DE102009029592A1

DE102009029592A1 - Energie-Kontroll- und Steuereinrichtung

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Publication number: DE102009029592A1
Application number: DE102009029592A
Authority: DE
Inventors: Claudia Dipl.-Ing. Viertel; Frieder Dipl.-Ing. Unger; Jens Haselbauer
Original assignee: HEITEC AG ZWEIGNIEDERLASSUNG CHEMNITZ
Current assignee: HEITEC AG ZWEIGNIEDERLASSUNG CHEMNITZ
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2009-09-18
Publication date: 2011-03-31

Abstract

Die Erfindung betrifft das Energiemanagement in elektrischen Netzen mit variablem Blindleistungsaufkommen. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die Blindleistungsregelung bzw. Blindleistungskompensation an Maschinen und/oder in Betriebsstätten, die eine Vielzahl kapazitiver und induktiver Verbraucher umfassen und die in Abhängigkeit von zeitlich veränderlichen technologischen Parametern eingesetzt werden. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, auf einfache und effiziente Weise die Blindleistungsanteile eines induktiven oder kapazitiven Verbrauchers und/oder in einem durch technologische Abläufe beeinflussten Netzwerk in einem vorgegebenen Wertebereich zu halten. Es wird eine Energie-Kontroll- und Steuereinrichtung in Form eines programmgesteuerten Energie-Kontroll- und Steuergerätes vorgeschlagen, das über wenigstens einen geeigneten Eingangswandler an wenigstens eine Einspeisung und/oder einen Verbraucher in einem elektrischen Netzwerk angeschlossen ist. Es verfügt über Mittel, die dort anliegenden Spannungen und fließenden Ströme zu erfassen, daraus Wirk-, Blind- und Scheinleistungswerte zu ermitteln und die ermittelten Wert in einer Speichereinrichtung abzulegen. Die Spannungs- und Strommesswerte werden über wenigstens eine Anpassschaltung einem Analog-/Digitalwandler zugeführt, der mit einer Recheneinrichtung verbunden ist. An die Recheneinrichtung sind eingangsseitig weiterhin ein Festwertspeicher und ausgangsseitig ein Wechseldatenspeicher angeschlossen. Sie ist ...

Description

Die Erfindung betrifft das Energiemanagement in elektrischen Netzen mit variablem Blindleistungsaufkommen. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die Blindleistungsregelung bzw. Blindleistungskompensation an Maschinen, Anlagen und/oder in Betriebsstätten, die eine Vielzahl kapazitiver und induktiver Verbraucher umfassen und die in Abhängigkeit von zeitlich veränderlichen technologischen Parametern eingesetzt werden.
Blindleistungsregler sind ebenso bekannt wie Energiemanagementsysteme unter Anwendung solcher Regler. Der Zweck derartiger Einrichtungen besteht darin, das Versorgungsnetz möglichst in Symmetrie zu halten, auch wenn beispielsweise aufgrund technologischer Parameter oder zeitlicher Abläufe die Blindkomponente im Netz den Sollwertebereich verlässt. Ein bekanntes Energie-Managementsystem ist als Ausführungsbeispiel in der DE 101 54 262 A1 beschrieben, die ein Verfahren zur Akquisition, Überwachung und/oder Analyse von Betriebsparametern elektrischer Betriebsmittel, insbesondere Schaltanlagen und deren Komponenten betrifft, wobei den Betriebsmitteln oder einer Gruppe von Betriebsmitteln Sensoren und mindestens ein Rechner zugeordnet sind und die Betriebsmittel-Rechner über eine Schnittstelle einen Intranet- oder Internetzugang besitzen. Das Energiemanagement dient vorrangig der Kosteneinsparung. Transformatoren und Gesamteinspeisung mehrerer Gebäudekomplexe sind mit Messstellen zur Spannungs- und Stromerfassung über je drei Eingangswandler ausgerüstet. Aus den ermittelten Werten werden die Wirk-, Blind- und Scheinleistungsverhältnisse im Drehstromnetz errechnet. Die Messperiodenmittelwerte werden gespeichert und mastergesteuert über ein Bussystem abgefragt. Es werden Datenbanken beschrieben, die ggf. grafisch ausgegeben werden und das Verhalten der Anlage über einen bestimmten Zeitraum widerspiegeln. Allerdings besteht keine Möglichkeit, in das Netz einzugreifen, um eventuelle Unsymmetrien zu beseitigen.
Daraus ergibt sich als Aufgabe der Erfindung, auf einfache und effiziente Weise die Blindleistungsanteile eines induktiven oder kapazitiven Verbrauchers und/oder in einem durch technologische Abläufe beeinflussten Netzwerk in einem vorgegebenen Wertebereich zu halten.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Demnach wird eine Energie-Kontroll- und Steuereinrichtung in Form eines programmgesteuerten Energie-Kontroll- und Steuergerätes vorgeschlagen, das über wenigstens einen geeigneten Eingangswandler an wenigstens eine Einspeisung und/oder einen Verbraucher in einem elektrischen Netzwerk angeschlossen ist. Es verfügt über Mittel, die dort anliegenden Spannungen und fließenden Ströme zu erfassen, daraus Wirk-, Blind- und Scheinleistungswerte zu ermitteln und die ermittelten Werte in einer Speichereinrichtung abzulegen. Die Spannungs- und Strommesswerte werden über wenigstens eine Anpassschaltung einem Analog-/Digitalwandler zugeführt, der mit einer Recheneinrichtung verbunden ist. An die Recheneinrichtung sind eingangsseitig weiterhin ein Festwertspeicher und ausgangsseitig ein Wechseldatenspeicher angeschlossen. Sie ist über eine Ausgabeschnittstelle an ein Datenübertragungsnetzwerk anschließbar und verfügt über wenigstens einen weiteren Schaltausgang, so dass aus den ermittelten Spannungs- und Stromwerten in Echtzeit wenigstens die Werte der Wirk-, Blind- und Scheinleistung errechnet, mit den ermittelten Spannungs- und Stromwerten und ihrer Phasenverschiebung zu einer Kennlinienfeld-Datenbank in Beziehung gesetzt und in eine Log-Datenbank geschrieben werden und wenigstens ein die Größe der Blindleistung kennzeichnendes Ausgangssignal erzeugt wird, das am Schaltausgang anliegt und/oder über das Datenübertragungsnetzwerk ausgegeben wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche. Die erfindungsgemäße Energie-Kontroll- und Steuereinrichtung wird vorteilhaft als Blindleistungsregler angewendet, indem über das Datenübertragungsnetzwerk eine Blindleistungsstelleinrichtung angeschlossen ist und das die Blindleistung kennzeichnende Ausgangssignal als Führungsgröße dient. Die qualitative Signalisierung des Netzzustandes, insbesondere des Blindleistungsverhältnisses an einem Verbraucher und/oder einer Einspeisung erfolgt vorteilhaft dadurch, dass ein Schaltausgang mit einer Signalausgabeeinrichtung verbunden ist. Die Signalausgabeeinrichtung kann beispielsweise als Lampen bzw. LED-Anzeigefeld mit einer geeigneten Anzahl Leuchtmitteln in geeigneten Farben ausgebildet sein. Eine bevorzugte Ausbildung besteht in Form einer dreifarbigen, ampelartigen Anzeige. Die erfindungsgemäße Energie-Kontroll- und Steuereinrichtung kann vorteilhaft über das Datenübertragungsnetzwerk an ein Ein-/Ausgabeterminal angeschlossen sein, so dass Bedieneingriffe und/oder die Ausgabe detaillierter, insbesondere quantitativer Informationen möglich sind. Weitergebildet wird die Erfindung, indem eine Mehrzahl von Energie-Kontroll- und Steuereinrichtungen an ein Datenübertragungsnetzwerk mit einem Netzwerk-Server angeschlossen sind, der Netzwerk-Server aus den die Blindleistung kennzeichnenden Ausgangssignalen der Energie-Kontroll- und Steuereinrichtungen unter Einbeziehung technologischer Parameter freie energetische Kapazitäten ermittelt und die angeschlossenen Energie-Kontroll- und Steuereinrichtungen mit Führungsdaten zum Ausgleich von Asymmetrien im elektrischen Netzwerk beaufschlagt, so dass ein Energie-Management-System für eine Betriebsstätte gebildet wird. Anstelle einer Betriebsstätte ist ein derartiges Energie-Management-System gleichermaßen beispielsweise für einen Gebäudekomplex, einen Fertigungsbereich oder ein ganzes Werk anwendbar. Selbstverständlich kann ein erfindungsgemäßes Energie-Management-System auch hierarchisch strukturiert sein, indem ein Netzwerk-Server jeweils als Client zu einem übergeordneten Datenübertragungsnetzwerk gehört. Beispielsweise erfolgt dies durch Einbindung in eine Intranet- und/oder Internetstruktur für eine Vielzahl dezentral angeordnete elektrische Verbraucher.
Die Erfindung wird im Folgenden in Form eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung beschrieben. Die Zeichnung zeigt in
1 das Blockschaltbild eines Energie-Kontroll- und Steuergerätes und
2 das Blockschaltbild eines Energie-Management-Systems.
1 zeigt eine Energie-Kontroll- und Steuereinrichtung 1 für einen Schaltschrank 2, über den eine Einspeisung 21, ein erster Verbraucher 221 und ein zweiter Verbraucher 222 eines Drehstromnetzes verschaltet sind. Die Verbraucher 221 und 222 sind beispielsweise Achsantriebe einer Werkzeugmaschine. Die Spannungsparameter der Einspeisung 21 sowie der Verbraucher 221 und 222 werden jeweils phasenweise abgegriffen und einer Anpass-Schaltung 11 zugeführt. Gleichermaßen werden die Stromparameter der Einspeisung 21 mittels eines Stromwandlers 21-S, des ersten Verbrauchers 221 mittels eines Stromwandlers 221-S und des zweiten Verbrauchers 222 mittels eines Stromwandlers 222-S jeweils phasenweise erfasst und der Anpass-Schaltung 11 zugeführt. Die Anpass-Schaltung 11 ist Bestandteil eines erfindungsgemäßen Energie-Kontroll- und Steuergerätes 1 und umfasst eine Pegelaufbereitungsschaltung. Die Pegelaufbereitungsschaltung der Anpass-Schaltung 11 ist mit einem Analog-/Digitalwandler 12 verbunden. Die Digitalseite des ND-Wandlers 12 liefert einer Verarbeitungseinheit 14, die wenigstens über einen programmgesteuerten Rechner 141 und einen Festwertspeicher 142 sowie einen anschließbaren Wechseldatenspeicher 143 verfügt, die Werte der Spannungs- und Stromparameter Betrag, Frequenz und Phasenlage, woraus unter Einbeziehung der Systemzeit in Echtzeit die Werte der Schein-, Wirk- und Blindleistung errechnet und in eine Datenbank geschrieben werden. Mittels des Wechseldatenspeichers 143 kann die Datenbank aus dem Energie-Kontroll- und Steuergerät 1 entnommen und an anderer Stelle offline ausgewertet werden. Vorteilhaft verfügt das Energie-Kontroll- und Steuergerät 1 über eine Mehrzahl Binäreingänge 13, über die Schaltzustände verschiedener Schaltgeräte wie beispielsweise ungeregelter Blindleistungserzeuger 7 erfasst werden. Neben der Speicherung der Netz-Parameter und der Leistungskenndaten werden diese mit Sollwerten in Beziehung gesetzt, die in Form einer Kennlinienfeld-Datenbank zur Verfügung stehen. Die Kennlinienfeld-Datenbank wird über den Festwertspeicher 142 bereitgestellt. Der Soll-/Istwertvergleich liefert neben den jeweiligen Werteabweichungen, die ebenfalls in die erzeugte Datenbank eingetragen werden, die Führungsgröße für eine Blindleistungsstelleinrichtung 5, die über einen Netzwerkanschluss 15 und ein Datenübertragungsnetz 6 an das Energie-Kontroll- und Steuergerät 1 angeschlossen ist. Die Blindleistungsstelleinrichtung 5 ist mit einer nicht dargestellten Steuereinrichtung der Verbraucher 22 verbunden. Das Energie-Kontroll- und Steuergerät 1 verfügt vorteilhaft über eine Mehrzahl von Schaltausgängen 16, die zum einen an ungeregelte Blindleistungserzeuger 7 geführt sind und zum anderen mit einer Lampenanzeige 4 verbunden sind, die durch einfache Ampelsignale eine Bedienperson aktuell über energetische Parameter, insbesondere über das Blindleistungsverhältnis, informiert. Um einer Bedienperson sowohl Eingriffe zu ermöglichen als auch detaillierte Informationen anzuzeigen, ist an das Datenübertragungsnetzwerk 6 eine Ein-/Ausgabestation 3 in Form eines Terminals mit Tastatur und Display angeschlossen.
2 zeigt eine Mehrzahl von an ein Datenübertragungsnetz C angeschlossenen Energie-Kontroll- und Steuereinrichtungen A, die sowohl jeweils ein Energie-Kontroll- und Steuergerät 1, einen Schaltschrank 2, eine Blindleistungsstelleinrichtung 5, eine Lampenanzeige 4 und eine Ein-/Ausgabestation 3 gemäß 1 umfassen können, einen Netzwerkserver B als Master des aus den Energie-Kontroll- und Steuereinrichtungen A und dem Datenübertragungsnetz C bestehenden Datenübertragungsnetzwerks sowie einer Schnittstelle D zur Anbindung des Servers B an ein nicht dargestelltes Intranet. Zur Veranschaulichung ist jeder Energie-Kontroll- und Steuereinrichtung A ein Verbraucher V bzw. eine Einspeisung E zugeordnet. Das derart ausgebildete Energie-Management-System betrifft zu einem technologischen Komplex, etwa einer Werkhalle, gehörende Werkzeugmaschinen als Verbraucher V und eine Elektroenergie-Einspeisung E für die gesamte Werkhalle. Das übergeordnete Intranet kann ein betriebsinternes Netzwerk sein. Ebenso ist es möglich, anstatt eines speziellen Netzwerks das Internet unmittelbar zu nutzen. Der Server B und die Energie-Kontroll- und Steuereinrichtungen A verfügen über entsprechende Browser. Damit kann das Energiemanagement der Werkhalle von einer zentralen Stelle aus erfolgen. Es ist selbstverständlich, dass jeder technologische Komplex in analoger Weise ausgestattet und zentral gemanagt werden kann. Das System gestattet einen den jeweiligen Erfordernissen angepassten, stufenweisen Ausbau des Energiemanagements. Schwerpunkt ist das Management der Blindleistung. Es erfolgt autark für eine Maschine, wobei gespeicherte Daten durch Entnahme der Wechseldatenspeicher 143 offline auswertbar sind, eine Echtzeitregelung erfolgt und/oder Daten online zur Verfügung stehen. Sowohl über den Server als auch an jeder Energie-Kontroll- und Steuereinrichtung A kann neben der automatischen Blindleistungsregelung eine Bedienperson manuell eingreifen, um freie energetische Kapazitäten an den Verbrauchern V und/oder der Halleneinspeisung E nutzbar zu machen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10154262 A1 [0002]

Claims

Energie-Kontroll- und Steuereinrichtung in Form eines programmgesteuerten Energie-Kontroll- und Steuergerätes (1), das über wenigstens einen geeigneten Eingangswandler an wenigstens eine Einspeisung (21) und/oder einen Verbraucher (22) in einem elektrischen Netzwerk angeschlossen ist, das über Mittel verfügt, die dort anliegenden Spannungen und fließenden Ströme zu erfassen, daraus Wirk-, Blind- und Scheinleistungswerte zu ermitteln und die ermittelten Werte in einer Speichereinrichtung abzulegen, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungs- und Strommesswerte über wenigstens eine Anpassschaltung (11) einem Analog-/ Digitalwandler (12) zugeführt werden, der mit einer Recheneinrichtung (141) verbunden ist, an die eingangsseitig weiterhin ein Festwertspeicher (142) und ausgangsseitig ein Wechseldatenspeicher (143) angeschlossen sind, die über eine Ausgabeschnittstelle (15) an ein Datenübertragungsnetzwerk (6) anschließbar ist und über wenigstens einen weiteren Schaltausgang (16) verfügt, so dass aus den ermittelten Spannungs- und Stromwerten in Echtzeit wenigstens die Werte der Wirk-, Blind- und Scheinleistung errechnet, mit den ermittelten Spannungs- und Stromwerten und ihrer Phasenverschiebung zu einer Kennlinienfeld-Datenbank in Beziehung gesetzt und in eine Log-Datenbank geschrieben werden, und wenigstens ein die Größe der Blindleistung kennzeichnendes Ausgangssignal erzeugt wird, das an einem Schaltausgang (16) anliegt und/oder über das Datenübertragungsnetzwerk (6) ausgegeben wird.
Energie-Kontroll- und Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über das Datenübertragungsnetzwerk (6) eine Blindleistungsstelleinrichtung (5) angeschlossen ist und das die Blindleistung kennzeichnende Ausgangssignal als Führungsgröße dient.
Energie-Kontroll- und Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schaltausgang (16) mit einer Signalausgabeeinrichtung (4) verbunden ist.
Energie-Kontroll- und Steuereinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass über das Datenübertragungsnetzwerk (6) ein Ein-/Ausgabeterminal (3) angeschlossen ist.
Energie-Management-System für eine Betriebsstätte, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Energie-Kontroll- und Steuereinrichtungen (A) an ein Datenübertragungsnetzwerk (C) mit einem Netzwerk-Server (B) angeschlossen sind, der Netzwerk-Server (B) aus den die Blindleistung kennzeichnenden Ausgangssignalen der Energie-Kontroll- und Steuereinrichtungen (A) unter Einbeziehung technologischer Parameter freie energetische Kapazitäten ermittelt und die angeschlossenen Energie-Kontroll- und Steuereinrichtungen (A) mit Führungsdaten zum Ausgleich von Asymmetrien im elektrischen Netzwerk beaufschlagt.