SE503254C2 - Eldistributionsnät, förfarande och anordning för reglering av elektrisk ström från nätet - Google Patents

Description

503 254 2 klimat. Kunder i ett sådant eldebiteringssystem skulle förmodligen vara beredda att betala ett högre energipris för en ökad tillgänglighet av elektrisk energi.

Genom SE 9202514-7 är tidigare känt att styra en grupp av eluttag, vilka är anordnade vid t ex en parke- ringsplats eller en husvagnscamping, frán en manöver- central. Vid en dylik anläggning är användaren tvingad att fysiskt gá fram till manövercentralen, identifiera sig “medelst ett betalkort eller liknande och via en knappsats välja vilket eller vilka uttag han önskar utnyttja och betala elavgift för. Kommunikationen mellan manövercentra- len och respektive eluttag är tänkt att ske via radio- signaler eller speciellt för ändamålet anordnade data- ledningar. Genom att användaren är tvingad att fysiskt befinna sig vid manövercentralen vid identifiering och val av uttag är det givet att dylika anläggningar máste be- gränsas till ett mindre område. Vidare blir säkerheten för användaren liten eftersom dennes elkontakt enkelt kan avlägsnas av en obehörig vilken därefter kan sätta in en egen elkontakt och därigenom "stjäla" elström som den rättmätige användaren får betala.

Kort redogörelse för uppfinningstanken Ett huvudsyfte med föreliggande uppfinning är att öka tillgängligheten av elektrisk energi och skapa ett el- distributionsnät vid vilket debitering av elektrisk energi möjliggörs ej endast med avseende på en fast geografisk punkt utan även med avseende på en individuell användare oberoende av dennes geografiska vistelseort. Det är vidare ett syfte att den ökade tillgängligheten av elektrisk energi skall ske under ástadkommande av en hög säkerhet för användaren med avseende på missbruk. Det är vidare ett syfte att den ökade tillgängligheten skall ernàs med ett minimum av ombyggnad av befintliga eldistributionsnät. Åtminstone dessa syften ernàs medelst ett eldistributions- nät enligt patentkravet 1. 503 254 3 Ett förfarande och en anordning för reglering av elektrisk ström, med i huvudsak samma syften som ovan, är angivna i de självständiga kraven 5 och 7.

Uppfinningen ligger till grund för insikten att använda mikroprocessorer för identifiering av enskilda elförbrukare och att láta varje enskild mikroprocessor kommunicera via pà nätet överlagrade signaler med en centralt placerad mikroprocessor eller datorenhet. Häri- ~genom erhålls ett enkelt och flexibelt system för identi- fiering av enskilda elanvändare och möjligheter skapas för enkel och effektiv debitering av förbrukad elenergi. Varje mikroprocessor tillverkas med en unik identifieringskod vilken kan användas sàsom identifiering av användaren.

Förutom denna förprogrammerade identifieringskod har en mikroprocessor gott om minnes- och databearbetningskapaci- tet för att ytterligare öka säkerheten mot missbruk och obehörigt utnyttjande av identifieringskoderna. Sá till exempel kan en ej avläsbar, hemlig algoritm programmeras in i varje mikroprocessor vilken med hjälp av i mikro- processorn genererade slumptal utför kryptering av identi- fieringskoden innan utsändning sker pà nätet. Mikroproces- sorernas stora datakapacitet ger även möjligheter att bygga ut systemet med ytterligare funktioner såsom t ex förprogrammerbar tidsinställning av inkoppling resp ur- koppling fràn nätet, fjärrstyrning av geografiskt avlägsna eluttag eller liknande.

I enlighet med uppfinningen är även den regleranord- ning som är anordnad vid varje uttagsställe försedd med en mikroprocessor. Denna kan ha olika uppgifter och funktio- ner. I ett föredraget utförande kan den t ex ha till upp- gift att utföra följande steg; att aktivera identifie- ringskretsens mikroprocessor så att denna avger en identi- fieringssignal, att avge en adresseringssignal som at- följer identifieringssignalen till den centrala datorenhe- ten, att mottaga en svarssignal fràn datorenheten när denna har granskat identifieringssignalen och i beroende 505 254 4 av negativ eller positiv svarssignal ombesörja brytning resp slutning av strömmen i uttagsstället. Den kan även i ett mindre system, såsom t ex en campingplats, ha till funktion att utföra identifiering av användaren och att mellanlagra information, varvid en central datorenhet vid debiteringstillfället kontrollerar hos varje uttagsställes mikroprocessor var och hur mycket energi användaren har förbrukat under sin vistelse. _Ytterligare belysning_av teknikens ståndpunkt Det är tidigare känt att från en centraldator kommu- nicera med skilda elmätare via på elnätet överlagrade signaler för att därigenom erhålla extra funktioner och tillhandahålla ytterligare tjänster för kunderna. Så t ex är det möjligt att med ett dylikt system verkställa avläs- ning av enskilda elmätare direkt från centraldatorn eller att förse elmätare med kortläsare, såsom t ex visas i GB 2 107 093, för att därigenom underlätta debitering av förbrukad elenergi. Via tangentknappar vid elcentralen är det vidare möjligt för användaren att kommunicera med centraldatorn och exempelvis beordra aktivering av en extern strömkrets, såsom t ex att frán bostaden beordra påkoppling av elvärme i ett fritidshus eller liknande. Ett dylikt system innebär dock endast att en enskild elmätare är identifierbar och den som är betalningsansvarig för elmätaren debiteras för den förbrukade elenergin. Sålunda sker debitering fortfarande med avseende på en fast geografisk punkt och ej, såsom vid föreliggande uppfinning, med avseende på den användare som förbrukar elenergin.

Kort beskrivningfav bifogade ritningar Pà ritningarna visas i: FIG l en förenklad principskiss av ett eldistributions- nät enligt föreliggande uppfinning till vilket en elbil skall anslutas för uppladdning, och FIG 2 ett kopplingsschema över en del av ett föredraget utförande av en regleranordning enligt föreliggan- de uppfinning.

Beskrivning av ett föredraget utförande av uppfinningen Nu hänvisas till fig 1 vari visas ett förenklat el- distributionsnät enligt föreliggande uppfinning. I figuren har såsom ett exempel på en strömförbrukande enhet valts en elbil l. Det skall dock förstås att många andra typer av eldrivna maskiner och apparater kan anslutas på samma sätt till nätet. Det i figuren visade eldistributionsnätet utgörs av en kraftledning 2 med tre luftledningar för hög- .spänd ström vilka vid en stolpe 3 leds ned i en med 4 allmänt betecknad transformatorstation. Högspänningsnätet övergår efter transformatorstationen 4 till ett låg- spänningsnät vilket i figuren visas såsom en jordledning 5 vilken förgrenar sig till ett antal uttagsställen 6 vilka tänkes vara placerade på en allmän parkeringsplats för bilar.

Elbilen 1 inbegriper en uppsättning ackumulator- batterier 7 som används för lagring av den elektriska energi som behövs för dess framdrivning. Batterierna 7 är uppladdningsbara genom anslutning av ett hankontaktdon i änden av en kabel 8 till ett honkontaktdon 9 hos det en- skilda uttagsstället 6.

Det uppfinningsenliga eldistributionsnätet innefattar åtminstone en datorenhet 10 samt en regleranordning ll för vart och ett av uttagsställena 6. För identifiering av användaren är dessutom elbilen försedd med en identifie- ringskrets 12. Vid anslutning av elbilen till uttags- stället 6 kan datorenheten 10, regleranordningen ll samt identifieringskretsen 12 kommunicera med varandra via på elnätet överlagrade signaler och för detta ändamål inbe- griper var och en av dessa en s k transceiver, dvs en sändare/mottagare för att möjliggöra nämnda kommunikation.

Datorenheten 10, regleranordningen ll och identifierings- kretsen 12 är endast schematiskt visade såsom apparatdosor och var och en innefattar förutom en transceiver även en mikroprocessor. Regleranordningen ll innefattar dessutom en schematiskt.vid 13 betecknad brytare, företrädesvis ett s.k. halvledarrelä, för att valbart bryta eller sluta 503 254 6 strömmen till kontaktdonet 9.

I oanvänt tillstånd, när ej någon strömförbrukande enhet är ansluten till kontaktdonet 9, är brytaren 13 öppen. Vid anslutning av elbilen 1 till kontaktdonet 9 kommer enligt uppfinningen följande att ske. Regleranord- ningen 11 avkänner att en strömförbrukande enhet inkopplas och ombesörjer att brytaren 13 sluts under en kort tid, lämpligen under 1/10-1 sekund. Under denna tidsperiod aktiverar regleranordningens 11 mikroprocessor identifie- ringskretsens 12 mikroprocessor så att denna avger en identifieringssignal vilken sänds via elnätet till dator- enheten 10 där densamma granskas för att utröna om använ- daren är behörig att använda elnätet. Vid godkänd iden- tifieringssignal meddelas detta till regleranordningens mikroprocessor som ombesörjer att brytaren 13 hålls sluten och elbilen kan sålunda erhålla ström från kontaktdonet 9.

Om identifieringssignalen däremot ej godkänns av dator- enheten 10 kommer regleranordningen 11 att bryta strömmen.

Nu hänvisas till fig 2 vari visas ett kopplingsschema 'över ett föredraget utförande av en avkännarkrets 14 för brytarfunktionen hos regleranordningen ll. Denna inbe- griper ett halvledarrelä 13 vilket är kopplat mellan en ingång 15 och en utgång 16. Ingången 15 är konstant an- sluten till nätspänning. Ett halvledarrelä har den egen- skapen att det även 1 ett brytläge har en viss läckström så_att utgången 16 i obelastat tillstånd kommer att ha en spänning som motsvarar spänningen på ingången 15. Med 17 betecknas en schematiskt, såsom ett motstånd, visad ström- förbrukande enhet som uppvisar en viss impedans. Ett motstånd 18 är kopplat över utgången 16 och spännings- fallet över detta motstånd kan mätas över en mätutgång 19.

När strömförbrukaren 17, vilkens impedans är mycket lägre än impedansen i motståndet 18, kopplas till utgången 16 sjunker spänningsfallet över motståndet 18 till ett värde nära noll. Reläet kan då via styringången 20 från mikro- processorn kommenderas att sluta strömmen under åtminstone en kort tidsperiod. Genom att använda ett halvledarrelä 503 254 7 och koppla detsamma på det visade och beskrivna sättet erhålls en enkel och billig avkännare av när en strömför- brukande enhet kopplas till nätet och brytaren kan sålunda slutas momentant för att möjliggöra identifiering av an- vändaren.

I det visade exemplet är identifieringskretsen 12 inbyggd i den strömförbrukande enheten. Det är dock inget som hindrar att identifieringskretsen 12 är utförd såsom _en separat kopplingsdosa för att exempelvis en hantverkare skall kunna ansluta något eller några handverktyg till nätet. Vidare är det ej nödvändigt att regleranordningen 11 är integrerad med kontaktdonet 9 utan dessa kan vara placerade i åtskilda lägen.

För mätning av förbrukad elenergi är det lämpligt att en elmätare eller en tidmätare är anordnad i eller i an- slutning till varje uttagsställe 6, varvid regleranord- ningens mikroprocessor ombesörjer vidarebefordring av förbrukningen till datorenheten 10 för att utgöra underlag för debitering av användaren. Det skulle dock vara möjligt att anordna mätaren i själva den strömförbrukande enheten, t ex en elbil, varifrån information om förbrukad energi- mängd kontinuerligt sänds till datorenheten.

I det ovan beskrivna utförandet av eldistributions- nätet enligt föreliggande uppfinning har datorenheten 10 placerats i anslutning till en transformatorstation. Upp- finningen är dock på intet sätt begränsad till detta ut- förande utan placeringen har endast valts såsom ett exempel på en tänkbar plats för datorenheten. I själva verket kan datorenheten placeras på godtyckligt ställe i ett distributionsnät och ett flertal datorenheter kan vara sammankopplade till ett regionalt eller rikstäckande nät.

En dylik sammankoppling behöver ej ske över elnätet utan kan åstadkommas på godtyckligt sätt, t ex via radio, telefon, satellit eller liknande.

Befintliga eldistributionsnät kan utan stora ingrepp byggas om till.ett nät av ovan beskrivet slag. Det mest realistiska alternativet synes vara att eldistributionsnät 503 254 8 i framtiden innefattar möjlighet att debitera elenergi sáväl med avseende på en fast geografisk punkt i form av en stationär elmätare för t ex en fastighet, som med avseende pà en användare genom en identifieringskrets för en strömförbrukande enhet såsom ovan beskrivits. I fram- tiden kan ifràgakommande maskiner och apparater förses med inbyggda identifieringskretsar redan i samband med till- verkningen. Användaren kan därvid om han så önskar regist- rera den unika identifieringskoden i identifierings- kretsens mikroprocessor hos godtyckligt eldistributions- företag och därmed förbinda sig att betala för den elekt- riska energi som förbrukas vid användning av maskinen eller apparaten. Om en och samma användare har ett flertal strömförbrukande enheter kan dessa registreras sà att de debiteras pá samma konto.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 503 254 9 PATENTKRAV

1. Eldistributionsnät innefattande elektriska led- ningar (5) för distribution av elektrisk ström, ett fler- tal uttagsställen (6) med åtminstone ett kontaktdon (9) för uttag av elektrisk ström till godtyckliga strömförbru- kande enheter (1), samt en central datorenhet (10) vilken via på elnätet överlagrade signaler står i förbindelse med de enskilda uttagsställena, k ä n n e t e c k n a t där- iav, att åtminstone vissa uttagsställen (6) i nätet inne- fattar en brytare (13) och en mikroprocessor, varvid en användare som ansluter en strömförbrukande enhet till något av sagda uttagsställen är identifierbar för dator- enheten (10) via en i den strömförbrukande enheten ingå- ende mikroprocessor och varvid datorenheten vid godkänd identifiering ger signal till uttagsställets mikroproces- sor att hålla brytaren (13) sluten och medge avgivning av elektrisk ström från kontaktdonet (9), medan densamma vid icke godkänd identifiering ger signal till uttagsställets mikroprocessor att hålla brytaren öppen och förhindra avgivning av elektrisk ström från kontaktdonet (9).

2. Eldistributionsnät enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a t därav, att uttagsstället (6) innefattar en elmätare.

3. Eldistributionsnät enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a t därav, att uttagsstället (6) innefattar en tidmätare. v

4. Eldistributionsnät enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t därav, att ett flertal datorenheter (10) är anslutna till en centraldator.

5. Förfarande för reglering av elektrisk ström till enskilda användare, innefattande stegen; att ansluta en strömförbrukande enhet (1) till ett uttagsställe (6) i ett eldistributionsnät, att identifiera användaren genom att via på nätet överlagrade signaler sända en identifieringssignal från en mikroprocessor_i den strömförbrukande enheten (1) till en central datorenhet (10), 503 254 10 15 20 25 30 35 10 att vid godkänd identifiering sända en signal frán datorenheten till det ifrågavarande uttagsstället (6) att sluta en brytare (13) och medge uttag av elektrisk ström medan vid icke godkänd identifiering sända en signal till uttagsstället att öppna brytaren och därmed bryta strömmen, att mäta den förbrukade elektriska energin eller den tidsperiod som den strömförbrukande enheten är inkopplad, att med ledning av identifieringssignalen debitera *den förbrukade elektriska energin på den som är betal- ningsansvarig för den använda strömförbrukande enheten.

6. Förfarande enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t därav, att i obelastat tillstànd hàlla brytaren (13) i ett öppet brytläge och att avkänna när en strömförbrukande enhet (1) ansluts till nätet för att momentant sluta strömmen och möjliggöra identifiering.

7. Regleranordning (ll) för ett uttagsställe (6) för elektrisk ström, innefattande ett kontaktdon (9), via vil- ket en strömförbrukande enhet (1) är anslutningsbar till ett elektriskt nät, en mikroprocessor och en brytare (13), varvid mikroprocessorn har till uppgift att kommunicera med en datorenhet (10) och att verkställa manövrering av brytaren (13) mellan ett slutet läge, då elektrisk ström är avgivbar från kontaktdonet (9), och ett brutet läge då kontaktdonet är förhindrat att avge ström, k ä n n e - t e c k n a d därav, att densamma dessutom innefattar en avkännarkrets (14) som avkänner när en strömförbrukande enhet (1) ansluts till kontaktdonet (9) och ombesörjer slutning av brytaren (13) under en begränsad tidsperiod för att möjliggöra identifiering av användaren, och att kommunikationen mellan mikroprocessorn och datorenheten sker via på nätet överlagrade signaler.

8. Regleranordning enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d därav, att densamma innefattar en elmätare eller en. tidmätare.

9. Regleranordning enligt något av kraven 7 eller 8, k ä n n e t e c k n a d därav, att brytaren utgörs av ett halvledarrelä (14).