Forschungsbericht 2003 - Fachhochschule Nordwestschweiz

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Forschungsbericht 2003 - Fachhochschule Nordwestschweiz

Schutz vor Störfällen: FPGA-Technologie

in der Automation elektrischer Netze

Die grossen Blackouts in den USA oder Italien zeigen die Abhängigkeit unserer Gesellschaft von elektrischer Energie einmal mehr.

Bei den Analysen unterschiedlicher Störfälle zeigt sich, dass sowohl die Primärtechnik – Generatoren, Freileitungen, Trafos und

Hochspannungsschalter sowie deren Zusammenschaltung zu einem Netz –, als auch die Sekundärtechnik – Geräte der Leit- und

Schutztechnik – Potenzial zur Verhinderung von grossfl ächigen Netzausfällen haben. Die Weiterentwicklung der Automationssysteme

basiert auch in diesem Gebiet auf dem effi zienten Einsatz der sowohl immer leistungsfähiger als auch preiswerter werdenden

Prozessor-, Sensor- und Kommunikationstechnologien.

Michael Stanimirov

Bereich Technik FHSO

Paul Rudolf

Franz Zurfluh

ABB Schweiz Forschungszentrum, Dättwil

Die Automation elektrischer Netze wurde

bislang grundsätzlich in die Bereiche

Leit- und Schutztechnik unterteilt. Die Ursache

hierfür liegt in der Tatsache begründet,

dass Schutzsysteme prinzipiell eine

höhere Verfügbarkeit als andere Anlagenteile

besitzen müssen, da der Schutz gerade

dann funktionieren sollte, wenn Anlagenteile

wie Freileitungen, Generatoren oder

Trafos fehlerbehaftet und somit vom Netz

zu trennen sind. Deshalb wurden diese

sehr schnell arbeitenden Automatiken in

der Vergangenheit separat von der übrigen

Leittechnik und in Hochspannungsapplikationen

sogar redundant ausgeführt.

Leistungsbedarf wird gesteuert.

Das Automationssystem in den Netzknoten

– also den Schaltanlagen – ist hierarchisch

aufgebaut. In der untersten

Abb. 1: In Hochspannungsschaltanlagen

sind mikroprozessorbasierte

Systeme

und Komponenten eingesetzt.

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Automation & Microsolutions

Digitale Signalverarbeitung

FPGA

Automation elektrischer Netze

Netzschutz- und –Leittechnik

Nichtkonventionelle Sensoren

Ebene, der Prozessebene, werden Informationen

zum Prozess der Energieübertragung

(beispielsweise die übertragene

Leistung, Spannung und Strom) sowie

die Schalterstellungen in der Schaltanlage

erfasst. In der darüber liegenden Ebene,

der Feldebene, werden diese Informationen

zusammengefasst und vorverarbeitet.

Auf dieser Ebene ist in konventionellen

Anlagen ein Feldleitgerät installiert,

welches die verschiedenen Hochspannungsschalter

steuert. Dazu kommt ein

Schutzgerät, welches den Energiefl uss

überwacht und bei einem Kurzschluss im

Netz den im Feld installierten Leistungsschalter

analog zur Haussicherung öffnet.

Die oberste Ebene innerhalb der Schaltanlage

ist die Stationsebene. Von dieser Ebene

aus werden die einzelnen Felder

gesteuert. Der Stationsrechner kommu-

niziert mit der Netzleitebene, wo der

Netzzustand überwacht und das gesamte

Netz entsprechend dem Leistungsbedarf

gesteuert wird.

Kostengünstige Lösungen gefragt

In konventionellen Anlagen werden die

Prozessgrössen Strom und Spannung mit

Strom- und Spannungswandlern erfasst

und dem Feldleit- und Schutzgerät zugeführt.

In modernen Anlagen mit konventioneller

Struktur verarbeiten diese Geräte

die zugeführten Informationen mit Hilfe

von Mikroprozessoren oder/und digitalen

Signalprozessoren. Die Energieversorger

stehen im Zeitalter der Marktliberalisierung

unter hohem Wettbewerbs- und

Kostendruck, weshalb ständig nach kostengünstigen

Lösungen gesucht wird. Eine

Möglichkeit wird in der Anwendung fl e-

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