Dieser VDE-FNN-Hinweis erläutert detailliert die Steuerung über Relais- und Digitalschnittstellen, wobei besonderes Augenmerk auf die Priorisierung von Steuerbefehlen gemäß IEC 61850 und das einheitliche Grundsteuerungskonzept gelegt wird. Neben den prozessualen Abläufen von der Bestellung via elektronischem Lieferschein bis zur Inbetriebnahme werden praxisnahe Anwendungsbeispiele für PV-Anlagen und Wallboxen aufgezeigt. Ziel des VDE-FNN-Hinweises ist es, Netzbetreibern und Installateuren eine standardisierte Grundlage für ein sicheres Engpassmanagement und die netzdienliche Integration von Erzeugern und Verbrauchern zu bieten.
Wesentliche Komponenten für steuerbare Einrichtungen
Das intelligente Messsystem (iMSys) bildet die digitale Gesamtinfrastruktur für die Energiewende und besteht im Wesentlichen aus einer modernen Messeinrichtung und einem Smart-Meter-Gateway (SMGW). Das SMGW fungiert dabei als die zentrale Kommunikationseinheit, welche Messdaten sicher verarbeitet und über definierte Schnittstellen (WAN, LMN, HAN) die Verbindung nach außen und innen herstellt (Bild 1). Die Steuerbox (STB) ist eine Hardwarekomponente, die über eine logisch und physisch zugeordnete CLS-Schnittstelle (Controllable Local System) an das SMGW angebunden wird (Bilder 2 und 3).
Steuerbare Verbrauchseinrichtungen (SteuVE) und Erzeugungsanlagen (EZA)
Der Parametrierungsbedarf für steuerbare Einrichtungen, zu denen wir in diesem Kontext steuerbare Verbrauchseinrichtungen (SteuVE) und Erzeugungsanlagen (EZA) zählen, unterscheidet sich inhaltlich durch deren technische Anforderungen und die jeweilige gesetzliche Grundlage (§ 14a EnWG für SteuVE bzw. § 9 EEG für EZA). Der Parametrierungsbedarf an sich vollzieht sich aber nach demselben zweistufigen Prozess. Die Parametrierung erfolgt in zwei zeitlich und inhaltlich getrennten Phasen.
Zweistufiger Parametrierungsprozess
Da zum Zeitpunkt der Gerätebestellung die spezifischen Anlagendaten oft noch nicht feststehen, wird die Parametrierung aufgeteilt:
Initialer Parametersatz (Bestellung): Über den elektronischen Bestellschein (eBS) und eine Sollmerkmalsliste (SML) werden grundlegende Kommunikationsparameter (IP-Adressen, HAN-Szenario, EMT-Zieladresse) und Default-Werte für die Relais festgelegt. Ziel ist es, dass die Steuerbox (STB) nach dem Einbau erreichbar ist und die Anlagen zunächst auf »Freigabe« (alle Relais deaktiviert) stehen.
Betrieblicher Parametersatz (Betrieb): Nach dem Einbau überschreibt der Steuerungs-Administrator (ST-A) die initialen Werte durch die tatsächlichen technischen Daten der Kundenanlage. Dazu gehören die tatsächliche minimale und maximale Leistung (Pmin, Pmax), die spezifische Relaiszuordnung sowie Sicherheitszeitwerte wie Timeouts für die Kommunikationsüberwachung.
Spezifischer Bedarf für Erzeugungsanlagen (EZA)
Für eine EZA, z. B. eine PV-Anlage, muss der Parametersatz die klassische Stufensteuerung abbilden:
Leistungsstufen: Es müssen Werte für 100 %, 60 %, 30 % und 0 % der Nennleistung hinterlegt werden.
Relaiszuordnung: Im Beispiel einer 30-kW-Anlage werden drei Relais (S1, S2, W3) so parametriert, dass sie die entsprechenden Wirkleistungswerte (18 kW, 9 kW, 0 kW) durch binäre Codierung schalten.
System-Reserve: Hier wird im Parametersatz üblicherweise die volle Nennleistung (100 %) als Rückfallwert konfiguriert, damit die Anlage bei Kommunikationsausfall weiter einspeisen kann.
Quelle: EMH metering GmbH & Co. KG Spezifischer Bedarf für Verbrauchseinrichtungen (SteuVE)
Bei SteuVE (z. B. Wallboxen oder Wärmepumpen) steht das »Dimmen« gemäß § 14a EnWG im Vordergrund:
Wirkleistungslimits: Es werden Werte für Pmax (maximale Nennleistung, z. B. 11 kW) und Pmin (zugesicherter Mindestleistungsbezug, z. B. 4,2 kW) hinterlegt.
Relaissteuerung: Gemäß dem FNN-Grundsteuerungskonzept wird für SteuVE primär das Relais W4 genutzt (Bild 4). Der Parametersatz definiert, dass bei Aktivierung von W4 die Leistung auf den Wert von 4,2 kW reduziert wird.
Schutzfunktion: Der ST-A (Steuerungsadministrator) stellt durch die Parametrierung sicher, dass ein Sollwertbefehl die gesetzlich vorgeschriebene Mindestleistung nicht unterschreitet.
Gemeinsame Parameter
Für beide Anlagentypen müssen zusätzlich folgende Parameter definiert werden:
Softstart: Um Netzrückwirkungen beim Wiedereinschalten oder Hochfahren zu minimieren, werden Zeitintervalle und Leistungsstufen für einen schrittweisen Anlauf konfiguriert (z. B. Steigerung der Leistung über mehrere Minuten).
Timeouts: Es werden Überwachungszeiten für die Kommunikationsverbindung (60 s bis ca. 2,6 Mio. s) festgelegt, nach deren Ablauf die STB in einen sicheren Zustand (System-Reserve) geht.
Logische Zuordnung: Jede Anlage wird einer Instanz (CLS 1 bis CLS 4) zugeordnet, was eine unabhängige Steuerung von bis zu vier verschiedenen Einrichtungen über eine einzige Steuerbox ermöglicht.
Abstrakte Steuerbefehle des Netzbetreibers werden in konkrete elektrische Schaltzustände oder digitale Leistungswerte übersetzt. Diese sind exakt auf die physikalischen Grenzen der jeweiligen Kundenanlage zugeschnitten.
Funktionale Logik und Priorisierung
Die STB basiert auf dem Datenmodell der IEC 61850 und kann bis zu vier unabhängige Anlagen als logische Geräte (CLS 1 bis CLS 4) abbilden. Steuerungsbefehle werden als Funktionen mit unterschiedlichen Prioritäten gespeichert. So kann beispielsweise ein Notbefehl des Netzbetreibers (VNB) mit hoher Priorität ein reguläres Schaltprogramm eines Marktteilnehmers übersteuern. Ist kein aktiver Steuerbefehl vorhanden, nimmt die STB die »System-Reserve« ein, die in der Regel auf die maximale Anlagennennleistung (Freigabe) eingestellt ist, um unbegründete Eingriffe zu vermeiden. Dank der Speicherung der Befehle mit Startzeiten auf dem Gerät kann die STB eigenständig Schalthandlungen durchführen.
Schnittstellen und Steuerungskonzepte
Man unterscheidet hier zwischen zwei Arten der technischen Umsetzung:
Relais-Schnittstelle: Die STB verfügt über vier Relais (zwei Schließer, zwei Wechsler). Hierfür hat der VDE FNN ein Grundsteuerungskonzept entwickelt. So wird beispielsweise eine Wallbox gemäß § 14a EnWG über das Relais W4 angeschlossen, wobei die Aktivierung des Relais die Leistung auf den zugesicherten Wert (z. B. 4,2 kW) reduziert.
Digitalschnittstelle: Diese ermöglicht eine stufenlose Wirkleistungslimitierung und bidirektionale Kommunikation (z. B. via EEBUS). Sie gilt als das technische Zielbild für erhöhte Zuverlässigkeit.
Lastenheft Steuerbox
Das Lastenheft Steuerbox 2025 des VDE FNN [2] definiert die neuste Version der verbindlichen technischen Spezifikationen für die Steuerbox (STB). Sie stellt eine zentrale Komponente zur aktiven Laststeuerung innerhalb des deutschen intelligenten Messsystems (iMSys) [3][4] dar. In [2] wird die funktionale Architektur beschrieben, bei der das Smart Meter Gateway als sichere Kommunikationsschnittstelle dient, um den sicheren Betrieb des Stromnetzes durch präventive und kurative Eingriffe zu gewährleisten.
Ein Kernaspekt ist das hierarchische Priorisierungsmodell, das verschiedene Befehlsarten wie Schaltprogramme, Direktbefehle oder Notbefehle nach festgesetzten Rangfolgen ordnet. Technisch stützt sich die Umsetzung maßgeblich auf die Norm IEC 61850 zur Modellierung von Datenobjekten sowie auf kryptografische Standards des BSI, um eine manipulationssichere Kommunikation und Interoperabilität zwischen Netzbetreibern und steuerbaren Anlagen zu garantieren.
Die Ethernet-Schnittstelle zur Anbindung einer Steuerbox an das SMGW muss, wie im Lastenheft beschrieben, den Namen »CLS« tragen. Sie ist ein zentraler Bestandteil des Lastenhefts der Steuerbox. »CLS« steht für Controllable Local System. Das Lastenheft schreibt vor, dass die Steuerbox über mindestens eine Ethernet-Schnittstelle für die Verbindung zum SMGW verfügen muss.
Fazit
Über das Smart Meter Gateway werden Steuerbefehle sicher übertragen, welche die Steuerbox in Schaltvorgänge für Anlagen wie PV- oder Ladeeinrichtungen umsetzt. Standardisierte Parameter, klare Prioritäten nach IEC 61850 und sichere Kommunikationswege schaffen damit eine verlässliche Basis für Engpassmanagement und die digitale Umsetzung.
Quellenhinweise
[1] VDE FNN Hinweis – Parametrierung und Betrieb einer FNN Steuerbox – Teil 1: Bestellung, Einstellung, Verwendung im iMSys und Beispielanwendungen, Oktober 2025, Version 1.0, www.vde-verlag.de/buecher/636521
[2] VDE FNN Hinweis – Lastenheft Steuerbox – Funktionale und konstruktive Merkmale, Version 1.5, August 2025, www.vde-verlag.de/buecher/636511
[3] Muschong, M.: Steuerboxen gegen Netzüberlastung – Aktueller Stand einer konzeptionellen Entwicklung bei gleichzeitiger Markteinführung, »de« 1-2.2025, S. 18ff.
[4] Muschong, M.: Neue VDE-FNN-Steuerungskonzepte – Umsetzung von Steuerungen für Verbrauchseinrichtungen – Geschäftschancen für das E-Handwerk, »de« 1.2025, S. 24 ff.
[5] VDE FNN Impuls – Ausprägung einer einheitlichen Schnittstelle an einer steuerbaren Einrichtung oder einem Energie- Management-System zur Anbindung an eine FNN-Steuerbox
Quelle:
de – das elektrohandwerk
Autor
Dipl.-Ing. (FH) Michael Muschong, Redaktion »de«