Kommunikationsnetze

für Smart Grids

2015 stammte bereits fast jede dritte hierzulande verbrauchte Kilowattstunde aus volatilen, regenerativen Energieerzeugungsanlagen. Damit sind auch die Instabilitäten vor allem ländlicher und vorstädtischer Netze gestiegen. Für die notwendige bessere Überwachung und Steuerung der Nieder- und Mittelspannungsverteilnetze und den Betrieb neuer Steuer- und Regelungstechnik müssen in einem Smart Grid neue Kommunikationsnetze eingerichtet werden.

Um den Netzausbau im Verteilnetz möglichst gering zu halten, werden neue intelligente Steuerungskonzepte entwickelt und gefördert (vgl. BDEW-2015). Künftig werden Messsensoren, Leistungsschalter oder regelbare Transformatoren zu den notwendigen Komponenten moderner Stromverteilnetze gehören.

Zum effizienten und zuverlässigen Betrieb der künftigen Stromverteilungsnetze werden dedizierte, hochverfügbare und echtzeitfähige Kommunikationsnetze erforderlich. Zu den Kernanforderungen gehören: 1. Verfügbarkeit im Schwarzfall, 2. deterministische Bandbreitenverfügbarkeit, 3. Echtzeitfähigkeit (vgl. VDE-2015 sowie BDEW-2013). Diese Anforderungen werden von öffentlichen Telekommunikationsnetzen und Übertragungstechnologien nicht erfüllt.

Erfahrungen der Energieversorgungsunternehmen

Energieversorgungsunternehmen nutzen für die Steuerung und Kontrolle ihrer Energienetze bereits sehr unterschiedliche Technologien. So hat sich bei der Fernwirkkommunikation die TCP/IP-basierte Übertragung (Fernwirkprotokoll IEC60870-5-104) weitgehend durchgesetzt. Wegen ihrer Verlässlichkeit und ihren ausgefeilten und verlässlichen OAM-Komponenten (Operation, Administration and Maintenance) wird vielfach noch die SDH-Übertragung genutzt. Für die Übertragung von Schutzsignalen in Echtzeit werden teilweise auch noch 64-kbit/s-PDH-Verbindungen eingesetzt.

Anforderungen an die Sicherheit und Verfügbarkeit

Zu den besonderen Anforderungen von Smart Grids gehören das Management einer sehr großen Zahl von zusätzlichen Messsensoren. Künftig werden erheblich mehr Daten erfasst, übertragen und verarbeitet. Das Übertragungsnetz muss dafür entsprechend ausgelegt sein, damit auch zeitkritische Daten und Steuerbefehle sicher und zuverlässig übertragen werden.

Beim Aufbau zukunftssicherer Kommunikationsnetze setzen die größten Übertragungsnetzbetreiber inzwischen auf Technologien, die die IP-, SDH- und PDH-Übertragung in einem System vereinen. Die dafür eingesetzten Technologien wie das Dense Wavelength Division Multiplex (DWDM) und das Multiprotocol Label Switching (MPLS) haben sich für die besonderen Anforderungen von Versorgungsnetzbetreibern / Versorgungsunternehmen bewährt, da sie die höchsten Anforderungen an die Verfügbarkeit, Ausfallsicherheit, IT-Sicherheit, Langlebigkeit sowie Schwarzfallfestigkeit erfüllen. Zu den besonderen Merkmalen gehören beispielsweise eine gesicherte Bandbreite im IP-Netz, die Priorisierung von kritischen Diensten, die Sicherstellung der IT-Sicherheit, zu der auch eine verschlüsselte Übertragung gehören kann und eine mehrfache Redundanz (wie Geräte- und Übertragungswegredundanz in einem vermaschten Netz).

Für die Zuverlässigkeit des Kommunikationsnetzes gelten aber nicht nur Anforderungen an die Echtzeitfähigkeit und Verfügbarkeit. Es muss auch gewährleistet sein, dass sich die unterschiedlichen Kommunikations-, Mess- und Schaltdienste nicht gegenseitig stören oder beeinflussen (Rückwirkungsfreiheit).



Quellen:
https://www.vde.com/de/Verband/Pressecenter/Pressemeldungen/Fach-und-Wirtschaftspresse/2015/Seiten/19-2015.aspx
https://www.bdew.de/internet.nsf/id/20150310-diskussionspapier-smart-grids-ampelkonzept-de/$file/150310%20Smart%20Grids%20Ampelkonzept_final.pdf
https://www.bdew.de/internet.nsf/id/816417E68269AECEC1257A1E0045E51C/$file/Endversion_BDEW-Roadmap.pdf
https://www.3m-services.de/Telekommunikation/Produkte/Transport/