Performance Test. NES Lastgang Performance Test durchgeführt in Kaiserslautern, Deutschland

Transkript

1 Performance Test NES Lastgang Performance Test durchgeführt in Kaiserslautern, Deutschland

2 NES Lastgang Performance Test durchgeführt in Kaiserslautern Das Smart Grid ist die Zukunft der Energie Distribution, jeder scheint diese Meinung zu bestätigen. Obwohl Einigkeit darin besteht, in welche Richtung sich die Industrie entwickelt, sind immer noch wesentliche Fragen ungeklärt, wie zum Beispiel Welche Standards sollen genutzt werden?, Welche Technologie ist die beste? oder Welche der angebotenen Lösungen wird auch in 10 Jahren noch in meiner Infrastruktur funktionieren?. Diese Fragen verunsichern viele Energieversorgungsunternehmen und verzögern die Entscheidungsfindung. Mehrere konkurrierende Standards und Technologien auf dem Markt führen zu vielen Gerüchten bis hin zu falschen Aussagen über die Leistungsfähigkeit der verschiedenen Technologien. Eine der vielen Behauptungen, die über die Schmalband-Powerline-Systeme aufgestellt wird, ist, dass diese Systeme nicht die notwendige Bandbreite zur Verfügung stellen können, die seitens der Energiedienstleister benötigt werden, um von der vollen Funktionalität eines Smart Grid zu profitieren. Besonders wird infrage gestellt, ob die regelmäßige Abfrage der Lastgangdaten von jedem Endkunden, welche eine detaillierte Übersicht des Energieverbrauchs ermöglichen, zu Engpässen in der Schmalband-Powerline-Kommunikation führt, da hierfür detaillierte Daten von jedem Zähler zurück in das Enterprise-System transportiert werden müssen. Um diese Vermutungen und Behauptungen zu adressieren, haben Echelon und der VAR-Partner EVB Energy Solutions einen Performance Test bei der TWK Versorgungs-AG durchgeführt. Während der gesam- ten Testdurchführung zeigte das System eine sehr hohe Zuverlässigkeit und Effizienz der Kommunikation in anspruchsvollen Szenarien. ZIELSETZUNG Ziel der Studie war es, die Zuverlässigkeit und Geschwindigkeit der Powerline Kommunikation und des NES-Systems bei der Erfassung von Lastgangdaten in einer bereits bestehenden Installation unter anspruchsvollen Bedingungen zu messen. Normalerweise variiert die Anzahl der Zähler unter einem Transformator zwischen unter zehn bis zu mehreren Hundert Geräten. Um eine möglichst breite Testabdeckung zu gewährleisten, wurden drei verschiedene Niederspannungsnetzbereiche für diese Studie ausgewählt. Jede Netzsektion enthält eine relativ hohe Anzahl an Zählern unterhalb eines Datenkonzentrators, welche die Repeater-Funktionalität nutzen, um so das Netzwerk maximal zu belasten und das Testszenario möglichst schwer zu gestalten. 1. Szenario 1 Hohe Last: 188 Zähler unter einem Transformator. 2. Szenario 2 Sehr hohe Last: 303 Zähler unter einem Transformator. 3. Szenario 3 Extreme Last: 939 Zähler unter einem Transformator. Für jedes dieser Szenarien wurden folgende Testfälle geprüft: Testfall A: Jeder Zähler wurde konfiguriert, um den Lastgang auf zwei Kanälen (eingehende Wirkenergie, ausgehende Wirkenergie) in 15-Minuten- Intervallen aufzuzeichnen. Dies entspricht 192 Werten für jeden Zähler am Tag. Die Tests wurden in zwei aufeinanderfolgenden Wochen zwischen dem 14. und 27. Mai 2010 durchgeführt. Testfall B: Als zweiter Schritt wurden für das Szenario 1 und Szenario 2, zwei weitere Lastgang-Kanäle hinzugefügt. In dieser Konfiguration wurden die Kennwerte für eingehende Wirkenergie, ausgehende Wirkenergie, eingehende Blindenergie und ausgehende Blindenergie alle 15 Minuten aufgezeichnet. Dies entspricht 384 Werten für jeden Zähler am Tag. Diese Konfiguration wurde in drei aufeinanderfolgenden Wochen vom 29. Mai bis zum 19. Juni 2010 getestet. Aufgrund des aktuell laufenden Intelliekon-Projektes ( wurden die Zähler des dritten Netzabschnittes (Szenario 3) nicht umkonfiguriert, um keinen Einfluss auf dieses Projekt zu nehmen. Die selektierten Kennwerte wurden ausgewählt, da viele Energiedienstleister diese Merkmale als Schlüsselkennwerte in ihren Lastgangdaten in der Zukunft einsetzen wollen. WICHTIGE ERGEBNISSE Während des Tests zeigte das NES-System eine sehr hohe Zuverlässigkeit und einen schnellen Transfer der Lastgangdaten zu den Datenkonzentratoren und dem NES-Enterprise-System. Zusätzlich ließ sich feststellen, dass durch die Verdoppelung der Kanäle im Testfall B kein signifikanter Leistungsabfall feststellbar war. Von den beteiligten 1430 Zählern lieferten täglich durchschnittlich 1418 Zähler erfolgreich die angeforderten Daten. Dies entspricht einer Erfolgsrate von %. Bezug nehmend auf die Verteilung der Signalqualität ist dies ein hervorragendes Resultat, da viele Zähler mit einem nur schwachen Signal arbeiteten.

3 HINTERGRUND Lastgangdaten zu erfassen ist eine optionale Funktionalität der Echelon-Zähler, welche es ermöglicht, den Energieverbrauch der Kunden wesentlich detaillierter zu erfassen, als es bisher möglich war. Diese Daten können zum Vorteil der Endkunden wie auch der Netzbetreiber und Energieerzeuger genutzt werden. Für Endkunden ermöglichen diese Daten, ihren Energieverbrauch über den Tag hinweg zu beobachten, Spitzenlasten zu erkennen und Geräte mit ungewöhnlich hohem Energiebedarf zu identifizieren. Dies könnte ein besseres Bewusstsein ihres Energieverbrauchs fördern und es so ermöglichen, dass sie insgesamt weniger Energie verbrauchen sowie helfen, den Einsatz von Geräten mit hoher Lastaufnahme zeitlich zu verschieben. Zusammenfassend könnte dies die Gesamtkosten für den Endkunden reduzieren. Für die Energiedienstleister bieten diese Daten wesentliche Kennzahlen, um das Nutzungsverhalten der Kunden zu analysieren und daraus Nutzungsmodelle zu erstellen. Diese Modelle können zum Beispiel dazu genutzt werden, gestaffelte Tarife auszuarbeiten, welche die Kostenverteilung über den Tag widerspiegeln und somit zu einer stabileren Auslastungskurve führen könnten.eine verbesserte Voraussage des Energieverbrauchs reduziert die Kosten für die Endkunden und die Energiedienstleister, da es vermieden werden kann, Energie am Spotmarkt nachzukaufen. Experten schätzen, dass 2 % der Spitzenlast eines Energieversorgers ca. 20 % der Kosten verursachen. Weiterhin wird es durch die genaueren Analysen ermöglicht, mehr Energie in modernen, saubereren und effizienteren Kraftwerken zu erzeugen, was sich letztlich positiv auf die Umwelt auswirkt. TECHNISCHE GRUNDLAGEN Lastgangdaten sind eine Menge an Messwerten, die der Zähler in regelmäßigen Intervallen protokolliert, zum Beispiel die Register, welche die eingehende und ausgehende Wirkenergie registrieren. Diese Daten werden regelmäßig von dem Datenkonzentrator eingesammelt und an das NES- System zur weiteren Verarbeitung weitergereicht. Das Echelon-NES-System enthält den Continuous Delta Load Profile -Mechanismus, der alle nicht bereits gelesenen Werte von einem Zähler einsammelt. Obwohl es möglich ist, das NES- System so zu konfigurieren, dass die Zählerdaten inkrementell über den Tag verteilt gesammelt werden, wurden für diesen Test alle Daten zur selben Zeit einmal am Tag abgerufen, um möglichst viel Last auf dem Powerline-Netzwerk und dem NES-System zu verursachen. Im Allgemeinen ist es ratsam, die Daten verteilt über den Tag zu sammeln. Dies reduziert die Last auf dem Netzwerk und es wird weniger Rechenleistung für das Auswerten der Daten im NES-System benötigt. DIE ERGEBNISSE IM DETAIL In diesem Abschnitt werden die Ergebnisse jedes Tages grafisch ausgewertet. Die X-Achse markiert das Datum, während die Y-Achse die Anzahl der Zähler erfasst, die an diesem Tag erfolgreich ausgelesen werden konnten. Die verschiedenen Farben stellen dar, wie lange es gedauert hat, die Daten von den jeweiligen Zählern abzuholen, nachdem die Daten vorlagen. Alle der folgenden Grafiken haben ein gemeinsames Farbschema; Grün steht für gute bis hervorragende Ergebnisse, Gelb für durchschnittliche Ergebnisse und Grau für unterdurchschnittliche Ergebnisse. *Während der letzten Tage im Mai und der ersten Tage im Juni führten Probleme mit der Hardware im Rechenzentrum des Energiedienstleisters zu Einbrüchen in der Datenübertragung. Nachdem das Problem im Rechenzentrum identifiziert und behoben wurde, entsprach die Systemleistung wieder den erwarteten Parametern. In dem Graphen für Szenario 3 wurden die besagten Tage entfernt, allerdings können die Rohdaten zur Verfügung gestellt werden.

4 Szenario 1/ Anzahl der Zähler: 188 Hop count Verteilung Der Hop count beschreibt, wie viele Repeater -Schritte benötigt wurden, um von dem Datenkonzentrator den jeweiligen Zähler zu erreichen. EINS ZWEI DREI VIER FÜNF SECHS SIEBEN ACHT Signal Margin Verteilung Die Signal Margin ist definiert als Margin [db re3.5vpp] = Signalstärke [db re3.5vpp] Störungen [db re3.5vpp] 9 db. Eine Margin von 0 db sollte zu ~5 % Paketfehlern führen. -6 db -3 db 3 db 6 db 9 db 12 db 15 db 18 db 21 db 24 db 27 db 30 db 33 db 36 db 39 db Histogramm für Szenario 1: Verteilung der empfangenen Lastgangdaten Testfall A: Lastgang-Verteilung (188 Zähler) Testfall B: Lastgangverteilung (188 Zähler)

5 Szenario 2/ Anzahl der Zähler: 303 Hop count Verteilung Der Hop count beschreibt, wie viele Repeater -Schritte benötigt wurden, um von dem Datenkonzentrator den jeweiligen Zähler zu erreichen. EINS ZWEI DREI VIER FÜNF Signal Margin Verteilung Die Signal Margin ist definiert als Margin [db re3.5vpp] = Signalstärke [db re3.5vpp] Störungen [db re3.5vpp] 9 db. Eine Margin von 0 db sollte zu ~5 % Paketfehlern führen. -3 db 0 db 3 db 6 db 9 db 12 db 15 db 18 db 21 db 24 db 27 db 30 db 33 db 36 db 39 db Histogramm for Szenario 2: Verteilung der Lastgangdaten Testfall A: Lastgangverteilung (303 Zähler) Testfall B: Lastgangverteilung (303 Zähler)

6 Szenario 3/ Anzahl der Zähler: 939 Hop count Verteilung Der Hop count beschreibt, wie viele Repeater -Schritte benötigt wurden, um von dem Datenkonzentrator den jeweiligen Zähler zu erreichen. ONE TWO THREE FOUR FIVE SIX SEVEN Signal Margin Verteilung Die Signal Margin ist definiert als Margin [db re3.5vpp] = Signalstärke [db re3.5vpp] Störungen [db re3.5vpp] 9 db. Eine Margin von 0 db sollte zu ~5 % Paketfehlern führen. NO AGENT -6 db -3 db 0 db 3 db 6 db 9 db 12 db 15 db 18 db 21 db 24 db 27 db 30 db 33 db 36 db 39 db Histogramm for Szenario 3: Verteilung der Lastgangdaten Testfall A: Lastgangverteilung (939 Zähler) Testfall B: Lastgangverteilung (939 Zähler)

7 NES Lastgang Performance Test - durchgeführt in Kaiserslautern ECHELON CORPORATION Die Echelon Corporation ist weltweit führend in der Umwandlung der bestehenden elektrischen Netze in intelligent kommunizierende Netzwerke, die Energiedienstleister und ihre Endkunden verbindet. Diese Technologie ermöglicht die Vernetzung von elektrischen Alltagsgeräten in den Häusern mit dem Energienetz, die so auf die Eigenschaften im Netz reagieren können. Die Netzbetreiber tauschen die bestehenden elektrischen Stromzähler gegen Smart Meter, um so die Zähler in eine offene, kostengünstige und zuverlässige Netzwerkinfrastruktur zu integrieren, die sich bereits in vielen Projekten bewährt hat. Das Echelon-NES-System ist die zentrale Komponente dieses Netzwerkes, dem Smart Grid. So hilft das NES-System den Energiedienstleistern im Wettbewerb mit konkurrierenden Unternehmen, indem Betriebskosten gesenkt werden, zusätzliche neuartige Dienstleistungen angeboten werden können und auch die Endkunden hiervon profitieren. Endkunden können den Energieverbrauch detailliert überwachen, um letztlich Energie einzusparen. EVB ENERGY SOLUTIONS Die EVB Energy Solutions GmbH realisiert weltweit Smart-Metering-Lösungen für Energieversorger und Netzbetreiber in den relevanten Sparten Strom, Wasser, Gas und thermische Energie. Das erste technologieunabhängige Systemhaus Deutschlands ist 2010 aus dem Zusammenschluss der EVB Energie AG und DIEHL Energy Solutions hervorgegangen. Als Full-Service-Anbieter bietet EVB Energy Solutions eine durchgängige Prozesskette vom Zähler bis zur Abrechnung. Durch den Einsatz von Smart-Metering-Systemen und einem breiten Spektrum an Dienstleistungen werden die Prozesse bei Energieversorgungsunternehmen optimiert und neue Vertriebsprodukte entwickelt. Die EVB Energy Solutions schafft die erforderliche Basis für einen wirtschaftlichen Betrieb und stellt somit die Weichen für Home Automation, Smart Grid und E-Mobility. TWK KAISERSLAUTERN TWK - modern und traditionsbewusst: Die TWK Versorgungs-AG wurde 1992 gegründet und gehört zur TWK Technische Werke Kaiserslautern GmbH. Diese ging 1991 aus den Stadtwerken hervor und ist zu einhundert Prozent im Besitz der Stadt Kaiserslautern. Die TWK Versorgungs-AG versorgt Kunden in Kaiserslautern und der Region mit Wasser, Strom und Fernwärme. Aktiver Umweltschutz steht dabei für uns an oberster Stelle. Effizient erzeugen wir mit innovativer Technik Energie. Verantwortungsvoll gehen wir mit den eingesetzten Ressourcen um.

8 METERUS Performance Test TWK Rel B DE EVB Energy Solutions GmbH Bernsaustr. 7/ Velbert Germany Tel.: Fax: info@evb.net