Modernisierte Netze erfordern die Virtualisierung von Umspannwerken

Umspannwerke wandeln Unterübertragungsspannungen auf lokale Verteilungsebenen herunter und erfüllen viele andere Automatisierungs-, Schutz- und Steuerungsfunktionen. Zusätzlich zu den herkömmlichen Funktionen, die mit ausgehenden Stromflüssen verbunden sind, müssen Umspannwerke jetzt eingehende Stromflüsse von DERs berücksichtigen, was den Betrieb erheblich verkompliziert. Um diese und andere Probleme anzugehen, wird jetzt Virtualisierung eingesetzt.

Die Technologie der Virtualisierung ermöglicht die gleichzeitige Ausführung mehrerer Betriebssysteme und zugehöriger Anwendungen auf einer einzigen Hardwareplattform. Jüngste und bevorstehende Fortschritte werden es diesen virtuellen Maschinen (VMs) ermöglichen, Reaktionszeiten von unter einer Millisekunde bereitzustellen, die für die kritischsten Funktionen von Umspannwerken, wie z. B. Schutzrelais, erforderlich sind.

Weit über 90 % des Bedarfs besteht in der Modernisierung und Sanierung bestehender Anlagen, wobei neue Umspannwerke in der Regel mit moderner Technologie geplant und gebaut werden.

Geräte für Verteilerstationen

Viele verschiedene Arten von Geräten werden verwendet, um alle Funktionen auszuführen, die in modernen Umspannwerken erforderlich sind. Zusätzlich zu den traditionellen Funktionen, die mit ausgehenden Stromflüssen verbunden sind, müssen Umspannwerke jetzt eingehende Stromflüsse von DERs berücksichtigen, was den Betrieb erheblich verkompliziert.

Die Abbildung zeigt einige dieser Geräte in einem typischen Umspannwerkautomatisierungssystem (SAS), aber es gibt noch viele andere, von denen jedes eine von zwei Hauptfunktionen erfüllt:

• Schutz und Kontrolle: 100 % autonome Elemente in Echtzeit
• Automatisierung: Befehl und Kontrolle, mit einigen Echtzeitelementen

Zu den Schutz- und Steuergeräten gehören intelligente elektronische Geräte (IEDs), die mit Leistungsschaltern ausgestattet sind, um ihren Betrieb zu überwachen. Merging Units (MUs) sammeln mehrkanalige digitale Signalausgänge von Strom- und Spannungswandlern synchron und übertragen diese Signale dann mithilfe des IEC 61850-9-Protokolls an Schutz-, Mess- und Steuergeräte.

IEDs erfüllen verschiedene Funktionen, wie z. B. Schutzrelais, Fernfehleranzeige, Überwachung und Regelung von Strom- und Spannungspegeln, automatisches Umschalten der Energie von einer Quelle zu einer anderen für Busübertragungen und Wiedereinschalten von Zuleitungen nach vorübergehenden Fehlern.

Automatisierungsgeräte – wie Industrie PCs, Router, nicht verwaltete oder verwaltete Switches, speicherprogrammierbare Steuerungen und Mensch-Maschine-Schnittstellen – werden in der Regel verwendet, um den Betrieb zwischen Schutz- und Steuergeräten zu koordinieren und andere erforderliche Funktionen wie Netzwerkfunktionen bereitzustellen. Alle diese Geräte enthalten elektronische Hardware zur Steuerung des Betriebs und häufig Host-Software zur Durchführung von Vorgängen.

Im Idealfall entsprechen alle diese Geräte den IEC 61850-Standardprotokollen, einem Kommunikationsdienst, der alle Geräte auf Ebene 0, die Server auf Ebene 1 und die Clients auf Ebene 2 verbindet. Dies mag zwar ideal sein, ist aber oft nicht gegeben. Und selbst wenn dies der Fall ist, bleiben andere Kommunikations- und Integrationsprobleme bestehen.

Eine typische Umspannstation enthält viele dieser Geräte, die von verschiedenen Anbietern geliefert werden – jeder mit proprietärer elektronischer Hardware und oft mit eigenen Betriebssystemen und gehosteter Software – was eine Vielzahl von Betriebs- und Verwaltungsproblemen mit sich bringt.

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