Sieć dystrybucyjna w czasie rzeczywistym

Dzięki projektowi w chmurze SWO Netz GmbH, spółka Stadtwerke Osnabrück, może przygotowywać dystrybucję energii elektrycznej na wyzwania przyszłości. Dolna Saksonia wykorzystuje technologie WAGO do zarządzania i analizy danych.
Przygotuj się już dziś na to, co stanie się rzeczywistością za 20 lub 30 lat – przed tym wyzwaniem stoi także spółka SWO Netz GmbH. Razem damy radę. Spółka zależna Stadtwerke Osnabrück – dostawcy usług komunalnych, podjęła ostatnio decyzję o przyszłości dystrybucji energii – najpierw z inteligentną siecią Smart Grid, a następnie z systemem chmurowym, dzięki któremu dane pomiarowe mogą być wykorzystywane na wiele sposobów. „Po raz pierwszy jesteśmy w stanie obserwować stan sieci w czasie rzeczywistym i szczegółowo go analizować ” – mówi kierownik projektu Christian Drecksträter.

Dane pomiarowe pochodzą z małej sieci Smart Grid w dzielnicy Osnabrück - Wüste. W latach 2013-2016 SWO Netz GmbH wdrożyła tutaj inteligentną sieć jako projekt pilotażowy. „Chcieliśmy wykorzystać najnowocześniejsze technologie aby zbadać, w jaki sposób możemy zarządzać siecią instalacji zdecentralizowanych generatorów energii, takich jak instalacje fotowoltaiczne oraz dodatkowymi odbiorcami, takimi jak pojazdy elektryczne w sieci, trzymając jednocześnie koszty rozbudowy sieci w ryzach”, wyjaśnia Drecksträter. Zakres projektu obejmuje 60 budynków ze 125 mieszkaniami. Na uwagę zasługuje fakt, że energię elektryczną na małej przestrzeni wywarza siedem systemów fotowoltaicznych. „Decydujące znaczenie dla tego wyboru miało przeniesienie wymienionego obszaru z profilu obciążenia na obszar około 90-procentowego zaopatrzenia w Osnabrück”, wyjaśnia Christian Drecksträter. Oprócz niewielkich odchyleń, profil obciążenia w okolicy jest podobny do niemieckiej średniej krajowej, to znaczy rano zużycie energii gwałtownie wzrasta, w ciągu dnia zatrzymuje się w znacznym stopniu na średnim poziomie, a wieczorem podnosi się do kolejnego szczytu przed ponownym spadkiem.

Dane dotyczące zużycia i mocy zasilania, a także innych istotnych wartości, takich jak moc czynna i bierna w obszarze projektu, pochodzą z lokalnej stacji elektroenergetycznej i pięciu złączy kablowych, których funkcjonalność została rozszerzona za pomocą komponentów WAGO. Ponadto instalacja fotowoltaiczna pewnego mieszkańca, który zgodził się wziąć udział w projekcie, została wyposażona w miernik. Sercem automatyki jest sterownik PLC z serii 750 (750-880), a także trójfazowe moduły pomiaru mocy (750-494) oraz przekładniki prądowe z serii 855. Ogólnie komponenty rejestrują ponad 215 mierzonych wartości.

System chmury nie tylko umożliwia wgląd w stan sieci w czasie rzeczywistym, ale także umożliwia dokonywanie całkowicie nowych analiz. Wyniki analizy danych były zasadniczo zgodne z oczekiwaniami, jednak niektóre były naprawdę zaskakujące. „W żadnym momencie nie wystąpiły krytyczne warunki" - wyjaśnia manager projektu Christian Drecksträter. Pojawiły się jednak niezwykłe rozkłady obciążenia, które ujawniły się po raz pierwszy dzięki wizualizacjom narzędzia WAGO. „Okazało się, że systemy fotowoltaiczne w fazie wysokiej wydajności dostarczały energii nie tylko klientom z obszaru projektu, ale także domom na sąsiednim terenie, znajdującym się poza zasięgiem inteligentnej stacji energoelektrycznej. Ci odbiorcy nie wymagali w tym okresie żadnych dostaw energii, systemy fotowoltaicznech całkowicie pokrywały ich zapotrzebowanie” – mówi Christian Drecksträter. W jeszcze innym przypadku trójfazowe moduły pomiaru mocy WAGO przyniosły zaskakujące wyniki: „Podczas gdy systemy PV dostarczały prąd dwufazowy, moc była pobierana przez trzecią fazę” – relacjonuej Ulrich Clausmeyer. Do tej pory inżynierowie w sterowni tylko podejrzewali, że takie stany są możliwe. Teraz zyskali twarde dowody.

Większość mierzonych wartości jest również wykorzystywana do codziennej pracy w sterowni. „Mały zakres projektu zapewnia łatwą do zarządzania ilość danych. To optymalna sytuacja do wykonywania analiz. Dlatego nie chcieliśmy włączać każdego pomiaru do naszego systemu sterowania, nie potrzebujemy wszystkich danych do zarządzania siecią." – mówi Ulrich Clausmeyer. Łącznie 215 pomiarów ze Smart Grid przetwarzanych jest w chmurze i przedstawionych w postaci 41 wartości. Zdefiniowano wartości graniczne, po przekroczeniu których system wydaje komunikat. Pod względem technicznym system chmurowy działa równolegle do systemu sterowania. Spowodowane jest to kwestią bezpieczeństwa dostępu. „Ponieważ są to dwa całkowicie niezależne systemy, hakerzy nie mogą przeniknąć do systemu sterowania za pośrednictwem chmury" – wyjaśnia Clausmeyer. Również system zabezpieczeń samej chmury jest dla hakerów nie do złamania. Dba o to system Security by Design – Cyber ​​Security, który od samego początku jest zintegrowany w postaci warstwy architektury bezpieczeństwa w sterownikach firmy WAGO opartych na Linux®. Komunikacja w ramach popularnego protokołu MQTT zabezpieczona jest kodowanym połączeniem VPN.

Po tych początkowych doświadczeniach ze Smart Grid i systemem chmurowym, spółka Stadtwerke-Osnabrück chce wkrótce rozpocząć projekt na większym obszarze. „Ważne jest, abyśmy rozwijali aktualne koncepty i podejmowali wyzwania. Nie możemy jednak zapominać o technologiach, dzięki którym planując długoterminowo rozwój sieci docelowych pozostaniemy elastyczni" – podkreśla Christian Drecksträter. W końcu nikt dzisiaj nie może z całą pewnością powiedzieć, ile rozproszonych elektrowni lub pojazdów elektrycznych trzeba będzie podłączyć do sieci w ciągu kolejnych 20 lat. Tak więc w Osnabrück sieć będzie w przyszłości nie tylko niezawodna i bezpieczna, ale i wystarczająco elastyczna, aby dostosować się do nowych warunków.

SWO Netz GmbH

SWO Netz GmbH jest spółką zależną, należącą w całości do Stadtwerke Osnabrück AG i odpowiada za planowanie, budowę i eksploatację infrastruktury w obszarze miejskim. Obszar jej działalności obejmuje dostawy energii elektrycznej, gazu i wody, kanalizacjię, telekomunikację i oświetlenie uliczne. SWO Netz GmbH był jednym z pierwszych operatorów sieciowych w Niemczech, który uzyskał certyfikat TÜV Rheinland zgodnie z katalogiem bezpieczeństwa IT.

Tekst: Daniel Wiese
Zdjęcie: SWO Netz GmbH, Jens Sundheim