Mit Hilfe der Netzleittechnik werden die Übertragungs- und Verteilnetze für den Transport elektrischer Energie überwacht und gesteuert. Netzleitsysteme unterscheiden sich in zwei wesentlichen Punkten von anderer Leittechnik. Erstens handelt es sich um mehrere, hierarchisch den einzelnen Spannungsebenen zugeordnete, miteinander kommunizierende Prozessleitsysteme mit jeweils eigener Warte, sogenannte Netzleitstellen. Zweitens macht die große räumliche Ausdehnung und Verteilung der Netze und ihrer Leitsysteme eine Fernwirktechnik erforderlich, um die einzelnen Komponenten aus der Distanz anzusteuern.
Durch die Energiewende hat die Netzleittechnik bei der Stromversorgung einen noch größeren Stellenwert bekommen, sie wird jedoch auch bei anderen leitungsgebundenen Versorgungsnetzen wie dem Gasnetz, dem Trinkwassernetz und dem Fernwärmenetz eingesetzt.
Historischer Überblick über die Entwicklung (die wichtigsten Meilensteine) Die Entwicklung der Netzleittechnik ist eng mit der Geschichte der Elektrizität und der Automatisierung von Stromnetzen verbunden.
Frühe Elektrifizierung (spätes 19. Jahrhundert) Die Anfänge der Netzleittechnik liegen in der Zeit Ende des 19. Jahrhunderts, als die Elektrifizierung begann. Zu dieser Zeit wurden die ersten zentralen Stromversorgungssysteme entwickelt, um Elektrizität über größere Entfernungen zu übertragen. Die Steuerung und Überwachung waren rudimentär und manuelle Eingriffe waren notwendig.
Mechanische Schutzrelais (Anfang 20. Jahrhundert) In den frühen 1900er Jahren wurden mechanische Schutzrelais eingeführt, um elektrische Systeme besser zu überwachen und vor Fehlfunktionen zu schützen. Diese Relais konnten auf bestimmte Ereignisse wie Kurzschlüsse oder Überlastungen reagieren und elektrische Geräte abschalten.
Fernwirktechnik und Fernsteuerung (1920er – 1930er Jahre) In den 1920er und 1930er Jahren wurden Technologien zur Fernwirkung und Fernsteuerung entwickelt, die es ermöglichten, elektrische Anlagen aus der Ferne zu überwachen und zu steuern. Die Kommunikation erfolgte zunächst über Telefonleitungen, später wurden auch drahtlose Kommunikationstechnologien eingesetzt.
Entwicklung von SCADA-Systemen (1960er Jahre) In den 1960er Jahren wurden die ersten Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA)-Systeme entwickelt. Diese Systeme ermöglichten die Erfassung, Überwachung und Steuerung von Daten in Echtzeit über entfernte Anlagen. SCADA-Systeme wurden vor allem in der Energie- und Wasserversorgung eingesetzt und bildeten die Grundlage für modernere Netzleittechnik.
Digitalisierung und Computertechnologie (1970er – 1980er Jahre) Mit dem Aufkommen der Computertechnologie in den 1970er und 1980er Jahren konnte die Netzleittechnik deutlich verbessert werden. Die Überwachung und Steuerung von komplexen Netzwerken wurde durch digitale Systeme und leistungsstarke Computer erleichtert.
Dezentrale Steuerung (1990er – 2000er Jahre) In den 1990er und 2000er Jahren begann die Netzleittechnik, sich von zentralisierten Kontrollsystemen hin zu dezentralen Lösungen zu entwickeln. Dies wurde durch Fortschritte in der Kommunikationstechnologie ermöglicht, die es ermöglichten, Daten in Echtzeit über große Entfernungen auszutauschen.
Smart Grids und IoT (Internet of Things) (2000er Jahre – heute) In den letzten Jahren hat sich die Netzleittechnik weiterentwickelt, um den Anforderungen moderner Smart Grids gerecht zu werden. Intelligente Technologien, das Internet der Dinge (IoT) und fortschrittliche Analysetools haben die Überwachung und Steuerung von Stromnetzen noch präziser und effizienter gemacht. Smart Grids integrieren erneuerbare Energien, Energiespeicherung und Elektromobilität und ermöglichen eine bessere Laststeuerung.
Die Netzleittechnik bleibt ein sich ständig weiterentwickelndes Gebiet, da neue Technologien und Innovationen die Effizienz, Sicherheit und Nachhaltigkeit unserer Strom- und Infrastrukturnetze verbessern.
Die Netzleittechnik umfasst die Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik von Netzen. Hauptsächlich eingesetzt wird die Netzleittechnik in leitungsgebundenen Netzen wie Stromnetzen, aber auch in Rohrnetzen wie Gas-, Wasser- (Trinkwasser/Abwasser) und Wärmenetze (Fernwärme/Nahwärme). Betrieben wird die Netzleittechnik durch Netzbetreiber und Versorgungsunternehmen. Die Netzleittechnik ist ein Spezialgebiet der Prozessleittechnik; sie gehört zu den Angewandten Ingenieurwissenschaften.
Aufgaben der Netzleittechnik Die Aufgabe der Netzleittechnik besteht darin, die Netzbetreiber in der Betriebsführung ihrer Netze zum Beispiel Stromnetze zu unterstützen, d. h. dem Betriebspersonal (die Personen werden auch Operator, Schalttechniker, Schaltingenieure genannt) Entscheidungshilfen an die Hand zu geben und so weit wie möglich bei Routinearbeiten zu entlasten. Neben der Netzüberwachung muss auf sich ergebende Störsituationen reagiert und steuernd in das Netzgeschehen eingegriffen werden.
Zu den wesentlichen Grundaufgaben der Netzleittechnik gehört es, Prozessinformationen wie Zählwerte, Messwerte und Meldungen an eine zentrale Leitstelle zu übertragen, dort bedienergerecht aufzubereiten und darzustellen. In der Gegenrichtung besteht die Aufgabe, Steuer- und Stellbefehle an den Prozess auszugeben.
In den Anfängen der Stromversorgung bestand die Netzleittechnik meist aus vielen dezentralen Steuerstellen mit einfachen Fernsteuer- und Fernüberwachungseinrichtungen. Der Fortschritt dieser Einrichtungen bestand im Wesentlichen in der richtigen chronologischen Erfassung der Prozessereignisse sowie deren fortlaufenden Protokollierung.
Schritthaltend mit der Entwicklung der Computertechnik seit den 1980er Jahren hat die Netzleittechnik stark an Bedeutung zugenommen. Neben den Kernaufgaben der Netzsteuerung und Netzüberwachung bietet die Rechnertechnik heute vielfältige Möglichkeiten der Störungsanalyse, der Simulation von Netzzuständen und Netzfehlern, unter anderem auch für Trainings- und Schulungszwecke des Betriebspersonals, sowie die Ermittlung und Einstellung optimaler Netzzustände.
Primär- und Sekundärtechnik Unter Primärtechnik wird alles zusammengefasst, was den eigentlichen Prozess betrifft, Sekundärtechnik sind die Einrichtungen, die nur indirekt am Prozess beteiligt sind. Darunter fallen viele für den Betrieb der Netze notwendige Funktionen und Einrichtungen wie z. B.:
Lokale Steuerung/Nahsteuerung (Steuerung der einzelnen Schaltanlagenfelder vor Ort, meist über einen Feldsteuerschrank), Stationsleittechnik (Ist die Lokale Steuerung/Nahsteuerung zum Zwecke der Vorverarbeitung und Informationsdarbietung mit Rechnertechnik ausgeführt und mit Netzschutz kombiniert, so spricht man von Stationsleittechnik.), Spannungsregelung (Konstanthaltung der Netzspannung bei verschiedenen Belastungszuständen), Netzschutz (Überwachung der Leitungen auf Kurzschluss oder Erdschluss mit Abschaltung der betreffenden Leitung), Energiezählung, Fernmessung (Fernübertragung von Messwerten zu einer entfernten Netzleitstelle), Eigenbedarf (gesicherte Gleich- und Wechselspannungsversorgung, Batterieanlagen, Gleich- und Wechselrichter) Aufrechterhaltung der Funktion der Anlage auch bei Stromausfall bzw. Netzstörungen. Rundsteueranlage (Steuerung geeigneter im Netz vorhandener Verbraucher, z. B. Nachtspeicherheizungen), Fernwirktechnik, Netzleitsystem.
Viele der Begriffe aus dem Bereich Netzleittechnik werden umgangssprachlich benutzt (z. B. Leitsystem) und können je nach Kontext unterschiedliche Bedeutung haben. So können z. B. Stationsleitsystem oder Netzleitsystem vereinfacht beide mit dem gleichen Begriff Leitstelle bezeichnet werden.
Komponenten der Netzleittechnik Fernwirktechnik Die Aufgabe der Fernwirktechnik besteht darin, die Netzinformationen zwischen den Schaltanlagen und einer Netzleitstelle zu übertragen. Bei den Fernwirkanlagen spricht man dabei je nach Standort von einer Fernwirkunterstation, d. h., die Fernwirkanlage befindet sich im Anlagengebäude vor Ort, meist in einem Umspannwerk, oder von einer Fernwirkzentrale, wenn sie sich in einer räumlich entfernten, zentralen Leitstelle befindet. Zur Überbrückung der Distanzen zwischen den Anlagen im Netz und der zentralen Leitstelle bedient sich die Fernwirktechnik der Übertragungstechnik (digitale Übertragungsnetze (zum Beispiel PDH, SDH), Wechselstromtelegrafie (WT) usw.).
Fernwirkknoten Vom Fernwirkknoten werden die Netzinformationen von den an einer Leitstelle angeschlossenen Fernwirkanlagen gebündelt dem Rechnersystem der Leitstelle übergeben. Heute werden hier meist Konzentratoren eingesetzt, die die mit niedriger Bandbreite auflaufenden seriellen Kanäle von den Fernwirkanlagen zusammenfassen und per LAN oder WAN dem Netzleitsystem übergeben.
Leitstelle Die zentrale Komponente der Netzleittechnik ist die Leitstelle. Synonyme hierfür sind Schaltleitung, Hauptschaltleitung, Netzleitstelle und Warte. Die unterschiedlichen Termini weisen meist auf die Spannungsebene, in welcher das zu überwachende Netz angesiedelt ist. Die Aufgabe der Leitstelle ist die Verarbeitung und Aufbereitung sowie Darbietung der Informationen für den Netzbetrieb in der Warte.
Ausrüstung Während früher Netzleitsysteme mit ein bzw. zwei Prozessrechnern ausgestattet waren, werden heute die anstehenden Aufgaben von Mehrfach-Rechnersystemen erledigt. Verschiedene Funktionskomplexe werden dabei auf mehrere Rechner verteilt. Dabei geben sich die Rechner untereinander mehrfach Redundanz, dies gewährleistet so ein hohes Maß an Verfügbarkeit.
Anstelle von Mosaiktafeln, wie sie in älteren Leitstellen zur Netzdarstellung zu finden sind, wird heutzutage auch die Großbilddarstellung, die so genannte Rückprojektionstechnik, eingebaut. Dabei werden auf einer modular aufgebauten, transparenten Projektionswand, Prozessbilder von der Rückseite mit Hilfe eines speziellen Beleuchtungssystems projiziert. Hierbei werden entweder LCD-Panels oder DLP-Projektoren eingesetzt, die Monitorinhalte mit Hilfe der X-Window-Technik zur Darstellung auf die Projektionswand bringen. Die Auflösung der einzelnen Wandmodule ist dabei vergleichbar mit der herkömmlichen PC-Grafik. Die Projektionswand als Übersichtsmedium wird dabei nicht nur wie in der Vergangenheit zur Darstellung einer Netzübersicht verwendet, sondern dient größeren, modernen Warten mit Maus und Tastatur als eigenständiges interaktives Bedien- und Darstellungsmedium von großen Netzdarstellungen.
Bei der Erfüllung dieser Aufgaben kann erheblicher Aufwand entstehen. Dem Operator-Personal (Schalttechniker, Schaltingenieure) werden zur Erfüllung dieser vielfältigen und verantwortungsvollen Aufgaben diverse Funktionalitäten/Tools zur Verfügung gestellt.
Funktionen der Netzleitstelle Die Funktionalität einer Netzleitstelle wird überwiegend durch die Anwendersoftware realisiert. Üblicherweise wird diese in die Bereiche SCADA und HEO gegliedert. Seit geraumer Zeit wird die Netzleittechnik auch tiefer in die betriebliche Ablaufplanung eingebunden. Kopplungen zur Materialwirtschaft des Versorgungsunternehmens sowie Werkzeuge zur Personaleinsatzplanung werden vermehrt eingesetzt. Auch Auskunftsfunktionen über Ort und Lage von Umspannstationen und Leitungen in der Geografie, unternehmensinterne Datenauswertungen und Informationen über das aktuelle Wettergeschehen werden implementiert und grafisch aufbereitet dem Operator visuell dargestellt.
SCADA-Funktionen für elektrische Energieversorgungs-, Gas-, Wasser- und Fernwärmenetze Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) ist das Überwachen und Steuern technischer Prozesse mittels eines Computer-Systems.
MMI/Mensch-Maschine-Interface