Digitale Umspannwerke

Lösungen für die Digitalisierung der Versorgungsnetze stehen beim Technologiekonzern ABB ganz oben auf der Agenda. Foto: ABB AG

Eine durchgängige Vernetzung und Datenauswertung kann dem Netzbetreiber helfen, die vorhandene Infrastruktur besser zu nutzen.

Lösungen für die Digitalisierung der Versorgungsnetze stehen beim Technologiekonzern ABB ganz oben auf der Agenda. Foto: ABB AG

Von außen betrachtet gibt es kein Problem mit den deutschen Stromnetzen: Statistisch ist der Kunde kaum einmal 15 Minuten pro Jahr von Stromausfällen betroffen. Doch das hohe Niveau der Versorgung ist vor dem Hintergrund einer stark steigenden Zahl von Redispatch-Maßnahmen zu sehen. Damit sind kurzfristige, ungeplante Eingriffe der Netzbetreiber gemeint, die als Folge der fluktuierenden Einspeisung erneuerbarer Energien immer häufiger erforderlich sind, um die Netze stabil zu halten. Dieses Vorgehen ist teuer und nicht beliebig ausweitbar. Faktisch werden Übertragungs- und Verteilnetze nämlich schon heute immer häufiger nahe den Betriebsgrenzen gefahren. Neben dem konventionellen Netzausbau sind also weitere Maßnahmen erforderlich, um die Energiewende erfolgreich umzusetzen.

Beim Technologiekonzern ABB rückt in diesem Zusammenhang das Konzept des digitalen Umspannwerks in den Fokus. Entsprechende Lösungen befinden sich weltweit bereits bei Energieversorgern im Einsatz und stoßen auch am deutschen Markt auf wachsendes Interesse, wie Raphael Görner berichtet, der den Geschäftsbereich Systemintegration bei ABB in Deutschland leitet. „Ein zentrales Ziel dieses Ansatzes besteht darin, mehr Zustandsdaten zu generieren und diese intelligent zu nutzen“, beschreibt sein Kollege Marcus Giese, Business Development und Vertrieb Digitale Netze. Damit seien bessere Betriebsabläufe und insgesamt auch deutliche Kostensenkungen realisierbar. ABB installierte bereits 1998 die ersten digitalen Spannungssensoren und entwickelte das Konzept seither kontinuierlich weiter.

Zustandsdaten in Echtzeit

Belastbare und sichere Kommunikationssysteme sind eine Schlüsseltechnologie für digitale Netze. Foto: ABB AG

Heute ist es möglich, Umspannwerke von der Feldebene über die Kontroll- und Steuerungselemente bis hin zur Analysesoftware komplett zu digitalisieren und zu vernetzen. Die Prozesskette beginnt in der Anlage selbst, wo Sensoren permanent die wesentlichen Zustandswerte messen. Schon auf dieser Ebene verspricht die digitale Technik einige Vorteile: „Moderne Sensoren können vom Betreiber flexibel konfiguriert und vielfach für wechselnde Betriebszustände sowie in anderen Umspannwerken eingesetzt werden“, erläutert Raphael Görner. So werden etwa bisher separat ausgeführte Strom- oder Spannungswandler durch optische Sensoren ersetzt, die gleich in der Schaltanlage verbaut sind und damit bis zu 60 Prozent weniger Platz benötigen. Die Daten gelangen in Echtzeit in die Stations-/Leitebene, wo sie über das MicroSCADA-Leitsystem visualisiert und zur Steuerung genutzt werden können. Theoretisch, so Görner, sei auch eine automatisierte Steuerung der Netze auf Grundlage der Zustandsdaten möglich und sinnvoll, doch dazu bedürfe es weiterer Erfahrungen. „Nicht nur in Deutschland basiert die Netzsteuerung auf Konzepten, die sich teilweise seit über einem halben Jahrhundert bewähren“, berichtet er. „Das lässt sich nicht von einem Tag auf den anderen ändern.“ Speziell in der Bundesrepublik müsse zudem der regulatorische Rahmen so angepasst werden, dass er die Digitalisierung stärker fördert.

Effizientere Anlagenwartung

Doch nicht nur der aktuelle Netzzustand wird durch die gewonnen Daten aus der Feld- und Stationsebene transparenter, auch die Anlagen als solche sind im digitalen Umspannwerk permanent im Blick. Diese veränderte Sichtweise kann insbesondere helfen, Wartungs- und Instandhaltungsprozesse zu verbessern. Bislang erfolgt die Wartung oft nach festgelegten Zyklen, auch wenn bei der konkreten Anlage noch kein objektiver Handlungsbedarf besteht. Umgekehrt treffen Störungen den Netzbetreiber oft relativ unvorbereitet. „Anhand der Daten lassen sich Wartungszyklen so anpassen, dass nicht zu früh und zu viel, aber auch nicht zu spät und zu wenig gewartet wird“, führt Marcus Giese aus. Derartige zustandsbasierte Konzepte sorgen nachweislich für erhebliche Kosteneinsparungen und setzen sich auch hierzulande bei Netzbetreibern zunehmend durch. ABB hat dazu mit dem ABB Ability Asset Health Center eine Softwarelösung im Portfolio, welche die vor Ort gewonnenen Daten beispielsweise mit historischen Informationen aus dem Unternehmen, Vergleichsdaten von typgleichen Anlagen weltweit und anderen zustandsrelevanten Parametern verknüpft. Grundlage dieser Lösung sind sogenannte Big Data-Methoden, mit denen eine Vielzahl von Informationen aus unterschiedlichen Quellen mit speziellen Algorithmen aggregiert und hinsichtlich bestimmter Fragestellungen ausgewertet werden können.

Kommunikation als Schlüssel

Dreh- und Angelpunkt des digitalen Umspannwerks ist die Kommunikation, denn sämtliche Prozesse basieren auf dem Austausch von Informationen zwischen Komponenten und Systemen. Das erfordert einen Technologiewechsel bei der Infrastruktur: Wo früher analoge Signale über Kupferkabel weitergegeben wurden, erfolgt die Kommunikation der digitalen Sensorinformationen und Steuerbefehle über Glasfasernetze. Damit dies durchgängig über das gesamte System – vom Wandler bis zur Leitstelle – möglich ist, benötigt man zunächst einheitliche Kommunikationsstandards. Der internationale Standard ist hier die IEC 61850. Die Norm beschreibt ein allgemeines Übertragungsprotokoll für die Schutz- und Leittechnik in elektrischen Schaltanlagen der Mittel- und Hochspannungstechnik (Stationsautomatisierung) und umfasst auch Dienste für die Echtzeitkommunikation, wie etwa GOOSE. Auf dieser Grundlage ist die Vernetzung sehr großer Systeme mit den unterschiedlichsten Komponenten verschiedener Hersteller möglich.

Doch die Übertragungsstandards sind nur ein Aspekt bei der Datenkommunikation in digitalisierten Stromnetzen: Um dauerhaft eine sichere Versorgung zu gewährleisten, muss die Kommunikationsinfrastruktur extrem leistungsfähig und belastbar sein. Gleichzeitig gilt es, Netze und Anlagen auch auf dieser Ebene zuverlässig gegen unberechtigte Zugriffe zu schützen, sprich: höchste Sicherheitsstandards zu garantieren.

ABB ist bereits seit langem als Anbieter solcher Kommunikationsnetzwerke am Markt aktiv und baut jetzt seine Position weiter aus. Anfang Juli gab der Technologiekonzern die Akquisition des Geschäftsfeldes Kommunikationsnetze für anwendungskritische Systeme der in Hannover ansässigen KEYMILE-Gruppe bekannt. Das Kommunikationsportfolio von KEYMILE ist besonders auf die hohen Anforderungen von Netzbetreibern im Hinblick auf Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Cyber Security ausgerichtet. Mit 350 Mitarbeitern und Systeminstallationen in mehr als 100 Ländern gehört das Unternehmen zu einem führenden Anbieter von Kommunikationslösungen für diese kritischen Applikationen. Zu den Kunden des betreffenden Geschäftsfelds von KEYMILE zählen Betreiber von Stromnetzen, Bahnunternehmen, Öl- und Gaspipelines sowie Behörden. Der Kauf umfasst wichtige Produkte, Software und Service-Lösungen sowie Forschungs- und Entwicklungsexpertise. Die 120 Mitarbeiter des übernommenen Geschäftsfelds werden Teil der Geschäftseinheit Netzautomatisierung der ABB-Division Power Grids.

Die Zukunft der Netze

Für Raphael Görner werden die Stromnetze der Zukunft digitale Netze sein: „Damit unsere Netze auch unter den künftigen Anforderungen stabil bleiben, müssen alle Akteure und Komponenten im ständigen Austausch stehen.“ Bei ABB ist man überzeugt: Das digitale Umspannwerk ist erst der Anfang.

Kontakt: ABB AG, Marcus Giese, 68309 Mannheim, T.: +49 (0)621 – 381-3542, marcus.giese@de.abb.com

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