DE102020117079A1

DE102020117079A1 - System und Verfahren zur Optimierung eines Schaltzustandes einer Schaltanordnung einer elektrischen Verteilanordnung

Info

Publication number: DE102020117079A1
Application number: DE102020117079.3A
Authority: DE
Inventors: Irina Lupandina; Michael Schrammel
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Scheubeck GmbH and Co
Priority date: 2020-06-29
Filing date: 2020-06-29
Publication date: 2021-12-30
Also published as: KR20230026355A; EP4173103A1; WO2022002486A1; CN115735308A; US20230253788A1

Abstract

Beschrieben und beansprucht werden ein Verfahren und ein System zur Optimierung eines Schaltzustandes einer Schaltanordnung einer elektrischen Verteilanordnung, die einen Versorgungseingang, die Schaltanordnung, eine Mehrzahl von elektrischen Komponenten und zumindest einen Abgang aufweist. In jedem Schaltzustand der Schaltanordnung wird wenigstens ein Abgang mindestens eine Komponente mit zumindest einem Versorgungseingang verbunden. Zudem weist die Schaltanordnung so viele Schaltzustände auf, dass jeder Abgang über zwei unterschiedliche Komponenten elektrisch mit zumindest einem Versorgungseingang verbunden werden kann. Auf Grundlage von Betriebsparametern der Komponenten, eines aktuellen Schaltzustands der Schaltanordnung, an dem zumindest einen Abgang aktuell anliegenden Lasten und von aktuellen Umgebungsparametern der Komponenten sowie von Prognosen für die Entwicklung der Umgebungsparameter und der an dem zumindest einen Abgang anliegenden Lasten wird eine Entwicklung von Betriebsparametern simuliert, diese mit Grenzwerten verglichen und, sofern Grenzwerte voraussichtlich als überschritten gelten, zumindest ein alternativer Schaltzustand vorgeschlagen, der so gewählt wurde, dass keiner der Betriebsparameter einen Grenzwert überschreitet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Optimierung eines Schaltzustandes einer elektrischen Verteilanordnung sowie ein Verfahren zur Optimierung eines Schaltzustands einer elektrischen Verteilanordnung.
Elektrische Verteilanordnungen, wie beispielsweise Umspannwerke, umfassen zumindest einen Versorgungseingang, über den die Verteilanordnung beispielsweise direkt oder indirekt mit einem oder mehreren Kraftwerken verbunden ist, die Schaltanordnung, eine Mehrzahl von elektrischen Komponenten und zumindest einen Abgang, über den bzw. die Lasten an der Verteilanordnung anliegen. Die Schaltanordnung weist eine Mehrzahl von Schaltzuständen auf. In jedem Schaltzustand ist zumindest ein Abgang der Schaltanordnung über mindestens eine der elektrischen Komponente mit zumindest einem Versorgungseingang der Schaltanordnung verbunden. Die elektrischen Komponenten können beispielsweise Transformatoren, Freileitungen, Filter, Blindleistungskompensationsanlagen oder Anlagen zur unterbrechungsfreien Stromversorgung sein. Jeder Schaltzustand unterscheidet sich von jedem anderen Schaltzustand darin, dass zumindest ein Abgang der Schaltanordnung über eine andere elektrische Komponente mit dem Versorgungseingang verbunden ist. Zudem gibt es zumindest so viele Schaltzustände, dass jeder Abgang über zwei unterschiedliche Komponenten elektrisch mit dem Versorgungseingang verbunden werden kann. Beispielsweise kann jeder Abgang über zwei unterschiedlichen Transformatoren mit zumindest einem Versorgungseingang verbunden werden, indem zwei unterschiedliche Schaltzustände ausgewählt werden.
Mittels der Schaltanordnungen kann somit durch die verschiedenen Schaltzustände eingestellt werden, welche an den Abgängen anliegenden Lasten über welche elektrischen Komponenten der Verteilanordnung mit dem Versorgungseingang verbunden werden. So kann beispielsweise die Überlastung einzelner elektrischer Komponenten vermieden werden, aufgrund derer die elektrischen Komponenten sonst frühzeitig altern oder sogar beschädigt werden.
In der Betriebsführung von vermaschten, radial betriebenen Netzen wird beispielsweise teilweise gefordert, dass bei Ausfall einer elektrischen Komponente der elektrischen Verteilanordnung stets zumindest ein alternativer Schaltzustand existiert, in den umgeschaltet werden kann (sogenannte (N-1)-Sicherheit). Diese wird in der Regel durch Überdimensionierung der elektrischen Komponenten bzw. der elektrischen Verteilanordnungen, d.h., beispielsweise eines Umspannwerks, erreicht, wobei üblicherweise für die ungünstigsten zu erwartenden Umgebungs- und Betriebsbedingungen ermittelt wird, welche Schaltzustände als Reaktion auf den Ausfall welcher elektrischen Komponente hin zulässig sind. Hieraus wird eine Zuordnung von alternativen Schaltzuständen ermittelt, die bei Ausfällen verwendet werden. Diese Zuordnung ist statisch, d.h., es werden keinerlei dynamische oder zeitlich veränderliche Aspekte berücksichtigt. Insbesondere bleiben möglicherweise vorhandene, aber zeitlich begrenzte Überlastkapazitäten unberücksichtigt.
Aus WO 2018/137980 A1 ist ein Verfahren zur Einsatzplanung von elektrischen Komponenten oder Betriebsmitteln eines elektrischen Systems zur Energieversorgung bekannt. Im Rahmen des Verfahren werden für einen zukünftigen Zeitpunkt aus ersten Parametern, die eine Beschaffenheit des Betriebsmittels beschreiben, zweiten Parameter, die eine Relevanz des Betriebsmittels beschreiben und Kenngrößen des Betriebsmittels zunächst ein Zustandsindex und ein Kritizitätsindex ermittelt. Aus den beiden Indices wird ein Zustandsindex abgeleitet, der eine Risikoanalyse des Systems darstellt. Anhand des Zustandsindexes wird die Stabilität und/oder Verfügbarkeit des elektrischen Systems zu dem zukünftigen Zeitpunkt bewertet wird.
Ausgehend hiervon stellt sich dem Fachmann die Aufgabe, ein verbessertes Verfahren und ein verbessertes System zur Optimierung des Schaltzustandes einer elektrischen Verteilanordnung bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein System zur Optimierung eines Schaltzustandes einer Schaltanordnung einer elektrischen Verteilanordnung gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Optimierung eines Schaltzustandes einer Schaltanordnung einer elektrischen Verteilanordnung nach Anspruch 12. Bevorzuge Ausführungsformen des Systems und des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
In einem ersten Aspekt wird die Aufgabe durch ein System zur Optimierung eines Schaltzustandes einer Schaltanordnung einer elektrischen Verteilanordnung gelöst. Die elektrische Verteilanordnung weist zumindest einen Versorgungseingang, die Schaltanordnung, eine Mehrzahl von elektrischen Komponenten und zumindest einen Abgang auf. Die Schaltanordnung weist eine Mehrzahl von Schaltzuständen auf. In jedem Schaltzustand der Mehrzahl von Schaltzuständen ist zumindest ein Abgang der Verteilanordnung mittels der Schaltanordnung über mindestens eine Komponente der Mehrzahl von Komponenten elektrisch mit zumindest einem Versorgungseingang der Verteilanordnung verbunden. Jeder Schaltzustand unterscheidet sich von jedem anderen Schaltzustand darin, dass zumindest ein Abgang über eine andere Komponente der Mehrzahl von Komponenten mit dem zumindest einen Versorgungseingang elektrisch verbunden ist. Die Schaltanordnung weist zumindest so viele Schaltzustände auf, dass jeder Abgang über zwei unterschiedliche Komponenten der Mehrzahl von Komponenten elektrisch mit einem Versorgungseingang verbunden werden kann. Das System ist dazu konfiguriert, auf Grundlage von Betriebsparametern der Komponenten der Mehrzahl von Komponenten, eines aktuellen Schaltzustands der Schaltanordnung, an dem zumindest einen Abgang der Verteilanordnung aktuell anliegenden Lasten und von aktuellen Umgebungsparametern der Komponenten sowie von Prognosen eines erwarteten zukünftigen Verlaufs der Umgebungsparameter der Komponenten und von Prognosen eines erwarteten zukünftigen Verlaufs der an dem zumindest einen Abgang anliegenden Lasten eine zukünftige Entwicklung von Betriebsparametern der Mehrzahl von Komponenten zu simulieren, diese mit Grenzwerten zu vergleichen und, sofern ein oder mehrere Grenzwerte zu einem zukünftigen Zeitpunkt voraussichtlich als überschritten gelten, zumindest einen alternativen Schaltzustand vorzuschlagen, der so gewählt wurde, dass keiner der Betriebsparameter einen Grenzwert überschreitet.
Mit anderen Worten wird ein System beansprucht, mit dem die Schaltzustände einer Schaltanordnung einer elektrischen Verteilanordnung, wie beispielsweise eines Umspannwerks, das Teil eines radial betriebenen elektrischen Netzes ist, optimiert werden können. Die Optimierung kann beispielsweise dazu verwendet werden, die Verwendung der einzelnen elektrischen Komponenten der Verteilanordnung zu planen und deren Verfügbarkeit sicherzustellen, falls sie benötigt werden.
Die elektrische Verteilanordnung umfasst neben der bereits erwähnte Schaltanordnung und den bereits erwähnten elektrischen Komponenten einen Versorgungseingang sowie zumindest einen Abgang und vorzugsweise eine Mehrzahl von Abgängen, an denen Lasten anliegen können. Dabei bezeichnet Last beispielsweise die elektrische Leistung.
Über den oder die Versorgungseingänge wird die elektrische Verteilanordnung unter Verwendung von Zuleitungen und ggf. weiteren Elementen mit einem oder mehreren Erzeugern verbunden. Ein Erzeuger kann beispielsweise ein konventionelles Kraftwerk oder auch eine Anlage zur Erzeugung von Energie aus regenerativen Quellen, wie beispielsweise eine Windenergieanlage sein. Beispielsweise kann die Verteilanordnung auch als Sammelstation betrieben werden, die eine Mehrzahl von Versorgungseingängen aufweisen, von denen jeder mit einer Windenergieanlage verbunden ist, und über die die von den Windenergieanlagen erzeugte Energie in ein Versorgungsnetz eingespeist ist, das mit einem oder mehreren der Abgänge der Verteilanordnung verbunden ist.
Die elektrischen Komponenten der Verteilanordnung, die auch als (elektrische) Betriebsmittel bezeichnet werden, sind beispielsweise Transformatoren, Freileitungen, Kabel, Drosseln, Filter, Blindleistungskompensationsanlagen, oder Anlagen zur unterbrechungsfreien Stromversorgung. Die elektrischen Komponenten sind als Teil der elektrischen Verteilanordnung zwischen dem oder den Versorgungseingängen und dem oder den Abgängen angeordnet, wobei mittels der Schaltanordnung eingestellt werden kann, welcher Abgang über welche elektrischen Komponenten mit welchem Versorgungseingang verbunden wird.
Die Schaltanordnung umfasst beispielsweise eine Mehrzahl von Trennschaltern und Leistungsschaltern, die so geschaltet werden können, dass unterschiedliche Abgänge über unterschiedliche elektrische Komponenten mit dem oder den Versorgungseingängen bzw. ein Abgang über unterschiedliche elektrische Komponenten mit dem oder den Versorgungseingängen verbunden werden können. Die verschiedenen Möglichkeiten, auf die die Abgänge mit dem oder den Versorgungseingängen verbunden werden können, werden als Schaltzustände der Schaltanordnung bezeichnet. Die Schaltanordnung ist so ausgestaltet, dass für jeden Abgang zumindest zwei Schaltzustände vorgesehen sind, in denen der Abgang über unterschiedliche elektrische Komponenten mit dem oder den Versorgungseingängen verbunden sind. Die Schaltzustände stellen somit alternative Möglichkeiten dar, über die ein Abgang mit dem oder den Versorgungseingängen verbunden werden kann.
Um den Schaltzustand der Schaltanordnung zu optimieren, ist das System dazu konfiguriert, eine zukünftige Entwicklung von Betriebsparametern der elektrischen Komponenten des Systems zu simulieren, diese mit Grenzwerten zu vergleichen und, falls ein oder mehrere Grenzwerte zu einem zukünftigen Zeitpunkt als überschritten gelten, zumindest einen alternativen Schaltzustand vorzuschlagen, in dem kein Betriebsparameter einen Grenzwert überschreitet. Die Simulation erfolgt vorzugsweise über ein festgelegten Zeitraum von beispielsweise 24 Stunden, wobei die Betriebsparameter zum Beispiel in 15 Minuten Schritten simuliert werden können.
Betriebsparameter sind Eigenschaften von elektrischen Komponenten, die deren momentanen Zustand kennzeichnen und sich im Laufe der Zeit ändern. Beispiele für Betriebsparameter eines Transformators sind insbesondere die Top-Oil-Temperatur und die Hot-Spot-Temperatur des Transformatoröls. Weitere Beispiele für Betriebsparameter eines Transformators sind u.a. die primär- und sekundärseitige Spannung, primär- und sekundärseitiger Strom, die Temperatur des Isolieröls eines Laststufenschalters, der Feuchtegehalt des Isolieröls, Feuchtegehalt der Papierisolation, die Konzentration gelöster Gase im Isolieröl, die Kapazität von Kondensatordurchführungen, die Wicklungsspannkraft, etc. Die Betriebsparameter hängen als dynamische, d.h., sich mit der Zeit verändernde, Parameter unter anderem von der Last ab, die an der jeweiligen elektrischen Komponente über die Zeit anliegt, d.h., dem Verlauf der Last. Statt der Last kann auch die Auslastung der elektrischen Komponente betrachtet werden, die das Verhältnis aktueller Leistung zur Nennleistung oder das Verhältnis aus dem aktuellen Wert des Stroms zum Nennstrom angibt. Weiterhin hängen die Betriebsparameter von Umgebungsparametern der elektrischen Komponenten, wie beispielsweise der Umgebungstemperatur ab.
Um die zukünftige Entwicklung von Betriebsparametern zu simulieren, wird ausgehend von aktuellen oder zu einem bekannten Zeitpunkt gemessenen Werten für die Betriebsparameter unter Verwendung eines oder mehrerer mathematischer Modelle die Entwicklung der Betriebsparameter in Abhängigkeit von einer erwarteten Auslastung der elektrischen Komponente bzw. von einer erwarteten, an der elektrische Komponente anliegenden Last und einem erwarteten, d.h., prognostizierten, Verlauf eines oder mehrerer Umgebungsparameter der elektrischen Komponente berechnet. Beispielsweise kann die Hot-Spot-Temperatur eines Transformators in erster Näherung alleine unter Verwendung des Verlaufs der Umgebungstemperatur des Transformators sowie der an dem Transformator anliegenden Last simuliert werden.
In die Modelle, die dem Fachmann hinreichen bekannt sind, können zudem weitere Eingangsgrößen eingehen, die sowohl zeitlich variabel als auch über die Zeit konstant sein können. Entsprechende zeitlich variable Eingangsgrößen können z.B. mittels routinemäßiger Messungen im Offline-Zustand ermittelte Größen wie beispielsweise die Konzentrationen gelöster Gase im Isolieröl und/oder Ergebnisse von visuellen Inspektionen sein. Zeitlich konstante Eingangsgrößen sind beispielsweise Informationen zu Aufstellort, Hersteller, Baujahr, Leistungsklasse und/oder Schaltgruppe der elektrischen Komponente.
Schließlich wird überprüft, ob sich die simulierten Betriebsparameter möglicherweise so entwickeln, dass ein oder mehrere Grenzwerte zu einem zukünftigen Zeitpunkt als überschritten gelten. Grenzwerte können beispielsweise absolute Grenzwerte sein, also beispielsweise eine maximale Top-Oil-Temperatur eines Transformators, die auf keinen Fall überschritten werden darf und die als überschritten gilt, sobald die Top-Oil-Temperatur sie überschreitet. Alternativ können auch relative Grenzwerte verwendet werden, die erst dann als überschritten gelten, wenn sie für eine vorbestimmte Zeit überschritten werden. Beispielsweise ist es denkbar, dass eine Hot-Spot-Temperatur eines Transformators für maximal 20 Minuten um maximal 10 % höher sein darf, als ein Grenzwert, aber sie nur dann als überschritten gilt, wenn sie für mehr als 20 Minuten oder um mehr als 10 % überschritten wird.
Wird in dem Zeitraum, für den die Entwicklung der Betriebsparameter simuliert wird, zumindest ein Grenzwert überschritten, schlägt das System automatisch zumindest einen alternativen Schaltzustand vor, in dem die elektrischen Komponenten des Systems so mit dem oder den Abgängen verschaltet sind, dass in dem alternativen Schaltzustand kein Grenzwert als überschritten gilt.
Alternative Schaltzustände können auf verschiedene Weisen bestimmt werden. Bevorzugte Möglichkeiten hierfür sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Das System ermöglicht damit auf vorteilhafte Weise, bei der Betriebsführung einer elektrischen Verteilanordnung zeitliche veränderliche Überlastungskapazitäten zu berücksichtigen, so dass auch auf solche Schaltzustände zurückgegriffen werden kann, bei denen möglicherweise absolute Grenzwerte temporär, aber in einem zulässigen Rahmen überschritten werden. Somit ist es möglich, weitere alternative Schaltzustände anzugeben, die bei einer konventionellen, statischen Planung nicht berücksichtigt werden würde. Dies erhöht auf vorteilhafte Weise die Ausfallsicherheit des Netzes.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das System eine zentrale Datenverarbeitungseinheit, die dazu konfiguriert ist, den alternativen Schaltzustand vorzuschlagen. Dabei kann es sich beispielsweise um einen lokalen Server oder eine andere Datenverarbeitungsvorrichtung handeln, die im Bereich der elektrischen Verteilanordnung angeordnet ist. Konkret könnte es sich um einen Computer handeln, der in einer Leitwarte eines Umspannwerks eingesetzt wird. Die zentrale Datenverarbeitungseinheit kann auch durch eine oder mehrere verteilte Recheneinheiten gebildet werden, die beispielsweise als interner oder externer Cloud Service betrieben werden.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn an zumindest einer Komponente der Mehrzahl von Komponenten eine Überwachungseinheit angeordnet ist, die dazu konfiguriert ist, Betriebsparameter der Komponente bereitzustellen, auf deren Grundlage die zukünftige Entwicklung der Betriebsparameter der Mehrzahl von Komponenten simuliert wird. Die Überwachungseinheit kann beispielsweise dazu konfiguriert sein, Betriebsparameter der elektrischen Komponenten wie Temperaturen zu erfassen und kann auch Grenzwerte für die jeweilige elektrische Komponente vorhalten. Zudem können auch weitere Kenndaten von der Überwachungseinheit, wie beispielsweise Nennleistung, Baujahr, Wartungszeitpunkte, etc., bereitgestellt werden. Bereitstellen umfasst dabei jegliche Form, in der die Betriebsparameter zur Simulation des erwarteten zukünftigen Verlaufs der Betriebsparameter zugänglich gemacht werden. Vorzugweise ist an jeder Komponente eine Überwachungseinheit angeordnet, dies ist aber nicht notwendig. Sollten die Überwachungseinheiten einzelner Komponenten ausfallen, kann für diese Komponenten auf vorteilhafte Weise auf detailärmere mathematische Modelle zurückgegriffen werden, die weiterhin eine Abschätzung der Betriebsparameter ermöglichen.
Vorzugsweise ist die Überwachungseinheit der zumindest einen Komponente dazu konfiguriert, die zukünftige Entwicklung der Betriebsparameter der jeweiligen Komponente zu simulieren. Mit anderen Worten wird die Simulation des zukünftigen Verlaufs bzw. der zukünftigen Entwicklung der Betriebsparameter von der Überwachungseinheit vorgenommen, die die momentanen Betriebsparameter und auch andere Kenndaten bereitstellt. In diesem Fall könnte beispielsweise unter bereitstellen verstanden werden, dass die aktuellen Betriebsparameter für die Berechnung bereitgestellt werden, ohne dass sie hierfür an eine andere Einheit übertragen werden müssen. Diese hat insbesondere den Vorteil, dass sämtliche notwendigen Eigenschaften der elektrischen Komponente nicht über ein Netzwerk übertragen werden müssen. Zudem können für die Simulation der zukünftigen Entwicklung der Betriebsparamater dieselben Modelle verwendet werden, die auch für die Berechnung von Betriebsparametern aus gemessenen Daten im operativen Betrieb verwendet werden. Beispielsweise kann bei einem Transformator die Top-Oil-Temperatur gemessen und an die Überwachungseinheit übertragen werden. Diese berechnet auf Grundlage der an dem Transformator anliegenden Last und der Umgebungstemperatur und weitere Eingangsparameter hieraus die Hot-Spot-Temperatur des Transformators. Das gleiche Modell kann verwendet werden, um die Hot-Spot-Temperatur zu simulieren. Diese Ausführungsform lässt zudem zu, dass verschiedene Komponenten mit entsprechenden angepassten Überwachungseinheiten in dem Verfahren berücksichtigt werden können, ohne dass der Aufbau der Komponenten und die angewendeten Modelle der zentralen Datenverarbeitungseinheit bekannt sein müssen, sofern die Überwachungseinheiten dazu angepasst sind, entsprechende Simulationen durchzuführen und die simulierten Werte an die zentrale Datenverarbeitungseinheit zurückzumelden.
Alternativ ist es bevorzugt, dass die zentrale Datenverarbeitungseinheit dazu konfiguriert ist, die zukünftige Entwicklung der Betriebsparameter zumindest einer Komponente zu simulieren. Beispielsweise kann die zentrale Datenverarbeitungseinheit die Entwicklung der Betriebsparameter nur für solche Komponenten simulieren, an denen keine Überwachungseinheit vorhanden ist oder an denen eine Überwachungseinheit angeordnet ist, die nicht zur Simulation der Entwicklung von Betriebsparametern geeignet ist oder die zeitweise ausfällt. Es ist aber auch denkbar, die Entwicklung der Betriebsparameter aller Komponenten mittels der zentralen Datenverarbeitungseinheit zu simulieren.
Damit die zentrale Datenverarbeitungseinheit die Simulation durchführen kann, müssen die Betriebsparameter von einer Überwachungseinheit - falls vorhanden - an die zentrale Datenverarbeitungseinheit übertragen und insoweit bereitgestellt werden und in der zentralen Datenverarbeitungseinheit müssen die zur Simulation der Betriebsparameter verwendeten Modelle einschließlich aller Betriebsparameter hinterlegt sein. Die Übertragung kann beispielsweise durch eine gerichtete Übertragung an die zentrale Datenverarbeitungseinheit, beispielsweise in regelmäßigen zeitlichen Abständen oder auf eine Anfrage hin, erfolgen. Alternativ ist es beispielsweise auch möglich, dass die Überwachungseinheit die Betriebsparameter in regelmäßigen Zeitintervallen ungerichtet auf einen Bus, beispielsweise eine Feld- oder Prozessbus, abgibt, von dem die zentrale Datenverarbeitungseinheit die Betriebsparameter selbsttätig ausliest.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das System weiterhin dazu konfiguriert, einen Zeitpunkt vorzuschlagen, zu dem in den zumindest einen alternativen Schaltzustand gewechselt werden sollte. So kann beispielsweise auf vorteilhafte Weise bereits eine Umschaltung in einen alternativen Schaltzustand vorgenommen werden, bevor es zu einer Überlastung einer elektrischen Komponente kommt.
Das System ist zum Ermitteln des zumindest einen alternativen Schaltzustandes weiterhin dazu konfiguriert, für eine Mehrzahl von potentiellen Schaltzuständen der Schaltanordnung die zukünftige Entwicklung der Betriebsparameter der Mehrzahl von Komponenten für einen vorbestimmten Zeitraum auf Grundlage der Betriebsparameter, des aktuellen Schaltzustands, der an dem zumindest einen Abgang anliegenden Lasten und der aktuellen Umgebungsparameter sowie der Prognosen des erwarteten zukünftigen Verlaufs der Umgebungsparameter und der Prognosen des erwarteten zukünftigen Verlaufs der an den dem zumindest einen Abgang anliegenden Lasten zu simulieren.
Mit anderen Worten wird in der bevorzugten Ausführungsform die Simulation nicht nur für den aktuellen Schaltzustand der Schaltanordnung durchgeführt, sondern auch für verschiedene andere Schaltzustände, um herauszufinden, welcher Schaltzustand möglicherweise als alternativer Schaltzustand geeignet wäre.
Vorzugsweise ist das System zum Ermitteln des zumindest einen alternativen Schaltzustandes weiterhin dazu konfiguriert, für die Mehrzahl von potentiellen Schaltzuständen der Schaltanordnung die zukünftige Entwicklung der Betriebsparameter der Mehrzahl von Komponenten für verschiedene Schaltzeitpunkte zu simulieren, zu denen vom aktuellen Schaltzustand in den jeweiligen potentiellen Schaltzustand umgeschaltet wird.
Mit anderen Worten wird für die Mehrzahl von potentiellen Schaltzuständen berücksichtigt, dass vom aktuellen Schaltzustand in den potentiellen Schaltzustand zu verschiedensten Zeitpunkten umgeschaltet werden kann. Da sich mit dem Zeitpunkt des Umschaltens auch der Lastverlauf über die elektrischen Komponenten ändert, wirken sich die Schaltzeitpunkte unterschiedlich auf den erwarteten Verlauf der Betriebsparameter aus. Indem der Schaltzeitpunkt berücksichtigt wird, kann beispielsweise verhindert werden, dass ein Schaltzustand als Alternative ausgewählt wird, in dem die Verteilanordnung bei einem unerwarteten Schaltzeitpunkt möglicherweise doch nicht sicher betrieben werden kann. Die Schaltzeitpunkte können beispielsweise mit den Zeitpunkten übereinstimmen, für die die Betriebsparameter simuliert werden.
Es ist weiter bevorzugt, wenn das System zum Ermitteln des zumindest einen alternativen Schaltzustandes weiterhin dazu konfiguriert ist, im Rahmen der Simulation für jeden der Mehrzahl von potentiellen Schaltzuständen für jeden Schaltzeitpunkt einen maximalen Zeitraum zu bestimmen, über den der potentielle Schaltzustand betrieben werden kann, ohne dass zumindest ein Betriebsparameter der Mehrzahl von Komponenten einen Grenzwert überschreitet, und auf Grundlage der bestimmten maximalen Zeiträume den zumindest einen alternativen Schaltzustand vorzuschlagen.
In der bevorzugten Ausführungsform wird für jeden Schaltzustand und jeden Schaltzeitpunkt ermittelt, wie lange die elektrische Verteilanordnung in Abhängigkeit vom Schaltzeitpunkt in dem Schaltzustand betrieben werden kann, bis ein Grenzwert überschritten wird, wobei ein Grenzwert auch erst dann überschritten sein kann, wenn eine Zeitdauer überschritten ist, für die der Betriebsparameter den Grenzwert überschreiten darf, ohne dass dieser als überschritten gilt. Diese Zeitdauer gibt somit an, wie lange der neue gewählte Schaltzustand ohne Überschreitung eines Grenzwerts betrieben werden kann.
Die so bestimmten maximalen Zeiträume ermöglichen dem System auf vorteilhafte Weise, beim Überschreiten eines Grenzwerts durch einen Betriebsparameter auf vorteilhafte Weise einen alternativen Schaltzustand vorzuschlagen, der möglichst lange betrieben werden kann.
Vorzugsweise ist das System weiterhin dazu konfiguriert, für jeden potentiellen Schaltzustand aus den für die Schaltzeitpunkte bestimmten maximalen Zeiträumen einen minimalen Zeitraum zu bestimmen, über den die Schaltanordnung unabhängig vom Schaltzeitpunkt in dem Schaltzustand betrieben werden kann, ohne dass ein Grenzwert durch einen simulierten Betriebsparameter als überschritten gilt, und denjenigen Schaltzustand oder einen derjenigen Schaltzustände der Mehrzahl von potentiellen Schaltzuständen als den zumindest einen alternativen Schaltzustand vorzuschlagen, bei dem der bestimmte minimale Zeitraum, über den die Schaltanordnung unabhängig vom Schaltzeitpunkt in dem Schaltzustand betrieben werden kann, im Vergleich zu allen anderen bestimmten minimalen Zeiträumen der Mehrzahl von potentiellen Schaltzuständen am längsten ist.
Für jeden Schaltzustand wird mithin die minimale Zeit bestimmt, über die die elektrische Verteilanordnung in dem Schaltzeitpunkt betrieben werden kann, ohne dass ein Grenzwert als überschritten gilt. Diese Zeit gibt somit an, wie lange die elektrische Verteilanordnung in jedem Fall in dem Schaltzustand betrieben werden kann, unabhängig davon, wann auf den jeweiligen Schaltzustand umgeschaltet wird. Aus allen Schaltzuständen wird nun derjenige bzw. werden nun diejenigen ausgewählt, für die die minimale Zeit am längsten ist, so dass das System unabhängig von dem Zeitpunkt, an dem eine Änderung aufgrund der Überschreitung eines Grenzwerts notwendig wird, möglichst lange im neuen Schaltzustand betrieben werden kann.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn das System dazu konfiguriert ist, Betriebsparameter der elektrischen Komponenten als Grundlage für die Simulation der zukünftigen Entwicklung der Betriebsparameter der Komponenten mittels Verfahren der Mustererkennung bzw. des Maschinenlernens auszuwerten.
Vorzugsweise sind die Komponenten der Verteilanordnung Transformatoren, ein Betriebsparameter ist vorzugsweise eine Hot-Spot-Temperatur in Windungen der Transformatoren oder eine Top-Oil-Temperatur der Transformatoren und/oder ein Betriebsparameter der Transformatoren ist ein elektrischer Strom, der durch die Transformatoren fließt.
Die Umgebungsparameter der elektrischen Komponenten sind vorzugsweise Umgebungstemperaturen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Betriebsparameter einer Komponente mit mindestens einem dynamischen Grenzwert verglichen, wobei ein dynamischer Grenzwert nur dann als überschritten gilt, wenn der mit dem Grenzwert verglichene Betriebsparameter den Grenzwert für eine vorbestimmte Zeit überschreitet, und wobei vorzugsweise zumindest ein Betriebsparameter einer Komponente mit mindestens einem absoluten Grenzwert verglichen wird, wobei ein absoluter Grenzwert als überschritten gilt, sobald der mit dem Grenzwert verglichene Betriebsparameter den Grenzwert überschreitet.
In einem zweiten Aspekt wird das der Erfindung zugrundeliegende Problem durch ein Verfahren zur Optimierung eines Schaltzustandes einer Schaltanordnung einer elektrischen Verteilanordnung gelöst, wobei die elektrische Verteilanordnung zumindest einen Versorgungseingang, die Schaltanordnung und zumindest einen Abgang aufweist, wobei die Schaltanordnung eine Mehrzahl von Schaltzuständen aufweist, wobei in jedem Schaltzustand der Mehrzahl von Schaltzuständen zumindest ein Abgang der Verteilanordnung mittels der Schaltanordnung über eine Komponente der Mehrzahl von Komponenten elektrisch mit zumindest einem Versorgungseingang der Schaltanordnung verbunden ist, wobei sich jeder Schaltzustand von jedem anderen Schaltzustand darin unterscheidet, dass zumindest ein Abgang über eine andere Komponente der Mehrzahl von Komponenten mit zumindest einen Versorgungseingang elektrisch verbunden ist, und wobei die Schaltanordnung zumindest so viele Schaltzustände aufweist, dass jeder Abgang über zwei unterschiedliche Komponenten der Mehrzahl von Komponenten elektrisch mit dem Versorgungseingang verbunden werden kann, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

• Simulieren einer zukünftigen Entwicklung von Betriebsparametern der Mehrzahl von Komponenten auf Grundlage von Betriebsparametern der Komponenten, eines aktuellen Schaltzustands der Schaltanordnung, an dem zumindest einen Abgang anliegenden Lasten und aktuellen Umgebungsparametern der Mehrzahl von Komponenten sowie von Prognosen eines Verlaufs der Umgebungsparameter der Mehrzahl von Komponenten und von Prognosen eines Verlaufs von an dem zumindest einen Abgang anliegenden Lasten,
• Vergleichen der simulierten Betriebsparameter mit Grenzwerten und
• sofern ein oder mehrere Grenzwerte zu einem zukünftigen Zeitpunkt in dem aktuellen Schaltzustand voraussichtlich als überschritten gelten, Vorschlagen zumindest eines alternativen Schaltzustands, in dem keiner der simulierten Betriebsparameter als überschritten gilt.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird der alternative Schaltzustand von einer zentralen Datenverarbeitungseinheit vorgeschlagen.
Vorzugsweise ist an jeder Komponente der Mehrzahl von Komponenten eine Überwachungseinheit angeordnet, die Betriebsparameter der Komponente bereitstellt, auf deren Grundlage die zukünftige Entwicklung der Betriebsparameter der Mehrzahl von Komponenten simuliert wird. Dabei wird die zukünftige Entwicklung der Betriebsparameter jeder Komponente vorzugsweise durch die Überwachungseinheit der jeweiligen Komponenten simuliert. Alternativ ist es bevorzugt, dass die zentrale Datenverarbeitungseinheit die zukünftige Entwicklung der Betriebsparameter der Komponenten simuliert.
Es ist weiter bevorzugt, wenn im Rahmen des Verfahrens ein Zeitpunkt vorgeschlagen wird, zu dem in den zumindest einen alternativen Schaltzustand gewechselt werden soll.
Zum Ermitteln des zumindest einen alternativen Schaltzustands für eine Mehrzahl von potentiellen Schaltzuständen der Schaltanordnung wird vorzugsweise die zukünftige Entwicklung der Betriebsparameter der Mehrzahl von Komponenten für einen vorbestimmten Zeitraum auf Grundlage der Betriebsparameter, des aktuellen Schaltzustands, der an den Schaltausgängen anliegenden Lasten und der aktuellen Umgebungsparameter sowie der Prognose des Verlaufs der Umgebungsparameter und der Prognose des Verlaufs der an dem zumindest einen Abgang anliegenden Lasten simuliert.
Dabei ist es bevorzugt, wenn zum Ermitteln des zumindest einen alternativen Schaltzustands für die Mehrzahl von potentiellen Schaltzuständen der Schaltanordnung die zukünftige Entwicklung der Betriebsparameter der Mehrzahl von Komponenten für verschiedene Schaltzeitpunkte simuliert wird, zu denen vom aktuellen Schaltzustand in den jeweiligen potentiellen Schaltzustand umgeschaltet wird.
Vorzugsweise wird zum Ermitteln des zumindest einen alternativen Schaltzustands im Rahmen der Simulation für jeden der Mehrzahl von potentiellen Schaltzustände für jeden Schaltzeitpunkt ein maximaler Zeitraum bestimmt, über den der potentielle Schaltzustand betrieben werden kann, ohne dass zumindest ein Grenzwert durch einen simulierten Betriebsparameter als überschritten gilt, und auf Grundlage der bestimmten maximalen Zeiträume der zumindest eine alternative Schaltzustand vorgeschlagen wird. Dabei wird vorzugsweise für jeden potentiellen Schaltzustand aus den maximalen Zeiträumen für die verschiedenen Schaltzeitpunkte ein minimaler Zeitraum bestimmt, über den die Schaltanordnung in dem jeweiligen Schaltzustand unabhängig vom Schaltzeitpunkt betrieben werden kann, ohne dass ein Grenzwert als überschritten gilt, und wobei derjenige Schaltzustand oder einer derjenigen Schaltzustände der Mehrzahl von potentiellen Schaltzuständen als alternativer Schaltzustand vorgeschlagen wird, bei dem der bestimmte minimale Zeitraum, über den die Schaltanordnung unabhängig vom Schaltzeitpunkt in dem Schaltzustand betrieben werden kann, im Vergleich zu allen anderen bestimmten minimalen Zeiträumen der Mehrzahl von potentiellen Schaltzuständen am längsten ist.
Vorzugsweise werden Betriebsparameter der Komponenten als Grundlage für die Simulation der zukünftigen Entwicklung der Betriebsparameter der Komponenten mittels Verfahren der Mustererkennung bzw. des Maschinenlernens ausgewertet.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Komponenten der Verteilanordnung Transformatoren, wobei ein Betriebsparameter der Transformatoren vorzugsweise eine Hot-Spot-Temperatur in Windungen der Transformatoren ist, wobei ein Betriebsparameter der Transformatoren vorzugsweise eine maximale Top-Oil-Temperatur ist und/oder wobei zumindest ein Betriebsparameter der Transformatoren ein elektrischer Strom vorzugsweise ist, der durch den jeweiligen Transformator fließt.
Die Umgebungsparametern der Komponenten sind vorzugsweise Umgebungstemperaturen.
Zumindest ein Betriebsparameter einer Komponente wird mit mindestens einem dynamischen Grenzwert verglichen, wobei ein dynamischer Grenzwert nur dann als überschritten gilt, wenn der mit dem Grenzwert verglichene Betriebsparameter den Grenzwert für eine vorbestimmte Zeit überschreitet, und wobei vorzugsweise zumindest ein Betriebsparameter einer Komponente mit mindestens einem absoluten Grenzwert verglichen wird, wobei ein absoluter Grenzwert als überschritten gilt, sobald der mit dem Grenzwert verglichene Betriebsparameter den Grenzwert überschreitet.
Die Vorteile der unterschiedlichen Ausführungsformen des Verfahrens entsprechen den Vorteilen der entsprechenden Ausführungsformen des Systems. Zudem können die im Rahmen der Beschreibung des Systems dargestellten Ausgestaltungen des Systems auch auf das Verfahren übertragen werden.
Nachfolgend werden bezugnehmend auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel eines Systems zur Optimierung eines Schaltzustands einer Schaltanordnung einer elektrischen Verteilanordnung sowie ein Ausführungsbeispiel eines entsprechenden Verfahrens näher erläutert. Dabei zeigt

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer elektrischen Verteilanordnung mit einer Schaltanordnung,
2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Datenverarbeitungseinrichtung und
3 ein Flussdiagram einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Optimierung eines Schaltzustands einer Schaltanordnung einer elektrischen Verteilanordnung.

1 zeigt eine Ausführungsform einer elektrischen Verteilanordnung 1 in Form eines Umspannwerks 3. Die Verteilanordnung 1 umfasst einen Versorgungseingang 5, mehrere Abgänge 7 sowie mehrere elektrische Komponenten oder Betriebsmittel 9. In 1 sind nur drei Abgänge 7 und nur drei elektrische Komponenten 9 dargestellt, die Verteilanordnung 1 umfasst jedoch weitere Abgänge und elektrische Komponenten.
Der Versorgungseingang 5 ist über Freileitungen 10 mit drei Erzeugern 13 verbunden, bei denen es sich beispielsweise um Windenergieanlagen handeln kann. Über weitere, mit den Abgängen 7 verbundene Leitungen, die in 1 nicht dargestellt sind, ist die elektrische Verteilanordnung 1 mit ebenfalls nicht dargestellten Lasten oder Verbrauchern verbunden.
Bei den in dem Ausführungsbeispiel dargestellten elektrischen Komponenten 9 der Verteilanordnung 1 handelt es sich um Transformatoren 11. An jedem Transformator 11 ist eine Überwachungseinheit 15 angeordnet, die Betriebsparameter und Kennzahlen des Transformators 11 ermittelt und verwaltet. Beispielsweise ermittelt die Überwachungseinheit 15 unter Verwendung eines nicht dargestellten Sensors als einen Betriebsparameter eine Top-Oil-Temperatur des Transformators 11 und bestimmt aus dieser unter Verwendung eines mathematischen Modells sowie weiterer Betriebsparameter und von Kennzahlen des Transformators 11 eine Hot-Spot-Temperatur des Transformators 11 in Windungen von Spulen des Transformators 11. Die Überwachungseinheit 15 erfasst zudem den Strom, der durch den Transformator 11 fließt. Weiterhin werden in der Überwachungseinheit 15 zeitlich unveränderliche Kenndaten wie Nennleistung und Baujahr des Transformators und historische Daten wie beispielsweise DGA Analysen, Inbetriebnahmetests und Ergebnisse von visuellen Inspektionen vorgehalten.
Für jede elektrische Komponente 9 sind Grenzwerte definiert, die im Betrieb nicht überschritten werden dürfen. Die Grenzwerte können in den Überwachungseinheiten hinterlegt sein. Dabei wird vorliegend zwischen absoluten Grenzwerten und relativen Grenzwerten unterschieden. Ein absoluter Grenzwert darf in keinem Fall überschritten werden, gilt also unabhängig von der Dauer, die er überschreiten wird, als überschritten. Beispielsweise kann ein maximaler Strom oder eine maximale Auslastung eines Transformators 11 definiert werden, die auf keinen Fall überschritten werden darf. Beispielsweise kann festgelegt werden, dass die Auslastung eines Transformators 140 % der Nennleistung nicht überschreiten darf. Relative Grenzwerte umfassen zusätzlich eine zeitliche Komponente. Als relativer Grenzwert kann beispielsweise eine bestimmte Auslastung festgelegt werden, die für einen vorbestimmten Zeitraum überschritten werden darf, ohne dass der Grenzwert als überschritten gilt. Zum Beispiel kann für einen Transformator festgelegt werden, dass die Auslastung über 100 % der Nennleistung auf bis zu 120 % der Nennleistung für einen Zeitraum von einer Stunde überschritten werden darf. Erst wenn auch die zeitliche Komponente des Grenzwerts überschritten wird, gilt dieser als überschritten.
Die elektrische Verteilanordnung umfasst zudem eine Schaltanordnung 17, die von einer Mehrzahl von Leistungsschaltern 19 und Trennschaltern 21, zusammenfassend als Schalter 19, 21 bezeichnet, gebildet wird. Die Schaltanordnung 17 kann verschiedene Schaltzustände annehmen, in denen jeweils unterschiedliche Schalter 19, 21 geöffnet und geschlossen und damit unterschiedliche elektrische Komponenten 9 mit Abgängen 7 und dem Versorgungseingang 5 verbunden sind.
Schließlich umfasst die elektrische Verteilanordnung 1 eine zentrale Datenverarbeitungseinrichtung oder Datenverarbeitungseinheit 23, die mit den Überwachungseinheiten 15 und auch mit einer Steuerung 25 des Umspannwerks 3, die insbesondere die Stellungen der Schalter 19, 21 und damit die Schaltzustände der Schaltanordnung 17 steuert, verbunden ist. Die zentrale Datenverarbeitung 23 ist weiterhin mit externen Datenquellen (nicht dargestellt) verbundenen, auf die nachfolgend noch näher eingegangen werden wird. Die Verbindungen der Datenverarbeitungseinheit 23 sind in 1 nicht dargestellt, um die Darstellung übersichtlich zu halten.
2 zeigt schematisch den Aufbau einer beispielhaften Datenverarbeitungseinheit 23, wie der in 1 gezeigten. Diese umfasst eine zentrale Recheneinheit oder CPU 27, eine Kommunikationseinheit 29 und einen Speicher 31. Weiterhin zeigt 2 eine Benutzerschnittstelle 33, wie zum Beispiel ein Bildschirm und ein oder mehrere Eingabegeräte, über die ein Nutzer mit der zentralen Datenverarbeitungseinheit 23 interagieren kann und über die dem Nutzer Ergebnisse des Systems angezeigt werden können. Die Benutzerschnittstelle 33 ist nicht notwendigerweise Teil der zentralen Datenverarbeitungseinheit 23. Über die Kommunikationseinheit 29 kann die zentrale Datenverarbeitungseinheit 23 unter anderem mit der Steuerung 25, den Überwachungseinheiten 15 sowie weiteren Datenquellen (nicht dargestellt) kommunizieren, d.h., Daten empfangen und senden.
Nachfolgend wird der Betrieb des Ausführungsbeispiels eines Systems 35 zur Optimierung des Schaltzustands der Schaltanordnung 17 der elektrischen Verteilanordnung 1 und eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens bezugnehmend auf 3 näher erläutert. Das System kann dabei - je nach Ausführungsform - alleine von der entsprechend konfigurierten zentralen Datenverarbeitungseinheit 23 gebildet werden, zusätzlich die Überwachungseinheiten 15 umfassen oder auch weitere Elemente der Verteilanordnung umfassen.
In einem ersten Schritt 37 des Verfahrens wird auf Grundlage von erwarteten Lasten an den Abgängen 7 sowie von erwarteten Entwicklungen von Umgebungsparameter der elektrischen Komponenten 9 simuliert, wie sich zumindest ein Betriebsparameter der elektrischen Komponenten 9 ausgehend von einem aktuellen Wert des Betriebsparameters über einen Prognosezeitraum entwickelt. Der Prognosezeitraum, der beispielsweise 24 Stunden beträgt, kann hierzu in konstante Zeitabschnitte unterteilt werden, beispielsweise 15 Minuten, zu denen jeweils simuliert wird. Sowohl der Prognosezeitraum als auch die Zeitpunkte bzw. Zeitabschnitte können flexibel angepasst werden, wenn die externen Datenquellen Prognosen für längere und/oder detailreichere Prognosezeiträume bereitstellen. Wird die Simulation fortlaufend aktualisiert, wandert der Prognosezeitraum und mit ihm die Prognosezeitpunkte fortlaufend weiter.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die erwarteten Lasten über den Prognosezeitraum sowie die in diesem Zeitraum erwartete Entwicklung der Umgebungstemperatur, die den Umgebungsparameter darstellt, von externen Datenquellen über die Kommunikationseinheit 29 der zentralen Datenverarbeitungseinheit 23 zur Verfügung gestellt. Der Betriebsparameter ist die Hot-Spot-Temperatur der Transformatoren 11, dessen Entwicklung über den Prognosezeitraum entweder von der zentralen Datenverarbeitungseinheit 23 selbst oder von der jeweiligen Überwachungseinheit 15 simuliert werden kann. Im letzteren Fall müssten notwendige Eingangsgrößen für die Simulation, wie beispielsweise der Verlauf der Umgebungstemperatur und der Lasten, von den zentralen Datenverarbeitungseinheit 23 an die Überwachungseinheiten 15 übertragen werden.
Der Prognosezeitraum beträgt im Ausführungsbeispiel 24 Stunden, wobei die Simulation der Hot-Spot-Temperatur in Intervallen von 15 Minuten erfolgt. Alternativ kann der Prognosezeitraum auch einen längeren Zeitraum, beispielsweise 48 oder 72 Stunden oder einen kürzeren Zeitraum beispielsweise 12 Stunden umfassen und/oder die Simulationsintervalle länger oder kürzer ausgestaltet sein.
Im zweiten Schritt 39 des Verfahrens werden die simulierten Betriebsparameter mit relativen und absoluten Grenzwerten verglichen, die bereits vorgestellt wurden. Auch dieser Vergleich kann in der zentralen Datenverarbeitungseinrichtung 23 oder den Überwachungseinheiten 15 erfolgen, wobei es im ersten Fall denkbar ist, dass die zentrale Datenverarbeitungseinheit 23 die Grenzwerte an den Überwachungseinheiten 15 abfragt.
Wird dabei festgestellt, dass ein Grenzwert im Prognosezeitraum als überschritten gilt, schlägt die zentrale Datenverarbeitungseinheit 23 in einem dritten Schritt 41 einen alternativen Schaltzustand vor, in dem kein Grenzwert überschritten wird. Die Schaltzustände können einem Bediener der elektrischen Verteilanordnung 1 beispielsweise über die Benutzerschnittstelle 33 angezeigt oder direkt an die Steuerung 25 des Umspannwerks 3 übertragen werden.
Um einen oder mehrere alternative Schaltzustände zu bestimmten werden in einem ersten Teilschritt 43 für jeden möglichen Schaltzustand in einem zweiten Teilschritt 45 alle Schaltzeitpunkte durchlaufen und - für jede Kombination aus Schaltzustand und Schaltzeitpunkt - in einem dritten Teilschritt 47 auf Grundlage der Ausgangswerte für die Betriebsparameter, den erwarteten Verlauf der Lasten und den erwarteten Verlauf der Umgebungsparameter der Verlauf der Betriebsparameter simuliert. Diese Simulationen können entweder von der zentralen Datenverarbeitungseinrichtung 23 oder den Überwachungseinheiten 15 durchgeführt werden. Zusätzlich wird im dritten Teilschritt 47 für jeden Schaltzeitpunkt und jeden Schaltzustand die maximale Zeit bestimmt, für den die Verteilanordnung in dem Schaltzustand betrieben werden kann, ohne dass ein Grenzwert als überschritten gilt.
In einem vierten Teilschritt 49 wird für jeden Schaltzustand aus den in Abhängigkeit vom Schaltzeitpunkt bestimmten maximalen Zeiten eine minimale Zeit bestimmt, die die elektrische Verteilanordnung 1 unabhängig vom Schaltzeitpunkt in dem Schaltzustand betrieben werden kann. Diese Zeit ist somit ein Maß dafür, wie lange der Schaltzustand in jedem Fall betrieben werden kann, ohne dass dabei der Schaltzeitpunkt berücksichtigt werden muss.
Schließlich wird im fünften und abschließenden Teilschritt 51 des dritten Schritts 41 derjenige Schaltzustand oder diejenigen Schaltzustände ausgewählt, bei denen die minimale Zeit am Längsten ist. So werden auf vorteilhaft Weise ein oder mehrere Schaltzustände ermittelt, die unabhängig vom Schaltzeitpunkt möglichst lange betrieben werden können. Dieser Schaltzustand oder diese Schaltzustände werden einem Bediener der elektrischen Schaltvorrichtung 1 als alternative Schaltzustände vorgeschlagen.
In einem sechster und abschließenden Schritt 53 wird dem Bediener auch ein bevorzugten Schaltzeitpunkt vorgeschlagen. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn es ausgewählte Schaltzeitpunkte gibt, zu denen in alternative Schaltzustände umgeschaltet werden kann, die zu diesem Schaltzeitpunkt länger betrieben werden können, als wenn zu anderen Schaltzeitpunkten umgeschaltet wird.
Abschließend sei darauf hingewiesen, dass die vorstehend verwendete Abfolge von Schritten und Teilschritten nicht zwingend ist. Beispielsweise können Berechnungsschritte parallelisiert werden, es kann unmittelbar während der Simulation der alternativen Schaltzustände und Schaltzeitpunkte die minimale Zeit erfasst werden. Zudem ist es auch denkbar, die Bestimmung von alternativen Schaltzuständen abzubrechen, sobald eine vorbestimmte Anzahl von Schaltzuständen aufgefunden wurde, die über den gesamten Prognosezeitraum betrieben werden kann, ohne dass ein Grenzwert überschritten wird.
Bezugszeichenliste

1: elektrische Verteilanordnung
3: Umspannwerk
5: Versorgungseingang
7: Abgang
9: elektrische Komponenten, Betriebsmittel
10: Freileitungen
11: Transformator
13: Erzeuger
15: Überwachungseinheit
17: Schaltanordnung
19: Leistungsschalter
21: Trennschalter
23: zentrale Datenverarbeitungseinrichtung, Datenverarbeitungseinheit
25: Steuerung des Umspannwerks bzw. der elektrischen Verteilanordnung
27: CPU
29: Kommunikationseinheit
31: Speicher
33: Benutzerschnittstelle
35: System
37: erster Schritt
39: zweiter Schritt
41: dritter Schritt
43: erster Teilschritt
45: zweiter Teilschritt
47: dritter Teilschritt
49: vierter Teilschritt
51: fünfter Teilschritt
53: sechster Schritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2018/137980 A1 [0005]

Claims

System (35) zur Optimierung eines Schaltzustandes einer Schaltanordnung (17) einer elektrischen Verteilanordnung (1), wobei die elektrische Verteilanordnung (1) zumindest einen Versorgungseingang (5), die Schaltanordnung (17), eine Mehrzahl von elektrischen Komponenten (9) und zumindest einen Abgang (7) aufweist, wobei die Schaltanordnung (17) eine Mehrzahl von Schaltzuständen aufweist, wobei in jedem Schaltzustand der Mehrzahl von Schaltzuständen zumindest ein Abgang (7) der Verteilanordnung (1) mittels der Schaltanordnung (17) über mindestens eine Komponente der Mehrzahl von Komponenten (9) elektrisch mit zumindest einem Versorgungseingang (5) der Verteilanordnung (1) verbunden ist, wobei sich jeder Schaltzustand von jedem anderen Schaltzustand darin unterscheidet, dass zumindest ein Abgang (7) über eine andere Komponente der Mehrzahl von Komponenten (9) mit zumindest einem Versorgungseingang (5) elektrisch verbunden ist, und wobei die Schaltanordnung (17) zumindest so viele Schaltzustände aufweist, dass jeder Abgang (7) über zwei unterschiedliche Komponenten (9) der Mehrzahl von Komponenten (9) elektrisch mit zumindest einem Versorgungseingang (5) verbunden werden kann, wobei das System (35) dazu konfiguriert ist, auf Grundlage von Betriebsparametern der Komponenten (9) der Mehrzahl von Komponenten (9), eines aktuellen Schaltzustands der Schaltanordnung (17), an dem zumindest einen Abgang (7) der Verteilanordnung (1) aktuell anliegenden Lasten und von aktuellen Umgebungsparametern der Komponenten (9) sowie von Prognosen eines erwarteten zukünftigen Verlaufs der Umgebungsparameter der Komponenten (9) und von Prognosen eines erwarteten zukünftigen Verlaufs der an dem zumindest einen Abgang (7) anliegenden Lasten eine zukünftige Entwicklung von Betriebsparametern der Mehrzahl von Komponenten (9) zu simulieren, diese mit Grenzwerten zu vergleichen und, sofern ein oder mehrere Grenzwerte zu einem zukünftigen Zeitpunkt voraussichtlich als überschritten gelten, zumindest einen alternativen Schaltzustand vorzuschlagen, der so gewählt wurde, dass keiner der Betriebsparameter einen Grenzwert überschreitet.
System (35) nach Anspruch 1, wobei das System (35) eine zentrale Datenverarbeitungseinheit (23) umfasst, die dazu konfiguriert ist, den alternativen Schaltzustand vorzuschlagen.
System (35) nach Anspruch 1 oder 2, wobei an zumindest einer Komponente (9) der Mehrzahl von Komponenten (9) eine Überwachungseinheit (15) angeordnet ist, die dazu konfiguriert ist, Betriebsparameter der Komponente (9) bereitzustellen, auf deren Grundlage der zukünftige Verlauf der Betriebsparameter der Mehrzahl von Komponenten (9) simuliert wird.
System (35) nach Anspruch 3, wobei die Überwachungseinheit (15) der zumindest einen Komponente (9) dazu konfiguriert ist, die zukünftige Entwicklung der Betriebsparameter der jeweiligen Komponente (9) zu simulieren.
System (35) nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die zentrale Datenverarbeitungseinheit (23) dazu konfiguriert ist, die zukünftige Entwicklung der Betriebsparameter zumindest einer Komponenten (9) zu simulieren.
System (35) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiterhin dazu konfiguriert ist, einen Zeitpunkt vorzuschlagen, zu dem in den zumindest einen alternativen Schaltzustand gewechselt werden sollte.
System (35) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das zum Ermitteln des zumindest einen alternativen Schaltzustandes weiterhin dazu konfiguriert ist, für eine Mehrzahl von potentiellen Schaltzuständen der Schaltanordnung (17) die zukünftige Entwicklung der Betriebsparameter der Mehrzahl von Komponenten (9) für einen vorbestimmten Zeitraum auf Grundlage der Betriebsparameter, des aktuellen Schaltzustands, der an dem zumindest einen Abgang (7) anliegenden Lasten und der aktuellen Umgebungsparameter sowie der Prognosen des erwarteten zukünftigen Verlaufs der Umgebungsparameter und der Prognosen des erwarteten zukünftigen Verlaufs der an dem zumindest einen Abgang (7) anliegenden Lasten zu simulieren.
System (35) nach Anspruch 7, das zum Ermitteln des zumindest einen alternativen Schaltzustandes weiterhin dazu konfiguriert ist, für die Mehrzahl von potentiellen Schaltzuständen der Schaltanordnung (17) die zukünftige Entwicklung der Betriebsparameter der Mehrzahl von Komponenten (9) für verschiedene Schaltzeitpunkte zu simulieren, zu denen vom aktuellen Schaltzustand in den jeweiligen potentiellen Schaltzustand umgeschaltet wird.
System (35) nach Anspruch 8, das zum Ermitteln des zumindest einen alternativen Schaltzustandes weiterhin dazu konfiguriert ist, im Rahmen der Simulation für jeden der Mehrzahl von potentiellen Schaltzuständen für jeden Schaltzeitpunkt einen maximalen Zeitraum zu bestimmen, über den der potentielle Schaltzustand betrieben werden kann, ohne dass zumindest ein Betriebsparameter der Mehrzahl von Komponenten (9) einen Grenzwert überschreitet, und auf Grundlage der bestimmten maximalen Zeiträume den zumindest einen alternativen Schaltzustand vorzuschlagen.
System (35) nach Anspruch 9, das weiterhin dazu konfiguriert ist, für jeden potentiellen Schaltzustand aus den für die Schaltzeitpunkte bestimmten maximalen Zeiträumen einen minimalen Zeitraum zu bestimmen, über den die Schaltanordnung (17) unabhängig vom Schaltzeitpunkt in dem Schaltzustand betrieben werden kann, ohne dass ein Grenzwert durch einen simulierten Betriebsparameter als überschritten gilt, und denjenigen Schaltzustand oder einen derjenigen Schaltzustände der Mehrzahl von potentiellen Schaltzuständen als den zumindest einen alternativen Schaltzustand vorzuschlagen, bei dem der bestimmte minimale Zeitraum, über den die Schaltanordnung (17) unabhängig vom Schaltzeitpunkt in dem Schaltzustand betrieben werden kann, im Vergleich zu allen anderen bestimmten minimalen Zeiträumen der Mehrzahl von potentiellen Schaltzuständen am längsten ist.
System (35) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das dazu konfiguriert ist, Betriebsparameter der Komponenten (9) als Grundlage für die Simulation der zukünftigen Entwicklung der Betriebsparameter der Komponenten (9) mittels Verfahren der Mustererkennung bzw. des Maschinenlernens auszuwerten.
Verfahren zur Optimierung eines Schaltzustandes einer Schaltanordnung (17) einer elektrischen Verteilanordnung (1), wobei die elektrische Verteilanordnung (1) zumindest einen Versorgungseingang (5), die Schaltanordnung (17) und zumindest einen Abgang (7) aufweist, wobei die Schaltanordnung (17) eine Mehrzahl von Schaltzuständen aufweist, wobei in jedem Schaltzustand der Mehrzahl von Schaltzuständen zumindest ein Abgang (7) der elektrischen Verteilanordnung (1) mittels der Schaltanordnung (17) über eine Komponente der Mehrzahl von Komponenten (9) elektrisch mit zumindest einem Versorgungseingang (5) der elektrischen Verteilanordnung (1) verbunden ist, wobei sich jeder Schaltzustand von jedem anderen Schaltzustand darin unterscheidet, dass zumindest ein Abgang (7) über eine andere Komponente der Mehrzahl von Komponenten (9) mit zumindest einem Versorgungseingang (5) elektrisch verbunden ist, und wobei die Schaltanordnung (17) zumindest so viele Schaltzustände aufweist, dass jeder Abgang (7) über zwei unterschiedliche Komponenten (9) der Mehrzahl von Komponenten (9) elektrisch mit dem Versorgungseingang (5) verbunden werden kann, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: • Simulieren einer zukünftigen Entwicklung von Betriebsparametern der Mehrzahl von Komponenten (9) auf Grundlage von Betriebsparametern der Komponenten (9), eines aktuellen Schaltzustands der Schaltanordnung (17), an dem zumindest einen Abgang (7) anliegenden Lasten und aktuellen Umgebungsparametern der Mehrzahl von Komponenten (9) sowie von Prognosen eines Verlaufs der Umgebungsparameter der Mehrzahl von Komponenten (9) und von Prognosen eines Verlaufs von an dem zumindest einen Abgang (7) anliegenden Lasten, • Vergleichen der simulierten Betriebsparameter mit Grenzwerten und • sofern ein oder mehrere Grenzwerte zu einem zukünftigen Zeitpunkt in dem aktuellen Schaltzustand voraussichtlich als überschritten gelten, Vorschlagen zumindest eines alternativen Schaltzustands, in dem keiner der simulierten Betriebsparameter als überschritten gilt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der alternative Schaltzustand von einer zentralen Datenverarbeitungseinheit (23) vorgeschlagen wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei an zumindest einer Komponente (9) der Mehrzahl von Komponenten (9) eine Überwachungseinheit (15) angeordnet ist, die Betriebsparameter der Komponenten (9) bereitstellt, auf deren Grundlage die zukünftige Entwicklung der Betriebsparameter der Mehrzahl von Komponenten (9) simuliert wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die zukünftige Entwicklung der Betriebsparameter der zumindest einen Komponente (9) durch die Überwachungseinheit (15) der jeweiligen Komponenten (9) simuliert wird.
Verfahren nach einen der Ansprüche 12 bis 15, wobei die zentrale Datenverarbeitungseinheit (23) die zukünftige Entwicklung der Betriebsparameter zumindest einer Komponenten (9) simuliert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, bei dem weiterhin ein Zeitpunkt vorgeschlagen wird, zu dem in den zumindest einen alternativen Schaltzustand gewechselt werden soll.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei zum Ermitteln des zumindest einen alternativen Schaltzustands für eine Mehrzahl von potentiellen Schaltzuständen der Schaltanordnung (17) die zukünftige Entwicklung der Betriebsparameter der Mehrzahl von Komponenten (9) für einen vorbestimmten Zeitraum auf Grundlage der Betriebsparameter, des aktuellen Schaltzustands, der an den Schaltausgängen anliegenden Lasten und der aktuellen Umgebungsparameter sowie der Prognose des Verlaufs der Umgebungsparameter und der Prognose des Verlaufs der an dem zumindest einen Abgang (7) anliegenden Lasten simuliert wird.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei zum Ermitteln des zumindest einen alternativen Schaltzustands für die Mehrzahl von potentiellen Schaltzuständen der Schaltanordnung (17) die zukünftige Entwicklung der Betriebsparameter der Mehrzahl von Komponenten (9) für verschiedene Schaltzeitpunkte simuliert wird, zu denen vom aktuellen Schaltzustand in den jeweiligen potentiellen Schaltzustand umgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei zum Ermitteln des zumindest einen alternativen Schaltzustands im Rahmen der Simulation für jeden der Mehrzahl von potentiellen Schaltzustände für jeden Schaltzeitpunkt ein maximaler Zeitraum bestimmt wird, über den der potentielle Schaltzustand betrieben werden kann, ohne dass zumindest ein Grenzwert als durch einen simulierten Betriebsparameter als überschritten gilt, und auf Grundlage der bestimmten maximalen Zeiträume der zumindest eine alternative Schaltzustand vorgeschlagen wird.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei für jeden potentiellen Schaltzustand aus den maximalen Zeiträumen für die verschiedenen Schaltzeitpunkte ein minimaler Zeitraum bestimmt wird, über den die Schaltanordnung (17) in dem jeweiligen Schaltzustand unabhängig vom Schaltzeitpunkt betrieben werden kann, ohne dass ein Grenzwert als überschritten gilt, und wobei derjenige Schaltzustand oder einer derjenigen Schaltzustände der Mehrzahl von potentiellen Schaltzuständen als alternativer Schaltzustand vorgeschlagen wird, bei dem der bestimmte minimale Zeitraum, über den die Schaltanordnung (17) unabhängig vom Schaltzeitpunkt in dem Schaltzustand betrieben werden kann, im Vergleich zu allen anderen bestimmten minimalen Zeiträumen der Mehrzahl von potentiellen Schaltzuständen am längsten ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 21, wobei Betriebsparameter der Komponenten (9) als Grundlage für die Simulation der zukünftigen Entwicklung der Betriebsparameter der Komponenten (9) mittels Verfahren der Mustererkennung bzw. des Maschinenlernens ausgewertet werden.
System (35) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 bzw. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 22, wobei die Komponenten (9) der Verteilanordnung (1) Transformatoren (11) sind, wobei ein Betriebsparameter der Transformatoren (9) vorzugsweise eine Hot-Spot-Temperatur in Windungen des Transformators (9) ist, wobei ein Betriebsparameter der Transformatoren (9) vorzugsweise eine Top-Oil-Temperatur ist und/oder wobei eine Betriebsparameter der Transformatoren (9) ein elektrischer Strom ist, der durch den jeweiligen Transformator (9) fließt.
System (35) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 oder 23 bzw. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 23, wobei die Umgebungsparameter der Komponenten (9) Umgebungstemperaturen sind.
System (35) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, 23 oder 24 bzw. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 24, wobei zumindest ein Betriebsparameter einer Komponente (9) mit mindestens einem dynamischen Grenzwert verglichen wird, wobei ein dynamischer Grenzwert nur dann als überschritten gilt, wenn der mit dem Grenzwert verglichene Betriebsparameter den Grenzwert für eine vorbestimmte Zeit überschreitet, und wobei vorzugsweise zumindest ein Betriebsparameter einer Komponente mit mindestens einem absoluten Grenzwert verglichen wird, wobei ein absoluter Grenzwert als überschritten gilt, sobald der mit dem Grenzwert verglichene Betriebsparameter den Grenzwert überschreitet.