Dezentrale Erzeugung, Intelligente Netze

und ihre Anforderungen an die IKT Kommunikationsanforderung und Standards

28.09.2011 Energy meets IKT - Standards und Sicherheit im Energiedatenmanagement

Matthias Stifter – AIT Energy, Electric Energy Systems

Inhalt

Aktives Verteilnetzmanagement, Netzautomatisierung

Projekt DG DemoNetz

Integration Dezentraler Erzeugung

Dezentrale Regelung

Zukünftige Rolle im Niederspannungsverteilnetz

ISOLVES:PSSA-M und Smart LV Grid

Intelligente Planung, Monitoring und Regelung

Proaktive Laststeuerung

Integration von E-Mobility

Standards und Interoperabilität

Datenmodelle und Nachrichten

Automatisierung

Zusammenfassung

2 30.09.2011

Aktives Verteilnetzmanagement, Netzautomatisierung Projekt DG DemoNetz:

Spannungshaltung durch Integration dezentrale Erzeuger (DG)

Spannungserhöhung durch DG

Ohne dezentrale Erzeugung

Spannungserhöhung durch

dezentrale Erzeugung

4 30.09.2011

„DG DemoNetz – Konzept Aktiver Betrieb von elektrischen

Verteilnetzen mit hohem Anteil dezentraler Stromerzeugung –

Konzeption von Demonstrationsnetzen“ bmvit Bericht

DG DemoNetz (1)

Fernregelung (level control)

Regelung des Stufentransformators in

Abhängigkeit von Spannungsmesswerten aus

dem Netz (Kritische Knoten)

Voraussetzung sind Informationen über den

Netzzustand IKT notwendig

5 30.09.2011

110/30 kV

110 kV

30 kV

DG1

DG4

DG5

DG6

DG2

DG3

DG1

M1

M2

M3

CVCU

DG DemoNetz (2)

Koordinierte Regelung (level + range control)

Regelung des Stufentransformators in

Abhängigkeit der Spannungsmessdaten aus

dem Netz

Lokale Blindleistungsregelung (Q) und in

letzter Instanz einer Wirkleistungsregelung (P)

bei geeigneten Erzeugeranlagen

Die Beiträge der einzelnen Anlagen zur

Spannungsregelung sind in einem linearisierten

Netzmodell - der Beitragsmatrix hinterlegt

Voraussetzung sind Informationen über den

Netzzustand IKT notwendig

6 30.09.2011

110/30 kV

110 kV

30 kV

DG1

DG4

DG5

DG6

DG2

DG3

DG1

M1

M2

M3

CVCU

DG DemoNetz - Ansatz

Die folgende Indikatoren werden verwendet:

Überspannung

Spannungsband

Unterspannung

Spreizung: Abstand zwischen höchster und tiefster Spannung zu einem

Zeitpunkt im Netz

Zwei Maßnahmen werden umgesetzt:

level control: U-regelung durch den Stufenregler beim Umspanner

range control: U-regelung durch Anlagenregelung: Q(P) wenn die

Spreizung das Spannungsband überschreitet

7 30.09.2011

Fernwirktechnik

Fernwirkkonzept

8 30.09.2011

Anlage

Umspannwerk

Hauptverwaltung

CVCU

Umspanner

Kommunikationslösung

Großes Walsertal

Einsatz unterschiedlicher

Kommunikationsmedien

LWL

PLC

WiMax / Richtfunk

9 30.09.2011

Feldtest KW Brunnenfeld / UW Bürs (Vorarlberg)

Sicherheit: Updates, Logdateien, Wartungszugang

10 30.09.2011

COM

OPC

SICAM

230

IEC 104MV

Network

OPCPower

FactoryCVCUOffline Simulation

Real Time Simulation Process Interface via SCADA

Telecontrol interface

Network planning

(simulation)

CIM

?NEPLAN

OPC

IEC 61850

SCADA

(Mango)

Netzdaten

-modell

SINCAL

Spektrum

?

Network operation

(process)

IEC

61850

Schnittstellen und Datenformate

Einsatz in Netzbetrieb und Netzplanung

Austausch von Netzdatenmodelle

11 30.09.2011

Projekt ISOLVES und Smart LV Grid Intelligentes Niederspannungsnetz

Niederspannungsnetz

Derzeitiges Zustand im Niederspannungsnetz

13 30.09.2011

PSSA Methodik

PSSA-M Power Snap Shot Analysis by Meters

Erfasst werden pro Zähler im synchronen 1 sec-RMS Intervall: 3xSpannung,

3xStrom, 3xWirkleistung und 3xBlindleistung

Die Triggervorschläge werden an den Datenkonzentrator übermittelt, wo dann

der Triggerzeitpunkt ausgewählt wird

14 30.09.2011

Simulation - Power SnapShot

Power Snap Shot im Smartie Netz

15 30.09.2011

Simulation - Szenarien

Power Snap Shot mit zusätzlich angenommenen einphasigen PV Anlagen

16 30.09.2011

Darstellung des Netzzustandes im Tagesverlauf

Verlauf der Spannungen

Verlauf der Leistungen

17 30.09.2011

Erster Power Snap Shot

Smart Grids Week 2011in Linz

PSS Host zur Verwaltung

und Analyse

18 30.09.2011

Smart LV Grid

PV und Elektromobilität sind Treiber für Smart LV Grid

PV und EV

19 30.09.2011

Smart LV Grid

PV und Elektromobilität sind Treiber für Smart LV Grid

Keine PV

20 30.09.2011

Smart LV Grid

PV und Elektromobilität (EV) sind Treiber für Smart LV Grid

Keine EV

21 30.09.2011

Smart LV Grid

Entwicklung von Regelstrategien zur Spannungshaltung

22 30.09.2011

Schnittstellen und Datenformate

23 30.09.2011 Automatic Simulation

GIS (SmallWorld)

GIS Application Interface

PSS Analyser

Database PostGreSQL / PostGIS

AMIS

Ch

eck m

an

ua

lly

co

mp

are

Placement

Algorithm

DB:

SnapShots

Network Data

Network Simulation

(PowerFactory)

TS

Geographic

and

Topological

Datamodel

Converter /

Validator

DGS

Datamodel

(automatic)

DGS

Datamodel

(manually

checked)

SnapShot

Datei

XMLGeographic

Data

GIS DB

U

Node Voltages

Simulation

Results

P,Q

SnapShot

Data

U

Node Voltages

SnapShot

Data

Analyzation

Change Parameter

Z,X,P,Q,

Generators, Loads

- Charts

- Video

Reference

Topology

PSSA

Triggers /

PQ Guard

Meters

DC

Meter

PQ

Meter

PQ

Meter

DC DC

MeterMeter

SnapShot

Datei

XML

PQ Guard

SnapShot

Datei

XML

SnapShot

Datei

XML

PQ Guard

PQ Guard

DB:

PQ Guard

Check

network

model

Weekly

creating

and

deployment

PSSA

Visualization

Optimize

Schedule

CIS (SAP)

CIS DB

Relation

Meter - Load

Administration - Files - Versions

CIM

61968-13

CIM

61968-9

CIM

61968-100

Standards und Interoperabilität Datenmodelle und Automatisierung

CIM IEC 61968 IOP 201

CIM Message und Datenmodell Interoperabilitätstest (Paris, EDF)

25 30.09.2011

Use Cases:

1. Initialize network2. Non-telemetered fuse trips3. Telemetered breaker trips4. Tap for new subdivision5. Maintenance on transformer6. Meter replacement

Normal State

Normal State

Normal & assetchanges

Proposed normalchanges

Recommended normalchanges

Build SwitchingPlan

Substation

IED

IED

IED

Device out &fault data

Device out &fault data

Metersdown

Device out &fault dataDevice Out

Device out

Energize

Switching Plan to energize

Fault location isolation stepsRestoration steps

AMI/MDM

SCADA

OMS DMS

GIS Planning

Predict tooutage device Current

StateCurrent

State

NormalState

Normal State

CIS

WMS

MWF

Meter servicerequest

Meter serviceorder

Meter info &complete

status

WMS

MWF

Isolation Steps

FLISR = Fault Location, Isolation,and Restoration

Scope: A - Outage ManagementB - Network Model SynchronizationC - Maintenance

IEC61968 2011 Scope

Workorder

Current State

CIM IEC61968 IOP 2011

CIM Message und Datenmodell Interoperabilitätstest (Paris, EDF)

Organisiert von EPRI, ENTSO-E und EDF

IOP Tests für IEC 61850 und IEC 61970/61968 (CIM)

Berichte sind öffentlich verfügbar

Teilnahme für jeden offen, auch “Witnesses”

Mehr Information unter:

http://cimug.ucaiug.org

https://www.entsoe.eu/resources/cim/interoperability-tests/

26 30.09.2011

CIM IEC61968 IOP 2011

CIM Message und Datenmodell Interoperabilitätstest (Paris, EDF)

Use cases:

SCADA reports breaker trip to DMS and OMS, DMS provides fault location

AMI reports customer outages to OMS, OMS reports tripped fuse to DMS

Exchange Full and Incremental models between two different DMS (GIS) systems

DMS requests conditional based transformer maintenance

Messages

Device status change notification event

Fault data notification event / Fault location request/reply

Work Request including Meter Service Request and Customer Service Request

Document goals:

Standard submittals to IEC for Part 3, Part 4, Part 6, and Part 13

Participants:

GE Energy, Siemens, Oracle, Landis + Gyr, IBM, TIBCO, SISCO, ERPI, EDF,

OpenGridSystems, AlstomGrid, EDF R&D, Sunflower Systems

27 30.09.2011

CIM IEC61968 IOP 2011

Part 3 – Network operations

Outage Report by Meters:

Status Message aus dem CIM Measurement profile:

Diskreter Messwert, Zeitstempel, Quelle und neuer Statuswert

28 30.09.2011

L+G Gridstream

TIBCO

Telvent Responder

TIBCO

Alstom Grid

e-terradistribution

AMI publishes power down

events for meters downstream

of a fuse. OMS receives

notification.

OMS predicts the fuse out of

power based on the meter

events

OMS publishes a confirmed

outage for the fuse and DMS

receives notification

Oracle Utilities Network

Mgmt. System

IBM

WebSphere

Alstom Grid

e-terradistribution1

2

Created(EndDeviceEvents) Created(DiscreteMeasurements)

Created(DiscreteMeasurements)

CIM IEC61968 IOP 2011

Part 3 – Network operations

Outage Report

by Meters

Anforderungen

Web Service

JMS

29 30.09.2011

Alstom Grid

E-terradistribution

TIBCO

GE Energy

PowerOn

SCADA reports outage at telemetered

breaker. OMS receives notification and

records is as a confirmed outage.

Oracle Utilities Network

Mgmt. System

3

4

Alstom Grid

e-terradistribution

Oracle

Service Bus

Created(DiscreteMeasurements)

Created(DiscreteMeasurements)

EDF R&D

SITR-DIGITAL

TIBCO

GE Energy

PowerOn5

Created(DiscreteMeasurements)

EDF R&D

SITR-DIGITAL

TIBCO

GE Energy

PowerOn6

Created(DiscreteMeasurements)

EDF R&D

OpenESB

CIM IEC61968 IOP 2011

Part 4 & 13 – Network initalization & CDPSM

Demonstrate interoperability based on CIM – CDPSM Profile

Exchange a full distribution power system network model

(CIM XML based on RDF/XML version of CIM)

Execution of power flow and verify solutions between different

vendors

Exchange of incremential updates (e.g. switches)

Exchange of GIS profiles (import into DMS)

30 30.09.2011

CIM IEC61968 IOP 2011

Part 4 & 13 – Network initalization & CDPSM

Export / Import

Validate the format of the file for conformation

31 30.09.2011

Participant A

XML

Import/

Export

CIM

XML

Document

5.x

Browser

XML

Tools XSL

Style

Sheet

CIM

XML

Schema XML

Import/

Export

Participant

B

Participant

A

Participant

B

CIM XML

Import

CIM XML

Doc 1

Model

Maint

System

CIM XML

Import

Model

Maint

System

CIM XML

Export

CIM XML

Doc 2CIM XML

Validator

1

1,42

2

3

4

5

1,4 5

CIM IEC61968 IOP 2011

Part 4 & 13 – Network initalization & CDPSM

CIM Interoperability Test

Export is re-imported from another participant

32 30.09.2011

Participant

A

Participant

B

CIM XML

Import

CIM XML

Doc 1

Power Flow

Application A

CIM XML

Import

Power Flow

Application B

CIM XML

Doc 2 (a previously imported/exported file

of the sample model used in step 1)

CIM XML

Validator

Solution

(1)

(4,5)

(3) (2)

(2)

(1)

(3)

(4)

Solution

(2,5)

CIM IEC61968 IOP 2011

Part 4 & 13 – Network initalization & CDPSM

Power Flow solution test

Compare PF results

33 30.09.2011

Projects / Activities at AIT

AIT’s Standard-based Automation Architecture for Smart Grids Applications

Key Standards

Integration (SOA)

• IEC 62357

Planning & High-

Level Operation

(CIM)

• IEC 61970

• IEC 61968

Low-Level

Operation

• IEC 61850

• IEC 61499

34 05.09.2011

System Engineering and

Planning Layer

System Components Layer

Control

Layer(IPC, embedded

controller,

IEC 61499/4DIAC)

SCADA Layer(PC, Mango web

server/client)

Meter Data

ManagementDMS / SCADA

EngineeringPrimary

Substation

Secondary

Substation

Tap-

changerBuilding

Gateway

ESB / CIM

Data-

concen-

trator

IEC61499

Network Simulation

Interconnection

Assessment,

Functional Testing

Network Operation

Field Devices,

System

Engineering

Smart

Meter

IEC61850

IEC61850

External

Systems

Application

Profiles

Application

Interfaces

Interfaces,

Protocol Profiles

FB FB

FB

Technical Process (i.e. Power Distribution Network)

PlanningGISVisualization

IEC61970

IEC61968

Anwendungsbeispiel:

Interoperabilität und Kompatibilität von Datenformaten

Power Flow Network Model

Exchange

a) CIM description and

b) derived topological model for

network analysis

35 30.09.2011

Anwendungsbeispiel:

Mögliches Zusammenspiel der IEC 61850 und der IEC 61499

N. Higgins, V. Vyatkin, et al., Distributed

Power System Automation with IEC 61850,

IEC 61499 and Intelligent Control, IEEE

Transactions on Systems, Man, and

Cybernetics, Part C: Applications and

Reviews, 2010

36 30.09.2011

Anwendungsbeispiel:

Open Standards and Open Source

Applying Open Standards

and Open Source Software

for Smart Grid Applications:

Simulation of Distributed

Intelligent Control of Power

Systems,

Thomas Strasser, Matthias

Stifter, Filip Andren, Daniel

Burnier de Castro, and

Wolfgang Hribernik

Weitere Beispiele

CIMTool

Mango (SCADA)

IEC60870-5-104

…

37 30.09.2011

Zusammenfassung Ausblick

Ausblick

Intelligente Energiesysteme

Steigender Anteil dezentralen Erzeuger im Verteilnetz (MS/NS)

Neue Regelkonzepte für die Integration

Bedarfsdeckung durch lokal erzeugte Energie

Flexible Lasten und Speicher

Integration der Elektromobilität

Standardisierte Schnittstellen

Notwendig für Planung und Betrieb

Austausch der Netzdatenformate (VNB, F&E)

Interoperabilität

Open Standards + Open Source = Smart Grid

Unterstützung, Verbreitung und Anwendung

39 30.09.2011

AIT Austrian Institute of Technology your ingenious partner

Matthias Stifter

Energy Department

Electric Energy Systems

AIT Austrian Institute of Technology

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Giefinggasse 2 | 1210 Vienna | Austria

T +43(0) 50550-6673 | M +43(0) 664 81 57 944 | F +43(0) 50550-6613

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