Beispiel einer kompakten SPRECON-E-T3-Anlage für Einspeisemanagement

Höchste Netzstabilität und IT-Security durch intelligente Automatisierung

Während in der Vergangenheit Stromnetze mit zentraler Stromerzeugung dominierten, zeigt der Trend in Richtung dezentrale Erzeugungsanlagen mit erneuerbaren Quellen, wie bei Photovoltaikanlagen, solarthermischen Kraftwerken, Windkraftanlagen und Biogasanlagen.

Der kontinuierliche Ausbau der Nutzung erneuerbarer Energien erfordert die Integration vieler verteilter, regenerativer Erzeuger. Das Auftreten von Lastspitzen mit unterschiedlichen Gleichzeitigkeitsansprüchen verlangt nach kontinuierlichen Zustandsinformationen und Lastflussdaten aus den einzelnen Netzkomponenten wie Erzeugern, Verbrauchern und Transformatorstationen. Diese Daten müssen in Echtzeit abgerufen und verarbeitet werden. Zur Erreichung einer Last-Nivellierung ist somit der Aufbau eines Energie-Informationsnetzwerks notwendig – mit intelligenten Automatisierungssystemen.

Mit SPRECON bietet Sprecher Automation eine innovative, wirtschaftliche und modulare Plattform für die Automatisierung und den Schutz der Betriebsmittel und Netze. Neben den klassischen Energiebereichen Netzleit-, Fernwirk-, Stationsleit- und Schutztechnik stellt Sprecher Automation für den immer anspruchs¬voller werdenden Verteilnetzbereich intelligente Automatisierungslösungen für einen sicheren und störungsfreien Netzbetrieb bereit. Schwerpunkte dabei sind die Automatisierung von Ortsnetzstationen (intelligente Ortsnetzstationen) und Einspeisemanagement von regenerativen Erzeugern.

Die SPRECON-Systeme sowie die Unternehmensprozesse von Sprecher Automation sind bereits für die Zertifizierung nach den zukünftigen Bestimmungen — speziell in Deutschland nach der Bundesnetzagentur — vorbereitet (IT-Sicherheitskatalog gem. § 11 Abs. 1a EnWG, Deutschland). Für bestehende ISMS wurden unter anderen bereits folgende sicherheitstechnische Einrichtungen in den SPRECON-Geräten realisiert:

  • Verschlüsselung aller Ethernet-Verbindungen im Gerät (Prozess- und Service-Schnittstellen)
  • https-Zugang für integrierte Webserver entsprechend OWASP
  • Standardmäßig deaktivierter Webserver (aktivierbar über Fernwirkprotokoll von der Netzleitstelle)
  • Passwörter für Benutzer-/Rollenverwaltung nach Standardvorgaben des Bundesamts für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) in Deutschland
  • Integrierte Firewall


Intelligente Ortsnetzstationen

Für den weiteren Ausbau der dezentralen Einspeisung sind intelligente Ortsnetzstationen notwendig, um auch zukünftig die erforderliche Versorgungsqualität zu gewährleisten. SPRECON-Automatisierungssysteme sammeln sämtliche relevante Netzdaten und steuern Netzzustände. Um auch zukünftige gesetzliche oder betriebliche Anforderungen erfüllen zu können, sind SPRECON-Ortsnetzstationen jederzeit modular erweiterbar. Darüber hinaus können SPRECON-Geräte an Kleinsignalsensoren für eine kostenoptimierte Messwerterfassung angeschlossen werden.

SPRECON Automatisierung für Ortsnetzstationen bietet dem Netzbetreiber:

  • Erfassung der relevanten Netzdaten und Steuerung der Netzzustände über SPRECON-E-T3 Kompaktmodule mit integrierter IT-Security durch verschlüsselte Kommunikation mit IPsec/Open-VPN
  • Steuerung relevanter Einspeiser, Verbraucher und Speicher
  • Dezentrale Managementaufgaben zur Entlastung der Netzleitstelle

SPRECON-E-T3 unterstützt sämtliche relevante IEC-Standardprotokolle sowie verschiedene Kommunikations-verbindungen wie beispielsweise GPRS oder DSL und fungiert auch als Gateway für Sub- bzw. Fremd-Systeme (z.B. über Modbus). Das System verfügt über

  • Fernwirkfunktionen zur Erfassung von Netzzuständen, zur Steuerung im Nieder- und Mittelspannungsnetz und zur Transformatorregelung
  • Meldungs-, Befehls- und Messwerterfassung (digital und analog, bis zu 8 Module)
  • IT Security: Verschlüsselung der Daten direkt in der CPU im Gerät
  • Integrierter Web-Server als Informationsportal für den Netzbetreiber
  • Anschlussmöglichkeit einer SPRECON-CP Bedieneinheit für die lokale Steuerung
  • Integrierte SPS für Automatik-Funktionen
  • SD-Card für schnellen Baugruppentausch und lokale autarke Archivierung
  • Dreiphasiges Netzmonitoring (Leiterströme, Leiterspannungen, Lastflussrichtung B oder A, P, Q, cos Φ, Netzfrequenz, Schleppzeigerfunktion, Erdschluss- und Kurzschluss-Richtungserfassung uvm.)

Darüber hinaus ermöglichen die Geräte den Anschluss intelligenter Zähler (Smart Meters) verschiedener Hersteller mit zyklischer Auslesung.

SPRECON-Systeme sind fernwartbar und eignen sich speziell wegen ihrer Fern-Inbetriebsetzbarkeit für Flächen-Rollouts.

 

Bewährte Automatisierungslösungen für renommierte Verteilnetzbetreiber

Die TEN Thüringer Energienetze GmbH Erfurt setzen bei ihren Ortsnetzstationen auf typisierte Schaltschränke mit Batteriepufferung, genormten Harting-Steckern (um jeden Fernwirkschrank mit jeder Ortsnetzstation betreiben zu können), einer Modbus-Schnittstelle für den Anschluss von Messwertumformern sowie einem GPRS-Modem. Die Automatisierungstechnik ist dabei immer für Ortsnetzstationen mit maximal vier Leitungsabgängen und einem Transformatorfeld vereinheitlicht. Typisiert ist auch die Parametrierung der SPRECON-E-T3-Geräte, welche aber auch einfach an die jeweiligen örtlichen Besonderheiten angepasst werden kann –  beispielsweise betreffend die Erfassung von Messwerten über dezentrale Messwertumformer mit Modbus-Ankopplung. Die Funktionalitäten der SPRECON-E-T3-Geräte umfassen hier Monitoring des Verteilnetzes, Übertragung von Schaltgeräterückmeldungen und Steuerung der Schaltgeräte sowie die Erfassung der Messwerte und ausgewählter Einzelmeldungen aus den Mittelspannungszellen.

Sprecher Automation hat bereits über 50 Ortsnetzstationen der TEN mit Fernwirkgeräten dieser Bauart ausgerüstet.

 

Schematische Darstellung eines intelligenten Mittel-/Niederspannungsnetzes mit SPRECON Automatisierungs- und Schutzgeräten (SPRECON-E-T3 und SPRECON-E-P D6)

 

Management von EEG-Einspeisern

Auch im Einspeisemanagement ist SPRECON im Gebiet der TEN vielfach im Einsatz. Erst kürzlich durfte Sprecher Automation den Auftrag für die 100. Einspeiseanlage im Versorgungsgebiet der Thüringer Energienetze entgegennehmen.

Die hohen technischen Anforderungen der TEN an Einspeiser nach dem deutschen Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) sowie die großen baulichen und anlagenbedingten Unterschiede zwischen den einzelnen EEG-Stationen fordern dabei einen hohen Anpassungsgrad der Systeme an die jeweilige Vor-Ort-Situation.

Neben der kompakten SPRECON-E-T3-Lösung für die reine Leistungsreduktion und Leistungsmessung des Einspeisers bietet Sprecher Automation auch One-Box-Lösungen mit integriertem QU-Schutz (SPRECON-E-P D6). Diese werden im Versorgungsgebiet der TEN bei Leistungen über 1.250 kVA eingesetzt. Während üblicherweise zwei getrennte Geräte für diese Funktionen benötigt werden, vereinen SPRECON-E-P D6-Lösungen sämtliche relevanten Schutz- und Steueraufgaben, wie beispielsweise die Einspeiser-Leistungssteuerung, in einem Gerät.

Eine große Herausforderung bei den EEG-Projekten besteht in der räumlichen Anordnung des EVU-Anschlusspunkts einerseits und der Erzeugungseinheit (Wechselrichter der Photovoltaik-Anlage, Windparksteuerung oder Blockheizkraftwerk) andererseits. Große Entfernungen zwischen den einzelnen Netzkomponenten erfordern einen dezentralen Aufbau der Sekundärtechnik. Die Kommunikation zwischen den Komponenten erfolgt über Modbus. Die Kommunikation zur Netzleitstelle der TEN basiert auf standardisierten Fernwirkprotokollen sowie Nutzung verbreiteter Übertragungstechnologien. Auch hier erfolgt die Datenübertragung selbstverständlich über eine verschlüsselte VPN-Verbindung.

Sprecher Automation realisiert bereits seit einigen Jahren modernste und hoch effiziente Smart Grid-Anlagen für verschiedene Netzbetreiber. Viele renommierte Energieversorger – darunter die Dortmunder Energie- und Wasserversorgung (DEW21), Stadtwerke Mössingen, Stadtwerke Gunzenhausen, Stadtwerke Haltern am See und die Stadtwerke Mosbach GmbH– setzen dabei auf Sprecher’s international bewährte SPRECON-Plattform.

Für die zentrale Steuerung und Überwachung bietet Sprecher Automation sein breit skalierbares Wartenleitsystem SPRECON-V460. Durch den konsequenten Einsatz von internationalen Standards und Technologien, der Synergiewirkung aus E-Wirtschaft und industriellen Anwendungen, sowie die kontinuierliche Weiterentwicklung des Prozessvisualisierungssystems stehen dem Anwender eine Vielzahl an Funktionen und Einsatzmöglichkeiten zur Verfügung. Der Einsatzbereich von SPRECON-V460 reicht dabei von Vor-Ort-Stationsbedienungen bis hin zu redundanten, mehrhierarchisch verteilten Querverbund-Wartenleitsystemen.

Auch im Bereich der intelligenten Sekundärverteilung ist dieses System bereits bei zahlreichen Betreibern, wie beispielsweise den Stadtwerken Bühl, Bad Aibling, Haltern am See und Mosbach GmbH in Betrieb.

Als Erweiterungspaket bietet Sprecher Automation in Zusammenarbeit mit Fraunhofer IOSB (Institutsteil Angewandte Systemtechnik, AST) ein Netzmanagementsystem für das Einspeise- und Lastmanagement laut BDEW-Kaskade. Die standardisierten Schnittstellen des Netzmanagementsystems ermöglichen eine einfache Integration in die bestehende IT-Landschaft des Netzbetreibers (Zählerfernauslesung, Energieabrechnungs-systeme, Netzleitstellen, etc.).

In Deutschland erfüllt das Netzmanagementsystem die regulatorischen Vorgaben der Bundesnetzagentur und des BDEW. Diese sind insbesondere:

  • Energiewirtschaftsgesetz (EnWG)
  • §13 Systemverantwortung der Betreiber von Übertragungsnetzen
  • §14 Systemverantwortung der Betreiber von Elektrizitätsverteilernetzen, $ 14a Steuerung von unterbrechbaren Verbrauchseinrichtungen in Niederspannung
  • Erneuerbare Energien Gesetz (EEG)
  • §6 Technische Vorgaben
  • §11 Einspeisemanagement
  • §12 Entschädigung
  • §66 Übergangsbestimmungen;
  • Leitfaden der Bundesnetzagentur
  • Leitfaden zum EEG-Einspeisemanagement Version 1.0 (29.03.2011) und
  • Leitfaden zum EEG-Einspeisemanagement Version 2.1 (07.03.2014) sowie
  • BDEW-VKU-Praxisleitfaden (BDEW-Kaskade Oktober 2012)

Der Bedarf an umfangreichen und exakten Daten von Komponenten in intelligenten Netzen wächst rasant. Durch die optimale Ausnutzung der bestehenden Primärtechnik sowie die Minimierung von notwendigen Leistungsreduktionen von Einspeisern können mit SPRECON Verteilnetze wie auch netzgebundene Erzeuger und Verbraucher höchst effizient und wirtschaftlich eingesetzt und gesteuert werden.

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