13.10.2023 – LoRaWAN-Netze sind vielerorts vorhanden oder im Aufbau. ZENNER hat eine IoT-Komplettlösung für VNB entwickelt, die diese Infrastruktur für die Digitalisierung der Betriebsmittel nutzbar macht.
Die Energiewende und die Dekarbonisierung im Gebäude- und Verkehrssektor sind längst in der Fläche angekommen. Auch dort, wo noch keine Pflicht zur Nutzung von Dachflächen für die Erzeugung von Solarenergie besteht, gehen immer mehr PV-Anlagen ans Netz. Gleichzeitig steigt langsam, aber sicher die Anzahl von Wärmepumpen und Ladepunkten für Elektrofahrzeuge – durch Standardlastprofile sind die künftigen Lastverteilungen sicher nicht mehr abzubilden. Für die Verteilnetze erhöht die steigende Dynamisierung von Einspeisung und Verbrauch das Risiko von Ungleichgewichten.
Diese lassen sich fraglos durch das netzdienliche Steuern von Erzeugern und Verbrauchern sowie durch Stromspeicher dämpfen, die physikalischen Grenzen der Netze werden dadurch jedoch nicht verschoben. Kurative Steuerungsmaßnahmen sollen nach den Vorgaben der Bundesnetzagentur auch in der Niederspannung nur als letztes Mittel zum Einsatz kommen dürfen. Die künftige Ausgestaltung des § 14a EnWG erlaubt dies nur, wenn der VNB die Notwendigkeit anhand von Netzzustandsdaten nachweisen kann. Präventives Steuern ist nur noch längstens bis 2028 erlaubt.
Mangelnde Transparenz
Der Zustand der Betriebsmittel in der Niederspannung wird derzeit noch nicht systematisch überwacht. (Foto: ZENNER International GmbH & Co. KG.; iStock.com / Arturs Graudins)
Patrick Andres ist als Projektmanager IoT bei ZENNER regelmäßig im Gespräch mit Verteilnetzbetreibern und kennt die Situation vor Ort. „Die aktuelle Veränderungsdynamik trifft vielerorts auf unvorbereitete Infrastrukturen. Die Datenkenntnis endet meist am Niederspannungstrafo. Über die Lastsituation einzelner Netzstränge sind keine Informationen vorhanden.“ Defekte Trafos und Überlastungen im Niederspannungsnetz werden meist erst im Störfall entdeckt.
Auch detailliertere Informationen über Bezug und Einspeisung an einzelnen Netzknoten fehlten bislang häufig. Hier sollen künftig auch die Messwerte intelligenter Messsysteme (iMSys) herangezogen werden. Allerdings fehlt es noch an einer ausreichenden Anzahl ausgestatteter Messstellen und die technische Umsetzung des dafür relevanten TAF 10 steckt noch in den Kinderschuhen, während die Volatilität in den Verteilnetzen schnell zunimmt. „Energiewirtschaftlich relevante Daten reichen als Grundlage für die Abschätzung des Netzzustandes und der Betriebsmittelauslastung oder gar für die Netzplanung sicher nicht aus“, ergänzt Patrick Andres. VNB müssen zusätzliche Messungen in Ortsnetzstationen und Kabelverteilerschränken etablieren, um die Energieflüsse in ihren Netzen transparent zu machen.
Netzüberwachung über IoT
Dank Internet of Things (IoT)-Technologie sei dies mit einfachen Mitteln realisierbar, wie der ZENNER-Experte ausführt. In vielen Städten existieren bereits Long Range Wide Area Network (LoRaWAN)-Infrastrukturen oder befinden sich im Aufbau. Über diese Funknetze lassen sich ohne Mehrkosten auch Echtzeitdaten aus Ortsnetz-Trafostationen übertragen. Dazu müssen diese mit entsprechender Sensorik ausgerüstet werden, die heute in großer Viefalt auch für Anwendungen im Stromnetz verfügbar ist. So lassen sich – separat oder in Kombination – etwa Parameter wie Stromstärke von Abgängen, Spannung einzelner Phasen, Netzfrequenz, Phasenwinkel, Stromrichtung, Erdschluss/Kurzschluss, Status von NH-Sicherungen, sowie auch allgemeine Infrastrukturdaten, etwa zur Feuchtigkeit im Gebäude, Materialerwärmung, Türöffnung und Bewegungen/Licht vor Ort kontinuierlich und in Echtzeit messen und überwachen.
Die gewonnenen Daten können an zentraler Stelle ausgewertet und den verschiedenen Fachabteilungen des Netzbetriebs zur Verfügung gestellt werden.
Komplettlösung für VNB
Über die Applikation GridLink lassen sich die Sensordaten einsehen und auswerten. (Foto: ZENNER International GmbH & Co. KG.; Andrey_Popov / shutterstock.com)
ZENNER bietet eine Lösung an, die sechs Komponenten umfasst und in vorhandenen LoRaWAN-Netzen sofort zum Einsatz kommen kann.
Hardware
Marktgängige Messgeräte wie Multimessgeräte, Spannungsmesser oder Rogowski-Spulen, die in den Betriebsmitteln verbaut sind oder nachgerüstet werden, können per LoRaWAN-Bridge ausgelesen werden. „Für Kabelverteilerschränke bietet ZENNER eine kompakte Messbox an, die die Überwachungsfunktionen bündelt und ihre Bereitstellung vereinfacht“, erklärt Andres. Für Ortsnetzstationen hat ZENNER ein spezielles Edge Device entwickelt, das sich bereits in Feldtests befindet. Dieses Gerät komprimiert und bearbeitet die Messdatenmengen vor Ort und schöpft die zur Verfügung stehenden LoRaWAN-Übertragungskapazitäten optimal aus.
Monitoring
Für die Datenaufbereitung kommt die IoT-Komplettlösung Element Suite von ZENNER zum Einsatz, die auf der Plattform Element IoT Messwerte und Verläufe je Messpunkt nahezu in Echtzeit erfasst und anwendungsfallspezifisch vorverarbeitet.
Störfallmanagement
Pro Abgang, Messpunkt oder Station können Schwellenwerte für die erfassten Parameter definiert werden. Überschreitet ein Messwert diesen Schwellenwert, erfolgt automatisch eine Störungsmeldung per SMS, E-Mail oder Alarmdashboard. Das Erstellen von Statistiken und des SAIDI-Wertes zählt ebenfalls zum Leistungsumfang.
Visualisierung
Für die Darstellung der Daten hat ZENNER die Applikation GridLink entwickelt. „Diese bietet die Möglichkeit, ohne großen Aufwand Einblick in die Daten der IoT-verknüpften Stromnetze zu erhalten“, erläutert Patrick Andres. „Von der Auslastung ganzer Netzknotenpunkte bis zur Analyse abgangsweiser Schieflasten – die App arbeitet die erhobenen Rohdaten bedarfsgerecht auf, um den Netzbetreiber optimal bei deren Auswertung zu unterstützen.“
Integration in das NIS
Alle gewonnenen Daten können in das Netzinformationssystem (NIS) des VNB geleitet werden. Dort liegen bereits die statischen Kennwerte des Netzes und seiner Betriebsmittel mitsamt deren Verknüpfung vor. Patrick Andres: „In der zusammenfassenden Betrachtung aller statischen und dynamischen Asset-Parameter werden realitätsgetreue Lastflussberechnungen und Zustandsabschätzungen deutlich vereinfacht.“
Anbindung der Netzleitstelle
Für die Anbindung an Leitstellen bietet ZENNER mit dem Modul ScadaBoom und der SaaS-Lösung Element Scada die Möglichkeit, Feldgeräte sowie deren Messwerte in IEC 60870-5-104- konforme Datentypen umzuwandeln und zu übertragen. Die Lösung kann beliebig viele IEC 104-Slaves verwalten und Telegramme an beliebig viele Adressräume (IEC 104 MASTER#) senden. Die physische Netztrennung wird durch einen separaten Industrie-PC gewährleistet.
„Für Verteilnetzbetreiber ergibt sich dank des Internets der Dinge eine komfortable und wirtschaftlich optimierte Möglichkeit, die Niederspannungsnetze wirklich smart zu machen“, fasst Patrick Andres zusammen. Kombinierte Informationen aus Messwerten, die per iMSys an den Ein- und Ausspeisepunkten im Netz gewonnen werden, kombiniert mit technischen Zustandsdaten der Assets, die über LoRaWAN-Netze verfügbar gemacht werden, sorgten für weitreichende Transparenz. Und die ist für einen sicheren und wirtschaftlichen Netzbetrieb und eine bedarfsgerechte Netzausbauplanung heute unverzichtbar. (pq)