherheit wird durch redundanten Aufbau des PXI-Systems bis hin zur Datenquellen erreicht. Die Verbindung zum übrigen LAN stellt ein Router her. Konfiguration des Nachfolgesystems zur Laufzeit Das Softwarepaket wurde durch ein AdminTool erweitert, das die Konfiguration des PXI-Systems und des Server-PCs über das LAN ermöglicht. Bei diesem Konzept standen Komfort für den Systemadministrator bei gleichzeitig geringer Stillstandszeit des Online-Systems im Vordergrund. Nahezu sämtliche Änderungen in der Konfiguration lassen sich während des Betriebs durchführen und werden zum vom Administrator festgesetzten Zeitpunkt berücksichtigt. Beispiele für Änderungen der Konfiguration zur Laufzeit sind Ersetzen eines Wandlers durch ein Exemplar mit verschiedenem Wandlerfaktor Einfügen eines Wandlers Löschen eines Wandlers Modifikation der Anwenderliste Zusammenfassung Das Online-System ist eine exzellente Plattform für die grafische Bereitstellung von Informationen, die ihren Ursprung in analogen oder digitalen Signalen haben oder zur Laufzeit aus Textdateien bezogen werden und ist nicht auf den Einsatz bei Energieversorgern begrenzt. Systeme zur Visualisierung von Daten werden im Energiemanagement seit langer Zeit eingesetzt. Das Online-System setzt einen neuen Massstab aufgrund seiner Funktionsvielfalt und der Fähigkeit, diese Daten in Echtzeit anzubieten. Seite 5 von 5