Smart Monitoring von Ortsnetzstationen

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LoRaWAN-Anwendungen können auch bei der Überwachung von Netzanlagen in der Niederspannung eine interessante Alternative sein.

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Wichtiger Bestandteil des Betriebs und der Planung von Energieversorgungsnetzen ist die Zustandsüberwachung, insbesondere der Ortsnetzstationen. Hier soll ein kontinuierliches Monitoring der Spannungsqualität erfolgen, gemäß der in der DIN EN 50160 festgelegten Merkmale: Frequenz, Höhe, Kurvenform und Symmetrie der Außenleiterspannungen. Diese verändern sich ständig im laufenden Betrieb, verursacht durch Lastschwankungen oder Störeinflüsse. Die Spannungsänderungen sollen ±10 Prozent der Nennspannung allerdings nicht überschreiten, zu Ausfällen darf es erst gar nicht kommen. Die zunehmende Einspeisung fluktuierender erneuerbarer Energien speziell im Niederspannungsnetz belastet die bestehende Infrastruktur, so dass Netzbetreiber ihre Anlagen nun noch genauer im Blick haben müssen.

Messungen in den Ortsnetzstationen erfolgen durch Strom- und Spannungsmessgeräte sowie Kurz- und Erdschlussanzeiger. Die Zustandsinformationen dieser Sensoren bestehen typischerweise aus kleinen Datenpaketen, die kontinuierlich übermittelt und überwacht werden müssen. „Für diese Art der Kommunikation sind die gängigen Mobilfunktechnologien nur bedingt geeignet“, sagt Viktor Kostic, Business Development Manager der telent GmbH. „Traditionelle Mobilfunk-Technologien sind spezialisiert auf die Übertragung von Sprache und Daten und abhängig von der Verfügbarkeit des Kommunikationsnetzes, die nicht bei allen Anlagen im Niederspannungsnetz vorausgesetzt werden kann. Die massenhafte Vernetzung von intelligenten Geräten und Sensoren, wie wir sie im Smart Grid benötigen, ist mit gängigen Funktechnologien oft nicht effizient umsetzbar“, so Kostic weiter. Als Alternative bietet sein Unternehmen, das seit über 50 Jahren auf Technologien und Dienstleistungen für Telekommunikationsnetze spezialisiert ist, Lösungen auf der Grundlage des Low-Power-Netzwerkes Lo- RaWAN an: Sensorik, LoRaWAN-Netzkonnektivität und die Integration oder Entwicklung von Applikationen kommen dabei aus einer Hand.

Low-Power-Netzwerke (LPWAN)

Per LoRaWAN können Daten zur Spannungsqualität kontinuierlich ausgelesen werden. Foto: telent GmbH

Low-Power-Netzwerke zeichnen sich durch besonders geringen Energieverbrauch aus, weil sie nur kleine Datenmengen übertragen müssen. Die Sender und Empfänger haben, je nach Umgebung, eine Reichweite von bis zu 15 km, die Signale durchdringen Gebäudemauern problemlos und erreichen so beispielsweise auch Kellerräume oder andere, so genannte Deep-Indoor-Standorte. Die mit LPWAN angeschlossenen Sensoren sind in der Regel mit Batterien ausgestattet, die aufgrund ihres geringen Verbrauchs eine lange Lebensdauer (bis zu 15 Jahren) haben. „Das vereinfacht die Handhabung und ist kostengünstig“, sagt Viktor Kostic.

Eines der bekanntesten Funknetze dieser Art ist das LoRaWAN, das auf dem offenen Industriestandard LoRa basiert. Die Technik nutzt freie Frequenzbänder aus den lizenzfreien ISM-Bändern. Die Kommunikation der Endgeräte erfolgt mit Datenraten zwischen 0,3 bis 50 kbit/s. „Diese Bandbreite ist sehr gering und damit beispielsweise für die Übertragung von Videodaten oder eine Signalverarbeitung in Echtzeit nicht geeignet“, erläutert Viktor Kostic. „Die Kommunikation typischer Mess- oder Sensordaten ist aber völlig problemlos.“ Die standardisierten Schnittstellen (API) der LoRaWAN-Infrastruktur machen es darüber hinaus möglich, unterschiedliche Sensoren schnell anzubinden und IoT-Applikationen flexibel zu gestalten.

Eigene Infrastruktur

Netzikon, eine Tochter der telent, betreibt das LoRaWAN-Funknetz und will es bis Ende des Jahres bundesweit ausbauen. „Wer seine LoRaWAN-Endgeräte über diese Infrastruktur einbinden möchte, erhält zuverlässige Konnektivität“, sagt Business Development Manager Kostic: „Netzikon registriert das Endgerät, der Nutzer muss das ,Ding’ nur noch einschalten – und die Daten werden sicher an den jeweiligen Zielort der Anwendung übertragen.“ Das gesamte Netz wird im Network Operation Center kontinuierlich überwacht, was seine hohe Verfügbarkeit sicherstellt. Zudem garantiert Netzikon absolute Vertraulichkeit der gesendeten Daten durch ein umfassendes Sicherheitskonzept und Verschlüsselungsverfahren – gerade im Umfeld kritischer Infrastrukturen ein besonders wichtiges Thema. In einem durchgängigen Sicherheitsprozess überträgt Netzikon nur die Daten von authentifizierten Zugangspunkten, was den gesamten Transfer besonders zuverlässig macht und Fremdzugriffe ausschließt. Die Daten sind immer verschlüsselt und im Besitz des Anwenders.

Die angebundene Plattform visualisiert die Zustandsdaten und ermöglicht weitergehende Analysen. Foto: telent GmbH

Beim sogenannten „Betreibermodell“ übernimmt Netzikon zusätzlich alle notwendigen technischen Schritte zur Anbindung der LoRaWAN-Endgeräte. Im Betreiber-Paket bezieht der Kunde von Netzikon eine festgelegte Anzahl von Anschlusslizenzen (1.000, 10.000 oder 100.000 Stück), die er selbstständig verwalten und einsetzen kann. Der Endkunde, also der Kunde des Anbieters, muss das eingerichtete Endgerät nur noch einschalten. Das Endgeräte-Paket gibt es in skalierbaren Größen. Der Betreiber verwaltet seine Endgeräte selbst; dazu bekommt er einen GUI-Zugang zu seinem eigenem LPWAN-Sub-Netz, sodass er eigenständig LoRaWAN-Endgeräte anlegen, verwalten und überwachen kann. Außerdem bietet Netzikon das Betreibermodell plus an und übernimmt hier zusätzlich alle notwendigen technischen Schritte zur Anbindung der LoRaWAN-Endgeräte. Der Kunde kann weitere eigene Zugangspunkte („Gateways“) in das Netz einbringen und somit Bereiche außerhalb der durch die Infrastruktur von Netzikon versorgten Gebiete abdecken. „Dies ist zum Beispiel dann sinnvoll, wenn Deep-Indoor-Anforderungen bestehen“, ergänzt Viktor Kostic. Die Gateways kann der Betreiber bei Netzikon kaufen und damit sofort einen bisher nicht erschlossenen Bereich abdecken. Netzikon integriert die Gateways in das Netz, mit dem vollen Leistungsumfang hinsichtlich Sicherheit und Zuverlässigkeit.

Datenverarbeitung

Die Daten, die die Messgeräte in der Ortsnetzstation kontinuierlich sammeln und über das Lo- RaWAN-Netz weitergeben, fließen direkt in die IoT-Software-Plattform EvalorIQ von telent. Die Daten werden dort gesammelt, visualisiert und können entsprechend weiterbearbeitet werden. Die Mitarbeiter des Netzbetreibers haben so die Möglichkeit, auf eine Vielzahl von Diensten des Smart Services EvalorIQ zuzugreifen, so zum Beispiel auf eine zielgerichtete Datenanalyse, Echtzeitüberwachung oder Alarmierung. Benutzerfreundliche Dashboards mit Live-Daten-Feed erhöhen die Transparenz aller Abläufe. Darüber hinaus lassen sich alle Informationen und Anwendungen ortsunabhängig auf jedem beliebigen Endgerät anzeigen, etwa auf den Smartphones der Mitarbeiter.

Erfolgreiches Pilotprojekt

Zusammen mit einem großen Verteilnetzbetreiber testet telent in einem Pilotprojekt zurzeit die Überwachung von einigen Ortsnetzstationen per Funk. Diese sind mit LoRaWAN-Funktechnik ausgestattet, um eine lückenlose und effiziente Echtzeitüberwachung sowie eine umfassende Datenanalyse durch die IoT-Software-Plattform EvalorIQ zu gewährleisten. Mit dieser „Smart Monitoring“-Lösung findet der Verteilnetzbetreiber heraus, wo noch ungenutzte Energiepotenziale liegen und wo er Prozesskosten reduzieren kann. Seine Außendienstmitarbeiter müssen an den Strommessgeräten nicht mehr vor Ort manuell die Werte ablesen, sondern erhalten über die digitale Plattform EvalorIQ ortsunabhängig alle notwendigen Daten aus den Stationen direkt auf ihren Laptop oder ihr Smartphone. Dies spart viel Zeit, lange Wege und vor allem Kosten. Die Ergebnisse, die telent in diesem Pilotprojekt bisher sammeln konnten, sind positiv. Viktor Kostic: „Mit LoRaWAN gelingt es, die Überwachung von Ortsnetzstationen deutlich zu verbessern und den Mitarbeitern des Netzbetreibers die Arbeit zu erleichtern. Dieser kann so seine Kosten signifikant senken.“

Der Leiter Business Development ist überzeugt, dass die Energiebranche dank der kommunizierenden und miteinander vernetzten Sensoren und Aktoren künftig anders aussehen wird: „Betriebskonzepte werden durch die Digitalisierung stark verändert.“ Dafür, so Kostic, stellen LoRaWAN-Lösungen einen idealen Ansatz dar.

Stand 6-203

Kontakt: telent GmbH – ein Unternehmen der euromicron Gruppe, Viktor Kostic, 71522 Backnang, Gerberstraße 34, Tel. + 49 7191 900-2212, viktor.kostic@telent.de

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