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Tiefer Einblick ins Verteilnetz

Zukunftsprojekt: In Osnabrück arbeiten Mitarbeiter der SWO Netz GmbH mit Hochdruck an der Modernisierung des Verteilnetzes (Bild: SWO Netz GmbH)

Zukunftsprojekt: In Osnabrück arbeiten Mitarbeiter der SWO Netz GmbH mit Hochdruck an der Modernisierung des Verteilnetzes (Bild: SWO Netz GmbH)

Bild 1. Erst Smart Grid, dann Cloud-System: Mit intelligenten Technologien von Wago erkundet die SWO Netz GmbH Wege für eine Balance zwischen notwendigem Netzausbau und Netzstabilität (Bild: SWO Netz GmbH)

Bild 1. Erst Smart Grid, dann Cloud-System: Mit intelligenten Technologien von Wago erkundet die SWO Netz GmbH Wege für eine Balance zwischen notwendigem Netzausbau und Netzstabilität (Bild: SWO Netz GmbH)

Bild 2. Christian Drecksträter, Projektleiter bei der SWO Netz GmbH, berichtet, welche Teile des Osnabrücker Netzes bereits modernisiert und an die Cloud angeschlossen wurden (Bild: Jens Sundheim)

Bild 2. Christian Drecksträter, Projektleiter bei der SWO Netz GmbH, berichtet, welche Teile des Osnabrücker Netzes bereits modernisiert und an die Cloud angeschlossen wurden (Bild: Jens Sundheim)

Bild 3. Einblicke in das Stromnetz in Echtzeit: Das Smart Grid im Osnabrücker Stadtteil Wüste sendet beständig Messwerte an das Cloud-System. Ein Teil davon wird in der Leitwarte übernommen und überwacht (Bild: Jens Sundheim)

Bild 3. Einblicke in das Stromnetz in Echtzeit: Das Smart Grid im Osnabrücker Stadtteil Wüste sendet beständig Messwerte an das Cloud-System. Ein Teil davon wird in der Leitwarte übernommen und überwacht (Bild: Jens Sundheim)

Mit einem Cloud-Projekt bereitet sich SWO Netz, ein Unternehmen der Stadtwerke Osnabrück, auf die Stromverteilung der Zukunft vor. Für das Management und die Analyse der Daten nutzen die Niedersachsen Technologien von Wago.
Schon heute auf das vorbereiten, was in 20 oder 30 Jahren Realität sein wird – vor dieser Aufgabe steht auch SWO Netz. Die 100%ige Netz-Tochter des kommunalen Infrastrukturdienstleisters Stadtwerke Osnabrück hat sich unlängst aufgemacht in die Zukunft der Stromverteilung – zunächst mit einem Smart Grid, danach mit einem Cloud-System, das die Messdaten vielfältig verwertbar macht (Bild 1). „Wir sind erstmals in der Lage, die Zustände des Netzes in Echtzeit im Blick zu haben und detailliert zu analysieren“, sagt Projektleiter Christian Drecksträter (Bild 2).
Netzausbaukosten im Rahmen halten
Die Messdaten stammen aus einem kleinen Smart Grid im Osnabrücker Stadtteil Wüste. Von 2013 bis 2016 setzte die SWO Netz hier ein intelligentes Netz als Pilotprojekt um. „Wir wollten mit modernen Technologien erkunden, wie wir den Zubau dezentraler Energieerzeuger, wie PV-Anlagen, und zusätzliche Abnehmer, wie E-Fahrzeuge, im Netz managen und dabei die Netzausbaukosten im Rahmen halten können“, erläutert C. Drecksträter. Das Projektgebiet umfasst 60 Gebäude mit 125 Wohnungen. Eine Besonderheit ist, dass auf kleinem Raum sieben Photovoltaikanlagen Strom produzieren. „Mit entscheidend für die Auswahl war, dass das Gebiet vom Lastprofil her auf rund 90 % des Osnabrücker Versorgungsgebiets übertragbar ist“, erklärt der Projektleiter. Bis auf geringe Abweichungen gleicht das Lastprofil in dem Gebiet auch dem bundesdeutschen Durchschnitt, sprich: Am Morgen steigt der Stromverbrauch schnell an, tagsüber stagniert er weitgehend auf mittlerem Niveau und am Abend steigt er auf einen weiteren Peak an, um dann wieder zu fallen.
Die Daten zu den Verbräuchen und Einspeiseleistungen sowie zu weiteren relevanten Werten wie Wirk- und Blindleistung im Projektgebiet stammen aus einer Ortsnetzstation und fünf Kabelverteilerschränken, die mit Komponenten von Wago auf Intelligenz getrimmt wurden. Zudem wurde die Photovoltaikanlage eines Anwohners, der sich bereit erklärte an dem Projekt teilzunehmen, mit Messtechnik ausgestattet. Herzstück der Automatisierung ist ein Ethernet-IO-Controller der 750er-Reihe (750-880). Außerdem sind 3-Phasen-Leistungsmessmodule (750-494) sowie Stromwandler der 855er-Serie im Einsatz. Insgesamt erfassen die Komponenten mehr als 215 Messwerte.
Nutzung und Analyse aller Daten quasi in Echtzeit
Kurz vor Ende des Smart-Grid-Projekts, im Herbst 2016, kam aus Minden der Vorschlag, nicht nur einen Teil der gewonnenen Messdaten zu verwerten. Vielmehr sollten alle Daten über eine Cloud-Anwendung gezielt nutzbar werden. „Die Aussicht, Lastdaten und anderes quasi in Echtzeit verfolgen und in der Tiefe analysieren zu können, war äußerst verlockend“, sagt Ulrich Clausmeyer, Leiter Netzführung bei der SWO Netz GmbH. Umgesetzt haben die Osnabrücker dies mit dem Cloud-Connectivity-Tool des „e!Cockpit“ von Wago. Als Steuerung setzt man auf den 750-8207/025-001-Controller mit integriertem VPN-Modem. Die Software spiegelt 1:1 die physikalisch vorhandenen Bestandteile des Smart Grid, sprich: die in der Ortsnetzstation und den Verteilerkästen verbauten Wago-Komponenten. Sie sind auf der Benutzeroberfläche dargestellt. Mit einem Mausklick auf die einzelnen Komponenten öffnen sich Listen mit den jeweils aktuellen Messwerten, die die Software auch in Grafiken umsetzen kann. Zusätzlich zu den Messwerten der intelligenten Netzkomponenten erhalten die Osnabrücker detaillierte Informationen von einer der PV-Anlagen. „Wir können somit den Wetterdaten ganz konkrete Leistungswerte gegenüberstellen“, erläutert C. Drecksträter.
Das Cloud-System erlaubt nicht nur Echtzeit-Einblick in den Zustand des Netzes, sondern auch ganz neue Analysen. Dabei fielen die Erkenntnisse der Datenanalyse bisher teils wie erwartet aus, teils jedoch waren sie überraschend. „Wir hatten zu keiner Zeit kritische Zustände“, nimmt der Projektleiter vorweg. Es habe jedoch ungewöhnliche Lastverteilungen gegeben, die über Visualisierungen des Wago-Tools erstmals sichtbar wurden. „Wir hatten tatsächlich den Fall, dass die Photovoltaikanlagen bei hoher Produktion nicht nur Abnehmer des Projektgebietes versorgt haben, sondern auch Häuser in einem angrenzenden Netzbereich, die hinter der smarten Ortsnetzstation liegen. Auch von diesen Abnehmern wurde in dem Zeitraum keine Leistung abgerufen, sie wurden komplett von den PV-Anlagen versorgt“, erklärt C. Drecksträter. Noch in einem anderen Fall übermittelten die dreiphasigen Leistungsmessmodule von Wago Überraschendes: „Während über zwei Phasen Strom aus PV-Anlagen eingespeist wurde, wurde über die dritte Phase Leistung abgerufen“, berichtet U. Clausmeyer. Beide Zustände hatten die Schaltmeister in der Netzleitwarte mit ihrem Bauchgefühl bislang erahnt. Nun wurde dies mit harten Fakten untermauert.
Entkoppelte Systeme
Die Messwerte sind auch für die tägliche Arbeit in der Netzleitwarte nutzbar gemacht, wenn auch nicht alle von ihnen (Bild 3). „Das kleine Projektgebiet liefert eine überschaubare Menge an Daten. Für die Analyse war das optimal. Dennoch wollten wir nicht jeden einzelnen Messwert in unser Leitsystem übernehmen, schlicht deshalb, weil wir sie für die Netzführung nicht benötigen“, sagt U. Clausmeyer. Die insgesamt 215 Messwerte aus dem Smart Grid werden in der Cloud gefiltert und zu 41 Werten zusammengefasst. Es wurden bestimmte Grenzwerte
definiert, bei deren Überschreiten das System eine Meldung gibt. Technisch läuft das Cloud-System parallel zum Leitsystem. Der Grund ist die Zugriffssicherheit. „Weil es zwei voneinander völlig unabhängige Systeme sind, ist ausgeschlossen, dass Hacker über das Cloud-System in unser Leitsystem eindringen können“, ergänzt der Leiter Netzführung bei SWO Netz. Auch das Cloud-System selbst ist für Datendiebe nicht zu knacken. Dafür sorgt Security by Design – Cyber Security, die von vornherein in Form einer Layer-basierten Sicherheitsarchitektur in die Linux-basierten Steuerungen von Wago integriert ist. Die Kommunikation über das bewährte Protokoll MQTT wird über eine verschlüsselte VPN-Verbindung abgesichert.
Nach diesen ersten Erfahrungen mit Smart Grid und Cloud-System will die Osnabrücker Stadtwerke-Netztochter bald ein Projekt in einem größeren Gebiet angehen. „Wichtig ist, dass wir aktuelle Entwicklungen weiterdenken und weitere Schritte tun, aber dabei Technologien einsetzen, die es uns erlauben, bei der langfristigen Zielnetzplanung variabel zu bleiben“, sagt C. Drecksträter. Schließlich könne heute niemand mit Bestimmtheit sagen, wie viele dezentrale Energieerzeugungsanlagen oder E-Fahrzeuge in 20 Jahren ins Netz eingebunden werden müssen. So bleibt in Osnabrück das Netz in Zukunft nicht nur zuverlässig und sicher, es wird sich auch flexibel an die Entwicklungen anpassen lassen. (no)

Autor: Daniel Wiese ist Global Key Account Manager für Energieverteilung, Smart Grid und Fernwirktechnik bei der Wago Kontakttechnik GmbH & Co. KG in Minden. daniel.wiese@wago.com

Autor: Daniel Wiese ist Global Key Account Manager für Energieverteilung, Smart Grid und Fernwirktechnik bei der Wago Kontakttechnik GmbH & Co. KG in Minden. daniel.wiese@wago.com