Technologia informacyjna i komunikacyjna ICT (Information and Communication Technology) odgrywa coraz większą rolę w sieciach elektroenergetycznych, począwszy od sieci przesyłowych, dystrybucyjnych, aż do poziomu niskiego napięcia i odbiorców końcowych. Jednak szerokie zastosowanie teleinformatyki i różnych protokołów komunikacyjnych na poszczególnych poziomach kontroli sieci energetycznej, wciąż nie gwarantuje ciągłej i niezawodnej wymiany danych, potrzebnych do inteligentnego prowadzenia takich systemów. Aby zrealizować kompleksową wymianę informacji, a przez to umożliwić pełny nadzór i sterowanie systemu przy uwzględnieniu całkowitego zakresu teleinformatyki, m.in. bezpieczeństwa przesyłu danych, konieczne są jednolite modele danych i usługi w dziedzinie systemów komunikacyjnych. Artykuł „Wymagania i funkcjonalności dla systemu elektroenergetycznego wynikające z zastosowania zunifikowanego protokołu IEC 61850” przedstawia przegląd norm IEC, jak również kilka przykładów wdrożeń istniejących rozwiązań IT dla inteligentnych systemów energetycznych. Dodatkowo jest zwrócona uwaga na potrzebę harmonizacji działań między standardami, a także luk i wymagań w nich występujących. W celu zapewnienia jednolitego modelu informacyjnego i uniwersalnych interfejsów dla inteligentnych systemów energetycznych konieczny jest dalszy proces standaryzacji. Dzięki temu będzie możliwa kontrola sieci i uczestników rynku – generacji, zasobników energii, sterowalnych obciążeń i zwiększonego udziału klientów przez zmiany taryf, a przez to skoordynowane i optymalne prowadzenia systemu.
IEC 61850 ma zapewnić teoretycznie pełną wymianę danych w systemie elektroenergetycznym, jednak w praktyce nie jest nigdzie w pełni realizowany. Tylko poprzez kompleksowe stosowanie standardu IEC 61850 w połączeniu z jednolitą formułą danych CIM (Common Information Model) i w zgodności z normą IEC 61968/70, można zapewnić perspektywiczne korzyści z używania IEC 61850, takie jak niezawodność, podłącz i uruchom (plug and run), bezpieczeństwo. Aby wykazać praktyczne korzyści wynikające z zastosowania tych standardów dla ich użytkowników (OSP, OSD), potrzebne są pilotażowe implementacje.
Istniejące systemy energetyczne nie są dostatecznie wyposażone w infrastrukturę komunikacyjną na wszystkich poziomach napięć w celu optymalnej koordynacji zmieniającej się generacji i obciążenia, a także aby sprostać innym wyzwaniom. W wielu zastosowaniach, istniejące obecnie technologie komunikacyjne mogą być dostosowane i zintegrowane do potrzeb systemu elektroenergetycznego. Jednak w innych przypadkach, nowe dedykowane rozwiązania muszą być rozwijane, aby wspierać optymalne działanie sieci elektroenergetycznej oraz zapewniać ciągłe i stabilne dostawy energii.
Przykładowy model koncepcyjny architektury technologii informatycznych i komunikacyjnych dla sieci elektrycznej jest przedstawiony na rysunku 1. ICT służy do dwukierunkowej transmisji danych z urządzeń monitorujących i kontrolnych do centrali, gdzie operator przy użyciu odpowiedniej aplikacji i algorytmów może analizować dane i wykonywać skuteczne monitorowanie, kontrolę i zabezpieczenie systemu. W procesie tym, dedykowane komponenty łączności i pomiarowe są zainstalowane u różnych uczestników systemu. Jednostki do pomiarów synchronicznych fazorów (PMU – phasor measurement units) i urządzenia automatyki są odpowiedzialne za monitorowanie i sterowanie pracą stacji. Jednostki generacji takie jak wiatraki, PV i biomasa mogą być sterowane przy użyciu remote terminal units (RTU). Obciążenia są monitorowane i w razie konieczności sterowane przez inteligentne liczniki / smart meters i RTU zainstalowane u konsumentów. Zebrane dane pomiarowe z inteligentnych urządzeń są przekazywane za pośrednictwem routerów i bram/gateways, pracujących zgodnie z protokołami i standardami, do centrum sterowania. Różnorodne media sieciowe, takie jak Power Line Communication (PLC), Wireless Local Area Network (WLAN), Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX) czy Optical Ground Wire (OPGW) są wykorzystywane w celu zapewnienia wymiany informacji. ICT zapewnia również komunikację pomiędzy rynkami, aplikacjami prognozy i usługami internetowymi dla klientów, które wspierają zarządzanie procesem popytu i podaży. Należy przy tym uwzględniać kwestie praktyczne, takie jak koszty, strategia wdrażania i cykl życia. Wielką wagę przywiązuje się również do wymogów bezpieczeństwa, które obejmują ochronę przed atakami, bezpieczeństwo pracy, a także aspekty ochrony danych.
Rysunek 1. Struktura ICT dla sieci elektroenergetycznej dziś i jutro.
Komitet Techniczny 57 (TC 57) Międzynarodowej Komisji Elektrotechnicznej (IEC) przygotował architekturę odniesienia dla stosowania różnych standardów komunikacji dla inteligentnych sieci, które opublikował w standardzie IEC 62357. Dostępne standardy są podzielone i przypisane do odpowiednich obszarów ich zastosowań w inteligentnych sieciach. Obecnie ponad 100 norm IEC zostało zidentyfikowanych jako istotne dla smart grid, a trzy najbardziej istotne to seria standardów IEC 61850, IEC 61970 oraz IEC 61968.
Przedstawione normy stanowią solidną, teoretyczną podstawę do wdrożenia ujednoliconej komunikacji na wszystkich poziomach sieci, nawet jeżeli niektóre części znajdują się nadal w fazie rozwoju. W szczególności dla aplikacji na poziomie sieci przesyłowej, IEC 61850 zapewnia specyfikację do wdrożenia, która coraz szerzej jest przyjmowana przez operatorów systemów przesyłowych. W szczególności, w przypadku budowy nowych sieci i odpowiednich stacji są one oparte na normie IEC 61850, nawet jeśli nie wszystkie elementy możliwych rozwiązań technicznych znajdują tutaj zastosowanie. Przykładowo, konwencjonalne podejście do zadań automatyki zabezpieczeniowej preferuje wykorzystanie funkcjonalności GOOSE.
Aplikacje, które są aktualnymi tematami w badaniach, obejmują między innymi wykorzystanie IEC 61850 dla przyszłych zadań. Istotne jest przykładowo metrologiczne monitorowanie łączy HVDC, których znaczenie w przyszłości znacznie wzrośnie. Tendencje wskazują na zwiększoną generację energii elektrycznej z morskich farm wiatrowych przy wykorzystaniu technologii HVDC, a przez to potrzebę zastosowania odpowiednich mechanizmów monitorowania i ochrony. Będzie to możliwe dzięki zastosowaniu synchronicznego oprzyrządowania, które dostarczy dane w zgodności ze standardowymi protokołami. Wdrożenie odpowiedniego systemu pomiarowego wymaga określenia zakresu funkcji, które stanowią podstawę do tworzenia odpowiedniej architektury systemu. Pozwoli to na zintegrowanie różnych komponentów, które będą wykonywać różne zadania takie jak zbieranie synchronicznych danych pomiarowych, komunikacja zgodna z IEEE C37.118, komunikacja zgodna z IEC 61850, lokalna analiza danych pomiarowych, obsługa błędów, konstrukcja modułowa.
Inną aplikacją, która jest obecnie badana, jest integracja rozproszonych źródeł energii przez IEC 61850. Potrzebne są tutaj inne wymagania w stosunku do automatyzacji podstacji, gdzie nacisk jest kładziony na szybką reakcję i ochronę. Przy podłączaniu systemów zdecentralizowanych wysoka wydajność, jako możliwość przesyłania wartości zadanych i mierzonych odgrywa mniejszą rolę, jakkolwiek duża liczba jednostek wytwórczych wymaga kontroli na dłuższych odległościach. W tym celu są dostępne odpowiednie elementy zdalnego sterowania dla integracji rozproszonych jednostek, np. turbin wiatrowych i elektrociepłowni zasilanych biogazem, które mogą być kontrolowane za pomocą IEC 61850.
