DE102011051199A1

DE102011051199A1 - Method for islanding detection in self generating system, involves triggering time measurement, if abandonment of tolerance range is determined, where recognition signal is delivered for island operation within predetermined time period

Info

Publication number: DE102011051199A1
Application number: DE102011051199A
Authority: DE
Inventors: Marten Zotner
Original assignee: CHANGETEC GmbH
Current assignee: CHANGETEC GmbH
Priority date: 2011-06-20
Filing date: 2011-06-20
Publication date: 2012-12-20
Also published as: AT511649A3; AT511649A2

Abstract

The method involves examining island creation interconnected with island operation, and detecting and establishing an electrical state variable of public power grid. A time measurement is triggered, if abandonment of tolerance range is determined. A recognition signal is delivered for island operation within a predetermined time period of less than five seconds after starting the time measurement, if the state variable during the time interval is provided continuously outside of the tolerance range. An independent claim is included for a device for the execution of an islanding detection method.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Inselnetzerkennung in Eigenerzeugeranlagen, bei dem ein mit einem Inselnetzbetrieb zusammenhängendes Inselkriterium überprüft wird, indem mindestens eine elektrische Zustandsgröße eines öffentlichen Stromnetzes erfasst und festgestellt wird, ob diese einen vorgegebenen Toleranzbereich verlässt, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for island detection in self-generating systems in which an island island operation associated island criterion is checked by at least one electrical state variable of a public power grid is detected and determined whether it leaves a predetermined tolerance range, as well as to an apparatus for performing the process.

Ein derartiges Verfahren bzw. eine derartige Vorrichtung zur Inselnetzerkennung ist in der DE 10 2009 047 980 1 angesprochen. Hierbei wird im Rahmen eines Freischaltsteuergeräts zum Ansteuern einer Trennschaltervorrichtung auch, wie an sich üblich, mittels einer Überwachungseinrichtung überprüft, ob auf dem öffentlichen Stromnetz Störungen vorliegen, die ein Trennen einer Eigenerzeugeranlage (dezentrale Energieeinspeiseanlage) vom öffentlichen Netz erforderlich machen. Als Kriterium wird mittels einer Überwachungselektronik der Überwachungseinrichtung als elektrische Zustandsgröße die Frequenz und Spannung in einem Anschlussbereich zum öffentlichen Stromnetz überwacht und festgestellt, ob Änderungen der elektrischen Zustandsgröße(n) vorgegebene Grenzwerte eines Toleranzbereichs verlassen. Falls dies der Fall ist, wird eine Trennschaltervorrichtung mit Schützen angesteuert und die Eigenerzeugeranlage vom öffentlichen Stromnetz getrennt. Bisherige Überwachungseinrichtungen beinhalten zum Erfassen der elektrischen Zustandsgröße(n) eine Überwachungselektronik mit aktiv zuschaltbaren elektrischen Komponenten, die einen nicht unerheblichen Schaltungs- und Steuerungsaufwand bedeuten und zudem selbst elektrische Energie verbrauchen.Such a method or such a device for island mesh detection is in the DE 10 2009 047 980 1 addressed. Here, in the context of an activation control device for driving a circuit breaker device also, as is conventional, checked by means of a monitoring device, if there are disturbances on the public power grid, which make a separation of a self-generating system (decentralized energy supply system) from the public network required. The criterion used to monitor the frequency and voltage in a connection region to the public power grid by means of monitoring electronics of the monitoring device as an electrical state variable and to determine whether changes in the electrical state variable (n) leave predetermined limits of a tolerance range. If this is the case, a circuit breaker device is activated with contactors and the self-generating system is disconnected from the public power grid. Previous monitoring devices include for detecting the electrical state variable (s) a monitoring electronics with actively switchable electrical components, which mean a significant circuit and control overhead and also consume even electrical energy.

In der Norm VDE 0126-1-1 ist vorgeschrieben, dass ein (dezentraler) Strom-Eigenerzeuger durch eine Freischaltstelle, wie z. B. ein bidirektionales Sicherheitsinterface (BiSi) vom öffentlichen Stromnetz getrennt werden muss, sobald ein Inselkriterium für einen Inselnetzbetrieb vorliegt. Des ist z. B. der Fall, wenn das öffentliche Stromnetz von dem Energieversorgungsunternehmen für Reparaturzwecke abgeschaltet wird. Die Abschaltung muss von dem Eigenerzeuger erkannt werden und seine Trennung vom öffentlichen Stromnetz bewirken. Damit werden die öffentlichen Netzleitungen spannungsfrei und für Baumaßnahmen zugänglich. Bei üblichen bekannten Verfahren werden zyklisch kurzzeitige Belastungstests auf allen drei Netzphasen durch Aufschalten von induktiven oder kapazitiven Lasten durchgeführt. Die Höhe der vorhandenen Netzimpedanz bestimmt dabei den resultierenden Spannungseinbruch, der als Inselkriterium herangezogen wird. Ein Inselnetzbetrieb liegt bei abgeschaltetem oder unterbrochenem Netz vor. Aufgrund der erhöhten Netzimpedanz bei abgeschaltetem Netz wirken sich Belastungsänderungen durch Testimpulse wesentlich stärker auf die Netzspannung aus als bei an die Eigenerzeugeranlage angeschlossenem öffentlichem Netz. Somit werden durch aktive Verfahren zur Inselnetzerkennung Netzspannungseinbrüche erzwungen, die erfasst werden, wodurch auf ein Inselnetz geschlossen werden kann.In the Standard VDE 0126-1-1 is required that a (decentralized) self-generating electricity generator by a release point, such. B. a bidirectional safety interface (BiSi) must be disconnected from the public grid, as soon as an island criterion for an off-grid operation is present. Des is z. As is the case when the public power grid is turned off by the power company for repair purposes. The shutdown must be recognized by the generator and cause its separation from the public grid. Thus, the public power lines are voltage-free and accessible for construction. In conventional known methods cyclic short-term stress tests are performed on all three network phases by switching on inductive or capacitive loads. The height of the existing network impedance determines the resulting voltage dip, which is used as the island criterion. Off-grid operation is present when the grid is switched off or interrupted. Due to the increased network impedance when the network is switched off, load changes due to test pulses have a much greater effect on the mains voltage than in the case of public networks connected to the self-generating system. Thus, mains voltage dips are forced by active methods for island grid detection, which are detected, which can be concluded that an island grid.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Inselnetzerkennung in Eigenerzeugeranlagen bereit zu stellen, das bzw. die mit möglichst wenig Aufwand eine sichere Inselnetzerkennung ergibt.The invention has for its object to provide a method and an apparatus for island detection in self-generating systems that or with the least possible effort results in a secure island network detection.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. 9 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass dann, wenn ein Verlassen des Toleranzbereiches festgestellt wird, eine Zeitmessung ausgelöst wird und ein Erkennungssignal für den Inselnetzbetrieb innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne von höchstens fünf Sekunden nach dem Start der Zeitmessung abgegeben wird, falls die Zustandsgröße während der Zeitspanne fortlaufend außerhalb des Toleranzbereichs liegt.This object is achieved with the features of claim 1 or 9. It is provided that when a departure from the tolerance range is detected, a time measurement is triggered and a detection signal for the off-grid operation within a predetermined period of no more than five seconds after the start of the time measurement is issued, if the state variable during the period continuously outside the Tolerance range is.

Bei der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Zeitmesseinrichtung zum sofortigen Auslösen eines Zeitmesssignals angesteuert ist, wenn mindestens ein Messwert den Toleranzbereich verlässt und dass die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, dass sie ein Erkennungssignal für den Inselnetzbetrieb innerhalb einer Zeitspanne von höchstens fünf Sekunden ab Auslösen des Zeitmesssignals abgibt, wenn die Zustandsgröße während der Zeitspanne fortlaufend außerhalb des Toleranzbereiches liegt. Das Erkennungssignal kann eine Trennung der Eigenerzeugeranlage vom öffentlichen Stromnetz z. B. mittels eines entsprechenden Steuersignals bewirken.In the apparatus, it is provided that the time measuring device is actuated for immediate triggering of a time measuring signal when at least one measured value leaves the tolerance range and that the evaluation device is designed to generate a detection signal for off-grid operation within a period of at most five seconds from the triggering of the time measuring signal outputs when the state variable during the period continuously outside the tolerance range. The detection signal can be a separation of the self-generating system from the public power grid z. B. cause by means of a corresponding control signal.

Durch das Auslösen der Zeitmessung und die festgelegte Zeitspanne, während der die Zustandsgröße außerhalb des Toleranzbereichs liegen muss, wird vermieden, dass z. B. zufällige kurzzeitige Überschreitungen des Toleranzbereiches fälschlich zur Inselnetzerkennung führen. Dabei ist die Zeitspanne ausreichend kurz gewählt, z. B. höchstens drei, vier oder fünf Sekunden, damit eine schnelle Inselnetzerkennung gewährleistet wird. Vorteilhaft kann das Verfahren mittels Softwareprogrammen durchgeführt werden, die flexible, optimierte Anpassungsmöglichkeiten an unterschiedliche Gegebenheiten ergeben. Mit dem Verfahren bzw. der Vorrichtung erübrigen sich aufwändige aktive Maßnahmen wie das Zuschalten von induktiven oder kapazitiven Lasten, so dass die Inselnetzerkennung passiv durchgeführt werden kann, womit auch der Eigenenergieverbrauch der Vorrichtung wesentlich herabgesetzt wird.By triggering the time measurement and the specified period during which the state variable must be outside the tolerance range, it is avoided that z. B. accidental short-term exceedances of the tolerance range falsely lead to island detection. The time span is sufficiently short, z. B. at most three, four or five seconds, so that a fast island detection is guaranteed. Advantageously, the method can be carried out by means of software programs which result in flexible, optimized adaptation possibilities to different circumstances. With the method or the device, expensive active measures such as the connection of inductive or capacitive loads are unnecessary, so that the island grid recognition can be performed passively, whereby the own energy consumption of the device is significantly reduced.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung, mit der eine Zeitmessung zum Feststellen eines Inselkriteriums wieder schnell ausgelöst werden kann, besteht darin, dass die Zeitmessung zurückgesetzt und auf einen Inselnetzbetrieb nicht erkannt wird, wenn die Zustandsgröße innerhalb der Zeitspanne in den Toleranzbereich zurückfällt. An advantageous embodiment, with which a time measurement for determining an island criterion can be triggered again quickly, is that the time measurement is reset and not recognized on a stand-alone operation, when the state variable falls within the time period in the tolerance range.

Zu einem geringen Aufwand tragen die Maßnahmen bei, dass die mindestens eine elektrische Zustandsgröße mittels einer vorhandenen Überwachungseinrichtung einer Freischaltvorrichtung ohne aktive Zuschaltung einer zusätzlichen Last erfolgt.At a low cost, the measures contribute to the fact that the at least one electrical state variable takes place by means of an existing monitoring device of an enabling device without active connection of an additional load.

Verschiedene Ausgestaltungsvarianten bestehen darin, dass die mindestens eine elektrische Zustandsgröße mindestens eine Spannung, mindestens eine Frequenz oder mindestens ein Phasenwinkel ist oder dass eine Kombination mindestens zweier dieser Zustandsgrößen erfasst und zur Auswertung herangezogen wird, um das Inselkriterium zu überprüfen. Eine Kombination aus mindestens zwei Zustandsgrößen ergibt eine erhöhte Zuverlässigkeit bei der Feststellung des Inselkriteriums, wobei gegenüber der Auswertung nur einer Zustandsgröße auch ein engerer Toleranzbereich gewählt werden kann.Various design variants consist in that the at least one electrical state variable is at least one voltage, at least one frequency or at least one phase angle or that a combination of at least two of these state variables is detected and used for the evaluation in order to check the island criterion. A combination of at least two state variables results in an increased reliability in the determination of the island criterion, wherein compared to the evaluation of only one state variable and a narrower tolerance range can be selected.

Für die Durchführung des Verfahrens sind die Maßnahmen von Vorteil, dass der Toleranzbereich durch einen oberhalb eines Vorgabewertes der betreffenden Zustandsgröße liegenden oberen Schwellenwert und einen unterhalb des Vorgabewertes der betreffenden Zustandsgröße liegenden unteren Schwellenwert begrenzt ist.For carrying out the method, the measures are advantageous in that the tolerance range is limited by an upper threshold value lying above a preset value of the respective state variable and a lower threshold value lying below the preset value of the relevant state variable.

Hierbei besteht eine vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens darin, dass der obere Schwellenwert und der untere Schwellenwert höchstens 10% von dem Vorgabewert entfernt gewählt sind oder werden. Untersuchungen der Erfinder haben gezeigt, dass Schwellenwerte bzw. Grenzwerte des Toleranzbereichs von ±6% des Vorgabewertes aussagekräftige Ergebnisse für den Inselbetrieb ergeben. Denkbar sind auch Schwellenwerte von höchstens ±4% oder ±5%, insbesondere wenn in die Auswertung eine Kombination von Zustandsgrößen oder eine differenziertere Verarbeitung, z. B. genauere Messwertanalyse gegebenenfalls mit statistischer Auswertung, einfließt.In this case, an advantageous embodiment of the method is that the upper threshold value and the lower threshold value are or are selected to be at most 10% away from the predefined value. Investigations by the inventors have shown that threshold values or limit values of the tolerance range of ± 6% of the standard value give meaningful results for island operation. Threshold values of at most ± 4% or ± 5% are also conceivable, in particular if a combination of state variables or a more differentiated processing, eg. B. more accurate measured value analysis possibly with statistical evaluation, flows.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens und entsprechend auch der Vorrichtung zum zuverlässigen Erkennen eines Inselnetzbetriebs besteht darin, dass als Vorgabewert ein fest vorgegebener Normalwert der Zustandsgröße zugrunde gelegt wird oder ein über ein bestimmtes Zeitintervall zeitlich gemittelter Messwert der Zustandsgröße zugrunde gelegt wird, wobei das Zeitintervall um ein Vielfaches länger ist als die Zeitspanne für die Auslösung der Inselnetzerkennung.An advantageous embodiment of the method and correspondingly also of the device for reliable detection of off-grid operation is based on a predetermined value of the state variable being used as the default value or on a time-averaged measured value of the state variable over a specific time interval, the time interval being one Many times longer than the time span for the tripping of the islanding network detection.

Die Ausgestaltung des Verfahrens in der Weise, dass die Überprüfung des Inselkriteriums und Auslösung des Erkennungssignals bzw. des Steuersignals softwaregesteuert durchgeführt werden, ergibt flexible Anpassungs- und Optimierungsmöglichkeiten hinsichtlich unterschiedlicher Gegebenheiten und/oder zukünftiger Anforderungen. Entsprechendes gilt auch für die betreffende Ausgestaltung der Vorrichtung.The embodiment of the method in such a way that the verification of the island criterion and the triggering of the detection signal or of the control signal are performed software-controlled results in flexible possibilities for adaptation and optimization with regard to different circumstances and / or future requirements. The same applies to the relevant embodiment of the device.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigenThe invention will be explained in more detail by means of embodiments with reference to the drawings. Show it

1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Inselnetzerkennung, 1 a block diagram of a device for island detection,

2A ein Diagramm mit einem Messwertverlauf zu einer Zustandsgröße und einem Toleranzbereich, 2A a diagram with a measured value profile to a state variable and a tolerance range,

2B ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Messwertverlauf einer Zustandsgröße mit einem festgelegten Toleranzbereich und 2 B a further embodiment of a measured value course of a state variable with a specified tolerance range and

2C ein Diagramm mit dem Messwertverlauf zu einer Zustandsgröße entsprechend 2B bei zeitlich nachgeführtem Toleranzbereich. 2C a diagram with the measured value curve corresponding to a state variable 2 B with temporally tracked tolerance range.

1 zeigt wesentliche Komponenten einer Vorrichtung zur Inselnetzerkennung einer Eigenerzeugeranlage, wie z. B. einer Photovoltaikanlage, einem Blockheizkraftwerk oder einer Windradanlage. Mittels einer Messeinrichtung 10, z. B. einem dreiphasigen Messverstärker, wird an Anschlussstellen dreier Phasen L1, L2, L3 eines (nicht gezeigten) öffentlichen Stromnetzes mindestens eine elektrische Zustandsgröße, wie z. B. eine Netzspannung U einer oder mehrerer Phasen, die Frequenz f einer oder mehrerer Phasen und/oder der Phasenwinkel φ einer oder mehrerer Phasen erfasst, womit entsprechende erste, zweite bzw. dritte Messwerte 11, 12, 13 der drei Phasen L1, L2, L3 zur Verfügung stehen, die eine betreffende elektrische Zustandsgröße des öffentlichen Stromnetzes beschreiben und zur weiteren Verarbeitung einer Auswerteeinrichtung 20 zugeführt werden. In der Auswerteeinrichtung 20 wird ein Erkennungssignal bzw. ein ausgangsseitiges Steuersignal 27 gebildet, das einer Trennvorrichtung, wie z. B. einer Schaltvorrichtung mit Schützen, zugeführt wird, um die Eigenerzeugeranlage vom öffentlichen Stromnetz zu trennen, wenn ein Inselkriterium für einen Inselbetrieb erfasst wird. 1 shows essential components of a device for island detection of a self-generating system such. B. a photovoltaic system, a combined heat and power plant or a wind turbine. By means of a measuring device 10 , z. As a three-phase amplifier, is at junctions of three phases L1, L2, L3 of a (not shown) public power system at least one electrical state variable, such. B. a mains voltage U of one or more phases, the frequency f of one or more phases and / or the phase angle φ one or more phases detected, whereby corresponding first, second and third measured values 11 . 12 . 13 of the three phases L1, L2, L3 are available, which describe a respective electrical state variable of the public power grid and for further processing of an evaluation device 20 be supplied. In the evaluation device 20 becomes a detection signal and an output side control signal, respectively 27 formed, which is a separation device, such. B. a switching device with contactors, is supplied to separate the self-generating system from the public power grid when an island criterion is detected for an island operation.

Die Auswerteeinrichtung 20 umfasst ein erstes, zweites und drittes Berechnungsmodul 201, 202, 203, denen die ersten, zweiten bzw. dritten Messwerte 11, 12, 13 zugeführt werden, um daraus erste, zweite und dritte zeitlich gemittelte Messwerte 24, 25 und 26 zu bilden. Die ersten Messwerte 11 und die ersten gemittelten Messwerte 24 werden einem ersten Vergleicher 211 zugeführt, der mit seinem Ausgang an einen ersten Zeitmesser 221 angeschlossen ist, dessen Ausgangssignale einem Bewertungsmodul 230 zugeführt werden. Entsprechend werden die zweiten Messwerte 12 und zweiten gemittelten Messwerte 25 einem zweiten Vergleicher 212 zugeführt, der mit seinem Ausgang an einen zweiten Zeitmesser 222 angeschlossen ist, dessen Ausgangssignale dem Bewertungsmodul 230 zugeführt werden. Die dritten Messwerte 13 und dritten gemittelten Messwerte 26 werden einem dritten Vergleicher 213 zugeführt, der mit seinem Ausgang an einen dritten Zeitmesser 223 angeschlossen ist, dessen Ausgangssignale ebenfalls dem Bewertungsmodul 230 zugeführt werden. Von dem Bewertungsmodul 230 wird das Erkennungssignal für den Inselbetrieb bzw. das Steuersignal 27 gebildet, das am Ausgang der Auswerteeinrichtung 20 abgegeben wird.The evaluation device 20 includes a first, second and third calculation module 201 . 202 . 203 which the first, second or third measured values 11 . 12 . 13 are supplied to first, second and third time-averaged measured values 24 . 25 and 26 to build. The first readings 11 and the first averaged readings 24 become a first comparator 211 fed, with its output to a first timer 221 is connected, whose output signals an evaluation module 230 be supplied. Accordingly, the second measured values 12 and second averaged readings 25 a second comparator 212 fed, with its output to a second timer 222 is connected, the output signals of the evaluation module 230 be supplied. The third readings 13 and third averaged readings 26 become a third comparator 213 fed, with its output to a third timer 223 is connected, whose output signals also the evaluation module 230 be supplied. From the assessment module 230 becomes the detection signal for the island operation or the control signal 27 formed at the output of the evaluation 20 is delivered.

Die Verarbeitung und Auswertung der Messwerte 11, 12, 13 und der gemittelten Messwerte 24, 25, 26 sowie gegebenenfalls weiterer Daten in der Auswerteeinrichtung 20 erfolgt zumindest zum großen Teil vorzugsweise softwaregesteuert bzw. mittels Programmmodulen, wozu in der Auswerteeinrichtung 20 entsprechende Verarbeitungseinrichtungen und Speichereinrichtungen, insbesondere mindestens eine integrierte Rechnereinheit, wie etwa ein Mikrocontroller, vorhanden sind. Die dargestellten Verarbeitungsblöcke sind dementsprechend symbolisch für betreffende Programmmodule zu verstehen. Alternativ können die dargestellten Einheiten zumindest teilweise auch aus Hardwarekomponenten gebildet sein.The processing and evaluation of the measured values 11 . 12 . 13 and the averaged readings 24 . 25 . 26 and optionally further data in the evaluation device 20 is at least for the most part software controlled or by means of program modules, including in the evaluation 20 corresponding processing devices and memory devices, in particular at least one integrated computer unit, such as a microcontroller, are present. The illustrated processing blocks are accordingly to be understood symbolically for relevant program modules. Alternatively, the illustrated units may be at least partially formed of hardware components.

Die Messeinrichtung 10 besteht vorzugsweise aus Hardwarekomponenten, kann aber ebenfalls zum Aufbereiten der Messwerte 11, 12, 13 Softwarekomponenten bzw. Programmmodule enthalten und z. B. mittels eines Mikrocontrollers gesteuert sein.The measuring device 10 preferably consists of hardware components, but can also be used to process the measured values 11 . 12 . 13 Software components or program modules contain and z. B. be controlled by means of a microcontroller.

Zum Bilden der gemittelten Messwerte 24, 25, 26 werden die Messwerte 11, 12, 13 in den betreffenden Berechnungsmodulen 201, 202, 203 aufgenommen und über ein vorgegebenes oder vorgebbares, z. B. über ein Programm änderbares, Zeitintervall gemittelt, das z. B. 30 Sekunden oder eine oder mehrere Minuten beträgt, so dass die gemittelten Messwerte eine im öffentlichen Stromnetz stattfindende langsame Spannungsänderung, wie z. B. bei erhöhtem Stromverbrauch in der Mittagszeit, wiedergeben, ohne dass sich abrupte Änderungen störend auswirken.To form the averaged readings 24 . 25 . 26 become the readings 11 . 12 . 13 in the relevant calculation modules 201 . 202 . 203 recorded and a predetermined or specifiable, z. B. via a program changeable, time interval averaged, z. B. 30 seconds or one or more minutes, so that the averaged readings taking place in the public power grid slow voltage change, such. B. at increased power consumption in the noon, play without abrupt changes disturbing.

In den Vergleichern 211, 212, 213 sind Toleranzbereiche 30 zwischen einem oberen und unteren Schwellenwert OS, US (vgl. 2A bis 2C) gebildet und es wird überprüft, ob die jeweilige elektrische Zustandsgröße beschreibenden Messwerte 11, 12, 13 innerhalb des Toleranzbereiches 30 liegen oder diesen verlassen. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird dabei als Vorgabewert der betreffende gemittelte Messwert 24, 25 bzw. 26 herangezogen und als oberer Schwellenwert OS ein um 6% oberhalb des Vorgabewertes liegender Grenzwert und als unterer Schwellenwert US ein um die gleiche prozentuale Abweichung unterhalb des Vorgabewertes liegender Grenzwert festgelegt. Auf diese Weise bestimmt der jeweilige gemittelte Messwert 24, 25 bzw. 26 die Lage des Toleranzbereiches 30, der zeitlich entsprechend dem gemittelten Messwert 24, 25 bzw. 26 mitgeführt wird, wie 2C zeigt. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Messwerte 11, 12, 13 im Normalfall im Wesentlichen im mittleren Bereich des Toleranzbereichs 30 bleiben und sich bei belastungsabhängiger Änderung der Spannung in dem öffentlichen Stromnetz nicht an einen Schwellenwert OS oder US annähern, wie 2B für den Fall zeigt, dass ein Toleranzbereich 30 mit festem oberem und unterem Schwellenwert OS, US vorgegeben wird. Bei dem dem gemittelten Messwert 24, 25 bzw. 26 nachgeführten Toleranzbereich 30 wird somit im Normalbetrieb, wenn also kein Inselnetzbetrieb vorliegt, stets in etwa eine vorgegebene Differenz D2 zwischen Messwert 11, 12, 13 und oberem und unterem Schwellenwert OS, US, aufrecht erhalten, während sich bei festem Vorgabewert und damit fest vorgegebenem oberen und unteren Schwellenwert OS, US ein verringerter Abstand D1 zwischen dem betreffenden Messwert 11, 12, 13 und z. B. dem unteren Schwellenwert US ergibt, wie 2B zeigt.In the comparators 211 . 212 . 213 are tolerance ranges 30 between an upper and lower threshold OS, US (cf. 2A to 2C ) is formed and it is checked whether the respective electrical state variable descriptive measured values 11 . 12 . 13 within the tolerance range 30 lie or leave this. At the in 1 The embodiment shown here is the default value of the relevant average measured value 24 . 25 respectively. 26 used as the upper threshold OS by 6% above the default value lying limit and as the lower threshold US a set by the same percentage deviation below the default value limit. In this way, the respective average measured value determines 24 . 25 respectively. 26 the position of the tolerance range 30 , the time according to the averaged reading 24 . 25 respectively. 26 is carried along, like 2C shows. This will ensure that the readings 11 . 12 . 13 usually in the middle of the tolerance range 30 and with load-dependent change in the voltage in the public power grid does not approach a threshold OS or US, such as 2 B in the case shows that a tolerance range 30 with fixed upper and lower threshold OS, US. At the averaged reading 24 . 25 respectively. 26 tracked tolerance range 30 Thus, in normal operation, so if there is no off-grid operation, always approximately a predetermined difference D2 between measured value 11 . 12 . 13 and upper and lower thresholds OS, US, while at a fixed set point, and thus a fixed upper and lower threshold OS, US, there is a reduced distance D1 between the measured value 11 . 12 . 13 and Z. B. the lower threshold US results, such as 2 B shows.

Somit wird bei der Vorrichtung nach 1 eine erhöhte Zuverlässigkeit bei der Erkennung des Inselnetzbetriebs erreicht, da geringe Störungen nicht zum Erkennen auf einen Inselnetzbetrieb führen, wie sich aus 2C ergibt.Thus, in the device after 1 Increased reliability in the detection of the off-grid operation is achieved, since small disturbances do not lead to the recognition of an off-grid operation, as is apparent from 2C results.

Verlässt die elektrische Zustandsgröße, die durch die betreffenden Messwerte 11, 12, 13 beschrieben wird, den Toleranzbereich 30, so wird am Ausgang des betreffenden Vergleichers 211, 212, 213 ein Signal erzeugt, das über dessen Ausgangsanschluss dem Eingang des zugeordneten Zeitmessers 221, 222, 223 zugeführt wird und eine Zeitmessung in Gang setzt. Verbleibt der Messwert 11, 12 bzw. 13 mindestens solange wie eine vorgegebene Zeitspanne Δt, die vorliegend z. B. 4 s beträgt, außerhalb des Toleranzbereichs 30, so wird an den betreffenden Ausgang des Zeitmessers 221, 222 bzw. 223 ein diesen Befund wiedergebendes Ausgangssignal ausgegeben. Dieses kann bereits als Vorliegen des Inselkriteriums (Inselbetrieb) herangezogen werden, um das Steuersignal 27 zu bilden. Hierzu kann z. B. in dem Bewertungsmodul 230 eine logische ODER-Verknüpfung vorgenommen werden. Alternativ können jedoch mehrere Messwerte 11, 12, 13 in die Bewertung durch das Bewertungsmodul 230 einbezogen werden, um ein betreffendes Erkennungssignal für den Inselbetrieb bzw. Steuersignal 27 auszugeben. Diese weiteren Messwerte 11, 12 bzw. 13 können z. B. eine Spannung auf einer anderen der drei Phasen L1, L2, L3 und/oder eine oder mehrere Frequenzen f und/oder eine oder mehrere Phasenwinkel φ sein, die einzeln oder in Kombination miteinander betrachtet werden, um auf dieser Basis das Vorliegen des Inselkriteriums zu bestimmen und das Steuersignal 27 abzugeben.Leaves the electrical state variable by the respective measured values 11 . 12 . 13 is described, the tolerance range 30 , so will be at the output of the relevant comparator 211 . 212 . 213 generates a signal via its output terminal to the input of the associated timer 221 . 222 . 223 is fed and sets a time measurement in motion. Remains the measured value 11 . 12 respectively. 13 at least as long as a predetermined period .DELTA.t, the present z. B. 4 s, outside the tolerance range 30 , so will be at the relevant output of the timer 221 . 222 respectively. 223 an output this result reproduced output. This can already be used as the presence of the island criterion (island operation) to the control signal 27 to build. For this purpose, z. In the assessment module 230 a logical OR connection are made. Alternatively, however, you can have multiple readings 11 . 12 . 13 in the evaluation by the evaluation module 230 be included to a respective detection signal for island operation or control signal 27 issue. These further measured values 11 . 12 respectively. 13 can z. Example, a voltage on another of the three phases L1, L2, L3 and / or one or more frequencies f and / or one or more phase angle φ, which are considered individually or in combination with each other, on this basis, the presence of the island criterion to determine and the control signal 27 leave.

2A zeigt z. B. die Auslösung einer Abschaltung nach Erkennen eines Inselkriteriums, wobei ein fester Toleranzbereich 30 vorgegeben ist und die Unterschreitung des unteren Schwellenwertes US durch einen Spannungs-Messwert U, die länger als die Zeitspanne Δt anhält, als Vorliegen des Inselkriteriums gewertet wird. Üblicherweise soll ein Inselkriterium innerhalb von 5 s erkannt werden und zur Abschaltung der Eigenerzeugeranlage führen. Die Zeitspanne Δt soll daher höchstens 5 s betragen, beispielsweise zwei, drei oder vier Sekunden. 2A shows z. B. the triggering of a shutdown after detection of an island criterion, with a fixed tolerance range 30 is predetermined and the undershooting of the lower threshold value US by a voltage measurement value U, which lasts longer than the time period .DELTA.t, is evaluated as the presence of the island criterion. Usually, an island criterion should be detected within 5 seconds and lead to the shutdown of the self-generating system. The time period Δt should therefore be at most 5 s, for example two, three or four seconds.

Das Zeitintervall für die Mittelung der Messwerte ist gegenüber der Zeitspanne Δt relativ lang gewählt, z. B. um mindestens etwa den Faktor 10 länger, so dass in der Regel relativ schnelle, sprungartige Spannungsänderungen bei Eintreten eines Inselkriteriums gegenüber den langsamen Änderungen des durch die gemittelten Messwerte bestimmten Vorgabewertes und damit des Toleranzbereichs 30 nicht zu Störungen und fehlerhaften Feststellungen des Inselkriteriums führen. Dadurch wird der Vorgabewert zeitlichen Änderungen der Netzspannungsreduzierung in Spitzenlastzeiten vorteilhaft nachgeführt, da in der Regel nacheinander eine Vielzahl von Verbrauchern zugeschaltet wird, wodurch es über einen Zeitraum von mehreren Minuten zu einer Absenkung der Netzspannung unter den normalerweise vorliegenden Effektivwert von 230 V kommt.The time interval for the averaging of the measured values is chosen to be relatively long compared to the time period Δt, eg. B. at least about the factor 10 longer, so that as a rule relatively rapid, sudden voltage changes occur when an island criterion occurs compared to the slow changes in the predetermined value determined by the averaged measured values and thus the tolerance range 30 do not lead to disturbances and erroneous findings of the island criterion. As a result, the default value temporal changes of the mains voltage reduction in peak load times is tracked advantageous because usually a plurality of consumers is switched in succession, which comes over a period of several minutes to a lowering of the mains voltage below the normally present RMS value of 230V.

Die beschriebene Vorgehensweise und der genannte Aufbau ergeben eine zuverlässige Erfassung eines Inselkriteriums für einen Inselnetzbetrieb, wobei keine aktiven Belastungstests durch Aufschalten von induktiven oder kapazitiven Lasten durchgeführt werden müssen, die zum einen relativ hohe Energieverluste darstellen und zum anderen Störimpulse und auch damit verbundene Fehler verursachen können. Zur Überwachung der elektrischen Zustandsgröße des öffentlichen Stromnetzes können ohnehin vorhandene Hardwarekomponenten der Überwachungseinrichtung der Eigenerzeugeranlage genutzt werden, während die eigentliche Auswertung für die Bestimmung des Inselkriteriums vorteilhaft mittels Software durchgeführt wird. Die Ausgestaltung mittels Software bietet außerdem flexible Anpassungsmöglichkeiten an verschiedene Generatoren (z. B. Photovoltaikanlage, Blockheizkraftwerk, Windradanlage), die auch die Erfassung der elektrischen Zustandsgröße beeinflussen können. Auf diese Weise kann z. B. die Nachführung des Vorgabewertes, etwa die Dauer des Zeitintervalls für die zeitliche Mittelung der Messwerte, die Art der zeitlichen Mittelung (Abtastintervalle, Anzahl der Abtastpunkte, Art des zeitlichen bzw. statistischen Mittelwertes und dgl.) sowie die Festlegung der Größe des Toleranzbereichs, mittels Programmierung ohne Änderung von Hardwarekomponenten geeignet genommen werden. Auch eine Anpassung an geänderte Normen oder unterschiedliche Netze ist auf diese Weise vorteilhaft möglich, wobei auch eine automatische Adaption unter Erkennung unterschiedlicher Systeme implementiert sein kann.The described procedure and construction provide a reliable detection of an island criterion for off-grid operation, wherein no active load tests must be performed by switching on inductive or capacitive loads, which on the one hand represent relatively high energy losses and on the other hand can cause glitches and associated errors , For monitoring the electrical state variable of the public power grid existing hardware components of the monitoring device of the self-generating system can be used anyway, while the actual evaluation for the determination of the island criterion is advantageously carried out by means of software. The configuration by means of software also offers flexible adaptation options to various generators (eg photovoltaic system, combined heat and power plant, wind turbine system), which can also influence the detection of the electrical state variable. In this way, z. As the tracking of the default value, such as the duration of the time interval for the temporal averaging of the measured values, the type of time averaging (sampling intervals, number of sampling points, type of temporal or statistical average and the like.) And the determination of the size of the tolerance range, be taken by programming without changing hardware components suitable. An adaptation to changed standards or different networks is advantageously possible in this way, whereby an automatic adaptation can be implemented by recognizing different systems.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 1020090479801 [0002]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Standard VDE 0126-1-1 [0003]

Claims

A method for island detection in self-generating systems, in which a island grid operation associated island criterion is checked by at least one electrical state variable of a public power grid is detected and determined whether it leaves a predetermined tolerance range, characterized in that when leaving the tolerance range ( 30 ) is triggered, a timing is triggered and a detection signal for the off-grid operation within a predetermined period of time (Δt) of at most five seconds after the start of the time measurement is issued, if the state variable during the period (At) continuously out of tolerance ( 30 ) lies.

A method according to claim 1, characterized in that the time measurement is reset and not recognized on a stand-alone operation when the state variable within the time period (At) in the tolerance range ( 30 ) falls behind.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one electrical state variable by means of an existing monitoring device of an enabling device without active connection of an additional load.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one electrical state variable is at least one voltage, at least one frequency or at least one phase angle or that a combination of at least two of these state variables is detected and used for the evaluation to verify the island criterion.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the tolerance range ( 30 ) is limited by an upper threshold value (OS) lying above a preset value of the relevant state variable and a lower threshold value (US) lying below the preset value of the relevant state variable.

A method according to claim 5, characterized in that the upper threshold (OS) and the lower threshold (US) are or are selected to be at most 10% away from the default value.

Method according to Claim 5 or 6, characterized in that the default value used is a permanently predetermined normal value of the state variable or a measured value averaged over a specific time interval ( 24 . 25 . 26 ) is based on the state quantity, wherein the time interval is many times longer than the time period (At).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the verification of the island criterion and triggering of the control signal ( 27 ) are software controlled.

Device for carrying out the method according to one or more of the preceding claims, having a monitoring device for recognizing an island criterion for isolated operation with a measuring device ( 10 ) for detecting at least one electrical state variable of a public network and an evaluation device having a time measuring device ( 20 ), with which it is possible to determine whether the electrical quantity of state has a predetermined tolerance range ( 30 ) leaves, characterized in that the time measuring device is driven to trigger a timing signal when at least one measured value ( 11 . 12 . 13 ) the tolerance range ( 30 ) and that the evaluation device ( 20 ) is adapted to receive a detection signal ( 27 ) for the isolated operation within a time period (Δt) of at most five seconds from the triggering of the time measurement signal, if the state variable during the period (At) continuously outside the tolerance range ( 30 ) lies.

Device according to claim 9, characterized in that the tolerance range ( 30 ) is limited by an upper threshold value (OS) lying above a preset value of the relevant state variable and a lower threshold value (US) lying below the preset value of the respective state variable, and in that the evaluation device (FIG. 20 ) for calculating a measured value over certain time intervals ( 24 . 25 . 26 ) of the state quantity is used, which is used as a default value for setting the upper and lower threshold value (OS, US), wherein the time interval is selected to be a lot longer than the time period (Δt).

Apparatus according to claim 9 or 10, characterized in that at least parts of the evaluation device ( 20 ) are formed by means of program modules.