Verteilnetz in Echtzeit
Die Messdaten stammen aus einem kleinen Smart Grid im Osnabrücker Stadtteil Wüste. Von 2013 bis 2016 setzte die SWO Netz GmbH 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 Drecksträter. Das Projektgebiet umfasst 60 Gebäude mit 125 Wohnungen. Eine Besonderheit ist, dass auf kleinem Raum sieben Photovoltaik-Anlagen Strom produzieren. „Mit entscheidend für die Auswahl war, dass das Gebiet vom Lastprofil her auf rund 90 Prozent des Osnabrücker Versorgungsgebiets übertragbar ist“, erläutert Christian Drecksträter. Bis auf geringe Abweichungen gleicht das Lastprofil in dem Gebiet 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 WAGO-Komponenten auf Intelligenz getrimmt wurden. Zudem wurde die Photovoltaikanlage eines Anwohners mit einer Messung ausgestattet, der sich bereit erklärte, an dem Projekt teilzunehmen. Herzstück der Automatisierung ist ein Ethernet-I/O-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.
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 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 Projektleiter Drecksträter.
Le système Cloud ne permet pas seulement d'avoir une vue d'ensemble en temps réel de l'état du réseau mais également de réaliser de nouvelles analyses. Auparavant, les conclusions des analyses des données correspondaient en partie au résultat escompté mais quelquefois elles étaient surprenantes. « Nous n'avions jamais eu de situations critiques » anticipe le chef de projet, Drecksträter. Toutefois, il y avait des distributions de charge exceptionnelles qui ont pu être détectées pour la première fois grâce aux visualisations de l'outil WAGO. « Il était effectivement déjà arrivé que dans des cas de production élevée, les installations photovoltaïques n'alimentent pas que les clients de la zone du projet mais également les maisons d'une zone limitrophe du réseau qui se trouvaient derrière le réseau local intelligent. Aucune énergie n'avait été appelée pendant cette période même par ces consommateurs, les installations photovoltaïques les avaient alimentés en intégralité » explique Christian Drecksträter. À une autre reprise, les modules de mesure de puissance à 3 phases de WAGO ont révélé une surprise : « Alors que l'alimentation s'effectuait en courant biphasé à partir des installations photovoltaïques, on a constaté un appel de puissance via la troisième phase » rapporte Ulrich Clausmeyer. Les ingénieurs électriciens avaient jusqu'alors pressenti ces deux situations dans la salle de contrôle du réseau. Elles sont maintenant étayées par des faits concrets.
Les valeurs de mesure sont également exploitables pour le travail quotidien dans la salle de contrôle du réseau, si ce n'est par tous. « La petite zone du projet fournit une quantité raisonnable de données, ce qui est idéal pour l'analyse. Nous ne voulions toutefois pas reprendre chaque valeur de mesure dans notre système de commande, tout simplement parce que nous n'en avions pas besoin pour la gestion du réseau » déclare Ulrich Clausmeyer. Les 215 valeurs de mesure relevées dans le Smart Grid ont été filtrées dans le Cloud et regroupées en 41 valeurs. Des valeurs seuil ont été définies ; le système génère un message dès qu'elles sont dépassées. D'un point de vue technique, le système Cloud s'exécute en parallèle du système de commande. La sécurité d'accès est l'élément essentiel. « Comme il s'agit de deux systèmes totalement indépendants l'un de l'autre, il est impossible que des hackers puissent pénétrer dans notre système de commande via le système Cloud » explique Clausmeyer. Il est également impossible de forcer le système Cloud pour voler des données. Security by Design garantit cette sécurité – WAGO intègre des fonctions de cybersécurité dès le départ dans les contrôleurs basés Linux® sous forme d'une architecture de sécurité basée sur des couches. La communication via le protocole MQTT, qui a fait ses preuves, est sécurisée par une connexion VPN cryptée.
Après ces premières expériences avec Smart Grid et le système Cloud, la filiale du réseau municipal d'Osnabrück va prochainement lancer un projet dans une zone plus étendue. « Il est important que nous faisions le point sur nos évolutions actuelles et progressions, mais tout en utilisant des technologies qui nous permettent de rester flexible dans le cadre d'une planification de réseau cible à long terme » déclare Christian Drecksträter. Aujourd'hui, personne ne peut affirmer avec certitude le nombre d'installations décentralisées de génération d'énergie ou de voitures électriques qu'il faudra connecter au réseau dans 20 ans. À l'avenir, le réseau d'Osnabrück ne devra pas seulement être fiable et sécurisé, il devra également être flexible pour s'adapter aux évolutions.
Arrière-plan : SWO Netz GmbH
SWO Netz GmbH est une filiale détenue à 100% par les services municipaux d'Osnabrück AG et elle est en charge de planifier, réaliser et gérer les réseaux d'infrastructure de la ville. Son champ d'activités regroupe les secteurs du gaz, de l'électricité, de l'eau, des eaux usées, de la télécommunication et de l'éclairage public. En tant qu'un des principaux opérateurs de réseau en Allemagne, SWO Netz GmbH a été certifié par le TÜV Rheinland conformément au catalogue de sécurité informatique.
Texte : Daniel Wiese
Photo : SWO Netz GmbH, Jens Sundheim
Le blockchain permet des transactions directes entre les producteurs et les consommateurs. Comment cela fonctionne exactement et ce que cela peut signifier pour l'avenir, c'est ce que montre WAGO.
Un approvisionnement en énergie fiable et sûr est un objectif à atteindre. Avec les produits et les solutions de WAGO, vous pouvez façonner durablement la transition énergétique.
L'automatisation des réseaux d'énergie présente de nombreux avantages. L'un d'eux est la possibilité de commutation à distance. WAGO offre pour cela les solutions adaptées.
Les systèmes de stockage d'énergie soulagent les réseaux électriques et augmentent la flexibilité de l'approvisionnement en énergie. La technologie WAGO permet le contrôle et la commande de la réserve d'énergie.
Relier et contrôler intelligemment les énergies renouvelables est un défi majeur pour les opérateurs de réseau. WAGO vous soutient avec son savoir-faire, des produits et des solutions.