Ein intelligenter Zähler ist ein elektronisches Gerät, das Informationen wie den Stromverbrauch, die Spannung, den Strom und den Leistungsfaktor aufzeichnet. Intelligente Zähler senden Informationen an die Teilnehmer, um mehr Klarheit über das Verbrauchsverhalten zu schaffen, und an die Stromversorger, um das System zu überwachen und Rechnungen auszustellen. Intelligente Zähler zeichnen die Energie in der Regel nahezu in Echtzeit auf und melden sich regelmäßig in programmierbaren Intervallen über den Tag verteilt. Intelligente Zähler ermöglichen eine bidirektionale Kommunikation zwischen dem Zähler und dem zentralen System. Eine solche fortschrittliche Messinfrastruktur (Advanced Metering Infrastructure, AMI) unterscheidet sich von einem automatischen Zählerablesesystem (Automatic Meter Reading, AMR) dadurch, dass sie eine Zwei-Wege-Kommunikation zwischen dem Zähler und dem Lieferanten ermöglicht (Systeme, die nur zur Zählerablesung fähig sind, sind keine AMI). Die Kommunikation zwischen dem Zähler und dem Netz kann drahtlos oder über festverdrahtete Verbindungen wie PLC erfolgen. Übliche drahtlose Kommunikation wie:

• GPRS (zelluläre Verbindung)
• Wi-Fi (ohne weiteres verfügbar)
• Drahtlose Ad-hoc-Netze über Wi-Fi
• Drahtlose Maschennetze
• LoRa (Langstreckenfunk mit niedriger Leistung)
• Wize (Hohe Funkdurchdringung, offen, mit 169 MHz Frequenz)
• Zigbee (geringer Stromverbrauch mit niedriger Datenrate)
• Wi-SUN (Intelligente Versorgungsnetze)

Der Begriff „intelligenter Zähler“ bezieht sich häufig auf einen Stromzähler, kann aber auch einen Zähler in anderen Branchen bezeichnen, z. B. einen Wasserzähler, einen Gaszähler oder einen Fernwärmezähler.

Schätzungen zufolge wird die Zahl der weltweit installierten intelligenten Strom-, Wasser- und Gaszähler bis Ende 2024 mehr als 1,2 Milliarden erreichen.

Konnektivitätstechnologie

Intelligente Zähler können Teil eines intelligenten Stromnetzes sein, aber sie allein machen noch kein intelligentes Stromnetz aus.

Die Kommunikation ist eine entscheidende technologische Voraussetzung für intelligente Zähler. Jeder Zähler muss in der Lage sein, die erfassten Daten zuverlässig und sicher an eine zentrale Stelle zu übertragen. Zu den vorgeschlagenen Lösungen gehören: Nutzung von Mobilfunknetzen (GPRS), Pager, Satellit, Funk und Stromnetzanschluss. Nicht nur das für die Kommunikation verwendete Medium, sondern auch die Art des verwendeten Netzes ist sehr wichtig. So gibt es feste drahtlose Netze, drahtlose Maschennetze und drahtlose Ad-hoc-Netze. Gebiete mit begrenzter Ausstattung wie Dörfer, schwer zugängliche Orte wie Bergregionen und Gebiete, die nicht von Mobilfunk- und Internetanbietern versorgt werden, haben ganz andere Kommunikationsprobleme als städtische Einrichtungen.

Zusätzlich zur Verbindung mit dem Head-End-Netzwerk müssen intelligente Zähler möglicherweise Teil eines lokalen Netzwerks sein, das ein internes Display und einen Hub zur Verbindung eines oder mehrerer Zähler mit dem Head-End umfassen kann. Die Netzwerktechnologien variieren von Land zu Land, umfassen aber Powerline-Kommunikation, drahtlose Ad-hoc-Netzwerke und Zigbee.

Protokolle

ANSI C12.18 ist eine ANSI-Norm, die ein Protokoll für die Zwei-Wege-Kommunikation mit einem Messgerät beschreibt und hauptsächlich in Nordamerika verwendet wird. Die Norm C12.18 wurde speziell für die Zählerkommunikation über einen optischen ANSI-Typ-2-Anschluss geschrieben und legt die Einzelheiten des Low-Level-Protokolls fest. ANSI C12.19 spezifiziert die zu verwendenden Datentabellen. ANSI C12.21 ist eine Erweiterung von C12.18, die eher für die Modem- als für die optische Kommunikation geschrieben wurde und daher besser für die automatische Zählerablesung geeignet ist. ANSI C12.22 ist ein Kommunikationsprotokoll für die Fernkommunikation.

IEC61107 ist ein von der IEC veröffentlichtes Kommunikationsprotokoll für intelligente Zähler, das in der Europäischen Union für Elektrizitätszähler verwendet wird. Das Protokoll IEC62056 wurde eingeführt, um es zu ersetzen, aber es wird aufgrund seiner Einfachheit und Akzeptanz immer noch häufig verwendet. Dieses Protokoll sendet ASCII-Daten über die serielle Schnittstelle. IEC61107 ist mit dem FLAG-Protokoll verwandt und wird manchmal fälschlicherweise mit diesem verwechselt.

Das Open Smart Grid Protocol (OSGP) wird vom Europäischen Institut für Telekommunikationsnormen (ETSI) veröffentlicht und in Verbindung mit der ISO/IEC14908-Steuernetznorm für intelligente Zähler und intelligente Netzanwendungen verwendet. Bislang wurden weltweit Millionen von intelligenten Zählern auf der Grundlage von OSGP eingesetzt. Im Juli 2015 kündigte das OSGP-Konsortium die Veröffentlichung eines neuen Sicherheitsprotokolls (OSGP-AES-128-PSK) an, das das ursprüngliche Sicherheitsprotokoll OSGP-RC4-PSK, das sich als anfällig erwiesen hatte, überflüssig machte.

Es gibt einen zunehmenden Trend zur Verwendung der TCP/IP-Technologie als gemeinsame Kommunikationsplattform für intelligente Zähleranwendungen, so dass Versorgungsunternehmen mehrere Kommunikationssysteme einsetzen können, während sie die IP-Technologie als gemeinsame Verwaltungsplattform nutzen. Eine universelle Zählerschnittstelle ermöglicht die Entwicklung und Massenproduktion von intelligenten Zählern und Smart-Grid-Geräten, bevor Kommunikationsstandards festgelegt sind, und die entsprechenden Kommunikationsmodule können dann leicht hinzugefügt oder geändert werden. Dadurch verringert sich das Risiko, in den falschen Standard zu investieren, und ein einziges Produkt kann weltweit eingesetzt werden, auch wenn die regionalen Kommunikationsstandards unterschiedlich sind.

Verwaltung der Daten

Eine weitere kritische Technologie für intelligente Zählersysteme ist die Unternehmens-IT, die intelligente Zählernetze mit Versorgungsanwendungen wie Abrechnung und CIS integriert. Dazu gehört auch das Zählerdatenmanagementsystem.

Zählerdatenmanagement (MDM) bezieht sich auf Software, die die Datenspeicherung und -verwaltung für große Datenmengen übernimmt, die von intelligenten Messsystemen geliefert werden. Diese Daten bestehen hauptsächlich aus Nutzungsdaten und Ereignissen, die von Servern importiert werden, die Datensätze in Advanced Metering Infrastructure (AMI) oder Automatic Meter Reading (AMR) Systemen verwalten. MDM kann auch die Analyse von Zählerdaten umfassen, die von intelligenten Stromzählern gesendet werden, die den Stromverbrauch aufzeichnen.

Erweiterte Messinfrastruktur (AMI)

Advanced Metering Infrastructure (AMI) bezieht sich auf Systeme, die den Energieverbrauch messen, sammeln und analysieren und mit Messgeräten wie Stromzählern, Gaszählern, Wärmezählern und Wasserzählern, je nach Wunsch oder Programm, kommunizieren. Zu diesen Systemen gehören Hardware, Software, Kommunikation, Anzeigen, Verbraucher-Energiesteuerungen, kundenbezogene Systeme, Zählerdatenverwaltungssoftware und Geschäftssysteme der Versorger.

Regierungsbehörden und Versorgungsunternehmen setzen im Rahmen größerer „Smart Grid“-Initiativen auf Advanced Metering Infrastructure (AMI) Systeme. AMI ermöglicht die Übermittlung von Befehlen an den Teilnehmerzähler zu verschiedenen Zwecken, z. B. zur zeitabhängigen Preisgestaltung, zur Reaktion auf die Nachfrage oder zur Fernunterbrechung des Dienstes.

Das Netz zwischen den Messgeräten und den Geschäftssystemen ermöglicht die Sammlung und Weitergabe von Informationen an Kunden, Lieferanten, Versorgungsunternehmen und Dienstleister. Anhand der vom System bereitgestellten Informationen können die Verbraucher ihr normales Verbrauchsverhalten ändern, um von niedrigeren Preisen zu profitieren. Energieversorgungsunternehmen können die Preisgestaltung auch dazu nutzen, den Anstieg des Spitzenverbrauchs einzudämmen.