16. Januar 2016

Intelligente Energienetze

Stromdaten sammeln, sichern, übertragen

Das intelligente Stromnetz, auch Smart Grid genannt, lässt sich näherungsweise als intelligentes, kommunikationsorientiertes, sicheres und flexibles Netzwerksystem definieren. Schon in naher Zukunft wird die Infrastruktur für Stromerzeugung, -übertragung und -verteilung einen deutlichen Wandel durchleben, hin zu einem wirklich intelligenten System, das für alle Beteiligten deutlich messbare Vorteile mit sich bringt. Darüber hinaus leisten solche intelligenten Energiesysteme künftig einen wichtigen Beitrag zur Reduzierung von Kohlendioxidemissionen und erleichtern die Einbindung erneuerbarer Energiequellen. Hierzu existieren verschiedene Komponenten intelligenter Energienetze, Systemanforderungen und Lösungen auf dem Markt.
In den vergangenen Jahren ist der Energiebedarf ständig gestiegen. Dieser immer noch wachsenden Nachfrage können Energieversorger künftig Rechnung tragen, indem sie intelligente Versorgungsnetze und eine intelligente Koordinierung der Energielasten auf den bestehenden Netzen realisieren. Einen wichtigen Bestandteil intelligenter Netze bilden intelligente Verbrauchszähler. Mit ihrer Hilfe können Energieversorger Verbrauchsdaten sammeln und abhängig von der aktuellen Auslastung ihres Netzes Kunden zu unterschiedlichen Zeiten unterschiedliche Tarife anbieten. Doch die Entwicklung intelligenter Verbrauchszähler bringt eine Vielzahl von Herausforderungen mit sich, wie die präzise Erfassung von Sensordaten oder eine zuverlässige Systemplattform für die Entwicklung und Unterstützung unterschiedlicher Typen von Zählersystemen, bspw. intelligente Ein-, Zwei- und Dreiphasenzähler, die obendrein die unterschiedlichen Normen verschiedener Länder einhalten müssen. Gleichzeitig gilt es, unterschiedliche Kommunikationsstandards und Sicherheitsanforderungen zu unterstützen wie hardwaregestützte Manipulationserkennung oder der Schutz des eigentlichen Zählers durch Anbringen von Neigungssensoren sowie der Schutz der Software durch sichere Flashspeicher oder Welmec-Konformität. Aber auch der Schutz der Kundendaten sowie Echtzeitfunktionalität für Zeit- und Kalenderdaten sind sicher zu stellen. Und das ganze System soll natürlich möglichst wenig kosten.

Mikrocontroller für verschiedene Einsatzszenarien

Hier setzen die 8- und 32-Bit Mikrocontroller-Lösungen von Freescale an. Die Mikrocontroller eignen sich für die Entwicklung unterschiedlicher intelligenter Stromzähler. Während die 8-Bit Mikrocontroller für die Implementierung kostengünstige Einphasen-Stromzähler zum Einsatz kommen, werden die 32-Bit ColdFire-basierten MCF51EM256- und die Kinetis-Mikrocontroller mit ARM Cortex- M4-Kern für moderne intelligente Einphasen- und Drehstromzähler herangezogen. Mit dem ColdFire-basierten Mikrocontroller verfügt man über eine hoch integrierte Lösung mit zwei Flashspeicher-Bänken und 16-Bit A/D-Wandlermodulen für die Realisierung von Einphasen- und Drehstromzählern. Die Kinetis-basierten Mikrocontroller wiederum bilden eine Plattform für die Entwicklung intelligenter und sicherer Stromzählerkonzepte. Die Kinetis-Familie zeichnet sich durch ihren hohen Integrationsgrad mit speziellen Funktionen für die Messdatenerfassung aus, u.a. durch 16-Bit A/D-Wandler mit Programmable Gain Amplifier (PGA), Echtzeituhr, Flashspeichergrößen von 32K bis zu 1MB und die Möglichkeit, Tasks separat von einander auszuführen und Speicher und Peripheriemodule so zu konfigurieren. So lässt sich schutzbedürftiger Code von nicht-schutzbedürftigem trennen. Gleich mehrere vorzertifizierte Stromzähler-Referenzdesigns stehen zur Verfügung, um für Ingenieure die Entwicklungszeiten zu reduzieren. Die Referenzdesigns liefert der Anbieter mit einer kompletten Materialliste, Gerber-Dateien, Schaltplänen und Source Code für die Messdatenerfassungsalgorithmen. Für die Entwicklung des Stromzähler-spezifischen Codes wurde das Freescale MQX RTOS herangezogen. Für Ingenieure vereinfacht sich damit die Aufgabe, Anwendungen mit einem 32-Bit Mikrocontroller zu entwickeln.

Zähler mit Sicherheits- und NFC-Funktionen

Die Sicherheit in der Messdatenerfassung ist heute ein vieldiskutiertes Thema. So stellte Freescale vor kurzem Referenzdesigns für sichere Zähler, Pre-paid-Zähler und Smart Metering-Systeme mit speziellen integrierten Sicherheits- und Near Field Communication (NFC)-Funktionen vor. Darüber hinaus sorgt die Integration eines Neigungssensors oder Magnetometers auf der Mikrocontroller-Platine für die physikalische Sicherheit des intelligenten Zählers. Anforderungen bezüglich Cybersicherheit und Datenschutz unterstützen Hardware-Kryptografiemodule für AES und DES/3DES sowie ein speziell geschützter Ablageort für die Schlüssel. Intelligente Stromzähler können Energieverbrauchsdaten zum Stromversorger übermitteln und über das intelligente Netz des Energieversorgers unterschiedliche Tarifinformationen empfangen. Solch ein Netzwerk außerhalb des Haushalts – auch NAN (Neighborhood Area Network) genannt – verbindet den Stromzähler in der Wohnung mit dem nächsten Datensammelpunkt. Dieser wird auch Datenkonzentrator oder Aggregator genannt. Freescale bietet für das NAN sowohl drahtgebundene – also über das Stromnetz verbundene – als auch drahtlose Kommunikationslösungen an. Da auf dem Gebiet der Standardisierung noch Unsicherheit vorherrscht, hat Freescale im Sinne einer maximalen Flexibilität die Multi-PHY/MAC Smart Energy Software-Strategie ins Leben gerufen. Das Elektronikunternehmen splittet bei dieser Methode die Kommunikation in einen skalierbaren Mikrocontroller und ein kostengünstiges Modem mit PHY/MAC auf.

Seiten: 1 2Auf einer Seite lesen

Ausgabe:
www.freescale.com/smartenergy

Das könnte Sie auch interessieren