Wissen, was im Netz passiert

25.08.2021 – Mit WAGO Application Grid Gateway können Betreiber von Energieverteilnetzen ihre Ortsnetzstationen digitalisieren und so die Leistungsfähigkeit ihrer Netze beurteilen – datenbasiert bis in die Niederspannung.

Mit Zunahme der dezentralen Energieerzeugung und E-Mobilität ist das Thema Monitoring immer interessanter geworden – gerade auch auf der Niederspannungsebene. „Mit Einzug dieser Assets hat sich WAGO mit seinen Partnern und Kunden frühzeitig Gedanken gemacht, wie man noch mehr Funktionen in einer Kleinfernwirktechnik abbilden kann, wenn man nun auch vorrangig aus der Niederspannung Messdaten erhebt“, erklärt Daniel Wiese, Global Key Account Manager Smart Grid bei WAGO. Er weiß, dass gerade jetzt das Bewusstsein dafür beim Verteilnetzbetreiber da ist, „auch weil es zurzeit diverse Anreize von Regulierungsbehörden gibt, zum Beispiel im Kontext des Redispatch 2.0., in dem Verteilnetzbetreiber dem vorgelagerten Netzbetreiber ihr Netz transparent darstellen müssen. Dafür ist ein Monitoring in der Verteilnetzebene notwendig, und dafür bekommt man die Hardware, sprich die Sekundärtechnik, subventioniert.“ Aber es sei auch im Interesse der Verteilnetzbetreiber selbst, „um E-Mobilität, Wärmepumpen und Einspeiser in den Griff zu bekommen“. Aus dieser sich entwickelten Gemengelage sei das Lösungskonzept der digitalen Ortsnetzstation, kurz dONS, entstanden – eine Weiterentwicklung der intelligenten Ortsnetzstation.

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Foto: WAGO Kontakttechnik GmbH & Co. KG

Kleinfernwirktechnik mit Mehrwert

WAGO Application Grid Gateway ist ein wichtiger Teil der dONS. Ohne zusätzliche externe Software können Verteilnetzbetreiber damit eine Kleinfernwirktechnik in bestehenden oder neuen Ortsnetzstationen (ONS) schnell und einfach über einen Web-Server in Betrieb nehmen. Das betrifft die IEC 60870-5-104-, MQTT- und Modbus-Schnittstelle. Speziell in der Niederspannung werden in hochauflösenden, 3-phasigen Messungen Zustandsdaten erfasst. Diese werden direkt auf der Kleinfernwirktechnik in der Netzstation adressatengerecht aufbereitet, dann sicher und sekundengenau gespeichert und können aus der Ferne gemonitort werden. „Insgesamt können damit bis zu 2 Trafos mit jeweils 15 Niederspannungsabgängen in einer ONS transparent erfasst werden“, beziffert Daniel Wiese den aktuellen Maximalausbau. Bei der Entwicklung habe WAGO im Austausch mit Netzbetreibern fünf grundlegende Ansätze verfolgt: Einfachheit in der Anwendung, KRITIS-konformes Sicherheitsmanagement, größtmöglicher Datennutzen für vielfältige Nutzergruppen, Langlebigkeit und Zukunftssicherheit. Dabei ist die Automatisierung der Mittelspannungsebene, die schon seit vielen Jahren durchgeführt wird, ebenfalls berücksichtigt worden.

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Der WAGO Fernwirkcontroller der 2. Generation ist eine speicher­programmierbare Steuerung (SPS) mit diversen Schnittstellen. ­Ganz nach Bedarf lassen sich daran 3- oder 4-Leiter-Messkarten sowie Digitaleingangs- und -ausgangsmodule für die Steuerung einer Mittelspannungsschaltanlage anreihen. Foto: WAGO Kontakttechnik GmbH & Co. KG

Daniel Wiese führt aus: „Gegenüber der Kleinfernwirktechnik wollten wir eine Softwareoberfläche schaffen, die das Ganze sehr einfach parametrierbar macht, die ganzen Daten schon in der Kleinfernwirktechnik adressatengerecht aufbereitet und zur Verfügung stellt – für den Netzmeister, der Monitoringinformationen braucht, Assetmanager und Netzplaner, aber auch die Netzführung im Leitsystem, eben für alle, die die Netzdaten brauchen.“ Eine Extra-Installation von Software auf einem PC oder Laptop ist dafür nicht notwendig. „Nutzer brauchen sich nur mit einer festen IP-Adresse über https in einem ISMS-konformen Browser auf das WAGO Kleinfernwirkgerät ‚aufwählen‘, mit einem Benutzernamen ‚einloggen‘ und sehen sofort die Oberfläche der Grid Gateway Applikation.“

„Bessere Netzzustandsbewertungen, ressourcenschonende Netzkoordination, effizienter Netzausbau – all dies kann durch die Digitalisierung von Ortsnetzstationen erreicht werden.“
Daniel Wiese, Global Key Account Manager Smart Grid bei WAGO.

Hinzu kommt, dass man über eine Art App Zusatzfunktionen in die Unterstationen einbringen kann, zum Beispiel eine Berechnung einer Mittelspannung anhand von gemessenen Niederspannungswerten, die Integration eines MQTT-Brokers zur Erfassung von externer Sensorik oder SQL zur Kommunikation in eine externe Datenbank. Das werte die Kleinfernwirktechnik deutlich auf und gestalte sie zukunftssicher. So kann schon vorhandene Hardware mit neuen Funktionen erweitert werden. „Der Vorteil dabei ist, dass WAGO Kleinfernwirktechnik bereits eine offene Technologieplattform ist, die gemäß IEC61131 und auch in Hochsprache programmierbar ist, in die man aber auch Docker-Applikationen mit einbringen und einen integrierten Webserver nutzen kann“, sagt Daniel Wiese. Die Kommunikation zu den genutzten Gegenstellen werde dabei immer verschlüsselt durchgeführt.

Unnötigen Netzausbau vermeiden

Wo sich der Zustand des Verteilnetzes aus der Ortsnetzstation heraus beurteilen lässt, können nicht selten auch unnötige Netzausbaumaßnahmen vermieden werden. Eine interessante Option, bedenkt man die hohen Investitionen und den Aufwand, der vielfach mit den erforderlichen Baumaßnahmen verbunden ist. „Daher ist es für Verteilnetzbetreiber interessant zu wissen, was überhaupt in der Mittel- und Niederspannung passiert. Das heißt, dass zum Beispiel die Trafoabgangsmessung interessanter wird, indem man eine Art digitalen Schleppzeiger abbildet. Das geht mit 3- oder 4-Leiter-Messkarten, die modular nach Bedarf an die WAGO Kleinfernwirktechnik angereiht werden können, um das Niederspannungsnetz am Trafoabgang bzw. den Kabelabgängen transparent zu machen.“ Es sei möglich, 80 Kanäle über den Datenlogger zu erfassen. „Das heißt, der Nutzer kann Messkanäle anlegen, die er sekündlich in einem Raster ‚x‘ mitloggen und direkt als csv-File auf dem Kleinfernwirkgerät abspeichern möchte“, erläutert Daniel Wiese.

Zusätzlich bestehe die Möglichkeit, „das Ganze über einen Datenplotter zu visualisieren, um sich zum Beispiel Trends von Niederspannungsmesswerten anzeigen zu lassen und sie miteinander zu vergleichen“. Wenn noch eine Vor-Ort-Anzeige gewünscht ist, dann sei auch das mit der Installation von Einbaumessgeräten abgedeckt, mit denen die Daten dann via Modbus eingesammelt werden können. „Ansonsten bildet die WAGO Kleinfernwirktechnik diese Vor-Ort-Anzeige über einen Webserver ab. Natürlich lassen sich ebenfalls die Daten der externen Messgeräte visuell darstellen. Zu diesen zählen nicht nur die Niederspannungsmessgeräte, sondern auch beispielsweise die Kurz- und Erdschlussanzeiger aus der Mittelspannung.“

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WAGO Application Grid Gateway ermöglicht es, eine Kleinfernwirktechnik in der Ortsnetzstationen durch einfaches Parametrieren in Betrieb zu nehmen. Foto: Photo by nd3000/Getty Images; WAGO Kontakttechnik GmbH & Co. KG

Predictive Maintenance für Ortsnetzstationen

Neben der Netzführung können Netzbetreiber mit WAGO Application Grid Gateway auch Mehrwerte für weitere Nutzergruppen generieren: Beispielweise kann der Asset-Manager durch den Zugriff auf die gespeicherten Messwerte die Wartungszyklen der Ortsnetzstation präziser planen. Zwar spielt die vorbeugende Wartung (Predictive Maintenance) im Vergleich zum industriellen Umfeld im Netzbetrieb noch eine untergeordnete Rolle – Ortsnetzstationen werden weiterhin in festen Wartungszyklen von 2, 4, 8 oder 10 Jahre begangen und geprüft.

Doch die neue Technologie in der digitalen Ortsnetzstation schafft die Möglichkeit, vorbeugende Wartung auch bei Stadtwerken zu etablieren. „Das bedeutet: Nur wenn die detektierten Werte aus dem Ruder laufen, ist die Wartung vorzunehmen. Das spart Kosten, weil die jeweilige Station nur dann angefahren wird, wenn es sein muss. Die Abschätzung, wie der Trafo altert, kann aus der Ferne abgeprüft werden“, sagt Daniel Wiese und ergänzt: „Zusätzliche Temperaturmessungen können ebenfalls integriert und entsprechend mit zur Beurteilung herangezogen werden. Wenn eine unterbrechungsfreie Stromversorgung mit installiert wird, lässt sich diese ebenfalls gezielt mit überwachen.“

Netzmeister werden schon aus der Ferne bei Wartungen und Fehlern im Netz auf die Situation vor Ort gezielt vorbereitet. Anschlussanfragen können genauer beurteilt werden. Durch die Möglichkeit eines Fern-Updates von Sicherheitspatches, Softwaremodulen und Erweiterungen können zudem aufwendige Fahrzeiten entfallen.

Kompakt platzierbar in Bestandsanlagen

Smart-Grid-Fachtagung, 28./29.09.2021, Hannover
Die Frage, wie die Energiewende technisch und technologisch zu ermöglichen ist, steht auch im Fokus der WAGO Smart Grid Fachtagung. Bereits zum siebten Mal treffen sich Praktiker und Experten zum kollegialen Austausch.
www.wago.com/smart-grid

Verteilnetzbetreiber sind aufgefordert zu digitalisieren und haben die Anforderung in ihren Netzen zu messen, „aber kein Netzbetreiber kann jede Station neu stellen. Das ist zeitlich nicht machbar und wirtschaftlich nicht abbildbar“, bemerkt Daniel Wiese. Deswegen sei die Nachrüstung in Bestandsstationen ein großes Thema. In größeren, begehbaren Stationen sei das sehr einfach, weil es genug Platz für Kabelumbauwandler und einen Schaltschrank gibt. „In den kleineren Kompaktstationen ist es entsprechend schwieriger, die Technologie unterzubekommen. Teilweise muss dort im Primärbereich installiert werden, wofür entsprechendes Personal benötigt wird, damit dort überhaupt installiert werden darf.“ Im Sekundärbereich sei es unkritischer. „Die Technik muss kompakt sein. Aber auch dadurch kann manchmal nicht alles abgedeckt werden. Wer hier 12 bis 15 Messungen vornehmen möchte, aber keinen Platz für die Technologie hat, der muss sich unter Umständen auch damit zufriedengeben, nur 2 oder 3 Abgänge mit leicht nachzurüstenden Rogowskispulen zu messen.“

Aber auch dieses bisschen Wissen auf der Niederspannungsseite sei schon sehr viel mehr wert, als gar kein Wissen über den Netzzustand zu haben. „Solange ich jedoch das sehr kompakte WAGO Kleinfernwirkgerät unterbringen kann, auf dem WAGO Application Grid Gateway läuft, ist es für jede Anlage geeignet. Beispielsweise existiert auch eine Lösung, um die WAGO Kleinfernwirktechnik auf einem freien ungenutzten Niederspannungsabgang zu installieren“, bemerkt Daniel Wiese.

Ausblick: von Netzzustandsbewertungen zur Netzberechnung

Mit volatiler und dezentraler Energieerzeugung, -speicherung und -verteilung wird das Thema Netzberechnung in Ortsnetzen immer spannender. Daniel Wiese weiß, „wenn mehrere Erzeuger und Verbraucher in einem Netz zusammenkommen und das Netz dann auch noch vermascht ist, ist die reine Messung teilweise nicht ausreichend. Abhilfe kann eine weitere externe Messung im Netz bringen, um beispielsweise diverse Einspeiseanlagen am Einspeisepunkt oder Kabelverteiler zu monitoren.“

Dann können diese Werte über Modbus TCP oder MQTT über eine Powerline-Verbindung oder LoRaWAN zur digitalen Ortsnetzstation transferiert, entsprechend mit aufgenommen und verwertet werden. „Das gibt Netzbetreibern noch mehr Anhaltspunkte. Offen gesprochen kann damit der genaue Netzzustand aber immer noch nicht bestimmt werden. Dazu bedarf es immer noch eines Netzberechnungscodes, den man implementiert, was ebenfalls möglich ist“, bemerkt Daniel Wiese. (pq)

WAGO Kontakttechnik GmbH & Co. KG
Daniel Wiese
daniel.wiese@wago.com
www.wago.com

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