CZ309729B6 - Device for more efficient use of electricity produced in a local source of renewable energy, method of measuring electricity production from a local source - Google Patents
Device for more efficient use of electricity produced in a local source of renewable energy, method of measuring electricity production from a local source Download PDFInfo
- Publication number
- CZ309729B6 CZ309729B6 CZ2021-346A CZ2021346A CZ309729B6 CZ 309729 B6 CZ309729 B6 CZ 309729B6 CZ 2021346 A CZ2021346 A CZ 2021346A CZ 309729 B6 CZ309729 B6 CZ 309729B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- phase
- public
- renewable energy
- network
- local source
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B11/00—Automatic controllers
- G05B11/01—Automatic controllers electric
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
- G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
- G05F1/66—Regulating electric power
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
- G05F5/00—Systems for regulating electric variables by detecting deviations in the electric input to the system and thereby controlling a device within the system to obtain a regulated output
Abstract
Description
Zařízení pro efektivnější využití elektřiny vyrobené v lokálním zdroji obnovitelné energie, způsob měření výroby elektřiny z lokálního zdrojeDevice for more efficient use of electricity produced in a local source of renewable energy, method of measuring electricity production from a local source
Oblast technikyField of technology
Předkládaný vynález se týká zařízení, které je schopno lépe využít ekologicky vyrobenou elektřinu v odběrném místě konečného zákazníka, který je současně připojen k třífázové veřejné elektrické síti. Konkrétněji se předkládaný vynález týká bezdotykového elektronického zařízení schopného detekovat parametry magnetického pole v blízkosti elektrického rozvaděče.The present invention relates to a device that is able to make better use of ecologically produced electricity at the point of consumption of the final customer, which is simultaneously connected to the three-phase public electricity network. More specifically, the present invention relates to a non-contact electronic device capable of detecting magnetic field parameters in the vicinity of an electrical switchboard.
Předkládaný vynález se zejména týká zařízení, které detekuje parametry magnetického pole a následně po provedení krátké kalibrace, přímo určí elektrický výkon v jednotlivých fázových vodičích elektrické sítě, přičemž na základě získaných informací o elektrickém výkonu řídí bezpečné připínání lokálního zdroje elektřiny vyrobené z obnovitelných zdrojů.The present invention particularly relates to a device that detects the parameters of the magnetic field and then, after performing a short calibration, directly determines the electrical power in the individual phase conductors of the electrical network, while on the basis of the obtained information about the electrical power it controls the safe connection of the local source of electricity produced from renewable sources.
Dosavadní stav technikyCurrent state of the art
Dle předpisů stanovených zákonem 458/2000 Sb. v pozdějším znění (Energetický zákon) je místo, ve kterém jsou instalovány elektrická zařízení jednoho zákazníka, nazýváno odběrným místem. V takovém místě může být mimo zařízení, která spotřebovávají elektřinu, resp. dle definice zákona odebírají příkon, připojena i zařízení, která elektřinu vyrábí a dle definice zákona dodávají výkon. Každé odběrné místo je vybaveno fakturačním elektroměrem, do kterého má přístup, tj. může se do něj připojit za účelem získání detailních informací, pouze provozovatel veřejné sítě.According to the regulations established by Act 458/2000 Coll. in the later version (Energy Act), the place where electrical devices of one customer are installed is called the collection point. In such a place, it may be away from devices that consume electricity, or according to the definition of the law, they take power, connected devices that produce electricity and, according to the definition of the law, supply power. Each consumption point is equipped with an invoicing electricity meter to which only the public network operator has access, i.e. can connect to it in order to obtain detailed information.
Fotovoltaické elektrárny budované, či již nainstalované v odběrných místech, typicky na střechách domů, nejsou často optimálně navržené a/nebo zapojené do veřejné elektrické sítě, zejména s ohledem na pevné jednofázové připojení elektrárny do třífázové veřejné sítě a způsobu vyhodnocení měření elektřiny na fakturačním elektroměru. Často dochází k neefektivnímu využití vyrobené elektřiny v odběrném místě díky připojením do nevhodné elektrické fáze.Photovoltaic power plants built, or already installed in consumption points, typically on the roofs of houses, are often not optimally designed and/or connected to the public electricity grid, especially with regard to the fixed single-phase connection of the power plant to the three-phase public grid and the method of evaluating the electricity measurement on the billing electricity meter. There is often inefficient use of produced electricity at the point of consumption due to connections to an unsuitable electrical phase.
Chybějící detailní měření v odběrném místě a analýza potřeb konečného zákazníka v předinvestiční fázi budování fotovoltaické elektrárny obvykle způsobí chybný návrh velikosti a konfigurace fotovoltaické elektrárny.The lack of detailed measurement at the point of consumption and the analysis of the needs of the end customer in the pre-investment phase of building a photovoltaic power plant will usually cause an incorrect design of the size and configuration of the photovoltaic power plant.
Při instalaci výše uvedeného jednofázového připojení fotovoltaické elektrárny do odběrného místa je v současné době konečný zákazník nucen pevně určit elektrickou fázi, kam zdroj připojit. Dodávka vyrobené elektřiny do veřejné sítě, místo její spotřeby v odběrném místě, pak přináší konečnému zákazníkovi, tj. investorovi fotovoltaické elektrárny, zhoršení návratnosti vložené investice do pořízené fotovoltaické elektrárny. Popis jednofázového připojení odběrného místa s lokálním zdrojem, typicky fotovoltaickou elektrárnou k třífázové veřejné síti, mající označení fází L1, L2, L3, je schematicky naznačen na obr. 1 a na obr. 2. Obr. 1 a 2 schematicky znázorňují fakturační elektroměr 1, který je z jedné strany napojený k třífázovému hlavnímu jističi 3 a z druhé strany napojený na pojistkovou skříň 11. Pojistková skříň 11 může být napojená pomocí třífázového kabelu na hladině nízkého napětí, typicky o velikosti 0,4 kV k venkovnímu přívodnímu vedení z veřejné sítě 8. Třífázový hlavní jistič 3 je dále napojen pomocí třífázového domovního rozvodu 9 do domovního rozvaděče 12. Do domovního rozvaděče 12 je dále připojeno množství zátěží 2, např. ve formě elektrických spotřebičů, přičemž každá zátěž 2 je schematicky připojena na vlastní fázi L1, L2, L3 pomocí jednofázových domovních rozvodů 10. Obr. 1 dále schematicky znázorňuje fotovoltaické panely 7 se střídačem, které společně tvoří lokální zdroj 6 obnovitelné energie, a který je připojen do jednofázového domovního rozvodu 10 k domovnímu rozvaděči 12. Funkce střídače spočívá v tom, že mění stejnosměrné napětí na střídavé napětí elektrické sítě. Mimo to může mít také řadu doplňkových funkcí, jako například monitorování elektrické sítě, kontrolu provozních údajů anebo třeba ochranu systému. Domovní rozvaděč 12 podle dosavadníhoWhen installing the above-mentioned single-phase connection of the photovoltaic power plant to the point of consumption, the end customer is currently forced to firmly determine the electrical phase where to connect the source. The supply of produced electricity to the public grid, instead of its consumption at the point of consumption, then brings to the end customer, i.e. the investor of the photovoltaic power plant, a deterioration of the return on investment in the purchased photovoltaic power plant. The description of the single-phase connection of the consumption point with a local source, typically a photovoltaic power plant, to the three-phase public grid, marked with phases L1, L2, L3, is shown schematically in Fig. 1 and Fig. 2. Fig. 1 and 2 schematically show the billing electricity meter 1, which is connected on one side to the three-phase main circuit breaker 3 and on the other side to the fuse box 11. The fuse box 11 can be connected by means of a three-phase cable at a low voltage level, typically 0.4 kV to the outdoor supply line from the public network 8. The three-phase main circuit breaker 3 is further connected by means of the three-phase house distribution system 9 to the house switchboard 12. A number of loads 2 are also connected to the house switchboard 12, e.g. in the form of electrical appliances, while each load 2 is schematically connected to its own phase L1, L2, L3 using single-phase house wiring 10. Fig. 1 further schematically shows the photovoltaic panels 7 with the inverter, which together form a local source 6 of renewable energy, and which is connected to the single-phase house distribution system 10 to the house switchboard 12. The function of the inverter is that it changes the direct voltage to the alternating voltage of the electrical network. In addition, it can also have a number of additional functions, such as monitoring the electrical network, checking operating data or perhaps system protection. House switchboard 12 according to the existing one
- 1 CZ 309729 B6 stavu techniky je detailněji zobrazen na obr. 2. Při nadvýrobě elektřiny z lokálního zdroje 6 obnovitelné energie a tohoto zapojení dochází k situacím, ve kterých elektřina vyrobená z obnovitelných zdrojů přetéká po jedné elektrické fázi L1 do zátěže 2 a nespotřebovaná dále do veřejné třífázové sítě 8, přičemž ve stejném okamžiku do ostatních elektrických fází L2 a L3 současně natéká elektřina z veřejné sítě 8. Současná dodávka a odběr elektřiny je tak nežádoucím jevem, který se předkládaný vynález snaží vyřešit.- 1 CZ 309729 B6 of the state of the art is shown in more detail in Fig. 2. During the overproduction of electricity from the local renewable energy source 6 and this connection, situations occur in which the electricity produced from renewable sources overflows after one electrical phase L1 into the load 2 and is not consumed further into the public three-phase network 8, while at the same time electricity from the public network 8 simultaneously flows into the other electric phases L2 and L3. The simultaneous supply and withdrawal of electricity is thus an undesirable phenomenon that the present invention tries to solve.
V dosavadním stavu techniky je přebytečná elektřina obvykle dodávána do veřejné třífázové sítě, avšak může být rovněž uskladněna v bateriích a/nebo je možné jí použít, např. pro ohřev vody, pokud je to technicky možné a ekonomicky efektivní.In the state of the art, excess electricity is usually supplied to the public three-phase network, but it can also be stored in batteries and/or used, e.g. for water heating, if technically possible and economically efficient.
Stav techniky rovněž představuje třífázový asymetrický střídač, který vyrobenou elektřinu v odběrném místě dokáže lépe rozdělit po elektrických fázích. Asymetrický střídač je však složitý a pro menší instalace je cenově nedostupný.The state of the art is also represented by a three-phase asymmetric inverter, which can better distribute the electricity produced at the point of consumption among the electrical phases. However, an asymmetric inverter is complex and not affordable for smaller installations.
Podstata vynálezuThe essence of the invention
Výše uvedené nevýhody dosavadního stavu techniky jsou do jisté míry vyřešeny pomocí předkládaného vynálezu, který představuje v prvním provedení zařízení pro efektivnější využití elektřiny v lokálním zdroji obnovitelné energie.The above-mentioned disadvantages of the prior art are to a certain extent solved with the help of the present invention, which represents, in the first embodiment, a device for more efficient use of electricity in a local source of renewable energy.
Zařízení podle předkládaného vynálezu obsahuje detektor magnetického pole, který je umístěn v detekční blízkosti svorkovnice domovního rozvaděče. Domovní rozvaděč dále obsahuje jednofázové vodiče, které jsou připojené k veřejné třífázové síti. Podstata vynálezu spočívá v tom, že výše uvedený detektor obsahuje dílčí magnetické senzory, které měří magnetickou indukci B a časový průběh střídavého elektrického proudu a/nebo napětí v jednofázových vodičích veřejné elektrické sítě v každém jednofázovém vodiči v domovním rozvaděči zvlášť. Detektor je nastavený tak, aby byl např. s pomocí výpočetní jednotky, např. procesoru, schopný určit nej vytíženější jednofázový vodič veřejné třífázové sítě. Zařízení podle předkládaného vynálezu dále obsahuje přepínací relé umožňující připínání jednofázového vývodu z lokálního zdroje obnovitelné energie k nejvytíženějšímu jednofázovému vodiči připojenému do veřejné elektrické sítě. Přepínací relé je nastavené tak, aby bylo schopné přepínat elektrický obvod v reálném čase, přičemž řečené přepínání je řízeno na základě informace z výše řečeného detektoru.The device according to the present invention contains a magnetic field detector, which is located in the detection vicinity of the terminal board of the house switchboard. The house switchboard also contains single-phase wires that are connected to the public three-phase network. The essence of the invention is that the above-mentioned detector contains partial magnetic sensors that measure the magnetic induction B and the time course of the alternating electric current and/or voltage in the single-phase conductors of the public electricity network in each single-phase conductor in the house switchboard separately. The detector is set so that, for example, with the help of a computing unit, e.g. a processor, it is able to determine the busiest single-phase conductor of the public three-phase network. The device according to the present invention further includes a switching relay enabling the connection of a single-phase outlet from a local source of renewable energy to the busiest single-phase conductor connected to the public electrical network. The switching relay is configured to be capable of switching the electrical circuit in real time, said switching being controlled based on information from said detector.
Výše řečený detektor je schopen, bez zásahu do elektroinstalace a po kalibraci, přímo určit elektrický příkon/výkon v jednotlivých fázových vodičích připojených k veřejné třífázové síti. Přepínací relé je připojeno k jednofázovému vývodu lokálního zdroje obnovitelné energie. Tato část zařízení je dále s výhodou opatřena prostředkem pro měření výkonu tohoto zdroje. Přepínací relé přepíná, tj. spíná nebo odepíná, jednofázový vodič vývodu z lokálního zdroje obnovitelné energie do jednotlivých fázových vodičů připojených do veřejné třífázové sítě.The above-mentioned detector is able, without intervention in the electrical installation and after calibration, to directly determine the electrical input/power in the individual phase conductors connected to the public three-phase network. The switching relay is connected to the single-phase outlet of the local renewable energy source. This part of the device is also advantageously provided with means for measuring the performance of this source. The switching relay switches, i.e. switches or disconnects, the single-phase conductor of the outlet from the local source of renewable energy to the individual phase conductors connected to the public three-phase network.
V jistém provedení může detektor magnetického pole obsahovat tři magnetické senzory měřící magnetickou indukci generovanou střídavým elektrickým proudem v každé fázi zvlášť, přičemž výstupem je diferenční napětí odpovídající měřené magnetické indukci Bout. Senzory mohou být na plošném spoji geometricky umístěny tak, aby svou vzájemnou vzdáleností odpovídaly rozestupům svorkovnic, přičemž dílčí senzory nejsou ovlivněny magnetickým polem vedlejšího vodiče odpovídající jiné fázi. Takovéto senzory mohou být Hallovy sondy využívající Hallův jev anebo AMR (anisotropic magnetoresistive) senzory anebo TMR (Tunnel magnetoresistace) senzory anebo GMR (Giant magnetoresistive) senzory. Všechny výše uvedené senzory magnetického pole jsou v oblasti techniky známé a odborník v oboru je tyto senzory schopný použít. Výstupní nezpracovaný napěťový signál z magnetických senzorů může být dále pomocí diferenčního zesilovače zesílen na řádově jednotky voltů, např. 3,3 V, z velmi malých hodnot napětí, např. z 0,1 mV tak, aby umožnil další zpracování v procesorové desce.In one embodiment, the magnetic field detector may contain three magnetic sensors measuring the magnetic induction generated by the alternating current in each phase separately, the output being a differential voltage corresponding to the measured magnetic induction Bout. The sensors can be geometrically located on the circuit board so that their mutual distance corresponds to the spacing of the terminal blocks, while the sub-sensors are not affected by the magnetic field of the secondary conductor corresponding to another phase. Such sensors can be Hall probes using the Hall effect or AMR (anisotropic magnetoresistive) sensors or TMR (Tunnel magnetoresistance) sensors or GMR (Giant magnetoresistive) sensors. All of the above magnetic field sensors are known in the art and those skilled in the art are capable of using these sensors. The output raw voltage signal from the magnetic sensors can be further amplified by a differential amplifier to units of volts, e.g. 3.3 V, from very small voltage values, e.g. 0.1 mV, to enable further processing in the processor board.
- 2 CZ 309729 B6- 2 CZ 309729 B6
V dalším výhodném provedení může být detektor magnetického pole spintronický magnetický senzor detekující magnetické pole v alespoň dvou navzájem kolmých směrech. Příkladem spintronického magnetického senzoru měřícího magnetické pole v alespoň dvou směrech lze nalézt v Spintronics: a Review and Directions for Research, edited by Arthur R. Hampton, Nova Science Publishers, Incorporated, 2019. ProQuest Ebook Central, https://ebookcentral.proquest.com/lib/techlib-ebooks/detail.action?docID=5982577.In another advantageous embodiment, the magnetic field detector can be a spintronic magnetic sensor detecting the magnetic field in at least two mutually perpendicular directions. An example of a spintronic magnetic sensor measuring a magnetic field in at least two directions can be found in Spintronics: a Review and Directions for Research, edited by Arthur R. Hampton, Nova Science Publishers, Incorporated, 2019. ProQuest Ebook Central, https://ebookcentral.proquest. com/lib/techlib-ebooks/detail.action?docID=5982577.
V dalším výhodném provedení může být detektorem magnetického pole spintronický magnetický senzor detektující magnetické pole ve třech navzájem kolmých směrech. Příklady spintronických magnetických senzorů lze rovněž nalézt ve výše uvedené publikaci.In another advantageous embodiment, the magnetic field detector can be a spintronic magnetic sensor detecting the magnetic field in three mutually perpendicular directions. Examples of spintronic magnetic sensors can also be found in the above publication.
Výše uvedená procesorová deska zařízení podle vynálezu může on-line vyhodnotit nashromážděné proudové a/nebo napěťové signály, včetně jejich časového průběhu z měření a pomocí Fourierovy transformace určí frekvenci střídavého elektrického proudu a/nebo napětí po jednotlivých elektrických fázích.The above-mentioned processor board of the device according to the invention can evaluate the accumulated current and/or voltage signals online, including their time course from the measurement, and determine the frequency of alternating electric current and/or voltage by individual electric phases using the Fourier transformation.
Ve výhodném provedení je detektor umístěny do pouzdra z nemagnetického materiálu, přičemž je skříň umístěna do domovního rozvaděče. Jako vhodný nemagnetický materiál lze použít měď, nebo různé plasty.In an advantageous embodiment, the detector is placed in a housing made of non-magnetic material, while the cabinet is placed in the house switchboard. Copper or various plastics can be used as a suitable non-magnetic material.
V dalším výhodném provedení obsahuje procesorová deska první komunikační jednotku, zejména Wi-Fi jednotku s výhodou vysílající a přijímající signál na frekvenci 2,4 GHz nastavenou tak, že přímo přijímá externí data získaná ze vzdáleného serveru s hodnotami elektrických příkonů PoutL1, PoutL2, PoutL3, které pak použije pro kalibraci a výpočet elektrických příkonů z naměřených hodnot magnetické indukce BoutL1, BoutL2, BoutL3 přiřazením BoutL1 => PoutL1, BoutL2 => PoutL2, BoutL3 => PoutL3 ve všech elektrických fázích vodiče veřejné třífázové sítě.In another advantageous embodiment, the processor board contains a first communication unit, in particular a Wi-Fi unit preferably transmitting and receiving a signal at a frequency of 2.4 GHz set so that it directly receives external data obtained from a remote server with the values of electric power PoutL1, PoutL2, PoutL3, which will then be used for calibration and calculation of electric power from the measured values of magnetic induction BoutL1, BoutL2, BoutL3 by assigning BoutL1 => PoutL1, BoutL2 => PoutL2, BoutL3 => PoutL3 in all electric phases of the conductor of the public three-phase network.
V dalším výhodném provedení je k přepínacímu relé připojen měřicí přístroj nastavený tak, že měří střídavé napětí a proud z lokálního zdroje obnovitelné energie; a tím, že výhodné provedení dále obsahuje procesor umožňující výpočet dodávaného výkonu z lokálního zdroje obnovitelné energie. Řečený měřicí přístroj může být elektroměr podle dosavadního stavu techniky, např. wattmetr, který měří množství odebrané elektřiny z lokálního zdroje obnovitelné energie.In another preferred embodiment, a measuring device is connected to the switching relay and is configured to measure AC voltage and current from the local renewable energy source; and in that the preferred embodiment further includes a processor enabling the calculation of the supplied power from a local source of renewable energy. Said measuring device can be an electricity meter according to the current state of the art, e.g. a wattmeter, which measures the amount of electricity taken from a local source of renewable energy.
V dalším výhodném provedení obsahuje zařízení podle vynálezu kalibrační zařízení, které obsahuje kalibrační zátěž o známém příkonu, přičemž kalibrační zařízení je přes přepínací relé, zátěže v síti a detektor napojitelné k třífázové veřejné síti.In another advantageous embodiment, the device according to the invention contains a calibration device that contains a calibration load with a known input power, while the calibration device is connectable to a three-phase public network via a switching relay, loads in the network and a detector.
Kalibrační zařízení může být s výhodou připojeno do běžné třífázové zásuvky bez instalačních úprav. Kalibrační zařízení může dále obsahovat plošný spoj, který je přes vidlici spojen se zemí, nulovým vodičem a k jednotlivým jednofázovým vodičům, přičemž na jednofázových vodičích je měřen střídavý elektrický proud a/nebo napětí a jejich časový průběh z veřejné třífázové sítě; a přes odepínací relé je kalibrační zařízení připojeno ke kalibrační zátěži o známém příkonu. V jistém provedení má s výhodou kalibrační zařízení válcový tvar připomínající třífázovou vidlici, kterou lze připojit do třífázové zásuvky podle dosavadního stavu techniky. Přepínání zátěží je možné řídit procesorem umístěným ve výše zmíněné procesorové desce, která přepíná zátěže do jednotlivých fází podle předem definovaného vzoru, s výhodou signálu z níže popsaného telegramu. Příklad vzoru přepínání může být přepínání po dobu 1 s zátěže o výkonu 100W na fázi L1 na frekvenci 63 Hz, následující 1 s pauzou a opět připojení po dobu 1 s k zátěži o výkonu 100W na fázi L1 na frekvenci 63 Hz a to několikrát po sobě. Obdobně lze postupovat na dalších fázích a kombinacích frekvencí. Magnetické senzory popsaný telegram zaznamenají změnou magnetického pole na jednotlivých fázových vodičích a díky známým příkonům je podle nich provedena kalibrace BoutL1 => PoutL1, BoutL2 => PoutL2, BoutL3 => PoutL3. Toto výhodné provedení představuje technickou výhodu, neboť dokáže bezdotykově a bez nároků na znalosti uživatele nahradit základní měřicí funkce třífázového elektroměru, bez nutnosti přerušení dodávky elektřiny a bez toho, aby bylo nutné cokoliv připojovat na živé vodiče.The calibration device can be advantageously connected to a normal three-phase socket without installation modifications. The calibration device may also include a printed circuit board that is connected to the ground, the neutral wire and to individual single-phase wires via a fork, while the alternating electric current and/or voltage and their time course from the public three-phase network are measured on the single-phase wires; and the calibration device is connected to a calibration load of known power through the disconnecting relay. In a certain embodiment, the calibration device preferably has a cylindrical shape resembling a three-phase plug, which can be connected to a three-phase socket according to the current state of the art. Load switching can be controlled by the processor located in the above-mentioned processor board, which switches the loads to individual phases according to a predefined pattern, with the advantage of the signal from the telegram described below. An example of a switching pattern can be switching for 1 s a load with a power of 100 W on phase L1 at a frequency of 63 Hz, followed by a 1 s pause and again connecting for a period of 1 s to a load with a power of 100 W on phase L1 at a frequency of 63 Hz several times in a row. The same can be done for other phases and combinations of frequencies. The magnetic sensors record the described telegram by the change of the magnetic field on the individual phase conductors, and thanks to the known power consumption, the calibration BoutL1 => PoutL1, BoutL2 => PoutL2, BoutL3 => PoutL3 is performed according to them. This favorable design represents a technical advantage, as it can replace the basic measuring functions of a three-phase electricity meter contact-free and without demands on the user's knowledge, without the need to interrupt the electricity supply and without the need to connect anything to live wires.
- 3 CZ 309729 B6- 3 CZ 309729 B6
V dalším výhodném provedení obsahuje kalibrační zařízení druhou komunikační jednotku, přičemž první komunikační jednotka a druhá komunikační jednotka jsou nastavené tak, aby komunikovali obousměrně mezi sebou výhodně s použitím rádiové frekvence 2,4GHz nebo 433 MHz.In another advantageous embodiment, the calibration device comprises a second communication unit, wherein the first communication unit and the second communication unit are set to communicate bidirectionally with each other preferably using a radio frequency of 2.4 GHz or 433 MHz.
V jiném výhodném provedení obsahuje kalibrační zařízení druhou komunikační jednotku, přičemž druhá komunikační jednotka je uzpůsobena pro jednosměrnou komunikaci s první komunikační jednotkou prostřednictvím namodulovaného signálu známého tvaru na frekvencích 63 Hz a 31,5 Hz; anebo 73 Hz a 63,5 Hz; a záložní frekvenci využité v případě zarušení původních frekvenčních pásem, kombinacích 83 Hz a 41,5 Hz a 93 Hz a 46,5 Hz; přičemž frekvence jsou voleny tak, aby neinterferovaly se síťovou frekvencí a nekolidovaly ani s frekvencemi hromadného dálkového ovládání využívaného v energetice v ČR, rovněž známého v oblasti techniky pod názvem telegram. Pomocí namoduovaného signálu lze vytvořit signál typu telegram, který může být rozpoznán magnetickými senzory prvního detektoru pomocí změny veličiny Bout. Komunikace pomocí telegramu představuje technickou výhodu, které se uplatní zejména v případech, kdy není možné, nebo je obtížné použít běžnou bezdrátovou komunikaci, např. na frekvencích 433 MHz a 2,4 GHz.In another advantageous embodiment, the calibration device comprises a second communication unit, wherein the second communication unit is adapted for one-way communication with the first communication unit by means of a modulated signal of a known shape at frequencies of 63 Hz and 31.5 Hz; or 73 Hz and 63.5 Hz; and the backup frequency used in case of disruption of the original frequency bands, combinations of 83 Hz and 41.5 Hz and 93 Hz and 46.5 Hz; while the frequencies are chosen so that they do not interfere with the network frequency and do not collide with the frequencies of mass remote control used in the energy sector in the Czech Republic, also known in the field of technology under the name telegram. Using the modulated signal, a telegram-type signal can be created, which can be recognized by the magnetic sensors of the first detector by changing the Bout quantity. Communication using telegram represents a technical advantage, which is particularly applicable in cases where it is not possible or difficult to use ordinary wireless communication, e.g. on frequencies of 433 MHz and 2.4 GHz.
V dalším výhodném provedení je zařízení spojeno s počítačovým serverem, který zpracovává data a umožnuje zobrazit zejména hodnoty frekvencí, tvaru průběhu střídavého proudu anebo kalibrovaných elektrických výkonů ve všech fázích v reálném čase.In another advantageous embodiment, the device is connected to a computer server, which processes data and makes it possible to display, in particular, the values of frequencies, the shape of the course of alternating current or the calibrated electrical power in all phases in real time.
V dalším výhodném provedení je zařízení opatřeno prostředkem pro uchovávání dat, které zařízení s pomocí detektoru naměří ve zvoleném časovém intervalu. V tomto alternativním řešení může být zařízení opatřeno prostředkem pro uchovávání dat, které zařízení naměří ve zvoleném intervalu. Výsledná data se pak zpracují bez potřeby on-line připojení k internetu v externím počítačovém programu.In another advantageous embodiment, the device is provided with means for storing data, which the device measures with the help of a detector in a selected time interval. In this alternative solution, the device may be provided with means for storing data that the device measures at a selected interval. The resulting data is then processed without the need for an online Internet connection in an external computer program.
Další provedení tohoto vynálezu představuje způsob měření výroby elektřiny z lokálního zdroje obnovitelné energie a její využití v odběrném místě. Způsob využívá zařízení podle tohoto vynálezu, přičemž podstata vynálezu spočívá v tom, že způsob obsahuje kroky: detekce; kalibrace a přepínání. Krok detekce představuje detekci magnetické indukce a časový průběh střídavého elektrického proudu a/nebo napětí. Řečená detekce se provádí pro každý fázový vodič zvlášť. Krok kalibrace představuje kalibraci zařízení podle vynálezu, přičemž hodnoty magnetické indukce, získané z kroku detekce, se převádějí na výkony v příslušných fázových vodičích. Krok přepínání představuje přepínání jednofázového vodiče připojeného k lokálnímu zdroji obnovitelné energie k nejvytíženějšímu jednofázovému vodiči připojenému k veřejné třífázové síti.Another embodiment of this invention represents a method of measuring the production of electricity from a local source of renewable energy and its use at the point of consumption. The method uses the device according to the present invention, the essence of the invention being that the method comprises the steps of: detection; calibration and switching. The detection step is the detection of the magnetic induction and the time course of the alternating electric current and/or voltage. Said detection is performed for each phase conductor separately. The calibration step represents the calibration of the device according to the invention, whereby the magnetic induction values obtained from the detection step are converted to powers in the respective phase conductors. The switching step represents the switching of the single-phase conductor connected to the local renewable energy source to the busiest single-phase conductor connected to the public three-phase network.
Další provedení předkládaného vynálezu představuje způsob kalibrace zařízení podle tohoto vynálezu. Způsob obsahuje kroky: připojení zdroje se známým výkonem a/nebo příkonem k třífázové veřejné síti, přičemž připojování zdroje dochází postupně ke všem třem jednofázovým vodičům veřejné třífázové sítě; a přičemž během připojování dochází k detekci magnetické indukce pomocí magnetických detektorů na každé fázi, odtud se získají kalibrované hodnoty příkonů/výkonů na vstupu do odběrného místa.Another embodiment of the present invention represents a method of calibrating the device according to the present invention. The method comprises the steps of: connecting a source of known power and/or input to the three-phase public network, wherein the source is connected sequentially to all three single-phase conductors of the three-phase public network; and while during the connection the magnetic induction is detected by means of magnetic detectors on each phase, from there the calibrated values of power inputs/powers at the input to the sampling point are obtained.
Objasnění výkresůClarification of drawings
Obr. 1 představuje schéma připojení jednofázové fotovoltaické elektrárny k třífázové veřejné sítí podle dosavadního stavu techniky.Giant. 1 represents the connection diagram of a single-phase photovoltaic power plant to a three-phase public network according to the current state of the art.
Obr. 2 představuje základní schéma domovního rozvaděče podle dosavadního stavu techniky, přičemž domovní rozvaděč obsahuje svorkovnici, ke které je na jedné fázi trvale připojen jednofázový vodič dodávající elektřinu z lokálního zdroje obnovitelné energie.Giant. 2 represents the basic scheme of a house switchboard according to the current state of the art, while the house switchboard contains a terminal block to which a single-phase conductor supplying electricity from a local source of renewable energy is permanently connected to one phase.
- 4 CZ 309729 B6- 4 CZ 309729 B6
Obr. 3 představuje schematický nákres prvního uskutečnění podle předkládaného vynálezu zobrazující umístění detektoru magnetického pole v domovním rozvaděči a svorkovnici přepínající napájení z obnovitelného zdroje elektrické energie.Giant. 3 is a schematic drawing of the first embodiment according to the present invention showing the location of the magnetic field detector in the house switchboard and the terminal board switching the supply from the renewable source of electricity.
Obr. 4 představuje schematický nákres výhodného uskutečnění zařízení podle předkládaného vynálezu dále zobrazující zařízení podle vynálezu opatřeného o kalibrační zařízení obsahující kalibrační zátěže.Giant. 4 is a schematic drawing of a preferred embodiment of the device according to the present invention further showing the device according to the invention provided with a calibration device containing calibration loads.
Obr. 5a-5c představují schematické nákresy pouzdra z nemagnetického materiálu, které lze umístit na domovní rozvaděč bez nutnosti zásahu do elektroinstalace domovního rozvaděče.Giant. 5a-5c are schematic drawings of a case made of non-magnetic material, which can be placed on the house switchboard without having to intervene in the electrical installation of the house switchboard.
Obr. 6a-6c představují schematické nákresy umístění jističe a pouzdra z nemagnetického materiálu do domovního rozvaděče.Giant. 6a-6c are schematic drawings of the placement of a circuit breaker and a housing made of non-magnetic material in a house switchboard.
Obr. 7a-7b představují schematické nákresy příkladu uskutečnění viditelné části kalibračního zařízení pro pětipolovou zásuvku.Giant. 7a-7b are schematic drawings of an exemplary embodiment of the visible part of the calibration device for the five-pin socket.
Obr. 8a-8c představují záznamy detekce magnetického pole a určení nejvytíženějšího jednofázového vodiče připojeného k veřejné třífázové síti.Giant. 8a-8c are records of magnetic field detection and determination of the busiest single-phase conductor connected to the public three-phase network.
Obr. 9a-d představují záznam časového průběhu střídavého elektrického napětí a výpočet frekvence pomocí Fourierovy transformace magnetického detektoru požívaného podle stavu techniky a příkladu uskutečnění podle předkládaného vynálezu.Giant. 9a-d represent the recording of the time course of the alternating electric voltage and the calculation of the frequency using the Fourier transform of a magnetic detector used according to the state of the art and an example of implementation according to the present invention.
Příklady uskutečnění vynálezuExamples of implementation of the invention
Obr. 3 schematicky znázorňuje zařízení pro efektivnější využití elektřiny v lokálním zdroji obnovitelné energie podle předkládaného vynálezu. Zařízení obsahuje detektor 4 magnetického pole, který je umístěn v detekční blízkosti svorkovnice 121 domovního rozvaděče 12. Domovní rozvaděč 12 dále obsahuje tři jednofázové vodiče L1, L2, L3, které jsou připojené k veřejné třífázové síti 8. Výše uvedený detektor 4 obsahuje dílčí magnetické senzory PL1, PL2, PL3, které měří magnetickou indukci B a časový průběh střídavého elektrického napětí elektrické sítě 8 v každém jednofázovém vodiči L1, L2, L3 v domovním rozvaděči 12 zvlášť. V jiném příkladu uskutečnění může magnetický detektor 4 detekovat průběh střídavého elektrického proudu procházející každým jednofázovým vodičem L1, L2, L3 připojených k veřejné síti 8. Závislost mezi střídavým napětím a střídavým proudem je odborníkovi v oboru známá a přepočet mezi těmito veličinami je v oboru techniky běžně užívaný. Zařízení podle předkládaného vynálezu dále obsahuje přepínací relé 5 umožňující přepínání mezi jednofázovým vývodem z lokálního zdroje 6 obnovitelné energie a nejvytíženějším jednofázovým vodičem L1 nebo L2 nebo L3 veřejné elektrické sítě 8. Přepínací relé 5 je nastavené tak, aby přepínalo elektrický obvod 51 v reálném čase, přičemž řečené přepínací relé 5 je řízeno na základě informace z procesoru a výše řečeného detektoru 4. Výše řečený detektor 4 je schopen, bez zásahu do elektroinstalace a po kalibraci, přímo určit elektrický příkon/výkon v jednotlivých jednofázových vodičích L1, L2, L3 připojených k veřejné třífázové síti 8. Část zařízení obsahující přepínací relé 5 je připojeno k jednofázovému vývodu z lokálního zdroje obnovitelné energie. Tato část zařízení může být s výhodou dále opatřena prostředkem pro měření výkonu tohoto zdroje. Prostředek pro měření výkonu může být např. další elektroměr nebo wattmetr 53 podle dosavadního stavu techniky. Přepínací relé 5 přepíná, tj. spíná nebo odepíná, pomocí obvodu 51 jednofázový vývod z lokálního zdroje 6 obnovitelné energie do/z jednotlivých jednofázových vodičů připojených k veřejné třífázové sítí 8. V tomto konkrétním příkladu uskutečnění je tedy dodávána elektřina do zátěže 2 ze dvou zdrojů. První zdroj je veřejná třífázová síť 8, která je přes hlavní jistič 3 připojeny k zátěži 2. Druhý zdroj je pak obnovitelný zdroj 6 energie připojený k zátěži 2 s největší spotřebou přes zařízení 5 podle vynálezu. Domovní rozvaděč 12 propojuje přes svorkovnici 121, která je opatřena výše uvedenýmGiant. 3 schematically shows a device for more efficient use of electricity in a local source of renewable energy according to the present invention. The device includes a magnetic field detector 4, which is located in the detection vicinity of the terminal block 121 of the house switchboard 12. The house switchboard 12 also contains three single-phase conductors L1, L2, L3, which are connected to the public three-phase network 8. The above-mentioned detector 4 contains partial magnetic sensors PL1, PL2, PL3, which measure the magnetic induction B and the time course of the alternating electrical voltage of the electrical network 8 in each single-phase conductor L1, L2, L3 in the house switchboard 12 separately. In another embodiment, the magnetic detector 4 can detect the course of the alternating electric current passing through each single-phase conductor L1, L2, L3 connected to the public network 8. The relationship between alternating voltage and alternating current is known to a person skilled in the art, and the conversion between these quantities is common in the art used. The device according to the present invention further includes a switching relay 5 enabling switching between the single-phase output from the local renewable energy source 6 and the busiest single-phase conductor L1 or L2 or L3 of the public electric network 8. The switching relay 5 is set to switch the electric circuit 51 in real time, while said switching relay 5 is controlled on the basis of information from the processor and the above-mentioned detector 4. The above-mentioned detector 4 is able, without intervention in the electrical installation and after calibration, to directly determine the electrical input/power in the individual single-phase conductors L1, L2, L3 connected to public three-phase network 8. The part of the device containing the switching relay 5 is connected to a single-phase outlet from the local renewable energy source. This part of the device can also advantageously be equipped with a means for measuring the power of this source. The means for measuring power can be, for example, another electricity meter or wattmeter 53 according to the current state of the art. The switching relay 5 switches, i.e. switches or disconnects, by means of the circuit 51 the single-phase output from the local renewable energy source 6 to/from the individual single-phase conductors connected to the public three-phase network 8. In this particular embodiment, electricity is thus supplied to the load 2 from two sources . The first source is the public three-phase network 8, which is connected to the load 2 via the main breaker 3. The second source is a renewable energy source 6 connected to the load 2 with the highest consumption via the device 5 according to the invention. The house switchboard 12 connects through the terminal block 121, which is equipped with the above
- 5 CZ 309729 B6 detektorem 4 magnetického pole, zdroj elektřiny z veřejné sítě 8. Paralelně jsou i zátěže 2 propojeny jednofázovým přívodem 1F, který je připojen přes svorkovnici obvodu 51 a s výhodou přes další wattmetr 53 a k lokálnímu zdroji 6 obnovitelné energie. V jistém výhodném uskutečnění může být lokální zdroj 6 obnovitelné energie, v kombinaci se střídačem, fotovoltaickým panelem 7. V tomto případě je pak střídač fotovoltaickým střídačem.- 5 CZ 309729 B6 magnetic field detector 4, electricity source from the public network 8. In parallel, the loads 2 are also connected by a single-phase supply 1F, which is connected via the terminal board of the circuit 51 and preferably via another wattmeter 53 and to the local source 6 of renewable energy. In a certain advantageous implementation, the local source 6 of renewable energy, in combination with an inverter, can be a photovoltaic panel 7. In this case, the inverter is a photovoltaic inverter.
V jiném uskutečnění může být zdrojem 6 i lokální větrná elektrárna. V tomto příkladu uskutečnění lze pak vypustit fotovoltaický střídač a nahradit ho měničem s obdobnými vlastnostmi. Vynález je tedy aplikovatelný na jakýkoliv externí zdroj elektřiny připojitelné k veřejné třífázové síti 8.In another embodiment, the source 6 can also be a local wind power plant. In this implementation example, the photovoltaic inverter can then be dropped and replaced by an inverter with similar properties. The invention is therefore applicable to any external source of electricity connectable to the public three-phase network 8.
V souladu s vynálezem, v okamžiku, kdy detektor 4 zaznamená vyšší odběr elektřiny na zátěži 2, přepne spínací elektrický obvod 51 z méně zatíženého jednofázového vodiče L1 nebo L2 nebo L3 na více zatížený jednofázový vodič L1 nebo L2 nebo L3, přičemž zátěž 2 začne odebírat elektřinu z jednofázového vývodu 1F, který je připojen k lokálnímu zdroji 6 obnovitelné energie. Přepnutím dochází k úspoře elektřiny, resp. efektivnějšímu využití lokálně vyrobené elektřiny, neboť je omezován stav zapojení, ve kterém je zároveň odebírána elektřina z veřejné sítě 8 a pro zátěže 2 a současně dochází k přetoku elektřiny vyrobené v lokálním zdroji 6 obnovitelné energie do veřejné sítě 8. Výše uvedeným omezením nevhodného zapojení dochází k úspoře zdrojů, tudíž k ekonomičtějšímu zacházení s lokálně připojenými zdroji obnovitelné energie.In accordance with the invention, at the moment when the detector 4 detects a higher consumption of electricity on the load 2, the switching electric circuit 51 switches from the less loaded single-phase conductor L1 or L2 or L3 to the more loaded single-phase conductor L1 or L2 or L3, whereby the load 2 begins to draw electricity from the single-phase outlet 1F, which is connected to the local renewable energy source 6. By switching, electricity is saved, or more efficient use of locally produced electricity, because the state of connection is limited, in which electricity is taken from the public network 8 and for loads 2 at the same time, and at the same time there is an overflow of electricity produced in the local source 6 of renewable energy into the public network 8. The above limitation of inappropriate connection occurs to save resources, thus to more economical handling of locally connected renewable energy sources.
V příkladu uskutečnění, zobrazeném na obr. 3 a 4, obsahuje zařízení detektor 4, který je tvořen třemi dílčími magnetickými senzory PL1, PL2, PL3 měřícími magnetické pole, konkrétně magnetickou indukci Bout vyvolanou střídavým proudem procházejícím každým jednofázovým vodičem a časový průběh střídavého napětí. Výstupem detekce je tedy diferenční napětí odpovídající měřené magnetické indukci Bout. Dílčí magnetické senzory PL1, PL2, PL3 jsou na plošném spoji s výhodou geometricky umístěny tak, aby vzájemnou vzdáleností odpovídaly rozestupům svorkovnici 121. Výstupní nezpracovaný napěťový signál z dílčích magnetických senzorů PL1, PL2, PL3 může být ve výhodném uskutečnění dále pomocí diferenčního zesilovače zesílen z velmi malých hodnot napětí, např. na úrovni 0,1 mV tak, aby umožnil další zpracování v procesorové desce, která obvykle vyžaduje vstupy napěťového signálu na úrovni jednotek voltů, např. 3,3 V. Procesorová deska obsahující výpočetní jednotku, např. procesor, může on-line vyhodnotit nashromážděný napěťový signál a časový průběh střídavého napětí a/nebo proudu z měření a pomocí Fourierovy transformace určí frekvenci elektrického napětí po jednotlivých elektrických fázích L1, L2, L3.In the implementation example shown in Fig. 3 and 4, the device contains a detector 4, which is formed by three sub-magnetic sensors PL1, PL2, PL3 measuring the magnetic field, specifically the magnetic induction Bout caused by the alternating current passing through each single-phase conductor and the time course of the alternating voltage. The detection output is therefore a differential voltage corresponding to the measured magnetic induction Bout. Sub-magnetic sensors PL1, PL2, PL3 are preferably geometrically located on the circuit board so that their mutual distance corresponds to the spacing of the terminal board 121. The output unprocessed voltage signal from sub-magnetic sensors PL1, PL2, PL3 can, in an advantageous implementation, be further amplified by means of a differential amplifier from very small voltage values, e.g. at the level of 0.1 mV so as to allow further processing in the processor board, which usually requires voltage signal inputs at the level of units of volts, e.g. 3.3 V. A processor board containing a computing unit, e.g. a processor , can evaluate online the accumulated voltage signal and the time course of the alternating voltage and/or current from the measurement and determine the frequency of the electric voltage by the individual electric phases L1, L2, L3 using the Fourier transformation.
V jistém příkladu uskutečnění mohou být dílčí magnetické senzory PL1, PL2, PL3 vybrány ze skupiny Hallovy sondy využívající Hallův jev anebo spintronických magnetických senzorů, jako jsou např. AMR (anisotropic magnetoresistive) senzory anebo TMR (Tunnel magnetoresistace) senzory anebo GMR (Giant magnetoresistive) senzory. V jistém uskutečnění např. tři Hallovy sondy jsou rozmístěny na plošném spoji geometricky umístěny tak, že svou vzájemnou vzdáleností odpovídají rozestupům svorkovnice 121, např. jak je schematicky znázorněno na obr. 3 nebo 4. Výše uvedený nevyčerpající výčet senzorů obvykle využívá různé magnetorezistivní prvky vyvolávající magnetorezistivní efekt, jako je např. magnetická impedance, snímač magnetického toku, polovodičový snímač Hallova jevu, apod. V jiném příkladu uskutečnění je možné zvolit spintronický magnetický senzor, který s výhodou detekuje příspěvek magnetického pole v různých osách, ale rovněž jeho amplitudu.In a certain embodiment, partial magnetic sensors PL1, PL2, PL3 can be selected from the group of Hall probes using the Hall effect or spintronic magnetic sensors, such as, for example, AMR (anisotropic magnetoresistive) sensors or TMR (Tunnel magnetoresistance) sensors or GMR (Giant magnetoresistive) sensors. In one embodiment, e.g., three Hall probes are distributed on the circuit board geometrically positioned so that their mutual distance corresponds to the spacing of the terminal block 121, e.g., as shown schematically in Fig. 3 or 4. The above non-exhaustive list of sensors usually uses various magnetoresistive elements inducing magnetoresistive effect, such as magnetic impedance, magnetic flux sensor, semiconductor Hall effect sensor, etc. In another embodiment, it is possible to choose a spintronic magnetic sensor, which advantageously detects the contribution of the magnetic field in different axes, but also its amplitude.
V dalším příkladu uskutečnění lze tedy volit spintronický magnetický senzor, který detekuje magnetické pole alespoň ve dvou osách tak, že je schopný rozpoznat příspěvky magnetických polí od okolních jednofázových vodičů. Např. prostřední spintronický senzor by tak byl schopen detekovat nejenom indukované magnetické pole od prostředního jednofázového vodiče L2, ale rovněž i příspěvky od krajních dvou jednofázových vodičů L1, nebo L3. Výhoda detekce magnetického pole ve dvou, resp. třech směrech poskytuje informaci o příspěvku magnetického pole od případných okolních jednofázových vodičů L1, L2, L3.In another embodiment, a spintronic magnetic sensor can therefore be chosen which detects the magnetic field in at least two axes so that it is able to recognize the contributions of the magnetic fields from the surrounding single-phase conductors. E.g. the middle spintronic sensor would thus be able to detect not only the induced magnetic field from the middle single-phase conductor L2, but also contributions from the two outermost single-phase conductors L1 or L3. The advantage of magnetic field detection in two or in three directions provides information about the contribution of the magnetic field from any surrounding single-phase conductors L1, L2, L3.
- 6 CZ 309729 B6- 6 CZ 309729 B6
Procesorová deska může dále ve výhodném uskutečnění obsahovat první komunikační jednotku 41, která je nastavena tak, že přijímají externí data sloužící ke kalibraci a převodu měřených hodnot magnetické indukce na výkon ve všech elektrických fázích sítě. První komunikační jednotka 41 může být např. první komunikační jednotka 41 podle standardů IEEE 802.11 (Wi-Fi), která přijímá i data externí, která slouží ke kalibraci a převodu měřených hodnot magnetické indukce Bout na výkon Pout ve všech elektrických fázových vodičích L1, L2, L3. Procesorová deska je v jistém příkladu uskutečnění, mimo komunikace standardů IEEE 802.11 (Wi-Fi), rovněž osazena sériovou první komunikační jednotkou 41 pomocí RS485 a volitelnou možností dalšího relé, které umožní nezávislé vypnutí zdroje.In a preferred embodiment, the processor board may further include the first communication unit 41, which is set to receive external data used to calibrate and convert the measured values of magnetic induction into power in all electrical phases of the network. The first communication unit 41 can be, for example, the first communication unit 41 according to the IEEE 802.11 (Wi-Fi) standards, which also receives external data, which is used to calibrate and convert the measured values of the magnetic induction Bout to the power Pout in all electric phase conductors L1, L2 , L3. In a certain embodiment, the processor board is, apart from IEEE 802.11 (Wi-Fi) standards communication, also equipped with a serial first communication unit 41 using RS485 and an optional option of another relay that enables independent power off.
V dalším příkladu uskutečnění je k přepínacímu relé 5 s výhodou připojen měřicí obvod nastavený tak, že měří střídavé napětí a proud z lokálního zdroje 6 obnovitelné energie. Zařízení podle vynálezu dále obsahuje procesor umožňující výpočet dodávaného výkonu z lokálního zdroje 6 obnovitelné energie.In another embodiment, the switching relay 5 is preferably connected to a measuring circuit set to measure the alternating voltage and current from the local source 6 of renewable energy. The device according to the invention also includes a processor enabling the calculation of the supplied power from the local source 6 of renewable energy.
Ve výhodném uskutečnění, před samotnou instalací zařízení podle tohoto vynálezu je toto zařízení kalibrováno pomocí kalibračního zařízení. Kalibrační zařízení 50, zobrazené na obr. 4, je napojené na vodič dodávající elektřinu z lokálního zdroje 6 obnovitelné energie, je současně napojené na alespoň jeden jednofázový vodič L1, nebo L2, nebo L3 připojený k třífázové veřejné síti 8, přičemž během kalibrace je zařízení uzpůsobeno tak, že je střídavě připojeno ke všem fázovým vodičům L1, L2, L3 připojeným k třífázové veřejné síti 8. Kalibrační zařízení obsahuje druhou komunikační jednotku 52, přičemž první komunikační jednotka 41 a druhá komunikační jednotka 52 jsou nastavené tak, aby komunikovali obousměrně mezi sebou s použitím rádiové frekvence 2,4 GHz nebo 433 MHz.In an advantageous embodiment, before the actual installation of the device according to the invention, this device is calibrated using a calibration device. The calibration device 50, shown in Fig. 4, is connected to a conductor supplying electricity from a local source of renewable energy 6, it is simultaneously connected to at least one single-phase conductor L1, or L2, or L3 connected to a three-phase public network 8, while during calibration the device is adapted to be alternately connected to all phase conductors L1, L2, L3 connected to the three-phase public network 8. The calibration device includes a second communication unit 52, wherein the first communication unit 41 and the second communication unit 52 are set to communicate bidirectionally with each other using a radio frequency of 2.4 GHz or 433 MHz.
V dalším příkladu uskutečnění, rovněž zobrazeném na obr. 4, je kalibrační zařízení 50 s výhodou opatřeno druhou komunikační jednotkou 52, přičemž druhá komunikační jednotka 52 je uzpůsobena pro jednosměrnou komunikaci s první komunikační jednotkou 41 prostřednictvím namodulovaného signálu známého tvaru, pomocí kterého vytvoříme telegram na frekvenci 63 Hz a 31,5 Hz; anebo 73 Hz a 63,5 Hz; a záložní pro případ, že první dvě kombinace frekvencí budou zarušené 83 Hz a 41,5 Hz a 93 Hz a 46,5 Hz; přičemž frekvence jsou s výhodou voleny tak, aby neinterferovaly se síťovou frekvencí a nekolidovaly ani s frekvencemi hromadného dálkového ovládání používaného v energetice v ČR, rovněž známého jako telegram. Takto vytvořený telegram může být rozpoznán magnetickými senzory změnou veličiny Bout. Příklad uskutečnění telegramu může být přepínání po dobu 1 s ke kalibrační zátěži 2' o výkonu 100W na prvním jednofázovém vodiči L1 na frekvenci 63 Hz, následující 1 s pauzou a opět připojení po dobu 1 s k další kalibrační zátěži 2' o výkonu 100W na prvním jednofázovém vodiči L1 na frekvenci 63 Hz a to několikrát po sobě. Obdobně lze postupovat na dalších fázích a kombinacích frekvencí.In another embodiment, also shown in Fig. 4, the calibration device 50 is preferably provided with a second communication unit 52, whereby the second communication unit 52 is adapted for one-way communication with the first communication unit 41 by means of a modulated signal of a known form, with the help of which we create a telegram on frequency 63 Hz and 31.5 Hz; or 73 Hz and 63.5 Hz; and a backup in case the first two frequency combinations are disturbed 83 Hz and 41.5 Hz and 93 Hz and 46.5 Hz; while the frequencies are preferably chosen so that they do not interfere with the network frequency and do not collide with the frequencies of mass remote control used in the energy industry in the Czech Republic, also known as telegram. A telegram created in this way can be recognized by magnetic sensors by changing the quantity Bout. An example of making a telegram can be switching for 1 s to calibration load 2' with a power of 100 W on the first single-phase wire L1 at a frequency of 63 Hz, the following 1 s pause and connection again for 1 s to another calibration load 2' with a power of 100 W on the first single-phase conductors L1 at a frequency of 63 Hz several times in a row. The same can be done for other phases and combinations of frequencies.
V dalším příkladu uskutečnění je zařízení podle vynálezu spojeno s počítačovým serverem, který zpracovává data a umožnuje zobrazit zejména hodnoty frekvencí, tvaru průběhu střídavého proudu anebo kalibrovaných elektrických výkonů ve všech fázích v reálném čase. Komunikace pomocí telegramu představuje technickou výhodu, které se uplatní zejména v případech, kdy není možné, nebo je obtížné použít běžnou bezdrátovou komunikaci, např. na frekvencích 433 MHz a 2,4 GHz. Zařízení opatřeno prostředkem pro uchovávání dat, které zařízení s pomocí detektoru 4 naměří ve zvoleném časovém intervalu. V tomto alternativním řešení může být zařízení opatřeno prostředkem pro uchovávání dat, které zařízení naměří ve zvoleném intervalu. Výsledná data se pak zpracují bez potřeby on-line připojení k internetu v externím počítačovém programu.In another embodiment, the device according to the invention is connected to a computer server, which processes data and allows displaying, in particular, values of frequencies, the shape of the alternating current or calibrated electrical power in all phases in real time. Communication using telegram represents a technical advantage, which is particularly applicable in cases where it is not possible or difficult to use ordinary wireless communication, e.g. on frequencies of 433 MHz and 2.4 GHz. The device is provided with means for storing data, which the device measures with the help of detector 4 in the selected time interval. In this alternative solution, the device may be provided with means for storing data that the device measures at a selected interval. The resulting data is then processed without the need for an online Internet connection in an external computer program.
Obrázky 5a až 5c představují různé pohledy na jeden příklad uskutečnění, kde je detektor 4, procesorová deska a příslušná elektronika umístěna do pouzdra 40 z nemagnetického materiálu, přičemž je pouzdro 40 umístěno do domovního rozvaděče 12. Pouzdro 40 z nemagnetického materiálu se sestává ze zadní části 14 obsahující fixační čepy 15; a čelní části 13. Pouzdro 40 je dále opatřena průchodem 16 pro napájecí konektor plošného spoje s elektronikou. V dalšímFigures 5a to 5c show different views of one exemplary embodiment where the detector 4, processor board and associated electronics are housed in a housing 40 of non-magnetic material, the housing 40 being housed in a house switchboard 12. The housing 40 of non-magnetic material consists of a rear 14 containing fixing pins 15; and the front part 13. The housing 40 is also provided with a passage 16 for the power connector of the printed circuit board with electronics. In another
- 7 CZ 309729 B6 příkladu uskutečnění je možné napájení vyměnit za baterii, která příslušnou elektroniku napájí bez připojení.- 7 CZ 309729 B6 example implementation, it is possible to replace the power supply with a battery that powers the relevant electronics without connection.
Obrázky 6a až 6c představují implementaci zařízení podle jednoho příkladu uskutečnění, kde je zařízení podle vynálezu umístěno na krytu 122 skříně domovního rozvaděče 12 v blízkosti třífázového jističe 3 či proudového chrániče. Rozvaděč 12 třífázový jistič 3 (variantně proudový chránič shodných rozměrů) v domovním rozvaděči 12, případně i podružené jističe jednofázové. Na obr. 6c je pak zobrazeno umístění pouzdra 40.Figures 6a to 6c represent the implementation of the device according to one example of implementation, where the device according to the invention is placed on the cover 122 of the housing of the house switchboard 12 in the vicinity of the three-phase circuit breaker 3 or the circuit breaker. Switchboard 12, three-phase circuit breaker 3 (as an alternative, a circuit breaker of the same dimensions) in the house switchboard 12, possibly also subordinate single-phase circuit breakers. Fig. 6c then shows the location of the housing 40.
V dalším příkladu uskutečnění je kalibrační zařízení 50 připojeno do běžné třífázové zásuvky, tak jak je schematicky znázorněno na obr. 7a a 7b. Tím, že kalibrační zařízení 50 obsahuje plošný spoj, který je přes standardizovanou vidlici odpovídající rozměrům třífázové zásuvky spojen se zemí, nulovým vodičem a k jednotlivým jednofázovým vodičům, je na jednofázových vodičích L1, L2, L3 měřeno střídavé elektrické napětí z veřejné třífázové sítě 8; a přes přepínací relé 5 je kalibrační zařízení 50 připojeno ke kalibrační zátěži 2' o známém příkonu. Připínání a odepínání kalibračních zátěží 2' je řízeno procesorovou deskou, která připíná kalibrační zátěže 2' do jednotlivých fází podle předem definovaného vzorce, s výhodou výše popsaného telegramu. Magnetické senzory telegram zaznamenají změnu magnetického pole na jednotlivých jednofázových vodičích a díky známým příkonům je podle nich provedena kalibrace BoutL1 => PoutL1, BoutL2 => PoutL2, BoutL3 => PoutL3. Výše uvedeného uskutečnění představuje technickou výhodu, neboť dokáže bezdotykově a bez nároků na znalosti uživatele nahradit základní měření třífázového fakturačního elektroměru 1, bez nutnosti přerušení dodávky elektřiny a bez toho, aby bylo nutné cokoliv připojovat na živé vodiče. Zařízení je dále schopné bezdotykově měřit frekvenci elektrické sítě a výskyt dalších frekvencí v síti, např. v rozsahu od jednotek Hz až po stovky kHz.In another embodiment, the calibration device 50 is connected to a common three-phase socket, as shown schematically in Figs. 7a and 7b. By the fact that the calibration device 50 contains a circuit board which is connected to the ground, the neutral wire and to the individual single-phase wires via a standardized plug corresponding to the dimensions of the three-phase socket, the alternating voltage from the public three-phase network 8 is measured on the single-phase wires L1, L2, L3; and via the switching relay 5, the calibration device 50 is connected to the calibration load 2' with a known input power. Pinning and unpinning of the calibration loads 2' is controlled by the processor board, which pins the calibration loads 2' into individual phases according to a predefined formula, preferably the telegram described above. Telegram magnetic sensors record the change in the magnetic field on the individual single-phase conductors and, thanks to the known power consumption, the calibration BoutL1 => PoutL1, BoutL2 => PoutL2, BoutL3 => PoutL3 is performed according to them. The above implementation represents a technical advantage, as it can replace the basic measurement of the three-phase billing electricity meter 1 without contact and without requiring the user's knowledge, without the need to interrupt the electricity supply and without the need to connect anything to live wires. The device is also capable of non-contact measuring the frequency of the electrical network and the occurrence of other frequencies in the network, e.g. in the range from units of Hz to hundreds of kHz.
Další příklad uskutečnění se týká způsobu měření výroby elektrické energie z lokálního zdroje 7 obnovitelné energie a její využití v odběrném místě. Způsob využívá zařízení podle tohoto vynálezu, přičemž podstata vynálezu spočívá v tom, že způsob obsahuje kroky: detekce; kalibrace a přepínání. Krok detekce představuje detekci magnetické indukce. Příklad uskutečnění detekce tří různých magnetických polí je zobrazen na obr. 8a až 8c. Řečená detekce se provádí pro každý jednofázový vodič zvlášť. Na příslušných obrázcích je detekce tří jednofázových vodičů znázorněna třemi barvami, každá odpovídá různé indukované síle magnetického pole, tj. v podstatě odpovídá velikosti vektoru magnetické indukce Bout. Grafy jsou v polárních souřadnicích, přičemž jednotlivé osy znázorňují relativní magnetickou sílu. Obr. 8a představuje nejsilnější fázi L1 o odpovídající příkonu 500 W, zatímco fáze L2 a L3 jsou téměř nulové. Obr. 8b a 8c pak představují relativní sílu odpovídající příkonu 500 W v jednofázovém vodiči L2, resp. L3. Krok kalibrace představuje kalibraci zařízení, přičemž hodnoty magnetické indukce, získané z kroku detekce, se převádějí na výkony v příslušných jednofázových vodičích jednoduchým přiřazením, s výhodou bez složitého výpočtu. Krok přepínání představuje přepínání jednofázového vodiče připojeného k lokálnímu zdroji 6 obnovitelné energie k nejvytíženějšímu jednofázovému vodiči veřejné třífázové sítě.Another implementation example relates to the method of measuring the production of electricity from a local source of renewable energy 7 and its use at the point of consumption. The method uses the device according to the present invention, the essence of the invention being that the method comprises the steps of: detection; calibration and switching. The detection step is the detection of magnetic induction. An example of performing the detection of three different magnetic fields is shown in Fig. 8a to 8c. Said detection is performed for each single-phase conductor separately. In the respective figures, the detection of three single-phase conductors is represented by three colors, each corresponding to a different induced magnetic field strength, i.e. essentially corresponding to the magnitude of the magnetic induction vector Bout. The graphs are in polar coordinates, with individual axes representing relative magnetic strength. Giant. 8a represents the strongest phase L1 with a corresponding power input of 500 W, while phases L2 and L3 are almost zero. Giant. 8b and 8c then represent the relative power corresponding to the power input of 500 W in the single-phase conductor L2, respectively. L3. The calibration step represents the calibration of the device, whereby the magnetic induction values obtained from the detection step are converted to powers in the respective single-phase conductors by simple assignment, preferably without complex calculation. The switching step represents the switching of the single-phase conductor connected to the local renewable energy source 6 to the busiest single-phase conductor of the public three-phase network.
V dalším příkladu uskutečnění představuje způsob kalibrace zařízení podle tohoto vynálezu. Způsob obsahuje kroky: připojení zdroje se známým výkonem k výše řečenému zařízení, přičemž připojování zdroje dochází postupně ke všem třem fázovým vodičům připojeným k veřejné třífázové síti; a přičemž během připojování dochází k detekci magnetického pole detektorů 4 na každé fázi, odtud se získají kalibrované hodnoty příkonů/výkonů na vstupu do odběrného místa.In another embodiment, the method of calibrating the device according to the present invention is presented. The method comprises the steps of: connecting a source of known power to the aforementioned device, the source being connected sequentially to all three phase conductors connected to the public three-phase network; and while during connection the magnetic field of the detectors 4 on each phase is detected, from there the calibrated values of power inputs/powers at the entrance to the sampling point are obtained.
Obr. 9 a-d představují porovnání stavu techniky obr. 9a a 9b s předkládaným vynálezem obr. 9c a 9d. Obr. 9a znázorňuje časový průběh magnetického pole v blízkosti měřeného vodiče naměřeného běžně dostupným digitálním senzorem, jehož výstupem je napěťový signál a obr. 9b znázorňuje Rychlou Fourierovu transformaci signálu z obr. 9a. Vlastnosti běžného digitálního senzoru, zejména vzorkovací frekvence v řádu 100 Hz, neumožňují provedení detailní analýzy signálu. Obr. 9c znázorňuje časový průběh magnetického pole v blízkosti měřeného vodiče podle vynálezu, jehož výstupem jen napěťový signál a obr. 9d znázorňuje Rychlou Fourierovu transformaci signáluGiant. 9 a-d represent a comparison of prior art Figs. 9a and 9b with the present invention Figs. 9c and 9d. Giant. 9a shows the time course of the magnetic field in the vicinity of the measured conductor measured by a commonly available digital sensor whose output is a voltage signal and Fig. 9b shows the Fast Fourier transform of the signal from Fig. 9a. The properties of a common digital sensor, especially the sampling frequency in the order of 100 Hz, do not allow for a detailed analysis of the signal. Giant. 9c shows the time course of the magnetic field in the vicinity of the measured conductor according to the invention, the output of which is only a voltage signal, and Fig. 9d shows the Fast Fourier transformation of the signal
- 8 CZ 309729 B6 z obr. 9c. Díky vynálezu lze detailně sledovat nejen průběh střídavého napětí, ale i četnost a amplitudu měřených frekvencí, v našem případě lze vidět dominantní frekvenci 50 Hz, která se běžně používá ve veřejných trojfázových sítích.- 8 CZ 309729 B6 from Fig. 9c. Thanks to the invention, not only the course of the alternating voltage can be followed in detail, but also the frequency and amplitude of the measured frequencies, in our case the dominant frequency of 50 Hz, which is commonly used in public three-phase networks, can be seen.
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
Předkládaný vynález nachází průmyslové uplatnění při instalaci anebo provozu lokálního zdroje elektrické energie, jako jsou např. fotovoltaické panely. Předkládaný vynález poskytuje efektivní 10 využití ekologicky vyrobené elektřiny tak, že umožnuje připínání vývodu z připojeného lokálního zdroje elektřiny na nejzatíženější jednofázový vodič připojený do třífázové veřejné sítě v jakémkoliv okamžiku.The present invention finds industrial application in the installation or operation of a local source of electrical energy, such as, for example, photovoltaic panels. The present invention provides an efficient use of ecologically produced electricity by allowing the terminal from the connected local source of electricity to be clamped to the most heavily loaded single-phase conductor connected to the three-phase public network at any time.
Claims (13)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2021-346A CZ309729B6 (en) | 2021-07-19 | 2021-07-19 | Device for more efficient use of electricity produced in a local source of renewable energy, method of measuring electricity production from a local source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2021-346A CZ309729B6 (en) | 2021-07-19 | 2021-07-19 | Device for more efficient use of electricity produced in a local source of renewable energy, method of measuring electricity production from a local source |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2021346A3 CZ2021346A3 (en) | 2023-02-01 |
| CZ309729B6 true CZ309729B6 (en) | 2023-08-23 |
Family
ID=85036634
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2021-346A CZ309729B6 (en) | 2021-07-19 | 2021-07-19 | Device for more efficient use of electricity produced in a local source of renewable energy, method of measuring electricity production from a local source |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ309729B6 (en) |
-
2021
- 2021-07-19 CZ CZ2021-346A patent/CZ309729B6/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2021346A3 (en) | 2023-02-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chakraborty et al. | Smart meters for enhancing protection and monitoring functions in emerging distribution systems | |
| US20220216697A1 (en) | Integrated electrical panel | |
| CN103038649B (en) | For measuring the system and method for the electrical power service condition in building and for the system and method that it is calibrated | |
| EP3367111A1 (en) | Energy metering system | |
| US20140167786A1 (en) | Current Sensor For Power Measurement Applications | |
| CN101807817A (en) | Meter phase identification | |
| FR2806806B1 (en) | METHOD FOR MEASURING THE ELECTRICAL CONSUMPTION OF AN ELEMENT CONNECTED TO AN ELECTRICITY DISTRIBUTION NETWORK | |
| US20140210453A1 (en) | Multi-branch current/voltage sensor array | |
| US9804211B2 (en) | Indicators for a power meter | |
| US20210318357A1 (en) | Non-contact voltage sensing system | |
| Rashid et al. | Design and implementation of load balancing system for a smart home | |
| CZ309729B6 (en) | Device for more efficient use of electricity produced in a local source of renewable energy, method of measuring electricity production from a local source | |
| CZ37021U1 (en) | Equipment for more efficient use of electricity produced in a local source of renewable energy | |
| JP6323778B2 (en) | Distribution board cabinet and distribution board using the same | |
| US11293955B2 (en) | Energy metering for a building | |
| KR101905660B1 (en) | Power loss measurement system of live circuit | |
| Sifat et al. | A facility for physical simulation of high impedance faults in low voltage networks | |
| JP6202439B2 (en) | Distribution board | |
| CN202957472U (en) | High-voltage switch cabinet for networked electric power system | |
| JP2019002812A (en) | Insulation resistance measurement system, distribution board, insulation resistance measurement method and program | |
| JP6340718B2 (en) | Internal device for distribution board and distribution board using the same | |
| CN207851184U (en) | A kind of circuit intelligent online monitoring device | |
| JP2017207311A (en) | Electric power measurement system | |
| JP6541068B2 (en) | Circuit determination method, circuit determination system, and program | |
| JP2017034924A (en) | Current measurement device and distribution board using the same |