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Die Erfindung bezieht sich auf eine Ortsnetzstation mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Unter dem Begriff ”Mittelspannung” werden nachfolgend Spannungen in einem Bereich zwischen 1 KV und 50 KV und unter dem Begriff ”Niederspannung” Spannungen in einem Bereich zwischen 200 V und 1 KV verstanden.
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Ortnetzstationen der sekundären Verteilebene bestehen im Wesentlichen aus einer Mittelspannungsschaltanlage, einem Transformator und einer Niederspannungsverteileinrichtung. Die Ortsnetzstationen werden im sekundären Verteilnetz in der Regel in einem offenen Ring betrieben. Zur Erfassung von Fehlern im sekundären Verteilnetz werden üblicherweise Kurzschlussanzeiger eingesetzt. Im Fehlerfall wird der Fehler durch Abfahren der betroffenen Ortsnetzstationen von Wartungspersonal manuell gesucht. Ist der Fehler lokalisiert, müssen die jeweils erforderlichen Schalthandlungen manuell ausgeführt werden, um das fehlerbehaftete Teilstück aus dem Energieverteilungsnetz zu trennen. Diese Vorgehensweise ist sehr zeitaufwendig.
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Bis vor einigen Jahren war die Energieflussrichtung in Ortsnetzstationen stets eindeutig, nämlich vom Erzeuger zum Verbraucher. Durch die zunehmende Anzahl an Energieeinspeisern alternativer Energien wird die Energieflussrichtung im Netz und somit auch die Energieflussrichtung in Ortsnetzstationen zukünftig nicht immer so eindeutig wie früher sein. Auf einen aufgetretenen Fehler kann somit unter Umständen von zwei Seiten gespeist werden. Dies erschwert es, eine Fehlerstelle über ausgelöste Kurzschlussanzeiger zu orten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ortsnetzstation anzugeben, die eine einfachere Fehlerbehandlung ermöglicht und weniger Wartungspersonal erfordert als bisherige Ortsnetzstationen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ortsnetzstation mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Ortsnetzstation sind in Unteransprüchen angegeben.
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Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Ortsnetzstation einen internen Datenbus umfasst, an den eine zentrale Kommunikationseinrichtung der Ortsnetzstation sowie mindestens ein Sensor und mindestens ein Aktor jeweils mit einer Datenbusschnittstelle angeschlossen sind, die zentrale Kommunikationseinrichtung geeignet ist, ein Betriebszustandssignal des mindestens einen Sensors über den internen Datenbus zu empfangen und über ein externes Kommunikationssystem an eine externe Leiteinrichtung weiterzuleiten, und die zentrale Kommunikationseinrichtung außerdem geeignet ist, Steuerbefehle der externen Leiteinrichtung über das externe Kommunikationssystem zu empfangen und über den internen Datenbus an den mindestens einen Aktor weiterzuleiten.
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Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Ortsnetzstation besteht in der sehr einfachen Anschließbarkeit der Sensoren und Aktoren an die zentrale Kommunikationseinrichtung. Der interne Datenbus ermöglicht es nämlich, auf eine individuelle direkte Verbindung der Sensoren und Aktoren mit der zentralen Kommunikationseinrichtung zu verzichten und bei der zentralen Kommunikationseinrichtung mit einer einzigen internen Datenbusschnittstelle auszukommen. Der Anschluss der Sensoren und Aktoren muss lediglich an den internen Datenbus erfolgen, eine unmittelbare Verbindung mit der zentralen Kommunikationseinrichtung ist nicht erforderlich.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Ortsnetzstation besteht darin, dass diese nicht für jeden einzelnen Aktor oder Sensor einen individuellen, beispielsweise binären, Anschluss aufweisen muss, sondern lediglich eine einzige Datenbusschnittstelle.
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Das Vorsehen des internen Datenbusses sowie der zentralen Kommunikationseinrichtung innerhalb der Ortsnetzstation ermöglicht darüber hinaus eine besonders effiziente Kommunikation mit der externen Leiteinrichtung, da nämlich durch das Zwischenschalten der zentralen Kommunikationseinrichtung nicht alle Sensoren und Aktoren selbst mit dem externen Kommunikationssystem verbunden und ggf. synchronisiert werden müssen, sondern lediglich die zentrale Kommunikationseinrichtung. Darüber hinaus ist mit der zentralen Kommunikationseinrichtung eine Bündlung der Datensignale innerhalb einer jeden Ortsnetzstation möglich, so dass das externe Kommunikationssystem entlastet werden kann.
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Der Datenbus, bei dem es sich beispielsweise um einen Stationsbus handeln kann, arbeitet vorzugsweise nach einem Modbus-Protokoll, besonders bevorzugt nach einem RTU-Modbus-Protokoll.
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Der zumindest eine Sensor ist vorzugsweise geeignet, einen Betriebszustand zumindest einer Komponente der Ortsnetzstation zu erfassen, ein Betriebszustandssignal zu erzeugen, das den Betriebszustand der zumindest einen Komponente der Ortsnetzstation beschreibt, und das Betriebszustandssignal an seiner Datenbusschnittstelle zur Weiterleitung an das externe Kommunikationssystem und die externe Leiteinrichtung auszugeben. Der mindestens eine Aktor ist vorzugsweise geeignet, Steuerbefehle über das externe Kommunikationssystem und den internen Datenbus von der externen Leiteinrichtung an seiner Datenbusschnittstelle zu empfangen und auf einen empfangenen Steuerbefehl hin die Schaltstellung eines Schalters der Ortsnetzstation selbst zu verändern oder über eine Hilfseinrichtung verändern zu lassen.
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Die Mittelspannungsschaltanlage weist vorzugsweise zumindest drei Schaltfelder auf, nämlich ein erstes Ringkabelschaltfeld zum eingangsseitigen Anschluss des Ringkabels des Mittelspannungsnetzes, ein zweites Ringkabelschaltfeld zum ausgangsseitigen Anschluss des Ringkabels und ein Trafoschaltfeld zum Anschluss an den Transformator.
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Die Ortsnetzstation, wie sie oben in verschiedenen Ausgestaltungen beschrieben ist, ermöglicht es, auf deren Arbeitsweise aus der Ferne bzw. zentral Einfluss zu nehmen. Werden beispielsweise alle wichtigen Komponenten der Ortsnetzstation mit Sensoren und Aktoren ausgerüstet, so ist es ohne weiteres möglich, den Lastfluss im Netz durch eine entsprechende Ansteuerung der Aktoren zu beeinflussen. Eine solche Lastflusssteuerung wird mit steigender Zahl von Einspeisern alternativer Energien immer mehr an Bedeutung gewinnen.
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Werden die Ortsnetzstationen beispielsweise in einem offenen elektrischen Ring betrieben, so kann auch die offene Trennstelle des offenen Rings durch Fernsteuerung von der Leiteinrichtung verlagert werden, beispielsweise indem die Funktion der offenen Trennstelle einer ausgewählten Ortsnetzstation zugewiesen wird. Durch ein Verlagern der Trennstelle ist es beispielsweise möglich, einen fehlerbehafteten Teil eines Netzes sehr schnell zu lokalisieren und freizuschalten. Auf diese Weise lassen sich innerhalb kürzester Zeit wieder alle Verbraucher an das elektrische Netz anschließen.
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Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf eine Anordnung mit zumindest zwei Ortsnetzstationen der sekundären Verteilebene, die über ein Ringkabel miteinander verbunden in einem offenen Ring betrieben werden, einem externen Kommunikationssystem und einer externen Leiteinrichtung, wobei die externe Leiteinrichtung über das externe Kommunikationssystem mit den zumindest zwei Ortsnetzstationen in Datenverbindung steht.
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Bezüglich der Vorteile der Anordnung sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ortsnetzstation verwiesen, da die Vorteile der Anordnung denen der Ortsnetzstation im Wesentlichen entsprechen. Nur ergänzend sei erwähnt, dass durch das Vorsehen der externen Leiteinrichtung eine zentrale Kontrolle, Überwachung und Steuerung der Ortsnetzstationen ermöglicht wird, ohne dass Wartungspersonal vor Ort eingesetzt werden muss.
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Vorzugsweise ist die externe Leiteinrichtung geeignet, Betriebszustandssignale der Sensoren der zumindest zwei Ortsnetzstationen auszuwerten und in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebszuständen Steuerbefehle für die Aktoren der zumindest zwei Ortsnetzstationen zu erzeugen.
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Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf ein Verfahren zum Betreiben einer Anordnung mit zumindest zwei Ortsnetzstationen der sekundären Verteilebene sowie einer externen Leiteinrichtung. Bei einem solchen Verfahren ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass mit den Sensoren der zwei Ortsnetzstationen Betriebszustände der jeweiligen Ortsnetzstation erfasst werden, Betriebszustandssignale, die die Betriebszustände beschreiben, über den internen Datenbus und über das externe Kommunikationssystem an die externe Leiteinrichtung übermittelt werden, die Betriebszustandssignale ausgewertet werden und in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebszuständen Steuerbefehle für die Aktoren der zumindest zwei Ortsnetzstationen erzeugt werden.
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Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ortsnetzstation verwiesen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft
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1 ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung mit einer Vielzahl an Ortsnetzstationen, die über ein Ringkabel miteinander verbunden in einem offenen Ring betrieben werden,
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2 die Anordnung gemäß 1, nachdem die Ortsnetzstationen an ein externes Kommunikationssystem und über dieses an eine externe Leiteinrichtung angeschlossen worden sind, und
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3 ein Ausführungsbeispiel für die Ortsnetzstationen gemäß 2 in einer Detaildarstellung.
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In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet.
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In der 1 erkennt man ein Hochspannungsnetz 10, das über einen Leistungstrafo 20 mit einem Mittelspannungsnetz 30 in Verbindung steht. An das Mittelspannungsnetz 30 ist ein Ringkabel 40 angeschlossen, das Ortsnetzstationen 50 bis 58 miteinander unter Bildung eines offenen Rings 45 verbindet. Die Trennstelle T des offenen Rings 45 wird bei der Darstellung gemäß 1 durch die Ortsnetzstation 54 gebildet.
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Bei der Anordnung gemäß 1 ist an einen niederspannungsseitigen Anschluss 52a der Ortsnetzstation 52 über einen Transformator 60 eine Windkraftanlage 70 angeschlossen, die drei Windräder 71, 72 und 73 umfasst. Die Windkraftanlage 70 erzeugt elektrische Energie, die über den Niederspannungsanschluss 52a der Ortsnetzstation 52 in das Ringkabel 40 und somit in das Mittelspannungsnetz 30 eingespeist wird.
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In der 1 sind die Ortsnetzstationen 50 und 51 stellvertretend für die übrigen Ortsnetzstationen noch näher im Detail dargestellt. Man erkennt, dass die beiden Ortsnetzstationen 50 und 51 jeweils eine Mittelspannungsschaltanlage 90 zum Anschluss an das Ringkabel 40 des Mittelspannungsnetzes 30 aufweisen. An die Mittelspannungsschaltanlage 90 ist über einen Schalter 91 ein Transformator 92 angeschlossen, der die in einem Bereich zwischen 1 kV und 50 kV liegende Mittelspannung des Mittelspannungsnetzes 30 in eine für Endkunden bzw.
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Endverbraucher geeignete Niederspannung von beispielsweise 220 V pro Phase umwandelt.
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An den Transformator 92 ist eine Niederspannungsverteileinrichtung 93 angeschlossen, die eine Vielzahl an Anschlüssen zur Ausgabe der Niederspannung des Transformators 92 aufweist.
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Die 2 zeigt die Anordnung gemäß 1, nachdem die Ortsnetzstationen 50 bis 58 über ein externes Kommunikationssystem 100 an eine externe Leiteinrichtung 110 angeschlossen worden sind. Die externe Leiteinrichtung 110 ist derart ausgestaltet, dass sie die Betriebszustandssignale BS von Sensoren der Ortsnetzstationen 50 bis 58 auswertet und in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebszuständen der Ortsnetzstationen Steuerbefehle ST für Aktoren erzeugt, die innerhalb der Ortsnetzstationen angeordnet sind. In dieser Weise ist die externe Leiteinrichtung 110 in der Lage, die Ortnetzstationen 50 bis 58 zu kontrollieren, zu überwachen und zu steuern und in einem Fehlerfall die Fehlerauswirkungen so gering wie möglich zu halten.
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Beispielsweise kann die durch die Ortsnetzstation 54 gebildete Trennstelle im Falle eines Fehlers F verlagert werden, um die Fehlerstelle F im Ringkabel 40 zu orten und nachfolgend ein Speisen der Fehlerstelle F von zwei Seiten zu verhindern. Vorzugsweise wird die Trennstelle T im Falle eines Fehlers möglichst nah zu der Fehlerstelle F verlagert, indem anstelle der Ortsnetzstation 54 eine der zu der Fehlerstelle F unmittelbar benachbarten Ortsnetzstationen 51 oder 52 als Trennstelle T verwendet wird.
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Im Unterschied zu vorbekannten Ortsnetzstationen ist es in einem Fehlerfall somit nicht nötig, Wartungspersonal zu den jeweiligen Ortsnetzstationen zu schicken, um Schalthandlungen vor Ort vorzunehmen und das durch das Ringkabel 40 und die Ortsnetzstationen 50 bis 58 gebildete Ringnetz umzukonfigurieren.
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Um eine entsprechende Beeinflussung der Ortsnetzstationen 50 bis 58 zu ermöglichen, sind diese mit einer Vielzahl an Sensoren und Aktoren ausgestattet. Die 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Ortsnetzstation, die mit Aktoren und Sensoren ausgestattet ist, beispielhaft näher im Detail.
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Man erkennt in der 3 die Mittelspannungsschaltanlage 90, die mit drei Schaltfeldern ausgestattet ist, nämlich einem ersten Ringkabelschaltfeld 90a zum eingangsseitigen Anschluss des Ringkabels 40 des Mittelspannungsnetzes 30 (vgl. 1 und 2), ein zweites Ringkabelschaltfeld 90b zum ausgangsseitigen Anschluss des Ringkabels 40 und ein Trafoschaltfeld 90c zum Anschluss an den Schalter 91 und damit den Transformator 92.
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Darüber hinaus erkennt man, dass die Mittelspannungsschaltanlage 90 mit zwei Aktoren 200 und 201 ausgestattet ist, die auf Schalter 90d und 90e der Mittelspannungsschaltanlage 90 einwirken. Die Aktoren 200 und 201 ermöglichen es, den jeweils zugeordneten Schalter 90d bzw. 90e einzuschalten oder auszuschalten.
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Die Mittelspannungsschaltanlage 90 umfasst darüber hinaus zwei Sensoren 220 und 221, die den Strom im ersten Ringkabelschaltfeld 90a und im zweiten Ringkabelschaltfeld 90b messen, entsprechende Betriebszustandssignale BS erzeugen und in einen internen Datenbus 230 der Ortsnetzstation einzuspeisen. Die Sensoren sind hierzu jeweils mit einer Datenbusschnittstelle K ausgestattet, mittels derer sie unmittelbar an den internen Datenbus 230 und somit mittelbar über das externes Kommunikationssystem 100 mit der externen Leiteinrichtung 110 (vgl. 2) verbindbar sind.
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An den internen Datenbus 230 sind – über entsprechende Datenbusschnittstellen – neben den beiden genannten Sensoren 220 und 221 weitere Sensoren 222, 223, 224, 225 und 226 angeschlossen, die vor dem Transformator 92 bzw. in der Niederspannungsverteileinrichtung 93 angeordnet sind.
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Mit dem internen Datenbus 230 sind – über entsprechende Datenbusschnittstellen – darüber hinaus die beiden genannten Aktoren 200 und 201 sowie ein weiterer Aktor 202 verbunden. Der Aktor 202 ist dazu bestimmt, den Schalter 91 der Ortsnetzstation einzuschalten oder auszuschalten.
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Mit dem internen Datenbus 230 steht außerdem eine zentrale Kommunikationseinrichtung 240 der Ortsnetzstation in Verbindung. Die zentrale Kommunikationseinrichtung 240 hat die Aufgabe, die Aktoren 200 bis 202 sowie die Sensoren 220 bis 226 der Ortsnetzstation mittelbar mit dem externen Kommunikationssystem 100 gemäß 2 zu verbinden. Hierzu ist die zentrale Kommunikationseinrichtung 240 derart ausgestaltet, dass sie die Betriebszustandssignale BS der Sensoren 200 bis 226 über den internen Datenbus 230 von den Sensoren empfängt und in das externe Kommunikationssystem 100 zwecks Weiterleitung an die Leiteinrichtung 110 einspeist.
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Die zentrale Kommunikationseinrichtung 240 ist darüber hinaus dazu bestimmt, Steuerbefehle ST, die von der externen Leiteinrichtung 110 gemäß 2 erzeugt und über das externe Kommunikationssystem 100 zur Ortsnetzstation übertragen werden, zu empfangen und über den internen Datenbus 230 an einen zugeordneten Aktor 200 bis 202 weiterzuleiten.
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Bei dem internen Datenbus 230 handelt es sich vorzugsweise um Datenbuseinen Stationsbus bzw. um einen Bus, der nach einem Modbus-Protokoll wie beispielsweise dem RTU(Remote Terminal Unit)-, ASCII- oder TCP-Protokoll arbeitet.
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Das externe Kommunikationssystem 100, wie es in der 2 dargestellt ist, kann drahtgebunden arbeiten und beispielsweise durch das Telefonnetz gebildet sein. Alternativ kann das externe Kommunikationssystem 100 auch durch ein Funkübertragungssystem gebildet sein, bei dem Daten bzw. Signale über Funk übertragen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Hochspannungsnetz
- 20
- Leistungstrafo
- 30
- Mittelspannungsnetz
- 40
- Ringkabel
- 45
- offener Ring
- 50–58
- Ortsnetzstationen
- 52a
- Niederspannungsanschluss
- 60
- Transformator
- 70
- Windkraftanlage
- 71
- Windrad
- 72
- Windrad
- 73
- Windrad
- 90
- Mittelspannungsschaltanlage
- 90a
- Ringkabelschaltfeld
- 90b
- Ringkabelschaltfeld
- 90c
- Trafoschaltfeld
- 90d
- Schalter
- 90e
- Schalter
- 91
- Schalter
- 92
- Transformator
- 93
- Niederspannungsverteileinrichtung
- 100
- Kommunikationssystem
- 110
- Leiteinrichtung
- 200
- Aktor
- 201
- Aktor
- 202
- Aktor
- 220–226
- Sensoren
- 230
- Datenbus
- 240
- Kommunikationseinrichtung
- BS
- Betriebszustandssignale
- ST
- Steuerbefehle
- F
- Fehlerstelle
- K
- Datenbusschnittstelle
- T
- Trennstelle
