• Die Verteilnetzbetreiber sind von den Veränderungen der Energiewelt unmittelbar betroffen (politisch, technisch, monetär)
• Rapide Entwicklung von einem vormals zentralen zu einem hochdynamischen dezentralen Energiesystem
• Auf der Netzebene 7 (Niederspannung) herrscht «Quasi-Blindflug»
• Lastfluss in Verbindung mit Netzqualität erfährt nur bedingt Beachtung
• Die Auswirkungen auf unsere Infrastrukturen sind massiv
• Aufbau eines Referenz-Szenarios zur Darstellung und zum Umgang mit Unsicherheiten
• Verknappung von Energie durch neue und extrem hohe Bedarfe
• Entscheidung für eine korrekte Investition
• Verwendung von Daten (z.B. Smart Meter) unter Berücksichtigung von Datenschutzrichtlinien
• etc.

Kombination von Netzausbau und Intelligenz

• Einsatz von modernen Monitoringsystemen im Verbund zu intelligenten Steuerungen
• Wir setzen Monitoringsysteme und intelligente Steuerung ein, um unseren Kundinnen und Kunden ein leistungsfähiges, intelligentes Netz – ein Smart Grid – bereitzustellen
• Messungen und Datenanalyse helfen, lokale Belastungen zu monitoren und Engpässe in Zukunft zu vermeiden
• Asymmetrische Phasenbelegung nimmt zu und wird in Zukunft aktiv behoben

Der Nutzen für ewz als auch deren Kunden

• Transparenz in der Netzebene 7 durch die Kombination von Hard- und Software
• Ermittlung und Darstellung von Netzzuständen im Niederspannungsnetz
• Kombination von Netzausbau und Intelligenz, da ein reiner Ausbau des konventionellen Netzes im städtischen Umfeld sehr teuer und zeitlich kaum realisierbar ist
• Durch den Einsatz intelligenter Lösungen werden die aktuellen wie auch die künftigen Herausforderungen gemeistert werden, damit ewz auch künftig eine zuverlässige und kosteneffiziente Stromversorgung für Kundinnen und Kunden sicherstellen kann
• ewz stellt den Kundinnen und Kunden ein leistungsfähiges als auch intelligentes Netz – ein Smart Grid – zur Verfügung

1. Schritt: Erfassen der Messdaten
   • Gebäude (Smart Meter)
   • Trafostationen (Lastfluss und Netzqualität in Echtzeit)
2. Schritt: Kommunikation
   • Stadtweites Glasfasernetz, alle Gebäude und alle Trafostationen angebunden
   • Building Gateway, Schnittstelle Glasfasernetz <–> Smart Meter (ewz-Eigenentwicklung)
3. Schritt: Rechenbares Netzmodell
   • Verknüpfung von GIS- und ERP-Informationen
   • Tägliche und automatisierte Aktualisierung des digitalen Zwillings vom Stromnetz
4. Schritt: Monitoring- und Steuerungsplattform Netzebene 7 (Niederspannung)
   • Nutzung der Venios Energy Plattform (VEP) zur Verknüpfung der Mess- und Stammdaten
   • Lastflussrechnung zur Simulation und Darstellung der Netzzustände im Niederspannungsnetz

1. Messen in Echtzeit mit LINAX® PQ5000CL
   • Lastfluss
   • Leistungsreserven
   • Power Quality (U/I)
2. Analysieren / Entscheiden
   • Leistungsspitzen reduzieren
   • Optimierung der Rundsteuerung
   • Spannungs-/Stromqualität sicherstellen
3. Handeln
   • Lastmanagement (Wärmepumpen, Batterien, E-Mobilität, etc.)
   • Produktionsmanagement / Redispatch (PV, Batterien, BHKW, etc.)
   • Netzausbau – nur nach Notwendigkeit

Eine fundamentale Messtechnik von «unten nach oben» bildet die Basis für zellulare Energiesysteme und somit auch Smart Grids, um Netze stabilisieren zu können (z. B. aufgrund des Prosumerverhaltens, Abschalten von Netzmasse, usw.). Für ewz auf dem Weg zu einem Smart Grid ist dazu nicht nur die Skalierbarkeit wichtig, sondern auch die absolute Zukunftsfähigkeit, z. B. durch flexible Konnektivität, Funktionsanpassungen, usw.

ewz auf dem Weg zu einem Smart Grid schlägt eine zertifizierte Netzqualitätserfassung und Leistungsanalyse bis zu 32 Kanälen in der Unterverteilung vor. Die Signalverarbeitung wird auf dem Messgerät der Serie LINAX® PQ5000CL umgesetzt. Dort werden die jeweiligen Strommesswerte der so genannten Current Link Module verarbeitet. Durch die Current Link-Technologie sind die einzelnen Current Link Module und deren Sensoren (Rogowski) mittels Signalschlaufe über Koax-Leitungen skalierbar vernetzt. Dadurch reduziert sich der Installationsaufwand auf ein absolutes Minimum und eine fachgerechte Kabelführung wird gewährleistet.

Zudem ist dieses Mess-System zur Bestimmung der Spannungsqualität und der Lastflüsse äusserst kosteneffizient und on top metrologisch zertifiziert. Somit kombiniert das skalierbare Messinstrument quasi die Bereiche Transducer nach IEC 60688, Power Metering and Monitoring nach IEC 61557-12 als auch Power Quality Instruments nach IEC 62586-1.

LINAX® PQ5000CL

• Metrologisch zertifiziertes PQI nach IEC 61000-4-30 Ed. 3 der Klasse A als Grundgerät
• Ein skalierbares System für die Bereiche zertifizierte Netzqualität als auch für Last- und Effizienz Management für bis zu 10 Kanäle (32 Leiter)
• Eine optionale Basis-Strommessung (z. B. direkt nach dem Trafo) mit einer grossen Genauigkeit durch Stromnwandler-Sensorik
• 3P oder 3PN mittels Current Link pro Einspeiser (max. 32 Ströme)
• Eine Messkampagne zeitsynchron bei multiplen Abgänge im Gegensatz zur traditionellen Messung pro Einspeiser
• Direkte Konformitäts-Berichtserstattung und Ereignisdarstellung durch PQEasy-Reporting via Webbrowser (z. B. nach EN50160)
• Störfallaufzeichnung von Spannungsereignissen (IEC 61000-4-30 Ed. 2), optional mit zeitsynchronisierten Strömen der einzelnen Kanäle (IEC 61000-4-30 Ed. 3)
• Zeitsynchrones Lastmanagement für U/I/P/Q/cosφ
• Strommessung pro Current Link- Kanal bis zu 1’000A und Überströme bis zu 20‘000A
• Netztarifzähler P & Q (Bezug & Abgabe)
• Ertüchtigung zur Regelaufgabe im Smart-Grid (z. B. Power Quality-Netzausnutzung)
• System-Management mittels einem benutzerfreundlichen Multi-Device-Tool zur einfachen Inbetriebnahme und einem effizienten Unterhalt
• Grosse Verteileranlagen (Abgänge) werden kontinuierlich mit nur einem metrologisch zertifizierten Messsystem überwacht
• Geringer Platzbedarf & geringer Verdrahtungsaufwand auf Basis der skalierbaren Strom-Sensoren
• Ein Abschalten der Anlage zur Installation des Messsystems ist aufgrund der non-invasiven Rogowski-Messtechnik nicht notwendig (Achtung: Arbeitsschutz & Sicherheit beachten)
• Sehr hohe Robustheit durch bewährtes Koaxial-Prinzip
• Stromwerte sind zeitsynchron zur Spannung (IEC 61000-4-30)
• Offenes Kommunikationssystem ermöglicht eine hohe Anbindungsflexibilität zu parallelen als auch übergeordneten Systeme
• Schneller Roll-out bei robuster Messtechnik

1. Transparenz
   Daten aus Einzelanwendungen verknüpfen. Rechenbare Netze erstellen und dabei Fehlerquellen der Vorsysteme erkennen. Modelldaten und Messwerte beliebig kombinieren. Visualisierung von Netzstruktur und Netzzustand in Echtzeit.
2. Steuern
   Flexibilitäten optimiert ansteuern. Regelbare Ortsnetztrafos für Spannungsanpassung. Ladesäulen steuern via Lastprognosen. Netzengpässen durch Abruf von Flexibilitäten entgegenwirken.
3. Prognose
   Lastprognosen für den nächsten Tag. Netzzustandsprognosen, um Engpässe früh zu erkennen. Szenarien für zukünftige Netzsituationen inkl. Simulation von Schalthandlungen erstellen. Präzise Prognosen basierend auf Messdaten und Algorithmen. Grundlage für die Planung.
4. Planung
   Prozesse automatisieren. Anlagenanschluss: einfaches Handling, präziser Output. Netzengpässe frühzeitig erkennen und intelligent handeln. Asset Manager: aus aktuellen Zuständen Handlungen ableiten
5. Partneranwendungen
   Das Venios – Ökosystem bietet eine Vielzahl von Use Cases, deren enormer Mehrwert erst aus der intelligenten Vernetzung von Partner und Kunden Applikationen mit unterschiedlichen Funktionen entsteht.

Hochwertige und grundlegende Messdaten bei maximaler flexibler Konnektivität

Die Camille Bauer Metrawatt AG ist eine schweizerisch mittelständische Unternehmung zur Entwicklung, Produktion und Vermarktung von industrieller Messtechnik. Dabei bietet die Camille Bauer im Segment des elektrischen Monitorings und der Positions-Sensorik kunden- und applikationsorientierte Lösungen an. Dazu zählt ein hohes Verständnis der Bedürfnisse für die elektrische Energieerzeugung, der energetischen Verteilung als auch der industriellen Verbraucher. Mit schweizerischem Anspruch auf höchste Qualität und der hohen Innovationskraft verschafft die Camille Bauer Metrawatt AG ihren Kunden messbaren Nutzen.

Generisches Mess-, Steuerungs- und Regelsystem für das Stromnetz von Morgen

Unserer Energiewelt wandelt sich immer mehr zu einem hochdynamischen dezentralen System, welches insbesondere die lokalen Stromnetze vor neue Aufgaben stellt. Zudem  erfordert die Verschmelzung von Konsument und Produzent neue Business Modelle. Beide Herausforderungen benötigen neue Informationen und einen gezielten Umgang mit Daten. Deshalb ist die Digitalisierung der Stromnetze unumgänglich. Wir, die EVUlution AG haben uns zum Ziel gesetzt, den Netzbetreiber mit Hilfe unserer Technologie auf dem Weg in die dezentrale Energie Zukunft zu begleiten, damit auch Morgen ein zuverlässiger und wirtschaftlicher Betrieb der Stromnetze gewährleistet ist.

Elektrizitätswerk der Stadt Zürich – ewz

Der Schlüssel zu einer nachhaltigen Energiezukunft liegt in der Fähigkeit zur Erneuerung. Deshalb investieren wir in erneuerbare Energien, in intelligente Energielösungen und fördern gezielt Innovationen. Durch den nachhaltigen Umgang mit unseren natürlichen Ressourcen stellen wir gemeinsam mit unseren Partnern, Kundinnen und Kunden sicher, dass auch nachfolgende Generationen unsere Energieressourcen nutzen und vom Reichtum an Lebensvielfalt profitieren können.

Ausblick

Um die hohe Datenkonzentration noch besser in Einklang mit einer IoT-basierenden Datenverarbeitung zu bringen, bietet MQTT im Kontext der Konnektivität, nebst den bisher üblichen Schnittstellen (z. B. IEC61850, Modbus, …), eine gute Alternative.
MQTT [Quelle https://mqtt.org/; 22.01.2024]

MQTT ist ein OASIS-Standard-Nachrichtenprotokoll für das Internet der Dinge (IoT). Es ist als extrem «leichtgewichtiger» Publish/Subscribe-Messaging-Transport konzipiert, der sich ideal für die Verbindung entfernter Geräte mit geringem Code-Fußabdruck und minimaler Netzwerkbandbreite eignet. MQTT wird heute in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt, z. B. in der Automobilindustrie, der Fertigung, der Telekommunikation, der Öl- und Gasindustrie und neuerdings auch für die Energieverteilung. Die Vorteile im kurzen Überblick:

• Geringes Datenvolumen und hohe Effizienz
  MQTT-Clients sind sehr klein und benötigen nur minimale Ressourcen, so dass sie auf kleinen Mikrocontrollern eingesetzt werden können. MQTT-Nachrichtenheader sind klein, um die Netzwerkbandbreite zu optimieren.
• Bi-direktionale Kommunikation
  MQTT ermöglicht die Nachrichtenübermittlung zwischen Gerät und Cloud sowie zwischen Cloud und Gerät. Dies erleichtert die Übertragung von Nachrichten an Gruppen von Dingen.
• Skalierung auf Millionen von Dingen
  MQTT ist skalierbar und kann mit Millionen von IoT-Geräten verbunden werden.
• Zuverlässige Nachrichtenübermittlung
  Die Zuverlässigkeit der Nachrichtenübermittlung ist für viele IoT-Anwendungsfälle wichtig. Aus diesem Grund hat MQTT 3 definierte Qualitätsstufen: 0 – höchstens einmal, 1 – mindestens einmal, 2 – genau einmal
• Unterstützung für unzuverlässige Netzwerke
  Viele IoT-Geräte verbinden sich über unzuverlässige Mobilfunknetze. Die Unterstützung von MQTT für dauerhafte Sitzungen verkürzt die Zeit, in der der Client erneut mit dem Broker verbunden werden muss.
• Aktivierte Sicherheit
  MQTT macht es einfach, Nachrichten mit TLS zu verschlüsseln und Clients mit modernen Authentifizierungsprotokollen wie OAuth zu authentifizieren.

Es ist allerdings zu bemerken, dass MQTT, trotz der vielen Vorteile, auch einer Individualisierung (= Aufwand = Kosten) bedarf. Hier muss im Vorfeld klar definiert werden, wie und welche Daten verfügbar gemacht werden sollen. MQTT ist eben, wie bei anderen Schnittstellen auch, nicht gleich MQTT, was derzeit noch zeitlich als auch monetär unterschätzt wird.