Wie behandeln wir Systemaspekte in der Normung?

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1 Wie behandeln wir Systemaspekte in der Normung? DKE-Tagung 2012 Smarte Lösungen für eine komplexe Welt Dr. Ralph Sporer, Siemens A Siemens A Alle Rechte vorbehalten.

2 Wie behandeln wir Systemaspekte in der Normung? Systemaspekte sind zu betrachten! Was heißt das? Was wird benötigt? Wie vorgehen? Wann notwendig? Seite 2

3 Allgemein Systeme Was heißt das? Definition Der Begriff (von griechisch σύστημα, das ebilde, Zusammengestellte, Verbundene ) bezeichnet allgemein eine esamtheit von Elementen, die so aufeinander bezogen bzw. miteinander verbunden sind und in einer Weise wechselwirken, dass sie als eine aufgaben- oder zweckgebundene Einheit angesehen werden können. Beispiele Seite 3

4 Allgemein Systeme Was wird benötigt? renzen Explizit werden Systeme durch die Festlegung ihrer renzen definiert. Es werden diejenigen Komponenten benannt, die Bestandteil des Systems sind bzw. solche, die es explizit nicht sind. Jedes System ist irgendjemandes Subsystem Schraube Antrieb Wirtschaft Fabrik Fertigungslinie Funktion(en) Antrieb Bewegung einer Maschine durch Energieumwandlung Zweck und Aufgabe Implizit werden Systeme durch die Festlegung ihrer Funktionen definiert. Diese Funktionen und Leistungen des Systems nennt man typischerweise Anwendungsfälle ( Use Cases ). Seite 4

5 Allgemein Systeme Wie vorgehen? Modellbildung Vereinfachte Darstellungen des Systems sollen unser Verständnis verbessern und das Verhalten beschreiben. Diese Modelle visualisieren die Struktur und das Verhalten des Systems. Darstellung der Interaktion Anwendungsfälle ( Use Cases ) halten fest, was ein System tun soll. Akteure spezifizieren, wer (im Sinne einer Person) oder was (im Sinne eines anderen Systems) etwas mit dem System tun soll. Seite 5

6 Allgemein Systeme Wann notwendig? Müssen Systemaspekte (in der Normung) betrachtet werden? Anzahl der Elemente Ähnlichkeit der Elemente Ausdehnung Menge der Beziehungen Dichte der Beziehungen (Vernetzungsgrad) Anzahl der Funktionen Anzahl der Beteiligten (auch remien) System etriebe gering gleich gering gering gering gering gering einfach Smart rid groß verschieden groß groß groß groß groß komplex Seite 6

7 System Smart rid Normungsaktivitäten DKE Deutsche Normungsroadmap E-Energy / Smart rid IEC Strategy roup 3 Smart rid - Roadmap UCAiug - Open Smart rid Subcommittee ITU Smart rid S-C Smart rid Coordination roup Smart rid Mandat M/490 Smart Metering Mandate M/441 Electrical vehicle Mandate M/461 METI, JISC Roadmap to International Standardization Smart rid SCC The State rid Corporation of China Smart rid Framework NIST Framework and Roadmap for Smart rid Interoperability Standards SIP Smart rid Interoperability Panel IEEE Seite 7

8 System Smart rid Status in EU Reaktion der Normungsorganisationen Mandat M/490 Smart rid Erwartete Ergebnisse bis 2012 Reference Architecture First Set of Standards Sustainable es Mandat fokussiert auf Prozesse, Modelle und Funktionalitäten, nicht auf einzelne Normen. Mandate Scope M/441 M/468 coordination First Set of Standards Team New joint Ws Existing Ws Smart rid Coordination roup (former JW) Team New joint Ws Existing Ws Steering Committee Architecture Team New joint Ws Existing Ws EC Reference roup Security Team New joint Ws Existing Ws S-C Level Further Tasks EC Level TC Level Report 2.0 Liaisons Promotion NIST JISC China Etc. Organisation S-C Teilnehmer aus Verbänden, Kommission, Regulatoren und Normungsverbänden. Koordinierungsgremium, das selbst keine Normen schreibt. Seite 8

9 SAM Smart rid Architecture Model Anforderungen an die Modellbildung Rahmenbedingungen Darstellung bestehender Architekturkonzepte Darstellung heutiger und zukünftiger Szenarien Identifizierung allgemeiner Anwendungsfälle Identifizierung von Lücken in der Normung Koordinierung verschiedener technischer Komitees und betroffenen ruppen Seite 9

10 SAM Smart rid Architecture Model Basis: Smart rid Ebene eneration Transmission Distribution DER Zones (Hierarchy) Domains Customer (Home, Building, Industry, EV, Mobility) Seite 10

11 SAM Smart rid Architecture Model Die noch fehlende Dimension im Modell Interaktion - Interoperabilität Business Layer Umfeld eschäftsmodelle und gesetzliche Rahmenbedingungen eneration Transmission Distribution Domains DER Customer Premise Zones System A Function Layer Information Layer Communication Layer System B Warum Funktionen, Use Cases Was Semantik und Daten Wie Netzwerk and Protokolle Component Layer Basis Stecker Seite 11

12 esamtmodell SAM Smart rid Architecture Model Business Layer Function Layer Interoperability Dimension Information Layer Outline of Usecase Subfunctions Data Model Data Model Communication Layer Protocol Protocol Component Layer Quelle: Heiko Englert, Siemens A Reference Architecture W S-C eneration Transmission Distribution Domains DER Customer Premise Zones Seite 12

13 Wie nutzt man SAM? Beispiel Microgrid Schritt 1: Microgrid relevante Funktionen Microgrid Energy Trading Energy Trading Interf. Input State Estima MDM tion Weather Forecast Weather Data Service Demand Response EMS DMS Microgrid Manager Demand Response Energy Mgmt. DRMS Load & generation Management (Demand Response) SICAM Building / Industry EMS Monitoring & Control Protection Feeder Autom Monitoring & Control Sync Load Mgmnt Device Device Controller Controller Load Mgmnt Device Function Layer H V M V L V eneration Transmission Distribution DER Customer Premise L Seite 13

14 Wie nutzt man SAM? Beispiel Microgrid Schritt 2: Microgrid relevante Komponenten Interf. MDM Weather Data Service EMS DMS Microgrid Manager DRMS Building / Industry EMS Substation Automation Protection Feeder Autom Sync Load Mgmnt Device Device Controller Controller Load Mgmnt Device Component Layer HV MV LV L eneration Transmission Distribution DER Customer Premise Seite 14

15 Wie nutzt man SAM? Beispiel Microgrid Schritt 3: Microgrid relevante Kommunikation WS edifact Interf. MDM Weather Data Service EMS IEC DMS Protection ICCP (WS) WS, FTP Substation Automation Microgrid Manager (WS) IEC / DNP3 IEC Feeder (T104) Sync Load Mgmnt Autom Device Device Controller Controller WS (DNP3) Building / Industry EMS BacNet KNX DRMS Load Mgmnt Device Communication Layer HV MV LV eneration Transmission Distribution DER Customer Premise L Seite 15

16 Wie nutzt man SAM? Beispiel Microgrid Schritt 4: Microgrid relevante Daten energy schedule, price EMS energy schedule Setpoints DMS at PoCC (U, cosphi, Ac. Power). Meas. Alarms, Status, Protection MDM Ac. tradable Interf. Powe energy r schedule Substation Automation Microgrid Manager T, sun hours, wind speed Weather Data Service Setpoints, Meas. (Ac. Power, capacity) schedule Setpoints, Meas. (U, I, cosphi, Ac./reac. Power, Feeder capacity, Sync charging Load Mgmnt level, f, Autom T, PQ), Device Control, Device Alarms, Controller Controller Status, logs DRMS Building / Industry Setpoints, EMS Meas. (Ac. Power, capacity) schedule Setpoints, Meas. (Ac. Power, Load capacity) Mgmnt schedule, Device price Information Layer HV MV LV eneration Transmission Distribution DER Customer Premise L Seite 16

17 Wozu nutzt man SAM? Identifikation von Lücken WS edifact Interf. MDM Weather Data Service EMS IEC DMS Protection ICCP (WS) WS, FTP Substation Automation Microgrid Manager (WS) IEC / DNP3 IEC 61850??? Feeder (T104) Sync Load Mgmnt Autom Device Device Controller Controller WS (DNP3) Building / Industry EMS BacNet KNX DRMS Load Mgmnt Device Communication Layer HV MV LV eneration Transmission Distribution DER Customer Premise L Seite 17 Fehlende Norm

18 Wozu nutzt man SAM? Koordinierung von remienarbeit Microgrid EdiFact, EMIX EMS IEC TC57 OASIS Protection DMS Interf. IEC TC57 W16 MDM Substation Automation Microgrid Manager IEC TC57 W 10,14 Feeder Sync Load Mgmnt Autom Device Device IEC TC95 Weather Data Service ZIBEE IEC TC65 SEP2.0DRMS IEC TC57 W21 ISO TC205 OpenADR Building / Industry EMS Controller Controller IEC TC95 IEC TC57 W17??? IEC TC13 IEC TC 8 ASHRAE JTC 1 SC 25 Load Mgmnt Device ZIBEE SEP1.0 IEC TC99 IEC TC14 IEC TC17 IEC TC64 IEC TC100 L IEC TC23 IEC TC59 HV MV LV eneration Transmission Distribution DER Customer Premise Seite 18 Fehlende Norm

19 Wozu nutzt man SAM? Definition von gemeinsamen Funktionalitäten Microgrid Energy Trading Energy Trading Interf. Input State Estima MDM tion Weather Forecast Weather Data Service Demand Response eneric Use Cases EMS DMS Load & generation Management (Demand Response) SICAM Microgrid Manager Demand Response Energy Mgmt. Building / Industry EMS DRMS Monitoring & Control Protection Feeder Autom Monitoring & Control Sync Load Mgmnt Device Device Controller Controller Load Mgmnt Device Function Layer H V M V L V eneration Transmission Distribution DER Customer Premise L Seite 19

20 System Smart rid Sammlung von Funktionen TC 57 TC 8 TC 22 TC 13 Bereitstellung von Funktionen Neue Prozesse für komplexe, übergreifende Systeme? Z.B. kollaborative Beschreibung von Funktionen TC XY TC YZ TC 88 TC 82 Seite 20

21 System Smart rid - Ausblick Funktionalitäten als rundlage der Normung Input NC Input TC xy Input TC yz UCMR Vorschlag neuer eneric Use Cases Details UC eneric Use Case UC New UC UC eneric Use Cases UC UC IEC Datenbank mit eneric Use Cases Basis für weitere Normungsarbeit Actor List Actor List Selection List Selection List lossary lossary Kollaborative Arbeitsplattform Überprüfung und Überführung in akzeptierte eneric Use Cases Seite 21

22 ateway HMI Data Concentrator RTU CRM Computer DMS Computer DER Controller HV MV LV eneration Transmission Distribution DER Customer Premise HES HAN Controller Wie greifen die Bestandteile ineinander? esamtprozess im Bereich Smart rid Quelle Modellbildung und Untersuchung der Funktionalitäten erlaubt eine systematische Untersuchung und Weiterentwicklung der Normung für Systeme F&E, Pilotanwendungen, Projekte Use Cases eneric Use Cases Repository 1. Schritt 2. Schritt Map UC auf SAM Identifikation neuer eneric Use Cases SAM Outline of Usecase eneration Transmission Distribution DER Domains Data Model Protocol Customer Premise Subfunctions Data Model Protocol Zones 3. Schritt Identifikation Anforderung für Normen 4. Schritt Lücken aufdecken CIM IEC SAM H Lücke Ergebnis Arbeitsplan zur Schließung der identifizierten Lücken Ergebnis Identifikation von neuen Lücken Systematische, fortlaufende Untersuchung der Normung im Bereich Smart rid Seite 22

23 Wie behandeln wir Systemaspekte in der Normung? Zusammenfassung Lessons Learned Keine Normung von Systemen Ausrichtung an Funktionalitäten als gemeinsames Ziel aller Aktivitäten emeinsame Sprache Unterstützung durch entsprechende Tools Business Layer Function Layer Information Layer Communication Layer Component Layer eneration Transmission Distribution Domains Outline of Usecase DER Data Model Protocol Customer Premise Subfunctions Data Model Protocol Zones Für alle komplexen Themen anwendbar Alle System Themen, die mehr als eine Domäne oder Hierarchiezone überschreiten (z.b. Energieeffizienz. E-Mobility) Seite 23

24 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt: Dr. Ralph Sporer Siemens A ralph.sporer@siemens.com +49/ Seite 25