www.siemens.com/smartgrid Höchste Effizienz bei Netzanalyse und Netzüberwachung Netzmanagement mit SIMEAS SAFIR Answers for infrastructure and cities. Konsistente Verwaltung aller wichtigen Netzdaten in einem einzigen System Die Bedeutung aussagefähiger Netzdaten Sich wandelnde Marktbedingungen, immer zahlreichere und unterschiedliche Aufgaben sowie zunehmend engere Zeitfenster für eine angemessene Reaktion auf Netzstörungen sind nur einige der neuen Herausforderungen, vor die sich Netzbetreiber gestellt sehen. Die Bewältigung ­ ieser Herausforderungen kann nur gelingen, wenn d alle Beteiligten in kürzester Zeit über präzise Netzdaten ­verfügen. Die heutigen Anforderungen des Netzbetriebs erfordern eine bessere Erfassung des Netzzustandes und den Austausch von Wissen und Erfahrungen: Anwendergruppen: Betriebsmittelverwaltung Leitstellenpersonal 2 Betriebs- und Wartungspersonal alle Anwendergruppen Schlüsselanwendungen • Das Betriebs- und Wartungspersonal benötigt hoch­ effiziente und kostenoptimierte Analysen und Berichte, um die bestmögliche Systemzuverlässigkeit und Netz­ stabilität unter effizientem Ressourceneinsatz gewährleisten zu können. • Die Betriebsmittelverwaltung ist auf präzise Betriebs­ mittel-Zustandsdaten angewiesen, um eine rechtzeitige und proaktive Wartung sicherzustellen, störungsbedingte Ausfallzeiten zu minimieren und die Kosten durch ­optimierten Personaleinsatz zu reduzieren. • Für das Leitstellenpersonal ist eine sofortige Benachrichtigung über kritische Situationen unabdingbar und sie benötigen für eine zeitkritische und fundierte Entscheidungsfindung Zugriff auf zusätzliche Daten, beispielsweise Informationen zum Fehlerort, um die Ausfallzeiten und die dadurch entstehenden Kosten zu reduzieren. • Die Identifizierung geeigneter Maßnahmen im Fall von Vertragsverletzungen setzt umfassende Netzqualitätsberichte ­voraus. • Das Management benötigt einen schnellen, zuverlässigen und kompakten Gesamtüberblick, um Prozesse und Abläufe zu optimieren. Angesichts des zunehmend bidirektional verlaufenden Stromflusses, der Notwendigkeit, Stromausfälle in jedem Fall zu verhindern, und der notwendigen ­Optimierung der Betriebsmittelverwaltung im Kontext einer alternden und heterogenen Infrastruktur sowie der zunehmenden Markt­regulierung ist ein detaillierter Überblick in Echtzeit über den Zustand eines Netzes heute von höchster Wichtigkeit. SIMEAS SAFIR ist eine Softwareplattform, die die Basis für die optimale Datenintegration verschiedener ­Geräte innerhalb eines Energienetzes schafft. Spezielle ­Anwendungen für die Ereignisanalyse sowie zur System- Umfassende Analyse aller Daten mit ­Ableitung von Handlungsempfehlungen in Echtzeit Fehleranalyse Erfassung und Verarbeitung von Transientenaufzeichnungen Korrelation mit Ereignissen der Stationsautomatisierung Ereignisanzeige, Gruppierung von Datensätzen Fehlerortung innerhalb von Minuten Schutzanalyse Analyse zur automatischen Wiedereinschaltung Leistungsschalter-Zustandsüberwachung Netzqualitätsüberwachung Aufzeichnung und Konformitätsüberprüfung auf Systemebene Spannungseinbrüche und Spannungsspitzen Weitbereichsüberwachung Frequenzüberwachung und Inselnetzerkennung und ­Geräteüberwachung ermöglichen einen hersteller­ unab­hängigen, systemweiten Zugriff auf Messwerte und auf die daraus abgeleiteten Informationen für eine umfassende Kontrolle der Netzqualität. SIMEAS SAFIR erfasst transiente Störschriebe, ­Ereignisse der Stationsautomatisierungssysteme, Netzqualitäts­ messungen und Synchrophasoren und analysiert diese ­Daten automatisch, so dass Betreiber und deren Experten schnell in der Lage sind, die wesentlichen Fakten zu erkennen und die notwendigen Entscheidungen zu treffen. Wichtigste Vorteile Automatisiertes Berichtswesen in Echtzeit zur ­Steigerung der Transparenz, Optimierung des ­Personaleinsatzes und Einsparung von Kosten Automatisierte Datenerfassung und Analyse sowohl für das Kontroll- und Wartungspersonal als auch für Experten Fehleranalyse und genaue Fehlerortberechnung Verfügbarkeit der Daten aus allen Datenquellen beispielsweise Störschreibern, numerischen Schutzgeräten und Netzqualitätsmessgeräten Gruppierung und Klassifizierung aller Datensätze zu einem spezifischen Netzereignis nach Schweregrad Automatische Generierung standardisierter Berichte Webgestütztes System Sofortige Weiterleitung der Ergebnisse über ­Web-Schnittstelle, E-Mail, SMS-Nachricht oder ein anderes Kommunikationsmedium Archivierung der Daten und Analyseergebnisse für spätere Wiederaufrufbarkeit 3 Schnelle, einfache, umfassende Informationen zu allen relevanten Netzereignissen Netzüberwachung im digitalen Zeitalter Leitsysteme und Datenverwaltungssysteme in Unternehmen können Experten in Echtzeit entscheidende Informationen liefern. Sie sind jedoch nicht speziell dafür konzipiert, das dynamische Verhalten eines Netzes, gerade auch während Störungen oder größeren Veränderungen der Netzqualität, zu beobachten und zu überprüfen. 4 Modernste Überwachungs-, Steuer- und Schutzgeräte, die an ein schnelles und zuverlässiges Kommunikationssystem angebunden sind, bieten hingegen neue und vielver­sprechende Möglichkeiten für die Netzoptimierung, da sie eine Fülle an digitalen Daten hoher Qualität liefern, die exakte Aussagen über den Netzzustand ermöglichen. Typische Datenquellen Datenquellen SIMEAS SAFIR ist eine rechnerbasierte Lösung mit ­Skalier­-barkeit von Einzelrechner- bis zu Mehrrechner­ systemen mit Einbindung von Anwendungsrechnern und spezifischen Datenkollektoren. Die Datenkollektoren ­können beispielsweise mit Stationsautomatisierungs­ systemen, s­ peziellen Datenschnittstellen, Leitsystemen, Blitzortungs­datenbanken, Störaufzeichnungs- und Netzqualitäts­­­sys­temen, Phasor Data Concentrators (PDC) und Archiv­systemen ­kommunizieren und sowohl ereignisbezogene als auch statistische Daten sammeln. Auch eine individuelle A ­ npassung an bestehende Infrastrukturen und Altsysteme ist möglich. SIMEAS SAFIR standardisiert alle Daten, damit sie für die automatische Verarbeitung jeder Art v­ ollständig lesbar und nutzbar sind. Klare Vorteile für jeden Anwender Die Datenverarbeitung mit SIMEAS SAFIR bietet eine Vielzahl handfester Vorteile für alle Abteilungen, die mit ­Systemüberwachungsdaten arbeiten: •D as Betriebs- und Wartungspersonal profitiert von der automatischen Auslesung und Verarbeitung aller ­verfügbaren Daten und von einem einheitlichen Berichts­ standard. Damit gehört das umständliche und zeitaufwendige manuelle Berichtswesen der Vergangenheit an. • Die Betriebsmittelverwaltung profitiert von der konsistenten Fehleranalyse und den daraus abgeleiteten Schlussfol­gerungen zu den betriebsmittelbedingten Störungen, so dass die manuelle Bearbeitung von Störungs- und Netzqualitätsberichten obsolet wird und Fehlbedienungen oder ­Ausfälle verhindert werden können. Technische Daten - Schutzgeräte - Digitale Störschreiber - Netzqualitätsmessgeräte - Synchrophasoren - Leistungsmessgeräte - Fernwirkgeräte Geschäftsdaten - Archivsysteme - Leitsysteme (Bedienen, Beobachten, Steuern) - Geografische Informationssysteme Typische Datenformate und Protokolle COMTRADE PQDIF ASCII SQL FTP Modbus IEC 61850 IEEE C37.118 • Das Management kann sein Handeln auf umfassendere – und transparentere – Daten stützen, was ein schnelleres und besser kalkulierbares Eingreifen möglich macht. • Mitarbeiter in der Leitstelle profitieren von der auto­ matischen D ­ atenerfassung und -verarbeitung, die durch den vollständigen Zugriff auf alle relevanten Daten eine rechtzeitige und fundierte Entscheidungsfindung ermöglicht. Die genaue Fehlerortung ist eine entscheidende Voraussetzung für den kosteneffizienten Betrieb und die Wartung von Hoch- und Mittelspannungsnetzen. Mit ­SIMEAS ­SAFIR lassen sich Kurzschlüsse ­genau lokalisieren, ­wobei alle ­relevanten Informationen über das Internet bereitgestellt werden. 5 Fehleranalyse Automatische Datensammlung von Schutzgeräten und digitalen Störschreibern für die ­unternehmensweite, webgestützte Ereigniserkennung, Fehlerortung, ­Benachrichtigung und Berichterstellung Erfassung und Verarbeitung von Transienten­ aufzeichnungen Daten zu sammeln und die Puzzleteile der Ereignisanalyse wieder zu einem Ganzen zusammenzufügen, muss keine ­ermüdende, zeitaufwendige Arbeit sein. SIMEAS SAFIR ­sammelt die Aufzeichnungen aus allen Datenquellen ­automatisch – üblicherweise im COMTRADE-Format. ­Während dieses Prozesses wird die Zeitsynchronisation überprüft und optimiert, so dass die Datensätze in Ereignis-Ordnern gruppiert werden können. Störschriebe ­werden vorverarbeitet, um die weitere Analyse zu ver­ einfachen. Die Software erkennt Analogsignaländerungen und bietet zahlreiche Messungen, beispielsweise von ­Phasoren und ­Schleifenimpedanzen, für jeden Zustand des Netzes. W ­ ährend der Schutz­überprüfung generierte Datensätze können bei Bedarf markiert und von der ­Fehleranalyse ausgeschlossen werden. ­SIMEAS SAFIR ermöglicht somit eine zeit- und ressourceneffiziente ­Analyse und Bericht­erstellung für das Steuer- und ­Wartungspersonal. Dies erhöht die Effizienz, reduziert die Kosten und trägt zu einer besseren Systemzuverlässigkeit bei, indem M ­ aßnahmen aus einem umfassenden Datenbestand a ­ bgeleitet werden. Verwendung von Ereignissen der ­Stationsautomatisierungssysteme SIMEAS SAFIR kann relevante Ereignisse direkt an der Quelle abgreifen, beispielsweise mittels Fernwirk­ geräten oder speziell eingerichteten IEC-61850-Schnittstellen. Alternativ dazu können ­Leitsystem-Datenbanken oder Datenexporte von Stationsautomatisierungssystemen ­verwendet werden. Auf diese Weise wird SIMEAS SAFIR zu einem systemweiten Aufzeichnungssystem, was in jedem Fall die o ­ ptimale Lösung darstellt. SIMEAS SAFIR verwendet Daten aus allen Quellen für eine zeit- und kosteneffiziente Netzkontrolle und Netzwartung. Leitungsstörungen aufgrund von Umwelteinflüssen lassen sich nicht verhindern. Mit SIMEAS SAFIR ist es jedoch möglich, solche Störungen schneller, einfacher und effizienter zu handhaben. 6 Ereignisanzeige und Ereignisanalyse SIMEAS SAFIR gruppiert alle auf ein Netzereignis bezogenen Daten in einem einzigen Ordner, was die Analyse erheblich vereinfacht: Transientenaufzeichnungen, ­Slow-Scan-­Aufzeichnungen, Spannungseinbrüche und andere Meldungen. Die Anwendung ist so in der Lage, ­kritische ­Ereignismuster zu bestimmen. Die Anwender ­können die ­Ereignisliste durchsuchen, in der für jedes Ereignis die ­relevanten Punkte und Muster hervorgehoben werden. E ­ reignisse werden anhand verschiedener Kriterien als ­wichtig markiert und die Anwender können sich ­registrieren, um Benachrichtigungen auf der Basis ihrer individuellen ­Präferenzen zu erhalten. Typischer Workflow für die Fehlerortung Fehlerortung SIMEAS SAFIR nutzt alle verfügbaren Transientenauf­ zeichnungen, um eine reaktanzbasierte Fehlerortung ­unter Verwendung der Messdaten von ein, zwei oder mehr Schutzgeräten von Leitungen oder Kabeln zu ­ermöglichen. Zu den verwendeten Methoden gehören neueste Techniken wie Schätzung der Toleranz, Angabe des nächstgelegenen Strommasts mit geografischer ­Position, automatische Auswahl der Spannungskanäle, Kompen­sation der mutuellen Kopplung bei mehreren Parallel­leitungen sowie Berücksichtigung von Kompen­ sationsdrossel­spulen und Netzabschnitten mit Doppel­ kabel. Dadurch ist es möglich, die meisten Kurzschlüsse in Hochspannungs­netzen auf drei Freileitungsmasten genau zu l­okalisieren. SIMEAS SAFIR bietet Möglichkeiten zur ­Schätzung der ­Leitungs­parameter und zur Kalibrierung des Aufzeichnungssystems. Außerdem ist es möglich, ­unabhängige Schätzungen auf der Grundlage von ­Wanderwellen-Fehlerortern vorzunehmen. Schon wenige Minuten nach einer Störung ist diese ­Technologie in der Lage, den Betreibern und Experten per ­E-Mail oder SMS-Nachricht zeitsensible und kritische Informationen zu übermitteln. Durch sorgfältige Über­ prüfung der Qualität der Berechnungen stellt die An­wendung sicher, dass nur zuverlässige und exakte ­Informationen bereitgestellt werden, wodurch ein un­nötiges, stets mit Stress verbundenes Eingreifen der ­Reparaturteams vermieden wird. Falls durch weitere ­Eingangsdaten eine bessere Fehler­analyse möglich ist, erhalten die Anwender eine Aktualisierung. 1 2 ehlererkennung durch Schutzgerät oder F Störschreiber COMTRADE-Datenimport 3 Ereigniserkennung und Datensatz­aggregation 4 5 6 7 Korrelation zu Blitzschlagereignissen Fehlerortung Datensatzsynchronisierung Bericht und Benachrichtigung Schutzanalyse SIMEAS SAFIR enthält keine detaillierten Modelle ­individueller Schutzrelais, sondern führt eine Reihe ­automatischer Überprüfungen durch und erkennt auf ­diese Weise anomale Ereignisfolgen sowie Unter- und Überfrequenzen. Auch festgelegte Lastabwurfpläne ­werden erkannt. Analyse der automatischen Wiedereinschaltung SIMEAS SAFIR überwacht automatische Wiederein­schalt­ zyklen und berichtet über deren Ergebnis. Schlägt die ­Wiedereinschaltung fehl, prüft SIMEAS SAFIR, ob ein ­transienter Fehler vorliegt. Auf diese Weise können­ ­effektivere Entscheidungen getroffen werden, was durch geringere ­Stillstandzeiten der Anlage zur Ver­ meidung von Strom­ausfällen beiträgt. Leistungsschalter-Zustandsüberwachung SIMEAS SAFIR analysiert Abschaltstrom und Auslöseoder Wiedereinschaltfolgen jedes Schaltereignisses und ­liefert dem Betriebsmittelverwalter eine Betriebsstatistik der ­überwachten Leistungsschalter. Auffällige Zustände ­werden als ­Warnungen oder Alarme gemeldet, die an Betriebsmittel-Verwaltungssysteme wie benutzerdefinierte Daten­banken oder SAP PM exportiert werden können. SIMEAS SAFIR überwacht Wiedereinschaltzyklen. Schlägt die ­Wiedereinschaltung fehl, erkennt das Gerät, ob ein transienter Fehler vorliegt. 7 Netzqualitätsüberwachung Automatisierte Datensammlung von Netzqualitätsmessgeräten für die unternehmensweite webgestützte Fehlererkennung und Berichterstellung Intelligente Antworten auf die neuen Heraus­ forderungen für Netzbetreiber Während bislang das Hauptaugenmerk der Netzqualitätsüberwachung auf der Qualität der Stromversorgung in unteren Spannungsebenen lag, kommt der Netzüber­ wachung auf allen Spannungsebenen heute eine immer wichtigere Rolle zu. Die Gründe liegen unter anderem ­darin, dass Betreiber verpflichtet sind, die Versorgungsqualität gegenüber unterlagerten Netzbetreibern oder wichtigen Kunden zu dokumentieren und eine schnelle Bewertung der Auswirkungen von Spannungsereignissen zu gewährleisten. Oft besteht jedoch auch die Notwendigkeit, den Ursprung von Oberschwingungen und Asymmetrien zu lokalisieren, die die Leistungselektronik und damit einen ordnungsgemäßen Betrieb stören können. Deshalb benötigt das Betriebs- und Wartungspersonal ­entsprechende Aufzeichnungen. Netzqualitätsaufzeichnungen SIMEAS SAFIR verwendet Messungen der Spannungs- und Stromqualität verschiedener Netzqualitätsmessgeräte von Siemens und von anderen Herstellern. Die bevorzugten Datenquellen sind konfigurierbare Netzqualitätsrecorder mit TCP/IP-Kom­munikation und Standardprotokollen wie zum Beispiel Modbus. SIMEAS SAFIR kann die entscheidenden Messwerte, auch in sehr kurzen Intervallen, direkt von diesen Geräten abfragen. Alternativ dazu ­können Messungen im ­PQDIF-Format oder von hersteller­ spezifischen Netzqualitätsdatenbanken importiert werden. SIMEAS SAFIR zeigt die Messungen unabhängig von ihrer Herkunft auf der Web-Schnittstelle und erleichtert das einfache Durchsuchen einer großen Zahl von Daten­kanälen. Auswertung der Netzqualität Zu Referenzzwecken können die Netzqualitäts­messungen mit festgelegten Grenzwerten, zum Beispiel auf der Grundlage der Norm EN 50160, verglichen ­werden. Interessierte Anwender erhalten per E-Mail eine Zusammen­ fassung der Netzqualität der letzten sieben Tage. Um Qualitätsprobleme zu erkennen und zu verstehen, ­bietet SIMEAS SAFIR darüber hinaus auch einen skalierten Vergleich zwischen den Netzqualitätsindikatoren und den entsprechend vorgeschriebenen Grenzwerten. Die automatisierte Datensammlung von Messgeräten ermöglicht eine schnelle und genaue Auswertung der Netzqualität. 8 Weitbereichsüberwachung Automatisierte Datensammlung von PMU für die unternehmensweite und webgestützte Ereigniserkennung Insbesondere Mitarbeiter in der Leitwarte sind auf ­sofortige und transparente Informationen zu kritischen Netzsituationen angewiesen, um richtig reagieren zu ­können. Die Weitbereichsüberwachung mit SIMEAS SAFIR kann alle relevanten Informationen bereitstellen. SIMEAS SAFIR zeigt Tabellen und geografische Übersichten der Amplituden und Winkel der Mitsystem-Spannung im gesamten überwachten Netz. Außerdem kann der Anwender Paare von PMU-Standorten und entsprechende Grenzwerte auswählen, um Phasenereignisse auszulösen. Frequenzüberwachung und Phasenüberwachung SIMEAS SAFIR macht sich die zunehmende Verfügbarkeit von Phasor Measurement Units (PMU) zunutze. Durch die Kommunikation mit PDC kann der Rechner Synchrophasoren auf jedem angeschlossenen Client-PC genauso einfach darstellen wie andere Online-Messungen. Weitere Funktionen SIMEAS SAFIR legt die von Leistungsmessgeräten und PMU aufgezeichneten Messungen für mehrere Wochen in einem Datenbankpuffer ab. Dadurch ist es möglich, Aufzeichnungen zu einem späteren Zeitpunkt, sogar noch Wochen nach dem betreffenden Ereignis, wieder aufzurufen. SIMEAS SAFIR verwendet entweder Netzqualitätsmess­ geräte oder Phasor Measurement Units, um den Durchschnittswert der Netzfrequenz zu berechnen und Trenddiagramme mit verschiedenen Zeitskalen darzustellen. SIMEAS SAFIR kann Schätzungen der Quellenimpedanz ­liefern, sobald eine signifikante Leistungsänderung eintritt. Diese Funktion ist besonders bei Stromerzeugungsanlagen auf Basis erneuerbarer Energie und HGÜ-Stationen von Vorteil, die ­einen Nachweis über die Kurzschlussleistung benötigen. Gemessene Frequenzen, die signifikante Abweichungen zeigen, werden in Inseln aufgeteilt. Die Frequenzen jeder Insel werden nachverfolgt und verglichen, um Inselbildung zu erkennen und ihre Auswirkung in verschiedenen Situationen zu bewerten. SIMEAS SAFIR beschränkt sich nicht auf die Netzqualitätsaufzeichnungen, sondern verfolgt einen breiteren Ansatz, indem die Spannungsänderungen der Phase-Erde-, PhasePhase- und Phasenfolgespannungen insgesamt aufgezeichnet werden. 9 Architektur und Systemintegration * Digitale Störschreiber SIMEAS SAFIR Systemarchitektur und Datenfluss 10 Rechnerstruktur • Einzelrechner-Lösung für kleine bis mittelgroße Systeme • Mehrrechnersystem für große Hochleistungssysteme • Optionaler Webserver Technologie • Java-basierter Multitasking Runtime Kernel auf Microsoft Windows Betriebssystem • Integrierter Webserver • Relationale Datenbank für die langfristige Speicherung von großen Mengen an Datensätzen, Messungen und ­Ereignissen • Hochleistungsfähiges Datenbanksystem zur Synchro­ phasoren-Pufferung und als Softwarerecorder • Einfache Erweiterbarkeit mit MATLAB-Algorithmen für Data Mining, Signalverarbeitung, Parameterschätzung und ähnliche anspruchsvolle Anwendungen Benutzerschnittstellen • Webzugriff auf alle Informationen mit rollenbasierter ­Zugriffsrechteverwaltung • Individuell anpassbare Startseite • E-Mail- und SMS-Nachrichten, nach Rollen und Umfang konfigurierbar Konfiguration • Schritt-für-Schritt-Konfiguration unter Verwendung von Geräteprofilen • Objektlisten zur Überprüfung der Konsistenz • Konsistente systemweite Nomenklatur • Versionskontrolle mit Möglichkeit zur erneuten Auf­ bereitung der Daten über eine angepasste Konfiguration • Qualitätskontrolle durch Vergleich mit Datenbanken zur Betriebsmittelverwaltung SIMEAS SAFIR bietet zahlreiche Vorteile auf dem Gebiet der Netzanalyse und -überwachung. Gestützt auf die langjährige Erfahrung und ausgewiesene Fachkompetenz von Siemens als Komplettanbieter für Energieverteilung, Energieautomatisierung und Smart-Grid-Lösungen ermöglicht SIMEAS SAFIR eine kosten- und ressourcen­ effizientere Datenverarbeitung, genauere Analysen, schnellere und angemessenere Reaktionen auf Fehler, gezieltere präventive Wartungsmaßnahmen und eine fundiertere Entscheidungsfindung. Schnittstellen zu den betrieblichen Informations­ systemen • Benutzerauthentifizierung durch Corporate Directory ­Support • Automatischer Export wichtiger Fehlerereignisse • Schnittstellen zu Leitsystemen, GIS, Archivsystem, beispielsweise über Middleware • Export der Leistungsschalter-Betriebsdaten und ­Warnmeldungen an SAP PM 11 Herausgeber und Copyright © 2013 Siemens AG Infrastructure & Cities Sector Smart Grid Division Energy Automation Humboldtstr. 59 90459 Nürnberg, Deutschland Für mehr Informationen wenden Sie sich bitte an unser Customer Support Center Telefon:+49 180 524 84 37 Fax: +49 180 524 24 71 (Gebühren in Abhängigkeit vom Provider) E-Mail:[email protected] Bestell-Nr. IC1000-G220-A180 Gedruckt in Deutschland fb 5302 WÜ WS 08131.0 Gedruckt auf elementar chlorfrei gebleichtem Papier. Alle Rechte vorbehalten. Die in diesem Dokument genannten Handelsmarken und Warenzeichen sind Eigentum der Siemens AG bzw. ihrer Beteiligungsgesellschaften oder der jeweiligen Inhaber. Änderungen vorbehalten. Die Informationen in diesem Dokument enthalten allgemeine Beschreibungen der technischen Möglichkeiten, welche im Einzelfall nicht immer vorliegen. Die gewünschten Leistungsmerkmale sind daher im Einzelfall bei Vertragsschluss festzulegen.