DE102009029592A1

DE102009029592A1 - Program controlled energy-monitoring-and control device for switching cabinet in energy-management system in e.g. factory, has storage device comprising switching output, at which output signal is provided and delivered via network

Info

Publication number: DE102009029592A1
Application number: DE102009029592A
Authority: DE
Inventors: Claudia Dipl.-Ing. Viertel; Frieder Dipl.-Ing. Unger; Jens Haselbauer
Original assignee: HEITEC AG ZWEIGNIEDERLASSUNG CHEMNITZ
Current assignee: HEITEC AG ZWEIGNIEDERLASSUNG CHEMNITZ
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2009-09-18
Publication date: 2011-03-31

Abstract

The device (1) has an analog-/digital converter (12) connected with a computing device (141), where a read-only memory (142) and a removable data storage device (143) are attached at the computing device. The data storage device is attached at a data transmission network (6). The data storage device has a switching output (16) that is provided such that voltage-and current values are provided in relation to a characteristic field data bank. An output signal that characterizes a parameter of idle power is provided at the switching output and delivered via a data transmission network (6).

Description

Die Erfindung betrifft das Energiemanagement in elektrischen Netzen mit variablem Blindleistungsaufkommen. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die Blindleistungsregelung bzw. Blindleistungskompensation an Maschinen, Anlagen und/oder in Betriebsstätten, die eine Vielzahl kapazitiver und induktiver Verbraucher umfassen und die in Abhängigkeit von zeitlich veränderlichen technologischen Parametern eingesetzt werden.The invention relates to energy management in electrical networks with variable reactive power. A preferred field of application is the reactive power control or reactive power compensation on machines, installations and / or in business premises, which comprise a large number of capacitive and inductive loads and which are used as a function of time-varying technological parameters.

Blindleistungsregler sind ebenso bekannt wie Energiemanagementsysteme unter Anwendung solcher Regler. Der Zweck derartiger Einrichtungen besteht darin, das Versorgungsnetz möglichst in Symmetrie zu halten, auch wenn beispielsweise aufgrund technologischer Parameter oder zeitlicher Abläufe die Blindkomponente im Netz den Sollwertebereich verlässt. Ein bekanntes Energie-Managementsystem ist als Ausführungsbeispiel in der DE 101 54 262 A1 beschrieben, die ein Verfahren zur Akquisition, Überwachung und/oder Analyse von Betriebsparametern elektrischer Betriebsmittel, insbesondere Schaltanlagen und deren Komponenten betrifft, wobei den Betriebsmitteln oder einer Gruppe von Betriebsmitteln Sensoren und mindestens ein Rechner zugeordnet sind und die Betriebsmittel-Rechner über eine Schnittstelle einen Intranet- oder Internetzugang besitzen. Das Energiemanagement dient vorrangig der Kosteneinsparung. Transformatoren und Gesamteinspeisung mehrerer Gebäudekomplexe sind mit Messstellen zur Spannungs- und Stromerfassung über je drei Eingangswandler ausgerüstet. Aus den ermittelten Werten werden die Wirk-, Blind- und Scheinleistungsverhältnisse im Drehstromnetz errechnet. Die Messperiodenmittelwerte werden gespeichert und mastergesteuert über ein Bussystem abgefragt. Es werden Datenbanken beschrieben, die ggf. grafisch ausgegeben werden und das Verhalten der Anlage über einen bestimmten Zeitraum widerspiegeln. Allerdings besteht keine Möglichkeit, in das Netz einzugreifen, um eventuelle Unsymmetrien zu beseitigen.Reactive power regulators are known as well as energy management systems using such regulators. The purpose of such devices is to keep the supply network as symmetrical as possible, even if, for example due to technological parameters or time sequences, the reactive component in the network leaves the setpoint range. A known energy management system is as an embodiment in the DE 101 54 262 A1 described, which relates to a method for acquisition, monitoring and / or analysis of operating parameters of electrical equipment, in particular switchgear and their components, wherein the resources or a group of resources sensors and at least one computer are assigned and the resource computer via an interface an intranet - or have internet access. The energy management serves primarily the cost saving. Transformers and the total feed-in of several building complexes are equipped with measuring points for voltage and current detection via three input transformers each. From the values determined, the active, reactive and apparent power ratios in the three-phase system are calculated. The measuring period mean values are stored and queried master-controlled via a bus system. It describes databases that may be displayed graphically and reflect the behavior of the asset over a period of time. However, there is no way to intervene in the network to eliminate any imbalances.

Daraus ergibt sich als Aufgabe der Erfindung, auf einfache und effiziente Weise die Blindleistungsanteile eines induktiven oder kapazitiven Verbrauchers und/oder in einem durch technologische Abläufe beeinflussten Netzwerk in einem vorgegebenen Wertebereich zu halten.It is therefore an object of the invention to keep in a simple and efficient manner, the reactive power components of an inductive or capacitive load and / or in a network influenced by technological processes in a predetermined range of values.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Demnach wird eine Energie-Kontroll- und Steuereinrichtung in Form eines programmgesteuerten Energie-Kontroll- und Steuergerätes vorgeschlagen, das über wenigstens einen geeigneten Eingangswandler an wenigstens eine Einspeisung und/oder einen Verbraucher in einem elektrischen Netzwerk angeschlossen ist. Es verfügt über Mittel, die dort anliegenden Spannungen und fließenden Ströme zu erfassen, daraus Wirk-, Blind- und Scheinleistungswerte zu ermitteln und die ermittelten Werte in einer Speichereinrichtung abzulegen. Die Spannungs- und Strommesswerte werden über wenigstens eine Anpassschaltung einem Analog-/Digitalwandler zugeführt, der mit einer Recheneinrichtung verbunden ist. An die Recheneinrichtung sind eingangsseitig weiterhin ein Festwertspeicher und ausgangsseitig ein Wechseldatenspeicher angeschlossen. Sie ist über eine Ausgabeschnittstelle an ein Datenübertragungsnetzwerk anschließbar und verfügt über wenigstens einen weiteren Schaltausgang, so dass aus den ermittelten Spannungs- und Stromwerten in Echtzeit wenigstens die Werte der Wirk-, Blind- und Scheinleistung errechnet, mit den ermittelten Spannungs- und Stromwerten und ihrer Phasenverschiebung zu einer Kennlinienfeld-Datenbank in Beziehung gesetzt und in eine Log-Datenbank geschrieben werden und wenigstens ein die Größe der Blindleistung kennzeichnendes Ausgangssignal erzeugt wird, das am Schaltausgang anliegt und/oder über das Datenübertragungsnetzwerk ausgegeben wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche. Die erfindungsgemäße Energie-Kontroll- und Steuereinrichtung wird vorteilhaft als Blindleistungsregler angewendet, indem über das Datenübertragungsnetzwerk eine Blindleistungsstelleinrichtung angeschlossen ist und das die Blindleistung kennzeichnende Ausgangssignal als Führungsgröße dient. Die qualitative Signalisierung des Netzzustandes, insbesondere des Blindleistungsverhältnisses an einem Verbraucher und/oder einer Einspeisung erfolgt vorteilhaft dadurch, dass ein Schaltausgang mit einer Signalausgabeeinrichtung verbunden ist. Die Signalausgabeeinrichtung kann beispielsweise als Lampen bzw. LED-Anzeigefeld mit einer geeigneten Anzahl Leuchtmitteln in geeigneten Farben ausgebildet sein. Eine bevorzugte Ausbildung besteht in Form einer dreifarbigen, ampelartigen Anzeige. Die erfindungsgemäße Energie-Kontroll- und Steuereinrichtung kann vorteilhaft über das Datenübertragungsnetzwerk an ein Ein-/Ausgabeterminal angeschlossen sein, so dass Bedieneingriffe und/oder die Ausgabe detaillierter, insbesondere quantitativer Informationen möglich sind. Weitergebildet wird die Erfindung, indem eine Mehrzahl von Energie-Kontroll- und Steuereinrichtungen an ein Datenübertragungsnetzwerk mit einem Netzwerk-Server angeschlossen sind, der Netzwerk-Server aus den die Blindleistung kennzeichnenden Ausgangssignalen der Energie-Kontroll- und Steuereinrichtungen unter Einbeziehung technologischer Parameter freie energetische Kapazitäten ermittelt und die angeschlossenen Energie-Kontroll- und Steuereinrichtungen mit Führungsdaten zum Ausgleich von Asymmetrien im elektrischen Netzwerk beaufschlagt, so dass ein Energie-Management-System für eine Betriebsstätte gebildet wird. Anstelle einer Betriebsstätte ist ein derartiges Energie-Management-System gleichermaßen beispielsweise für einen Gebäudekomplex, einen Fertigungsbereich oder ein ganzes Werk anwendbar. Selbstverständlich kann ein erfindungsgemäßes Energie-Management-System auch hierarchisch strukturiert sein, indem ein Netzwerk-Server jeweils als Client zu einem übergeordneten Datenübertragungsnetzwerk gehört. Beispielsweise erfolgt dies durch Einbindung in eine Intranet- und/oder Internetstruktur für eine Vielzahl dezentral angeordnete elektrische Verbraucher.The object is achieved by the features of claim 1. Accordingly, an energy control and control device in the form of a program-controlled energy control and control device is proposed, which is connected via at least one suitable input transformer to at least one feed and / or a consumer in an electrical network. It has means for detecting the voltages and flowing currents present there, for detecting active, reactive and apparent power values, and for storing the determined values in a memory device. The voltage and current measured values are fed via at least one matching circuit to an analog / digital converter, which is connected to a computing device. On the input side, a read-only memory and, on the output side, a removable data memory are connected to the computing device. It can be connected to a data transmission network via an output interface and has at least one further switching output, so that at least the values of active, reactive and apparent power are calculated in real time from the voltage and current values determined with the voltage and current values determined and their values Phase relationship shifted to a characteristic field database and written into a log database and at least one of the size of the reactive power characteristic output signal is generated, which is applied to the switching output and / or output via the data transmission network. Advantageous embodiments or developments of the invention will become apparent from the features of the subclaims. The energy control and control device according to the invention is advantageously used as a reactive power regulator by a reactive power control device is connected via the data transmission network and the output signal characterizing the reactive power is used as a reference variable. The qualitative signaling of the network state, in particular the reactive power ratio at a load and / or a feed is advantageously carried out in that a switching output is connected to a signal output device. The signal output device can be designed, for example, as lamps or LED display panel with a suitable number of light sources in suitable colors. A preferred embodiment is in the form of a three-color, traffic light-like display. The energy control and control device according to the invention can be advantageously connected via the data transmission network to an input / output terminal, so that operator intervention and / or the output of detailed, in particular quantitative information is possible. The invention is further developed by a plurality of energy control and control devices are connected to a data transmission network with a network server, the network server from the reactive power characteristic output signals of the energy control and control devices, including technological parameters free energy capacity determined and the connected energy control and control devices with management data to compensate for asymmetries in the electrical network is applied, so that an energy management system for a permanent establishment is formed. Instead of a permanent establishment, such an energy management system is equally applicable to, for example, a building complex, a manufacturing area or an entire factory. Of course, an inventive energy management system can also be hierarchically structured by a network server belongs as a client to a parent data transmission network. For example, this is done by integration into an intranet and / or Internet structure for a plurality of decentralized electrical consumers.

Die Erfindung wird im Folgenden in Form eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung beschrieben. Die Zeichnung zeigt inThe invention will be described below in the form of a preferred embodiment with reference to the drawing. The drawing shows in

1 das Blockschaltbild eines Energie-Kontroll- und Steuergerätes und 1 the block diagram of an energy control and control unit and

2 das Blockschaltbild eines Energie-Management-Systems. 2 the block diagram of an energy management system.

1 zeigt eine Energie-Kontroll- und Steuereinrichtung 1 für einen Schaltschrank 2, über den eine Einspeisung 21, ein erster Verbraucher 221 und ein zweiter Verbraucher 222 eines Drehstromnetzes verschaltet sind. Die Verbraucher 221 und 222 sind beispielsweise Achsantriebe einer Werkzeugmaschine. Die Spannungsparameter der Einspeisung 21 sowie der Verbraucher 221 und 222 werden jeweils phasenweise abgegriffen und einer Anpass-Schaltung 11 zugeführt. Gleichermaßen werden die Stromparameter der Einspeisung 21 mittels eines Stromwandlers 21-S, des ersten Verbrauchers 221 mittels eines Stromwandlers 221-S und des zweiten Verbrauchers 222 mittels eines Stromwandlers 222-S jeweils phasenweise erfasst und der Anpass-Schaltung 11 zugeführt. Die Anpass-Schaltung 11 ist Bestandteil eines erfindungsgemäßen Energie-Kontroll- und Steuergerätes 1 und umfasst eine Pegelaufbereitungsschaltung. Die Pegelaufbereitungsschaltung der Anpass-Schaltung 11 ist mit einem Analog-/Digitalwandler 12 verbunden. Die Digitalseite des ND-Wandlers 12 liefert einer Verarbeitungseinheit 14, die wenigstens über einen programmgesteuerten Rechner 141 und einen Festwertspeicher 142 sowie einen anschließbaren Wechseldatenspeicher 143 verfügt, die Werte der Spannungs- und Stromparameter Betrag, Frequenz und Phasenlage, woraus unter Einbeziehung der Systemzeit in Echtzeit die Werte der Schein-, Wirk- und Blindleistung errechnet und in eine Datenbank geschrieben werden. Mittels des Wechseldatenspeichers 143 kann die Datenbank aus dem Energie-Kontroll- und Steuergerät 1 entnommen und an anderer Stelle offline ausgewertet werden. Vorteilhaft verfügt das Energie-Kontroll- und Steuergerät 1 über eine Mehrzahl Binäreingänge 13, über die Schaltzustände verschiedener Schaltgeräte wie beispielsweise ungeregelter Blindleistungserzeuger 7 erfasst werden. Neben der Speicherung der Netz-Parameter und der Leistungskenndaten werden diese mit Sollwerten in Beziehung gesetzt, die in Form einer Kennlinienfeld-Datenbank zur Verfügung stehen. Die Kennlinienfeld-Datenbank wird über den Festwertspeicher 142 bereitgestellt. Der Soll-/Istwertvergleich liefert neben den jeweiligen Werteabweichungen, die ebenfalls in die erzeugte Datenbank eingetragen werden, die Führungsgröße für eine Blindleistungsstelleinrichtung 5, die über einen Netzwerkanschluss 15 und ein Datenübertragungsnetz 6 an das Energie-Kontroll- und Steuergerät 1 angeschlossen ist. Die Blindleistungsstelleinrichtung 5 ist mit einer nicht dargestellten Steuereinrichtung der Verbraucher 22 verbunden. Das Energie-Kontroll- und Steuergerät 1 verfügt vorteilhaft über eine Mehrzahl von Schaltausgängen 16, die zum einen an ungeregelte Blindleistungserzeuger 7 geführt sind und zum anderen mit einer Lampenanzeige 4 verbunden sind, die durch einfache Ampelsignale eine Bedienperson aktuell über energetische Parameter, insbesondere über das Blindleistungsverhältnis, informiert. Um einer Bedienperson sowohl Eingriffe zu ermöglichen als auch detaillierte Informationen anzuzeigen, ist an das Datenübertragungsnetzwerk 6 eine Ein-/Ausgabestation 3 in Form eines Terminals mit Tastatur und Display angeschlossen. 1 shows an energy control and control device 1 for a control cabinet 2 over which an infeed 21 , a first consumer 221 and a second consumer 222 a three-phase network are interconnected. The consumers 221 and 222 are, for example, axle drives of a machine tool. The voltage parameters of the feed 21 as well as the consumer 221 and 222 are each tapped in phases and a matching circuit 11 fed. Likewise, the stream parameters become the feed 21 by means of a current transformer 21-S , the first consumer 221 by means of a current transformer 221-S and the second consumer 222 by means of a current transformer 222-S each detected in phases and the matching circuit 11 fed. The matching circuit 11 is part of an energy control and control device according to the invention 1 and includes a level conditioning circuit. The level conditioning circuit of the matching circuit 11 is with an analog / digital converter 12 connected. The digital page of the ND converter 12 provides a processing unit 14 , at least via a program-controlled computer 141 and a read-only memory 142 and a removable removable storage device 143 has the values of the voltage and current parameters magnitude, frequency and phase angle, from which the values of the apparent, active and reactive power are calculated in real time and written to a database using the system time in real time. By means of the removable data memory 143 can the database from the energy control and control unit 1 taken offline and evaluated offline elsewhere. Advantageously, the energy control and control unit 1 via a plurality of binary inputs 13 , about the switching states of various switching devices such as uncontrolled reactive power generator 7 be recorded. In addition to storing the network parameters and the performance characteristics, these are related to setpoints that are available in the form of a characteristic field database. The characteristic field database is read via the read-only memory 142 provided. The setpoint / actual value comparison supplies, in addition to the respective value deviations, which are also entered in the generated database, the reference variable for a reactive power setting device 5 that have a network connection 15 and a communications network 6 to the energy control and control unit 1 connected. The reactive power setting device 5 is with a control device, not shown, the consumer 22 connected. The energy control and control unit 1 Advantageously has a plurality of switching outputs 16 , on the one hand to unregulated reactive power generators 7 and on the other hand with a lamp indicator 4 are connected by simple traffic signals an operator currently informed about energy parameters, in particular about the reactive power ratio. To allow an operator to intervene as well as to display detailed information is to the communications network 6 an input / output station 3 connected in the form of a terminal with keyboard and display.

2 zeigt eine Mehrzahl von an ein Datenübertragungsnetz C angeschlossenen Energie-Kontroll- und Steuereinrichtungen A, die sowohl jeweils ein Energie-Kontroll- und Steuergerät 1, einen Schaltschrank 2, eine Blindleistungsstelleinrichtung 5, eine Lampenanzeige 4 und eine Ein-/Ausgabestation 3 gemäß 1 umfassen können, einen Netzwerkserver B als Master des aus den Energie-Kontroll- und Steuereinrichtungen A und dem Datenübertragungsnetz C bestehenden Datenübertragungsnetzwerks sowie einer Schnittstelle D zur Anbindung des Servers B an ein nicht dargestelltes Intranet. Zur Veranschaulichung ist jeder Energie-Kontroll- und Steuereinrichtung A ein Verbraucher V bzw. eine Einspeisung E zugeordnet. Das derart ausgebildete Energie-Management-System betrifft zu einem technologischen Komplex, etwa einer Werkhalle, gehörende Werkzeugmaschinen als Verbraucher V und eine Elektroenergie-Einspeisung E für die gesamte Werkhalle. Das übergeordnete Intranet kann ein betriebsinternes Netzwerk sein. Ebenso ist es möglich, anstatt eines speziellen Netzwerks das Internet unmittelbar zu nutzen. Der Server B und die Energie-Kontroll- und Steuereinrichtungen A verfügen über entsprechende Browser. Damit kann das Energiemanagement der Werkhalle von einer zentralen Stelle aus erfolgen. Es ist selbstverständlich, dass jeder technologische Komplex in analoger Weise ausgestattet und zentral gemanagt werden kann. Das System gestattet einen den jeweiligen Erfordernissen angepassten, stufenweisen Ausbau des Energiemanagements. Schwerpunkt ist das Management der Blindleistung. Es erfolgt autark für eine Maschine, wobei gespeicherte Daten durch Entnahme der Wechseldatenspeicher 143 offline auswertbar sind, eine Echtzeitregelung erfolgt und/oder Daten online zur Verfügung stehen. Sowohl über den Server als auch an jeder Energie-Kontroll- und Steuereinrichtung A kann neben der automatischen Blindleistungsregelung eine Bedienperson manuell eingreifen, um freie energetische Kapazitäten an den Verbrauchern V und/oder der Halleneinspeisung E nutzbar zu machen. 2 shows a plurality of connected to a data transmission network C energy control and control devices A, both each a power control and control unit 1 , a control cabinet 2 , a reactive power setting device 5 , a lamp indicator 4 and an input / output station 3 according to 1 may comprise a network server B as the master of the energy control and control devices A and the data transmission network C existing data transmission network and an interface D for connecting the server B to an unillustrated intranet. By way of illustration, each energy control and control device A is assigned a consumer V or an infeed E. The thus formed energy management system relates to a technological complex, such as a factory, belonging machine tools as consumers V and an electric energy feed E for the entire factory. The parent intranet can be an in-house network. It is also possible to use the Internet directly instead of a special network. The server B and the energy control and control devices A have corresponding browsers. Thus, the energy management of the factory can be done from a central location. It goes without saying that every technological complex can be equipped in an analogous way and centrally managed. The system allows a gradual expansion of the energy management adapted to the respective requirements. Focus is the management the reactive power. It is self-sufficient for a machine, with stored data by removing the removable data storage 143 can be evaluated offline, a real-time control takes place and / or data is available online. In addition to the automatic reactive power control, an operator can intervene manually via the server as well as at each energy control and control device A in order to make free energy capacities available to the consumers V and / or the hall feed E.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10154262 A1 [0002]

Claims

Energy control and control device in the form of a program-controlled energy control and control device ( 1 ), which via at least one suitable input transducer to at least one feed ( 21 ) and / or a consumer ( 22 ) is connected in an electrical network, which has means to detect the voltages and currents flowing there, to determine therefrom effective, reactive and apparent power values and store the values determined in a memory device, characterized in that the voltage and Current readings via at least one matching circuit ( 11 ) an analog / digital converter ( 12 ) supplied with a computing device ( 141 ), to the input side still a read-only memory ( 142 ) and on the output side a removable data memory ( 143 ) connected via an output interface ( 15 ) to a data transmission network ( 6 ) and via at least one further switching output ( 16 ), so that from the determined voltage and current values in real time at least the values of the active, reactive and apparent power are calculated, related to the determined voltage and current values and their phase shift to a characteristic field database and into a log Written database, and at least one of the size of the reactive power characterizing output signal is generated at a switching output ( 16 ) and / or via the data transmission network ( 6 ) is output.

Energy control and control device according to claim 1, characterized in that via the data transmission network ( 6 ) a reactive power setting device ( 5 ) is connected and the reactive power characteristic of the output signal serves as a reference variable.

Energy control and control device according to claim 1 or 2, characterized in that a switching output ( 16 ) with a signal output device ( 4 ) connected is.

Energy control and control device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that via the data transmission network ( 6 ) an input / output terminal ( 3 ) connected.

Energy management system for a permanent establishment, characterized in that a plurality of energy control and control devices (A) are connected to a data transmission network (C) with a network server (B), the network server (B) identifying the reactive power output signals of the energy control and control devices (A) taking into account technological parameters free energy capacity and the connected energy control and control devices (A) acted upon with guide data to compensate for asymmetries in the electrical network.