IEC Smart Grid Map - hvordan skaffe oversikten over relevante standarder og use case innen smarte energinett? Kjell Sand Institutt for Elkraftteknikk, NTNU Om du ønsker, kan du sette inn navn, tittel på foredraget, o.l. her.
Problemstilling Det er behov for en metodikk som hjelper oss til å: beskrive forenkle diskutere designe prototype utvikle realisere og teste funksjoner for fremtidens smarte kraftsystem. Use case metodikken sammen med en Smart grid referansearkitektur er dagens state-of-art løsning.
Hva er et use case Et use case beskriver samspillet mellom involverte aktører og et system, for å nå et spesifisert mål Det primære spørsmålet er hva man ønsker å oppnå ikke hvordan
En use case beskrivelse er mest tekst og noen diagram/figurer. Det finnes use case maler standardisert av IEC: IEC 62559-2:2015 Use case methodology - Part 2: Definition of the templates for use cases, actor list and requirements list 4
Use case metodikk Use case er et hjelpemiddel som først ble tatt i bruk av ITbransjen i utvikling av ny programvare Use case egner seg spesielt til kommunikasjonen mellom brukerne av programvaren og programutviklerne som skal svare på behovene gjennom utviklingen av programvare Use case er tatt i bruk i utviklingen av Smart Grids, blant annet som et hjelpemiddel for å kartlegge behov og potensiale knyttet til ny teknologi
Use case metodikk Et use case omfatter bl.a. en prosessbeskrivelse d.v.s. de ulike steg som er nødvendige for å realisere målet med use caset og informasjonsutvekslingen mellom aktørene som inngår i use caset. En aktør er enhver som utveksler informasjon: person, apparat, applikasjon, database, IT-system, organisasjon osv. Styrken til use case metodikken er at den gir en oversikt over det som kreves får å nå et gitt mål slik at personer fra ulike fagområder (f.eks. elkraft, tele, IT,...) kan samarbeide om å utvikle de ønskede løsninger.
Use case eksempel Presentere spenningsmarginer Mål: Effektivt vise marginene til full kapasitetsutnyttelse i en nettstasjonskrets med hensyn til spenninger hos sluttbruker. Kort beskrivelse: Høyeste og laveste 1-minuttsverdi for spenning samles inn fra AMS-målere for hver dag (eller uke). Disse benyttes senere til analyse av kapasitetsutnyttelsen i en nettstasjonskrets eller radial. Høyeste og laveste målte spenning hos hver kunde presenteres grafisk, sortert fra høyeste til laveste målte verdi, eller etter lokalisering langs radialen.
Use case eksempel Use caset beskriver hvordan en saksbehandler gjennom NIS kan hente ut to verdier fra en database for å undersøke utnyttelsen av lavspennings distribusjonsnettet. Dette er spenningens 1-minutts RMS-verdi og antall ganger spenningen er over en grenseverdi, f.eks. ± 8 %. Ved å presentere disse dataene får saksbehandler en oversikt over hvilke marginer som finnes i nettet. For å sikre normaliserte spenningsmålinger blir måledataene temperaturkorrigert. Use caset tillater å hente ut temperaturkorrigerte spenningskvalitetsdata for både et normalår og for et år med en ekstra kald vinter.
Use case eksempel Presentere spenningsmarginer Spenningsdatabase Planleggingsverktøy Presentere spenningsmarginer <<include>> Innhente spenningsdata 1minRMSInn Saksbehandler Løpende innsamling av spenningsdata HES - AMS
Use case eksempel Løpende innsamling av spenningsdata AMS HES Spennings database Registrering Data Data
Use case eksempel Scenario Navn: 1. Vurdere nettilknytning av nye abonnenter Steg Nr. Hendelse Navn for Prosess/ Aktivitet Beskrivelse av Prosess/ Aktivitet Service Informasjons-skaper Informasjonsmottaker 1 Lokalisering av Saksbehandler taster GET Saksbehandler Planleggingsverktøy aktuell trafokrets inn identifikasjon på 2 Hent spenningsdata 4 Analyser nettutnyttelse kunden Dataverktøyet spør spenningsdatabasen om spenningsmålinger for den aktuelle kretsen Spenningsmålingene overføres fra spennings-databasen til dataverktøyet Spenningene (høyeste og laveste) for alle kunder presenteres for saksbehandleren 5 Kvittering Saksbehandleren lukker dataverktøyet / vinduet. Spennings-database 3 Hent spenningsdata Planleggingsverktøy GET Planleggings-verktøy Spenningsdatabase Informasjon som utveksles Område/ Sted/ Gatenavn og nummer <analyseperiode>, målerid U 1min_max, U 1min_min, U 1min_avg, #U 1min_høy, #U 1min_lav Planleggings-verktøy Saks-behandler Grafisk framstilling av spenningsmarginer close Saksbehandler Planleggingsverktøy Kvittering Tekniske krav (R-ID)
Use case eksempel
Referansearkitektur Under mandat 490 er det utviklet en referansearkitektur for Smart grids d.v.s et fem-lags kart som strukturer smart grid. Komponentlaget - Component layer Kommunikasjonslaget - Communication layer Informasjonslaget - Information layer Funksjonslaget - Function layer Forretningslaget - Business layer Komponentlaget inneholder alle fysiske komponenter og systemer. (f.eks. linjer, kabler, routere, datamaskiner, målere, sensorer, databaser, scada 13
Det europeiske Smart grid-konseptet (Mandat 490) 14
Mellom domener flyter det informasjon og elektrisk energi. For at samspillet informasjonsmessig og energimessig skal fungere etter hensikten, må de ulike elementer i kjeden være interoperable Interoperabilitet: Evnen som to eller flere innretninger fra samme eller ulike leverandører har til å utveksle informasjon og utnytte denne informasjonen til ønsket funksjon eller samvirke. 15
Interoperabilitet
Mer detaljert
Gruppering i 5 lag
Referansearkitektur Operation Market Enterprise Station Generation Transmission Distribution DER Process Field Zones Domains Customer Premise
Sonebegrepet Sonebegrepet representerer ulike hierarkiske nivå i håndteringen av kraftsystemet og er definert som følger: Prosess (process) Primærkomponentene i kraftsystemet (generatorer, transformatorer, kabler,, brytere, elektriske laster..) Felt (field) utstyr for å beskytte, styre og overvåke kraftsystemet (relevern, måletransformatorer, osv) Stasjon (station) aggregering av feltinformasjon f.eks. datakonsentrator Drift (operation) driftssystemer, driftsentral,.. Selskap/aktør (Enterprise) nettselskap, kraftselger osv Marked (market) spotmarked, regulerkraftmarked, 20
Interoperability Referansearkitektur (forts) Business Layer Function Layer Information Layer Outline of Usecase Subfunctions Data Model Data Model Communication Layer Protocol Protocol Market Enterprise Component Layer Operation Generation Transmission Distribution Domains DER Customer Premise Process Field Station Zones
Communication layer: Dette nivået omfatter nettverksinteroperabilitet for å støtte utveksling av meldinger via ulike nettverk og syntaktisk interoperabilitet for å støtte tolkningen av data som utveksles. Eksempel på standarder for nettverksinteroperabilitet er: FTP TCP IP/IPv6 Eksempel på standarder for syntaktisk interoperabilitet er: HTML XML SOAP 22
Information layer: Dette nivået omfatter semantisk tolkning av innholdet i meldingene for å sjekke om informasjonsinnholdet i meldingene er meningsfull og hva innholdet er. Det er behov for dette laget fordi meldinger kan utveksles vellykket rent teknisk og likevel være helt meningsløse. F.eks. kunne en melding inneholde at "Primærspenningen til transformator T1 = 50 Ampere". Eksempel på standarder for informasjonsmessig interoperabilitet er: CIM Common Information Model IEC 61970 Objektmodeller basert på IEC 61850 Communication networks and systems in substations 23
Function layer: Dette nivået omfatter samvirke mellom forretningsområder og forretningsprosesser. Dette er også et aspekt for å oppnå effektiv interoperabilitet, at involverte organisasjoner/ selskap/ aktører har kompatible prosesser og prosedyrer. Litt forenklet sikrer dette nivået at informasjon kommer inn i riktig prosess og til riktig aktør/rolle. For å fremme ehandel/ebusiness har det bl.a. vært jobbet med dette og tatt frem modeller innen FN-systemet (UN/CFACT, ebxml..). 24
Business layer: Dette nivået omfatter at strategiske og taktiske mål for involverte aktører inklusive rammebetingelser (økonomiske, regulatoriske, forskrifter..) er komplementære og kompatible. Et eksempel på en slik beskrivelse er rolledelingen mellom aktørene (produsent, nettselskap, kunde, balanseansvarlig, osv) i kraftsystemet og de målsettinger som følger av disse rollene. 25
Standardisation a key element in Smart grids. Smart grids Standards mapping tool
Smart Grid arkitektur IEC (anno 2030?) http://www.iec.ch/smartgrid/mappingtool/
Arkitektur 2030? Stakeholder Generator Smart grid domains Large scale generation Smart grid zones/ control architecture Main IT systems DSO TSO DSO Generator DSO Generator Smart home/ Smart building Transmission Sub transmission Distribution MV DG MV Energy storage Smart dist. substations EV charging stations LV DG LV Energy storage Customers/Prosumers Load/DG (PV..)/Storage/EV Appliances Communication TSO Control Centre C o n t r o l P r o t e c t i o n Grid automation Substation automation MV feeder automation Dist. Substation automation Smart metering Home automation Smart appliances Market Micro grids Communication SCADA DMS NIS MDMS/HES (CIS) ERP Fleet managemet Field tools Data Hub (TSO) C I M I n t e g r a t i o n s Communication