Innovatives Lösungskonzept für Prozessbus nach IEC 61850 mit Echtzeit-Ethernet verbessert Datenkommunikation in Schaltanlagen

Vorgeführt wurde anhand einer Prototyp-Applikation, wie sich per Echtzeit-Ethernet als Prozessbus und durch den Einsatz nicht konventioneller Wandler die Kommunikationsstruktur gemäß IEC 61850-9-2 in einer Schaltanlage erheblich vereinfachen lässt. Das von Siemens gezeigte Lösungskonzept ermöglicht einen unterbrechungsfreien und redundanten Datenfluss mit einer Zeitsynchronisation von einer Mikrosekunde direkt über den Kommunikationsbus. Dabei sorgt eine Ringredundanz der Lichtwellenleiterverbindung, bei der die Signale gleichzeitig in beide Richtungen gesendet werden, dafür, dass es selbst bei einer Unterbrechung des Kommunikationsweges zu keinem Telegrammverlust kommt.

Die Kommunikationsnorm IEC 61850 nutzt die Ethernet-Bustechnik mit ihrer hohen Datenrate nicht nur für den Stationsbus zur Kommunikation von Schutz- und Feldgeräten untereinander und zum Stationsleitgerät. In der Norm ist darüber hinaus der Prozessbus definiert, der Wandlerdaten und Leistungsschalterkommandos überträgt. Für den Einsatz nicht konventioneller Wandler, zum Beispiel optisch arbeitende Wandler oder Wandler auf Basis von Hallsensoren, müssen die abgetasteten Ströme und Spannungen zeitsynchronisiert werden. Wurde bisher die hoch genaue Zeitsynchronisierung über eine zusätzliche Lichtwellenleiter-Verbindung (LWL) an die vorgelagerten Erfassungseinheiten (Merging-Units) gebracht, findet die Synchronisierung nach dem neuen Konzept direkt über den Echtzeit-Ethernet-Prozessbus statt.

Weiterhin bietet die Lösung eine erhöhte Redundanz. Da die Signale in einer Ringbusstruktur doppelt gesendet werden, damit bei einer Unterbrechung des Kommunikationsweges kein Telegramm verloren geht, muss für das Echtzeit-Ethernet keine Rekonfigurationszeit berücksichtigt werden. Während bisher eine Übertragung von Auslösesignalen, so genannter Trips, für Leistungsschalter als intelligente Steuerung vor Ort fast undenkbar war, macht das neue Kommunikationskonzept auch eine solche Steuerung möglich.

Das Siemens-Konzept, auf der Cigré als weiterer Meilenstein auf dem Weg zur digitalen Substation bezeichnet, nutzt die in der IEC 61784-2 (CP3/6) gebotenen Ethernet-Erweiterungen, ohne die Datenstrukturen des IEC-61850-Prozessbus zu ändern. Deswegen ist in der Siemens-Merging-Unit die Kommunikation mit und ohne Echtzeiterweiterungen einstellbar. Darüber hinaus sind Netzkomponenten, beispielsweise Schalter, realisierbar, die zu bisherigen IEC-61850-9-2-Komponenten die Echtzeit-Features hinzufügen. Damit lassen sich Merging Units und Schutzgeräte ohne Echtzeiterweiterung einfach anschließen.

Der Einsatz der von Siemens präsentierten neuen Echtzeit-Ethernet-Lösung auf der Cigré bedeutet für den Betreiber von Schaltanlagen neben einer hoch effizienten und zuverlässigen Datenkommunikation zum Beispiel, dass er bei Erweiterungen existierender Anlagen Investitionen und Platz sparen kann, weil nicht konventionelle Wandler wie optische Wandler oder Hallsensoren viel kleiner sind als konventionelle, für die man häufig sogar eigene Fundamente braucht. Er kann sich Verkabelungs- und Engineering-Aufwand sparen; auch die spätere Wartung der Anlage wird einfacher. Zudem bietet das Siemens-Konzept die Basis für eine zustandsorientierte Wartung. Eine kleinere Gerätevielfalt in der Anlage reduziert die Ersatzteilhaltung. Darüber hinaus wird die Anpassung der Geräte an Lastflussänderungen einfacher, weil statt eines Gerätetauschs lediglich die Parameter geändert werden müssen.

Siemens Power Transmission and Distribution (PTD), Erlangen, ist eines der führenden Unternehmen auf dem Weltmarkt für Energieübertragung und -verteilung. Als Produktlieferant, Systemintegrator, Komplettlösungs- und Serviceanbieter ermöglicht Siemens PTD Stromversorgern und der Industrie den wirt-schaftlichen und zuverlässigen Transport elektrischer Energie vom Kraftwerk bis zum Verbraucher. In fast 90 Ländern vertreten, erwirtschaftete PTD mit weltweit rund 25.850 Mitarbeitern im Geschäftsjahr 2005 (30. September) einen Umsatz von 4,3 Mrd. EUR.