Lastspitzen mit IF-THEN-Regeln auf einem Datenkonzentrator begrenzen

Viele Stromlieferverträge für Gewerbe- und Industriestandorte enthalten einen Leistungspreis, der sich nach dem höchsten Leistungsmittelwert im Abrechnungszeitraum richtet, oder eine vertraglich vereinbarte Leistung, die nicht überschritten werden soll. Die Spitze entsteht oft durch ein kurzes Zusammentreffen von Lasten, die auch ein paar Minuten hätten warten können, etwa Warmwasserbereiter, Lüftung oder Ladestationen für Elektrofahrzeuge. Lastspitzen zu begrenzen heißt, dieses Zusammentreffen rechtzeitig zu erkennen und einige dieser Lasten vorübergehend abzuschalten. Dieser Beitrag erklärt, wie der Leistungsmittelwert gemessen wird und wie Sie mit der IF-THEN-ELSE-Logik eines ICP DAS Datenkonzentrators einen gestuften Lastabwurf aufbauen, mit einem durchgerechneten Beispiel.

Leistungsmittelwert, Spitzenlast und Messperiode

Die Momentanleistung ändert sich von Sekunde zu Sekunde. Der Leistungsmittelwert ist die mittlere Leistung über eine feste Messperiode, häufig 15 Minuten; die genaue Periode und die Art der Abrechnung legen der Liefervertrag bzw. der Netzbetreiber fest. Die Spitzenlast ist der höchste dieser Mittelwerte im Abrechnungszeitraum. Für die Regelung sind zwei Folgen wichtig:

• Eine kurze Spitze zählt nur anteilig zu ihrer Dauer. Zusätzliche 100 kW über 3 Minuten erhöhen einen 15-Minuten-Mittelwert um 20 kW, nicht um 100 kW.
• Es bleibt Zeit zum Reagieren. Steuert der Verbrauch früh in der Periode auf eine Überschreitung zu, kann das Abschalten einiger Lasten für den Rest der Periode den Mittelwert unter der Grenze halten.

Lastabwurf verschiebt den Verbrauch vor allem zeitlich. Wählen Sie Lasten, die sich einige Minuten unterbrechen lassen, ohne den Prozess, die Produktqualität oder den Komfort zu beeinträchtigen.

Was der Datenkonzentrator bietet

Die Datenkonzentratoren der Serien PMC und PMD von ICP DAS verfügen über eine integrierte IF-THEN-ELSE-Logik für das Lastmanagement. Die Regeln werden ohne Programmierung auf Webseiten bearbeitet; laut Datenblatt sind Regeln, Timer und Zeitpläne unbegrenzt, dazu kommen interne Register (70 beim PMC-5231). Der Konzentrator liest die Energiezähler aus und steuert Geräte über Modbus-I/O-Module abhängig vom Leistungszustand – so wird der Lastabwurf umgesetzt. Alarme lassen sich per E-Mail versenden, bei den IIoT-Modellen zusätzlich per LINE oder Telegram.

Welche Werte als Regelbedingungen verfügbar sind und wie der Leistungsmittelwert berechnet wird, hängt von Modell und Firmware ab; prüfen Sie das Benutzerhandbuch, bevor Sie das Konzept festlegen.

Ausgänge zum Schalten der Lasten

• M-7000 RS-485-I/O-Module, zum Beispiel das M-7061 mit 12 Leistungsrelais (Form A, Schließer) für 5 A bei 250 VAC. Konfigurierbare Sicherheitswerte und ein doppelter Watchdog legen fest, wie sich jeder Ausgang bei Kommunikationsausfall verhält.
• XV-Board-Erweiterungskarten beim PMC-5231, PMC-2241M und PMC-2841M bzw. XW-Boards beim PMC-5151.
• Standard-Modbus-TCP- oder Modbus-RTU-Slave-Module, die die Konzentratoren ebenfalls ansprechen können.

Diese Relais schalten Schützspulen oder Freigabeeingänge, nicht die Last selbst. Die Verdrahtung in einer Unterverteilung gehört in die Hände einer Elektrofachkraft.

Lastabwurflogik zur Begrenzung von Lastspitzen

1. Gesamtleistung messen mit einem dreiphasigen Zähler an der Haupteinspeisung, zum Beispiel einem PM-3133-RCT mit Rogowski-Spulen für große Kabelquerschnitte.
2. Abwerfbare Lasten nach Priorität auflisten, jeweils mit Leistung, zulässiger Abschaltdauer und zulässiger Schalthäufigkeit.
3. Gestufte Schwellwerte festlegen: eine Warnschwelle, dann je Stufe einen Schwellwert. Die Last mit der niedrigsten Priorität wird zuerst abgeworfen.
4. Verzögerungen und Hysterese vorsehen. Erst abwerfen, wenn ein Schwellwert eine gewisse Zeit überschritten ist, und erst wieder zuschalten, wenn die Leistung deutlich darunter gefallen ist – sonst takten die Lasten um die Grenze herum.
5. Abschaltdauer begrenzen und in umgekehrter Reihenfolge zuschalten. Jede Last nach ihrer maximalen Abschaltdauer wieder freigeben und die zuletzt abgeworfene Last zuerst zuschalten.
6. Zeitpläne nutzen, um den Lastabwurf nur bei Bedarf zu aktivieren, und eine manuelle Übersteuerung vorsehen.
7. Fail-safe-Zustand definieren. Legen Sie fest, ob jede Last bei Ausfall des Konzentrators oder Busses laufen oder aus bleiben soll, und stellen Sie die Sicherheitswerte des Ausgangsmoduls entsprechend ein.

Praxisbeispiel

Ein Gebäude hat einen Zielwert für die maximale Bezugsleistung von 250 kW. Alle Angaben sind Beispielwerte; verwenden Sie Ihre eigenen Vertrags- und Lastdaten. Ein Zähler PM-3133-RCT500P an der Haupteinspeisung wird von einem PMC-5231 über RS-485 ausgelesen. Ein Relaismodul M-7061 an derselben RS-485-Leitung steuert Schütze oder Freigabeeingänge für drei abwerfbare Lasten.

Die Regeln in vereinfachter Form (die Webkonfiguration sieht anders aus):

• WENN Gesamt-kW > 225 für 60 s DANN E-Mail „Lastwarnung“ senden
• WENN Gesamt-kW > 235 für 60 s DANN Relais 1 AUS
• WENN Gesamt-kW > 245 für 60 s DANN Relais 2 AUS
• WENN Gesamt-kW > 250 für 30 s DANN Relais 3 AUS
• WENN Gesamt-kW < 190 für 5 min DANN zuletzt abgeschaltetes Relais wieder EIN
• WENN Relais n länger als seine max. Abschaltdauer AUS DANN Relais n EIN

Verzögerungen und Begrenzungen der Abschaltdauer lassen sich mit der Timerfunktion umsetzen. Die Verzögerung verhindert, dass Motoranläufe und andere kurze Spitzen, die einen 15-Minuten-Mittelwert kaum beeinflussen, einen Lastabwurf auslösen. Testen Sie die Regeln außerhalb der Arbeitszeit mit abgesenkten Schwellwerten und prüfen Sie anhand der aufgezeichneten Daten, ob jede Stufe wie vorgesehen abschaltet und wieder zuschaltet.

Passende ICP DAS Produkte

• Datenkonzentratoren: PMC-5231, PMC-5231M, PMC-2241M, PMC-2841M, PMC-5151-EN, PMD-2201-EN und PMD-4201-EN verfügen alle über die IF-THEN-ELSE-Logik für das Lastmanagement. Die PMD-Modelle bieten zusätzlich ein lokales Touchpanel.
• Zähler: die Serie PM-3133, der PM-3133-RCT für große Leiterquerschnitte und der PM-4324, wenn viele Abgänge in einer Verteilung liegen.
• Ausgänge: M-7000-Relaismodule wie das M-7061 oder XV-Board-Erweiterungen.
• Einzelzähler: Muss nur eine Einspeisung überwacht werden, zeigt der PM-5133 auf seinem 3,5"-Touchscreen einen 1-Stunden-Leistungsverlauf, warnt bei Erreichen der vertraglich vereinbarten Leistung und hat zwei Relaisausgänge, die über definierte Alarme ausgelöst werden. Für mehr Ausgänge oder gestufte Regeln setzen Sie einen Datenkonzentrator ein.

Senden Sie unserem technischen Vertrieb Ihre Leistungsgrenze, ein Lastprofil und eine Liste der unterbrechbaren Lasten – wir helfen Ihnen bei der Planung von Zählern, Datenkonzentrator und Ausgängen.