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Über die Verknüpfung eines Smart Grid Interface Moduls (SGIM) mit einem LoRaWAN-Funknetzwerk hat die EMH Energiemesstechnik GmbH eine hocheffiziente Lösung zur Steuerung der Straßenbeleuchtung innerhalb elektrischer Ortsnetze entwickelt.

 

Das SGIM ist ein modulares Gerät zur Digitalisierung von Kommunikation IT, Messtechnik und Steuerung, speziell entwickelt für den Einsatz im Niederspannungsnetz. Das SGIM kann auch in vorhandene Anlagen wie Ortsnetzstationen oder Kabelverteilschränke integriert werden, die bislang über keinerlei Vorkehrungen zum Einsatz elektronischer Geräte verfügen. Mit dem SGIM kann die Steuerung von Ortsnetzen über automatisierte Prozesse auf einfache Weise an sich stetig verändernde, äußere Faktoren angepasst werden. Beispiel: Das Monitoring und die Analyse von Zustandsdaten der kommunalen Straßenbeleuchtung, um die Genauigkeit der Zielnetzplanung zu steigern sowie technische Probleme schneller als bisher erkennen und beheben zu können.

Herkömmliche Zielnetzplanung kaum noch ausreichend

Mit der sukzessiven Umstellung klassischer Leuchtmittel wie z.B. Natrium- oder Quecksilberdampfhochdrucklampen auf moderne LED-Lösungen werden bei einem Volumen von deutschlandweit rund 9 Mio. installierten Straßenleuchten bereits erhebliche Energieeinsparungen erzielt, was auf den ersten Blick auch eine Entlastung der jeweiligen Ortsnetze zur Folge haben sollte. Gleichzeitig sorgen jedoch zunehmende Elektromobilität und schwankende Einspeisungen aus regenerativen Quellen insbesondere in den örtlichen Niederspannungsnetzen für erhebliche Unwägbarkeiten, die mit herkömmlichen Methoden der Zielnetzplanung nur schwer in den Griff zu bekommen sind. Als Lösung bietet sich die Digitalisierung aller Prozesse an, die mit der Steuerung und Überwachung von Straßenbeleuchtung innerhalb kommunaler Ortsnetze verbunden sind.

Minimaler Aufwand, maximale Datenbasis

Damit die benötigten Daten umfassend, effizient und zugleich kostengünstig zur Verfügung gestellt werden können, setzt EMH auf den Funkstandard LoRaWAN (Long Range Wide Area Network). LoRaWAN sorgt für die Konnektivität unterschiedlichster IoT-Anwendungen und zeichnet sich durch hohe Zuverlässigkeit und Sicherheit bei der Übertragung nahezu beliebiger Sensorwerte aus.

Im konkreten Anwendungsfall verfügt das von EMH entwickelte SGIM über einen integrierten, bidirektionalen LoRaWAN Sender/Empfänger, der intelligent und unabhängig Zustandsdaten der an ein Ortsnetz angeschlossenen Straßenbeleuchtung erfasst und per Software automatisch analysiert. Ausgestattet mit einer Fernwirksteuerung gemäß IEC 61131, kann das SGIM den Strom als Feedback messen und somit erkennen, ob die Lampen tatsächlich leuchten – was bei konventioneller Steuerung per Schaltbefehl nicht möglich ist. Darüber hinaus überwacht das SGIM im jeweiligen Niederspannungsnetz kontinuierlich Strom, Spannung, Frequenz und Harmonics. Die erforderlichen Daten werden seitens der einzelnen Straßenlaternen im Minutentakt per LoRaWAN-Gateway zum SGIM übertragen. Auch die Zeitpläne für die Schaltung der Straßenbeleuchtung können bei Bedarf beliebig aus der Ferne angepasst werden.

Einfache Einbindung zusätzlicher Applikationen

Anhand der aus den Sensordaten berechneten Mittelwerte plus deren Maxima können sowohl die generelle Auslastung eines Netzes als auch die Spitzenbelastung sehr effizient abgebildet werden. Bei Ausfall von Komponenten wie beispielsweise einer Sicherung oder der sich anbahnenden Überlastung eines einzelnen Stranges ist das SGIM zusätzlich in der Lage, die entsprechende Meldung zu priorisieren. Trotz der vergleichsweise geringen LoRaWAN-Bandbreite wird auf diese Weise sichergestellt, dass kritische Zustandsinformationen schnellstmöglich weitergeleitet werden. Basierend auf einer standardisierten Funktionsbibliothek, können als kritisch erachtete Ereignisse individuell in der SGIM-Programmierung festgelegt werden.

Im Ergebnis erlaubt das digitale Monitoring von Straßenbeleuchtung per SGIM und LoRaWAN eine auf tatsächlichen Daten basierte, transparente und weit genauere Zielnetzplanung, als es angesichts zunehmender Lastschwankungen innerhalb von Ortsnetzen mit klassischen Mitteln überhaupt noch möglich wäre. Nicht zuletzt bietet die Modularität des SGIM-Systems von EMH auch den Vorteil einer einfachen Einbindung weiterer Ortsnetz-Applikationen, von E-Ladesäulen bis hin zu Smart-Building-Anwendungen.