Intelligente Netzstationen der Zukunft - Lösung mit der Mittelspannungs-Schaltanlage 8DJH Bernd Schüpferling Siemens AG Energy Sector 20 Siemens AG
Notwendigkeit von intelligenten Netzstationen aufgrund verteilter Erzeugung 0kV 20kV Unidirektionaler Energiefluß Erzeugung / Verbrauch auf NS-Level Bidirektional Energiefluß Today 0,4kV Radiales System Ungeregelter Verteilnetz Transformator Tomorrow Intelligente Zähler Energy Speicher Vermaschtes System Regelbarer Verteilnetz Transformator Erzeugung auf MS-Level e-car Infrastruktur Einfacher Schutz Adaptiver Schutz Keine Datenerfassung Umfangreiche Automatisierung Keine Intelligenz Multifunktionale Kommunikation Seite 2 September 20 E D MV 2 PPM / BS
Notwendigkeit von intelligenten Netzstationen aufgrund veralteter Infrastruktur Häufige Ursache für Versorgungsausfälle ist das Mittelspannungsverteilnetz aufgrund von Komponenten älter als 50 Jahren Ausfallhäufigkeit Langfristiges Modernisieren des Verteilnetzes Ausfalldauer Einsatz von Verteilnetzautomatisierung 00% ~ 90% ~ 60% Klassisches Verteilnetz Entgeltausfall Lange Unterbrechungszeiten Hoher Hoher Personalaufwand Hohe Fahrtkosten 00% 30 60 ~ 90% ~ 60% 90 t Verteilnetz mit Kurzschlussanzeigern Reduzierter Entgeltausfall weniger Personalaufwand Mittlere Fahrtkosten 00% ~ 80% 30 ~ 90% 30 60 60 90 90 t t Verteilnetzautomatisierung mit intelligenten Netzstationen Minimaler Entgeltausfall; beste Kundenzufriedenheit geringster Ressourcenaufwand + weitere Netzoptimierung Seite 3 September 20 E D MV 2 PPM / BS
Verteilnetzautomatisierung heute hoch Grad der Automatisierung der Netze niedrig Seite 4 September 20 E D MV 2 PPM / BS
Die intelligente Ortsnetzstation - 3-stufige Intelligenz - Transformator Überwachung (Monitoring) Höhere Verfügbarkeit Schnellere Fehlerlokalisierung 2 Fernwirken Minimierung der Ausfallzeiten ("h" "min") 3 Lastflusssteuerung Niederspannung MS-Schaltanlage 8DJH (z.b. RRT) Verlustminimierung Management dezentraler Einspeisungen Seite 5 September 20 E D MV 2 PPM / BS
Aufbau einer intelligenten Ortsnetzstation Kommunikation RTU - Leitebene Mögliche Kundenstrategien: A) nur Meldungen, z.b. KU-Anzeiger B) Meldung + Fernsteuerung C) Meldung + Fernsteuerung + Lastmanagement Schnittstelle Anlage - RTU RTU * Funk (GSM / GPRS) IEC 60870-5-0/04 Distribution Management System Spectrum PowerCC RK RK 2 Trafo Telefonleitung (analog / ISDN) Ethernet TCP/IP IEC 60870-5- 0/04 IEC 6850 Siemens RMU 8DJH Optimal vorbereitet für Fernwirken Einfache Nachrüstung möglich Energiespeicher (Akku oder Kondensatoren) Siemens SICAM 703 Fernwirkknoten/ Substation Automation SICAM PAS IEC 60 870-5-0/04 IEC 6850 * Remote Terminal Unit Seite 6 September 20 E D MV 2 PPM / BS
Heutiger ökonomischer Kompromiss 3-Punkt-Automatisierung als Zwischenschritt UW 0 kv 20 kv Netzleitstelle - 03 IEC60870-5 - 04-04/0 7 7 Siemens Areva - 04/0 Substation Automation 7 Network connection point 7 7 Driescher 7 PV 0 kv 7 UW2 20 kv 7 VIP customer 7 Seite 7 September 20 E D MV 2 PPM / BS
Komponenten für Meldung, Monitoring und Steuerung Sensoren / Aktoren / Kommunikation 3 8 9 4 M 2 6 M Meldungen/ Messwerte Befehle Rückmeldungen 4 RTU Kommunikation Draht/LWL/Funk 5 Zentraleinheit für n RTUs 4 5 0 M 6 3 3 I> / I>> I> / I>> 7 Energie- Speicher Hilfsspannung 2. Kapazitive Spannungsanzeige Primärspannung vorhanden ja / nein 2. Kurzschluss- /Erdschlussanzeiger mit Ansprechschwelle Richtungserfassung erfordert Spannungsinformation 3. Einfachschutzsysteme Überstromzeitschutz 7SJ45 oder Trafomonitor IKI-30 4. Hilfsschalter Für Stellungsmeldungen, Verriegelungen, Freigaben, Gasdruck usw. 5. Speicherantriebe / Hubmagnete Für Ein- und Ausschaltung / Verriegelungen 6. Motorantriebe mit MCU Für einfache Fernsteuerbarkeit der Antriebe 7. Energiespeicher Bleigel Akku / Kondensatorspeicher Für Notversorgung bei Ausfall der Hilfsspannung 8. Spannungsmonitoring Spannungswandler / Sensoren / Verstärker / Messwertumformer 9. Strommonitoring: Übertragung Primärstromsignal Stromwandler / Sensoren / Messwertumformer 0. Transformatormonitoring Sensoren für Temperatur / Druck / Ölstand /2 Monitoring NS-Verteilung + ggf. Kundenanschluss 3. Stationsüberwachung, z.b. Türverriegelung / Temperatur 4. RTU Remote Terminal Unit Für Kommunikation: Meldungen / Befehle / Rückmeldungen 5. Zentraleinheit / Leitebene Dezentral oder Einbindung in Leittechnik Seite 8 September 20 E D MV 2 PPM / BS
Kommunikation heute - keine Kommunikationsinfrastruktur im Verteilnetz Spectrum Power CC DSCADA/DMS Energy Management System DEMS 20kV Lichtwellenleiter SICAM 703 Substation Automation SICAM PAS Nachrüstung der Kommunikation: (Pro s, Con s der Kommunikationswege) AMIS Elektronischer Zähler 703 Smart IED Feeder Automation Kabel / Leitung - teuer, - zeitintensiver Aufbau GPRS - nicht gepuffert, - Fremdanbieter Tetra-Net + Verfügbarkeit, - hierarchisch WiMAX / BPL* + kostenoptimiert, +Netzwerkfähig 0,4 kv Dezentrale Energieeinspeisung * BPL Broad Band Power Line Seite 9 September 20 E D MV 2 PPM / BS
Die Kommunikation morgen bietet neue und wirtschaftlichere Möglichkeiten 20kV Spectrum Power CC DSCADA/DMS Lichtwellenleiter Energy Management System DEMS SICAM 703 Substation Automation SICAM PAS AMIS Elektronischer Zähler 703 Smart IED Feeder Automation WiMAX BPL* 0,4 kv Dezentrale Energieeinspeisung * BPL Broad Band Power Line Seite 0 September 20 E D MV 2 PPM / BS
Ortsnetzstationen: Die Schlüsselstellen im Netz Funktionen SICAM 703 Smart IED, resp. AMIS DC SICAM 703 mic / emic, bzw. AMIS DC Verteilnetz Automatisierung Funktionen SICAM 703 Smart IED, resp. AMIS DC Niederspannung (NS) Management 2 Verteilnetz Management NS-Monitoring Integration Zählerdaten Power Quality Monitoring Blindleistungs- / Oberwellen- Kompensation NS-seitig regelbarer Transformator Koordination von Einspeisung und Last Bestehende Komponenten AMIS elektr. Zähler Komponenten in Entwicklung Regelbarer Ortsnetztransformator 2 8DJH MS-Schaltanl. Strom und Spannungssensoren bzw. Signalverstärker 2 Fernsteuerung /- überwachung der Ortsnetzstationen Automatische Wiederherstellung der Versorgung Datenquelle für MS- Monitoring Koordination Einspeisung und Last Dezentrale Energieeinspeisung Seite September 20 E D MV 2 PPM / BS
Mögliche Lösungen für intelligente Netzstationen 3 2 4 5 Integrierte Lösung: RTU 2 Bleigelakku 3 Ladeeinheit für Bleigelakku 4 Sicherungsautomaten 5 Modem Seite 2 September 20 E D MV 2 PPM / BS
Mögliche Lösungen für intelligente Netzstationen 2 3 5 4 Externer RTU-Schrank: RTU 2 Funkmodem 3 USV mit Netzteil + Akku 4 Sicherungsautomat 5 Ort-/Fernumschalter Seite 3 September 20 E D MV 2 PPM / BS
Intelligente Netzstationen bringen zusätzliche wirtschaftliche Vorteile Regenerative Einspeisungen, Klimaschutzziele, Anreizregulierung und Einhalten der Energiequalität benötigen ein aktives Verteilnetz mit intelligenten Netzstationen Daraus ergeben sich weitere wirtschaftliche Vorteile: Überwachen und Sicherstellen der Energiequalität Deutlich verkürzte Unterbrechungszeiten Beherrschen gesteuerter Überlastsituationen Netzausbau verschieben ggf. vermeiden Objektüberwachung FAZIT Siemens hat ein durchgängiges Konzept und für jede Aufgabe den richtigen Baustein Mittelspannungsschaltanlage 8DJH Fernwirktechnik SICAM 703 Sensorik und Aktorik mit div. Partnern Kommunikation: konventionell und WiMAX / BBDL Fernwirkknoten / Substation Automation: SICAM PAS Netzleittechnik SINAUT PowerCC Dezentrales Energiemanagement DEMS Power Quality SIMEAS (MS/NS) Elektronische Zähler AMIS Netzplanung Applikationskompetenz Seite 4 September 20 E D MV 2 PPM / BS
ComPass B Strom und Spannungsinformationen Strom-MWG Kapazitive Spannungsanbindung SF6 Schaltanlagen Luftisol.-Schaltanlagen Seite 5 September 20 E D MV 2 PPM / BS 5
IKI50 - Strom und Spannungsinformationen Seite 6 September 20 E D MV 2 PPM / BS 6
Motorantriebe mit MCU MCU-OS (OS = On Switch) MCU-MH (MH = Module Housing) MCU-MH-MOD (MOD = Modbus) Seite 7 September 20 E D MV 2 PPM / BS 7
Der Weg in die Zukunft: Modbusverbindung innerhalb der Schaltanlage Verwendete Komponenten TM703emic mit Modbus Kurzschluss-/Erdschlussrichtungsanzeiger mit Modbus (mit angebundenem kapazitiven Spannungsprüfsystem) Motorsteuerung mit Modbus Power supply IEC 60870-5-03 Modbus Battery Seite 8 September 20 E D MV 2 PPM / BS