Um für die Energiewende gerüstet zu sein, haben sich die Erlanger Stadtwerke entschieden, Analysen im Niederspannungsnetz durchzuführen. Dazu werden sichere und hochverfügbare Datenkommunikationslösungen benötigt, die zudem für eine effiziente Administration der Daten sorgen und den IT-Aufwand des Unternehmens reduzieren.

Ein sinnvoller Umgang mit Ressourcen beinhaltet einerseits den verstärkten Einsatz regenerativer Energie, andererseits den verantwortungsvollen Umgang mit konventioneller Energie. Um den steigenden Herausforderungen der Energieerzeugung gewachsen zu bleiben, haben die Stadtwerke Erlangen (ESTW) das Pilotprojekt Intelligenter Anger ins Leben gerufen. Anger ist ein Wohngebiet in Erlangen, in dem zahlreiche Photovoltaikanlagen installiert sind. Durch die wachsende Anzahl dieser Anlagen ergeben sich veränderte Leistungsflüsse im Niederspannungsnetz. Die ESTW wollen dieses Netz mit seinen Lastflüssen, Spannungsverläufen und die Spannungsqualität besser kennenlernen, um so Rückschlüsse auf andere Netzbezirke ziehen, neue Anforderungen schneller umsetzen und sinnvolle Messpunkte einrichten zu können.
Während in Mittel-, Hoch- und Höchstspannungsnetzen viele Messstellen verfügbar sind, die eine Analyse in diesen Netzebenen erlaubt, sind die Vorgänge im Niederspannungsnetz noch weitgehend unbekannt. Hinzu kommen Vorgaben der Bundesnetzagentur, wie die Leistungssteuerung von Photovoltaik-Anlagen, die ebenfalls im Niederspannungsnetz angesiedelt sein kann. Eine Umsetzung dieser Vorgaben und die Möglichkeit, zukünftige Anforderungen schneller umsetzen zu können, sind Ziele des Pilotprojektes Intelligenter Anger. Weitere Vorteile sind, dass sich das bislang zeitaufwändige Sammeln und Auswerten von Daten aus verschiedenen Anwendungen reduziert und somit Zeit eingespart wird. Zudem lassen sich Administrations-, Wartungszeiten und Aktualisierungs-Zyklen verringern. „Durch die so hinzugewonnene Zeit kann unser Team effizienter arbeiten und auf potenzielle Lastschwankungen schneller mit den richtigen Maßnahmen reagieren", so Friedrich Schuh, mitverantwortlich für die Leit-, Fernwirk- und Übertragungstechnik bei den Erlanger Stadtwerken.
Als Resultat aus der Analyse des städtischen Erlanger Netzes wurde der Netzbezirk Anger ausgewählt. Das Angergebiet besteht zum Großteil aus dreigeschossigen Wohnbauten, die meist mit Photovoltaikanlagen einer Maximalleistung von 30 kWp ausgestattet sind. Messungen ergaben, dass die maximal mögliche, eingespeiste Leistung in der Größenordnung der abgegebenen Leistung liegt. Simulationsrechnungen zeigen einen Spannungshub bei maximal möglichem Photovoltaik-Ausbau von fünf Prozent. Ein weiterer Zubau von Photovoltaikanlagen ohne Netzverstärkung war an einigen Stellen bereits jetzt nicht mehr möglich. Hinzu kommt eine komplette Erschließung des Netzbezirks mit Glasfaserkabeln, die die Übertragung großer Datenmengen bis in die Zentrale der Erlanger Stadtwerke über ein stadtwerkeeigenes Netz ermöglicht.

Konzept der Datenübertragung
Erfasst werden Strom-, Spannungs-, Leistungs- und Qualitätsdaten an jedem Abgang im Niederspannungsnetz. Dazu wird jeder Abgang in den Trafostationen und Kabelverteilerschränken des Netzbezirks gemessen. Diese Daten werden jede Minute abgefragt und in einer Datenbank bei den ESTW gespeichert. Zudem wird ein Teil der Daten an das Leitsystem geliefert und kann in einer Darstellung dieses NSP-Teilnetzes eingesehen werden. Eine Lastflussberechnung im Leitsystem ist damit möglich. Des Weiteren werden die Daten von intelligenten Zählern zur Ermittlung der momentanen Photovoltaikanlagen-Leistung in die Zählerdatenbank sowie die Leitwarte übertragen. Damit sollen die Momentanwerte der eingespeisten Leistung auch im Falle einer Abregelung durch die firmeneigene TRA (Ton-Rundsteuer-Anlage) zur Verfügung stehen. Durch Einsatz verschiedener Fernwirksysteme mit Gateway-Funktion (Protokollwandlung) können Prozessgrößen für die Querkommunikation zwischen Zähler, Kabelverteilerschränken, Trafostationen und Leitsystemen genutzt werden. Für die Datenübertragung werden Geräte der Firma Westermo verwendet.

Unterschiedliche Dienste - ein Kommunikationsweg
Für die Umsetzung des Pilotprojekts wurde eine Arbeitsgruppe, bestehend aus Mitarbeitern der Abteilungen Netzplanung, Anlagenplanung, Leittechnik, Zählertechnik und Netzservice, gebildet, um die genaue Zielsetzung zu erarbeiten und die Umsetzung zu planen. Für die Datenübertragung werden LWL-Fasern aus dem firmeneigenen Glasfasernetz verwendet. Eine zentrale Forderung an das Projekt war es, die unterschiedlichen Dienste auf einem Kommunikationsweg zu übertragen. Im Rahmen des Pilotprojektes wurde Westermo mit ihren industriellen Routern und Switches als Partner gewählt. Hochverfügbarkeit der Netze und Sicherheit waren wesentliche Aspekte für die Wahl von robusten Westermo-Produkten, von denen mehr als 60 Stück zum Einsatz kamen. Denn die Komplexität der Anlagen erfordert neben einer leistungsfähigen und durchgängigen Datenkommunikation auch Sicherheit vor unbefugten Zugriffen.

Bewältigung enormer Datenmengen
Als erster Schritt wurden im Fernwirknetz des Angergebiets Trafostationen und Kabelschränke erneuert und mit moderner Kommunikationstechnik von Westermo ausgerüstet. Im weiteren Verlauf wird schrittweise von serieller auf Ethernet-Kommunikation umgestellt und zum ersten Mal Glasfasertechnik in dieser Konstellation genutzt. Auch die Zählerfernauslesung für die regenerative Erzeugung über Glasfaser ist ein Novum. Eine Aufgabe liegt hier in der Bewältigung der enormen Datenmengen: Explizit werden Daten von rund 100 Netzbausteinen und 30 gekoppelten elektronischen Zählern gesammelt. Erfasst werden Spannung, Netzqualität und Energieflüsse. Die Geräte übertragen zudem Online-Werte von Photovoltaik-Einspeisungen größer 30 kW an die Netzleitstelle. Zusätzlich wird eine Überwachung und Steuerung von vier Trafostationen sowie die Zählerfernauslesung der Einspeisezähler über diesen Kommunikationsweg durchgeführt. Unabhängig von dieser Übertragung werden zusätzlich die Prozessinformationen der Netzbausteine in eine separate Netzanalysedatenbank übertragen, dort gespeichert und dann zur Netzanalyse des Niederspannungsnetzes herangezogen. Diese großen Datenmengen von verschiedenen Protokollen müssen sicher übertragen und an die verantwortlichen Stellen bei den ESTW verteilt werden. Mit der technologischen Neuausrichtung laufen künftig alle Daten aus Fernwirktechnik, Netzbausteinen und elektronischen Zählern sicher und beständig via Intranet in der Leitstelle zusammen und ermöglichen so eine kontinuierliche Lastflussberechnung in diesem Netzgebiet. Über das hochverfügbare Glasfasernetz können die ESTW-Ingenieure sämtliche Leitungen just in time umfassend analysieren, eine Zählerfernauslesung der Einspeisedaten und die Kontrolle der eingespeisten Leistung nach dem Abregeln von regenerativen Anlagen mittels Rundsteuertechnik vornehmen.

Neue Informationen über die Leistungsflüsse
Im Oktober 2012 startete die Datenerfassung in der ersten Trafostation. Seit Juni 2013 liefern nun alle Kabelverteilerschränke ihre Daten in die Datenbank bei den ESTW. Diese Daten sollen in Zusammenarbeit mit der Universität Erlangen-Nürnberg verifiziert und ausgewertet werden. Die Ausstattung der Photovoltaikanlagen mit Zählern und die Integration der dazugehörigen Datenübertragung sind für die nächsten Monate geplant. Auch diese Daten sollen mit der Hardware von Westermo übertragen werden. Damit erhoffen sich die Erlanger Stadtwerke neue Informationen über die Leistungsflüsse im Niederspannungsnetz und neue Erfahrungen mit der Übertragung großer Datenmengen über das stadtwerkeeigene Glasfasernetz.