Netzüberwachung mit Synchrophasoren

Netzüberwachung (Grid Monitoring) mit Synchrophasoren SIGUARD® PDP (Phasor Data Processor)

SIGUARD® PDP (Phasor Data Processor)

SIGUARD® PDP – Sicherer Netzbetrieb durch Wide Area Monitoring. Die Auslastung der elektrischen Energieversorgungsnetze ist in den letzten Jahren kontinuierlich gestiegen. Gründe dafür gibt es viele: Der zunehmende grenzüberschreitende Stromhandel stellt zum Beispiel in Europa neue Anforderungen an die Kupplungsleitungen zwischen den Regelzonen. So ist im europäischen Verbundnetz die Übertragung von Energie über die Kupplungsleitungen von 1975 bis 2008 fast um den Faktor 6 gestiegen (Quelle: Statistisches Jahrbuch der ENTSO-E 2008). Durch zunehmende Windkrafteinspeisung und die geplante Abschaltung von Bestands-Kraftwerken erhöhen sich die Übertragungsentfernungen zwischen Erzeugung und Verbrauchern. Durch zunehmend häufige Unwetter und Wirbelstürme können wichtige Leitungen ausser Betrieb gesetzt werden, sodass das verbleibende Netz kurzfristig erhöhten Belastungen ausgesetzt ist. Dadurch erfolgt der Netzbetrieb dichter an der Stabilitätsgrenze und es entstehen neue, für die Leitstellenbetreiber ungewohnte Lastflüsse. Hier setzt SIGUARD® PDP (Phasor Data Processor) an. Dieses System zur Netzüberwachung mittels Synchrophasoren hilft bei der schnellen Beurteilung der aktuellen Netzsituation. Pendelungen und Ausgleichsvorgänger werden ohne Verzögerung transparent dargestellt, so wird das Leitstellenpersonal bei der Suche nach Ursachen und Gegenmaßnahmen unterstützt. Vorteile für den Anwender: SIGUARD® PDP erfasst als schnelles Monitoring-System die Ereignisse und Trends in Netzen mit fluktuierenden Lastflüssen oder stark belasteten Leitungen, die mit herkömmlichen Systemen nicht oder zu spät erkannt werden. Nach Störungen kann eine detaillierte Ursachensuche erfolgen. Investitionsentscheidungen für neue Betriebsmittel können basierend auf fundierten dynamischen Messungen getroffen werden. Schutzeinstellungen können anhand der gemessenen dynamischen Vorgänge geprüft und verbessert werden.

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Features & Funktionen

Netzüberwachung (Grid Monitoring) mit Synchrophasoren SIGUARD® PDP (Phasor Data Processor)

Details

Details

Wählen Sie aus, ob Sie SIGUARD® PDP in der kompakten Version „Substation PDC“ als Kommunikationsmaschine einsetzen wollen oder ob Sie den vollen Umfang der Bedienoberfläche und der Applikationen nutzen wollen („Enhanced PDC“). Innerhalb dieser Produktfamilien können Sie sich eine maßgeschneiderte Lösung zusammenstellen. Grundsätzlich sind drei verschiedene Varianten von SIGUARD® PDP bestellbar:

Version
MLFB-Stamm
Beschreibung
SIGUARD PDP – Substation PDC
7KE6041
Preiswerte PDC-Variante, kein Bedienplatz und keine Applikation wie z. B. Inselnetzerkennung möglich. Einsatz in der Substation als Datenknoten für Synchrophasor-Messwerte.
SIGUARD PDP – Enhanced PDC
7KE6042
Voll-Version mit allen Möglichkeiten beim Anschluss von Bedienplätzen und bei Applikationen
SIGUARD PDP – Funktions Upgrade
7KE6040
Mittels Upgrade können Sie einer Basis-Lizenz oder einer vordefinierten Kombination exakt die gewünschten Optionen hinzufügen.
SIGUARD PDP – Version Update
7KE6043
Update auf die neueste Software-Version, für bestehende Installationen (enthält keine Lizenzen)
Eigenschaften

Eigenschaften

  • Phasor Data Processor nach IEEE C37.118 Standard
  • 2 auswählbare Monitoring-Modes:
        - Online-Mode
        - Offline-Mode (Analyse von vergangenen Ereignissen)
  • Zeigeransicht oder Time-Chart-Ansicht für alle Phasoren wählbar
  • Berechnung und Anzeige der Power-System-Status-Kurve
  • Intelligente Funktionen zur Problemanzeige und -Analyse
  • Systemüberwachung inkl. Kommunikationsverbindungen und PMU-Status
  • Geografische Übersicht
  • Basis für die schnelle Berichterstellung nach Störungen
  • Flexible Analyse durch Formeleditor zur Verknüpfung von Messwerten
  • Online änderbare Grenzwerte
  • Läuft unter Windows XP und Windows 7 (32-Bit oder 64-Bit-Version), als reiner PDC (ohne Bedienoberfläche) auch unter Windows Server 2008 (32-Bit- oder 64-Bit- Version).
Funktionen

Funktionen

Synchrophasor-Technologie

 

Die Synchrophasoren sind Zeigermesswerte, d. h. es werden Betrag und Phase von Strom und Spannung gemessen und übertragen. Zusätzlich wird zu jedem dieser Zeigermesswerte ein Zeitstempel übertragen, damit die Messwerte von verschiedenen Orten im Netz vergleichbar sind. Das Bild 3 zeigt, wie aus verschiedenen Netzregionen Zeigermesswerte gesammelt und an zentraler Stelle zusammengeführt werden.

 

Damit die aus den Synchrophasoren gewonnenen Informationen brauchbar sind, muss die Zeitstempelung hochgenau sein. Daher verfügen die PMUs über GPS-geführte Zeitsynchronisierungen.

 

Wesentliche Unterschiede zu den „konventionellen“ Messstellen (Stationsleittechnik, RTU):

Messwerte von Stationsleittechnik oder Fernwirkgerät

Synchrophasor von einer PMU
Langsamer Aktualisierungs-Zyklus 
(typisch z. B. einmal je 5 Sekunden)
Kontinuierliche Aktualisierung (Messwert-Strom), typisch z. B. 
10 Werte pro Sekunde (reporting rate)
Messwerte ohne Zeitstempel
Jeder Messwert mit präzisem Zeitstempel
Effektivwerte ohne Phasenwinkel
Strom und Spannung werden als Zeigerwert mit Amplitude und Phase geliefert

Durch diese Eigenschaften ermöglichen die Synchrophasoren eine dynamische Sicht in Echtzeit auf Leistungspendelungen und andere Phänomene im Netzbetrieb.

 

Phasor Measurement Units (PMU)

 

Eine Phasor Measurement Unit (PMU, Bild 4) ist eine Messeinrichtung zur Messung und Weitergabe von Synchrophasoren. Außerdem werden die Frequenz und die Frequenzänderung (df / dt) erfasst. Eine PMU kann als ein eigenständiges Gerät ausgeführt oder in ein Schutzgerät oder in einen Störschreiber integriert sein. Siemens bietet hier die SIPROTEC 5-PMU an. Die SIPROTEC 5-PMU (verfügbar zum Beispiel im Feldleitgerät 6MD85) erfüllt die Norm IEEE C37.118, die das Kommunikationsprotokoll der Synchrophasoren sowie Anforderungen an das dynamische Verhalten der PMU beschreibt.

 

SIGUARD® Phasor Data Processing System

 

Das SIGUARD® Phasor Data Processing (PDP-)-System ist modular aufgebaut und kann auf mehrere Rechner verteilt werden. Die Systemstruktur zeigt Bild 5.

 

SIGUARD® PDP Server

 

Zentrale Komponente von SIGUARD® PDP ist der Server. Er ist Kommunikationsknoten und Archivankopplung. Außerdem stellt er Basisdienste wie die Systemüberwachung zur Verfügung. Der Bedienplatz (SIGUARD® PDP UI) kann mehrfach ausgeführt sein. Er kann abgesetzt vom Server oder auf demselben Rechner betrieben werden.

 

In einer typischen Konfiguration wird der Server auf einem Serverrechner mit gesicherter Stromversorgung (USV) laufen, während der Bedienplatz in einer Büroumgebung oder in der Netzleitstelle steht.

 

Bedienplatz SIGUARD® PDP UI

 

Der Bedienplatz wird normalerweise abgesetzt vom Phasor Data Concentrator betrieben. Es können mehrere Bedienplätze angeschlossen werden. Am Bedienplatz können die Messwerte im Online-Modus beobachtet werden. Im Offline-Modus können signifikante Ereignisse im Replay genau analysiert werden. Dabei laufen sämtliche Fenster zeitsynchron. Die Bilder 6 und 7 zeigen Beispiele für die Bedienoberfläche.

 

Die Bedienoberfläche kann schnell und einfach im laufenden Betrieb angepasst werden. Die Power System Status Curve (im oberen Teil des Bildschirms) stellt die gewichtete Summe der Abstände aller Messwerte von ihren Grenzwerten dar und ermöglicht so auf einen Blick, den Netzzustand und die Tendenz zu erkennen. Überschreitet die Kurve den Grenzwert, so wird sie rot eingefärbt. Im unteren Bereich des Bildschirms zeigt eine geografische Übersicht, welche Netzbereiche in kritischem Zustand sind. Daneben ist der Arbeitsbereich, in dem die Zeigerdiagramme, Timecharts und Applikationskurven (z. B. Spannungs-Stabilitätskurven) platziert werden können. Weitere Fenster zeigen die Auswahl der Messwerte, anstehenden Meldungen oder den Formeleditor. Die Bedienoberfläche kann bei Bedarf auf mehrere Bildschirme aufgeteilt werden.

 

SIGUARD® PDP COM

 

Dieser Systembaustein stellt die Kommunikationsverbindung zu anderen PDCs zur Verfügung. Dazu wird ebenfalls das Protokoll IEEE C37.118 eingesetzt. SIGUARD® PDP COM sendet die konfigurierten Daten mit einstellbarer Übertragungsrate (frames per second) zu den Empfängern. Es können bis zu 5 Empfänger vorhanden sein. Die Übertragungsraten können separat eingestellt werden und für jeden Kanal können die zu übermittelnden Messwerte aus allen verfügbaren PMUMesswerten ausgewählt werden.

 

SIGUARD® PDP Engineer

 

Mit SIGUARD® PDP Engineer steht ein komfortables Konfigurationswerkzeug für das gesamte SIGUARD® PDP-System zur Verfügung. Die fünf Arbeitsbereiche des Haupt-Bildschirms gliedern klar die Aufgabenbereiche:

  • PMU-Konfiguration
  • Mathematische Berechnungen
  • Grafik für die geografische Übersicht
  • Applikationen (Spannungsstabilitätskurve, Inselerkennung)
  • Kommunikation / Datenverteilung.

Ein eingebauter Plausibilitäts-Check gibt Sicherheit für die Konsistenz der Konfiguration.

 

Kommunikationsverbindungen

  • IEEE C37.118 Server / Client
  • OPC zu OPC-Clients (Anwendung: Automatisierungsfunktionen)
  • ICCP (zu Netzleitstellen).
Anwendungen

Anwendungen

Analyse der Leistungsflüsse im System

 

SIGUARD® PDP kann bereits mit wenigen Messwerten von weiträumig verteilten Phasor Measurement Units (PMU) ein klares und aktuelles Bild über die aktuellen Leistungsflüsse im System darstellen. Dazu ist keinerlei Wissen über die Netztopologie notwendig, die Leistungsflüsse werden beispielsweise über die Phasenwinkeldifferenzen dargestellt.

 

Beobachtung von dynamischen Netzereignissen

 

Mit leicht konfigurierbaren Zeiger- und Zeitdiagrammen können alle PMU-Messgrößen angezeigt und überwacht werden. Besondere Netzereignisse können schnell und zuverlässig erkannt werden. Der beobachtete Bereich kann zeitlich, geografisch und inhaltlich flexibel der aktuellen Situation angepasst werden.

 

Bewertung der Dämpfung von Netzpendelungen

 

Mit der Funktion „Power Swing Recognition“ wird das Entstehen einer Netzpendelung erkannt und die Dämpfung ermittelt. Die Erkennung einer Pendelung und ggf. deren schwache oder nicht vorhandene Dämpfung werden gemeldet (Alarmliste). Zwei Arten der Pendelerkennung sind möglich: Basierend auf der Winkeldifferenz zwischen zwei Spannungen (zwei PMUs erforderlich) oder basierend auf einer Wirkleistungspendelung (eine PMU mit Strom- und Spannungsmesswerten ist ausreichend).

 

Überwachung der Auslastung von Übertragungskorridoren

 

Die Spannungs-Stabilitäts-Kurve ist speziell dafür geeignet, die aktuelle Auslastung eines Übertragungskorridors anzuzeigen. Auf der Arbeitskurve der Leitung (Spannung als Funktion der übertragenen Leistung) wird der aktuell gemessene Arbeitspunkt dargestellt. So ist die verbleibende Reserve jederzeit aktuell abrufbar. Voraussetzung sind PMUs an beiden Leitungsenden.

 

Inselerkennung

 

Diese Funktion zeigt automatisch an, wenn Teile des Netzes vom Restnetz abgetrennt werden. Dazu können Frequenzunterschiede und Frequenzänderungsgeschwindigkeiten automatisch überwacht werden. Erkannte Inseln führen zu Warn- und Ereignismeldungen. Zusätzlich werden die Inseln in der grafischen Übersicht als farbige Flächen markiert.

11:09:52....
2010-...
Island detection
ISD potential network subsplit
appearing
11:09:52....
2010-...
Island detection
ISD network subsplit
appearing
11:09:52....
2010-...
Island detection
ISD potential network subsplit
disappearing

Rückwirkende Ereignisanalyse

 

SIGUARD® PDP ist hervorragend geeignet zur Analyse von kritischen Ereignissen im Netz. Nach Umschalten in den Offline-Modus kann das gesamte Archiv systematisch analysiert und das Geschehen so oft wie nötig abgespielt werden. So werden dynamische Vorgänge transparent und Berichte können schnell und präzise abgefasst werden. Kopieren Sie dazu einfach die aussagefähigen Diagramme aus SIGUARD® PDP in Ihre Berichte.

  • Alarmierung bei Grenzwert-Überschreitung mit Alarmliste und Farbumschlag im geografischen Übersichtsbild. Damit erkennen Sie schnell den Ort und die Ursache einer Störung. Diese Funktion steht auch bei der Analyse des Archivs zur Verfügung.
  • Anzeige des Power-System-Status als Kenngröße für die Stabilität des Netzes. Durch die ständige Verfügbarkeit der Power-System-Status-Kurve im oberen Teil des Bildschirms ist der Bediener ständig informiert, wie der Trend der Systemdynamik ist und ob es noch Reserven gibt. Diese Kurve zeigt ein gewichtetes Mittel der Abstände aller Messwerte von ihren Grenzwerten an.
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