Netzleittechnik : Informationstechnik für den Betrieb elektrischer Netze

Dieses Buch soIl in erster Linie den Studenten eine EinfUhrung in das Gebiet der Netzleittechnik bieten, gleichzeitig aber auch dem Fachmann eine zusammenfassende Darstellung ihrer Aufgaben und Losungsmoglichkeiten geben. Es entstand wahrend des Aufenthalts von Herrn Sun Ji Rong von der Chengdu University of Science and Technology, Volksrepublik China, als Gastwissenschaftler im Fachgebiet "Elektrische Anlagen und Netze" der Universitat Duisburg. Die moderne Netzleittechnik behandelt mittels ProzeBrechnern bereits viele Betriebsaufgaben, die friiher von Menschen mit Verstand und Kenntnis des Netzes gelost wurden. Das hat zur F olge, daB moderne Netzleittechnik weder verstanden noch entworfen werden kann, ohne die Betriebsaufgaben im Detail zu kennen. Es wird daher in diesem Buch groBes Gewicht darauf gelegt, nicht nur die Funktionen der Netzleittechnik zu beschreiben, sondern auch die Betriebsaufgaben selbst, die Netzstrukturen und Organisationsformen, aus denen sich die Betriebsaufga­ ben ableiten, die Methoden, dem Rechner die Kenntnisse iiber das Netz zu vermitteln. Was Preis und LeistungsHihigkeit der Hardwarekomponenten als auch die Software­ losungen angeht, ist die Netzleittechnik derzeit in rascher Entwicklung begriffen. Das Buch zeigt diese Entwicklungslinien auf. Neben der Beschreibung der aktuellen Technik wird versucht, die Grundprinzipien herauszuarbeiten, die unabhangig von der verwendeten Technik Giiltigkeit haben. Beim Einsatz der Netzleittechnik in China ergeben sich spezielle Probleme durch die GroBe des Landes und die Benutzung nichtalphabetischer Schriftzeichen. HierfUr werden in den einschlagigen Kapite1n Losungsvorschlage erarbeitet. Eine zusammen­ fassende Darstellung des gegenwartigen Standes der NetzbetriebsfUhrung und der Netzleittechnik in China bietet Abschnitt 3.10.

1 Einleitung.- 2 Aufbau elektrischer Netze.- 2.1 Allgemeines.- 2.2 Idealschema des Verbundnetzes.- 2.3 Abweichungen vom Idealschema.- 2.4 Aufbau von Unterstationen und Schaltanlagen.- 2.5 Stelltransformatoren.- 2.6 Kraftwerke.- 3 Betriebsaufgaben und Betriebsorganisation.- 3.1 Überblick über die Aufgaben des Netzbetriebes.- 3.1.1 Netzführung.- 3.1.2 Kraftwerkskoordination.- 3.1.3 Sicherheitskontrollen.- 3.1.4 Betriebsplanung.- 3.1.5 Zusammensicht.- 3.2 Allgemeines zur Arbeitsorganisation.- 3.3 Idealschema einer Hierarchie von Netzleitstellen.- 3.4 Idealschema der Aufgabenteilung in einer Netzleitstelle.- 3.5 Abweichungen von den Idealschemata.- 3.5.1 Historische Entwicklung, Inkonsistenz des Unterstationsbegriffs..- 3.5.2 Lage der Kraftwerke, Kraftwerkskoordination.- 3.5.3 Zuordnung der Betriebsplanung.- 3.6 Inspektion, Wartung, Reparatur, Netzausbau.- 3.6.1 Anlagenbegehung.- 3.6.2 Wartung und Reparatur.- 3.6.3 Netzausbau.- 3.6.4 Auswirkung auf Netzbetrieb und Netzleittechnik.- 3.7 Weitere Aufgaben des Netzbetriebes.- 3.7.1 Zusammenarbeit mit anderen Abteilungen des EVU.- 3.7.2 Spezielle Datensammlung und -auswertung.- 3.8 Aus der Netzleittechnik resultierende Betriebsaufgaben.- 3.8.1 Planung, Ausbau und Überwachung der Fernwirkverbindungen..- 3.8.2 Wartung, Überwachung und Entstörung der Prozeßrechnerhardware.- 3.8.3 Softwareentwicklung.- 3.8.4 Datenpflege und -Sicherung.- 3.9 Globale Betriebszustände des Versorgungssystems.- 3.10 Netzaufbau und Netzbetriebsführung in der VR China.- 3.10.1 Stromerzeugung und -verbrauch.- 3.10.2 Spannungsebenen und Übertragungsleitungen.- 3.10.3 Besonderheiten im Betrieb der elektrischen Netze.- 3.10.4 Betriebsorganisation und Netzleitsystem.- 4 Fernwirktechnik und Nachrichtenübertragung.- 4.1 Einführung.- 4.1.1 Aufbau einer einfachen zeitmultiplexen Fernwirkstrecke.- 4.1.2 Funktionen der Fernwirkgeräte.- 4.1.3 Übertragung verschiedener Informationsarten.- 4.2 Nachrichtenkanäle.- 4.2.1 Tonfrequenzmodulation und Tonfrequenzkanäle.- 4.2.2 Signalcodierung.- 4.2.3 Leitungseigenschaften.- 4.2.4 Telefonkanäle im Nahbereich.- 4.2.5 Telefonkanäle im Fernbereich.- 4.2.6 TFH-Übertragung.- 4.2.7 Nachrichtenübertragung über Fernmeldeluftkabel, Phasenseilkabel und Erdseil.- 4.2.8 Richtfunk.- 4.2.9 Rundfunk.- 4.2.10 Lichtleitertechnik.- 4.3 Betriebs-und Verkehrsarten von Fernwirkübertragungen.- 4.3.1 Frequenz-und zeitmultiplexe Verfahren.- 4.3.2 Betriebsarten von zeitmultiplexen Systemen.- 4.3.3 Telegrammaufbau.- 4.3.4 Verkehrsarten und -Strukturen.- 4.4 Sicherung der Datenübertragung.- 4.4.1 Signalsicherung.- 4.4.2 Sicherung duch Wiederholung der Nachricht.- 4.4.3 Anwendung von Block-Codes mit Fehlererkennung und-korrektur.- 4.4.4 Sicherung des Nachrichtenübertragungssystems.- 4.4.5 Zusätzliche Sicherungsmaßnahmen.- 4.5 Ein-und Ausgabe von Signalen an Fernwirkgeräten.- 4.6 Weitere im Netzbetrieb verwendete Übertragungsverfahren.- 4.6.1 Meßwertübertragungen mittels Impulsfrequenzcodierung.- 4.6.2 Zählwertübertragung mittels Zählimpulsen.- 4.6.3 Höher/Tiefer-Impulse.- 4.7 Ferndatenübertragung zwischen Rechnern.- 4.7.1 Protokolle.- 4.7.2 OSI-Architekturmodell.- 4.7.3 HDLC-Prozedur.- 4.8 Tonfrequenz-Rundsteueranlagen (TRA).- 4.8.1 Steuerfrequenz und Ansprechspannung der Empfänger.- 4.8.2 Ankopplungsarten.- 4.8.3 Codierung der Rundsteuerungssignale.- 4.8.4 Aufbau einer Rundsteueranlage.- 4.9 Betriebsfunk.- 4.10 Telex, Telefax.- 5 Betriebsdaten und Datenmodelle.- 5.1 Zustands- und Ereignisbuchführung.- 5.2 Betriebsterminologie.- 5.2.1 Spezies.- 5.2.2 Spezieseigenschaften, Zustände und Attribute.- 5.2.3 Objektidentifikation, Lokation.- 5.2.4 Aussagemodi.- 5.2.5 Ereignisattribute.- 5.2.6 Namensgebung.- 5.2.7 Abkürzungen.- 5.2.8 Kommentare.- 5.3 Betriebsdaten.- 5.3.1 Übersicht.- 5.3.2 Stellungsmeldungen und Befehle.- 5.3.3 Funktionsmeldungen.- 5.3.4 Meßwerte und Sollwerte.- 5.3.5 Zählwerte.- 5.3.6 Transformatorstufenstellungen.- 5.3.7 Besondere Betriebsobjekte.- 5.3.8 Besondere Übertragungsverfahren.- 5.3.9 Meldungen aus dem Informationssystem.- 5.3.10 Meldungen der Netzleitstelle.- 5.3.11 Handsetzungen, Markierungen.- 5.4 Aufbau von Datenmodellen.- 5.4.1 Positionale und deskriptive Datenidentifikation.- 5.4.2 Ordnen nach Objekten oder Attributen.- 5.4.3 Sortierung nach Speziesklassen.- 5.4.4 Trennung von „festen“ und „variablen“ Daten.- 5.4.5 Mehrstufige Datenidentifikation.- 5.4.6 Kettung der Datenidentifikation im Zugriffssystem.- 5.4.7 Praktische Gesichtspunkte.- 5.4.8 Potentielle Topologie.- 5.4.9 Objektidentifikation in Ereignisaussagen.- 5.4.10 Multiple Zugriffspfade, Koppellisten.- 5.5 Quelldaten, Änderungsdienst und Datensicherung.- 5.5.1 Aufgabe.- 5.5.2 Quellbestandsbeschreibung.- 5.5.3 Quellbeschreibung der potentiellen Topologie.- 5.5.4 Änderungsdienst.- 5.5.5 Datensicherung.- 5.6 Datenbanken und Prozeßdatenbanken.- 5.6.1 Funktion einer Datenbank.- 5.6.2 Datenbankarten.- 5.6.3 Prozeßdatenbanken für Netzbetriebsaufgaben.- 5.7 Die Netzdatensprache als Beispiel einer sprachorientierten Netzbeschreibung.- 5.7.1 Objektdeskriptor.- 5.7.2 Spezies.- 5.7.3 Diktionar.- 5.7.4 Potentielle Zustände, Attributliste.- 5.7.5 Übersetzung der Quellbeschreibung in ein rechnerinternes Datenmodell.- 5.7.6 Datenbank, Änderungsdienst.- 5.7.7 Beschreibung der potentiellen Topologie.- 5.7.8 Typen.- 5.7.9 Netzbeschreibung.- 5.7.10 Betriebsaussagen.- 5.7.11 Weitere Möglichkeiten.- 6 Datenverarbeitung in Unterstationen und Nachrichtennetzen.- 6.1 Betriebsaufgaben in der Unterstation.- 6.1.1 Verriegelungen.- 6.1.2 Programmierte Schaltfolgen.- 6.1.3 Zählerstandserfassung und Summierung.- 6.1.4 Meßwertverarbeitung.- 6.1.5 Zeitechte Erfassung von Meldungen.- 6.1.6 Befehlsgabe.- 6.1.7 Schutzaufgaben.- 6.2 Idealkonzept für die Datenverarbeitung in der Unterstation.- 6.2.1 Integrierte Stationsleittechnik.- 6.2.2 Funktionsanpassung, Softwaresicherung.- 6.3 Organisationskonzepte für den Datenverkehr im gesamten elektrischen Netz.- 6.3.1 Direkte Datenübertragung.- 6.3.2 Indirekte Datenübertragung.- 6.3.3 Knotenrechner.- 6.3.4 Praktische Gesichtspunkte in der Realisierung.- 7 Aufbau von Netzleitstellen.- 7.1 Gebäudeplanung.- 7.2 Aufbau der Warte.- 7.2.1 Mensch/Maschineinterkommunikation.- 7.2.2 Arbeitsplatz.- 7.2.3 Sichtgeräte und Bildschirmformate.- 7.2.4 Graphiktablett.- 7.2.5 Meldebild.- 7.2.6 Daueranzeigen, Hilfstafeln, Instrumententräger.- 7.2.7 Druckende Geräte.- 7.2.8 Ein- und Ausgabe chinesischer Schriftzeichen.- 7.2.9 Wartenarchitektur.- 7.3 Eigenbedarf, Notstromversorgung.- 7.4 Brandschutz.- 8 Rechnersysteme.- 8.1 Aufbau von Rechnern.- 8.1.1 Grundfunktionen.- 8.1.2 Anschluß peripherer Geräte.- 8.1.3 Standard-und Cacheregister.- 8.1.4 Wortlänge und Adreßraum.- 8.1.5 Interrupt-Organisation.- 8.1.6 Peripherspeicherorganisation.- 8.1.7 Rechnerkanäle und Externbusse.- 8.1.8 Standardperipherie.- 8.1.9 V.24-Schnittstelle.- 8.1.10 Prozeßinterface.- 8.1.11 Lokale Rechnernetzwerke.- 8.2 Rechnerausrüstung von Netzleitstellen.- 8.2.1 Einrechnersystem.- 8.2.2 Zweirechnersystem.- 8.2.3 Mehrrechnersysteme.- 8.2.4 Fernwirkkoppelungen.- 8.2.5 Weitere Entwicklungen.- 9 Softwaresystem.- 9.1 Übersicht.- 9.2. Systemsoftware.- 9.2.1 Betriebssystem.- 9.2.2 Assembler, Compiler, Programmiersprachen.- 9.2.3 Weitere Dienstprogramme.- 9.3 Grundzüge des Anwendersystemaufbaus.- 9.3.1 Programmeigenschaften und Aufgabenteilung in Mehrrechnersystemen.- 9.3.2 Portabilität und Mehrfachnutzung.- 9.3.3 Datenspeicherung.- 9.3.4 Außensteuerung von Programmen.- 9.3.5 Vorwärtslieferung und Rückwärtsabholung von Daten.- 9.3.6 Nahtstellensystem.- 9.3.7 Datenhandlingssy stem.- 9.4 Primäranalyse.- 9.4.1 Betriebsfunktionen.- 9.4.2 Programmfunktionen.- 9.4.3 Basisverarbeitung.- 9.4.4 Meßwertverarbeitung.- 9.4.5 Zeitliche Mittelung von Meßwerten.- 9.4.6 Meldungsverarbeitung.- 9.4.7 Zählwertverarbeitung.- 9.4.8 Abwicklung einer Schalthandlung.- 9.4.9 Schaltfolgen.- 9.4.10 Bildaktualisierung.- 9.4.11 Netzregelung (Leistungsfrequenzregelung).- 9.4.12 Übergabeleistungsregelung.- 9.4.13 Momentanoptimierung.- 9.4.14 Textausgaben, Protokolle.- 9.4.15 Quittierfunktion.- 9.4.16 Kommentarverwaltung.- 9.4.17 Topologieauswertung.- 9.5 Sekundäranalyse.- 9.5.1 Aufgaben der Sekundäranalyse.- 9.5.2 Zustandsestimation.- 9.5.3 On line Lastfluß.- 9.5.4 Kontingenzanalyse.- 9.5.5 Lastprognose.- 9.5.6 Maschineneinsatzplanung.- 10 Expertensysteme.- 11 Trainingssimulatoren.- 12 Planung und Errichtung von Netzleitsystemen.- 12.1 Vorentscheidungen.- 12.1.1 Unterstationen.- 12.1.2 Kraftwerke.- 12.1.3 Netzleitstellen.- 12.1.4 Nachrichtenübertragungsnetz.- 12.2 Systemplanung.- 12.2.1 Erfassung der Aufgaben und Betriebsfunktionen.- 12.2.2 Erfassung der Betriebsdaten.- 12.2.3 Vorplanung der Informationsübertragung.- 12.2.4 Warten und Infrastruktur.- 12.2.5 Systemstudien.- 12.2.6 Planung des künftigen Personalstandes.- 12.3 Auftragsvergabe oder Selbsterstellung.- 12.4 Abwicklung.- 12.4.1 Zeitlicher Ablauf.- 12.4.2 Planung der Geräte und Verbindungen.- 12.4.3 Softwareerstellung.- 12.4.4 Inbetriebnahme.- 12.4.5 Probebetrieb.- 12.4.6 Softwaredokumentation, Programmsicherung.- 13 Anhang: Häufig verwendete Spezies mit Zuordnung von Abkürzungen und potentiellen Attributen.- 13.1 Spezies.- 13.1.1 Schaltgeräte.- 13.1.2 Messung, Zählung, Sollwertvorgabe.- 13.1.3 Transformatoren.- 13.1.4 Kabel.- 13.1.5 Schutz und Relais.- 13.1.6 Hilfseinrichtungen, allgemeine Meldungen.- 13.1.7 Markierungen, Hinweise, Kurzbefehle.- 13.1.8 Informationssystem.- 13.2 Attribute und Abkürzungen, alphabetisch.- 13.3 Potentielle Attribute.