Sie sind hier: HomeFeldebeneVernetzung

Kommunikation: IEC 61850 verknüpft Energie- und Automatisierungsnetz

Die Energiewende sowie die vermehrte Nutzung erneuerbarer Energien erfordern es, das klassische Automatisierungsnetzwerk in der Fabrik „intelligent“ mit dem Energienetz zu verknüpfen. Die IEC 61850 stellt hierfür eine einheitliche Sprache zur Verfügung.

Hohe Erwartungen werden im Rahmen der Energiewende in den Netzausbau gesetzt. Aufgrund des Paradigmenwechsels von der zentralen zur dezentralen Erzeugung durch Wind-, Solar- und Wasserkraft sowie der Speicherung auf Basis verschiedener Technologien ist in diesem Kontext eine Abstimmung von Energie-Angebot und -Nachfrage zwingend notwendig. Das deutsche Stromnetz, das weltweit mit am besten entwickelt ist und am stabilsten arbeitet, soll für eine Zukunft mit einem hohen Anteil an erneuerbaren Energien ertüchtigt werden. Dies wird ohne eine erhebliche Erweiterung der Kommunikationsinfrastruktur nicht klappen.

Mit der international anerkannten Norm IEC 61850 ist bereits die Grundlage zur Modernisierung der Kommunikation gelegt. Der Standard beschreibt eine objektorientierte Kommunikationssprache, die im Energienetz zum Einsatz kommt. Sie findet insbesondere in den Automatisierungsnetzwerken von Energiesystemen im Bereich der Erzeugung, Speicherung und Verteilung bis zum Verbraucher Anwendung. Als beispielhafte Applikationen seien Schaltanlagen, Umspannwerke und die automatisierte Vernetzung des Transport- und Verteilnetzes genannt. Kurzum: Überall dort, wo große Lasten, die Rückwirkung auf die Netzstabilität haben, in das Energienetz eingespeist, aus ihm entnommen sowie geschaltet oder überwacht werden, zeigt sich die IEC 61850 als kostengünstige Alternative zu den bis dato verwendeten Übertragungsverfahren.

Gegenwärtig werden signalorientierte Datenmodelle gegenüber dem nach IEC 61850 objektorientierten Datenmodell genutzt. Im signalorientierten Datenmodell (zum Beispiel nach IEC 60870-5) hat jedes Signal eine eigene Adresse. Zur Interpretation eines Signals müssen also Sender und Empfänger diese Adressen kennen. Somit ist von Anlage zu Anlage eine eigene Adresspflege erforderlich. Im Gegensatz dazu beschreibt das objektbezogene Datenmodell der IEC 61850 eindeutig den Namen des Objekts im Klartext. Diese Information wird darüber hinaus in der Kommunikation zwischen den Teilnehmern mit übertragen. Die Objekte beinhalten neben den zu übertragenden Werten die zugehörigen Einheiten. So bieten die eindeutig vordefinierten Objekte klare Schnittstellen für Planer, Anwender und Betreiber. Die in der Normensprache als Logical Nodes (LN) abstrakt formulierten Funktionen ermöglichen den Datenaustausch zwischen unterschiedlichen intelligenten Geräten.

Im Energienetz überwachen autark arbeitende Geräte wie Hochspannungsschalter, Transformatoren und Messeinrichtungen ihre Zustände und melden sie an Schutzeinrichtungen und die Leitebene des Energieversorgers. Diese so genannten Intelligent Electronic Devices (IED) kommunizieren im Bedarfsfall durch schnelle sich wiederholende GOOSE-Nachrichten (Generic Object Oriented System Events) miteinander, die als Multicast verschickt werden. Ein Sender kann also gleichzeitig mehrere Empfänger über seinen Zustand informieren. Handelt es sich um schnelle Meldungen, werden die vordefinierten Verbindungen über die im OSI-Modell genutzte Layer-2-Schicht verwendet und die Nachrichten per Multicast in das lokale Netzwerk gesendet. Für Statusabfragen – die sogenannten Reports – stehen die TCP/IP-Verbindungen zur Verfügung. Nachdem sie die in der IEC 61850-8-1 festgeschriebenen Meldungen empfangen haben, lösen die Empfänger im Vorfeld definierte Aktionen aus, sofern dies notwendig ist.

Da abzusehen ist, dass die Kosten für Energie kontinuierlich steigen und ihre dezentrale Erzeugung stetig wächst, benötigen immer mehr Teilnehmer die Informationen aus dem zunehmend automatisierten Energienetz. Vor dem Hintergrund, dass nur ein stabiles Informationsnetzwerk ein stabiles Energienetz sichert, werden Schaltanlagen und Umspannstationen zunehmend automatisiert. Nur so wird auch in Zukunft eine zuverlässige Belieferung mit Energie sichergestellt. Zudem werden Anwender vermehrt darauf achten, Kostenvorteile durch den Einsatz günstig verfügbarer Energie zu erlangen. Das bedeutet, dass das klassische Automatisierungsnetzwerk der produzierenden Unternehmen mit dem Energienetz verknüpft wird.

Eine „smarte“ Energieversorgung wird in Zukunft lediglich dann funktionieren, wenn alle relevanten Komponenten Daten untereinander austauschen können, um Angebot und Nachfrage gegebenenfalls automatisch aneinander anzupassen. In kontinuierlichen Produktionsprozessen kommt dem Austausch aktueller Informationen mit der koordinierenden Steuerung oder Leitebene eine große Bedeutung zu. Auf diese Weise sind Fertigungsabläufe in einem mit der Fabrikautomation gekoppelten Energienetzwerk an das Energie-Angebot adaptierbar. So können aktiv Kostenvorteile bei einem günstigen Stromangebot genutzt werden. Die effiziente Verwendung erneuerbarer Energie bei großen Verbrauchern ist damit umsetzbar.