DE102022105141A1

DE102022105141A1 - Überwachungssystem sowie Verfahren zur Überwachung eines Spannungsnetzes

Info

Publication number: DE102022105141A1
Application number: DE102022105141.2A
Authority: DE
Inventors: Christian Höhler
Original assignee: Dehn and Soehne GmbH and Co KG
Current assignee: Dehn SE and Co KG
Priority date: 2022-03-04
Filing date: 2022-03-04
Publication date: 2023-09-07
Also published as: WO2023166063A1

Abstract

Ein Überwachungssystem zur Überwachung eines Spannungsnetzes (12) weist ein in das Spannungsnetz (12) einzubindendes Schutzgerät (16) auf, das zumindest eine auslösende Schutzkomponente (18) umfasst. Das Schutzgerät (16) weist wenigstens eine Kommunikationsschnittstelle (26) auf, die eingerichtet ist, einen Zustandswert des Schutzgeräts (16) an eine separat ausgebildete Auswerteeinheit (30) zu übermitteln. Zudem ist ein Verfahren zur Überwachung eines Spannungsnetzes (12) beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Überwachungssystem zur Überwachung eines Spannungsnetzes. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung eines Spannungsnetzes mittels eines Überwachungssystems.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Schutzgeräte bekannt, beispielsweise Überspannungsschutzvorrichtungen („surge protection device“ - SPD), die auch als Überspannungsableiter bezeichnet werden. Derartige Schutzgeräte werden in ein zu überwachendes und zu schützendes Spannungsnetz eingebunden, beispielsweise ein Niederspannungsnetz, welches auch als Gebäudenetz bezeichnet wird.
Im Falle einer Überspannung, beispielsweise aufgrund eines Blitzereignisses, dient das Schutzgerät dazu, die vorliegende Überspannung abzuleiten, um im Spannungsnetz vorhandene Geräte vor den Auswirkungen der Überspannung zu schützen. Hierzu weist das Schutzgerät üblicherweise zumindest eine auslösende Schutzkomponente auf, die im Falle einer Überspannung anspricht und in einen leitenden oder quasi-leitenden Zustand übergeht, wodurch die Überspannung abgeleitet wird, da ein zugehöriger Strom fließt. Die auslösende Schutzkomponente wird daher auch als Abtrennvorrichtung bezeichnet, wobei sie beispielsweise als eine Funkenstrecke ausgebildet ist.
Typischerweise weisen derartige Schutzgeräte ein Anzeigeelement auf, welches den jeweiligen Zustand des Schutzgeräts anzeigt, beispielweise mittels eines mechanisch veränderbaren Anzeigeelements, das grün oder rot ist, wobei die jeweilige Farbe vom Zustand des Schutzgeräts abhängt, insbesondere vom Zustand der auslösenden Schutzkomponente. Eine solche Überspannungsvorrichtung ist beispielsweise aus der DE 10 2019 110 745 B3 bekannt.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Schutzgeräte sind jedoch lediglich dazu ausgebildet, die vorliegende Überspannung sicher und zuverlässig abzubauen, um eine Überlastung des Spannungsnetzes zu vermeiden und den Betrieb möglichst schnell wieder zu ermöglichen, sofern das Überspannungsereignis nicht mehr vorliegt. Zudem wird der aktuelle Zustand des Schutzgeräts vor Ort angezeigt, sodass ein Nutzer über den aktuellen Zustand informiert ist. Jedoch ist es mit derartigen Schutzgeräten nicht möglich, zusätzliche Erkenntnisse zu erhalten.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, derartige Schutzgeräte weiterzubilden, sodass mehr Informationen bereitgestellt werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Überwachungssystem zur Überwachung eines Spannungsnetzes, wobei das Überwachungssystem ein in das Spannungsnetz einzubindendes Schutzgerät aufweist, das zumindest eine auslösende Schutzkomponente umfasst. Das Schutzgerät weist wenigstens eine Kommunikationsschnittstelle auf, die eingerichtet ist, einen Zustandswert des Schutzgeräts an eine separat ausgebildete Auswerteeinheit zu übermitteln.
Der Grundgedanke der Erfindung ist es, eine ausgegliederte Auswertung bereitzustellen, wodurch das Schutzgerät selbst platzsparend ausgebildet sein kann. Die für die Auswertung benötigte Intelligenz bzw. Rechenleistung kann dagegen in einer separat zum Schutzgerät ausgebildeten Auswerteinheit implementiert werden, wodurch eine externe Logik geschaffen ist, die mit dem zumindest einen in das Spannungsnetz einzubindenden Schutzgerät kommuniziert, beispielsweise über ein Rechnernetzwerk wie dem Internet.
Demnach wird der Zustandswert in Form von Daten an die separat ausgebildete Auswerteeinheit übermittelt. Hierzu können Übertragungsprotokolle wie TCP verwendet werden, insbesondere TCP/IP.
In jedem Fall ist es aufgrund der separat ausgebildeten Auswerteeinheit möglich, dass diese eine entsprechend hohe Rechenleistung hat, wodurch auch komplexe Auswertungen durchgeführt werden können, welche bei einem herkömmlichen Schutzgerät nicht implementiert werden könnten. Dies liegt unter anderem daran, dass am Installationsort, typischerweise im Bereich einer Hutschiene, nur ein geringer Bauraum zur Verfügung steht.
Grundsätzlich kann das Überwachungssystem mehrere Schutzgeräte umfassen, die in demselben Spannungsnetz oder in unterschiedlichen Spannungsnetzen eingebunden sind. Die mehreren Schutzgeräte können Daten an dieselbe Auswerteeinheit senden, insbesondere mit der Auswerteeinheit kommunizieren. Hierdurch ist es möglich, dass die separat ausgebildete Auswerteeinheit mehrere Zustandswerte von unterschiedlichen Schutzgeräten erhält, wodurch die Auswerteeinheit mehr Daten und Informationen zur Verfügung hat, welche bei der Auswertung herangezogen werden können.
Die Auswertung kann so aufgrund einer entsprechend großen Datenbasis erfolgen. Hierdurch lassen sich Korrelationen zwischen unterschiedlichen Daten feststellen.
Beispielsweise können Korrelationen aufgrund der gemeinsamen Auswertung von unterschiedlichen Zustandswerten identifiziert werden, welche von unterschiedlichen Schutzgeräten erhalten wurden.
Bei der auslösenden Schutzkomponente kann es sich um eine (Hörner-)Funkenstrecke handeln, welche bei einer anliegenden Überspannung in einen leitenden bzw. quasi-leitenden Zustand übergeht.
Ein Aspekt sieht vor, dass der Zustandswert des Schutzgeräts ein vom Schutzgerät erfasster Messwert oder ein für einen Auslösezustand der auslösenden Schutzkomponente des Schutzgeräts repräsentativer Wert ist. Das Schutzgerät kann beispielsweise eine Mess- und/oder Sensoreinheit aufweisen, über die der entsprechende Messwert erfasst wird. Insbesondere handelt es sich bei dem Messwert um einen Wert einer charakteristischen Kenngröße des Spannungsnetzes. Basierend auf der charakteristischen Kenngröße kann der Zustand des Spannungsnetzes ermittelt werden.
Grundsätzlich kann es sich bei der charakteristischen Kenngröße um eine Spannung, einen Strom, eine Leistung, eine Frequenz, eine Verzerrung, eine Harmonische, eine Blindleistung und/oder einen Energiewert des Spannungsnetzes handeln, insbesondere von einer Phase eines mehrphasigen Spannungsnetzes.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das Schutzgerät mehrere Mess- und/oder Sensoreinheiten aufweist, Insofern ist es möglich, dass mehrere charakteristische Kenngrößen des Spannungsnetzes ermittelt und an die Auswerteeinheit übermittelt werden, um so eine genauere Auswertung mittels der separat ausgebildeten Auswerteeinheit zu ermöglichen.
Der für einen Auslösezustand der auslösenden Schutzkomponente des Schutzgeräts repräsentative Wert kann ein binärer Wert sein. Insofern kann „0“ für den nichtausgelösten Zustand der Schutzkomponente stehen, wohingegen „1“ für den ausgelösten Zustand der auslösenden Schutzkomponente steht. Demnach kann das Schutzgerät über die Kommunikationsschnittstelle mittels des repräsentativen Werts übermitteln, ob die auslösende Schutzkomponente ausgelöst hat oder nicht, also ob ein Überspannungsereignis vorliegt oder nicht.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass das Schutzgerät eine Überspannungsschutzvorrichtung ist. Insofern kann das Schutzgerät als ein Überspannungsableiter („surge protection device“ - SPD) ausgebildet sein. Das Schutzgerät dient demnach dazu, eine Überspannung abzuleiten, sodass im Spannungsnetz integrierte Geräte und Komponenten vor der Überspannung sicher und effizient geschützt werden. Da das Schutzgerät zudem die Kommunikationsschnittstelle aufweist, mit der das Schutzgerät Daten an die separat ausgebildete Auswerteeinheit überträgt, ist gewährleistet, dass entsprechende Informationen bezüglich des Zustands des Schutzgeräts, also ein Auslösezustand, und/oder ein vom Schutzgerät erfasster Messwert an die separat ausgebildete Auswerteeinheit übermittelt werden bzw. wird, die eingerichtet ist, eine entsprechende Auswertung vorzunehmen, um tiefergehende Analysen durchzuführen.
Das Schutzgerät kann zusätzlich zur auslösenden Schutzkomponente eine spannungsbegrenzende Schutzkomponente umfassen. Beispielsweise handelt es sich bei der spannungsbegrenzenden Schutzkomponente um einen Metalloxidvaristor. Die auslösende Schutzkomponente und die spannungsbegrenzende Schutzkomponente können in Reihe geschaltet sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist vorgesehen, dass das System eine zum Schutzgerät separat ausgebildete Auswerteeinheit umfasst, die zumindest eine Kommunikationsschnittstelle aufweist, die eingerichtet ist, mit der Kommunikationsschnittstelle des Schutzgeräts zu kommunizieren. Die Kommunikationsschnittstelle, also die Kommunikationsschnittstelle des Schutzgeräts und/oder die Kommunikationsschnittstelle der Auswerteeinheit, kann als bidirektionale Kommunikationsschnittstelle ausgebildet sein. Insofern umfasst das Überwachungssystem neben dem Schutzgerät auch die separat ausgebildete Auswerteeinheit, die mit dem Schutzgerät kommuniziert. Die Auswerteeinheit und/oder das Schutzgerät können bzw. kann jeweils eine bidirektionale Kommunikationsschnittstelle aufweisen, sodass sowohl Daten empfangen als auch Daten gesendet werden können. Hierdurch ergibt sich eine bidirektionale Kommunikation zwischen dem Schutzgerät und der Auswerteeinheit.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Schutzgerät zwei getrennte Kommunikationsschnittstellen und/oder die Auswerteeinheit zwei getrennte Kommunikationsschnittstellen aufweist, wodurch jeweils eine unidirektionale Kommunikation bzw. Datenübertragung zwischen den korrespondierenden Kommunikationsschnittstellen stattfindet. Dies kann dann von Bedeutung sein, wenn die Datenübertragung in zumindest eine Richtung eine höhere Sicherheitsanforderung haben soll, als die Datenübertragung in die jeweils andere Richtung.
Grundsätzlich kann die Auswerteeinheit eine serverbasierte Auswerteeinheit sein, beispielsweise ein Cloud-System. Insofern ist es möglich, dass das Schutzgerät den wenigstens einen Zustandswert an eine Cloud übermittelt, die mit mehreren Geräten, insbesondere mehreren Schutzgeräten, in einer Kommunikationsverbindung steht. Insbesondere ist es demnach möglich, dass die Auswerteeinheit von zahlreichen Geräten, also auch anderen Geräten als den Schutzgeräten, Daten erhält, welche für die Auswertung herangezogen werden können. Darüber hinaus ist es möglich, dass ein separater Zugriff auf die serverbasierte Auswerteeinheit möglich wird, sodass ein autorisierter Nutzer Zugriff auf entsprechende Daten hat, welche von dem zumindest einen Schutzgerät an die serverbasierte Auswerteeinheit übermittelt worden sind. Mit anderen Worten ist es möglich, dass ein Nutzer bzw. Operator des Überwachungssystems Zugriff auf die Auswerteergebnisse hat, die in der Cloud liegen. Es ist demnach möglich, dass die von der Auswerteeinheit ermittelten Auswerteergebnisse in der Cloud vorhanden sind, sodass diese abgerufen werden können. Es ist aber auch möglich, dass die Auswerteergebnisse von der Auswerteeinheit beispielsweise an das Schutzgerät übermittelt werden, sodass die Auswerteergebnisse direkt vor Ort zur Verfügung stehen.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist vorgesehen, dass die Auswerteeinheit eingerichtet ist, Eingangsdaten von wenigstens einer Datenbank oder einem Messgerät zu erhalten. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn es sich bei der Auswerteeinheit um eine serverbasierte Auswerteeinheit handelt, die mit mehreren Geräten kommuniziert, welche an unterschiedlichen Orten installiert sind. Insbesondere ist es möglich, dass Daten einer Datenbank bei der Auswertung einbezogen werden, die zusätzliche Informationen liefern, wodurch die Auswertung des Zustandswerts des Schutzgeräts verbessert wird.
Hierbei kann es sich um Wetter-, Klima- oder allgemein Umgebungsdaten handeln. Insbesondere können Blitzereignisse oder Ähnliches aus einer Datenbank miteinbezogen werden, wodurch die Auswertung des Zustandswerts des Schutzgeräts entsprechend verbessert wird. Es können aus der Datenbank auch Zeitdaten (Werktag, Wochenende, Feiertag, Tag und/oder Nacht) oder Nutzungsdaten von Systemen in der Umgebung erhalten werden, beispielsweise einem Fahrplan für Züge oder Nutzungsdaten von elektrischen Ladesystemen in der Umgebung.
Das weitere Messgerät kann ein Gerät sein, welches in dem Spannungsnetz direkt eingebunden ist, jedoch keine Schutzfunktion für das Spannungsnetz hat, beispielsweise ein einfaches Strom- bzw. Spannungsmessgerät. Darüber hinaus kann es sich bei dem Messgerät um ein Gerät handeln, welches eine Größe misst, die unabhängig vom Spannungsnetz ist, beispielsweise ein Feuchtesensor oder ein Umgebungstemperatursensor oder ähnliches.
Das Überwachungssystem kann demnach neben dem Zustandswert, welches von dem im Spannungsnetz eingebundenen Schutzgerät übermittelt wird, zumindest eine zweite Größe bei der Auswertung miteinbeziehen. Die zweite Größe kann ein Wert aus einer Datenbank, ein Messwert oder eine charakteristische Kenngröße des Spannungsnetzes sein
Insofern kann das Überwachungssystem zumindest eine Datenbank und/oder ein zusätzliches Messgerät umfassen.
Ferner kann die Auswerteeinheit wenigstens eine Prozessoreinheit aufweisen, die eingerichtet ist, zumindest den vom Schutzgerät erhaltenen Zustandswert zu verarbeiten. Die Prozessoreinheit kann eingerichtet sein, Algorithmen auszuführen, um basierend auf dem erhaltenen Zustandswert ein Auswerteergebnis zu ermitteln, beispielsweise einen Ausgabewert bzw. Zustand, insbesondere einen für das Spannungsnetz bzw. das Schutzgerät charakterisierenden Zustand.
Hierbei kann es sich um einen (aktuellen) Alterungszustand des Schutzgeräts oder einen (aktuellen) Zustand des Spannungsnetzes handeln, also den Netzzustand des Spannungsnetzes.
Der entsprechende Zustand kann aber auch prognostiziert werden, sodass also ein zukünftiger Alterungszustand des Schutzgeräts oder ein zukünftiger Zustand des Spannungsnetzes prognostiziert wird, in dem zumindest der Zustandswert des Schutzgeräts mittels der Auswerteeinheit verarbeitet wird. Hierdurch lässt sich beispielsweise die zukünftige Netzqualität sowie alterungsbedingte Probleme vorhersagen, sodass entsprechende Gegenmaßnahmen rechtzeitig eingeleitet werden können.
Insbesondere umfasst die Prozessoreinheit eine künstliche Intelligenz, die eingerichtet ist, basierend auf dem vom Schutzgerät erhaltenen Zustandswert einen Zustand des Spannungsnetzes und/oder einen Zustand des Schutzgeräts zu prognostizieren. Hierbei kann es sich um eine Ausfallprognose dieses Schutzgeräts oder um eine Zustandsprognose des Spannungsnetzes handeln, die basierend auf bisher erfassten Daten bzgl. des Spannungsnetzes beruht, welche von dem zumindest einen Schutzgerät, insbesondere zusätzlich von weiteren Geräten bzw. der Datenbank, an die Auswerteeinheit übermittelt worden sind.
Mittels der künstlichen Intelligenz lassen sich große Datenmengen, insbesondere unterschiedlicher Art, verarbeiten und Zusammenhänge (Korrelationen) zwischen den unterschiedlichen Daten erkennen, sodass tiefergehende Analysen möglich sind.
Insofern kann die Auswerteeinheit, insbesondere die die künstliche Intelligenz umfassende Prozessoreinheit, demnach basierend auf historischen Daten zukünftige Zustände prognostizieren, um es so dem Nutzer bzw. Operator zu ermöglichen, geeignete Gegenmaßnahmen rechtzeitig einzuleiten, um einer prognostizierten schlechten Netzqualität (Zustand) des Spannungsnetzes bzw. einem prognostizierten Fehler des Schutzgeräts rechtzeitig entgegenzuwirken. Beispielsweise ist es möglich, dass ein drohender Ausfall des Schutzgeräts frühzeitig erkannt wird, sodass das Schutzgerät rechtzeitig ausgetauscht wird, wodurch es zu keiner bzw. nur zu einer minimalen Ausfallzeit kommt, da das Ersatzgerät schon vorrätig ist oder vor dem tatsächlichen Ausfall das Schutzgerät schon ausgetauscht wird.
Ferner kann die separat ausgebildete Auswerteeinheit eingerichtet sein, basierend auf dem Zustandswert des Schutzgeräts ein Auswerteergebnis zu ermitteln, insbesondere einen Ausgabewert und/oder einen Zustand. Die Auswerteeinheit verarbeitet also den vom Schutzgerät übermittelten Zustandswert, um basierend hierauf das für den Nutzer verständliche Auswerteergebnis zu erhalten, beispielsweise den Ausgabewert bzw. den Zustand.
Zudem kann die separat ausgebildete Auswerteeinheit eingerichtet sein, das ermittelte Auswerteergebnis an das Schutzgerät oder ein Anzeigegerät zu übermitteln. Hierdurch ist es möglich, dass das (für den Nutzer leicht verständliche) Auswerteergebnis am Schutzgerät selbst oder ein im Installationsbereich des Schutzgeräts angeordnetes Anzeigegerät ausgegeben wird. Hierdurch ist sichergestellt, dass der Nutzer am Ort des Schutzgeräts über das Schutzgerät informiert wird, insbesondere dessen Zustand.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass das Schutzgerät zumindest eine Anzeige aufweist, die eingerichtet ist, ein Auswerteergebnis der Auswerteeinheit anzuzeigen. Bei der Anzeige kann es sich um eine digitale Anzeige handeln, beispielsweise in Form eines Bildschirms oder zumindest einer LED. Es können mehrere LEDs vorhanden sein, insbesondere mehrfarbige, beispielweise rot, gelb bzw. orange und grün. Insbesondere ist die Anzeige mit der Kommunikationsschnittstelle des Schutzgeräts signalübertragend verbunden, sodass die über die Kommunikationsschnittstelle erhaltenen Daten, die dem Auswerteergebnis entsprechen, von dem Schutzgerät umgesetzt werden, um die Anzeige anzusteuern, also den Bildschirm oder die LED(s). Die Auswerteeinheit überträgt demnach das Auswerteergebnis an das Schutzgerät, sodass das Auswerteergebnis am Ort des Schutzgeräts angezeigt werden kann.
Alternativ kann es sich bei der Anzeige auch um eine mechanische Anzeige handeln, beispielsweise eine Klappe oder ein Schieber, was mechanisch bewegt wird, um das Auswerteergebnis anzuzeigen, insbesondere indem eine rote oder grüne Fläche sichtbar wird. Die mechanische Anzeige wird ebenfalls (indirekt) aufgrund der von der Kommunikationsschnittstelle erhaltenen Daten angesteuert, die dem Auswerteergebnis entsprechen, da das Schutzgerät diese entsprechend umsetzt, beispielsweise um einen Aktor anzusteuern, der mit der mechanischen Anzeige interagiert.
Darüber hinaus kann das Überwachungssystem eine Anzeige aufweisen, die separat vom Schutzgerät ausgebildet ist, beispielsweise in einem separat ausgebildeten Anzeigegerät. Das Anzeigegerät kann dem Spannungsnetz zugeordnet sein, in dem das Schutzgerät eingebunden ist. Hierdurch ist es möglich, dass eine Anzeige bzw. eine Mitteilung an einem Ort erfolgt, der leichter zugänglich ist bzw. frequentierter aufgesucht wird, als dies beispielsweise in einem Technikraum der Fall ist, in dem üblicherweise das Schutzgerät installiert ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass ein Bediener bzw. Operator des Überwachungssystems rechtzeitig und zuverlässig eine entsprechende Information von der Auswerteeinheit erhält, beispielsweise eine entsprechende Handlungsempfehlung, um einem Ausfall des Schutzgeräts bzw. einem prognostizierten schlechten Zustand des Spannungsnetzes entgegenzuwirken.
Grundsätzlich ist es möglich, dass die Anzeige weitere Informationen bereitstellt, insbesondere auch Handlungsempfehlungen. Diese können auf der Anzeige angezeigt werden, wodurch ein Nutzer bzw. Bediener des Überwachungssystems dazu angeleitet werden kann, entsprechende Maßnahmen umzusetzen.
Zwischen der zumindest einen auslösenden Schutzkomponente und der Anzeige liegt keine direkte Signalübertragung vor, also weder eine kabelgebundene, eine Signalleitung oder eine kabellose Verbindung, worüber Signale übermittelt werden. Letztendlich wird der Messwert oder der für den Auslösezustand der auslösenden Schutzkomponente des Schutzgeräts repräsentativer Wert erfasst und vom Schutzgerät über die Kommunikationsschnittstelle an die separat ausgebildete Auswerteeinheit übermittelt, welche mit dem Schutzgerät kommuniziert, um das Auswerteergebnis zu übermitteln, dass über die Anzeige ausgegeben werden soll. Insofern liegt keine direkte Datenübertragung zwischen der auslösenden Schutzkomponente des Schutzgeräts und der Anzeige des Schutzgeräts vor, sondern nur eine indirekte über die separat ausgebildete Auswerteeinheit, die mit der wenigstens einen Kommunikationsschnittstelle kommuniziert.
Das Schutzgerät kann ein Gehäuse aufweisen, in dem zumindest die auslösende Schutzkomponente und die Kommunikationsschnittstelle wenigstens teilweise untergebracht sind. Insofern handelt es sich bei dem Schutzgerät um ein Bauteil, welches die jeweiligen Komponenten umfasst und vor der Umgebung schützt.
Die Erfindung stellt darüber hinaus ein Verfahren zur Überwachung eines Spannungsnetzes mittels eines Überwachungssystems bereit, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

- Erfassen eines Zustandswerts mittels eines Schutzgeräts, das in dem zu überwachenden Spannungsnetz eingebunden ist,
- Übermitteln des erfassten Zustandswerts an eine separat ausgebildete Auswerteeinheit, und
- Verarbeiten des übermittelten Zustandswerts mittels der Auswerteeinheit.

Insofern ist sichergestellt, dass der vom Schutzgerät erfasste Zustandswert mittels komplexer Auswertetechniken verarbeitet werden kann, um einen Ausgabewert zu ermitteln bzw. einen Zustand des Schutzgeräts bzw. des Spannungsnetzes zu prognostizieren. Das Auswerteergebnis, beispielsweise der entsprechend ermittelte Ausgabewert bzw. der prognostizierte Zustand, kann an das Schutzgerät oder an ein zum Schutzgerät separat ausgebildetes Anzeigegerät übermittelt werden, welches dem Spannungsnetz zugeordnet sein kann, in dem das Schutzgerät eingebunden ist. Sofern das Auswerteergebnis an das Schutzgerät übermittelt wird, ergibt sich eine entsprechende bidirektionale Kommunikation zwischen dem Schutzgerät und der Auswerteeinheit, auch wenn dies über unidirektionale Kommunikationsschnittstellen erfolgt.
Beispielsweise wird das Auswerteergebnis oder eine Datenrepräsentation hiervon am Schutzgerät selbst oder dem zum Schutzgerät separat ausgebildeten Anzeigegerät angezeigt, wodurch ein Benutzer bzw. Operator des Überwachungssystems informiert wird. Der Operator bzw. Bediener kann dann entsprechende Maßnahmen einleiten, um einem Ausfall des Schutzgeräts vorzubeugen bzw. die Ausfallzeit zu minimieren oder um das Spannungsnetz zu stabilisieren, sodass einer prognostizierten schlechten Netzqualität entgegengewirkt werden kann.
Ferner kann die Auswerteeinheit ein Auswerteergebnis ermitteln, insbesondere einen Ausgabewert und/oder einen Zustand. Die Auswerteeinheit übermittelt das Auswerteergebnis an das Schutzgerät oder ein Anzeigegerät zurück, wobei das Auswerteergebnis ausgegeben wird. Hierdurch ist sichergestellt, dass das (für den Nutzer leicht verständliche) Auswerteergebnis beispielsweise am Ort des Schutzgeräts ausgegeben wird, beispielsweise durch das Schutzgerät selbst, insbesondere eine Anzeige des Schutzgeräts, oder durch ein hierzu separat ausgebildetes Anzeigegerät, was im Bereich des Schutzgeräts angeordnet ist.
Grundsätzlich ist es also möglich, dass eine zukünftige Netzqualität bzw. der Zustand des Schutzgeräts basierend auf historischen und/oder aktuellen Daten abgeschätzt bzw. prognostiziert wird, sodass der Netzbetreiber des Spannungsnetzes und/oder der Stromkunde/Stromnutzer in die Lage versetzt wird, zukünftige Störungen frühzeitig zu erkennen. Mit anderen Worten kann der Netzbetreiber und/oder der Stromkunde/Stromnutzer einen Zeitpunkt einer aufkommenden Netzstörung sowie deren Intensität prognostizieren. Hierdurch ist es möglich, entsprechende Gegenmaßnahmen einzuleiten, um die aufkommende Netzstörung abzuwenden, deren Intensität zumindest zu senken oder allgemein die Auswirkung der aufkommenden Netzstörung auf bestimmte Bereiche zu minimieren. Ebenso kann der Alterungszustand (Verschleiß) des Schutzgeräts prognostiziert werden, wodurch ein aufkommender Fehler des Schutzgeräts frühzeitig erkannt werden kann.
Aufgrund der volatilen Spannungsnetze ist es für den Netzbetreiber und/oder den Stromkunden/Stromnutzer oftmals entscheidender, wie sich das Spannungsnetz in der Zukunft hinsichtlich seiner Netzqualität (Netzzustand) verhält als der momentane Netzzustand ist, auf den ohnehin nicht mehr reagiert werden kann. Dies gilt in analoger Weise für das Schutzgerät, dessen Betriebsfähigkeit für die Zukunft gesichert sein soll. Der Blick in die Zukunft ermöglicht es nämlich, geeignete Maßnahmen rechtzeitig einzuleiten, um der prognostizierten Netzstörung, also dem verschlechterten Zustand des Spannungsnetzes, bzw. dem Ausfall des Schutzgeräts noch entgegenzuwirken.
Mit anderen Worten wird der Netzbetreiber und/oder der Stromkunde/Stromnutzer also in die Lage versetzt, das Spannungsnetz auf zukünftig zu erwartende Störungen resilienter auszulegen bzw. das Schutzgerät auszutauschen.
Der zukünftige Zustand des Spannungsnetzes bzw. des Schutzgeräts lässt sich für die nächsten Stunden, Tage oder Wochen vorhersagen, sodass dem Netzbetreiber und/oder dem Stromkunden/Stromnutzer genügend Zeit gegeben wird, um etwaige Gegenmaßnahmen rechtzeitig einzuleiten, sodass sie einer prognostizierten Störung oder Verschlechterung noch entgegenwirken.
Die zu treffenden Gegenmaßnahmen bzgl. des Spannungsnetzes können bspw. darin bestehen, dass in einer prognostizierten Schwächephase des Spannungsnetzes weitere Belastungen vermieden werden, wodurch ein ausfallsicherer Betrieb von Geräten und/oder Maschinen gewährleistet ist, deren Betrieb nicht gestört werden sollte. Insofern kann die Gegenmaßnahme darin bestehen, nicht zwingend erforderliche Maschinen bzw. Geräte während der prognostizierten Schwächephase des Spannungsnetzes vom Netz zu trennen bzw. nicht an das Spannungsnetz zu nehmen, um die Belastung zu reduzieren bzw. nicht weiter zu erhöhen. Hinsichtlich eines prognostizierten Fehlers des Schutzgeräts können die Gegenmaßnahmen darin bestehen, dass ein Ersatzgerät rechtzeitig beschafft und verbaut wird, bevor das Schutzgerät tatsächlich ausfällt.
Grundsätzlich kann es sich bei dem Spannungsnetz um ein lokales Netz handeln, was auch als Gebäudenetz bezeichnet wird, das einem Privathaushalt oder einem Industriegebäude zugeordnet ist. Bei dem Spannungsnetz kann es sich also um ein Niederspannungsnetz handeln, bspw. ein Gebäudenetz, das mit einem Versorgungsnetz verbunden ist.
Zur Prognose kann der Zustandswert mehrfach, also zumindest zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten erfasst und an die Auswerteeinheit übermittelt werden, wobei die bei den unterschiedlichen Zeitpunkten erfassten Werte zur Auswertung in die Prozessoreinheit der Auswerteeinheit eingespeist werden können. Es kann also aus einem in der Vergangenheit erfassten Zeitverlauf der Zustandswerte, welcher bis zur Gegenwart reichen kann, den zukünftigen Zeitverlauf prognostizieren. Der zukünftige Zeitverlauf kann sich dabei auf den erfassten Zustandswert selbst beziehen, sodass dessen zukünftiger Zeitverlauf prognostiziert wird, was dem prognostizierten zukünftigen Zustand des Spannungsnetzes bzw. des Schutzgeräts entspricht.
Bei der Auswertung von zusätzlichen Daten zum Zustandswert kann eine Datenfusion zweier unterschiedlicher Größen vorliegen, die einen Blick in die Zukunft des jeweiligen Zustands ermöglicht. Mit anderen Worten wird bei der gemeinsamen Verarbeitung der beiden unterschiedlichen Größen eine Korrelation dieser Größen untereinander ausgenutzt, welche Rückschlüsse auf das zukünftige Verhalten ermöglichen.
Die künstliche Intelligenz kann den zu zumindest zwei unterschiedlichen Zeitpunkten erfassten Zustandswert als Eingangsgröße erhalten und den zukünftigen Zustand als Ausgangsgröße ausgeben. Die künstliche Intelligenz kann demnach trainiert worden sein, um die entsprechende Korrelation der Werte des Zustandswerts, die zu den unterschiedlichen Zeitpunkten erfasst worden sind, untereinander zu erkennen und entsprechende technische Zusammenhänge zu erlernen, wodurch zuverlässige bzw. sehr genaue Prognosen hinsichtlich des zukünftigen Zustands des Spannungsnetzes bzw. des Schutzgeräts möglich sind.
Insbesondere ist daher auch ein Verfahren zum Trainieren einer künstlichen Intelligenz zur Prognose eines zukünftigen Zustands eines Spannungsnetzes oder eines Schutzgeräts vorgesehen. Das Verfahren zum Trainieren umfasst die Schritte:

- Bereitstellen eines Trainingsdatensatzes für die künstliche Intelligenz, der zumindest einen Zustandswert zu einem ersten Zeitpunkt, den Zustandswert zu einem zweiten Zeitpunkt sowie einen tatsächlichen Zustand des Spannungsnetzes oder des Schutzgeräts zu einem dritten Zeitpunkt umfasst, der zeitlich später als der erste Zeitpunkt und der zweite Zeitpunkt ist,
- Einspeisen des Zustandswerts zum ersten Zeitpunkt und des Zustandswerts zum zweiten Zeitpunkt in eine Prozessoreinheit, die die zu trainierende künstliche Intelligenz aufweist, wobei die die künstliche Intelligenz aufweisende Prozessoreinheit den zu den unterschiedlichen Zeitpunkten erfassten Zustandswert gemeinsam verarbeitet und einen prognostizierten zukünftigen Zustand des Spannungsnetzes oder des Schutzgeräts zum dritten Zeitpunkt ausgibt,
- Vergleichen des prognostizierten zukünftigen Zustands des Spannungsnetzes oder des Schutzgeräts zum dritten Zeitpunkt mit dem tatsächlichen Zustand des Spannungsnetzes oder des Schutzgeräts zum dritten Zeitpunkt, der Teil des Trainingsdatensatzes ist, um eine Abweichung zwischen dem prognostizierten zukünftigen Zustand des Spannungsnetzes oder des Schutzgeräts zum dritten Zeitpunkt und dem tatsächlichen Zustand des Spannungsnetzes oder des Schutzgeräts zum dritten Zeitpunkt festzustellen, und
- Rückspeisen der Abweichung zwischen dem prognostizierten zukünftigen Zustand des Spannungsnetzes oder des Schutzgeräts zum dritten Zeitpunkt und dem tatsächlichen Zustand des Spannungsnetzes oder des Schutzgeräts zum dritten Zeitpunkt, um Gewichtungsfaktoren der zu trainierenden künstlichen Intelligenz anzupassen, sofern die Abweichung außerhalb eines Toleranzbereichs liegt.

Die künstliche Intelligenz kann demnach über zumindest einen Trainingsdatensatz entsprechend trainiert werden, der den Zustandswert sowohl zu einem ersten Zeitpunkt als auch zu einem zweiten Zeitpunkt, insbesondere eine entsprechende Zeitfolge bzw. Zeitreihe des Zustandswerts, sowie einen tatsächlichen zukünftigen Zustand des Spannungsnetzes oder des Schutzgeräts umfasst, der zu dem dritten Zeitpunkt vorliegt, welcher zeitlich nach den Zeitpunkten liegt, zu denen der Zustandswert ermittelt bzw. erfasst worden ist. Insbesondere fallen der erste Zeitpunkt und der zweite Zeitpunkt nicht zusammen, sodass der Zustandswert zu zwei verschiedenen Zeitpunkten erfasst worden ist.
Grundsätzlich kann beim Trainieren der künstlichen Intelligenz auch vorgesehen sein, dass die künstliche Intelligenz den Zustand des Spannungsnetzes oder des Schutzgeräts nicht zu einem diskreten Zeitpunkt ausgibt, sondern zu einem Intervall, welches den dritten Zeitpunkt umfasst, also den zukünftigen Zustand des Spannungsnetzes oder des Schutzgeräts für einen zukünftigen Zeitraum prognostiziert.
Der entsprechende Toleranzbereich für die Abweichung kann vordefiniert und/oder durch einen Benutzer festgelegt werden, bspw. als Prozentangabe oder Varianz.
Grundsätzlich kann eine mittels des zuvor beschriebenen Verfahrens trainierte künstliche Intelligenz verwendet werden, um den zukünftigen Zustand des Spannungsnetzes oder des Schutzgeräts zu prognostizieren, also für die Auswertung des Zustandswerts, der an die Auswerteeinheit übermittelt worden ist.
Mit anderen Worten umfasst die Prozessoreinheit eine trainierte künstliche Intelligenz, insbesondere eine gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahren trainierte künstliche Intelligenz.
Ein Aspekt sieht vor, dass die künstliche Intelligenz wenigstens ein künstliches neuronales Netz aufweist, bspw. ein künstliches rekurrentes neuronales Netz („Recurrent Neural Network“ - RNN) oder ein künstliches faltendes neuronales Netz („Convolutional Neural Network“ - CNN). Die künstliche Intelligenz kann ein Long Short-Term-Memory (LSTM)-Netz oder eine „Gated Recurrent Unit“ (GRU) aufweisen. Derartige neuronale Netze erlauben eine Prognose eines Zustands in der Zukunft basierend auf Zeitreihen bzw. Zeitfolgen. Die künstliche Intelligenz lernt demnach aus vergangenen Daten (historischen Daten), wobei die künstliche Intelligenz den zukünftigen Zustand des Spannungsnetzes oder des Schutzgeräts prognostiziert.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

- 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Überwachungssystems, und
- 2 eine Übersicht des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überwachung eines Spannungsnetzes.

In 1 ist ein Überwachungssystem 10 gezeigt, das zur Überwachung eines Spannungsnetzes 12 vorgesehen ist, bei dem es sich um ein Gebäude- bzw. Niederspannungsnetz handelt, welches mit einem Versorgungsnetz 14 verbunden ist.
In der gezeigten Ausführungsform ist das Spannungsnetz 12 als ein mehrphasiges Gebäude- bzw. Niederspannungsnetz gezeigt.
Das Überwachungssystem 10 umfasst ein Schutzgerät 16, welches in das Spannungsnetz 12 eingebunden ist. Das Schutzgerät 16 ist als eine Überspannungsschutzvorrichtung („surge protection device“ - SPD) ausgebildet, was auch als Überspannungsableiter bezeichnet wird.
Insofern umfasst das Schutzgerät 16 eine auslösende Schutzkomponente 18, welche in einem Auslösefall in einen leitenden bzw. quasi-leitenden Zustand übergeht, um eine auftretende Überspannung bei einem Überspannungsereignis wie einem Blitzeinschlag abzuleiten, in dem ein entsprechender Strom abfließen kann, wodurch in das Spannungsnetz 12 eingebundene Geräte entsprechend geschützt werden. Nach Beendigung des Überspannungsereignisses geht das Schutzgerät 16 bzw. die auslösende Schutzkomponente 18 wieder in ihren Ausgangszustand zurück. Die auslösende Schutzkomponente 18 kann als (Hörner-)Funkenstrecke oder Gasentladungs-Ableiter („GDT“) ausgebildet sein.
Darüber hinaus umfasst das Schutzgerät 16 in der gezeigten Ausführungsform zusätzlich zur auslösenden Schutzkomponente 18 eine spannungsbegrenzende Schutzkomponente 20, die mit der auslösenden Schutzkomponente 18 in Reihe geschaltet ist. Beispielsweise ist die spannungsbegrenzende Schutzkomponente 20 in Form eines Metalloxidvaristors ausgebildet.
Zudem ist vorgesehen, dass das Schutzgerät 16 eine integrierte Mess- und/oder Sensoreinheit 22 aufweist, welche im Schutzgerät 16 angeordnet ist. Dies bedeutet, dass sowohl die auslösende Schutzkomponente 18, die optional vorgesehene spannungsbegrenzende Schutzkomponente 20 als auch die optional vorgesehene Mess- und/oder Sensoreinheit 22 von einem Gehäuse 24 des Schutzgeräts 16 umgeben sind. Mit anderen Worten umgibt das Gehäuse 24 die genannten Komponenten 18 bis 22, wodurch diese von der Umgebung geschützt sind.
Darüber hinaus umfasst das Schutzgerät 16 eine Kommunikationsschnittstelle 26, mit der das Schutzgerät 16 eine Kommunikationsverbindung 28 mit einer separat ausgebildeten Auswerteeinheit 30 herstellt, die ebenfalls eine entsprechende Kommunikationsschnittstelle 32 aufweist. Die Kommunikationsschnittstelle 26 des Schutzgeräts 16 ist zumindest teilweise im Gehäuse 24 aufgenommen, wodurch auch diese von Umgebungseinflüssen geschützt ist.
Die separat ausgebildete Auswerteeinheit 30 ist Teil des Überwachungssystems 10, wobei die separat ausgebildete Auswerteeinheit 30 nicht am selben Ort wie das Schutzgerät 16 vorgesehen sein muss, sondern beispielsweise in einem anderen Raum oder einem anderen Gebäude angeordnet ist.
Insbesondere kann die Auswerteeinheit 30 als eine serverbasierte Auswerteeinheit ausgebildet sein, also in einer Cloud. Insofern wird die Kommunikationsverbindung 28 zwischen dem Schutzgerät 16 und der Auswerteeinheit 30 über eine Internetverbindung hergestellt.
Sofern die separat ausgebildete Auswerteeinheit 30 am Ort des Schutzgeräts 16 vorgesehen ist, kann die entsprechende Kommunikationsverbindung 28 durch eine Bluetooth-Verbindung oder ähnliches ausgebildet sein, insbesondere eine kabellose Kommunikationsverbindung, die eine kurze Reichweite hat.
Grundsätzlich kann die Kommunikationsverbindung 28 zwischen dem Schutzgerät 16 und der separat ausgebildeten Auswerteeinheit 30 kabelgebunden, beispielsweise über Ethernet-Kabel, oder kabellos erfolgen, beispielsweise über WLAN.
Die Kommunikationsschnittstellen 26, 32 des Schutzgeräts 16 und der Auswerteeinheit 30 können jeweils als bidirektionale Kommunikationsschnittstellen ausgebildet sein, sodass eine bidirektionale Kommunikation zwischen dem Schutzgerät 16 und der Auswerteeinheit 30 möglich ist.
Alternativ kann sowohl das Schutzgerät 16 als auch die Auswerteeinheit 30 jeweils zwei Kommunikationsschnittstellen aufweisen, die lediglich eine unidirektionale Kommunikationsverbindung erlauben, sodass zwei unidirektionale Kommunikationsverbindungen 28 zwischen dem Schutzgerät 16 und der Auswerteeinheit 30 vorliegen. Insgesamt ergibt sich hierdurch dann wieder eine bidirektionale Kommunikation zwischen dem Schutzgerät 16 und der Auswerteeinheit 30. Diese Ausführungsform mit den getrennten Kommunikationsschnittstellen ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn die Datenübertragung in eine Richtung ein anderes Protokoll bzw. eine andere Sicherheitsstufe haben soll als die Datenübertragung in die jeweils andere Richtung.
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass das Schutzgerät 16 nur über eine unidirektionale Schnittstelle als Kommunikationsschnittstelle verfügt, über die das Schutzgerät 16 lediglich Daten an die Auswerteeinheit 30 übermitteln kann. Mit anderen Worten ist das Schutzgerät 16 dann nicht ausgebildet, um Daten von der Auswerteeinheit 30 zu empfangen. Die Kommunikationsverbindung 28 liegt dann also zwischen der einen unidirektionalen Schnittstelle und der wenigstens einen Kommunikationsschnittstelle 32 der Auswerteeinheit 30 vor.
Grundsätzlich ist es möglich, dass das Schutzgerät 16 einen Zustandswert an die separat ausgebildete Auswerteeinheit 30 über die Kommunikationsverbindung 28 übermittelt, sodass die Auswerteeinheit 30, welche eine Prozessoreinheit 34 aufweist, eingerichtet ist, den entsprechenden Zustandswert zu verarbeiten, um ein Auswerteergebnis zu erhalten, beispielsweise einen Ausgabewert bzw. einen Zustand zu prognostizierten, was nachfolgend noch detailliert erläutert wird.
Das Auswerteergebnis kann die Auswerteeinheit 30 anschließend über die Kommunikationsverbindung 28 zurück an das Schutzgerät 16 übermitteln, sofern dies zum Empfang von Daten ausgebildet ist, wie dies in der Ausführungsform gemäß 1 gezeigt ist.
Das Schutzgerät 16 kann eine Anzeige 36 aufweisen, die mit der Kommunikationsschnittstelle 26 signalübertragend verbunden ist, sodass das von der der Auswerteeinheit 30 übermittelte Auswerteergebnis über die Anzeige 36 des Schutzgeräts 16 angezeigt werden kann. Bei der Anzeige 36 kann es sich um einen Bildschirm handeln. Das Auswerteergebnis selbst, also der Ausgabewert bzw. der prognostizierte Zustand, oder eine Datenrepräsentation hiervon kann entsprechend angezeigt werden.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Auswerteeinheit 30 das Auswerteergebnis nicht direkt an das Schutzgerät 16 übermittelt, sondern an ein separat ausgebildetes Anzeigegerät 38, das eine entsprechende Kommunikationsschnittstelle 40 aufweist, mit der das Anzeigegerät 38 mit der Auswerteeinheit 30 kommuniziert, insbesondere der Kommunikationsschnittstelle 32 der Auswerteeinheit 30. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Schutzgerät 16 selbst nicht zum Datenempfang ausgebildet ist, da es beispielsweise nur eine unidirektionale Kommunikationsschnittstelle aufweist, die nur zum Datenversand vorgesehen ist, also um den Zustandswert an die Auswerteeinheit 30 zu übermitteln.
Das Anzeigegerät 38 weist ebenfalls eine Anzeige 42 auf, über die das entsprechende Auswerteergebnis, insbesondere eine Datenrepräsentation hiervon, angezeigt werden kann, um so einen Benutzer bzw. Operator des Überwachungssystems 10 entsprechend zu informieren. Die Anzeige 43 des Anzeigegeräts 38 kann ebenfalls als ein Bildschirm ausgebildet sein.
Grundsätzlich kann die Datenrepräsentation auch Handlungsempfehlungen oder ähnliches umfassen, sodass der Benutzer bzw. Operator angewiesen wird, bestimmte Handlungen vorzunehmen, die beispielsweise einem prognostizierten Zustand des Spannungsnetzes 12 und/oder des Schutzgeräts 16 entgegenwirken sollen.
Bei dem von dem Schutzgerät 16 übermittelten Zustandswert kann es sich um einen vom Schutzgerät 16 erfassten Messwert oder einen für einen Auslösezustand der auslösenden Schutzkomponente 18 des Schutzgeräts 16 repräsentativen Wert handeln.
Bei dem jeweiligen Messwert kann es sich um einen Messwert handeln, der von der Mess- und/oder Sensoreinheit 22 erfasst worden ist. Insbesondere handelt es sich bei dem Messwert dann um einen Wert einer charakteristischen Kenngröße des Spannungsnetzes 12. Die charakteristische Kenngröße des Spannungsnetzes 12 kann eine Spannung, ein Strom, eine Leistung, eine Frequenz, eine Verzerrung („Total Harmonic Distortion“ -THD), eine Harmonische (bis zur 50. Harmonischen), eine Blindleistung und/oder ein Energiewert sein.
Der für den Auslösezustand der auslösenden Schutzkomponente 18 repräsentative Wert kann binär sein, also „0“ für einen nichtausgelösten Zustand bzw. „1“ für einen ausgelösten Zustand.
Hierdurch übermittelt das Schutzgerät 16 entsprechende Informationen und Daten an die Auswerteeinheit 30, die von der Auswerteeinheit 30 genutzt werden können, um einen Alterungszustand des Schutzgeräts 16 im Allgemeinen oder einen Zustand des Spannungsnetzes 12 zu ermitteln, insbesondere einen entsprechend zukünftigen Zustand des Schutzgeräts 16 bzw. des Spannungsnetzes 12 zu prognostizieren.
Grundsätzlich kann die Auswerteeinheit 30 zudem mit wenigstens einem weiteren Gerät kommunizieren, beispielsweise einer Datenbank 44, einem Messgerät 46, welches separat zum Spannungsnetz 12 vorgesehen ist, also keine Daten bzw. Informationen des Spannungsnetzes 12 erfasst, einem Messgerät 48, das separat zum Schutzgerät 16 ausgebildet ist, aber Informationen bzw. Daten des Spannungsnetzes 12 erfasst, und/oder einem weiteren Schutzgerät 16, welches einem anderen Spannungsnetz zugeordnet ist.
Die Auswerteeinheit 30 erhält somit weitere Eingangsdaten, die für die Auswertung des Zustandswerts des Schutzgeräts 16 mitberücksichtigt werden können, sodass eine gemeinsame Auswertung unterschiedlicher Daten erfolgt, wodurch beispielsweise Korrelationen zwischen den unterschiedlichen Daten erkannt werden können.
Insbesondere weist die Auswerteeinheit 30, also die Prozessoreinheit 34, eine künstliche Intelligenz 50 auf, die eingerichtet ist, zumindest basierend auf dem vom Schutzgerät 16 erhaltenen Zustandswert einen (zukünftigen) Zustand des Spannungsnetzes 12 und/oder einen (zukünftigen) Zustand des Schutzgeräts 16 zu prognostizieren.
Hiermit kann eine Ausfallsprognose des Schutzgeräts 16 oder des Spannungsnetzes 12 erfolgen. Ebenso kann ein Alterungszustand des Schutzgeräts 16 und/oder sonstige Ereignisse im Spannungsnetz 12 prognostiziert werden, beispielsweise die zukünftige Netzqualität des Spannungsnetzes 12. Dies geschieht aufgrund der von der künstlichen Intelligenz 50 verarbeiteten Eingangsdaten.
Mittels der künstlichen Intelligenz 50 lassen sich große Datenmengen, insbesondere Daten unterschiedlicher Art und/oder Herkunft, gemeinsam verarbeiten und Zusammenhänge (Korrelationen) zwischen den unterschiedlichen Daten erkennen, sodass tiefergehende Analysen möglich sind, welche aufgrund der benötigten Rechenleistung nicht ohne Weiteres vor Ort erfolgen können.
Grundsätzlich kann die Prozessoreinheit 34 der Auswerteeinheit 30 eingerichtet sein, ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln auszuführen, um das Spannungsnetz 12 zu überwachen.
Das Computerprogramm kann dabei von einem computerlesbaren Datenträger, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist, auf der Prozessoreinheit 34 installiert worden sein, sodass das Überwachungssystem 10, insbesondere die die Prozessoreinheit 34 aufweisende Auswerteeinheit 30, in der Lage ist, ein entsprechendes Verfahren zum Überwachen des Spannungsnetzes 12 auszuführen.
Die Auswerteeinheit 30 weist demnach eine entsprechende Schnittstelle auf, über die der Datenträger mit der Auswerteeinheit 30 gekoppelt werden kann, um das Computerprogramm zu installieren.
Auch kann das Computerprogramm über eine Datenübertragungsvorrichtung übermittelt worden sein, die beispielsweise als eine Kommunikationsschnittstelle ausgebildet ist, beispielsweise zur drahtlosen Kommunikation. Auch kann es sich um eine LAN-Schnittstelle handeln, über die die Kommunikation möglich ist.
Das Verfahren, welches durch das Computerprogramm ausgeführt wird, wird nachfolgend anhand der 2 erläutert.
In einem ersten Schritt S1 wird zumindest ein Zustandswert zu einem ersten Zeitpunkt mittels des Schutzgeräts 16 erfasst. Dies kann über die auslösende Schutzkomponente 18, die spannungsbegrenzende Schutzkomponente 20 und/oder die Mess- und/oder Sensoreinheit 22 erfolgen. In jedem Fall ist sichergestellt, dass das Schutzgerät 16 den Zustandswert erfasst.
In einem zweiten Schritt S2, der optional ist, wird der Zustandswert zu einem zweiten Zeitpunkt vom Schutzgerät 16 erfasst, der vom ersten Zeitpunkt verschieden ist.
Grundsätzlich kann der Zustandswert zu mehreren Zeitpunkten erfasst werden. Der Zustandswert wird also mehrmals zeitlich aufeinanderfolgend, insbesondere periodisch, erfasst, sodass eine Zeitreihe/Zeitfolge des Zustandswerts vorliegt.
In einem dritten Schritt S3 wird der zumindest einmalig vom Schutzgerät 16 erfasste Zustandswert an die Auswerteeinheit 30 übermittelt, insbesondere die Prozessoreinheit 34, damit der Zustandswert ausgewertet werden kann.
Ergänzend kann vorgesehen sein, dass zumindest eine zweite Größe erfasst wird, beispielsweise eine charakteristische Kenngröße der Spannungsnetzes 12, ein Wert aus der Datenbank 44, ein Wert eines Messgeräts 46, 48 oder ein Zustandswert eines anderen Schutzgeräts 16. Die zweite Größe ist unterschiedlich zum Zustandswert. Die zweite Größe kann also unabhängig vom Spannungsnetz 12 erfasst werden, beispielsweise aus der Datenbank 44 ausgelesen werden, auf die die Auswerteeinheit 30 Zugriff hat, insbesondere mittels der Kommunikationsschnittstelle 32. Aus der Datenbank 44 können Daten erhalten werden, die zur Analyse miteinbezogen werden, beispielsweise Umgebungsdaten wie Wetterdaten, Zeitdaten (Werktag, Wochenende, Feiertag, Tag und/oder Nacht) oder Nutzungsdaten von Systemen in der Umgebung, beispielsweise einem Fahrplan für Züge oder Nutzungsdaten von elektrischen Ladesystemen in der Umgebung. Hierdurch lassen sich zusätzliche Informationen gewinnen, die einen eventuellen Unterschied zwischen den Zustandswerten zu den unterschiedlichen Zeitpunkten erklären.
Die aus der Datenbank 44 erhaltene zweite Größe wird an die Prozessoreinheit 34 der Auswerteeinheit 30 übertragen, sodass die Prozessoreinheit 34 die zweite Größe des Spannungsnetzes 12 erfasst.
Die zweite Größe kann aber auch eine charakteristische Kenngröße der Spannungsnetzes 12 sein, die von einem der Messgeräte 46, 48 oder dem anderen Schutzgerät 16 erfasst wird, wobei die charakteristische Kenngröße an die Prozessoreinheit 34 der Auswerteeinheit 30 übertragen wird, sodass die Prozessoreinheit 30 die charakteristische Kenngröße des Spannungsnetzes 12 erfasst.
Sofern der Zustandswert des Schutzgeräts 16 ebenfalls eine charakteristische Kenngröße ist, können demnach zwei charakteristische Kenngrößen ermittelt werden, die sich voneinander unterscheiden.
Grundsätzlich kann es sich bei der jeweiligen charakteristischen Kenngröße des Spannungsnetzes 12 um eine Spannung, ein Strom, eine Leistung, eine Frequenz, eine Verzerrung, eine Harmonische, eine Blindleistung und/oder ein Energiewert des Spannungsnetzes 12 handeln, insbesondere einer Phase des mehrphasigen Spannungsnetzes 12.
Wie bereits vorstehend erwähnt, kann eine Zeitreihe/Zeitfolge des Zustandswerts erfasst werden. Dies kann ebenfalls für die optional erfasste zweite Größe gelten, die demnach mehrfach erfasst wird, insbesondere periodisch.
Beispielsweise wird die zweite Größe immer auch dann erfasst, wenn der Zustandswert erfasst wird, sodass diese parallel erfasst werden, insbesondere zeitgleich.
Dies bedeutet insbesondere, dass beim Erfassen des Zustandswerts zu den unterschiedlichen Zeitpunkten jeweils auch ein entsprechender Datensatz aus der Datenbank 44 ausgelesen wird, was die zweite Größe darstellt, zum Beispiel die zu den jeweiligen Zeitpunkten vorliegenden Wetterdaten.
In einem vierten Schritt S4 wird zumindest die Zustandsgröße in die Prozessoreinheit 34 eingespeist, also die künstliche Intelligenz 50.
Insbesondere wird die zum ersten Zeitpunkt erfasste Zustandsgröße, die zum zweiten Zeitpunkt erfasste Zustandsgröße und die zweite Größe als Eingangsgrößen in die künstliche Intelligenz 50 eingespeist, die die Eingangsgrößen gemeinsam verarbeitet, sodass basierend auf dem zu den zumindest zwei unterschiedlichen Zeitpunkten erfassten Zustandswert ein (zukünftiger) Zustand des Spannungsnetzes 12 und/oder ein (zukünftiger) Zustand des Schutzgeräts 16 durch die Prozessoreinheit 34 prognostiziert wird, insbesondere die künstliche Intelligenz 50.
Zur Prognose weist die Prozessoreinheit 34 eine künstliche Intelligenz 50 auf, die zumindest den Zustandswert, insbesondere den zu den zumindest zwei unterschiedlichen Zeitpunkten erfassten Zustandswert und die zweite Größe, als Eingangsgröße erhält und den zukünftigen Zustand des Spannungsnetzes 12 oder des Schutzgeräts 16 als Ausgangsgröße ausgibt. Die Ausgangsgröße entspricht demnach dem Auswertungsergebnis der Auswerteeinheit 30.
Die künstliche Intelligenz 50 kann wenigstens ein künstliches neuronales Netz umfassen, bspw. ein faltendes neuronales Netzwerk (CNN) oder ein künstliches rekurrentes neuronales Netz (RNN), wie ein Long Short-Term Memory (LSTM)-Netz oder eine „Gated Recurrent Unit“ (GRU).
Demnach ist die künstliche Intelligenz 50 in der Lage, basierend zumindest auf der erhaltenen Zeitreihe, also der Zeitfolge des Zustandswerts, einen zukünftigen Zustand des Spannungsnetzes 12 und/oder des Schutzgeräts 16 zu prognostizieren. Die künstliche Intelligenz 50 verarbeitet hierzu zumindest den Zustandswert, der insbesondere zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfasst worden ist, und optional die zweite Größe, beispielsweise den Wert aus der Datenbank 44, den Messwert des Messgeräts 46, 48 und/oder den Wert des anderen Schutzgeräts 16.
Die künstliche Intelligenz 50 kann zuvor mittels eines Verfahrens trainiert worden sein, indem die künstliche Intelligenz 50 derart trainiert wurde, den (zukünftigen) Zustand des Spannungsnetzes 12 und/oder des Schutzgeräts 16 basierend auf dem Zustandswert zu prognostizieren, der insbesondere zu wenigstens zwei unterschiedlichen Zeitpunkten erfasst worden ist. Folglich handelt es sich bei der künstlichen Intelligenz 50 um eine trainierte künstliche Intelligenz 50.
In einem ersten Trainingsschritt wird ein Trainingsdatensatz für die künstliche Intelligenz 50 bereitgestellt, der zumindest den Zustandswert zu einem ersten Zeitpunkt, den Zustandswert zu einem zweiten Zeitpunkt sowie einen tatsächlichen Zustand des Spannungsnetzes 12 oder des Schutzgeräts 16 zu einem dritten Zeitpunkt umfasst. Der dritte Zeitpunkt ist dabei später als der erste Zeitpunkt und der zweite Zeitpunkt, sodass es sich um einen zu prognostizierenden zukünftigen Zeitpunkt ausgehend vom ersten Zeitpunkt und vom zweiten Zeitpunkt handelt.
Zusätzlich kann eine zweite Größe im Trainingsdatensatz enthalten sein, die unterschiedlich zum Zustandswert ist, sodass der Trainingsdatensatz zumindest zwei unterschiedliche Größen umfasst. Bei der zweiten Größe kann es sich um eine charakteristische Kenngröße des Spannungsnetzes 12 handeln, die vom Zustandswert verschieden ist. Die zweite Größe kann aber auch einem Messwert eines Messgeräts 46, 48 oder einem Wert aus einer Datenbank 44 entsprechen.
Insbesondere kann der Trainingsdatensatz eine Zeitreihe bzw. Zeitfolge des Zustandswerts umfassen, sodass der Zustandswert zu unterschiedlichen Zeitpunkten gemessen bzw. erfasst wurde.
Die optional vorgesehen zweite Größe kann auch als Zeitreihe bzw. Zeitfolge im Trainingsdatensatz enthalten sein. Der Trainingsdatensatz kann also Daten von wenigstens zwei unterschiedlichen Größen für einen bestimmten Zeitraum sowie Informationen zum Zustand des Spannungsnetzes 12 oder des Schutzgeräts 16 umfassen, die zu einem späteren Zeitpunkt als der bestimmte Zeitraum gewonnen wurden.
Es ist aber auch möglich, dass der Trainingsdatensatz entsprechende Informationen von mehr als nur zwei unterschiedlichen Größen umfasst, wodurch insgesamt mehr Informationen bzw. Daten zur Verfügung gestellt werden, wodurch das Training umfangreicher und die Aussagefähigkeit der entsprechend trainierten künstlichen Intelligenz 50 höher ist.
In einem zweiten Trainingsschritt werden zumindest der zum ersten Zeitpunkt erfasste Zustandswert und der zum zweiten Zeitpunkt erfasste Zustandswert, insbesondere die Zeitreihe bzw. Zeitfolge des Zustandswerts, in die Prozessoreinheit 34 eingespeist, die die zu trainierende künstliche Intelligenz 50 aufweist. Die die künstliche Intelligenz 50 aufweisende Prozessoreinheit 34 verarbeitet den zu den unterschiedlichen Zeitpunkten erfassten Zustandswert, insbesondere die Zeitreihe bzw. Zeitfolge, gemeinsam und gibt einen prognostizierten zukünftigen Zustand des Spannungsnetzes 12 oder des Schutzgeräts 16 zu dem dritten Zeitpunkt aus, zu dem der Trainingsdatensatz den tatsächlichen Zustand des Spannungsnetzes 12 oder des Schutzgeräts 16 umfasst.
Demnach erlernt die künstliche Intelligenz 50 während des Trainings entsprechende Zusammenhänge zwischen dem zum ersten Zeitpunkt erfassten Zustandswert und dem zum zweiten Zeitpunkt erfassten Zustandswert sowie die Auswirkung(en) auf den späteren Zustand des Spannungsnetzes 12 oder des Schutzgeräts 16, sodass die künstliche Intelligenz 50 trainiert wird, den zukünftigen Zustand des Spannungsnetzes 12 oder des Schutzgeräts 16 basierend auf den vergangenen bzw. aktuellen Daten zu prognostizieren.
Zusätzlich kann optional die zweite Größe mit einbezogen werden, wodurch Korrelationen zwischen den unterschiedlichen Größen beim Training erkannt werden, also Korrelationen zwischen dem Zustandswert, der zu den unterschiedlichen Zeitpunkten erfasst worden ist, und der zweiten Größe, die einmalig oder ebenfalls zu den unterschiedlichen Zeitpunkten erfasst wurde.
In einem dritten Trainingsschritt wird der prognostizierte zukünftige Zustand des Spannungsnetzes 12 oder des Schutzgeräts 16 zum dritten Zeitpunkt mit dem tatsächlichen Zustand des Spannungsnetzes 12 oder des Schutzgeräts 16 zum dritten Zeitpunkt verglichen, wobei letzterer im Trainingsdatensatz enthalten war. Mittels des Vergleichs wird eine Abweichung zwischen dem prognostizierten zukünftigen Zustand des Spannungsnetzes 12 oder des Schutzgeräts 16 und dem tatsächlichen Zustand des Spannungsnetzes 12 oder des Schutzgeräts 16 festgestellt. Insofern wird beim Training festgestellt, wie genau die Prognose der künstlichen Intelligenz 50 bereits ist, also wie gut die Prognose den tatsächlich den Zustand trifft.
In einem vierten Trainingsschritt wird die festgestellte Abweichung zwischen dem prognostizierten zukünftigen Zustand des Spannungsnetzes 12 oder des Schutzgeräts 16 und dem tatsächlichen Zustand des Spannungsnetzes 12 oder des Schutzgeräts 16 in die zu trainierende künstliche Intelligenz 50 rückgespeist, um Gewichtungsfaktoren der zu trainierenden künstlichen Intelligenz 50 anzupassen, sofern die Abweichung außerhalb eines Toleranzbereichs liegt. Der Toleranzbereich kann dabei vorgegeben und/oder von einem Nutzer eingestellt worden sein.
Anschließend wird zumindest der dritte Trainingsschritt wiederholt, wobei die beim Vergleich im dritten Trainingsschritt festgestellte Abweichung zunehmend verringert wird. Die Abweichung ist nach einer gewissen Anzahl an Wiederholungen (Iterationen) derart gering, dass die Abweichung innerhalb des Toleranzbereichs liegt, sodass die Abweichung nicht mehr rückgespeist wird. Dann hat die künstliche Intelligenz 50 einen zumindest (vor-)trainierten Zustand für den Trainingsdatensatz erreicht, sodass diese verwendet werden kann.
Die künstliche Intelligenz 50 kann anschließend mit denselben Trainingsschritten mit entsprechenden Iterationen weitertrainiert werden, sodass die künstliche Intelligenz 50 bspw. auf weitere Größen, insbesondere charakteristische Kenngrößen des Spannungsnetzes 12 und/oder unterschiedliche Paarungen von Größen trainiert wird.
Insbesondere kann das Training der künstlichen Intelligenz 50 auch das Einspeisen von mehr als zwei unterschiedlichen Größen umfassen, bspw. bis zu acht unterschiedlichen Größen oder mehr. Der entsprechende Trainingssatz, der hierzu verwendet wird, weist demnach mehr Daten auf, welche bereitgestellt und eingespeist werden.
Typischerweise werden also die Trainingsschritte für mehrere unterschiedliche tatsächliche Zustände des Spannungsnetzes 12 oder des Schutzgeräts 16 und/oder mehrere unterschiedliche Daten der Größen wiederholt, um die künstliche Intelligenz 50 zu trainieren. Im abschließenden Trainingsschritt werden, wie bereits beschrieben, die Gewichtungsfaktoren der zu trainierenden künstlichen Intelligenz 50 derart angepasst, dass der jeweils prognostizierte zukünftige Zustand des Spannungsnetzes 12 oder des Schutzgeräts 16 immer innerhalb des Toleranzbereichs liegt.
Die beim Verfahren zum Überwachen des Spannungsnetzes 12 verwendete künstliche Intelligenz 50 ist gemäß dem vorgenannten Trainingsverfahren trainiert worden, sodass es sich um eine trainierte künstliche Intelligenz 50 handelt, die basierend auf zumindest dem Zustandswert, der vom Schutzgerät 16 erfasst wurde, den (zukünftigen) Zustand des Spannungsnetzes 12 oder des Schutzgeräts 16 ermittelt bzw. prognostiziert.
Die Prozessoreinheit 34, die die trainierte künstliche Intelligenz 50 umfasst, gibt demnach in einem fünften Schritt S5 das Auswerteergebnis aus, beispielsweise den prognostizierten zukünftigen Zustand des Spannungsnetzes 12 oder des Schutzgeräts 16.
Hierbei kann das Auswerteergebnis an das Schutzgerät 16 übermittelt werden, das die Daten über die Kommunikationsschnittstelle 26 empfängt und an die Anzeige 36 weiterleitet, sodass das Auswerteergebnis oder eine Datenrepräsentation hiervon am Schutzgerät 16 selbst ausgegeben wird, insbesondere angezeigt wird. Zusätzlich zum Auswerteergebnis kann auch eine Handlungsempfehlung umfassen.
Alternativ zum Schutzgerät 16 kann das Auswerteergebnis auch an das separat ausgebildete Anzeigegerät 38 übermitteln, sodass das Auswerteergebnis und eine etwaige Handlungsempfehlung am Anzeigegerät 38 ausgegeben wird, insbesondere auf der Anzeige 42 des Anzeigegeräts 38.
Da die Auswerteeinheit 30 separat zum Schutzgerät 16 ausgebildet ist, kann die Auswerteeinheit 30 als Hochleistungsrechner ausgebildet sein. In jedem Fall ist es möglich, dass die Auswerteeinheit 30 rechenintensive Auswertungen durchführt, um dann das Auswerteergebnis an das Schutzgerät 16 selbst oder das separat ausgebildete Anzeigegerät 38 zu übermitteln.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102019110745 B3 [0004]

Claims

Überwachungssystem zur Überwachung eines Spannungsnetzes (12), wobei das Überwachungssystem (10) ein in das Spannungsnetz (12) einzubindendes Schutzgerät (16) aufweist, das zumindest eine auslösende Schutzkomponente (18) umfasst, und wobei das Schutzgerät (16) wenigstens eine Kommunikationsschnittstelle (26) aufweist, die eingerichtet ist, einen Zustandswert des Schutzgeräts (16) an eine separat ausgebildete Auswerteeinheit (30) zu übermitteln.
Überwachungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandswert des Schutzgeräts (16) ein vom Schutzgerät (16) erfasster Messwert oder ein für einen Auslösezustand der auslösenden Schutzkomponente (18) des Schutzgeräts (16) repräsentativer Wert ist.
Überwachungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgerät (16) eine Überspannungsschutzvorrichtung ist.
Überwachungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungssystem (10) eine zum Schutzgerät (16) separat ausgebildete Auswerteeinheit (30) umfasst, die zumindest eine Kommunikationsschnittstelle (32) aufweist, die eingerichtet ist, mit der Kommunikationsschnittstelle (26) des Schutzgeräts (16) zu kommunizieren, insbesondere wobei die Kommunikationsschnittstelle (26, 32) als bidirektionale Kommunikationsschnittstelle ausgebildet ist.
Überwachungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (30) eingerichtet ist, Eingangsdaten von wenigstens einer Datenbank (44) oder einem Messgerät (46, 48) zu erhalten.
Überwachungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (30) wenigstens eine Prozessoreinheit (34) aufweist, die eingerichtet ist, zumindest den vom Schutzgerät (16) erhaltenen Zustandswert zu verarbeiten.
Überwachungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessoreinheit (34) eine künstliche Intelligenz (50) umfasst, die eingerichtet ist, basierend auf dem vom Schutzgerät (16) erhaltenen Zustandswert einen Zustand des Spannungsnetzes (12) und/oder einen Zustand des Schutzgeräts (16) zu prognostizieren.
Überwachungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die separat ausgebildete Auswerteeinheit (30) eingerichtet ist, basierend auf dem Zustandswert des Schutzgeräts (16) ein Auswerteergebnis zu ermitteln, insbesondere einen Ausgabewert und/oder einen Zustand.
Überwachungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die separat ausgebildete Auswerteeinheit (30) eingerichtet ist, das ermittelte Auswerteergebnis an das Schutzgerät (16) oder ein Anzeigegerät (38) zu übermitteln.
Überwachungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgerät (16) zumindest eine Anzeige (36) aufweist, die eingerichtet ist, ein Auswerteergebnis der Auswerteeinheit (30) anzuzeigen, insbesondere wobei die Anzeige (36) mit der Kommunikationsschnittstelle (26) des Schutzgeräts (16) signalübertragend verbunden ist.
Überwachungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der zumindest einen auslösenden Schutzkomponente (18) und der Anzeige (36) keine direkte Signalübertragung vorliegt.
Überwachungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgerät (16) ein Gehäuse (24) aufweist, in dem zumindest die auslösende Schutzkomponente (18) und die Kommunikationsschnittstelle (26) wenigstens teilweise untergebracht sind.
Verfahren zur Überwachung eines Spannungsnetzes (12) mittels eines Überwachungssystems (10), mit den folgenden Schritten: - Erfassen eines Zustandswerts mittels eines Schutzgeräts (16), das in dem zu überwachenden Spannungsnetz (12) eingebunden ist, - Übermitteln des erfassten Zustandswerts an eine separat ausgebildete Auswerteeinheit (30), und - Verarbeiten des übermitteln Zustandswerts mittels der Auswerteeinheit (30).
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (30) ein Auswerteergebnis ermittelt, wobei die Auswerteeinheit (30) das Auswerteergebnis an das Schutzgerät (16) oder ein Anzeigegerät (38) zurück übermittelt, und wobei das Auswerteergebnis ausgegeben wird.