10.08.2026 – Die Digitalisierung optimiert auch die Planung und den Betrieb von Umspannwerken. Durch die Integration der IEC 61850 in die Engineeringsoftware von Aucotec entsteht ein konsistentes Datenmodell als Basis für einen digitalen Zwilling.
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Die meisten älteren Umspannwerke (UW) sind technisch betrachtet Unikate – geprägt von individuellen Strukturen, heterogenen Komponenten, uneinheitlicher Dokumentation sowie einem hohen Abstimmungsaufwand bei Engineering und Wartung. Mit der fortschreitenden Digitalisierung der Netze ändern sich jedoch auch die Anforderungen an Planung und Betrieb solcher Anlagen. So verrichten in modernen UWs immer öfter Datenbusse und serverbasierte Systeme Aufgaben, die vormals über klassische Punkt-zu-Punkt-Verdrahtungen realisiert wurden.
Um diese steigende (digitale) Komplexität bereits von der Planungsphase an in den Griff zu bekommen, hat das Softwareunternehmen Aucotec die Integration der IEC 61850-Norm in seine Planungsplattform Engineering Base forciert. „Die IEC 61850 ist weit mehr als ein Kommunikationsstandard. Sie beschreibt im Grunde die logische Struktur eines Umspannwerks – von den Funktionen über die Geräte bis hin zu den Kommunikationsbeziehungen. Durch die Integration der IEC 61850 direkt in das Anlagen-Engineering schaffen wir ein gemeinsames digitales Datenmodell. Auf diese Weise lassen sich die funktionalen Strukturen der Leittechnik direkt mit den realen Geräten und Anlagenkomponenten verknüpfen,“ erklärt Michaela Imbusch, Produktmanagerin für den Bereich Power Transmission & Distribution bei Aucotec. Auf diese Weise soll das Engineering von UWs ohne Medienbrüche – etwa eine zwischenzeitliche Datenkonvertierung in Excel – ermöglicht werden.
IEC 61850
Die IEC 61850 ist eine internationale Normenreihe, die Kommunikationsnetze und -systeme für die Automatisierung von elektrischen Energieversorgungsanlagen definiert. Sie legt fest, auf welche Weise die Komponenten in Umspannwerken und anderen Anlagen Informationen austauschen. Ziel ist die herstellerübergreifende Interoperabilität von Intelligent Electronic Devices (IEDs) wie beispielsweise Schutzrelais, Messgeräten und Leittechnikkomponenten.
Hierfür beschreibt die Norm standardisierte Datenmodelle mit sogenannten Logical Nodes, in denen Schutz-, Mess-, Schalt- und Überwachungsfunktionen einheitlich abgebildet werden. Dadurch können Geräte unterschiedlicher Hersteller dieselbe „Sprache“ sprechen und Informationen ohne proprietäre Schnittstellen austauschen. Einen wesentlichen Bestandteil der Norm stellt die Substation Configuration Language (SCL) dar: Die XML-basierte Beschreibung aller Geräte, Funktionen und Kommunikationsbeziehungen bildet die Grundlage für ein konsistentes Engineering über den gesamten Lebenszyklus einer Anlage hinweg – von der Planung über die Inbetriebnahme bis zu Erweiterungen und Modernisierungen.
Preplanning mit Typicals
Gerade in der frühen Planungsphase eines Umspannwerks bietet dieser Ansatz Vorteile: So lassen sich mit sogenannten modularen „Typicals“ – standardisierte, wiederverwendbare Vorlagen für typische Anlagenteile – bereits in der Vorplanungsphase erste Anlagenstrukturen modellieren, die neben Primär- und Sekundär- geräten auch die entsprechenden IEC 61850-Datenobjekte enthalten.
Darauf aufbauend können automatisch Single-Line-Diagramme erzeugt werden – vereinfachte Einlinienschaltbilder, die den Aufbau und die elektrische Verschaltung eines Umspannwerks übersichtlich darstellen. Ebenso lassen sich Substation-Spezifikationen ableiten, also technische Beschreibungen des Umspannwerks mit Informationen zu Geräten, Funktionen und der IEC 61850-Kommunikationsstruktur. Auch Kostenvergleiche zwischen unterschiedlichen Anlagenvarianten lassen sich auf dieser Grundlage abbilden.
All dies reduziert den Abstimmungsaufwand zwischen den Beteiligten und erhöht zugleich die Transparenz im Projekt insgesamt. So entsteht im Idealfall anstelle von isolierten Dokumentationen ein konsistenter digitaler Zwilling des Umspannwerks, der über den gesamten Lebenszyklus hinweg die Betreiber unterstützt: von der Planung über die Betriebsführung bis hin zu Modernisierungs- und Erweiterungsmaßnahmen.
Neue Gehilfen
Ein zentrales Element der Lösung stellt die regelbasierte Erstellung und Validierung von IEC 61850-Datenobjekten direkt innerhalb der Software-Plattform dar. Hierzu unterstützen vordefinierte Regelsets die Anwender, normgerechte Datenmodelle strukturiert aufzubauen und diese konsistent zu halten. Zwei neue Assistenten – der Rule Set Editor und der IED Assistent – führen durch die Konfiguration, Modellierung und Validierung.
Mit der Implementierung des kompletten IEC 61850-Regelkanons in den Softwarelease wird schon während der Modellierung geprüft, ob die digitalen Objekte dem Regelwerk entsprechen. So kontrolliert die Anwendung beispielsweise, ob die Objekt-Attribute korrekt betextet wurden oder die gewählten Beziehungen zwischen den Objekten zulässig sind. „Dadurch können die User:innen im Engineering Base nur noch IEC 61850-konforme Modellierungen anlegen. Dies senkt die Fehlerquote bereits bei der Modellierung der Anlage und nicht erst am Ende“, führt Michaela Imbusch aus.
Nun ist diese Norm natürlich nicht das Maß aller Dinge, da auch die Netzbetreiber zusätzliche regulatorische Vorgaben bei der Konstruktion von UWs machen. Ergänzend zum integrierten IEC-61850-Regelwerk lassen sich daher auch projektspezifische Validierungsregeln in der Lösung hinterlegen, sodass auch die individuellen Vorgaben der jeweiligen Netzbetreiber bereits während des Engineerings automatisch überprüft werden. Da somit alle Disziplinen im Projekt – von der Primärtechnik über Schutz- und Leittechnik bis hin zur Stationsautomatisierung – auf einer gemeinsamen Datenbasis fußen, können sämtliche Änderungen zentral nachvollzogen werden. Zudem sorgt der integrierte Validierungsmechanismus dafür, dass die IEC 61850 und Projektvorgaben kontinuierlich von allen Akteuren eingehalten werden.
Symbolbild: Engineering Base ermöglicht die Digitalisierung von Umspannwerken. (Foto: Aucotec AG)
Lifecycle mitdenken
Die Anwendung ist jedoch nicht nur auf den Neubau und den Betrieb der Umspannwerke ausgelegt. So kann der digitale Zwilling samt der hinterlegten Datenstruktur auch bei anstehenden Erweiterungs- und Rückbaumaßnahmen genutzt werden, wie Imbusch anschaulich beschreibt: „Manchmal werden in Umspannwerken ganze Felder ausgetauscht. Da sind dann oftmals größere Revisionen der Anlagen notwendig, die auch mit partiellen Rückbaumaßnahmen verbunden sein können. Damit solche Vorhaben auch im Modell abgebildet werden können, müssen alle Änderungen des Rück- bzw. Ersatzneubaus wieder in den digitalen Zwilling überführt und sauber aktualisiert werden. Wenn ich dann bei einem Rückbau einen aktualisierten Datenstand des Projektes habe, bin ich als Beteiligter optimal unterstützt.“
Noch müssen Änderungen nach größeren Anlagenrevisionen teilweise manuell in den digitalen Zwilling übernommen werden. Um die Digitalisierung von Bestandsdokumentationen weiter zu beschleunigen, entwickelt das Softwareunternehmen seine KI- gestützte Lösung AI Diagram Import (AIDI) kontinuierlich weiter. Diese erkennt Informationen aus vorhandenen Papier- und PDF-Dokumentationen und überführt sie strukturiert in Engineering Base. Dadurch lassen sich bestehende Anlagen schneller digital erfassen und als Grundlage für einen aktuellen digitalen Zwilling nutzen. (cp)