Einführung in die IEC 61850

Die Norm IEC 61850 der International Electrotechnical Commission (IEC) ist ein international anerkannter Standard für die Kommunikation in Energienetzen. Ursprünglich entwickelt für die durchgängige Kommunikation in elektrischen Schaltanlagen der Hoch- und Mittelspannungsebene wird er zunehmend auch für die Kommunikation der Geräte auf unteren Spannungsebenen sowie für den Informationsaustausch mit dezentralen Erzeugern genutzt.
Schaltanlagen (Substations) sind die Knoten der elektrischen Netze, über die Transport und Verteilung der elektrischen Energie erfolgen. Heutige Schaltanlagen nutzen zumeist die Konzepte der Stationsautomatisierung (Substation Automation) und können über teilweise autark arbeitende, intelligente elektronische Einheiten (IED) für Schalter, Transformatoren oder Messeinrichtungen lokal autonome Funktionen, wie Spannungsregelung und Lastabwurf, automatisch durchführen und Dienste zur Beeinflussung der Schaltanlage von außen, wie Fernüberwachung und -steuerung, anbieten [1]. Zudem sind in Schaltanlagen die Schutzgeräte verbaut, welche das Energienetz vor Auswirkungen von Fehlern, wie Kurzschluss oder Erdschluss, automatisch schützen, indem im Fehlerfall der fehlerhafte Netzstrang vom restlichen Netz getrennt wird [2].
Mit der Zunahme dieser IED in den Schaltanlagen stieg der Bedarf an einer alle IED erfassenden und standardisierten Kommunikation inklusive der Schutztechnik. Entsprechend diesem Bedarf wurde von der IEC die Normreihe IEC 61850 mit dem Ziel geschaffen, die Interoperabilität zwischen intelligenten elektronischen Geräten verschiedener Hersteller in Schaltanlagen zu erhöhen. Zudem sollte ein einheitliches Protokoll entwickelt werden, welches veraltete, nur für eingeschränkte Funktionalitäten einsetzbare Protokolle zusammenfassend ersetzt.
Diese Normreihe mit dem Titel „Communication ­networks and systems for power utility automation“ struk­turiert die Schaltanlagen anhand der drei Ebenen Stati­onsebene (Station Level), Feldebene (Bay Level) und Prozessebene (Process Level) und beschreibt die Kommunikationsmechanismen zwischen den Funktionen der Schaltanlage [3].
Die IEC 61850 ermöglicht die Interoperabilität von IED verschiedener Hersteller und stellt damit sicher, dass ein Datenaustausch zwischen diesen IED möglich ist. Dabei bietet die Norm auch einen Katalog von Datenmodellen für mögliche grundlegende Funktionen, wie Differenzialschutz oder Distanzschutz, die diese IED umsetzen, ohne die konkrete Implementierung der Funktionen festzulegen. So räumt die Norm den Herstellern von Schaltanlagen Spielraum zur Realisierung der Funktionen und damit Differenzierungspotenzial ein. Dies bedeutet auch, dass die IEC 61850 keine sogenannte Interchangeability, das heißt, die Möglichkeit des Austauschs eines Geräts eines Herstellers gegen ein Gerät eines zweiten Herstellers bei Beibehaltung derselben Kommunikationsschnittstellen und spezifischen Implementierung, gewährleisten will [2].
Die Norm hatte zunächst nur die Kommunikation und einheitliche Konfiguration innerhalb einer Station zur Sta­tionsautomatisierung zum Ziel. Da sie grundsätzlich erweiterbar gehalten ist, wurde sie im Laufe der Jahre weiterentwickelt und zum Beispiel um die Kommunikation zwischen Schaltanlagen oder die Kommunikation von Schaltanlage zu Scada-System (Leitsystem) erweitert. Seit 2010 werden nach und nach diese Erweiterungen der Norm veröffentlicht, womit der Geltungsbereich der Norm von „innerhalb einer Schaltanlage“ auf „Automatisierung in der Energieversorgung“ anwächst.
Zudem wurde die Norm auf die Kommunikation mit dezentralen Anlagen erweitert. In der Normreihe IEC 61400-25 wurden windspezifische, in der Normreihe 61850-7-410 wasserkraftspezifische Definitionen erarbeitet. In der Normreihe 61850-7-420 wurden Informationen aus dem Bereich der dezentralen Energieerzeugung wie KWK- oder PV-Anlagen definiert und publiziert (Bild 2).
Durch diese Erweiterungen sind grundsätzlich ein einheitliches Datenmodell und dessen Kommunikation vom einzelnen Gerät auf der Feldebene, über die Station bzw. Schaltanlage sowie vom dezentralen Erzeuger bis hin zur Netzleitstelle möglich.