Digitale Steuerung an der Wallbox

19.11.2021 – Perspektivisch müssen auch private Ladevorgänge netzdienlich gesteuert werden. Die Netze BW führt in Kooperation mit VIVAVIS einen umfangreichen Praxistest für Steuerboxen mit digitaler Schnittstelle durch.

Wenn sich die Elektromobilität im erwarteten Maße etabliert, werden Elektroauto und Wallbox schon bald zur üblichen Ausstattung von Einfamilienhäusern gehören. Bestehende Ortsnetze, die nicht entsprechend ausgelegt sind, könnten durch die neuen Verbraucher jedoch an ihre Grenzen kommen – speziell, wenn beispielsweise nach Feierabend viele Fahrzeuge gleichzeitig geladen werden. Vor diesem Hintergrund rücken derzeit intelligente Steuerungslösungen in den Fokus, durch die sich aufwändige Netzertüchtigungsmaßnahmen zumindest begrenzen lassen. „Großes Potential für eine einheitliche Lösung zur Steuerung von privaten Ladeeinrichtungen bietet das intelligente Messsystem in Kombination mit einer Steuerbox“, erklärt Sven Zahorka von der Netze BW. Noch fehlen die gesetzlichen Rahmenbedingungen für die Laststeuerung, doch an den technischen Standards für Lademanagementsysteme wird aktuell schon in verschiedenen Gremien gearbeitet. Im NETZlabor Intelligentes Heimladen (NIHL) der Netze BW startet jetzt ein Praxistest, bei denen solche Steuerboxen mit einer digitalen Schnittstelle gemäß VDE-FNN Standard im Feld erprobt werden – „in Deutschland vermutlich erstmals“, wie Projektleiter Sven Zahorka betont.

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In Wangen im Allgäu liegt eines von fünf Testgebieten für die intelligente Ladesteuerung. Foto: Netze BW GmbH

Neben der technischen Umsetzung des Lademanagements geht es beim Praxistest zum einen natürlich um die Frage, ob und in welchem Umfang sich die Steuerung auf die Stabilität des Ortsnetzes auswirkt. Zum anderen möchte der baden-württembergische Netzbetreiber überprüfen, ob sich die Steuerung auf den subjektiven Ladekomfort der Kunden auswirkt. Die Ergebnisse sollen in die Prozesse für eine branchenweite Standardisierung einfließen.

NETZlabor Intelligentes Heimladen

Die Tests umfassen vier Phasen mit fünf Feldversuchen in mehreren Städten und Gemeinden Baden-Württembergs. „Jeweils sechs bis acht Haushalte erhalten dazu leihweise verschiedene Typen von E-Mobilen sowie je eine mit iMS und Steuerbox ausgestattete Wallbox“, berichtet Sven Zahorka.Nachdem in den ersten beiden Phasen die technische Implementierung und Erprobung der eingebundenen Prozesse und Systeme bei freiem Laden im Fokus standen, geht es in Phase 3 und 4 um die dynamische Netzzustandsüberwachung und Steuerung. Dabei kommen rezertifizierte Smart Meter Gateways zum Einsatz, die bereits die TAF 9 (Ist-Werte Einspeiser) und 10 (Netzzustandsdaten) abbilden können. Die eingesetzten Steuerboxen, die über eine sichere Verbindung an ein Steuerbox-Management-System angebunden sind, waren zunächst analog. „Sie sind also gemäß der FNN-Spezifikation mit vier Relaiskontakten als Schaltausgängen ausgeführt“, erläutert der Projektleiter. „Theoretisch könnten also maximal 16 Steuerbefehle übermittelt werden – und das auch nur in einer Richtung, nämlich vom Netzbetreiber zur Ladebox.“

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Grafik: Netze BW GmbH

Digitale Schnittstelle

Seit Februar 2021 gibt es das FNN Lastenheft in Version 1.2 für eine digitale EEBUS-Schnittstelle, die dem Netzbetreiber deutlich breitere Handlungsspielräume eröffnet. „Die digitale Schnittstelle erlaubt zum einen generell eine stufenlose Reduzierung der Leistungsaufnahme von Verbrauchern wie eben der Wallboxen“, erklärt Sven Zahorka. Das gleiche gilt für die Steuerung von Einspeisern wie PV-Anlagen. Obendrein kann an der Schnittstelle zur steuerbaren Einheit ein bidirektionaler Informationsaustausch stattfinden. So lässt sich beispielsweise durch Rücklesen eines aktuellen Leistungswertes die Ausführung von Steuerbefehlen verifizieren. „Auf diese Weise können wir etwaige Fehler erkennen und schnell reagieren – etwa, wenn die Ladeleistung an einer Box auf 50 Prozent begrenzt ist, das Fahrzeug aber tatsächlich nur mit 20 Prozent lädt“, führt Sven Zahorka aus.

Des Weiteren können auf digitaler Basis zukünftig Grenzwerte für beide Energieflussrichtungen (Bezug und/oder Einspeisung) zugleich übermittelt werden. So lässt sich das Flexibilitätspotential nicht nur einzelner, sondern vor allem aggregierter Anlagen durch Energiemanagementsysteme nutzen. Berechtigten Marktteilnehmern und VNB stehen verschiedene fahrplanbasierte Funktionen zur Verfügung, die die Steuerbox nach einmaliger Übertragung autark ausführt. Auch sogenannte Vehicle-to-Grid-Anwendungen, bei denen die Bat­terie des Elektrofahrzeugs je nach Netzsituation Strom einspeist oder zum Laden nutzt, ist über die Infrastruktur perspektivisch möglich.

Überdies bieten die FNN-Steuerboxen standardisierte Prozesse für das Remote-Update der Firmware oder die Parametrierung eines Gerätes. Dem Monitoring dient neben dem klassischen lesenden Zugriff auf Datenpunkte auch die Möglichkeit der ereignisbasierten Übertragung und die neustartfeste Protokollierung von Wertänderungen. Die Datenübermittlung zum Backend-System erfolgt nach den Regeln des international anerkannten Kommunikationsstandards IEC 61850.

„Für die Integration von Elektrofahrzeugen in die vorhandenen Ortsnetze ist die Steuerbox mit digitaler Schnittstelle definitiv ein Quantensprung und die anstehenden Tests sind natürlich für zukünftige Anwendungen besonders spannend“, fasst Sven Zahorka zusammen.

Steuerbox ACOS 730

Ein wichtiger Kooperationspartner im Projekt ist VIVAVIS als Entwickler und Hersteller der Steuerboxen, die jetzt auch im NETZlabor zum Einsatz kommen.

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Über eine digitale Schnittstelle übermittelt die Steuerbox ACOS 730 die Steuerbefehle an die Wallboxen im NETZLabor. Foto: VIVAVIS AG

Die Kooperation mit Netze BW wurde schon lange vor der Veröffentlichung der FNN-Spezifikationen für die EEBUS-Schnittstellen im Juni 2020 beschlossen. Über die Arbeit in den Gremien fanden der Netzbetreiber und der Technologieanbieter, der seit langem auch Fernwirk-Gateways im Portfolio hat, zu einer konkreten Zusammenarbeit. Nach gemeinsamen konzeptionellen Überlegungen entwickelte VIVAVIS die ACOS 730 Steuerbox zur Serienreife – wesentlich dabei war insbesondere die Anpassung der Software. Der Bereich Zählsysteme der Netze BW hat den Prozess begleitet und dadurch wesentlich zum Erfolg des Projekts beigetragen. „Die Erkenntnisse aus den Prüfungen im Karlsruher Labor und aus der gemeinsamen Arbeit fließen laufend in den Fortgang der Standardisierung zurück und dienen beispielsweise dazu, die Spezifikation zu präzisieren“, erklärt Jana Brandt, die in diesem Bereich zuständige Projektleiterin.

Feintuning und Härtetest

Der Feldtest in Phase 4 hat jetzt begonnen und läuft planmäßig bis Ende April 2022. Hier geht es zunächst um das „Feintuning“ an der digitalen Schnittstelle mit dem EEBUS-Protokoll. Für das Zählwesen ist das Projekt nach den Laborprüfungen der „Härtetest“, mit dem der Beweis erbracht werden soll, dass die Technik real einsetzbar ist. Die Projektleiterin ist überzeugt: „Für den Bereich Technik & Innovation der Netze BW erweitern sich durch die Erkenntnisse die Optionen für die Netzintegration der E-Mobilität.“

Insgesamt sehen VIVAVIS und Netze BW in der Entwicklung und dem Feldtest einen wesentlichen Schritt hin zu einer standardisierten, interoperablen und austauschbaren Steuerungslösung. Die soll als intelligente Grundlage für eine effiziente Netz- und Marktintegration von Lade- und Einspeise-Anlagen dienen und zudem Perspektiven für komplexere Energiemanagement-Systeme eröffnen. Jana Brandt: „Zusammengefasst geht es um einen Beitrag zu Stabilität und Sicherheit im Verteilnetz, die Vermeidung von Kosten für den Netzausbau und somit letztlich zum Gelingen der Energiewende.“ (pq)

Netze BW GmbH
Sven Zahorka, s.zahorka@netze-bw.de
Jana Brandt, j.brandt@netze-bw.de
www.netze-bw.de

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