AT516797A1 - Ermitteln des Schaltzustands zumindest eines Schalters in einem Niederspannungsnetz - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln des Schaltzustands zumindest eines Schalters (S) in einem Niederspannungsnetz (LVN), der sich zwischen zwei Leitungsabschnitten (LX, LY) einer Speiseleitung (F3, F4) befindet. Um die Schaltzustände ohne Sensoren an den Schaltern und automatisch ermitteln zu können, ist vorgesehen, - dass die zum Schalter (S) benachbarten Leitungsabschnitte (LX, LY) der Speiseleitung jeweils zumindest über ein fernauslesbares Messgerät (MX, MY) verfügen, das die elektrische Spannung im jeweiligen Leitungsabschnitt (LX, LY) für mehrere Zeitpunkte ermittelt, - dass eine zeitliche Reihe von Messwertpaaren gebildet wird, bei der ein Messwertpaar jeweils für einen gegebenen Zeitpunkt einen Spannungswert von jedem der beiden Messgeräte (MX, MY) enthält, und - dass ein Maß der Korrelation zwischen den Spannungswerten der Messwertpaare ermittelt wird, wobei bei hoher Korrelation eines Messwertpaares der Schalter (S) zu diesem Zeitpunkt als geschlossen definiert wird, während bei niedriger Korrelation eines Messwertpaares der Schalter (S) zu diesem Zeitpunkt als offen definiert wird.

Description

Beschreibung

Ermitteln des Schaltzustands zumindest eines Schalters in einem Niederspannungsnetz

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln des Schaltzustands zumindest eines Schalters in einem Niederspannungsnetz, der sich zwischen zwei Leitungsabschnitten einer Speiseleitung befindet.

Niederspannungsnetze sind ein Teil des Stromnetzes zur Verteilung der elektrischen Energie an den größten Teil der elektrischen Endverbraucher, der aus Niederspannungsgeräten besteht. Um Spannungsverluste zu vermeiden, sind Niederspannungsnetze in der räumlichen Ausdehnung auf einen Bereich von einigen 100 m bis zu einigen wenigen Kilometern beschränkt. Sie werden daher regional über Transformatorenstationen aus einem übergeordneten Mittelspannungsnetz gespeist. Sie werden in Europa üblicherweise mit einer Netzspannung von 230 V (zwischen jedem Außenleiter und dem Neutralleiter) bzw. 400 V (zwischen den drei Außenleitern), jedenfalls aber nur bis zu 1000 V betrieben. Bemessungsleistungen einzelner

Ortsnetztransformatoren können je nach Zielnetzplanung des jeweiligen Verteilnetzbetreibers variieren, liegen aber typischer Weise bei 250 oder 400 kVA für ländliche Gebiete und 630 oder 800 kVA für innerstädtische Gebiete.

Der Begriff Niederspannungsnetz im Sinne dieser Erfindung bezeichnet einen Teil des Verteilernetzes, also einen Abschnitt, der von einem bestimmten Verteiltransformator (Ortsnetztransformator) mit elektrischer Energie versorgt wird.

Heutzutage ist der klassische Netzbetrieb durch die zunehmende Durchdringung mit dezentralen, meist erneuerbaren Energieerzeugungsanlagen (DEA) vor große Herausforderungen gestellt. Hinzukommt das steigende Wachstum bzw. die fortschreitende Entwicklung der Elektromobilität. Als günstigere Alternative zum Netzausbau wird dabei das aktive Management von Anlagen im Niederspannungsnetz im Sinne von Blindleistungs- und Wirkleistungsmanagement angesehen. Letzteres greift gezielt auf Erzeuger, flexible Verbraucher oder auch Speicher im Niederspannungsnetz zu, um den Netzbetrieb normgerecht aufrecht zu erhalten.

Basis für den stabilen Betrieb eines solchen aktiven Netzmanagementsystems ist unter anderem die Kenntnis, welchen Einfluss einzelne Anlagen auf die Spannung an anderen Netzknoten des Niederspannungsnetzes haben. Hierfür ist wieder die Kenntnis über die elektrische Topologie des Niederspannungsnetzes Voraussetzung.

STAND DER TECHNIK

Allgemeine Topologieinformationen von Niederspannungsnetzen, also die relative Lage der und die elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Netzknoten, liegen derzeit nur in Form von Plänen in Papier bzw. in Form eines Geographischen Informationssystems (GIS) vor. Da zum heutigen Zeitpunkt das aktive Spannungsband-Management in Niederspannungsnetzen meist noch nicht zum Einsatz kommt, sondern die Niederspannungsnetze nach worst-case Kriterien ausgelegt werden, tritt die Problematik der Topologieerkennung - einschließlich der Kenntnis des Schaltzustands von Schaltern - noch nicht in dem in Zukunft zu erwartenden Umfang auf. Die bisherige Lösung besteht darin, entweder nur den Normal-Schaltzustand zu behandeln und eine Fehlkonfiguration in anderen Schaltzuständen in Kauf zu nehmen, oder die Schalter aufwändig mit Sensorik und Kommunikationsanbindung an das Regelsystem anzubinden, oder in einem Leitsystem die Schalterstellungen nach Betätigung durch den Netztechniker manuell nachzuziehen.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit welchem die Schaltzustände von Schaltern im Niederspannungsnetz ohne Sensoren an den Schaltern und automatisch ermittelt werden können.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst, zum Ermitteln des Schaltzustands zumindest eines Schalters in einem Niederspannungsnetz, der sich zwischen zwei Leitungsabschnitten einer Speiseleitung befindet. Dabei ist vorgesehen, - dass die zum Schalter benachbarten Leitungsabschnitte der Speiseleitung jeweils zumindest über ein fernauslesbares Messgerät verfügen, das die Spannung im jeweiligen Leitungsabschnitt für mehrere Zeitpunkte ermittelt, - dass eine zeitliche Reihe von Messwertpaaren gebildet wird, bei der ein Messwertpaar jeweils für einen gegebenen Zeitpunkt einen Spannungswert von jedem der beiden Messgeräte enthält, und - dass ein Maß der Korrelation zwischen den Spannungswerten der Messwertpaare ermittelt wird, wobei bei hoher Korrelation eines Messwertpaares der Schalter zu diesem Zeitpunkt als geschlossen definiert wird, während bei niedriger Korrelation eines Messwertpaares der Schalter zu diesem Zeitpunkt als offen definiert wird.

Grundvoraussetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die dem untersuchten Schalter benachbarten Netzanschlusspunkte, die ja in den benachbarten Leitungsabschnitten liegen, mit fernauslesbaren Messgeräten, also Smart Meters, ausgestattet sind. Sie können in der Regel den elektrischen Strom und die elektrische Spannung messen, sodass daraus die umgesetzte elektrische Energiemenge am Netzanschlusspunkt, wo das Messgerät angeordnet ist, bestimmt werden kann. Die fernauslesbaren Messgeräte dienen grundsätzlich der Verrechnung der bezogenen Energiemenge an den Endverbraucher, sie können jedoch - ausschließlich oder zusätzlich - auch als Messstelle im Niederspannungsnetz verwendet werden, wie im Falle der gegenständlichen Erfindung.

Mit dem gegenständlichen Verfahren kann mittels eines mathematischen Verfahrens während des normalen Betriebs des Niederspannungsnetzes die Topologie des Strom- bzw. Spannungsnetzes hinsichtlich der Schaltzustände automatisch bestimmt werden. Voraussetzung dafür ist, dass die allgemeine Topologieinformation des Niederspannungsnetzes, also die relative Lage der und die elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Netzknoten und Einheiten, insbesondere die Lage des oder der Schalter, bekannt ist.

Ein mögliches mathematisches Verfahren zur Bestimmung der Korrelation sieht vor, dass die zeitliche Reihe von Messwertpaaren einer Rangkorrelation unterworfen wird, z.B. einer Rangkorrelation nach Spearman.

Vorzugsweise sollten für mehrere Zeitpunkte von den fernauslesbaren Messgeräten zeitliche Mittelwerte der Spannung pro Phase ermittelt werden. Das bedeutet, die Messgeräte sollten fähig sein, Zeitmittelwerte der Spannung an allen drei Phasen des Niederspannungsnetzes phasenrichtig durchzuführen und diese Zeitmittelwerte zeitnahe an eine Einheit zur Auswertung zu übermitteln. In der Regel wird der Zeitraum, über den gemittelt wird, zwischen einer und 10 Minuten liegen, z.B. bei 5 Minuten.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass von den fernauslesbaren Messgeräten Effektivwerte der Spannung ermittelt werden, nämlich für jede der drei Phasen ein eigener Effektivwert.

Da meist mehrere Schalter im Niederspannungsnetz für das erfindungsgemäße Verfahren herangezogen werden, kann vorgesehen sein, dass die Spannungswerte von den fernauslesbaren Messgeräten an eine zentrale Messstation übertragen werden. Dort kann dann die Auswertung, also die Bestimmung der Korrelation, der Messwerte erfolgen. Grundsätzlich wäre auch denkbar, dass eine Auswertung für einen Schalter auch durch eines der beiden benachbarten Messgeräte erfolgt.

Da die beiden, einem Schalter benachbarten Messgeräte in der Regel betreffend den Zeitpunkt einer Spannungsmessung nicht synchronisiert sind, kann vorgesehen sein, dass die Spannungswerte interpoliert werden, um für jeden Zeitpunkt einer Messung durch ein Messgerät ein Messwertepaar bilden zu können.

Die Anzahl der verwendeten Messwertpaare liegt vorzugsweise zwischen 1 und 20.

In der Regel werden die Messwerte als Spannungswerte vorliegen. Denkbar wäre aber auch, statt Spannungswerten Leistungswerte oder Stromwerte der fernauslesbaren Messgeräte zu verwenden.

Schließlich betrifft die gegenständliche Erfindung auch ein Computerprogrammprodukt, welches ein Programm umfasst und direkt in einen Speicher eines zentralen Rechners eines Niederspannungsnetzes ladbar ist, mit Programm-Mitteln, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm vom zentralen Rechner ausgeführt wird. Insbesondere kann das Programm von der oben erwähnten zentralen Messstation ausgeführt werden.

Durch die vorliegende Erfindung ergeben sich folgende Vorteile: Bei der Kommissionierung von Automationssystemen im Niederspannungsnetz, deren Funktion auf Kenntnis der Netztopologie beruht, kann der Aufwand reduziert werden, weil keine zusätzlichen Geräte installiert werden müssen. Denn das Einbringen einer großen Anzahl von zusätzlichen Einheiten in ein Niederspannungsnetz ist nur dann wirtschaftlich, wenn dies ohne großen individuellen Konfigurationsaufwand möglich wäre.

Dies gilt auch für das Einbringen von Topologie-Konfigurationen in Regelungssysteme von Niederspannungsnetzen. Die Erfindung arbeitet mit den vorhandenen Schaltern, die bereits in der bestehenden Topologie-Konfiguration enthalten sind und nicht mehr neu eingegeben werden müssen. Die vorhandenen, manuell zu bedienenden Schalter müssen auch nicht mit zusätzlichen Sensoren oder Kommunikationsanbindungen ausgestattet werden, um Kenntnis über die aktuelle Schalterstellung zu haben. Auch ein manuelles Nachführen der Schalterstellung bei Umschaltungen in Leitsystemen, also ein hündisches Einträgen der geänderten Schalterstellung in der Topologieinformation, ist durch das erfindungsgemäße Verfahren obsolet: das Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens kann automatisch in die Topologieinformation des Regelungssystems des Niederspannungsnetzes übernommen werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im nachfolgenden Teil der Beschreibung auf die Figur Bezug genommen, aus der weitere vorteilhafte Einzelheiten und mögliche Einsatzgebiete der Erfindung zu entnehmen sind. Dabei zeigt die Figur eine schematische Darstellung eines Niederspannungsnetzes, auf welches das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Die Figur zeigt ein Niederspannungsnetz LVN, das im Wesentlichen einen Verteiltransformator T mit einer Sammelschiene LVT sowie mehrere, von der Sammelschiene abgehende Speiseleitungen F1-F6 umfasst. Das Niederspannungsnetz LVN wird von einem Mittelspannungsnetz MVN über ein Mittelspannungsterminal MVT mit Spannung versorgt.

Von den Speiseleitungen F1-F6 sind nur die dritte F3 und vierte Speiseleitung F4 näher dargestellt. Diese beiden Speiseleitungen F3, F4 sind über einen Schalter S miteinander verbunden. An den Schalter S schließt Richtung Speiseleitung F3 ein Leitungsabschnitt LX an, der an seinem, dem Schalter S gegenüber liegendem Ende über ein fernauslesbares Messgerät MX verfügt. Zwischen diesem Leitungsabschnitt LX und der Sammelschiene LVT liegen noch ein zweiter Leitungsabschnitt L2 mit einem zweiten fernauslesbaren Messgerät M2 sowie ein erster Leitungsabschnitt LI mit einem ersten fernauslesbaren Messgerät Ml.

An den Schalter S schließt Richtung Speiseleitung F4 ein Leitungsabschnitt LY an, der an seinem, dem Schalter S gegenüber liegenden Ende über ein fernauslesbares Messgerät MY verfügt. Zwischen diesem Leitungsabschnitt LY und der Sammelschiene LVT liegen noch ein dritter Leitungsabschnitt L3 mit einem dritten fernauslesbaren Messgerät M3 sowie ein vierter Leitungsabschnitt L4 mit einem vierten fernauslesbaren Messgerät M4.

Die dem Schalter S benachbarten Messgeräte MX, MY messen nun für jede Phase jeweils die Effektivwerte der Spannung über einen vorgegebenen Zeitraum, z.B. während 5 Minuten, mittein die Spannungswerte über diesen Zeitraum und übermitteln den gemittelten Spannungswert, gemeinsam mit dem Zeitpunkt der Messung (also für welchen absoluten Zeitpunkt dieser Mittelwert gilt) an eine zentrale Messstation, die hier nicht dargestellt ist. Dort werden die von den Messgeräten MX, MY übersendeten, gemittelten Effektivwerte der Spannung für jedes Messgerät interpoliert. Dadurch ist für jeden Zeitpunkt, wo eines der Messgeräte einen Spannungswert ermittelt hat, sicher auch ein Messwert des anderen Messgeräts vorhanden. Es ist aber auch möglich, dass die zentrale Messstation bestimmte Zeitpunkte vorgibt, und dann für diese Zeitpunkte die interpolierten Messergebnisse der beiden Messgeräten MX, MY verwendet werden.

Die Messergebnisse werden dann in einer Tabelle wie folgt angeordnet:

„U" steht für den Spannungswert, „1, 2, ....n" steht für den jeweiligen Zeitpunkt, „A, B, C" stehen für eine der drei Phasen und „x, y" bezeichnen die Messwerte von Messgerät MX bzw. vom Messgerät MY. Für die so angeordneten Messdaten wird dann eine Rangkorrelation z.B. nach Spearman durchgeführt.

Bei einem hohen Korrelationskoeffizienten zu einem bestimmten Zeitpunkt 1, 2, ... n ist es sehr wahrscheinlich, dass der Schalter S zwischen den Messgeräten MX, MY geschlossen ist. Für niedrige oder negative Korrelationskoeffizienten ist es sehr wahrscheinlich, dass der Schalter S offen ist.

Ein Grenzwert für den Korrelationskoeffizienten, oberhalb dessen der Schalter als geschlossen gilt, und ein Grenzwert für den Korrelationskoeffizienten, unterhalb dessen der Schalter als offen gilt, kann durch Versuche vor Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelt werden.

Die erfindungsgemäß ermittelte Information, wann der untersuchte Schalter S offen oder geschlossen war, wird von der zentralen Messstation als Topologieinformation abgespeichert. Diese Information oder nur die Information über eine Änderung der Schalterstellung kann an ein Regelungssystem für das Niederspannungsnetz weitergeleitet werden.

Bezugszeichenliste: F1-F6 erste bis sechste Speiseleitung L1-L4 erster bis vierter Leitungsabschnitt

LX Leitungsabschnitt X

LY Leitungsabschnitt Y LVN Niederspannungsnetz LVT Sammelschiene M1-M4 erstes bis viertes Messgerät

MX Messgerät X

MY Messgerät Y MVN Mittelspannungsnetz MVT Mittelspannungsterminal S Schalter zwischen Leitungsabschnitt X und

Leitungsabschnitt Y T Verteiltransformator

Claims (8)

1. Patentansprüche

   1. Verfahren zum Ermitteln des Schaltzustands zumindest eines Schalters (S) in einem Niederspannungsnetz (LVN), der sich zwischen zwei Leitungsabschnitten (LX, LY) einer Speiseleitung (F3, F4) befindet, dadurch gekennzeichnet, - dass die zum Schalter (S) benachbarten Leitungsabschnitte (LX, LY) der Speiseleitung jeweils zumindest über ein fernauslesbares Messgerät (MX, MY) verfügen, das die elektrische Spannung im jeweiligen Leitungsabschnitt (LX, LY) für mehrere Zeitpunkte ermittelt, - dass eine zeitliche Reihe von Messwertpaaren gebildet wird, bei der ein Messwertpaar jeweils für einen gegebenen Zeitpunkt einen Spannungswert von jedem der beiden Messgeräte (MX, MY) enthält, und - dass ein Maß der Korrelation zwischen den Spannungswerten der Messwertpaare ermittelt wird, wobei bei hoher Korrelation eines Messwertpaares der Schalter (S) zu diesem Zeitpunkt als geschlossen definiert wird, während bei niedriger Korrelation eines Messwertpaares der Schalter (S) zu diesem Zeitpunkt als offen definiert wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Reihe von Messwertpaaren einer Rangkorrelation unterworfen wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für mehrere Zeitpunkte von den fernauslesbaren Messgeräten (MX, MY) zeitliche Mittelwerte der Spannung pro Phase ermittelt werden.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass von den fernauslesbaren Messgeräten (MX, MY) Effektivwerte der Spannung ermittelt werden.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungswerte von den fernauslesbaren Messgeräten (MX, MY) an eine zentrale Messstation übertragen werden.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungswerte interpoliert werden, um für jeden Zeitpunkt einer Messung durch ein Messgerät (MX, MY) ein Messwertepaar bilden zu können.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der verwendeten Messwertpaare zwischen 1 und 20 liegt.
8. 8. Computerprogrammprodukt, welches ein Programm umfasst und direkt in einen Speicher eines zentralen Rechners eines Niederspannungsnetzes ladbar ist, mit Programm-Mitteln, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen, wenn das Programm vom zentralen Rechner ausgeführt wird.