Pilotprojekt „Intelligenter Anger“

Um für die zukünftigen Herausforderungen der Energiewende gerüstet zu sein, hat sich die Erlanger Stadtwerke AG entschieden, Analysen im Niederspannungsnetz durchzuführen. Dazu werden sichere und hochverfügbare Datenkommunikationslösungen  
benötigt, die außerdem für eine effiziente Administration der Daten sorgen und den IT-Aufwand des Unternehmens reduzieren. Die Stadtwerke haben sich dabei für den Einsatz robuster und zukunftsorientierter Hardware von Westermo entschieden.

Ein sinnvoller Umgang mit Ressourcen gehört zu den maßgeblichen Themen unserer Zeit. Dies beinhaltet einerseits den verstärkten Einsatz regenerativer Energie, andererseits den verantwortungsvollen Umgang mit konventioneller Energie. Um den stetig steigenden Herausforderungen der Energieerzeugung gewachsen zu bleiben, haben die Stadtwerke Erlangen (ESTW) das Pilotprojekt „Intelligenter Anger“ ins Leben gerufen. Im Erlanger Wohngebiet Anger existieren zahlreiche Photovoltaikanlagen. Durch die stetig wachsende Anzahl dieser Anlagen ergeben sich veränderte Leistungsflüsse im Niederspannungsnetz. Die ESTW wollen dieses Netz mit seinen Lastflüssen, Spannungsverläufen und die Spannungsqualität besser kennenlernen und Wissen für die Zukunft sammeln, um so Rückschlüsse auf andere Netzbezirke ziehen, neue Anforderungen schneller umzusetzen und sinnvolle Messpunkte einrichten zu können.

Ziele und Vorteile

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“. Zudem ergeben sich weitere Vorteile: Das bislang zeitaufwändige Sammeln und Auswerten von Daten aus verschiedenen Anwendungen wird reduziert und somit kostbare Zeit eingespart. Obendrein 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. Dadurch können wir letztendlich auch unseren Kunden einen besseren Service bieten“, erklärt Friedrich Schuh, mitverantwortlich für die Leit-, Fernwirk- und Übertragungstechnik bei den Erlanger Stadtwerken.

Standortwahl

Als Resultat aus der Analyse des städtischen Erlanger Netzes wurde der Netzbezirk Anger ausgewählt. Das Angergebiet besteht zum größten Teil 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 5 %. 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 dieZentrale der Erlanger Stadtwerke AG 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. Außerdem 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 und in 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. Damit das Projekt erfolgreich ist, werden für die Datenübertragung die bereits langjährig im Einsatz befindlichen Geräte der Firma Westermo, die sich in der Vergangenheit durch einen optimalen Service und eine partnerschaftliche Zusammenarbeit hervorgehoben hat, verwendet. Das einfache Handling und die innovativen Lösungen für große Datenmengen trugen wesentlich zu einer schnellen Umsetzung des Projektes bei.

Projektplanung

gut, auf Partner zurückgreifen zu können, mit denen in der Vergangenheit gut zusammengearbeitet wurde und die fähig sind, die neuen Herausforderungen zu meistern.“

 Für die Umsetzung des Pilotprojekts wurde eine Arbeitsgruppe gebildet, bestehend aus Mitarbeitern der Abteilungen Netzplanung, Anlagenplanung, Leittechnik, Zählertechnik und Netzservice, 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. Dabei wurde Wert auf innovative Lösungen gemeinsam mit verlässlichen Partnern gelegt. Im Rahmen des Pilotprojektes zeichnete sich die Firma Westermo mit ihren industriellen Routern und Switches als solch ein Partner aus (s. Bild 5). 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 nicht nur eine leistungsfähige und durchgängige Datenkommunikation, sondern auch Sicherheit vor unbefugten Zugriffen. Friedrich Schuh: „Bei der Umsetzung von neuen zukunftsfähigen Aufgaben ist es gut, auf Partner zurückgreifen zu
können, mit denen in der Vergangenheit gut zusammengearbeitet wurde und die fähig sind, die neuen Herausforderungen zu meistern.“

 

Vorgehensweise

Als erster Schritt wurden im Fernwirknetz des Angergebiets Trafostationen und Kabelschränke erneuert und mit modernster 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 große Aufgabe liegt hier in der Bewältigung der gewaltigen Datenmengen: Explizit werden Daten von rund 100 Netzbausteinen und 30 gekoppelten elektronischen Zählern gesammelt. Erfasst werden Spannung, Netzqualität und Energieflüsse. Die Geräte übertragen außerdem 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 werden. 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 exakte Zählerfernauslesung der Einspeisedaten und die Kontrolle der eingespeisten Leistung nach dem Abregeln von regenerativen Anlagen mittels Rundsteuertechnik vornehmen.

Ausblick

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 erhofft sich die Erlanger Stadtwerke AG neue Informationen über die Leistungsflüsse im Niederspannungsnetz und neue Erfahrungen mit der Übertragung großer Datenmengen über das stadtwerkeeigene Glasfasernetz.

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Westermo präsentiert weltweit erste Switch-Lösung mit IECex, DNV-Zertifizierung und UL-Zulassung

Westermo präsentiert weltweit erste Switch-Lösung mit IECex, DNV-Zertifizierung und UL-Zulassung

Die Lynx-Reihe ist bestens geeignet für den Extremeinsatz und sicher gegen Cyber-Attacken  

Waghäusel, 14. Februar 2014. Westermo erweitert seine kompakte und zuverlässige Ethernet-Switch-Serie Lynx um zehn neue Modelle und präsentiert diese heute in Halle 1, Stand 1-401, auf der E-world energy & water 2014 in Essen. Die robusten Geräte wurden speziell für den Ex-Bereich entwickelt und  entsprechen den aktuellen Bedürfnissen des globalen Marktes. Die Lynx-Reihe ist durch die unabhängige Zertifizierungsstelle Baseefa mit IECEx und „FM Class 1 Div. 2“-Zulassungen (Marking: Ex nA [op is T4] IIC T3 Gc (-40°C ≤ Ta ≤ +70°C)) ausgezeichnet worden. Dazu besitzen die Industrie-Switches auch noch ein DNV-Zertifikat und UL-Zulassung – ein weltweites Novum ist dieser Kombination. Das macht die Produkte extrem sicher für den Einsatz unter extremen Betriebsbedingungen und in explosionsgefährdeten Umgebungen. Obendrein halten die typgeprüften Geräte nicht nur den industriellen Standards für EMV, Isolierung, Vibrationen und Erschütterungen hervorragend Stand, sondern sind zudem für Eisenbahn-Trassen Cenelec-EN50121-4-zertifiziert. Diese zahlreichen Auszeichnungen machen den Lynx zum zuverlässigsten, kompaktesten und energieeffizientesten Switch seiner Art auf dem Markt.

Um Ausfallsicherheit im Netzwerk zu gewährleisten, unterstützen die Lynx-Modelle neben den Industrie-Standards STP (Spanning Tree Protocol) und RSTP (Rapid STP) auch Westermos einzigartiges FRNT-Protokoll (Fast Recovery of Network Topology). Unabhängig von der Netzlast gehört es mit einer Rekonfigurationszeit von weniger als 20 Millisekunden zu einem der schnellsten Redundanzprotokolle auf dem Markt. Im Gegensatz zu Wettbewerbern kann Westermo einen schnellen Ring auch auf Gigabit-Glasfaserleitungen realisieren. Die Kunden erhalten die Geräte auf Wunsch mit einer Vielzahl fortgeschrittener Layer-2-Switching-Funktionen für einen optimalen Datentransfer und schnelle Wiederherstellung redundanter Ethernet-Ring-Netzwerke.

Verfügbar sind die Ethernet-Switches mit oder ohne Glasfaser-Ports für entweder 100-Mbit/s- oder 1-Gbit/s-SFP-Transceiver (Small Form-factor Pluggable) und 100Base-T-Verbindungen. Weitere Modelle bieten dem Anwender eine einzigartige Kombination von Device Server und Switch in einem Gehäuse. Sie unterstützen serielle Netzwerke mit Modem-Ersatz-Funktionalität und Modbus-Gateways. Damit können ältere Geräte über eine RS-232-Schnittstelle oder eine zweite, für RS-232 oder RS-422/485 konfigurierbare Schnittstelle angeschlossen werden. Auf diese Weise lassen sich ältere serielle Steuerungen und Telemetrie-Systeme mit den neuesten IP-Netzwerken verbinden. Investitionen in bestehende Systeme werden geschützt, gleichzeitig wird die Funktionalität des Netzwerks erweitert und die Datenkommunikation durch eine höhere Bandbreite optimiert.

Wegen der zunehmenden Zahl von Cyber-Angriffen wird eine optimierte Sicherheit für industrielle Netzwerke immer wichtiger. Die zusätzliche Layer-3-Funktionalität bietet statisches und dynamisches Routing, Firewall, VRRP, NAT, Port Forwarding sowie VPN-Remote-Access. Ein sicherer Zugriff auf ein Netzwerk von außerhalb wird mittels verschlüsselten VPNs zur Verfügung gestellt. Ein Multi-Port-DMZ lässt sich über die interne, Port-basierende Firewall-Funktion einrichten. Diese Funktionen unterstützen Anwender, die über potenziell unsichere Netze kommunizieren wollen und verhindern, sich versehentlich mit dem falschen Netzwerk zu verbinden.

Zuverlässigkeit und Belastbarkeit sind an diesen gefährdeten und oftmals entfernten Standorten unabdingbar. Zudem sind Wartungsmöglichkeiten begrenzt, ein Netzwerkausfall daher geschäftskritisch. Der Lynx kann in einem Temperaturbereich von -40 (Kaltstart!) bis +70 °C eingesetzt werden. Alle industrietauglichen Komponenten wurden in ein Vollmetall-Gehäuse nach IP40-Schutzart verbaut – ohne Öffnungen für die Kühlung, die ein Eindringen von Staub erlauben würde. Es gibt weder Lüfter noch andere bewegliche Teile. Diese Bauweise garantiert eine extrem hohe mittlere Betriebsdauer von rund 500.000 Stunden nach dem strengen MIL-Standard 217F HDBK und verspricht eine lange, störungsfreie Lebensdauer.

Mit einer Stellfläche von nur 100 mm x 50 mm ist das Gerät über die robuste Hutschienenklammer einfach in Maschinen und bestehende Anwendungen zu integrieren. Zudem rüstet Westermo die Lynx-Modelle mit einem konfigurierbaren Fehlerkontakt sowie einem redundanten Stromanschluss für den Industriebereich aus. Die breite Anwendung bei der Stromversorgung zwischen 19 und 60 V DC erhöht zudem die Einsatzbereiche. Die geringe Leistungsaufnahme von nur 250 mA bei 24 V DC minimiert einerseits die Betriebskosten während der Lebensdauer des Gerätes, andererseits reduziert es die Stromkosten in einem Unternehmen.

Das mitgelieferte WeOS-Betriebssystem macht die Lynx-Modelle zu einer zukunftssicheren, plattformübergreifenden und skalierbaren Lösung für die industrielle Vernetzung. WeOS bietet vielseitige Funktionen für serielle IP-Lösungen, eine Modbus-Gateway-Unterstützung, virtuelle COM-Ports, Modemersatz oder mehrere Optionen in Dual-TCP-Anwendungen.

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