| von Dr. Kai Strübbe, Dr. Karl Weber

In Europa und den USA sind die Treiber für die Einführung von Smart Grids grundsätzlich verschieden. In Europa zählen der massive Ausbau der erneuerbaren Energien, der politische Wille zur Reduktion der CO2-Emissionen und der Aufbau eines flächendeckenden Elektromobilitätsnetzwerkes zu den bestimmenden Faktoren für den Aufbau eines intelligenten Energienetzes. Demgegenüber sind in den USA eher technische und wirtschaftspolitische Gründe wie Netzautomatisierung, Lastverschiebung und Sicherheitsfragen von Bedeutung. In beiden Fällen sind jedoch Normen, Standardisierung und Fragen der Interoperabilität der Systeme entscheidend, soll der Umbau der Energieinfrastruktur gelingen.

Da im Smart Grid sehr viele Komponenten von sehr vielen Herstellern interagieren müssen, sind Normen und Standards wie die IEC 61850 besonders wichtig. In speziellen Conformance-Tests prüft der TÜV Süd,  ob Produkte den Standard korrekt implementieren.

Da im Smart Grid sehr viele Komponenten von sehr vielen Herstellern interagieren müssen, sind Normen und Standards wie die IEC 61850 besonders wichtig. In speziellen Conformance-Tests prüft der TÜV Süd, ob Produkte den Standard korrekt implementieren.TÜV Süd

In einem intelligenten Stromnetz müssen die eingebetteten Mess-, Steuer- und Regelsysteme große Datenmengen in Echtzeit austauschen. Da es sich hier um Komponenten und Systeme unterschiedlicher Hersteller handelt, gelingt eine verlässliche Interoperabilität nur, wenn sich alle Beteiligten verbindlich an Standards halten. Dies betrifft sowohl die Kommunikation als auch Schnittstellen und Protokolle. Neben Herstellern, Verbänden und Politik sind zwei Akteure entscheidend an der Ausarbeitung dieser Standards beteiligt: Die eher europäisch orientierte Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC) und das amerikanisch geprägte Institut of Electrical and Electronics Engineers (IEEE).

Ethernet-basiert kommunizieren nach IEC 61850

Entwickelt für die Automation in Umspannwerken beschreibt die IEC 61850 einen Standard für den Datenaustausch zwischen Stromerzeugern, -verbrauchern, -verteilern und Speichersystemen. Der Datentransfer erfolgt über Ethernet mit TCP/IP als Übertragungsprotokoll. Dank des modularen Aufbaus und der einfachen Konfiguration über XML-Dateien ist eine weitgehende Automatisierung der Regelung des Stromnetzes möglich. Aus Sicht der Experten von TÜV Süd Embedded Systems in München bietet die Norm IEC 61850 zwar einen passenden einheitlichen Kommunikationsstandard für das Stromnetz der Zukunft. Bei der Umsetzung besteht aber noch deutlicher Nachholbedarf.

Auf einen Blick

Die Norm IEC 61850 der International Electrotechnical Commission beschreibt ein allgemeines Übertragungsprotokoll für die Schutz- und Leittechnik in elektrischen Schaltanlagen der Mittel- und Hochspannungstechnik. Sie bietet sich als Basis für die Smart-Grid-Steuerung an – allerdings ist noch offen, ob sich international alle Player daran orientieren. Der TÜV Süd plädiert klar für einheitliche Standards, um Synergien zu nutzen.

Auch auf internationaler Ebene zeichnet sich bezüglich der Akzeptanz ein differenziertes Bild ab. Während sich die Akteure in Europa und Asien zunehmend auf die IEC 61850 einstellen, wird in den USA die Anwendung des Standards noch diskutiert. Zum einen, weil bereits eigene Standards vorhanden sind, zum anderen wegen landestypischen Besonderheiten bei der Netzarchitektur. Die Entscheidungsträger sollten jedoch bedenken, dass proprietäre Lösungen zwar kurzfristig schnell und kostengünstig umsetzbar, langfristig aber mit höheren Folgekosten verbunden sind und als Insellösungen schnell in technologische Sackgassen führen.

Heterogene Entwicklungen in den USA

Technische Entwicklungen werden in den USA zum Teil schneller vorangetrieben als in Europa. So existieren jenseits des Atlantiks zahlreiche, gut arbeitende Gremien zur Normung, welche die IEC 61850 innerhalb kürzester Zeit durch lokale Standards (auch IEEE) ergänzt haben. Ein Großteil dieser Ergänzungen orientiert sich jedoch nicht an den IEC-Normen. So existierten im Jahr 2010 gut 75 verschiedene Standards für Smart Grids. Um diese unterschiedlichen Standards zu harmonisieren und eine Interoperabilität zu gewährleisten, wurde eine Koordinationsgruppe eingerichtet, die 15 „Priority Action Plans“ entwickelte. Weit verbreitet ist in den USA das Protokoll DNP3, ebenso kommen die Fernwirkprotokolle IEC 60870-5-101 und IEC 60870-5-104 zum Einsatz. Aber auch IEC-inkompatible Standards zu intelligenten Stromzählern wie SEP sind anzutreffen, ebenso wie BACnet, LON, WEQ19, REC18 Multispeak und OpenADR zur Steuerung des Energieflusses.

Um die Entwicklung von Smart Grids nachhaltig international voranzutreiben, sollten sich neue Standards an der Struktur und dem Konzept der IEC 61850 orientieren. Die in den USA gesammelten Erfahrungen zeigen, dass IEEE- und IEC-Normen nicht inkompatibel sein müssen. So können zum Beispiel IEEE-Normen für den Anschluss von Smart Metern oder Elektrofahrzeugen durchaus mit bestehenden IEC-Standards in Einklang gebracht werden. Abweichungen sollte man nur dann erwägen, wenn zwingende Gründe diese rechtfertigen.

Ohne Standards kein Strom

Für den Test der Grid-Komponenten setzt der TÜV unter anderem moderne, programmierbare, aktive Speise-/Rückspeisesysteme ein, die auch  beachtliche Energiemengen umlagern können.

Für den Test der Grid-Komponenten setzt der TÜV unter anderem moderne, programmierbare, aktive Speise-/Rückspeisesysteme ein, die auch beachtliche Energiemengen umlagern können.TÜV Süd

Der Erfolg bei der Einführung und Umsetzung neuer Infrastrukturtechnologien ist in wesentlichen Teilen davon abhängig, ob bereits weltweit anerkannte Normen und Standards vorhanden sind. Fehlende Standards könnten ebenso wie inkompatible, miteinander konkurrierende Normen die Entwicklung von Smart Grids signifikant verzögern. Eine dynamische Entwicklung von Produkten, Systemen und Komponenten für intelligente Stromverteilernetze würde also durch regionale, proprietäre Insellösungen unnötig behindert.

Sehr viel besser wäre es, vorhandene Synergien zu nutzen. So haben sich die in Europa und den USA entwickelten Standards bisher gegenseitig positiv beeinflusst und durchaus voneinander profitiert. Bereits heute orientieren sich viele Länder an der IEC 61850, deren Erarbeitung auf US-amerikanische Initiativen zurückzuführen ist. Eine weitergehende Integration der vorhandenen Standards ist möglich und eine wesentliche Voraussetzung für den Aufbau von Smart Grids – auf internationaler Ebene.

Dr. Kai Strübbe

ist Leiter Embedded Systems bei der TÜV Süd AG.

Dr. Karl Weber

ist Principal Expert Smart Grid und TÜV-Süd-Partner.

(lei)

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