Messdatenübertragung: Setzen Sie nicht auf die falschen Standards

Untersuchung der Rolle der derzeitigen Interoperabilitätsstandards und Hinterfragung, ob diese wirklich interoperabel sind. Untersuchung von PRIME, G3-PLC und OSGP und Feststellung, ob die Interoperabilität wirklich über das gesamte System oder nur innerhalb einiger Referenzschichten des gesamten Kommunikationsmodells gegeben ist.

Wachsende Smart-E-Meter-Projekte: Hype vs. Realität

Die Zahl der Pilotprojekte mit intelligenten E-Zählern, bei denen die doppelseitige Kommunikation erfolgreich eingesetzt wurde, nimmt weiter zu. Diese zunehmenden Referenzinformationen ermöglichen es uns, sowohl einzelne Technologien als auch die Anforderungen für komplexere Lösungen zu bewerten. Es besteht kein Zweifel daran, dass viele schöne Papier- oder elektronische Präsentationen erstellt wurden, in denen die Ergebnisse dieser Projekte beschrieben wurden.

Den Kunden und Endnutzern (Versorgungsunternehmen) wird eingeredet, dass es nicht notwendig sei, etwas Neues zu entwickeln, da die Lösung bereits vorhanden sei und alles perfekt funktioniere. In der Tat ist es schwierig, die tatsächlichen Ergebnisse realisierter Projekte zu erhalten, und deshalb ist es auch schwierig, sie vernünftig und nachweisbar zu bewerten.

Versorgungssektor unvorbereitet auf Smart Metering

Zunächst stößt man auf die Feststellung, dass die technische Bereitschaft der Verteilernetzbetreiber gleich Null oder (im besseren Fall) sehr gering ist. Die Wahrheit ist, dass die Entwicklung in der Energiewirtschaft sehr langsam und traditionell sehr konservativ verlief. Die Möglichkeiten, die die automatische Zählerablesung bot, wurden von den Technikern der Versorgungsunternehmen anfangs skeptisch aufgenommen.

Heute könnte man sagen, dass der technische Fortschritt sie völlig unvorbereitet getroffen hat, sowohl in technischer Hinsicht als auch in Bezug auf die Bereitschaft, sich für eine der angebotenen Lösungen zu entscheiden. Politische Entscheidungen, die moderne Geräte mit all ihren Vor- und Nachteilen in die Haushalte brachten, sowie die Forderung nach der Einführung intelligenter Stromzähler (mit neuen Kommunikationstechnologien), um die Energiebilanz zu verbessern, wurden von den Energietechnikern als echter Schock empfunden.

Offenbar gibt es im Energiesektor keine Experten, die die technischen Möglichkeiten wirklich verstehen und sinnvolle Lösungen vorschlagen könnten. Im besseren Fall wurden erst Expertenteams gebildet.

Manager mit mangelnden technischen Kenntnissen begannen, ein Wort zu verwenden, das für sie zum Mantra wurde – „Interoperabilität“. Sie argumentierten mit einem anderen Sektor (in diesem Fall der Telekommunikation), in dem Normen klar definiert sind und Interoperabilität zu niedrigeren Preisen und Herstellerunabhängigkeit führt. Sie berücksichtigen jedoch nicht, was der Standardisierung im Telekommunikationssektor vorausging.

Ein fehlgeleiteter Ansatz für Standards

Am Anfang stand eine proprietäre Lösung, die zunächst technisch abgestimmt und anschließend als stabile Lösung auf den Markt gebracht wurde. Der Wettbewerb der einzelnen Lösungen ging der endgültigen Auswahl der besten Lösung voraus. Außerdem löst der Standard in der Telekommunikation alles in allen Schichten des Kommunikationsmodells ISO/OSI. Die Hersteller haben völlig klare Anweisungen und die Kunden haben genau beschriebene Verfahren, um zu überprüfen, ob die Lösung wie angegeben geliefert wurde.

Im Energiesektor ist nichts dergleichen geschehen. Wir sind nur Zeugen der bemerkenswerten Medienmitteilungen einiger Chipsatzhersteller. Nur zur Klarstellung: Von einer interoperablen Lösung kann nur unter der Voraussetzung gesprochen werden, dass die einzelnen Aktivitäten in den einzelnen Schichten des ISO/OSI-Modells genau beschrieben werden. Es ist zu wenig, sie durch eine Norm zu beschreiben, die nur Grenzwertempfehlungen gibt oder den Datenaustausch in der obersten Schicht (d.h. der siebten Anwendung) beschreibt. Leider reicht eine solche definierte „Norm“ für eine vollständige Interoperabilität nicht aus; sie ist nur eine halbwegs brauchbare Lösung.

Was ist falsch an den Standards?

Heutzutage werden drei so genannte „standardisierte“ Lösungen gefordert (eher angeboten), die nach Angaben der Hersteller interoperabel sein sollen. Diese sind: PRIME, G3-PLC, und OSGP. Die ersten beiden Lösungen basieren auf der modernen Modulation OFDM und versprechen hohe Übertragungsraten. Doch halt, die Begeisterung legt sich sofort, wenn man erfährt, dass auf der Anwendungsschicht das DLMS-Protokoll zum Einsatz kommt, was der gleiche Unsinn ist, wie wenn ein Formel-1-Ferrari einen 30-Tonnen-Sattelzug zieht.

PRIME

Das Datagramm wird auf alle Unterträger verteilt. Wenn ein paar von ihnen fehlen, wird das gesamte Datagramm nicht zugestellt, und alles muss wiederholt werden. Wenn Sie die höchste Modulationsrate einstellen, ist der Prozessor nicht in der Lage, Fehler zu reparieren (FEC-Korrektor ist ausgeschaltet), was zu sehr niedrigen Übertragungsraten und allgemeiner Unzuverlässigkeit führt.

G3-PLC

Die geringere Anzahl von Unterträgern führt zu einem etwas stabileren System, aber die proklamierte Kommunikationsrate ist (wenn man die Unterlagen des Herstellers aufmerksam liest) im Frequenzband 10 – 500 kHz garantiert. Im CENELEC-Band (10 – 150 kHz) erreicht die Übertragungsrate nur 4,5 kB/s! Wenn man dann noch die Anforderungen für DLMS hinzufügt, stellt selbst der Dilettant fest, dass dies nicht der richtige Weg ist. Eines der G3-SPS-Projekte zeigt eine endgültige Kommunikationsrate von 2,5 B/s (dies ist kein Tippfehler).

OSGP

Diese Lösung weist überhaupt keine hohe Kommunikationsrate auf. Sie ist sehr stabil und die Zahl der installierten E-Zähler ist wirklich beeindruckend. Hier enden jedoch die positiven Aspekte. Die Anwendungsschicht enthält das interoperable OSGP-Protokoll (und Sie erhalten alle mögliche Unterstützung dafür), aber wenn Sie kommunizieren wollen, gibt es keine andere Möglichkeit als den Kauf eines Chipsets vom einzigen Hersteller der Welt.

Alle Informationen, die für die Kommunikationsunterstützung erforderlich sind, sind nicht öffentlich, und einige von ihnen sind durch Patente geschützt. Wenn die Anforderungen des Kunden auf der einen Seite und das Angebot des Herstellers auf der anderen Seite übereinstimmen, ist alles in Ordnung. Wenn nicht, ist es Pech für Sie.

Zusammenfassung

Zusammenfassend können wir die folgende (nicht sehr ermutigende) Schlussfolgerung ziehen: Alle interoperablen Systeme basieren auf einem einzigen Chipsatzhersteller. Der Anschein einer größeren Anzahl von Herstellern ist nur deshalb illusorisch, weil alternative Lösungen auf demselben Signalprozessor basieren (preislich nicht wettbewerbsfähig).

Darüber hinaus sind diese Systeme als AMM-Systeme konzipiert und nicht in der Lage, die neuen Anforderungen von Smart Grid (Dezentralisierung der Steuerung, Gewährleistung der Reaktionszeit, signifikante Unterstützung von Multi-Utility-Lösungen usw.) zu integrieren. Es ist daher notwendig, zum Anfang zurückzukehren und eine Lösung vorzuschlagen, die der Technik entspricht.

Binäre Daten und die Notwendigkeit von Effizienz

Schalten wir das Licht für die Tiefe des gesamten Problems ein und werfen wir einen Blick auf die folgende kleine Analyse: Auf E-Meter-Ebene werden die gemessenen Daten in der Registrierung gespeichert, die im Binärsystem vorhanden ist. Zur Veranschaulichung: Die Zahl 999.999.999 (es gibt keine höhere Zahl im E-Meter) kann durch 4 Bytes (d.h. 32 Bits) dargestellt werden.

Code-System	Anzahl der für die Darstellung erforderlichen Bytes
Binäres System	4
ASCII-Code	9
UNICODE	18
Wide UNICODE	36

Wenn wir diese Zahl in älterem System-ASCII sehen wollen, brauchen wir mehr als doppelt so viel Platz. Wenn wir breite UNICODE-Zeichen verwenden, erhöht sich die Anzahl der Bytes um das Zehnfache. Der Laie mag sagen, das sei unbedeutend, aber wir müssen bedenken, dass die Daten im seriellen Modus Bit für Bit übertragen werden!

In der Vergangenheit war es notwendig, die Werte zu ordnen, damit die Stromverteiler sich gegenseitig verstehen konnten. Aus diesem Grund wurden OBIS-Codes und das COSEM-System vorgeschlagen. Der Adressraum des OBIS-Codes hat eine ähnliche Struktur wie eine Internetadresse, er ist auf 6 Bytes definiert, was einen Adressraum von 248 ergibt (Zahl 281.474.976.710.656). Allerdings müssen Sie maximal 100 Register vom E-Zähler empfangen!

Der Weg in die Zukunft für intelligente Netze

Es ist klar, dass der strukturierte Ansatz, der bei COSEM und OBIS definiert wurde, sehr transparent ist, und auf dem Papier sieht er wirklich gut aus. Wenn ein solches System von Großverbrauchern vorgeschlagen und genutzt wird, bei denen die Kosten für den Bau und den Betrieb von Kommunikationskanälen vernachlässigbar sind, gibt es keinen Grund, es zu streichen. In einer Situation, in der Millionen von Orten versorgt werden müssen und es (aus Kostengründen oder aus technischen Gründen) keine Möglichkeit gibt, Hochgeschwindigkeitsverbindungen zu nutzen, kann man jedoch nicht so tun, als ob es auf diese Weise gut gehen würde.

Wir müssen Anforderungen definieren, die den Bedürfnissen der Energieversorgungsunternehmen entsprechen, die Anforderungen an die Cybersicherheit betonen, den Endkunden einbeziehen und (last but not least) die Eigenschaften des Übertragungskanals akzeptieren. Die goldene Regel besagt, dass das System so stark ist wie sein schwächstes Glied. Und da intelligente Netze alle Stromversorgungsgeräte umfassen, könnte eine ähnliche Analyse auch für die Steuerung von Verteilernetzsystemen verwendet werden.

Möchten Sie unsere Metering Communication-Lösungen kennenlernen?