WO2021058046A1 - ANORDNUNG UND VERFAHREN ZUR ERMITTLUNG ELEKTRISCHER KENNGRÖßEN EINES VERBRAUCHERS IN EINEM VERZWEIGTEN STROMNETZ - Google Patents

ANORDNUNG UND VERFAHREN ZUR ERMITTLUNG ELEKTRISCHER KENNGRÖßEN EINES VERBRAUCHERS IN EINEM VERZWEIGTEN STROMNETZ Download PDF

Info

Publication number
WO2021058046A1
WO2021058046A1 PCT/DE2020/000213 DE2020000213W WO2021058046A1 WO 2021058046 A1 WO2021058046 A1 WO 2021058046A1 DE 2020000213 W DE2020000213 W DE 2020000213W WO 2021058046 A1 WO2021058046 A1 WO 2021058046A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
decentralized
voltage
current
unit
central
Prior art date
Application number
PCT/DE2020/000213
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dirk Schmidt
Fabian Puntigam
Original Assignee
EurA AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by EurA AG filed Critical EurA AG
Priority to EP20792519.9A priority Critical patent/EP4034892A1/de
Publication of WO2021058046A1 publication Critical patent/WO2021058046A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
    • G01R19/2513—Arrangements for monitoring electric power systems, e.g. power lines or loads; Logging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R21/00—Arrangements for measuring electric power or power factor
    • G01R21/06—Arrangements for measuring electric power or power factor by measuring current and voltage
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R21/00—Arrangements for measuring electric power or power factor
    • G01R21/133—Arrangements for measuring electric power or power factor by using digital technique

Definitions

  • the invention relates to an arrangement and a method for determining electrical parameters of consumers in a branched power network.
  • DE 102011 107932 B3 describes a system which calculates electrical parameters such as active power values from decentrally measured instantaneous values of the current and a centrally determined voltage in a central processing unit.
  • the time synchronization of the measurement data takes place on the basis of digital time stamps.
  • the solution provides very precise results and at the same time requires a high data transfer rate.
  • the object of the invention is to provide a system for a simple and precise calculation of electrical parameters of decentralized consumers in a branched power network, which system is not susceptible to interference and can be provided at low cost.
  • the arrangement for determining electrical parameters of consumers in a branched power network has a central voltage converter unit and a plurality of decentralized units.
  • the central voltage converter unit is designed to detect a voltage profile at a point in the branched power network. This is understood as central voltage detection in the sense of the present application.
  • the central voltage converter unit is also designed to generate a voltage reference signal from the centrally detected voltage.
  • the voltage reference signal is provided in a safety extra-low voltage of, for example, 5 volts, 12 volts or 24 volts.
  • the voltage reference signal is a voltage profile that is reduced proportionally to the detected voltage profile. There is a conversion factor that defines the size ratio between the recorded voltage profile and the voltage reference signal.
  • the voltage reference signal is available as an analog signal. It represents a reduced image of the recorded voltage curve generated in real time.
  • the voltage converter unit preferably detects the voltage of 230 V applied to a three-phase power network between a phase and the neutral conductor and generates an analog three-phase voltage reference signal, reduced to the value of a safety extra-low voltage. Typically, all three phases are always converted into a then three-phase voltage reference signal. If a consumer is only assigned to one phase, a single-phase voltage reference signal only has to be generated.
  • the voltage reference signal is transmitted via the voltage signal connection, preferably by cable.
  • the voltage reference signal can be amplified for low voltages and long transmission distances.
  • the central voltage converter unit in addition to the central voltage converter unit, there are a plurality of decentralized units.
  • the decentralized units are each assigned to the consumers.
  • Each decentralized unit has a decentralized current measurement arrangement and a decentralized evaluation unit.
  • Such a decentralized unit is typically designed as a device in which a decentralized current measuring unit and the decentralized evaluation unit are integrated.
  • the decentralized units are assigned to the individual consumers or groups of consumers. In the following, individual consumers and groups of consumers are also collectively referred to as consumers.
  • the respective decentralized unit has a current measuring arrangement which, by means of at least one current sensor, detects the currents flowing locally at the relevant consumer.
  • One current sensor is used for each conductor to be measured. Three current sensors are therefore regularly assigned to a three-phase consumer.
  • the current measuring arrangement can optionally also have a larger number of current sensors, for example nine current sensors. In such a variant, a current measuring arrangement can record the currents of several consumers.
  • the current sensors are preferably folding current transformers or Rogowski coils, which measure the current strength without contact and which are placed around the installed conductors without separating these conductors from the installation.
  • the current measuring arrangement is designed to continuously measure instantaneous values of a current and to provide them in a transferable manner.
  • the current measuring arrangement determines the instantaneous values of the current in real time and makes them available in a transferable form for transmission via the current signal connection.
  • the current measuring arrangement can preferably also have at least one current measuring unit to which the current measuring sensors are connected and which converts the measurement signal received from the current sensors into a signal format that can be processed by the decentralized evaluation unit.
  • the specific design of the current measuring unit is determined by the type and number of current sensors.
  • the current sensors and the current measuring unit can be structurally integrated, but also structurally separated. If the decentralized evaluation unit can process the signal emanating from the current sensors without conversion, the current measuring arrangement can also be designed without a current measuring unit. A signal that can be processed by the decentralized evaluation unit is therefore always made available by the current measuring arrangement to the decentralized evaluation unit.
  • the decentralized unit also has a decentralized evaluation unit.
  • the respective decentralized evaluation unit is connected to the central voltage converter unit by means of a voltage signal connection and to the respective decentralized current measuring arrangement by means of a current signal connection.
  • the decentralized evaluation unit of the decentralized unit receives the voltage reference signal with the instantaneous values of the voltage via the voltage signal connection and the instantaneous values of the current via the current signal connection.
  • the decentralized evaluation unit is designed according to the invention to detect the instantaneous values of the voltage from the voltage reference signal and to assign the instantaneous values of the voltage to the instantaneous values of the current.
  • the decentralized evaluation unit detects the instantaneous values of the voltage from the voltage reference signal and then assigns them to the instantaneous values of the current obtained from the decentralized current measuring arrangement.
  • the decentralized evaluation unit is also designed to calculate the active electrical power of the respective consumer as an electrical parameter from the assigned instantaneous values of the voltage and the current and from the conversion factor. From the assigned instantaneous values for voltage and current, further electrical parameters such as apparent power, reactive power and the phase shift Phi can preferably be determined by the decentralized evaluation unit. The other electrical parameters can be used to better characterize the power grid and the consumers.
  • the electrical parameters that have now been determined can be read out directly via the central data connection, preferably via a digital bus.
  • the solution has the following advantages in particular.
  • the modules of the decentralized units can be designed to be smaller, simpler and more cost-effective, since the measurement technology that would otherwise be required for 230 V AC voltage is larger and would therefore take up more installation space.
  • the Connection of the central voltage converter unit, the decentralized units and optionally the central output and service unit is preferably designed physically as CAT 5 LAN signal lines, so that the central data connection and the voltage signal connection are physically integrated in one line.
  • the current sensors are connected without interfering with the power grid.
  • the current-carrying lines only have to be connected once when the central voltage converter unit is connected. This means that there is no need for a licensed electrician for the respective branched power grid, usually for the operational electrical system, in order to connect the sometimes very large number of decentralized units.
  • the decentralized current measuring arrangement is integrated into the decentralized evaluation unit.
  • a structural connection between the decentralized current measuring arrangement and the decentralized evaluation unit results in advantages in production which enable a higher degree of miniaturization and lower production costs. Furthermore, it is possible that only parts of the decentralized current measuring arrangement are integrated into the decentralized evaluation unit.
  • the decentralized evaluation unit is designed to calculate a phase angle f (Phi) as an electrical parameter from the instantaneous values of the voltage and the current.
  • phase angle f (Phi), also referred to as the phase shift angle, is a measure of the phase shift between current and voltage.
  • the active factor cos f can preferably also be calculated.
  • the active factor can also be specified as the quotient of active power P and apparent power S. According to an advantageous development, at least one decentralized unit has a decentralized output and service unit.
  • the decentralized evaluation unit of the at least one decentralized unit has a decentralized data connection to the decentralized output and service unit.
  • the decentralized output and service unit is designed to decentrally output the electrical parameters of the decentralized units obtained via the decentralized data connection.
  • a decentralized output and service unit advantageously allows direct readout and evaluation of the data from the decentralized evaluation unit in spatial proximity to the respective consumer. This can be particularly advantageous if the electrical behavior of specific consumers is of particular interest and is to be observed together with their operating states.
  • the decentralized output and service unit is preferably designed as a computer, a tablet or a smartphone and can output the data optically, preferably through a display.
  • the advantage here is either the possibility of direct monitoring of the parameters or the possibility of transferring the parameters to other devices and optionally evaluating them in another way or of putting the decentralized unit into operation without a central data connection, parameters of the central unit change or assign the conductors to be measured to the consumers.
  • the system for determining electrical parameters of consumers in a branched power network has a central output and service unit.
  • the central output and service unit is connected to the decentralized Ausellesseinhei th via a central data connection and is designed to centrally output the electrical parameters of the decentralized units obtained via the central data connection.
  • the central output and service unit is also designed, the electrical see to aggregate parameters, convert them into certain data formats and save them in a database.
  • the central output and service unit is preferably designed as a bus master for the decentralized evaluation units.
  • the central output and service unit can call up and output the electrical parameters of all decentralized units which are connected to a central data connection and, preferably, carry out further calculations on the basis of the electrical parameters.
  • the output can take place optically, for example on a display, or digitally via a data interface such as Ethernet or USB.
  • the data can be output in different data formats.
  • the electrical parameters determined for all consumers are preferably stored, structured and processed in a database. It is possible that the database is arranged in the central output and service unit or in another connected data processing system.
  • the central output and service unit can be designed as a data processing system with a data memory in the cloud.
  • the central data connection can be implemented using standards for remote data transmission known from the prior art, such as WAN, LAN, W-LAN, Ethernet, radio, Internet and so on.
  • the central data connection is preferably a digita len bus.
  • the central output unit can also be provided by an external system in the context of this development.
  • an external system can be, for example, an operational electronic data processing system, that is to say a computer system or an automation system.
  • the central output and service unit can also be arranged remotely, in particular as a cloud system, and enable remote monitoring and remote evaluation.
  • the method for determining electrical parameters of consumers in a branched power network is characterized according to the invention in that it by means of a central voltage converter unit and a plurality of decentralized units, which are assigned to the consumers and each have a decentralized current measuring arrangement with at least one current sensor and a decentralized evaluation unit each.
  • the voltage converter unit is connected to the decentralized evaluation unit by means of a voltage signal connection and the decentralized current measuring arrangement is connected to the decentralized evaluation unit by means of a current signal connection.
  • the method is thus carried out by means of an arrangement for determining electrical parameters of consumers in a branched power network, as described above, so that the description contents for the arrangement also apply in relation to the method.
  • the method for determining electrical parameters of consumers in a branched power network has the following method steps according to the invention. a) Central detection of a voltage by the central voltage converter b) Conversion of the voltage into a voltage reference signal by reducing the voltage curve proportionally by a conversion factor to a safety extra-low voltage c) Transmission of the voltage reference signal via the voltage signal connection to the decentralized evaluation unit d) Decentralized recording of instantaneous values of a current through the decentralized current measuring arrangements e) Transmission of the instantaneous values of the current by means of the current signal connection to the decentralized evaluation unit f) Determination of instantaneous values of the voltage on the basis of the voltage reference signal by the decentralized evaluation unit g) Assignment of the instantaneous values of the voltage and the current h) Calculation of the Active power from the assigned instantaneous values of voltage and current and the conversion factor
  • the voltage converter records the course of the voltage in the power grid at a central point.
  • the central point is arranged as close as possible to the feed point and in front of the branching of the power grid. b) Conversion of the voltage into a voltage reference signal by reducing the voltage curve proportionally by a conversion factor to a safety extra-low voltage.
  • the mains voltage is preferably galvanically and safely separated from the safety extra-low voltage, so that only the rules for safety extra-low voltages have to be observed in all other components, in particular in the decentralized units and in all connections.
  • the recorded voltage profile for example at 230 volts, is converted into a voltage reference signal with a lower voltage, for example 12 volts.
  • the signal forms of the individual voltages and the phase positions of the voltages relative to the current curve are retained and proportionally reduced by a conversion factor to a safety extra-low voltage. In particular, the period lengths of the sinusoidal signal are retained.
  • the measured analog voltage curve is converted into an analog voltage reference signal.
  • the generated voltage reference signal is transmitted to the decentralized evaluation unit via the voltage signal connection.
  • the transmission is analog and preferably wired. This means that the voltage reference signal is available in real time to all decentralized evaluation units. d) decentralized acquisition of instantaneous values of a current by the decentralized current measuring arrangements
  • the instantaneous values of the current at the consumer are determined by the respective decentralized current measuring arrangement assigned to it by means of current sensors, vorzugswei se by means of three current sensors from the current curves of the three current-carrying phases (L1 to L3).
  • the decentralized current measuring arrangement also preferably has a current measuring unit and provides the instantaneous values of the current in a suitable signal type for transmission to the respective decentralized evaluation unit. e) Transmission of the instantaneous values of the current by means of the current signal connection to the decentralized evaluation unit
  • the instantaneous values of the current taken from the current sensors of the current measuring arrangement and preferably processed by the current measuring unit are transmitted to the decentralized evaluation unit via the current signal connection.
  • This current signal connection can be wired or wireless.
  • the current measuring unit can output various signal forms resulting from the prior art.
  • the current measuring arrangement can additionally add metadata such as identification data or location data to the current measuring arrangement during the conversion. f) Determination of instantaneous values of the voltage on the basis of the voltage reference signal by the decentralized evaluation unit
  • the decentralized evaluation unit determines the instantaneous values of the voltage from the voltage reference signal. Due to the retained signal shape, the retained phase shift of the voltage to the current and the assignment of the phase position of the voltages, all relevant electrical parameters can then be calculated. In addition, the characteristic points in the voltage reference signal, such as the zero crossings, can optionally be read out and amplitudes take place in order to obtain, for example, a basis for determining a phase shift. g) Allocation of the instantaneous values of voltage and current in real time
  • the evaluation unit assigns the instantaneous values of the voltage and the instantaneous values of the current to one another.
  • the assignment of the instantaneous values of the voltage and the instantaneous values of the current takes place in real time (time-synchronous).
  • the real-time assignment principle eliminates the need to make the instantaneous voltage and current values identifiable over time, for example by means of time stamps, as a particular advantage.
  • the active power and optionally other electrical parameters are calculated from the instantaneous values of the voltage u (t) and the current i (t), more precisely, from their individual temporal progression and the mutual temporal relationship.
  • the calculation of the parameters takes place in consideration of the conversion factor.
  • simplifications can preferably be made by summarizing the courses of current, voltage and power of a period in a specific parameter, which are then used for calculations comparable to the direct current calculation without special integral calculation can.
  • These parameters are generally known and are used to describe the conditions in the supply network and can be recorded using appropriate measurement technology. The best known of these are the effective quantities, which are the root mean square of the output quantity under consideration.
  • the active power taken from the power grid by the consumer is available for output.
  • the active power can optionally also be temporarily stored.
  • the output takes place by appropriate output units, by display or other issue.
  • the output units can also be integrated into the decentralized evaluation units.
  • FIG. 1 block diagram with a detailed representation of a decentralized unit
  • FIG. 2 block circuit diagram with representation of several consumers explained in more detail. An exemplary embodiment of the method is explained at the same time.
  • FIG. 1 shows an illustration of an exemplary embodiment of the arrangement for determining electrical parameters of consumers in a branched power network.
  • the branched power network 2 has a main line with three current-carrying conductors (L1-L3) and a neutral conductor (N), which branch off to the loads 1.
  • the central feed point 14 supplies the entire branched power network 2 with electrical energy.
  • the voltage is determined centrally by means of a central voltage converter unit 3 and the current is determined locally in the decentralized units, with a decentralized unit 4 in FIG. 1 is represented in detail.
  • the other decentralized units 4.n are shown only in a simplified manner, with the “n” in the reference symbol standing for any natural number and should thus represent any number of decentralized units.
  • the central voltage converter unit 3 is arranged on a branched power grid 2 separately from the decentralized unit 4.
  • the central voltage converter unit 3 determines the instantaneous values of the voltage in the branched power network 2 at a central point and converts them into a reduced voltage reference signal as an analog signal. In the present exemplary embodiment, this is transmitted by cable via the voltage signal connection 8 to the decentralized evaluation unit 7 of the decentralized unit 4.
  • the decentralized unit 4 has a decentralized current measuring arrangement 5 and a decentralized evaluation unit 7.
  • the decentralized current measuring arrangement 5 for its part has three current sensors 6, which are assigned to the current conductors L 1-3 of the branched power network 2.
  • the current sensors determine the instantaneous values of the current of the three current conductors L 1 to L 3 and transmit them to the current measuring unit 15,.
  • the decentralized current measuring arrangement 5 supplies the instantaneous values of the current to the decentralized evaluation unit 7 of the decentralized unit 4.
  • the decentralized evaluation unit 7 uses the reduced voltage reference signal, which is transmitted via the voltage signal connection 8 from the central voltage converter unit 3, and the instantaneous values of the current to calculate the active power that is consumed by the relevant consumer 1.
  • the reactive power, the active power, the apparent power, the phase shift angle, the voltage and the current are provided as electrical parameters for output.
  • the arrangement also has a central output and service unit 12 and additional decentralized output and service units 10.
  • the values for the extracted active power and the values of the other electrical parameters are determined in the present exemplary embodiment by the The central evaluation unit 7 is transmitted to the central output and service unit 12 via the central data connection 13.
  • a decentralized output unit 10 is connected to the decentralized evaluation unit 7 via the decentralized data connection 11.
  • the decentralized output and service unit 10 is an external device, specifically designed as a PC, which enables the active power and other electrical parameters to be read out decentrally for the individual consumer.
  • the central data connection 13 is formed as a digital bus.
  • the voltage is recorded centrally by means of the central voltage converter unit 3.
  • the central voltage converter unit 3 reduces the voltage of 230 volts applied to the branched power grid 2 by a conversion factor to a safety extra-low voltage with a lower voltage, in this case 12 volts. Only the amount including amplitude is changed proportionally; the shape of the voltage in the alternating current circuit, as well as its period length and phase position, are retained for all three phases. As a result, the voltage shape and the phase position from the 230 V level are obtained as the analog voltage reference signal in safety extra-low voltage.
  • the voltage reference signal produced in this way is transmitted in the next method step c) to the decentralized evaluation unit 7 via the voltage signal connection 8.
  • the three current sensors 6 of the decentralized current measuring arrangement 5 detect the instantaneous values of the electrical currents flowing through the conductors (L 1 to L 3). For this purpose, the recorded by the current sensors 6 menen values are converted into a signal format by the current measuring unit, which can be processed by the decentralized evaluation unit 7.
  • process steps a) and b) and d) take place at the same time.
  • the decentralized evaluation unit 7 determines the instantaneous values of the voltage from the voltage reference signal (method step f)).
  • the instantaneous values of the voltage are then assigned to the instantaneous values of the current in real time by the decentralized evaluation unit 7 (method step g)).
  • the active power and other electrical parameters are calculated from the instantaneous values for current and voltage as well as the conversion factor.
  • the calculated electrical parameters are transmitted via the decentralized data connection 11 to the decentralized output unit 10 and additionally via the central data connection 13 to the central output unit 12.
  • both data connections 11, 13 are each designed as a physical data connection and the two output and service units 10, 12 are each designed as PCs and thus as external devices.
  • Figure 2 shows an embodiment of the invention with a representation of several consumers.
  • a decentralized unit 4 is assigned a plurality of consumers 1, 1.n and a further decentralized unit 4.n is also assigned a plurality of consumers nx1, nxl .n.
  • the de- central unit 4 a current measuring arrangement (in Fig. 2 without reference number) with several current sensors 6, each current conductor L1, L2, L3 leading to the consumers 1, 1.n being assigned a current sensor 6 (for the consumer 1.n without reference number) is.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Remote Monitoring And Control Of Power-Distribution Networks (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Ermittlung elektrischer Kenngrößen von Verbrauchern (1) in einem verzweigten Stromnetz (2), aufweisend eine zentrale Spannungswandlereinheit (3) und eine Mehrzahl dezentraler Einheiten (4), wobei die zentrale Spannungswandlereinheit (3) ausgebildet ist, einen Spannungsverlauf zu erfassen und ein mit einem Wandlungsfaktor proportional zu dem Spannungsverlauf auf eine Sicherheitskleinspannung reduziertes Spannungsreferenzsignal zu erzeugen und dieses übertragbar bereitzustellen, wobei die dezentralen Einheiten (4) jeweils den Verbrauchern (1) zugeordnet sind, wobei jede dezentrale Einheit (4) eine dezentrale Strommessanordnung (5) und eine dezentrale Auswertungseinheit (7) aufweist, wobei die dezentrale Strommessanordnung (5) mindestens einen Stromsensor (6) aufweist und ausgebildet ist, einen Augenblickswert eines Stroms zu messen und übertragbar bereitzustellen, und wobei die dezentrale Auswertungseinheit (7) ausgebildet ist, aus dem Spannungsreferenzsignal Augenblickswerte der Spannung zu detektieren und die Augenblickswerte der Spannung den Augenblickswerten des Stroms zuzuordnen und aus den zugeordneten Augenblickswerten der Spannung und des Stroms sowie aus dem Wandlungsfaktor die elektrische Wirkleistung des jeweiligen Verbrauchers (1) als eine elektrische Kenngröße zu berechnen.

Description

Anordnung und Verfahren zur Ermittlung elektrischer Kenngrößen eines Verbrauchers in einem verzweigten Stromnetz
Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Ermittlung elektrischer Kenngrößen von Verbrauchern in einem verzweigten Stromnetz.
Aus dem Stand der Technik sind Systeme zur Ermittlung elektrischer Kenngrößen von Verbrauchern in einem verzweigten Stromnetz, welche den Stromverbrauch direkt beim Verbraucher messen, dem Grunde nach bekannt.
So beschreibt beispielsweise DE 102011 107932 B3 ein System, welches elektri sche Kenngrößen wie Wirkleistungswerte aus dezentral gemessenen Momentanwerten des Stroms und einer zentral ermittelten Spannung in einer zentralen Recheneinheit errechnet. Die zeitliche Synchronisation der Messdaten erfolgt anhand von digitalen Zeitstempeln. Die Lösung stellt sehr exakte Ergebnisse bereit und erfordert zugleich eine hohe Datenübertragungsrate.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein System für eine einfache und präzise Berechnung elektrischer Kenngrößen von dezentralen Verbrauchern in einem verzweigten Stromnetz bereitzustellen, das störunanfällig arbeitet und kostengünstig bereitstellbar ist.
Die Aufgabe wird in Bezug auf die Anordnung durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte-Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. In Bezug auf das Verfahren wird die Aufgabe durch die im Patent anspruch 6 aufgeführten Merkmale gelöst.
Die Anordnung zur Ermittlung elektrischer Kenngrößen von Verbrauchern in einem verzweigten Stromnetz weist erfindungsgemäß eine zentrale Spannungswandler einheit und eine Mehrzahl dezentraler Einheiten auf.
BESTATIGUNGSKOPIE Die zentrale Spannungswandlereinheit ist erfindungsgemäß ausgebildet, einen Spannungsverlauf an einer Stelle des verzweigten Stromnetzes zu erfassen. Dies wird als zentrale Spannungserfassung im Sinne der vorliegenden Anmeldung ver standen. Die zentrale Spannungswandlereinheit ist ferner ausgebildet, aus der zentral erfassten Spannung ein Spannungsreferenzsignal zu erzeugen. Das Span nungsreferenzsignal wird in einer Sicherheitskleinspannung beispielsweise von 5 Volt, 12 Volt oder 24 Volt bereitgestellt. Bei dem Spannungsreferenzsignal han delt es sich um einen proportional zu dem erfassten Spannungsverlauf reduzierten Spannungsverlauf. Dabei besteht ein Wandlungsfaktor, der das Größenverhältnis zwischen dem erfassten Spannungsverlauf und dem Spannungsreferenzsignal definiert. Das Spannungsreferenzsignal liegt als analoges Signal vor. Es stellt ein in Echtzeit erzeugtes, reduziertes Abbild des erfassten Spannungsverlaufs dar.
Die Spannungswandlereinheit erfasst bevorzugt die an einem dreiphasigen Strom netz anliegende Spannung von 230 V jeweils zwischen einer Phase und dem Nullleiter und erzeugt ein analoges dreiphasiges Spannungsreferenzsignal, reduziert auf den Wert einer Sicherheitskleinspannung. Typischerweise werden immer alle drei Phasen zu einem dann dreiphasigen Spannungsreferenzsignal gewandelt. Soweit ein Verbraucher lediglich einer Phase zugeordnet ist, muss ein lediglich einphasiges Spannungsreferenzsignal erzeugt werden.
Der genaue Verlauf des einzelnen sinusförmigen Spannungsverlaufs einschließlich Lage der Maxima (Amplituden) und der Nulldurchgänge sowie die Lage der Spannungsverläufe der Phasen zueinander wird dabei nicht verändert. Das auf Sicher heitskleinspannung reduzierte Spannungsreferenzsignal der benötigten Phasen steht nun übertragbar bereit und kann als analoges Signal an andere Komponenten übertragen werden.
Die Übertragung des Spannungsreferenzsignal erfolgt über die Spannungssignal verbindung vorzugsweise kabelgebunden. Optional kann das Spannungsreferenz signal bei kleiner Spannung und bei einer großen Übertragungsentfernung verstärkt werden. Erfindungsgemäß liegt neben der zentralen Spannungswandlereinheit eine Mehr zahl dezentraler Einheiten vor.
Die dezentralen Einheiten sind jeweils den Verbrauchern zugeordnet. Jede dezen trale Einheit weist eine dezentrale Strommessanordnung sowie eine dezentrale Auswertungseinheit auf. Eine solche dezentrale Einheit ist baulich typischerweise als ein Gerät ausgebildet, in dem eine dezentrale Strommesseinheit und die dezentrale Auswertungseinheit integriert sind. Um die tatsächliche Leistungsabnahme eines Verbrauchers in einem verzweigten Stromnetz zu ermitteln, werden die de zentralen Einheiten den einzelnen Verbrauchern oder auch Gruppen von Verbrauchern zugeordnet. Nachfolgend werden einzelne Verbraucher und Gruppen von Verbrauchern auch zusammengefasst als Verbraucher bezeichnet.
Die jeweilige dezentrale Einheit weist eine Strommessanordnung auf, welche mittels mindestens eines Stromsensors die fließenden Ströme lokal bei dem betreffen den Verbraucher erfasst. Es wird jeweils ein Stromsensor für jeden zu messenden Leiter eingesetzt. Einem dreiphasigen Verbraucher sind somit regelmäßig drei Stromsensoren zugeordnet. Die Strommessanordnung kann optional auch eine größere Anzahl von Stromsensoren, beispielsweise neun Stromsensoren aufwei sen. In einer solchen Variante kann eine Strommessanordnung die Ströme mehrerer Verbraucher erfassen. Die Stromsensoren sind vorzugsweise Klappstromwandler oder Rogowskispulen, die die Stromstärke berührungslos messen und die um die installierten Leiter gelegt werden, ohne diese Leiter von der Installation zu tren nen.
Die Strommessanordnung ist erfindungsgemäß ausgebildet, Augenblickswerte eines Stroms kontinuierlich zu messen und übertragbar bereitzustellen. Die Strom messanordnung ermittelt in Echtzeit die Augenblickswerte des Stromes und stellt diese in einer übertragbaren Form zur Übertragung über die Stromsignalverbindung bereit. Hierbei kann die Strommessanordnung vorzugsweise ferner mindestens eine Strommesseinheit aufweisen, mit der die Strommesssensoren verbunden sind und welche das von den Stromsensoren erhaltene Messsignal in ein Signalformat um wandelt, welches von der dezentralen Auswertungseinheit verarbeitbar ist. Die konkrete Ausbildung der Strommesseinheit bestimmt sich nach der Bauart und der An zahl der Stromsensoren. Die Stromsensoren und die Strommesseinheit können baulich integriert, aber auch baulich getrennt angeordnet sein. Soweit die dezentra le Auswertungseinheit das von den Stromsensoren ausgehende Signal ohne Kon vertierung verarbeiten kann, kann die Strommessanordnung auch ohne Strommesseinheit ausgebildet sein. Von der Strommessanordnung wird somit in jedem Fall der dezentralen Auswertungseinheit ein von ihr verarbeitbares Signal zur Verfügung gestellt.
Erfindungsgemäß weist die dezentrale Einheit ferner eine dezentrale Auswertungseinheit auf. Die jeweilige dezentrale Auswertungseinheit ist mittels einer Span nungssignalverbindung mit der zentralen Spannungswandlereinheit und mittels einer Stromsignalverbindung mit der jeweiligen dezentralen Strommessanordnung verbunden. Die dezentrale Auswertungseinheit der dezentralen Einheit erhält über die Spannungssignalverbindung das Spannungsreferenzsignal mit den Augen blickswerten der Spannung und über die Stromsignalverbindung die Augenblicks werte des Stroms.
Die dezentrale Auswertungseinheit ist erfindungsgemäß ausgebildet, aus dem Spannungsreferenzsignal die Augenblickswerte der Spannung zu detektieren und die Augenblickswerte der Spannung den Augenblickswerten des Stroms zuzuord nen. Die dezentrale Auswertungseinheit detektiert aus dem Spannungsreferenzsig nal die Augenblickswerte der Spannung und ordnet diese dann den von der dezen tralen Strommessanordnung erhaltenen Augenblickswerten des Stroms zu.
Die dezentrale Auswertungseinheit ist ferner ausgebildet, aus den zugeordneten Augenblickswerten der Spannung und des Stroms sowie aus dem Wandlungsfaktor die elektrische Wirkleistung des jeweiligen Verbrauchers als eine elektrische Kenn größe zu berechnen. Aus den zugeordneten Augenblickswerten für Spannung und Strom sind durch die dezentrale Auswertungseinheit ferner bevorzugt weitere elektrische Kenngrößen wie Scheinleistung, Blindleistung und die Phasenverschiebung Phi bestimmbar. Die weiteren elektrischen Kenngrößen können zur besseren Charakterisierung des Stromnetzes und der Verbraucher genutzt werden.
Die nun ermittelten elektrischen Kenngrößen können direkt über die zentrale Datenverbindung, vorzugsweise über einen digitalen Bus, ausgelesen werden.
Die Lösung weist insbesondere nachfolgende Vorteile auf.
Durch die Trennung der Spannungsmessung von der Strommessung ergibt sich der Vorteil, dass die dezentralen Einheiten bei dem Verbraucher weniger komplex und damit kostengünstiger ausgebildet werden können. Baueinheiten mit einer zur Messung von Augenblickswerten des Stroms sowie Auswertungseinheiten, welche aus analogen Signalen Augenblickswerte des Stroms und Augenblickswerte der Spannung sowie hierauf aufbauend eine Wirkleistung ermitteln können, sind als solche aus dem Stand der Technik bekannt und vergleichsweise kostengünstig auf dem Markt verfügbar. Diese können als dezentrale Einheiten im Sinne der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.
Durch die Verwendung eines reduzierten Spannungssignals können die Module der dezentralen Einheiten kleiner, einfacher und kostengünstiger ausgelegt werden, da eine sonst erforderliche Messtechnik für 230 V Wechselspannung größer ausgelegt ist und somit mehr Bauraum einnehmen würde.
Ein weiterer Vorteil ist es, dass das reduzierte Spannungssignal über eine Verbindungsleitung mit einem geringeren Leiterquerschnitt übertragen und somit sehr ein fach in eine vorhandene Infrastruktur integriert werden kann. Zudem bestehen auf grund der Ausbildung des reduzierten Spannungsreferenzsignals als Sicherheitskleinspannung keine zusätzlichen Sicherheitsanforderungen an die Installation und an den Betrieb. Auch somit wird der Aufwand für die Verdrahtung reduziert. Die Verbindung der zentralen Spannungswandlereinheit, der dezentralen Einheiten und optional der zentralen Ausgabe- und Serviceeinheit wird vorzugsweise physisch als CAT 5 LAN Signalleitungen ausgebildet, so dass die zentrale Datenverbindung und die Spannungssignalverbindung physisch in einer Leitung integriert sind.
Zu dem drastisch verringerten Aufwand für die Hardware kommt der deutlich verringerte Aufwand beim Anschluss der dezentralen Einheiten an die Verbraucher hinzu. Der Anschluss der Stromsensoren erfolgt ohne Eingriff in das Stromnetz. Es müssen ausschließlich einmal bei dem Anschluss der zentralen Spannungswand lereinheit die stromführenden Leitungen angeschlossen werden. Damit wird er reicht, dass kein für das jeweilige verzweigte Stromnetz, in der Regel also für die betriebliche Elektroanlage, zugelassener Elektriker erforderlich ist, um die teilweise sehr vielen dezentrale Einheiten anzuschließen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die dezentrale Strommessanordnung in die dezentrale Auswertungseinheit integriert. Durch eine bauliche Verbindung von dezentraler Strommessanordnung und dezentraler Auswertungseinheit ergeben sich Vorteile bei der Herstellung, welche einen höheren Grad der Miniaturisierung und geringere Herstellungskosten ermöglichen. Ferner ist es möglich, dass nur Tei le der dezentralen Strommessanordnung in die dezentrale Auswertungseinheit in tegriert sind.
Die dezentrale Auswertungseinheit ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ausgebildet, aus den Augenblickswerten der Spannung und des Stroms einen Phasenwinkel f (Phi) als eine elektrische Kenngröße zu berechnen.
Der Phasenwinkel f (Phi) oder auch als Phasenverschiebungswinkel bezeichnet, ist ein Maß für die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung. Vorzugsweise kann auch der Wirkfaktor cos f errechnet werden. Der Wirkfaktor kann auch als Quotient von Wirkleistung P und Scheinleistung S angegeben wer den. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist mindestens eine dezentrale Einheit eine dezentrale Ausgabe- und Serviceeinheit auf.
Die dezentrale Auswertungseinheit der mindestens einen dezentralen Einheit weist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung eine dezentrale Datenverbindung zu der dezentralen Ausgabe- und Serviceeinheit auf. Die dezentrale Ausgabe- und Serviceeinheit ist ausgebildet, die über die dezentrale Datenverbindung erhaltenen elektrischen Kenngrößen der dezentralen Einheiten dezentral auszugeben.
Eine dezentrale Ausgabe- und Serviceeinheit erlaubt vorteilhaft ein direktes Ausle sen und Auswerten der Daten der dezentralen Auswertungseinheit in räumlicher Nähe zu dem jeweiligen Verbraucher. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn das elektrische Verhalten spezieller Verbraucher von besonderem Inte resse ist und zusammen mit deren Betriebszuständen beobachtet werden soll.
Die dezentrale Ausgabe- und Serviceeinheit ist vorzugsweise als ein Computer, ein Tablett oder ein Smartphone ausgebildet und kann die Daten optisch vorzugsweise durch ein Display ausgeben.
Der Vorteil liegt hier je nach Ausbildung entweder in der Möglichkeit der direkten Überwachung der Kenngrößen oder in der Möglichkeit, die Kenngrößen auf andere Geräte zu übertragen und optional anderweitig auszuwerten oder die dezentrale Einheit ohne eine zentrale Datenverbindung in Betrieb zu nehmen, Parameter der zentralen Einheit zu verändern oder Zuordnungen der zu messenden Leiter zu den Verbrauchern zu treffen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist das System zur Ermittlung elektrischer Kenngrößen von Verbrauchern in einem verzweigten Stromnetz eine zentrale Ausgabe- und Serviceeinheit auf.
Die zentrale Ausgabe- und Serviceeinheit ist gemäß dieser vorteilhaften Weiterbil dung über eine zentrale Datenverbindung mit den dezentralen Auswertungseinhei ten verbunden und ausgebildet, die über die zentrale Datenverbindung erhaltenen elektrischen Kenngrößen der dezentralen Einheiten zentral auszugeben. Vorzugsweise ist die zentrale Ausgabe- und Serviceeinheit ferner ausgebildet, die elektri- sehen Kenngrößen zu aggregieren, in bestimmte Datenformate zu wandeln und sie in einer Datenbank zu speichern. Weiterhin ist die zentrale Ausgabe- und Serviceeinheit vorzugsweise als Bus Master für die dezentralen Auswertungseinheiten ausgebildet.
Die zentrale Ausgabe- und Serviceeinheit kann die elektrischen Kenngrößen aller dezentralen Einheiten, welche mit einer zentralen Datenverbindung verbunden sind, abrufen und ausgeben sowie vorzugsweise weitere Berechnungen auf der Grundlage der elektrischen Kenngrößen ausführen. Die Ausgabe kann optisch, bei spielsweise durch ein Display, oder digital über ein Dateninterface wie beispiels weise Ethernet oder USB erfolgen. Die Ausgabe der Daten kann in unterschiedli chen Datenformaten erfolgen. Vorzugsweise werden die ermittelten elektrischen Kenngrößen aller Verbraucher in einer Datenbank abgelegt, strukturiert und verarbeitet. Dabei ist es möglich, dass die Datenbank in der zentralen Ausgabe- und Serviceeinheit oder in einer anderen angeschlossenen Datenverarbeitungsanlage angeordnet ist. Ferner kann die zentrale Ausgabe- und Serviceeinheit als eine Da tenverarbeitungsanlage mit einem Datenspeicher in der Cloud ausgebildet sein.
Die zentrale Datenverbindung ist über aus dem Stand der Technik bekannte Standards zur Datenfernübertragung wie beispielsweise WAN, LAN, W-LAN, Ethernet, Funk, Internet und so weiter realisierbar.
Vorzugsweise handelt es sich bei der zentralen Datenverbindung um einen digita len Bus. Somit kann die zentrale Ausgabeeinheit im Sinne dieser Weiterbildung auch durch ein externes System bereitgestellt werden. Bei einem solchen externen System kann es sich beispielsweise um eine betriebliche elektronische Datenverarbeitungsanlage, also um ein Computersystem oder um ein Automatisierungssys tem, handeln. Ferner kann die zentrale Ausgabe- und Serviceeinheit auch ortsfremd, insbesondere als Cloudsystem, angeordnet sein und eine Fernüberwachung und Fernauswertung ermöglichen.
Das Verfahren zur Ermittlung elektrischer Kenngrößen von Verbrauchern in einem verzweigten Stromnetz ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass es mit- tels einer zentralen Spannungswandlereinheit und einer Mehrzahl von dezentralen Einheiten, welche den Verbrauchern zugeordnet sind und jeweils eine dezentrale Strommessanordnung mit mindestens einem Stromsensor sowie jeweils eine dezentrale Auswertungseinheit aufweisen, durchgeführt wird.
Dabei ist erfindungsgemäß die Spannungswandlereinheit mittels einer Spannungs signalverbindung mit der dezentralen Auswertungseinheit und die dezentrale Strommessanordnung mittels einer Stromsignalverbindung mit der dezentralen Auswertungseinheit verbunden. Das Verfahren wird somit mittels einer Anordnung zur Ermittlung elektrischer Kenngrößen von Verbrauchern in einem verzweigten Stromnetz durchgeführt, wie sie vorstehend beschrieben wurde, so dass die Be schreibungsinhalte zu der Anordnung auch in Bezug auf das Verfahren gelten.
Das Verfahren zur Ermittlung elektrischer Kenngrößen von Verbrauchern in einem verzweigten Stromnetz weist erfindungsgemäß folgende Verfahrensschritte auf. a) Zentrales Erfassen einer Spannung durch den zentralen Spannungswandler b) Wandlung der Spannung in ein Spannungsreferenzsignal, indem der Span nungsverlauf um einen Wandlungsfaktor proportional auf eine Sicherheitskleinspannung reduziert wird c) Übertragung des Spannungsreferenzsignals über die Spannungssignalverbindung an die dezentrale Auswertungseinheit d) dezentrales Erfassen von Augenblickswerten eines Stroms durch die dezentra len Strommessanordnungen e) Übertragen der Augenblickswerte des Stroms mittels der Stromsignalverbindung an die dezentrale Auswertungseinheit f) Ermitteln von Augenblickswerten der Spannung anhand des Spannungsrefe renzsignals durch die dezentrale Auswertungseinheit g) Zuordnung der Augenblickswerte der Spannung und des Stroms h) Berechnen der Wirkleistung aus den zugeordneten Augenblickswerten der Spannung und des Strom und des Wandlungsfaktors
Die Verfahrensschritte werden nachfolgend näher beschrieben: io a) Zentrales Erfassen einer Spannung durch den zentralen Spannungswandler
Der Spannungswandler erfasst den Verlauf der Spannung in dem Stromnetz an einer zentralen Stelle. Hierbei ist die zentrale Stelle möglichst nahe an dem Ein speisepunkt und vor der Verzweigung des Stromnetzes angeordnet. b) Wandlung der Spannung in ein Spannungsreferenzsignal, indem der Span nungsverlauf um einen Wandlungsfaktor proportional auf eine Sicherheitsklein spannung reduziert wird.
Die Netzspannung wird dabei bevorzugt galvanisch sicher von der Sicherheitskleinspannung getrennt, so dass in allen anderen Komponenten, insbesondere in den dezentralen Einheiten sowie in allen Verbindungen lediglich die Regeln für Sicherheitskleinspannungen beachtet werden müssen.
Der erfasste Spannungsverlauf, beispielsweise bei 230 Volt, wird in ein Spannungsreferenzsignal mit einer geringeren Spannung, beispielsweise mit 12 Volt, umgewandelt. Hierbei werden die Signalformen der einzelnen Spannungen sowie die Phasenlagen der Spannungen relativ zu dem Stromverlauf beibehaltenund um einen Wandlungsfaktor auf eine Sicherheitskleinspannung proportional reduziert. Insbesondere bleiben hierbei die Periodenlängen des sinusförmigen Signals erhalten. Der gemessene analoge Spannungsverlauf wird in ein analoges Spannungsre ferenzsignal umgewandelt. c) Übertragung des Spannungsreferenzsignals über die Spannungssignalverbindung an die dezentrale Auswertungseinheit
Das erzeugte Spannungsreferenzsignal wird über die Spannungssignalverbindung an die dezentrale Auswertungseiriheit übertragen. DieTlbertragung erfolgt analog und vorzugsweise kabelgebunden. Somit steht allen dezentralen Auswertungsein heiten das Spannungsreferenzsignal in Echtzeit zur Verfügung. d) dezentrales Erfassen von Augenblickswerten eines Stroms durch die dezen tralen Strommessanordnungen
Die Augenblickswerte des Stroms am Verbraucher werden von der jeweiligen zu geordneten dezentralen Strommessanordnung mittels Stromsensoren, vorzugswei se mittels drei Stromsensoren aus den Stromverläufen der drei stromführenden Phasen (L1 bis L3) ermittelt. Die dezentrale Strommessanordnung weist zudem bevorzugt eine Strommesseinheit auf und stellt die Augenblickswerte des Stroms in einem geeigneten Signaltyp für eine Übertragung an die jeweilige dezentrale Auswertungseinheit bereit. e) Übertragen der Augenblickswerte des Stroms mittels der Stromsignalverbin dung an die dezentrale Auswertungseinheit
Die von den Stromsensoren der Strommessanordnung abgenommenen und vor zugsweise von der Strommesseinheit aufbereiteten Augenblickswerte des Stroms werden über die Stromsignalverbindung an die dezentrale Auswertungseinheit übertragen. Diese Stromsignalverbindung kann drahtgebunden oder über Funk ausgebildet sein. Die Strommesseinheit kann dabei verschiedene, sich aus dem Stand der Technik ergebende Signalformen ausgeben. Optional kann die Strommessanordnung bei der Umwandlung zusätzlich Metadaten wie Identifikationsdaten oder Standortdaten der Strommessanordnung hinzufügen. f) Ermitteln von Augenblickswerten der Spannung anhand des Spannungsrefe renzsignals durch die dezentrale Auswertungseinheit
Die dezentrale Auswertungseinheit ermittelt aus dem Spannungsreferenzsignal die Augenblickswerte der Spannung. Durch die beibehaltene Signalform, die beibehal tene Phasenverschiebung der Spannung zum Strom und die Zuordnung der Phasenlage der Spannungen können nachfolgend alle relevanten elektrischen Kenn größen berechnet werden. Zudem kann optional ein Auslesen der charakteristi schen Punkte im Spannungsreferenzsignal, wie beispielsweise der Nulldurchgänge und Amplituden erfolgen, um so beispielsweise eine Grundlage für eine Ermittlung einer Phasenverschiebung zu erhalten. g) Zuordnung der Augenblickswerte der Spannung und des Stroms in Echtzeit
Die Auswertungseinheit ordnet die Augenblickswerte der Spannung und die Augenblickswerte des Stroms einander zu. Die Zuordnung der Augenblickswerte der Spannung und der Augenblickswerte des Stroms erfolgt in Echtzeit (zeitsynchron). Durch das Prinzip der Zuordnung in Echtzeit entfällt als besonderer Vorteil das Erfordernis, die Augenblickswerte der Spannung und des Stroms beispielswei se durch Zeitstempel zeitlich identifizierbar zu machen. h) Berechnen der Wirkleistung aus den zugeordneten Augenblickswerten der Spannung und des Strom sowie aus dem Wandlungsfaktor
In diesem Verfahrensschritt erfolgt die Berechnung der Wirkleistung und optional weiterer elektrischer Kenngrößen aus den Momentanwerten der Spannung u(t) und des Stromes i(t), genauer, aus ihrem individuellen zeitlichen Verlauf und dem gegenseitigen zeitlichen Bezug. Die Berechnung der Kenngrößen erfolgt hier unter Beachtung des Wandlungsfaktors.
Durch den periodisch widerkehrenden Verlauf der Signale mit der Periodendauer T lassen sich bevorzugt Vereinfachungen treffen, indem die Verläufe von Strom, Spannung und Leistung einer Periode in einer spezifischen Kenngröße zusam mengefasst werden, die dann für Berechnungen vergleichbar mit der Gleichstrom rechnung ohne spezielle Integralrechnung herangezogen werden können. Diese Kenngrößen sind allgemein bekannt und werden bei der Beschreibung der Zustän de im Versorgungsnetzt verwendet und können durch entsprechende Messtechnik erfasst werden. Die bekanntesten davon sind die Effektivgrößen, bei denen es sich um den quadratischen Mittelwert der betrachteten Ausgangsgröße handelt.
Figure imgf000015_0001
Veff ~
Figure imgf000015_0004
yl n Verbrauchers )
Figure imgf000015_0002
Figure imgf000015_0003
E: Wirkenergie [Ws]
Eq: Blindenergie [Vars]
Die vom Verbraucher dem Stromnetz entnommene Wirkleistung steht ausgebbar zur Verfügung. Optional kann die Wirkleistung auch zwischengespeichert werden. Die Ausgabe erfolgt durch entsprechende Ausgabeeinheiten, durch Anzeige oder anderweitige Ausgabe. Die Ausgabeeinheiten können auch in die dezentralen Auswertungseinheiten integriert sein.
Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel der Anordnung anhand von
Fig. 1 Blockschaltbild mit detaillierter Darstellung einer dezentralen Einheit
Fig. 2 Blockschaltbidl mit Darstellung mehrerer Verbraucher näher erläutert. Hierbei wird zugleich ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens erläutert.
Figur 1 zeigt eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Anordnung zur Ermittlung elektrischer Kenngrößen von Verbrauchern in einem verzweigten Stromnetz.
Das verzweigte Stromnetz 2 weist eine Hauptader mit drei stromdurchflossenen Leitern (L1-L3) und einem Neutralleiter (N) auf, welche sich zu den Verbrauchern 1 hin verzweigen. Der zentrale Einspeisepunkt 14 versorgt das gesamte verzweigte Stromnetz 2 mit elektrischer Energie.
Um die tatsächliche Menge an vom Verbraucher 1 entnommener elektrischer Ener gie oder die tatsächliche Leistungsaufnahme zu ermitteln, erfolgen eine zentrale Bestimmung der Spannung mittels einer zentralen Spannungswandlereinheit 3 und eine dezentrale Bestimmung des Stroms in den dezentralen Einheiten, wobei in Fig. 1 eine dezentrale Einheit 4 stellvertretend detailliert dargestellt ist. Die anderen dezentralen Einheiten 4.n werden nur vereinfacht dargestellt, wobei das das „n“- im Bezugszeichen für eine beliebige natürliche Zahl steht und so eine beliebige Anzahl an dezentralen Einheiten darstellen soll. Die zentrale Spannungswandlereinheit 3 ist an einem verzweigten Stromnetz 2 getrennt von der dezentralen Einheit 4 angeordnet. Die zentrale Spannungswandler einheit 3 bestimmt die Augenblickswerte der Spannung im verzweigten Stromnetz 2 an zentraler Stelle und wandelt diese in ein reduziertes Spannungsreferenzsignal als analoges Signal um. Dieses wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ka belgebunden über die Spannungssignalverbindung 8 an die dezentrale Auswertungseinheit 7 der dezentralen Einheit 4 übertragen.
Die dezentrale Einheit 4 weist eine dezentrale Strommessanordnung 5 und eine dezentrale Auswertungseinheit 7 auf.
Die dezentrale Strommessanordnung 5 weist ihrerseits drei Stromsensoren 6 auf, welche den Stromleitern L 1-3 des-verzweigten Stromnetzes 2 zugeordnet sind. Die Stromsensoren ermitteln die Augenblickswerte des Stroms der drei Stromleiter L 1 bis L 3 und übermitteln diese an die Strommesseinheit 15, . Die dezentrale Strom messanordnung 5 liefert die Augenblickswerte des Stroms an die dezentrale Auswertungseinheit 7 der dezentralen Einheit 4.
Die dezentrale Auswertungseinheit 7 berechnet aus dem reduzierten Spannungsre ferenzsignal, welches über die Spannungssignalverbindung 8 von der zentralen Spannungswandlereinheit 3 übertragen wird und den Augenblickswerten des Stroms die Wirkleistung, welche von dem betreffenden Verbraucher 1 aufgenommen wird. Als elektrische Kenngrößen werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Blindleistung, die Wirkleistung, die Scheinleistung, der Phasenverschiebungs winkel, die Spannung und der Strom zur Ausgabe bereitgestellt.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Anordnung zudem eine zentrale Ausgabe- und Serviceeinheit 12 sowie zusätzliche dezentrale Ausgabe- und Ser viceeinheiten 10 auf.
Die Werte für die entnommene Wirkleistung und die Werte der weiteren elektrischen Kenngrößen werden in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch die de- zentrale Auswertungseinheit 7 über die zentrale Datenverbindung 13 an die zentrale Ausgabe- und Serviceeinheit 12 übertragen.
In dieser Ausführung ist eine dezentrale Ausgabeeinheit 10 über die dezentrale Da tenverbindung 11 mit der dezentralen Auswertungseinheit 7 verbunden. In dieser Ausführung ist die dezentrale Ausgabe- und Serviceeinheit 10 als ein externes Ge rät, konkret als PC ausgebildet, welches ein Auslesen der Wirkleistung und weiterer elektrischer Kenngrößen dezentral für den einzelnen Verbraucher ermöglicht. Ge mäß dieser Ausführung ist die zentrale Datenverbindung 13 als digitaler Bus aus gebildet.
Das Verfahren wird in dem Ausführungsbeispiel wie folgt durchgeführt:
Im ersten Verfahrensschritt a) erfolgt eine zentrale Erfassung der Spannung mittels der zentralen Spannungswandlereinheit 3.
Die zentrale Spannungswandlereinheit 3 reduziert im nächsten Verfahrenschritt b) die am verzweigten Stromnetz 2 anliegende Spannung von 230 Volt um einen Wandlungsfaktor zu einer Sicherheitskleinspannung mit einer geringeren Spannung, vorliegend 12 Volt. Es wird lediglich der Betrag einschließlich Amplitude pro portional verändert; die Spannungsform im Wechselstromkreis bleibt ebenso wie ihre Periodenlänge und Phasenlage für alle drei Phasen erhalten. Im Ergebnis wird so die Spannungsform und die Phasenlage aus der 230 V Ebene als das analoge Spannungsreferenzsignal in Sicherheitskleinspannung erhalten.
Das so entstandene Spannungsreferenzsignal wird im nächsten Verfahrenschritt c) über die Spannungssignalverbindung 8 an die dezentrale Auswertungseinheit 7 übertragen.
In Verfahrensschritt d) erfassen die drei Stromsensoren 6 der dezentralen Strommessanordnung 5 die Augenblickswerte der durch die Leiter (L 1 bis L 3) fließen den elektrischen Ströme. Hierzu werden die von den Stromsensoren 6 aufgenom- menen Werte durch die Strommesseinheit in ein Signalformat umgewandelt, wel ches von der dezentralen Auswertungseinheit 7 verarbeitet werden kann.
Diese Augenblickswerte werden in diesem Signalformat dann im Verfahrensschritt e) mittels der Stromsignalverbindung 9 an die dezentrale Auswertungseinheit 7 übertragen.
Insbesondere die Verfahrenschritte a) und b) sowie d) erfolgen zeitgleich.
Die dezentrale Auswertungseinheit 7 bestimmt aus dem Spannungsreferenzsignal die Augenblickswerte der Spannung (Verfahrensschritt f)).
Die Augenblickswerte der Spannung werden nachfolgend durch die dezentrale Auswertungseinheit 7 den Augenblickswerten des Stroms in Echtzeit zugeordnet (Verfahrensschritt g)).
Im letzten Verfahrensschritt h) wird aus den Augenblickswerten für Strom und Spannung sowie dem Wandlungsfaktor die Wirkleistung und weitere elektrische Kenngrößen errechnet.
Die errechneten elektrischen Kenngrößen werden über die dezentrale Datenverbindung 11 an die dezentrale Ausgabeeinheit 10 und zusätzlich über die zentrale Datenverbindung 13 an die zentrale Ausgabeeinheit 12 übermittelt.
In dieser Ausführung sind beide Datenverbindungen 11 , 13 als jeweils eine physi sche Datenverbindung und die beiden Ausgabe- und Serviceeinheiten 10, 12 je weils als PCs und damit als externe Geräte ausgebildet.
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen mit Darstellung mehrerer Verbraucher.
Der Grundaufbau stimmt mit Fig. 1 überein, so dass die Erläuterungen und Be- zugszeichen zu Fig. 1 “auch auf Fig. 2 entsprechend zutreffen.
In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind jeweils einer dezentralen Einheit 4 mehrere Verbraucher 1 , 1.n sowie einer weiteren dezentralen Einheit 4.n ebenfalls mehrere Verbraucher nx1, nxl .n zugeordnet. Hierzu weist beispielsweise die de- zentralen Einheit 4 eine Strommessanordnung (in Fig. 2 ohne Bezugszeichen) mit mehreren Stromsensoren 6, wobei jedem zu den Verbrauchern 1, 1.n führendem Stromleiter L1, L2, L3 jeweils ein Stromsensor 6 (bei dem Verbraucher 1.n ohne Bezugszeichen) zugeordnet ist.
Verwendete Bezugszeichen
1 Verbraucher 1.n weiterer Verbracher nx1 Verbraucher, zugeordnet einer weiteren dezentralen Einheit 4.n nx1.n weiterer Verbraucher, zugeordnet einer weiteren dezentralen Einheit 4.n
2 verzweigtes Stromnetz
3 zentrale Spannungswandlereinheit 4 dezentrale Einheit
4.n weitere dezentrale Einheiten
5 dezentrale Strommessanordnung
6 Stromsensor
7 dezentrale Auswertungseinheit 8 Spannungssignalverbindung
9 Stromsignalverbindung
10 dezentrale Ausgabe- und Serviceeinheit
11 dezentrale Datenverbindung
12 zentrale Ausgabe- und Serviceeinheit 13 zentrale Datenverbindung
14 zentraler Einspeisepunkt
15 Strommesseinheit
L1 Stromleiter
L2 Stromleiter L3 Stromleiter
N Neutralleiter

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung zur Ermittlung elektrischer Kenngrößen von Verbrauchern (1 ) in einem verzweigten Stromnetz (2), aufweisend eine zentrale Spannungswandlereinheit (3) und eine Mehrzahl dezentraler Einheiten (4), wobei die zentrale Spannungswandlereinheit (3) ausgebildet ist, einen Spannungsverlauf zu erfassen und ein mit einem Wandlungsfaktor proportional zu dem Spannungsverlauf auf eine Sicherheitskleinspannung reduzier tes Spannungsreferenzsignal zu erzeugen und dieses übertragbar bereitzustellen, wobei die dezentralen Einheiten (4) jeweils den Verbrauchern (1) zugeordnet sind, wobei jede dezentrale Einheit (4) eine dezentrale Strommessanord- ung (5) und eine dezentrale Auswertungseinheit (7) aufweist, wobei die dezentrale Strommessanordnung (5) mindestens einen Stromsensor (6) aufweist und ausgebildet ist, einen Augenblickswert eines Stroms zu messen und übertragbar bereitzustellen, wobei die dezentrale Auswertungseinheit (7) mittels einer Spannungssignalverbindung (8) mit der zentralen Spannungswandlereinheit (3) und mittels einer Stromsignalverbindung (9) mit den jeweiligen dezentralen Strommessanordnungen (5) verbunden ist, wobei die dezentrale Auswertungseinheit (7) ausgebildet ist, aus dem Spannungsreferenzsignal Augenblickswerte der Spannung zu detektieren und die Augenblickswerte der Spannung den Augenblickswerten des Stroms zuzu ordnen und aus den zugeordneten Augenblickswerten der Spannung und des Stroms sowie aus dem Wandlungsfaktor die elektrische Wirkleistung des jeweiligen Verbrauchers (1) als eine elektrische Kenngröße zu berechnen.
2. Anordnung zur Ermittlung elektrischer Kenngrößen von Verbrauchern (1) in einem verzweigten Stromnetz (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die dezentrale Strommesseinheit (5) in die dezentrale Auswertungsein heit (7) integriert ist.
3. Anordnung zur Ermittlung elektrischer Kenngrößen von Verbrauchern (1) in einem verzweigten Stromnetz (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dezentrale Auswertungseinheit (7) ausgebildet ist, aus den Augenblickswerten der Spannung und des Stroms einen Phasenwinkel f (phi) als eine elektrische Kenngröße zu berechnen.
4. Anordnung zur Ermittlung elektrischer Kenngrößen von Verbrauchern (1) in einem verzweigten Stromnetz (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine dezentrale Einheit (4) eine dezentrale Ausgabe- und Serviceeinheit (10) aufweist, wobei die dezentrale Auswertungseinheit (7) der mindestens einen dezentra len Einheit (4) eine dezentrale Datenverbindung (11) zu der dezentralen Ausgabe- und Serviceeinheit (10) aufweist und ausgebildet ist, die über die dezentrale Datenverbindung (11) erhaltenen elektrischen Kenngrößen der dezentralen Einheiten (4) dezentral auszugeben.
5. Anordnung zur Ermittlung elektrischer Kenngrößen von Verbrauchern (1) in einem verzweigten Stromnetz (2) nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine zentrale Ausgabe- und Serviceeinheit (12) aufweist, wobei die dezentralen Auswertungseinheiten (7) über eine zentrale Daten verbindung (13) mit der zentralen Ausgabe- und Serviceeinheit (12) verbunden sind wobei die zentrale Ausgabe- und Serviceeinheit (12) ausgebildet ist, die über die zentrale Datenverbindung (13) erhaltenen elektrischen Kenngrößen der dezentralen Einheiten (4) zentral auszugeben.
6. Verfahren zur Ermittlung elektrischer Kenngrößen von Verbrauchern (1) in einem verzweigten Stromnetz (2) dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer zentralen Spannungswandlereinheit (3), einer Mehrzahl von dezentralen Einheiten (4), welche den Verbrauchern (1) zugeordnet sind und eine dezentrale Strommessanordnung (5) mit mindestens einem Stromsensor (6) und eine dezentrale Auswertungseinheit (7) aufweisen, wobei die Spannungswandlereinheit (3) mittels einer Spannungssignalverbin dung (8) mit der dezentralen Auswertungseinheit (7) und die dezentrale Strommessanordnung (5) mittels einer Stromsignalverbindung (9) mit der dezentralen Auswertungseinheit (7) verbunden ist, aufweisend folgende Verfahrensschritte a) zentrales Erfassen einer Spannung durch den zentralen Spannungs wandler (3), b) Wandlung der Spannung in ein Spannungsreferenzsignal, indem der Spannungsverlauf um einen Wandlungsfaktor proportional auf eine Sicherheitskleinspannung reduziert wird, c) Übertragung des Spannungsreferenzsignals über die Spannungssignal verbindung (9) an die dezentrale Auswertungseinheit (7), d) dezentrales Erfassen von Augenblickswerten eines Stroms durch die dezentralen Strommessanordnungen (5), e) Übertragen der Augenblickswerte des Stroms mittels der Stromsignal verbindung (9) an die dezentrale Auswertungseinheit (7), f) Ermitteln von Augenblickswerten der Spannung anhand des Spannungs referenzsignals durch die dezentrale Auswertungseinheit (7), g) Zuordnung der Augenblickswerte der Spannung und des Stroms in Echt zeit, h) Berechnen der Wirkleistung aus den zugeordneten Augenblickswerten der Spannung und des Strom sowie aus dem Wandlungsfaktor
PCT/DE2020/000213 2019-09-27 2020-09-17 ANORDNUNG UND VERFAHREN ZUR ERMITTLUNG ELEKTRISCHER KENNGRÖßEN EINES VERBRAUCHERS IN EINEM VERZWEIGTEN STROMNETZ WO2021058046A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20792519.9A EP4034892A1 (de) 2019-09-27 2020-09-17 ANORDNUNG UND VERFAHREN ZUR ERMITTLUNG ELEKTRISCHER KENNGRÖßEN EINES VERBRAUCHERS IN EINEM VERZWEIGTEN STROMNETZ

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019006785.1A DE102019006785A1 (de) 2019-09-27 2019-09-27 Anordnung und Verfahren zur Ermittlung elektrischer Kenngrößen eines Verbrauchers in einem verzweigten Stromnetz
DE102019006785.1 2019-09-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021058046A1 true WO2021058046A1 (de) 2021-04-01

Family

ID=72895877

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2020/000213 WO2021058046A1 (de) 2019-09-27 2020-09-17 ANORDNUNG UND VERFAHREN ZUR ERMITTLUNG ELEKTRISCHER KENNGRÖßEN EINES VERBRAUCHERS IN EINEM VERZWEIGTEN STROMNETZ

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4034892A1 (de)
DE (1) DE102019006785A1 (de)
WO (1) WO2021058046A1 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2452989A (en) * 2007-09-24 2009-03-25 Hughes Energy Systems Ltd Multi-circuit electricity metering
DE102011107932B3 (de) 2011-07-19 2013-01-24 EurA-Consult GmbH System und Verfahren zur Bestimmung elektrischer Kenngrößen
EP2960664A1 (de) * 2014-06-24 2015-12-30 SYCOMP Electronic GmbH Modul, Funktionseinheit sowie System zur Erfassung von Leistungen und Energiemengen in Leitern

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013008812A1 (de) * 2013-05-24 2014-11-27 EurA Consult AG System und Verfahren zur Bestimmung elektrischer Kenngrößen

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2452989A (en) * 2007-09-24 2009-03-25 Hughes Energy Systems Ltd Multi-circuit electricity metering
DE102011107932B3 (de) 2011-07-19 2013-01-24 EurA-Consult GmbH System und Verfahren zur Bestimmung elektrischer Kenngrößen
EP2960664A1 (de) * 2014-06-24 2015-12-30 SYCOMP Electronic GmbH Modul, Funktionseinheit sowie System zur Erfassung von Leistungen und Energiemengen in Leitern

Also Published As

Publication number Publication date
DE102019006785A1 (de) 2021-04-01
EP4034892A1 (de) 2022-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60119555T2 (de) Ermittlung der Betriebsgrenzwerte in einem Energieverteilungsnetz
EP3320359B1 (de) Verfahren und prüfvorrichtung zum prüfen einer verdrahtung von wandlern
EP2283371B1 (de) Leistungsmessvorrichtung
WO2010018197A2 (de) ANORDNUNG ZUR MESSUNG VON STROMERTRAGS- UND/ODER VERBRAUCHSGRÖßEN IN EINEM NIEDERSPANNUNGSNETZ
DE102011107932B3 (de) System und Verfahren zur Bestimmung elektrischer Kenngrößen
DE102012107021B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Messung eines Wechselstroms
WO2019158375A1 (de) Ladestation zum laden von elektrofahrzeugen mit verteilter energiemessung sowie verfahren
WO2009124833A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur ermittlung der elektrischen wirkleistung mehrerer verbraucherabzweige
WO2015032598A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur steuerung der stabilität eines ortsnetzes mit einem regelbaren ortsnetztransformator
DE212013000286U1 (de) Messsystem
DE102012109468B3 (de) Stromzählereinrichtung
EP2960664B1 (de) System zur Erfassung von Leistungen und Energiemengen in Leitern
DE102007044166B4 (de) Anordnung zur Messung von Stromertrags- und/oder Verbrauchsgrößen in einem Niederspannungsnetz nebst zugehörigem Verfahren
DE102013018294B4 (de) Einrichtung und Verfahren zur Erfassung der elektrischen Energie von ein- oder mehrphasigen elektrischen Verbrauchern
DE202012012649U1 (de) Vorrichtung zur Messung eines Wechselstroms
WO2021058046A1 (de) ANORDNUNG UND VERFAHREN ZUR ERMITTLUNG ELEKTRISCHER KENNGRÖßEN EINES VERBRAUCHERS IN EINEM VERZWEIGTEN STROMNETZ
EP4063798A1 (de) Anordnung und verfahren zur ermittlung elektrischer kenngrössen eines verbrauchers in einem verzweigten stromnetz
DE102018106940A1 (de) Messvorrichtung, Messsystem und Verfahren zur verteilten Energiemessung
DE102013008812A1 (de) System und Verfahren zur Bestimmung elektrischer Kenngrößen
DE102016113028A1 (de) System zur überwachung des energieverbrauchs in industrieanlagen und energiemess – und übertragungsmodul hierfür
WO2015104177A2 (de) Verfahren und wechselrichter zum einspeisen elektrischer energie in ein wechselspannungsnetz
EP2073342A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der elektrischen Wirkleistung von einem oder meheren Verbraucherabzweigen
LU502488B1 (de) Messvorrichtung zur Strommessung in einem Energieverteilersystem
EP3474409B1 (de) Messung einer elektrischen grösse an einem verbraucher in einem wechselstromnetz
BE1026134B1 (de) Messvorrichtung, Messsystem und Verfahren zur verteilten Energiemessung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20792519

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2020792519

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020792519

Country of ref document: EP

Effective date: 20220428