Schnittstellen und Regelung für Direktvermarktung und Netzbetreiber

Ausgangslage

Mit dem Einstieg der erneuerbaren Energien in den Strommarkt entstand eine neue Anforderung an Anlagenbetreiber: Windparks, Solaranlagen und Blockheizkraftwerke müssen heute nicht nur produzieren, sondern auf Marktsignale und Netzzustände reagieren — sekundenschnell, nachvollziehbar und in einem regulierten Umfeld.

Auf Kundennachfrage wurde das Datenerfassungs-Gateway um genau diese Fähigkeit erweitert: einen sicheren, standardisierten Zugang für externe Marktteilnehmer und Netzbetreiber zu den Energieerzeugungsanlagen, kombiniert mit einer integrierten Regelungsschicht. Das Gateway wurde damit bidirektional: Es liefert Echtzeit-Messdaten an Direktvermarkter und Netzbetreiber und nimmt im Gegenzug deren Steuersignale entgegen. Über rund zehn Jahre habe ich die Regelalgorithmen sowie die Schnittstellen zu Direktvermarktern und Netzbetreibern entwickelt und verantwortet.

Herausforderung

Direktvermarktung und Netzbetrieb sind zwei unterschiedliche Welten mit eigenen Anforderungen, die in einem System zusammenkommen müssen:

• Direktvermarkter brauchen die Möglichkeit, Anlagen entsprechend des Strommarktpreises zu fahren — also Leistung gezielt anzuheben, abzuregeln oder Rampen zu fahren, wenn es der Markt verlangt.
• Übertragungs- und Verteilnetzbetreiber verlangen Zugriff für das Lastmanagement: Sollwertvorgaben für Wirk- und Blindleistung, Notfall-Eingriffe und Beiträge zur Netzstabilität.
• Beide Welten kommunizieren über klassische Energie-Industrieprotokolle, mit hohen Anforderungen an Verfügbarkeit, Determinismus und Nachvollziehbarkeit.
• Operativ muss das System sowohl in kompakten Hardware-Setups vor Ort als auch als vollintegrierte Software-Lösung im Daten-Gateway funktionieren.

Meine Verantwortung

Über rund zehn Jahre habe ich die Regelungsebene und die Markt-Schnittstellen dieses Produkts verantwortet:

• Implementierung der Regelalgorithmen für Wirk- und Blindleistungsregelung — als Open-Loop-Steuerung für marktseitig vorgegebene Sollwerte ebenso wie als Closed-Loop-Regelung für netzdienliche Aufgaben.
• Echtzeit-fähige Regelung mit 10 Hz: Das System berechnet zehnmal pro Sekunde neue Setpoints — die Voraussetzung für Beiträge zu Frequenz- und Spannungsstabilisierung sowie für kontrolliertes Hoch- und Herunterfahren über vorgegebene Rampen.
• Schnittstellen zu Direktvermarktern wie Next Kraftwerke, energy & meteo systems und Integrasun — sowohl für die Lieferung von Echtzeit-Messdaten als auch für die Entgegennahme marktseitiger Sollwertvorgaben.
• Schnittstellen zu deutschen Übertragungs- und Verteilnetzbetreibern, u.a. TenneT, Avacon, Bayernwerk, Mitnetz Strom und Wesernetz, sowie weiteren europäischen Netzbetreibern.
• Hardware- und Software-Varianten: Umsetzung sowohl als kompakte Hardware-Lösung auf Basis von Siemens LOGO und Wago-Ethernet-Controllern mit IO-Modulen als auch als reine Software-Lösung im integrierten Daten-Gateway, das Anlagen, Netzbetreiber und Direktvermarkter in einem System zusammenführt.

Architekturentscheidungen mit Geschäftswirkung

Integration in eine bestehende Plattform statt Insellösung

Die Regelungs- und Schnittstellenschicht ist nicht als eigenständiges Produkt entstanden, sondern als Erweiterung der bestehenden Datenerfassungs-Middleware. Diese Architekturentscheidung hatte direkte Geschäftswirkung: Bestandskunden konnten die neuen Funktionen ohne Parallelsystem nutzen, und das Gesamtsystem bot Direktvermarktern und Netzbetreibern einen einzigen, konsistenten Zugang zu allen angeschlossenen Anlagen — unabhängig von Hersteller und Anlagentyp.

Zwei Varianten für unterschiedliche Einsatzszenarien

Manche Standorte verlangen ein dezidiertes Steuergerät vor Ort, andere profitieren von einer voll integrierten Softwarelösung. Wir haben beides angeboten: eine kompakte Hardware-Variante (Siemens LOGO, Wago Ethernet-Controller und IO) für Vor-Ort-Anwendungen und eine vollständige Software-Variante, die alle Fähigkeiten des Daten-Gateways nutzt. Damit konnte der Vertrieb mit derselben technischen Basis sehr unterschiedliche Anwendungsfälle bedienen.

Auf der Siemens LOGO lief zusätzlich ein eigens entwickeltes Steuerungsprogramm, das die regulatorisch vorgegebene Vorrangschaltung zwischen Netzbetreiber und Direktvermarkter umsetzte: Bei gleichzeitig anliegenden Sollwertvorgaben hat das Steuersignal des Netzbetreibers Vorrang, die marktgetriebene Vorgabe des Direktvermarkters wird entsprechend übersteuert. Die aktuelle Einspeisung wurde dabei über S0-Impulsschnittstellen ermittelt. Damit deckte die Lösung auch Einsatzfälle ab, in denen klassische Automatisierungstechnik direkt am Anschlusspunkt benötigt wird — inklusive der korrekten Abbildung der gesetzlichen Eingriffshierarchie im deutschen Stromnetz.

Multi-Protokoll-Fähigkeit als Standard

Direktvermarkter und Netzbetreiber sprechen unterschiedliche Protokolle, mit länderspezifischen Eigenheiten. Die Schnittstellenschicht unterstützt IEC 60870-5-101/104, Modbus, OPC XML-DA, OPC UA und ICCP/TASE.2. Damit war das System anschlussfähig an praktisch jeden relevanten Marktteilnehmer und Netzbetreiber im deutschen und europäischen Strommarkt, ohne kundenspezifische Eigenentwicklungen je Anbindung.

Ergebnis

• Skalierung: Mehrere tausend Anlagen — Windkraft, Photovoltaik und Blockheizkraftwerke — nehmen über das System aktiv an der Direktvermarktung und an netzdienlichen Funktionen teil.
• Marktabdeckung: Anbindung an die führenden deutschen Direktvermarkter und an mehrere Übertragungs- und Verteilnetzbetreiber. Bei einzelnen Betreibern wird die Lösung als Standardwerkzeug eingesetzt.
• Geschäftswirkung: Das Produkt wurde auf Kundennachfrage entwickelt und hat seinerseits neue Kunden für die zugrundeliegende Datenerfassungs-Plattform gebracht — ein Beispiel dafür, wie eine fokussierte technische Erweiterung den gesamten Produktvertrieb stützen kann.
• Technische Reife: Sekundenkritische Closed-Loop-Regelung mit 10 Hz, multi-protokoll-fähig und in zwei Varianten für unterschiedliche Einsatzprofile lieferbar.

Eingesetzte Technologien

• Sprachen: C++
• Regelungstechnik: Open- und Closed-Loop für Wirk- und Blindleistung, 10-Hz-Setpoint-Berechnung, Rampensteuerung, Beiträge zu Frequenz- und Spannungsstabilisierung
• Protokolle: IEC 60870-5-101/104, Modbus, OPC XML-DA, OPC UA, ICCP/TASE.2
• Hardware-Plattform (kompakte Variante): Siemens LOGO, Wago Ethernet-Controller und IO-Module
• Marktakteure (Auswahl): Direktvermarkter (Next Kraftwerke, energy & meteo systems, Integrasun), Übertragungs- und Verteilnetzbetreiber (u.a. TenneT, Avacon, Bayernwerk, Mitnetz Strom, Wesernetz)

Worauf diese Erfahrung übertragbar ist

Diese Case Study zeigt ein Profil, das im Markt selten ist: tiefgehendes Verständnis sowohl für Regelungstechnik als auch für die organisatorischen und protokollarischen Realitäten des deutschen und europäischen Strommarktes — kombiniert mit der Fähigkeit, beides in produktfähige Software zu übersetzen, die im 24/7-Betrieb funktioniert.