CN113812060A - 用于监控能量供应网络的运行状态的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于监控能量供应网络的运行状态的方法(1)，其中数据处理云(2)在查询时间点通过远距离通信连接(3)与多个所选择的通信单元(4)连接，每个所选择的通信单元(4)通过远距离通信连接(3)中的一个向数据处理云(2)传输测量值和/或从测量值推导出的值，其中为了获得测量值和/或从其推导出的值，每个通信单元(4)通过短距离通信连接与至少一个传感器连接，为了采集测量值，该传感器布置在能量供应网络的高压设备(5)上或其内部，在分析的范围内，数据处理云(2)基于测量值和/或从测量值推导出的值确定能量供应网络的运行状态。为了能够简单且低成本地分析整个能量供应网络的运行状态，提出，在分析中，数据处理云(2)考虑测量值和/或从测量值推导出的值，这些值源自安装在不同位置处的至少两个所选择的通信单元(4)。

Description

用于监控能量供应网络的运行状态的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种用于监控能量供应网络运行状态的方法，其中，数据处理云在查询时间点通过远距离通信连接与多个所选择的通信单元连接，每个所选择的通信单元通过远距离通信连接中的一个向数据处理云传输测量值和/或从测量值推导出的值，其中，为了获得测量值和/或从测量值推导出的值，每个通信单元通过短距离通信连接与至少一个传感器连接，为了采集测量值，该传感器被布置在能量供应网络的高压设备上或高压设备中，数据处理云在分析的范围内基于测量值和/或从测量值推导出的值确定能量供应网络的运行状态。

背景技术

这样的方法从WO 2016/023585 A1已知。在那里描述了一种可以监控能量供应网络的运行状态的方法。为此，在能量供应网络的特定测量点上布置传感器，这些传感器采集电压或流经测量点的电流，以获得测量值，并将测量值传输给观察装置。观察装置随后产生可视化，其基于测量值或从其推导出的值。此外，还设置了位于能量供应网络的运营商的影响范围之外的应用服务器。借助应用服务器可以评估和/或处理测量值，其中形成系统状态值，其指示测量点的能量供应网络的运行状态。系统状态值由应用服务器传达给观察装置，其中观察装置在可视化中考虑并显示系统状态值。

从DE 20 2018 102 060 U1中已知，变压器配备有通信单元，该通信单元在输入端可以与传感器连接，并且在输出端可以与数据处理云连接，从而借助数据处理云可以给出关于变压器的运行状态的结论。

开头提到的方法的缺点是，能量供应网络的运行状态只能被不充分地确定。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种开头提到的类型的方法，利用该方法能够对整个能量供应网络的运行状态进行简单且低成本的分析。

本发明通过以下方式解决上述技术问：在分析中，数据处理云考虑测量值和/或从测量值推导出的值，它们源自安装在不同位置处的、至少两个所选择的通信单元。

根据本发明，要分析的数据，即测量值和/或从其推导出的值，源自于安装在不同位置处的高压设备。在此，根据本发明，如果这在相应的时间点看起来是合适的，则可以执行数据的任意组合。本发明基于如下思路：只有当不同地点处的高压设备的状态也是已知的，才能令人满意地采集能量供应网络的状态。在本发明的范围内，在监控能量供应网络的过程中确保状态知识的增加。大量的单独测量的可用性使得所有高压设备的测量值能够被智能地联系起来。通过根据本发明的组合，高压设备的运行储备首次可以被充分利用。此外，输电系统对网络运营商的透明度得到提高，并首次实现了有效的并且因此低成本的队伍管理(Flottenmanagement)。

在本发明的范围内，测量值源自不同的高压设备是有利的。因此，例如在本发明的范围内，考虑源自变压器和高压断路器以及电容器的测量值和/或从其推导出的值。因此，在本发明的进一步扩展中，数据不仅源自不同的位置，而且还源自不同的高压设备。因此，在本发明的范围内可以执行位置和高压设备的任意组合。因此，例如，对高压断路器的固有时间的测量与测量传感器的电流值相结合可用于确定断路器的接触件的负荷。最后，根据接触件的负荷可以推断出，何时必须进行下一次维护或必须更换开关。在本发明的范围内，这是通过对另一位置的另一断路器的测量来实现的。基于这种测量值和/或推导出的值的组合，可以更准确并且更可靠地确定能量供应网络的运行状态。

在本发明的范围内，用户可以借助访问数据或者换言之借助登录数据在数据处理云中登录。数据处理云根据用户数据识别出哪些高压设备或哪些通信单元与用户有关。为此，数据处理云具有存储在数据处理云的存储器上的合适的数据库。例如，如果用户是特定能量供应网络的运营商，则数据处理云例如识别出用户运行10个变压器、20个断路器、10个运行开关、5个避雷器和3个电容器电池。这些高压设备中的每个都具有与至少一个通信单元连接的传感器。在本发明的范围内，数据处理云只与这些通信单元(下面简称为所选择的通信单元)连接。

该连接通过远距离通信连接实现。为了建立远距离通信连接，通信单元具有远距离通信装置，例如符合GPRS或UMTS标准的移动无线电模块。利用移动无线电模块建立与数据处理云的远距离通信连接、优选地是基于IP的数据连接。在此，例如，移动无线电服务的提供商或电信提供商可以加入其中，并且远距离通信连接可以至少部分地通过所述提供商的通信网络和/或至少部分地通过因特网建立。然后，仅需要非常小的配置开销和/或参数化开销来建立连接。除了利用建立远距离通信连接所需的信息，例如装入电信供应商的SIM卡，对远距离通信装置进行配置外，不需要为单独的通信单元花费进一步的开销。

与此相对地，在本发明的范围内，传感器通过短距离通信连接与通信单元连接。例如，短距离通信连接可以是简单的电缆。不同于此，短距离通信连接例如是ZigBee、蓝牙、无线通信连接、Ambus或WiFi通信连接。短距离通信连接最多可延伸至100米。

电能供应网络用于将电能从产生器传输和分配到终端耗电器。能量供应网络的重要任务是保护和改善对终端耗电器的电能供应的可靠性。因此，为了能量供应商的利益，减少可能的电能供应的中断，这种中断例如由短路或接地故障引起。在可以消除能量供应网络中发生的故障之前，能量供应网络的运营商必须首先识别出，能量供应网络中实际上存在着故障。此外，如果在高压设备发生故障之前已经向运营商指示可能的故障源，这是很有帮助的。在此，本发明为运营商提供了支持。

在此，应该将数据处理云理解为具有一个或多个数据存储设备和一个或多个数据处理装置的模块，该模块可被设计为通过合适的编程方式执行任何数据处理过程。在此，数据处理装置通常是通用的数据处理装置、例如服务器，其最初在其结构和其编程方面完全没有特定的设计。只有通过所执行的编程，通用的数据处理装置才能升级到用于执行特定功能。

只要数据处理云具有多个单独的部件，这些部件会以适当的方式相互连接以进行数据通信，例如通过通信网络。可以将任意数据馈送到数据处理云中以进行数据存储和/或处理。数据处理云本身又向其他设备，例如与数据处理云连接的计算机工作站、笔记本电脑、智能手机提供存储的数据和/或执行的数据处理的事件。数据处理云例如可以由计算中心提供，也可以由多个联网的计算中心提供。数据处理云通常被设计为在空间上远离高压设备。

优选地，通信单元具有至少一个模拟输入端和至少一个数字输入端。因此，多个传感器可以与通信单元连接。通信单元例如具有主处理器和辅助处理器以及存储单元，其中可以存储和处理预处理的测量值或从其推导出的值，例如通过求平均。因此，不同传感器的测量值可以通过远距离通信连接从通信单元共同发送到数据处理云。

传感器例如可以是电流表、电压表、温度表、压力表、开关的状态指示器(断开、接通、故障)或保险丝的状态(完好、点燃)。在本发明的范围内，传感器还可以采集压力、介质的粘度或阀门状态的状态报告。在本发明的范围内，也可以使用气体传感器，其例如采集特定气体的分压力。在本发明的范围内，用于采集电弧的光学传感器也是可能的。

访问数据例如是常规的登录数据。因此，访问数据例如由用户名和与用户名单独相关联的密码构成。

适宜地，数据处理云具有数据库，利用数据库可以确定哪些高压设备与数据处理云的相应用户相关联。数据库中还存储了另外的数据，这些数据可以实现数据处理云与所选择的通信单元之间的连接。

以有利的方式，源自不同高压设备的测量值和/或从测量值推导出的值进入分析。在分析中，数据的这种组合带来了如下可能性：在能量供应网络的运行状态的准确性和说服力方面进一步改善分析。

本发明范围内的高压设备被设计为用于在高压电网中运行，即用于在1kV至1000kV之间、特别是50kV至800kV之间的运行电压。优选地，该高压电网是交流电网。然而，在本发明的范围内，直流电网和/或交流电网与直流电网的组合也是可能的。

根据本发明，高压设备例如是变压器、特别是电力变压器，断路器，负载隔离开关，隔离开关，电容器电池，避雷器，高压套管，转换器，矩阵开关，直流电压开关或类似的设备。

原则上，在本发明的范围内，可以任意设计分析。因此，分析例如可以包括可视化，利用可视化来说明能量供应网络的运行状态。

在本发明的另外的变型中，源自不同位置的测量点的测量值和/或从测量值推导出的值进入分析。在此，将传感器的位置理解为测量点，传感器不是布置在高压设备上，而是直接布置在高压线上。这种布置在测量点处的传感器例如是电流互感器或电压互感器，其采集流经测量点的电流，以获得电流值，或者采集在测量点处下降的电压，以获得电压值。例如，可以将从这些测量值推导出的功率理解为从这些测量值推导出的值，根据需要可以将功率分为有功功率和无功功率。

根据本发明的另外的变型，在分析的范围内对动态过程进行模拟。该分析例如可以模拟相应高压设备的运行状态的未来发展。这种模拟对于本领域的技术人员来说原则上是已知的。然而，根据本发明，可以对不同位置的高压设备进行模拟并且将它们相互关联。由此可以更好地预测能量供应网络的行为。

在本发明的优选的变型中，借助至少一个模拟智能行为的算法来进行分析。这种智能行为也被称为人工智能。借助人工智能可以确定并执行最适合观察能量供应网络的数据组合。

以有利的方式，在分析中使用测量值和/或从测量值推导出的值，它们是在查询时间点之前采集和/或推导出的。

借助过去的测量值或从其推导出的值可以考虑所谓的动态效应并且可以将其可见。例如，如果作为高压设备的变压器的绝缘液体的温度不是持续上升，而是例如从一分钟到下一分钟突然上升，则这肯定是故障的指示，应该尽快消除该故障。

为了能够访问位于查询时间点之前的测量值和/或从其推导出的值，需要至少一个存储单元。在本发明的进一步扩展的范围内，该存储单元例如设置在通信单元中。根据本发明的这种变型，不需要在通信单元与数据处理云之间持续地维持远距离通信连接。在该进一步扩展的范围内，测量值和/或从其推导出的值可以在本地存储。然后，在下次与数据处理云连接时将本地存储的值发送到数据处理云。在本发明的范围内，在本地存储之前，可以对测量值和/或从其推导出的值求平均或以其他方式进行预处理。

在本发明的另外的变型中，在查询时间点之前采集的测量值和/或从其推导出的值被存储在数据处理云的存储器上。根据有利的进一步扩展，要么仅数据处理云具有存储单元，要么除了通信单元之外数据处理云也具有存储单元。中央存储单元用于存储测量值和/或从其推导出的值，例如，在用户在查询时间点在通信单元与数据处理云之间建立远距离通信连接之后。不同于此，数据处理云可以以固定的时间间隔与每个通信单元连接，以便访问本地存储的数据，并且以便将所述数据存储在较大的中央存储单元上。由此避免了通信单元的本地存储器的溢出。

根据本发明的另外的变型，在通信单元与数据处理云之间持续地存在远距离通信连接，从而测量值和/或从其推导出的值被持续地传输到数据处理云的存储单元并存储在那里，以便能够在查询时间点时间分辨地与其他数据、值或信息一起示出。

根据本发明的优选的进一步扩展，关于相应的高压设备，借助负载电流与额定电流的商来产生可视化。在此，负载电流是由传感器实际采集到的、例如流经高压绕组或通过高压开关的电流。额定电流是应该流经相应高压设备的电流。换言之，额定电流是事先规定的参数。如果负载电流与额定电流的商超过了阈值、例如1.5，则可视化可以借助高压设备的特定颜色来说明这点。例如，如果高压设备是变压器，则例如利用其壳体和其套管高度示意地示出变压器。如果负载电流与额定电流的商为1，则变压器为绿色。然而，如果商超过2，则选择红色的变压器表示，这是为了表明变压器的临界状态。此外，如果超过了阈值、例如2，则数据处理云可以向用户发送警告信号。

以有利的方式，数据处理云识别出这种超过界限值，即使用户没有与数据处理云连接。在这种情况下，数据处理云例如可以将警告短信、电子邮件或其他信号传输给移动电话或监控站。

根据本发明的方法的另外有利的实施方式，在时间上在查询时间点之前的测量值和/或从其推导出的值在图表中与不是从传感器的测量值推导出的数据关联地进行显示。这些数据例如是已经从与因特网连接的天气服务中获得的温度值。此外，还可以考虑风力强度、日照值或高压设备的状态的其他影响参量。还可以考虑其他高压设备的测量值，并且在时间上进行显示。

根据本发明的优选的变型，在分析的范围内进行可视化，在可视化中显示地图，在地图上示意性地说明与所选择的通信单元连接的高压设备。如上面已经进一步说明的，在可视化中，例如变压器可以通过符号以简化的方式显示。这也相应地适用于断路器、隔离开关、电容器电池、避雷器或其他高压设备。

例如，如果用户是能量供应网络的运营商，并且负责一定数量的变压器、断路器、电容器电池、火花隙等，则在地图上共同地在地理上显示该用户的高压设备。因此，用户可以获得关于其负责的高压设备的良好的概览。

以有利的方式，根据位于查询时间点之前的测量值和/或从其推导出的值，产生关于高压设备的负荷和使用寿命的进一步变化过程的预测，其中该预测同样在可视化中示意性示出。例如，如果借助照相机监控变压器箱或断路器中电弧的发生，则可以借助采集到的电弧和简单的外推或更复杂的模拟来预测：分别监控的高压设备的维护还可以推迟多长时间，或者确切地应该在何时进行维护。

在这种预测中既考虑了位于查询时间点之前的测量值或从其推导出的值，也考虑了大约在查询时间点和/或用户在云中的会话期间采集的测量值。

考虑位于过去的测量值可以提高预测的准确性。

以有利的方式，借助布置在通信单元中的、用于位置确定的天线来确定相应通信单元和与其连接的高压设备的地理位置，并且基于地理数据由天气新闻服务确定天气情况。根据该有利的进一步扩展，不需要以耗费的方式在现场采集天气情况。相反，在本发明的范围内使用本来例如在因特网中存在的数据。以这种方式获得的关于天气情况的数据同样可以在可视化中进行显示。

以有利的方式，每个通信单元都配备了用于位置确定的天线。

附图说明

本发明的另外的适宜的实施方式和优点是下面参照所绘制的附图描述实施例的内容，其中相同的附图标记表示相同作用的组件，并且其中

附图示意性说明了根据本发明的方法的实施例。

具体实施方式

附图示出了根据本发明的方法1的实施例，其中可以看到数据处理云2，其通过远距离通信连接3分别与固定在高压设备5上的通信单元4连接。在所示的实施例中，高压设备5是变压器6(其示意性地以其柱状套管显示)、高压断路器7、电容器电池8、高压隔离开关9、高压避雷器10、整流器11以及逆变器12。此外，还可以看到笔记本电脑13形式的用户单元，借助笔记本电脑，用户可以通过远距离通信连接3向数据处理云2发送访问数据，即所谓的登录数据。在所示的实施例中，访问数据包括用户名和与该用户名固定关联的密码。

此外，数据处理云2还具有在附图中未示出的存储单元，在其上存储有数据库。在该数据库中确定，哪些高压设备5与访问数据相关联，即在这种情况下与用户名相关联。例如，如果用户是能量供应网络的运营商，该能量供应网络具有一系列形式为变压器6、隔离开关9、断路器7、避雷器10等的高压设备，则运营商可以借助在数据处理云2中输入其访问数据与通信单元4连接，通信单元位于相应的高压设备5附近或者如附图所示固定在相应的高压设备5上。因此，数据处理云2通过远距离通信连接3访问布置在高压设备5附近的通信单元4，这些高压设备与用户名相关联。这些通信单元4在此被称为所选择的通信单元4。每个通信单元4都具有多个输入端，它们例如既有模拟的也有数字的。输入端中的至少一个通过附图中未示出的短距离通信连接与传感器连接，该传感器布置在相关联的高压设备5上或中并且被设计为用于采集测量值，其中传感器传输所述测量值和/或从其推导出的值。

在所示的实施例中，在每个变压器6中设置了多个附图中未示出的传感器。例如，一个传感器采集变压器的油箱上部区域中的绝缘液体(在此是酯油)的温度。另外的传感器采集油箱下部区域中的绝缘液体的温度，而第三传感器采集流经高压绕组的电流。

在所示的实施例中，还在高压断路器7中设置多个传感器。一个传感器采集例如在高压断路器的触点接通时流经该高压断路器的电流。另外的传感器用于确定开关位置，特别是触点的接触件是相互接触还是相互分离。另外的传感器用于采集在开关壳体中发生的电弧。另外的传感器例如布置在整流器11中，整流器被设计为将交流电压转换为直流电压。整流器11的传感器例如采集整流器11的直流电压侧出现的直流电流和直流电压。另外的传感器采集整流器11的交流电压侧出现的输入电流和输入电压。从这些测量值推导出的值是在此出现的有功功率和无功功率。所有的传感器都将它们的测量值或从其推导出的值传输到通信单元4，相应的传感器通过相应的短距离通信连接与该通信单元连接。每个通信单元具有至少一个适合的处理器和存储单元，利用存储单元可以临时存储所采集的测量值或从其推导出的值。对测量值的处理在此由通信单元4进行，例如通过在一定持续时间内适宜地求平均。通信单元4将平均值本地地存储在其存储单元中。因此，测量值例如可以在通信单元4中存储数周。

如果用户在查询时间点通过其笔记本电脑13或其移动电话访问数据处理云2，则将在该查询时间点之前存储在相应通信单元4中的值传输到数据处理云2。数据处理云2将传输的数据集中地存储在其存储单元(附图中未示出)上。然后，现在对存储在那里的值或者换言之数据进行适当的分析。

根据本发明重要的是，在分析中考虑源自安装在不同位置处的高压设备的测量值和/或从其推导出的值。在附图中示例性说明了四个不同的位置14a、14b、14c和14d。在所示的实施例中，位置14a、14b和14c位于德意志联邦共和国，而位置14d示意性地说明安装位置在波兰境内。

根据本发明，例如不只是对位置、例如14a的数据进行评估。而是，在本发明的范围内，例如将来自安装位置14b的断路器7的传感器数据与来自安装位置14a的变压器6的数据相结合。同时还考虑来自安装位置14d的变压器的数据。基于不同空间来源的数据的这种组合，可以明显改善对能量供应网络的运行状态的分析，并且例如可以基于该分析显示可视化，该可视化例如可以使高压设备5的临界状态以彩色的方式可见。对高压设备的未来运行状态的模拟也是可能的。

在附图中没有示出能量供应网络的传输线以及其测量点，在这些测量点处同样布置了传感器。这些传感器也通过短距离通信连接与通信单元连接。在所讨论的实施例中，短距离通信连接是简单的电缆。

此外，每个通信单元4还具有天线，该天线可以实现通信单元4的位置确定。通信单元4靠近相应的高压设备5，即距离相应的高压设备5小于100m地进行布置。换言之，利用通信单元4的位置确定还可以采集相应高压设备5的地理位置。这通过位置确定系统，例如GPS、伽利略系统或类似系统进行。

如果确定了高压设备5的地理位置，则通过数据处理云2访问天气服务的数据库，数据处理云2获得该位置存在的天气数据，以便确定例如相应高压设备5的位置处的日照、风力强度和外部温度。

根据本发明的分析不仅可以显示整个能量供应网络的运行状态，包括其中设置的高压设备5的运行状态，而且还可以模拟动态过程。在此，可以使用智能算法，即使用人工智能。

Claims (14)

1.一种用于监控能量供应网络的运行状态的方法(1)，其中

-数据处理云(2)在查询时间点通过远距离通信连接(3)与多个所选择的通信单元(4)连接，

-每个所选择的通信单元(4)通过所述远距离通信连接(3)中的一个向所述数据处理云(2)传输测量值和/或从所述测量值推导出的值，

-其中，为了获得所述测量值和/或从所述测量值推导出的值，每个通信单元(4)通过短距离通信连接与至少一个传感器连接，为了采集所述测量值，所述传感器布置在所述能量供应网络的高压设备(5)上或其内部，

-在分析的范围内，所述数据处理云(2)基于所述测量值和/或从所述测量值推导出的值确定所述能量供应网络的运行状态，

其特征在于，

-在所述分析中，所述数据处理云(2)考虑所述测量值和/或从所述测量值推导出的值，所述测量值和/或从所述测量值推导出的值源自安装在不同位置处的至少两个所选择的通信单元(4)。

2.根据权利要求1所述的方法(1)，

其特征在于，

源自不同高压设备的测量值和/或从所述测量值推导出的值进入所述分析。

3.根据权利要求1或2所述的方法(1)，

其特征在于，

源自不同位置的测量点的测量值和/或从所述测量值推导出的值进入所述分析。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法(1)，

其特征在于，

基于所述分析对动态过程进行模拟。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法(1)，

其特征在于，

借助至少一个模拟智能行为(人工智能)的算法来进行所述分析。

6.根据上述权利要求中任一项所述的方法(1)，

其特征在于，

在所述分析中使用测量值和/或从所述测量值推导出的值，这些值在查询时间点之前已经被采集或被推导出。

7.根据权利要求6所述的方法(1)，

其特征在于，

在查询时间点之前采集的测量值和/或从所述测量值推导出的值存储在通信单元(4)的存储单元上。

8.根据权利要求6或7所述的方法(1)，

其特征在于，

在查询时间点之前采集的测量值和/或从所述测量值推导出的值存储在所述数据处理云(2)的存储器上。

9.根据上述权利要求中任一项所述的方法(1)，

其特征在于，

所述数据处理云(2)根据所述分析产生所述能量供应网络的运行状态的可视化。

10.根据权利要求9所述的方法(1)，

其特征在于，

在可视化中显示地图，在所述地图上示意性地说明与所选择的通信单元(4)连接的高压设备(5)。

11.根据上述权利要求中任一项所述的方法(1)，

其特征在于，

根据在查询时间点之前采集的测量值和/或从所述测量值推导出的值，产生关于高压设备(5)的负荷和使用寿命的进一步变化过程的预测并且在可视化中对所述预测进行显示。

12.根据上述权利要求中任一项所述的方法(1)，

其特征在于，

借助布置在通信单元(4)中的、用于位置确定的天线来确定相应通信单元(4)和与其连接的高压设备(5)的地理位置，并且随后从天气新闻服务中采集天气数据，所述天气数据是由服务提供商针对所述高压设备的地理位置提供的。

13.一种用于计算设备的计算机程序产品，

其特征在于，

所述计算机程序产品适合于执行根据上述权利要求中任一项所述的方法。

14.一种存储介质，

其特征在于，

在所述存储介质上存储有根据权利要求13所述的计算机程序产品。

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