Referenz
Das mehrsprachige Umspannwerk

Die Versorgungssicherheit ist leicht in Gefahr zu bringen. Etwa, wenn Baggerfahrer mit einem allzu beherzten Aushub Stromleitungen beschädigen. In solchen Fällen ist eine schnelle und vor allem zielgerichtete Diagnose des Stromnetzes elementar – sowohl auf freier Strecke, als auch in dezentral platzierten Umspannwerken. Im Umspannwerk des Windparks Wittmund setzt ENERCON für die Signalverarbeitung und Datenübertragung daher den WAGO-Fernwirkcontroller PFC200 ein.

ENERCON mit Sitz im norddeutschen Aurich zählt mit mehr als 26.300 Windkraftanlagen international zu den Technologieführern. Für den Windpark Wittmund hat ENERCON einerseits die Anlagen gebaut und tritt andererseits auch als Windpark- und Umspannwerkbetreiber auf. „Die schlüsselfertige Realisierung eines Windparks von der Planung über den Bau bis zur Einspeisung ins Netz aus einer Hand sind immer mehr gefragt“, erklärt Gerd-Evert Meyer, Projektmanager bei ENERCON. Folglich macht sich der Konzern intensiv darüber Gedanken, wie sich Parks ins Smart Grid einbinden lassen und wie vor allem die Verfügbarkeit und Überwachung der Anlagen samt Umspannwerk sicherzustellen ist.

Ihre WAGO-Vorteile:

Der WAGO-Fernwirkcontroller PFC200 schafft Sicherheit durch lückenlose Überwachung
ermöglicht eine schnelle, zielgerichtete Fehlerdiagnose
ist frei programmierbar über CoDeSys

Herz der Kommunikation

Mit diesem Ziel vor Augen, kommt dem WAGO PFC200 Telecontrol im Umspannwerk eine zentrale Kommunikationsrolle zu. Dieser schafft zunächst einmal die Verbindung zwischen dem Netzbetreiber und der Windparksteuerung. Hierbei ist zu wissen, dass vom Netzbetreiber zum Windpark eine andere Sprache gesprochen wird, als innerhalb der Anlage und in Richtung Anlagenbetreiber – also ENERCON. Diese Sprachenvielfalt resultiert aus unterschiedlichen Protokollnormen der Fernwirktechnik. Zwischen Netzbetreiber und dem Windparkregler gibt es eine serielle Punkt-zu-Punkt-Verbindung auf Grundlage der IEC 60870-5-101. Bei den zu übertragenden Daten handelt es sich typischerweise um Anforderungen zur Wirkleistung oder Blindleistung. Zurück geschickt werden dann neben der Quittierung der Sollwerte auch die Ist-Leistung, Windstärken und weitere Wetterdaten, „um daraus die Leistungsfähigkeit des Windparks ableiten zu können“, erklärt Meyer.

Zwischen Windparkregler, der ENERCON Leitstelle und dem PFC200 wird wiederum die IP-Kommunikation mit dem „Wörterbuch“ der IEC 60870-5-104 gepflegt. „Der WAGO Controller stellt bei uns den größten Kommunikationsknoten im Umspannwerk dar, der alles managed“, erklärt der Projektmanager mit Blick darauf, dass für die Anbindung der Technik im Inneren des Umspannwerks mit der IEC 60870-5-103 ein drittes Protokoll hinzukommt. Die 103er-Kommunikation bildet in Europa den offiziellen Standard für die Übertragung von Meldungen digitaler Schutzeinrichtungen in der Stationsleittechnik. Hierbei sind die Schutzgeräte als Slave zu verstehen, die ihre Daten zyklisch oder auf Anfrage des Masters übertragen. Des Weiteren werden auch Signale über digitale Eingänge aufgenommen. Typische Signale eines Umspannwerks sind zum Beispiel Türschließkontakte, Schalterüberwachungen oder Füllstands- und Drucksensoren.

Lückenlose Überwachung schafft Sicherheit

Überwacht wird in einem Umspannwerk quasi alles. Dienen Türkontakte in erster Linie dazu, den Zutritt zu detektieren, um etwa Einbrüchen vorzubeugen, erhöht die Anbindung von Füllstandsensoren im Trafofundament die Betriebssicherheit und schützt Mitarbeiter wie Umwelt gleichermaßen. Das Fundament muss im Fehlerfall jederzeit in der Lage sein das gesamte Öl aus dem Trafo aufzufangen. Wäre der Wasserstand durch Regen- oder Grundwasser im Fundament beispielsweise zu hoch, könnte das Öl nicht mehr aufgefangen werden und würde die Umwelt belasten.

Um sicher zu stellen, dass die Signale physikalisch störungsfrei übertragen werden, greift ENERCON innerhalb des Umspannwerks zu Lichtwellenleitern, die sämtliche angeschlossenen Teilnehmer mit einem Sternkoppler einsammeln und wiederum mit dem PFC200 über eine serielle Schnittstellenklemme verbunden sind. Die Schaltgeräte für die Mittelspannung sind mit SF6-Gas isoliert. Entweicht dieses Gas durch eine Leckage, wird das Schalten durch eine Verriegelung blockiert. Dieses wird über das IEC 60870-5-103 Protokoll vom Schutzgerät zum PFC200 und von dort via IEC 60870-5-104 an die Enercon Leitstelle gemeldet.

Flexibel und dennoch standardisiert

ENERCON nutzt für die Programmierung solcher Funktionen die standardisierten Sprachen der IEC 61131-3, die beim PFC200 zur Serienausstattung gehören. Die freie Programmierung über CoDeSys bietet Gerd-Evert Meyer den Vorteil, dass er sich leichter an die Vorgaben der Netzbetreiber anpassen kann, in deren Gebiet der Windpark samt Umspannwerk steht. Dieses Detail bekommt spätestens dann eine besondere Note, wenn sich Anlagen außerhalb der mitteleuropäischen Zeitzone drehen. Hier gilt es dann, unterschiedliche Zeitstempel miteinander zu kombinieren. Der Mitarbeiter aus dem Bereich High Voltage Systems konnte dafür innerhalb der WAGO-Steuerung „ganz einfach den zweiten Zeitstempel programmieren. Ich habe mir die Variablen geholt und die Zeitverschiebung addiert oder subtrahiert.“ Die Daten mit dem originalen Zeitstempel schickt der PFC200 in der Praxis zu ENERCON nach Deutschland und korrigiert die Lokalzeit zum jeweiligen Netzbetreiber. Aspekte wie diese sind es, weshalb Gerd-Evert Meyer den PFC200 so schätzt. „Wir haben mehr Möglichkeiten, machen das Engineering einfacher und bleiben trotz individueller Anpassungen in der Standardkommunikation.“

Realisiert wird das Ganze, indem sich der Fernwirkkonfigurator die für die Datenübertragung relevanten Informationen und Variablen automatisch aus den Tiefen von Linux^® selbst besorgt. „Das ist unser großer Vorteil. Wir sind auf der einen Seite frei bei der Programmierung und auf der anderen Seite nutze ich eine gewisse Standardisierung durch den Fernwirkkonfigurator.“

Der WAGO Controller stellt bei uns den größten Kommunikationsknoten im Umspannwerk dar, der alles managed.

Gerd-Evert Meyer, ENERCON

Drei Sprachen zur Sicherheit

Eine Anlage, drei Kommunikationsprotokolle. Angesichts des Trends in der Gebäudetechnik und Automation gerade bei der Kommunikation zu standardisieren und alles mit Ethernet zu verbinden, stellt sich eine berechtigte Frage: Warum sind heute überhaupt noch drei Welten miteinander zu verknüpfen. Der ENERCON-Mann begründet das Ganze mit unterschiedlichen Sicherheitsanforderungen. „Die Kommunikation im inneren der Station ist mit dem seriellen IEC 60870-5-103 realisiert, welches ein kostengünstiges Standardprotokoll im Bereich der Schutztechnik ist. Zur ENERCON Leitstelle werden die Signale dann mit dem TCP/IP Protokoll IEC 60870-5-104 über einen VPN Tunnel gesendet. Der Netzbetreiber bevorzugt hingegen eine serielle End-to-end Verbindung, da hier im Gegensatz zum TCP/IP Protokoll eine Beeinflussung schwieriger ist. Hier verwenden wir das IEC 60-870-5-101 Protokoll welches vom Netzbetreiber in seinem eigenem Netzwerk meist wieder zu IEC 60870-5-104 umgewandelt wird.“ Folglich seien die drei Protokolle durchaus berechtigt.

Gut finden Gerd-Evert Meyer und sein Team außerdem, dass WAGO beim PFC200 zur Fernwirk- und Steuerungsfunktionalität auch eine Visualisierung bietet. „Die müssten wir sonst in einigen Fällen dazu kaufen“, meint Meyer und schätzt es, dass sich die erstellten Visualisierungen leicht auf andere Projekte übertragen lassen – was letztlich den Entwicklungsaufwand zeitlich begrenzt. Pluspunkte hat das neue Gerät in Aurich auch deshalb gesammelt, weil der PFC200 im Rahmen der Betriebsführung SMS oder Mails verschicken kann. „Das ist nicht gewöhnlich für eine Fernwirksteuerung“, meint Gerd-Evert Meyer. Indem der Fernwirkcontroller auch noch zwei getrennte Kommunikationsnetze verarbeiten kann, sind Servicetechniker in der Lage, sich über einen eigenen Kanal anzumelden, während ENERCON parallel dazu einen eigenen VPN-Tunnel betreibt. Im Rahmen der weiteren Entwicklung hat WAGO den PFC200 zudem mit einem integrierten 3G-Modem ausgerüstet. „Damit haben wir dann sogar drei getrennte Zugänge“, freut sich Meyer.

Text: Heiko Tautor | WAGO

Foto: Thorsten Sienk

Dolmetscher für das Nervenzentrum

Die Stadtwerke Ulm/Neu-Ulm Netze GmbH haben ihre Fernwirktechnik auf eine zukunftsfähige Netzwerkstruktur umgestellt. Ein Protokollwandler von WAGO sichert dabei die reibungslose Kommunikation.