Hierarchisches Netzmanagement -...

ENERGIE- MANAGEMENT

© PSI AG 2015 Folie 1

Hierarchisches Netzmanagement – Ein Konzept für die dezentrale Niederspannungsnetzführung Klaus Becker, PSI Nentec GmbH / Dr. Andreas Stolte, PSI AG

Smart Grid-Forum, Hannover Messe 2015, 14.04.2015

Hierarchisches Netzmanagement

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Übersicht

Motivation

Die Smart Telecontrol Unit (STU) der PSI als Plattform für Smart Grid-Anwendungen

Hierarchisches Netzmanagement

RWE Pilotprojekt „Smart Operator“

Verteiltes Einspeisemanagement

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Quelle: European Industrial Initiative on electricity grids

Smart Grid – Roadmap

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Konzepte für die Niederspannungsnetzführung

Hierarchischer Ansatz Zentraler Ansatz

123 P,Q,U

123

123

123

123

123

123

123 123

123 Smart Meter

123

123 NS

MS

HS

Netzleitsystem

STU

Sollwerte

Messwerte

Kennzahlen

Meldungen Ankopplungspunkt

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Smart Telecontrol Unit – das Gerät

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Smart Telecontrol Unit (STU) – Systemkonzept

Integrierte I/Os (analog, digital)

Flexible Erweiterungen mit offenen Standards

• USB, RS232, RS485, Modbus, CANopen, EtherCat

• Module von Drittanbietern anschließbar

LINUX-basierte Software Plattform

• Embedded Linux Distribution „NENUX“

• Erprobte Technologie aus den Fernwirk-Gateways

+ Erweiterungsmodule

Modulares System

Hutschienengehäuse

Hauptmodul

Zusätzliche I/Os Power Quality Analyzer Smart Meter

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STU-Box – Konzept

Für raue Umgebungen

• Outdoor (bis IP65)

Spezielle Boxen für verschiedene Einsatzzwecke

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STU – Funktionsblöcke

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Folie 9


Smart Grid-Forum, Hannover Messe 2015, 14.04.2015 © PSI AG 2015

STU – Prozessanbindung

Schnittstellen

• Seriell: RS232, RS485, X.21

• Ethernet / IP

• digitale und analoge I/Os

• Feldbusse, Power Line, …

• Weitere über externe Module

Protokolle

• Standard Fernwirk-Protokolle:

- IEC 60870-5-101/-104,

- IEC 61850,

- DNP3

• Proprietäre Fernwirk-Protokolle

• Industrie-Protokolle: ModBus, CANopen, …

• Zählerprotokolle: SML, SYM2, DLMS, IEC 62056-21, …

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STU – Leitstellen-Anbindung

Schnittstellen

• LAN: Ethernet / IP

• Mobilfunk: UMTS / GPRS / TETRA

• xDSL

• Powerline

• Öffentliches Internet

Protokolle

• Standard Fernwirk-Protokoll: IEC 60870-5-104

• Web-Services

• IEC 61850 / DNP3 (insbesondere im Ausland)

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STU – Kommunikation und Security

IP-Routing

• Redundanz / Backup

• Nutzung dynamischer IP-Adressen

Virtual Private Networks (VPN)

• Verschlüsselung

• Authentifizierung

Benutzer-Authentifizierung

• LDAP, RADIUS

Zeitsynchronisierung

• GPS, ntp, IEEE 1588 PTP

Systemhärtung

PSIsiu: Zentraler Server für

• sichere Inbetriebnahme

• sichere Konfiguration

• sicheres Update

Nachladbare Applikationen

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Protokollwandlung

• IEC 61850 <-> IEC 60870-5-104

• Fernwirk-Gateway

- Viele standardisierte und proprietäre Fernwirkprotokolle

Steuerung von Erzeugern und Verbrauchern im virtuellen Kraftwerk

Smart Operator

• Autonome Steuerung in Niederspannungsnetzen


STU – aktuelle Einsatzszenarien

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U

Erkennung, Vermeidung und Korrektur von Engpässen Überwachung von Spannungsband und Betriebsmittelgrenzen

I/Imax

Lokale Überwachung

des Spannungsbandes

Lokale Überwachung der

Betriebsmittelgrenzen

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Pilotprojekt Smart Operator

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Analyse

SOManager

Intelligente Netzkomponenten

Smart Operator

IEC 60870-5-104

SML

Smart

Meter Speicher Schalter

und Regler

IEC 61850, Modbus, Web service, ...

Dezentrale

Erzeuger

Lad

es

äu

len

Smart Operator – Systemübersicht

Home Energy

Controller

Web service

SQL

–

PSIcontrol

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Smart Operator STU als Plattform für Intelligente Applikationen

Statisches Datenmodell

Rechennetzmodell NewtonCML

Weitere statische Daten z.B. Speicherkapazität

SO-Anwendungen

Lastfluss-Rechenkern (PSI)

Optimierung mit Prognosen

(RWTH)

Dynamische Datenmodelle

Dynamische Daten der Zähler

und Netzkomponenten

Wetterdaten

Dynamische Daten des

Optimierungsverfahrens

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SOManager – Übersicht über die Smart Operatoren

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SOManager – Tabellendarstellungen

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SOManager – Netzdarstellungen

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SOManager – Protokolle und Logs

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PSIcontrol

Einspeisemanagement

Darstellung und Steuerung dezentraler Einspeisungen

B

Verteiltes Einspeisemanagement Spannungsebenenübergreifende Netzführung


Dezentrale Automatisierung C

Einspeisemanagement- Regler

Auf der Basis von Online-Sensitivitätsanalyse

A Spannungsebenen- übergreifendes Einspeisemanagement

Regelvorgänge und manuelle Steuerungen

A + B

380/220 kV

110 kV

10/20 kV

0,4 kV

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Verteiltes Einspeisemanagement Einbindung der Niederspannungsnetze

Basis: Einspeisemanagement-Funktionen in PSIcontrol

Konsistente Erweiterung des Zusammenspiels der Funktionen für verschiedene Spannungsebenen auf Niederspannungsnetze

Schnittstelle MS ↔ NS analog zur Schnittstelle HS ↔ MS

Schaltingenieur in der Netzleitstelle behält Hoheit über Steuereingriffe (keine autonome „Optimierung” des NS-Netzes durch die STU)

Automatische Eingriffe zur Vermeidung lokaler Grenzwerletzungen

Die einzelnen Anlagen im Niederspannungsnetz (z.B. PV-Anlagen) müssen im Netzleitsystem nicht bekannt sein

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Verteiltes Einspeisemanagement Sollwerte vom Netzleitsystem

Das Netzleitsystem sendet Sollwerte pro Reduktionsgruppe („Tarif”) an die STU

Übermittelte Werte: Maximale Einspeiseleistung und Grund für den Eingriff (EEG | EnWG)

Das Verfahren kann auch auf abschaltbare Lasten angewendet werden

Gruppe G1 Gruppe G2

Grund: EEG Grund: EEG

Sollwert = 0 kW Sollwert = 200 kW

BHKW PV A PV B PV C PV D

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Verteiltes Einspeisemanagement STU als Plattform für Intelligente Applikationen

Statisches Datenmodell

Rechennetzmodell NewtonCML

Weitere statische Daten z.B. Speicherkapazität


Lastfluss-Rechenkern

Einspeisemanagement /

Überwachung lokaler

Grenzen

Dynamische Datenmodelle

Dynamische Daten der Zähler

und Netzkomponenten

Wetterdaten

Datenaustausch mit dem

Netzleitsystem

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Verteiltes Einspeisemanagement Anforderungen / Herausforderungen

Netzdaten ggf.

unzuverlässig oder nicht vorhanden

Vorgaben vom NLS

einzuhalten

Lokale Überlastung verhindern

Wirtschaftlich optimale Lösung finden

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Automatisches Erkennen der Netzstruktur und Bestimmen der Leitungsimpedanzen

Korrelation

• Nahe Knoten haben ähnlichen Spannungsverlauf

Betrag

• Knoten beim Trafo kleinere Abweichung

Messwerte

Vorgänger Reihenfolge

Spannungsmessungen im NS-Netz

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Verteiltes Einspeisemanagement Optimierungsansatz

• Spannungsänderung bei Knoten x bei Leistungsänderung an Knoten y

Sensitivität

• Photovoltaik lässt sich in Stufen 0%, 30%, 60%, 100% schalten

Diskrete Stufen

• Sehr Vielseitig - Netzleitsystem, Trafo-Last, Spannungshaltung

Nebenbedingungen

Gemischt-Ganzzahliges Problem (+ Fallback-Heuristik)

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Der Ansatz wurde in Demo- und

Pilotimplementierungen verifiziert

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Ende, vielen Dank

www.psi.de

Dr. Andreas Stolte Tel. +49 6021 366-640

[email protected]

Klaus Becker Tel. +49 721 94249-20

[email protected]

PSI Energie EE Boschweg 6

D 63741 Aschaffenburg Tel. +49 6021 366-300 Fax. +49 6021 366-315

PSI Nentec GmbH Greschbachstr. 12

D 76229 Karlsruhe/Germany Tel. +49 721 94249-20 Fax. +49 721 94249-10

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