Zeitsynchronisation in Kraftwerken und elektrischen Anlagen

Genaue Zeitsynchronisation für Kraftwerke und elektrische Anlagen. (Automatisierung von Abläufen)

Was ist Zeitsynchronisation, und wie wird sie durchgeführt? Welche Lösungen gibt es im Bereich Energieerzeugung und Verteilung? Was ist Präzision, Genauigkeit und Auflösung und warum sollten Hersteller und Betreiber von Anlagen zur Stromerzeugung und Verteilung sich darum kümmern? Dieses Dokument soll helfen, die gestellten Fragen zu beantworten und Ihnen eine simple Einführung in dieses anspruchsvolle Thema zu geben.

• Überblick Zeitsynchronisierung
• Geräte zur Zeitsynchronisierung
• Einsatz Beispiele
• Zeitsynchronisierung Fachbegriffe und Lexikon

Überblick Zeitsynchronisierung

Die Automation von Substations (Umspannwerken..) erfordert die genaue Zeitsynchronisation verschiedener elektronischer Komponenten (IEDs). Es gibt verschiedene Ansätze die geforderte Genauigkeit zu erreichen. Zeitsynchronisation für Trafostationen sowie deren integrierte Schutz und Systemsteuerungsvorrichtungen sowie Datenerfassung benötigt eine zielgerichtete Architektur zur Verteilung der synchronisierten Zeit durch verschiedene Verfahren. Es gibt mehrere Möglichkeiten, diese Zeitsynchronisation mit Meinberg Geräten zu realisieren.

Synchronisierung von Geräten

Direkte Synchronisation

GPS Antenne Dedizierte Uhren

Auflösung und Genauigkeit: 1 ms für Ereignisse und Fehler in Substation Synchronisation PPS (Sekundenimpuls) 1 kPPs Zeitsynchronisation 250 ns Genauigkeit für Sinchrophasor Relais (Resolution of +/-5 µs) Elektrisch/ Optisch Prot. Siemens ® S/S Geräte Kontrolle Schutz(Protection) Stromzähler (Abrechnung) SOE und Fehler Speicher Frequency deviation Δf, ΔT ABB Codes IRIG AB Afnor DCF Impulse PPS-PPM 1 kPPS PPH

Synchronisierung über Netzwerk

Auflösung und Genauigkeit:

• Netzwerk Traffic spielt eine Rolle
• Entfernung, Medium und Symmetrie spielt eine Rolle
• Bereich von < Millisekunden bis zu 5 -20 ms

SCADAs Kommunikation Prozessoren LANs S/E

Protokolle

DNP 3.0 IEC 60870-x IEC 61850  Neu!  IEEE 1588-2002 IEEE 1588-2008  Neu!  UCA 2 (MMS) * Andere

* UCA2 (Utility Communication Architecture) Zeitsynchronisation MMS Protokoll(Manufacturing Message Specification)

Synchronisation über Netzwerk (LAN)

• Externe Netzwerke bekommen immer mehr Bedeutung in Kontroll und Schutz Umgebungen:
  • LAN, WAN, MAN
  • Redundante LANs
  • Switche, Router, Firewalls
  • Sever and Clients
  • Kommunikation über Internet und Intranet
  • Unterschiedliche Medien
• Sichere Übertragung von Daten über unsichere Kanäle:
  • Vertraulichkeit
  • Integrität
  • Authentifizierung
• Tools:
  • Verschlüsselte Tunnel
  • VPN

Synchronisations Ausrüstung von Meinberg

• Uhren für SCADAs, RTUs, PLCs, Relais, Automation
  • PPH, PPM, PPS
  • Optische Ausgänge
  • DCF, IRIG A/B Codes, etc.
  • Proprietäre Codes: SIEMENS, ABB, ION etc.
  • Frequenzen/Amplituden: Fest und variable
  • Frequency Messung
  • PCI Karten
  • Spezielle Signale und Schnittstellen
  • Nebenuhren
  • Weitbereichs AC und DC Netzteile
  • 19" Rack Montage, DIN Hutschienen
  • Antennen
  • Kabel bis zu 300m, oder optisch

Praktische Beispiele

• Zeitsynchronisation mit GPS170BGT - LAN-CPU
• Zeitsynchronisation mit kundenspezifischem GPS 170 BGT
• Zeitsynchronisation mit GPS-Signal Distributor

Zeitsynchronisation mit GPS170BGT - LAN-CPU

Zeitsynchronisation mit kundenspezifischem GPS Empfänger

Zeitsynchronisation mit GPS Antennen Verteiler GPSAV4

Zeitsynchronisation Begriffe

Was ist Genauigkeit? Genauigkeit (Präzision) Basiert meistens auf UTC Micro oder Nanosekunden Gemessen gegen den PPS der GPS Uhr immer von der Uhr z.B. +/- 250ns oder 100 ns zum PPS
Was ist Auflösung?
Der kleinstmögliche Zeitunterschied zwischen zwei Event Aufnahmen (in S/S = 1ms) Chronologische Korrektheit hängt immer vom Endgerät ab -die interne Samplingrate Prozessor und Bus Geschwindigkeit	t 1 = 15:05:26:374 t 2 = 15:05:26:375 t 3 = 15:05:26:376

Übliche Signale zur Zeitsynchronisierung in Kraftwerken und Substationen:

• IRIG-B mod
• IRIG-B unmod
• PPS
• DCF_MARK
• SERIELLE CODES

Jede Signalart hat unterschiedliche Auflösungen
e.g. IRIG-B: Die Framerate ist 1.0 Sekunde - aber es können Genauigkeiten bis zu 1 μs erreicht werden

• B00x Auflösung von 10 ms (dc level shift)
• B12x Auflösung von 1 ms (modulated 1kHz carrier)

Stabilität

Was bedeutet "freilaufende Uhr"?

• Eine Uhr ohne regelndes Signal
• Verlust des GPS Signals
• GPS Antenne oder Kabel Fehler, beschädigter Empfänger

Im Freilauf Fall bestimmt der Oszillator die Genauigkeit mit einer bestimmten Präzision für eine bestimmte Zeit. Die Stabiliät einer Uhr hängt vom Oszillator ab!!

Oszillatoren verschiedener Qualität:

• TCXO Temperature Controlled Oscillator
• OCXO LQ-MQ-HQ Oven Controlled Oscillator
• OCXO DHQ Double Oven Oscillator
• Rubidium/ Cesium/ Andere Quellen

Die Oszillator Stabilität bestimmt die Freilauf Genauigkeit(ohne (GPS) Signal).

• Man vergleicht 1 Tag oder 1 Jahr Zeit Abschnitte
• Je stabiler ein Oszillator ist, desto geringer ist die Abweichung des freilaufenden Systems von UTC.

Hier finden Sie eine Vergleichstabelle unserer Oszillatoren: Oszillatoren im Vergleich

Internet Adressen einiger IEDs und anderer relevanter Geräte Hersteller

ABB Arteche AVK SEG Basler Electric Beckwith Electric CEE

DEIF Eaton Fanox GE Power Japan AE PSE(Hitachi) Orion Italia

Littlefuse MicroElettricaScientifica P&B Eng RFL Schneider SEL Schweitzer Eng

Siemens Solcon Thytronic Vamp ZIV