IPEN – IP-Infrastruktur für Energienetze
Erforschung der Wechselwirkungen zwischen Artefakten des Kommunikationsnetzes und der energietechnischen Anwendungen.
Die sich verstärkende Dezentralität und Volatilität der zukünftigen Energieversorgung erfordert adäquate Steuerungssysteme, die den Anforderungen an die Zuverlässigkeit, Interoperabilität sowie der „Interchangeability“ (gemäß EU Mandat M490) gerecht werden. Die Standardserie IEC 61850 zur Schutz- und Leittechnik, die zu diesem Zweck geschaffen wurde, ist seit mehr als 10 Jahren erfolgreich im Einsatz und deckt durch aktuelle Erweiterungen zusätzliche Bereiche ab. So wurde z.B. im Mai 2012 der technische Report 61850-90-5 zur Übertragung von Synchrophasor Information über IP-Multicast verabschiedet. Solche Messungen anhand von Phasor Measurement Units (PMU) können eine Vielzahl von energietechnischen Anwendungen verbessern bzw. überhaupt erst ermöglichen [SGM, SPA10] – derzeit vor allem im Übertragungsnetz, zukünftig aber auch vermehrt im Verteilnetz. Die Übertragung der Messwerte über Weitverkehrsnetze stellt (je nach Anwendung) z.T. sehr hohe Anforderungen an das Kommunikationsnetz.
Während in der Intra-Substation Domäne mit optischem Ethernet-LAN (noch) keine Übertragungsprobleme bestehen, ergeben sich für Anwendungen wie Teleprotection oder Überwachung des dynamischen Netzzustandes („Smart Grid Metrology“) über geroutete IP-Weitverkehrsnetze Probleme mit Datenverlusten und Überschreitungen der erlaubten Übertragungszeiten. Die Ursache dafür ist das Fehlen einer die Übertragungsanforderungen mitteilenden Signalisierungskomponente zwischen den Energieprotokollen und dem Internet Protokoll (IP). Das IP Netz kann ohne Kenntnis dieser Anforderungen nicht adäquat konfiguriert werden kann. Bisher verwendete Übertragungen über große Distanzen basieren deshalb nicht auf Paketnetzen. Die zukünftige Nutzung der IP-Technologie ist aber zwingend, da nur damit die Forderung nach einer kosteneffektiven („main-stream technology“), dezentralen Smart Grid Kommunikations-Infrastruktur erfüllt werden kann.
Die wissenschaftliche Grundlage der Projektarbeit ist die Erforschung der Wechselwirkungen zwischen Artefakten des Kommunikationsnetzes (Verzögerung, Verluste) und der energietechnischen Anwendungen (Schutz, Stabilität, Zuverlässigkeit, etc.). Konkret wird eine ausgewählte Applikation in ein worst-case Simulationsszenario eingebettet und eine Analyse durchgeführt, welche Auswirkung die Kommunikationslatenz auf die Netzstabilität hat. Es ist vorgesehen, transiente Betrachtungen kritischer Betriebszeitpunkte unterschiedlicher Kommunikationsparameter zu analysieren.
Dies ist ein grundlegender Beitrag des Projektes, da die Wechselwirkungen zwischen dem IP Kommunikations- und dem Energienetz bislang nicht ausreichend erforscht sind und diverse Qualitätsanforderungen, die z.B. in IEC 61850-90-5 spezifiziert sind, keine ausreichend fundierte wissenschaftliche Grundlage haben.
Aus den Ergebnissen dieser Arbeiten werden die Anforderungen an das Kommunikationsnetz abgeleitet, formal spezifiziert und Algorithmen für eine optimale Abbildung auf eine IP Netzkonfiguration erforscht. Die Abbildung definiert auch Monitoringaktivitäten, die die Einhaltung der Anforderungen zur Laufzeit überprüfen.
Die gefunden Lösungsansätze und Ergebnisse werden sowohl im Labor als auch in einem realen Testbed mit einer PMU validiert. Diese Resultate der pränormativen Forschung dienen als Basis für einen Beitrag zur IEC 61850 Standardisierung, die derzeit eine bestätigte Lücke bzgl. der Spezifikation von Kommunikationsanforderungen für Weitverkehrsnetze aufweist.
Dieses Projekt wird aus Mitteln des Klima- und Energiefonds gefördert und im Rahmen des Programms „ENERGY MISSION AUSTRIA“ durchgeführt.
