Gutes Zusammenspiel

Effizientes Netzmanagement durch Systemkopplung

Geographische Informationssysteme (GIS) werden bei Versorgungsunternehmen zunehmend im Verbund mit Netzleitsystemen, Planungssystemen und Entstördienstsystemen als zentrales Netz- und Betriebsmittelinformationssystem verwendet. Die Verbindung von GIS und Leitsystem eröffnet neue Möglichkeiten: bessere Prozesssteuerung, Fehlerortung bis hin zum Hausanschluss sowie eine konsistente und redundanzfreie Datenverwaltung.

17. Mai 2001

Netzbetreiber müssen auch im deregulierten Energiemarkt neben der Netzzugangsbereitstellung, der Durchleitung und der Zählwertbereitstellung die Anlagen bewirtschaften, die sie für die Erfüllung dieser Kernaufgaben brauchen. Zur Bewirtschaftung dieser Anlagen - dem Management der „Assets“ - gehören zentrale Querschnittsaufgaben wie der Netzbetrieb durch eine Leitstelle, Netzplanung, Netzinstandhaltung, Entstördienstmanagement, Fehlerortung und die Anlagen- dokumentation.

Diese Aufgaben wurden von den Energieversorgungsunternehmen (EVU) bereits in der Vergangenheit wahrgenommen, erscheinen aber durch die Anforderungen des liberalisierten Strommarktes in einem neuen Licht, da die Energieversorger unter zunehmendem Kostendruck stehen. Und der Druck wächst mit der Zusammenlegung von Netzen und Sparten sowie der zunehmenden Ausdünnung des Personals.

Um diesem Trend entgegenzuwirken und die Zufriedenheit der Netzkunden nicht zu gefährden, muss das Personal massiv durch Softwaresysteme unterstützt werden. Dabei ist nicht mehr tolerierbar, dass die oben genannten Systeme isoliert betrieben werden, Daten aus anderen Systemen für Entscheidungen nicht oder nicht schnell genug verfügbar und Pläne oder Sachdaten mehrfach einzugeben und zu pflegen sind.

So wird zum Beispiel der geographische Bezug für das betriebsführende Personal in der Netzleitwarte und im Entstördienst immer wichtiger. Auskunfts- und Dokumentationsfunktionen Geographischer Informationssysteme (GIS) unterstützen die Operatoren in Bezug auf den steigenden Umfang geforderter Netzkenntnisse.

Geoinformationssysteme werden in vielen Netzbetrieben als universelle Netzinformationssysteme eingesetzt. In ihnen sind oft neben den Betriebsmitteldaten die Bestandspläne aller Versorgungsbereiche und gegebenenfalls auch die Schemapläne enthalten. Sie besitzen Schnittstellen zu Daten der Katasterämter und zu kaufmännischen Anwendungen. Über das GIS kann daher kostengünstig auf konsistente, vollständige und redundanzfrei abgelegte Daten zugegriffen werden. Die oft mit hohem finanziellen Aufwand erfassten GIS-Daten dienen so nicht nur der Dokumentation, sie können auch einer wirtschaftlichen operativen Nutzung zugeführt werden. Netzleitsystemen (NLS) fehlt dieser geographische Bezug, traditionell werden die Netze über schematische Pläne gesteuert.

Aufgaben im Störungsmanagement, im Netzbetrieb und in der Netzplanung lassen sich in Zukunft nur durch Integration von Netzleitsystem, Planungs- und Analysewerkzeugen, Geoinformationssystemen sowie administrativen und kaufmännischen Systemen effektiv lösen. Da nicht zu erwarten ist, dass in absehbarer Zeit ein einzelnes System alle diese Funktionen abdeckt, ist es sinnvoll, intelligente Kopplungskonzepte zu realisieren. Dabei wird das Ziel verfolgt, dem Anwender das System zur Verfügung zu stellen, das für die jeweilige Aufgabe am besten geeignet ist.

Grundsätzlich kann die Kopplung auf der Präsentationsschicht, der Applikationsschicht oder der Datenbankschicht erfolgen. Alle drei Wege wurden von repas AEG in Zusammenarbeit mit Partnerunternehmen prototypisch realisiert.

Kopplung auf der Präsentationsebene - Kontextsensitive Dialogaufschaltung

Kopplung auf der Applikationsebene - Austausch von Prozessvariablen

Kopplung auf der Datenbankebene - Übertragung von Datenmodellen

Um zu vermeiden, dass eine exponentiell wachsende Zahl von Individualkopplungen entsteht, bedient man sich einer Middleware-Systematik - auch als „business bus“ bezeichnet - die unter dem Namen RESY-Link läuft.

Zur kontextsensitiven Dialogaufschaltung: Leitsysteme und Geographische Informationssysteme basieren auf weitgehend ähnlichen Datenbeständen. Leitsysteme greifen jedoch nur auf einen Ausschnitt dieser Daten direkt zu. Will ein Operator in der Leitwarte zusätzliche Informationen über Objekte aus dem GIS erhalten, musste er früher auf einem anderen Arbeitsplatz das GIS aufschalten und sich mühsam zur benötigten Information „durchklicken“. Das entfällt bei der sogenannten kontextsensitiven Dialogaufschaltung. Hier kann der Operator zum Beispiel über ein objektbezogenes kontextsensitives Menü den Objektdialog des GIS auf seinen Monitor aufschalten. Nach dem gleichen Prinzip können auch Bestandspläne oder Schemapläne ausgewertet werden, wobei das selektierte Objekt den Mittelpunkt bildet und der Abbildungsmaßstab parametrierbar ist.

Dies ist zum Beispiel für den Abgleich von Nachführungen das geeignete Mittel oder auch für die Verzweigung aus dem Leitsystem in die Instandhaltung durch Aufschaltung von Fenstern, in denen man ICH-Meldungen eingeben oder automatisch generierte ergänzen kann. Der Austausch von Prozessvariablen: Bestimmte Funktionen des GIS, etwa Störungsmanagement und Planung, benötigen aktuelle Prozesszustände aus dem Leitsystem. Sinnvoll ist, über ein geeignetes Interface Zählwerte, Nachführungen, Messwerte, Spannungszustände als aktuelle Werte oder als Archivwerte in das GIS zu übertragen. So können zum Beispiel die geographischen Auswirkungen von Netzfehlern im GIS visualisiert und den Störtrupps geeignete Informationen über den wahrscheinlichen Ort und die Art der Störung mitgeteilt werden. Planungssysteme basieren ebenfalls auf Prozesszuständen aus dem Leitsystem, die Ergebnisse der Planung können an das GIS zur Darstellung und Verarbeitung übertragen werden.

Die Aktualisierung sollte asynchron und ohne Eingriff des Operators möglich sein. Puffermechanismen und geeignete Filterkriterien sorgen dafür, dass einerseits die Realzeitwelt des Leitsystems nicht beeinflusst und andererseits das GIS mit Meldungsschauern nicht überfordert wird.

Bisher beschriebene Funktionen, wie die Dialogaufschaltung und die Übertragung von Prozesszuständen, sind nur dann sinnvoll möglich, wenn die beteiligten Systeme Objekte eindeutig adressieren können. Im allgemeinen müssen solche Adressen als zusätzliche Parameter definiert werden. Ein anderer Weg besteht darin, die Datenmodelle aus einer zentralen Datenbasis zu versorgen. Auf diesem Weg können Nachführungen aus dem GIS automatisch ins Leitsystem übertragen werden. Schaltzustände, Prozessvariablen sowie auch der Fehlerort aus der zentralen Fehlerortung können dem geographischen Plan des Entstördienstmanagementsystems mitgeteilt werden.

Die Übertragung von Datenmodellen: Im GIS werden bereits über die Fachschalen der Versorgungsnetze leitsystemspezifische Daten verwaltet. Diese ein zweites Mal in das Leitsystem einzugeben und ständig zu aktualisieren, ist fehleranfällig und mit hohen Kosten verbunden. Ähnliches gilt für Planungssysteme und Störungsmanagementsysteme. Es bietet sich also an, das GIS als zentrales Datenbanksystem zu verwenden und die anderen Systeme mit Datenmodellen zu versorgen.

Folgende Daten werden aus dem GIS in das Leitsystem übertragen:

Das Datenmodell für alle leittechnisch relevanten Objekte (zum Beispiel Betriebsmittel, wie Schalter, Trenner, Einspeisungen, Transformatoren) einschließlich ihrer hierarchischen Strukturen (Felder, Schaltanlagen, Stationen) und topologischen Verknüpfungen.

Bildmaterial für das Leitsystem (vor allem Schemapläne und Übersichtsbilder, aber auch geographische Pläne), das bereits im GIS in einer geeigneten Darstellung vorhanden ist.

Die Sachdaten (Parameter) der Betriebsmittel, die in der Regel ohne größeren Aufwand aus dem GIS generiert werden können.

Diese Lösung hat gegenüber der oben beschriebenen einfachen Bildaufschaltung einen weiteren Vorteil. Die in das Leitsystem importierten geographischen Pläne erweitern das Leitsystem zu einem georeferenzierten Leitsystem. Der Operator wird nicht mehr mit der Bedienung des GIS konfrontiert und geographische Pläne können um Funktionen des Leitsystems erweitert werden: Die Ergebnisse der Spannungsverfolgung oder eines Fehlerortes lassen sich dann auswerten. GPS-Orte eines Entstörtrupps können über den Plan konkreten, naheliegenden Schaltanlagen zugeordnet werden.

Beim Import von Schemaplänen aus dem GIS sind Besonderheiten zu berücksichtigen. So müssen die Symbole der Betriebsmittel mit entsprechenden Editoren des Leitsystems erstellt werden, da sich die zum Teil komplexen Algorithmen hierfür nur schwer im GIS hinterlegen lassen. Die Typisierung der Symbole entsprechend der vorhandenen Betriebsmittelobjekte minimiert den dafür notwendigen Aufwand. Mit Ortsnetzstationen und Schaltanlagen kann ebenso verfahren werden. Hier ist jedoch zu beachten, dass das Ziel der zentralen konsistenten Datenhaltung verlassen wird, wenn zum Beispiel auch die Struktur der Schaltanlagen im Leitsystem modelliert wird. Dies kann toleriert werden, wenn das GIS nicht über ausreichende Typisierungen in diesem Bereich verfügt.

Bei einer dezentralen Datenhaltung können Pläne im GIS und im Leitsystem erstellt werden. Das ist zwangsläufig der Fall, wenn Schemapläne nicht im GIS entstehen. Die spezialisierteren Graphikfunktionen der Leitsysteme, die sich nicht oder nur mit unvertretbar hohem Aufwand im GIS nachbilden lassen, sind Gründe hierfür. Weiterhin ist es möglich, dass historisch bedingt das Bildmaterial dezentral erstellt wurde, also die geographischen Pläne im GIS und die Schemapläne im Leitsystem. Die geographischen Pläne können dann zusätzlich in das Leitsystem importiert werden.

Im Gegensatz zur zentralen Datenhaltung ist zu beachten, dass reale Objekte aus einer Basis (einem beschreibenden Teil, wie Sachdaten und Identifikatoren) und einer oder mehreren graphischen Repräsentationen bestehen können. Wie die Objektbasis erzeugt wird, das heißt durch Konstruktion im Leitsystem oder durch Datenimport aus dem GIS, kann sich von Fall zu Fall unterscheiden und wird beispielsweise über eine Konfiguration in RESY-Link festgelegt.

GIS erlaubt Versionierung

Geoinformationssysteme besitzen ausgereifte Techniken zur Versionierung von Varianten. Der sogenannte Top-level-Datenbestand wird in das Leitsystem übertragen. Ändert sich diese Version, werden die Unterschiede ermittelt und nur diese übertragen. Im Leitsystem werden diese Änderungen farblich hinterlegt, was die Pflege des Datenbestandes erleichtert. Planungssysteme können mit beliebigen Datenmodellversionen arbeiten. Beim Import von Prozessvariablen aus dem Leitsystem ist dieses entsprechend zu berücksichtigen.

Je nach Grad der Kopplung zwischen GIS, Leitsystem, Planungssystem und Entstördienstmanagementsystem, lassen sich unterschiedliche Ziele erreichen. Unter Kostengesichtspunkten und in Hinblick auf maximale Funktionalität scheint ein georeferenziertes Leitsystem besonders geeignet, um auf die härteren Marktanforderungen reagieren zu können. Es beinhaltet unter anderem Dialogankopplung an GIS und SAP, Prozessvariablenkopplung zu Planungssystemen, Fehlerortung, GIS und Entstördienstmanagement und ist verbunden mit einer redundanzfreien Datenhaltung für alle Systeme im GIS.

Die Realisierbarkeit einer zentralen Datenhaltung im GIS wurde im Rahmen von RESY-Link durch die Schnittstelle des Netzplanungssystems RESY-PAN von repas AEG zum Smallworld-GIS nachgewiesen. Diese Schnittstelle, entwickelt in Kooperation zwischen der Mettenmeier GmbH und der repas AEG Automation GmbH, erlaubt die vollständige und automatisierte Übertragung aller für die Planung erforderlichen Daten aus dem GIS in das Planungssystem. Über die Schnittstelle RESY-Link werden Prozesszustände zwischen den Systemen ausgetauscht.

Dr. Ralf Scharnow ist Systemspezialist und

Dr. Adalbert Gebhart ist Bereichsleiter im Bereich Betriebsmanagementsysteme der repas AEG Automation GmbH, Dreieich/Bremen

Erschienen in Ausgabe: 12/2000