DE19504271C1

DE19504271C1 - Impedance measuring system for AS network

Info

Publication number: DE19504271C1
Application number: DE19504271A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Wilhelm Koeln
Original assignee: KOELN KLAUS WILHELM
Current assignee: KOELN KLAUS WILHELM
Priority date: 1994-09-29
Filing date: 1995-02-09
Publication date: 1996-02-08
Anticipated expiration: 2015-02-10

Abstract

The impedance measuring system uses measurement and evaluation of the electrical parameters, before providing a blind current in the AC network at intervals and determining the phase shift between the voltages with and without the blind current, to indicate the impedance from the detected phase shift. The blind current can be provided by connecting a capacitor or inductor in parallel with the AC network for a switching in period which is equal to a voltage period, the phase shift determined by a time measurement over a half period of the network voltage, beginning and ending at the zero transitions.

Description

Die unbeabsichtigte Bildung von spannungsführenden Inselnetzen soll dadurch verhindert werden, daß eine oder mehrere Einrichtungen zur Netzüberwachung mit zugeordneten Schaltorganen eine in das Netz Energie einspeisende Einrichtung vom Netz trennt oder anderweitig außer Betrieb setzt, wenn ein kleiner Teil des Netzes, an dem die einspeisende Einrichtung angeschlossen ist, vom Hauptnetz getrennt wird.The unintentional formation of energized Island networks should be prevented by a or several network monitoring devices assigned switching elements an in the network energy separating the feeding device from the network or otherwise decommissioned if a small one Part of the network on which the feeding device is connected, is disconnected from the main network.

Aus der DE-AS 10 35 760 ist ein Gerät zur Bestimmung der Kurzschluß - Stromstärke in elektrischen Leitungsnetzen bekannt, bei dem ein Netzbelastungswiderstand für eine kurzzeitige Netzspannungsabsenkung dient und bei dem die Differenzspannung aus der Netzspannung bei Ein- und Abschaltung des Widerstandes ein Kriterium für die gesuchte Größe ist. Ein Synchronschalter schaltet den Widerstand mit einer von den Netzperioden abhängigen Häufigkeit abwechselnd zu und ab. Der Ein- und Abschaltpunkt wird jeweils in einen Nulldurchgang der Spannung gelegt. Die Differenz der Spannungen bei ein- und abgeschalteten Widerstand gelangt zur Anzeige. Der Belastungswiderstand kann wahlweise ein ohmscher oder ein Blindwiderstand sein. Eine Bestimmung bzw. Messung der Impedanz in Wechselstromnetzen ist nicht vorgesehen.From DE-AS 10 35 760 is a device for Determination of the short circuit current in known electrical line networks, in which a Network load resistance for a short time Mains voltage reduction serves and in which the Differential voltage from the mains voltage at input and Switching off the resistance is a criterion for the size is searched. A synchronous switch switches the resistance with one of the grid periods dependent frequency alternately to and from. Of the Switch-on and switch-off point is in one Voltage zero crossing. The difference in Voltages with resistance switched on and off appears on the display. The load resistance can either an ohmic or a reactance his. A determination or measurement of the impedance in AC networks are not provided.

Aus der DE 36 00 770 A1 ist ein Meßverfahren zur Ermittlung der betriebsfrequenten Netzimpedanz eines Hochspannungsnetzes mit Hilfe einer Transformatorschaltung bekannt. Aus den mit der Transformatorschaltung verbundenen Spannungs- und Stromänderungen in dem Hochspannungsnetz wird die betriebsfrequente Netzimpedanz berechnet. Bei der Auswertung müssen die betriebsfrequenten Anteile von Spannung und Strom für alle Phasen des Drehstromsystems ermittelt werden. Danach muß eine Transformation in symmetrische Komponenten erfolgen. DE 36 00 770 A1 describes a measuring method for Determination of the operating frequency network impedance of a High voltage network with the help of a Known transformer circuit. From the with the Connected voltage and transformer circuit Current changes in the high voltage network will operating frequency network impedance calculated. In the The operating frequency shares of Voltage and current for all phases of the Three-phase system can be determined. Then one must Transformation into symmetrical components.

Die Division von betriebsfrequenter Spannungs- und Stromänderung, für Mit-, Gegen- und Nullsystem getrennt, ergeben die gesuchten betriebsfrequenten Netzimpedanzen.The division of operating frequency voltage and Current change, for positive, negative and zero system separated, result in the desired operating frequencies Line impedances.

Weiterhin sind Einrichtungen bekannt, die die Spannung in einem Netz überwachen und beim Über- oder Unterschreiten von Grenzwerten eine Abschaltung der Energieeinspeisung auslösen.Furthermore, facilities are known which Monitor voltage in a network and when or falling below limit values a shutdown trigger the energy feed.

Bei Wechselstromnetzen sind weiterhin Einrichtungen bekannt, die Netzfrequenz oder Phasenlage der drei Phasen im Drehstromnetz überwachen und bei einer Über- oder Unterschreitung vorgegebener Grenzen eine Abschaltung auslösen.There are still facilities on AC networks known the grid frequency or phase relationship of the three Monitor phases in the three-phase network and at one Exceeding or falling below predetermined limits Trigger shutdown.

Auch sind für Wechselstromnetze Verfahren bekannt, bei denen das einspeisende Gerät im Fall einer Teilnetzabtrennung die Netzfrequenz zu verändern versucht und eine Frequenzüberwachungsschaltung diese Änderung erkennen soll.Methods are also known for AC networks, where the feeding device in the case of a Subnet separation to change the network frequency tried and a frequency monitoring circuit should recognize this change.

Ein anderes Verfahren wertet den typischen Anstieg der Netzoberwellen bei einer Netzabtrennung aus.Another method evaluates the typical increase of the harmonics in the event of a network disconnection.

Diese Verfahren bzw. Vorrichtungen haben gemeinsam, daß die Inselbildung nicht zuverlässig erkannt wird:These methods and devices have in common that the island formation is not reliably recognized:

In dem Fall, daß in dem abzutrennenden Teilnetz, in dem eine Stromeinspeisung stattfindet, auch Strom verbrauchende Geräte angeschlossen sind, die gerade soviel Strom verbrauchen, wie in dem Strom einspeisenden Gerät gerade dem Teilnetz zugeführt wird, ist in der Koppelstelle zum Hauptstromnetz kein Stromfluß festzustellen. Bei dieser Konstellation tritt bei dem Auftrennen der Koppelstelle eine Inselbildung auf, die von den bekannten Verfahren nicht erkannt wird, da bei der Aufrechterhaltung des Gleichgewichtszustandes von Einspeisung und Verbrauch kaum eine Spannungs- oder Frequenzänderung erfolgt. Beispielsweise versagen die bekannten Verfahren bei netzeinspeisenden Photovoltaikwechselrichtern, wenn ein Stromkreis im wesentlichen in Bezug auf Einspeisung und Verbrauch - auch unter Berücksichtigung von Blindströmen - aufeinander abgestimmt ist und dann vom Hauptnetz getrennt wird. Es besteht die Gefahr, daß in solch einem Fall auch über längere Zeit die Spannung im Inselnetz aufrechterhalten wird.In the event that in the subnet to be separated, in which is fed into the grid, also electricity consuming devices that are currently connected consume as much electricity as in the electricity feeding device just fed to the subnet is in the coupling point to the main electricity network no current flow found. At this Constellation occurs when the Coupling an island formation by the known method is not recognized because in the Maintaining the equilibrium of Feeding and consumption hardly a voltage or Frequency change takes place. For example, fail the known methods for network feeders Photovoltaic inverters when a circuit in the essential in terms of feed-in and consumption - also taking reactive currents into account - is coordinated and then from the main network is separated. There is a risk that in such one case, the tension in the Island network is maintained.

Dies führt in der Praxis zu einem Sicherheitsproblem:
Treten diese Gleichgewichtsbedingungen zufällig auf, steht das Teilnetz, trotz Abschaltung dieses Teilnetzes vom Hauptnetz, weiterhin unter Spannung. Eine an dem Teilnetz arbeitende Person aber geht davon aus, daß nach Abschaltung des Teilnetzes dieses spannungsfrei ist.In practice, this leads to a security problem:
If these equilibrium conditions occur accidentally, the sub-network is still live, despite the disconnection of this sub-network from the main network. A person working on the subnetwork, however, assumes that after the subnetwork is switched off, it is voltage-free.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung aufzuzeigen, mit der eine Impedanzmessung durchgeführt werden kann. Weiterhin soll ein Verfahren und eine Vorrichtung aufgezeigt werden, bei dem zuverlässig bei dem Abschalten eines Teilnetzes von einem Hauptnetz die in dem Teilnetz angeschlossenen energieeinspeisenden Geräte automatisch abgeschaltet werden, um eine Spannungsfreiheit herzustellen.The present invention therefore has the problem based on a method and an apparatus to demonstrate with which an impedance measurement can be carried out. Furthermore, a Methods and an apparatus are shown which is reliable when you turn off one Subnet from a main network in the subnet connected energy feeding devices to be automatically turned off to a Establish freedom from tension.

Erfindungsgemäß wird das Problem bezüglich des Verfahrens zur Impedanzmessung durch die Merkmale des Anspruchs 1, der Vorrichtung zur Impedanzmessung durch die Merkmale des Anspruchs 12, des Verfahrens zur Verhinderung von Inselnetzen durch die Merkmale des Anspruchs 11 und der entsprechenden Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 13 gelöst.According to the invention, the problem regarding the Method for measuring impedance using the features of claim 1, the device for impedance measurement by the features of claim 12, the method for the prevention of island networks by the characteristics of claim 11 and the corresponding device solved by the features of claim 13.

Es wird von der Überlegung ausgegangen, daß auch für den Fall des Gleichgewichtes zwischen Einspeisung und Verbrauch im Teilnetz eine Abtrennung vom Hauptnetz erkennbar sein muß.It is assumed that for the case of the balance between infeed and consumption in the subnet a separation from Main network must be recognizable.

In Verbindung mit einem Strom einspeisenden Gerät läßt sich eine Meß- und Überwachungseinrichtung derart realisieren, indem die Netzimpedanz als Überwachungsfunktion gewählt wird.In connection with a device feeding electricity can be a measuring and monitoring device realize in such a way that the network impedance as Monitoring function is selected.

Das einspeisende Gerät soll auch bei gleichbleibender Eingangsleistung keine gleichbleibende Ausgangsleistung an das Netz abgeben, sondern die Leistungsabgabe verändert sich. Die daraus folgende Spannungsänderung wird gemessen.The feeding device should also at constant input power none constant output power to the network deliver, but the output changes. The resulting change in voltage is measured.

Diese Spannungsänderung ist proportional zur Netzimpedanz. Wird ein Teilnetz abgetrennt, in dem das einspeisende Gerät einen großen Anteil der gerade umgesetzten Leistung liefert, ist die Netzimpedanz mehrfach höher als im normalen Stromnetz.This change in voltage is proportional to Mains impedance. A subnetwork is separated in which the feeding device a large part of the delivering just implemented performance is the Mains impedance several times higher than in normal Power grid.

Als Folge der Leistungsänderung des Einspeisers sind entsprechend größere Spannungsänderungen im Inselnetz zu messen.As a result of the power change of the feeder correspondingly larger voltage changes in the To measure the island grid.

Damit bei gleichbleibender Eingangsspannung die Ausgangsleistung eines Gerätes geändert werden kann, muß in der Regel Energie in einem Kondensator zwischengespeichert oder aus ihm entnommen werden.So that the input voltage remains the same Output power of a device can be changed usually needs energy in a capacitor cached or removed from it.

Der gleiche Effekt läßt sich auch durch kurzes Zuschalten einer zusätzlichen Last erreichen. Dadurch treten zwar zusätzliche Verluste auf, es ist aber eine weitgehende Unabhängigkeit gegeben.The same effect can also be achieved by briefly Connect an additional load. While this does result in additional losses, it is but given a high degree of independence.

Um die notwendige Größe des Kondensators bzw. der zusätzlichen Verluste zu begrenzen, sollte nur ein kurzer Impuls mit geänderter Leistung erzeugt und die resultierende Spannungsänderung gemessen werden.To the necessary size of the capacitor or the limiting additional losses should only be one short pulse with changed power generated and the resulting voltage change can be measured.

Die Impulserzeugung und Messung kann in sinnvollen Abständen, die kleiner als die zulässige Abschaltdauer sein sollten, wiederholt werden.The pulse generation and measurement can be useful Distances that are smaller than the allowable Switch-off time should be repeated.

Um störende Netzrückwirkungen zu vermeiden, kann dieser Puls bei Wechselspannungsnetzes als Vollwelle oder Vollwellenpaket ausgeführt sein.To avoid disruptive network effects, this pulse in the AC network as a full wave or full wave package.

Anstelle einer Leistungserhöhung oder -reduzierung kann die Einspeisung auch ganz unterbrochen werden. Instead of increasing or reducing performance the feed can also be completely interrupted.

Es findet somit eine automatische Überwachung von Stromnetzen, in denen an mehreren Stellen Energie zugeführt wird, statt, wobei das Abtrennen eines Teilnetzes, in dem Strom eingespeist wird, erkannt wird. Ein Gleichgewichtszustand zwischen Energieeinspeisung und Verbrauch, der in dem einen Teilnetz schwer zu erkennen ist, wird durch Leistungsvariation des Einspeisers vermieden. Gemessen werden die durch die Leistungsvariation entstehenden Spannungsänderungen oder Spannungsunterschiede. Das Energie einspeisende Gerät verändert auch bei gleichbleibender Eingangsleistung die an das Netz abgegebene Leistung selbständig. Erzeugt werden Pulse mit höherer Leistung, aber auch solche mit niedrigerer Leistung sind denkbar. Es können auch Pulse erzeugt werden, bei denen die Einspeisung unterbrochen wird. Im einspeisenden Gerät kann kurzzeitig eine Last zugeschaltet werden. Bei Wechselspannungsnetzen können die Pulse als Vollwelle, und/oder auch Vollwellenpakete erzeugt werden.There is therefore an automatic monitoring of Electricity networks in which energy is present in several places is supplied instead of, the separation of a Subnet in which electricity is fed is recognized becomes. A state of equilibrium between Energy supply and consumption, in one Subnet is difficult to see through Power variation of the feeder avoided. They are measured by the variation in performance arising voltage changes or Voltage differences. The energy feeding Device changes even with the same Input power is the power delivered to the grid independent. Pulses with higher are generated Performance, but also those with lower performance are conceivable. Pulses can also be generated where the feed is interrupted. in the feeding device can temporarily be a load be switched on. For AC networks can the pulses as a solid wave, and / or also Full wave packets are generated.

Bei dem Verfahren, bei dem die Netzimpedanz durch Belastung des Netzes mit Widerständen und Vergleich der Spannung des belasteten Netzes mit der des unbelasteten Netzes durchgeführt wird, tritt ein relativ hoher Energieverbrauch pro Prüfimpuls auf. Auch ist eine Spannungsmessung erforderlich. Der Stromverbrauch ist besonders dann relevant, wenn eine dauernde Überwachung durchgeführt werden soll. Weiterhin besteht die Gefahr, daß die Belastung des Netzes mit Wirkleistungsimpulsen zu Flickerstörungen führt. Auch die Wärmeentwicklung und das damit einhergehende große Bauvolumen der Geräte ist nicht wünschenswert.In the method in which the network impedance is caused by Load the network with resistors and comparison the voltage of the loaded network with that of the unloaded network occurs relatively high energy consumption per test pulse. A voltage measurement is also required. Of the Power consumption is particularly relevant when permanent surveillance should be carried out. There is also a risk that the load on the Network with active power impulses to flicker interference leads. Also the heat development and that accompanying large construction volume of the devices is not desirable.

Die Erfindung schlägt daher vor, daß ein Blindstrom erzeugt wird. Die Erzeugung des Blindstromes erfolgt in Intervalle. Gemessen wird die Phasenverschiebung der Spannung ohne Blindstrom zu der Spannung mit Blindstrom. Aus dieser Phasenverschiebung wird dann die Netzimpedanz bestimmt. Da es sich um Blindstrom handelt, ist keine nennenswerte Leistung erforderlich; der Energieverbrauch ist entsprechend gering. Dadurch wird eine dauernde schnelle Folge von Meßimpulsen auch bei kleinem Bauvolumen ermöglicht. Der Effektivwert der Spannung des Netzes bleibt im wesentlichen auch bei relativ hohen Strömen unverändert, so daß keine Flickerstörungen auftreten. Durch die Möglichkeit, hohe Ströme einzusetzen und gleichzeitig häufig zu messen und Mittelwerte zu bilden, wird eine hohe Meßgenauigkeit erreicht.The invention therefore proposes that a reactive current is produced. The reactive current is generated at intervals. The phase shift is measured the voltage without reactive current to the voltage with Reactive current. This phase shift then becomes determines the network impedance. Since it is reactive current is not a noteworthy achievement required; the energy consumption is corresponding low. This will result in a permanent quick consequence of measuring impulses even with a small construction volume enables. The rms value of the voltage of the network remains essentially at relatively high Stream unchanged, so no flicker interference occur. Due to the possibility of high currents to be used while measuring and Averaging will result in high measurement accuracy reached.

Der Blindstrom kann durch eine parallele Einschaltung einer Kapazität oder Induktivität zum Wechselstromnetz erzeugt werden. Die Kapazität oder Induktivität weist dann einen maximalen Strom auf, wenn die Netzspannung sich im Nulldurchgang befindet. Die Einschaltdauer der Kapazität bzw. der Induktivität sollte im wesentlichen einer Spannungsperiode entsprechen. Dadurch wird erreicht, daß die Schaltverluste minimiert werden. The reactive current can be fed through a parallel Activation of a capacitance or inductance for AC network are generated. The capacity or Inductance then has a maximum current when the mains voltage is at zero crossing located. The duty cycle of the capacity or Essentially, inductance should be one Correspond to the voltage period. This ensures that switching losses are minimized.

Die Ermittlung der Phasenverschiebung zur Berechnung der Impedanz kann durch eine Zeitmessung erfolgen.The determination of the phase shift for the calculation the impedance can be measured by a time measurement.

Die Dauer der Zeitmessung kann eine halbe Periode der Netzspannung betragen. Zur Bestimmung der Impedanz sind zwei Zeitmessungen vorgesehen, die in der Nähe des Spannungsnulldurchganges beginnen bzw. enden können. Direkt im Spannungsnulldurchgang ergibt sich eine maximale Auflösung. Die Zeitmessungen sollten daher in einem Bereich der Netzspannung von U = -50 V bis U = +50 V erfolgen.The duration of the time measurement can be half a period the mains voltage. To determine the Impedance two time measurements are provided, which in begin near the voltage zero crossing or can end. Right in the voltage zero crossing there is a maximum resolution. The Time measurements should therefore be in a range of Mains voltage from U = -50 V to U = +50 V.

Die erste Zeitmessung kann in der Nähe eines Spannungsnulldurchganges bei einer Spannung von U = +x V bei abgeschaltetem Blindstrom beginnen, wobei nach dem Beginn der ersten Zeitmessung der Blindstrom zugeschaltet wird. Die Zuschaltung bleibt bis zur Beendigung der ersten Zeitmessung aufrechterhalten. Nach einer halben Periode mit Erreichen der Spannung U = -x V wird dann die erste Zeitmessung beendet.The first time measurement can be close to a Zero voltage crossing at a voltage of U = + x V start with reactive current switched off, after the start of the first time measurement the Reactive current is switched on. The connection remains until the end of the first time measurement maintain. After half a period with When the voltage U = -x V is reached, the first Timekeeping ended.

Die zweite Zeitmessung kann in der Nähe eines Spannungsnulldurchganges bei einer Spannung von U = +y V bei zugeschaltetem Blindstrom beginnen. Nach dem Beginn der zweiten Zeitmessung wird der Blindstrom abgeschaltet. Die Abschaltung bleibt bis zum Ende der zweiten Zeitmessung aufrechterhalten. Die zweite Zeitmessung wird nach einer halben Periode mit Erreichen der Spannung U = -y V beendet.The second timekeeping can be close to a Zero voltage crossing at a voltage of Start U = + y V with reactive current switched on. After the start of the second time measurement, the Reactive current switched off. The shutdown remains until maintained at the end of the second timekeeping. The second timekeeping is after half Period ends when voltage U = -y V is reached.

Die Zeitdifferenz der ersten und zweiten Zeitmessung kann als Maß der Impedanz benutzt werden. Durch diesen Meßvorgang mit anschließender Differenzbildung tritt eine Verdopplung der Zeitdifferenz auf, wodurch die Meßgenauigkeit wesentlich erhöht wird.The time difference between the first and second time measurement can be used as a measure of impedance. By this measuring process with subsequent Difference formation occurs when the Time difference, reducing the measuring accuracy is significantly increased.

Gemäß der Lehre der Erfindung wird zur Belastung des Netzes eine Kapazität oder Induktivität benutzt, um einen Blindleistungsimpuls zu erzeugen. Der Blindleistungsimpuls führt zu einem Stromfluß und damit zu einem Spannungsabfall auch am Innenwiderstand des Netzes. Dieser erreicht gerade im Spannungsnulldurchgang seinen maximalen Wert und ist auch meßbar, wenn genau zu dem Zeitpunkt gemessen wird, bei dem der Spannungsnulldurchgang zu erwarten wäre. Einfacher und zuverlässiger ist die hier vorgeschlagene Zeitmessung, bei der die zeitliche Verschiebung des meßbaren Nullpunktes festgestellt wird. Diese Verschiebung ist annähernd linear abhängig von der Größe des Blindstromes und der Netzimpedanz, so daß eine einfache Auswertung möglich ist. Auch wird das Verfahren weniger durch Schaltvorgänge gestört, da das Schalten von Wirkleistungen nicht zu einer Verschiebung des Spannungsnulldurchganges führt.According to the teaching of the invention, the load on the Network uses a capacitance or inductance to generate a reactive power pulse. Of the Reactive power pulse leads to a current flow and thus also to a voltage drop on Internal resistance of the network. This has just reached in the voltage zero crossing its maximum value and is also measurable, if exactly at the time is measured at which the voltage zero crossing increases would be expected. It is easier and more reliable time measurement proposed here, in which the temporal shift of the measurable zero point is detected. This shift is approximate linear depending on the size of the reactive current and the network impedance so that a simple evaluation is possible. The process is also less Switching operations disrupted because the switching of Active powers do not shift the Zero voltage leads.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.In the following the invention is based on a Embodiment explained in more detail.

Es zeigenShow it

Fig. 1 ein Prinzipbild einer Netzüberwachungsschaltung und Fig. 1 is a schematic diagram of a network monitoring circuit and

Fig. 2 eine schematische Darstellung wichtiger Meßgrößen. Fig. 2 is a schematic representation of important measured variables.

In der Fig. 1 ist ein Prinzipdarstellung einer Schaltung dargestellt. Ein zu überwachendes Teilnetz 1 weist im wesentlichen einen Kondensator 2 auf, der parallel zu dem Teilnetz 1 geschaltet ist.In Fig. 1 is a schematic representation of a circuit is illustrated. A subnet 1 to be monitored essentially has a capacitor 2 which is connected in parallel with the subnet 1 .

In Reihe mit dem Teilnetz 1 ist ein zweites Relais 3 und ein erstes Relais 4 vorgesehen. Zwischen dem zweiten Relais 3 und dem ersten Relais 4 wird die Spannung des zweiten Relais 3 abgenommen und einem hier nicht weiter dargestellten ersten und zweiten Mikrocontroller zugeführt. Von diesen beiden Mikrocontrollern wird ebenso die Spannung des ersten Relais 4 erfaßt.A second relay 3 and a first relay 4 are provided in series with the subnet 1 . Between the second relay 3 and the first relay 4 , the voltage of the second relay 3 is removed and fed to a first and second microcontroller, not shown here. The voltage of the first relay 4 is also detected by these two microcontrollers.

Ein Gleichrichter 5, der dem Kondensator 2 nachgeschaltet ist, ist ausgehend von einem Punkt 6 mit Eingängen 7 der beiden Mikrocontroller verbunden. Die Spannung des Gleichrichterpunktes 6 wird weiterhin zu einem Schaltorgan 8 geleitet. Das Schaltorgan 8 ist ebenfalls mit dem Punkt 9 des Gleichrichters und mit den Eingängen 10 der beiden Mikrocontroller verbunden.A rectifier 5 , which is connected downstream of the capacitor 2 , is connected from a point 6 to inputs 7 of the two microcontrollers. The voltage of the rectifier point 6 is also passed to a switching element 8 . The switching element 8 is also connected to the point 9 of the rectifier and to the inputs 10 of the two microcontrollers.

Die andere Seite des Schaltorganes 8 steht in Verbindung mit dem Ausgang 11 des ersten Mikrocontrollers und dem Eingang 12 des zweiten Mikrocontrollers.The other side of the switching element 8 is connected to the output 11 of the first microcontroller and the input 12 of the second microcontroller.

In der Fig. 2 sind von oben nach unten auf der Ordinate ein Schaltzustand eines Schalters, eine Netzspannung, eine Spannung an einem Kondensator und ein Strom über den Kondensator eingezeichnet. Als Abszisse ist eine Zeitachse dargestellt.In FIG. 2, a state of a switch, a mains voltage, a voltage across a capacitor and a current are drawn through the capacitor from the top down on the ordinate. A time axis is shown as the abscissa.

Ausgehend von der Netzspannung wird der Kondensator zu einem Zeitpunkt T₀ eingeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt hat die sinusförmige Netzspannung ein Minimum. Die gestrichelte Linie zeigt die Netzspannung, wie sie ohne Belastung des Netzes aussehen würde.Starting from the mains voltage, the capacitor turned on at a time T₀. To this The sinusoidal mains voltage is on Minimum. The dashed line shows the Mains voltage as it is without loading the network would look like.

Nach dem Einschalten des Schalters zum Zeitpunkt T₀ baut sich eine Spannung am Kondensator auf, die über eine ganze Periode der Netzspannung aufrechterhalten wird. Das Maximum der Kondensatorspannung wird im wesentlichen zu einem Zeitpunkt erreicht, zu dem auch die Netzspannung ihr Maximum erreicht. Danach baut sich die Kondensatorspannung wieder ab, bis zu dem Zeitpunkt T₁ der Schalter abgeschaltet wird und die Kondensatorspannung wie auch der Kondensatorstrom den Wert Null beträgt.After switching on the switch at time T₀ a voltage builds up on the capacitor that over maintain an entire period of mains voltage becomes. The maximum of the capacitor voltage is in essentially achieved at a time when the mains voltage also reaches its maximum. After that the capacitor voltage decreases again, up to the time T₁ the switch is turned off and the capacitor voltage as well as the Capacitor current is zero.

Die Zeitpunkte T₀ und T₁ befinden sich im Bereich je eines Minimums der Netzspannung, die Zeitdifferenz ist eine Periode. The times T₀ and T₁ are in the area a minimum of the mains voltage, the time difference is a period.

In diesem Zeitintervall verhält sich der Strom über den Kondensator sinusförmig mit einer Frequenz von ebenfalls einer Periode.The current behaves in this time interval the capacitor sinusoidal with a frequency of also a period.

Die Zeit T ist die Dauer einer Halbwelle, dT ist die zeitliche Verschiebung des Nulldurchganges durch den Spannungsabfall an der Netzimpedanz.The time T is the duration of a half-wave, dT is that temporal shift of the zero crossing through the Voltage drop at the line impedance.

Unter der näherungsweisen Annahme, daß der Strom I um den Nulldurchgang konstant ist, und daß der Spannungsverlauf im Nulldurchgang linear verläuft, ist der Netzinnenwiderstand proportional zur Zeitdifferenz dT und umgekehrt proportional zum Strom I: R_Netz ≈ dt/I.Under the approximate assumption that the current I is constant around the zero crossing and that the voltage curve is linear at the zero crossing, the internal network resistance is proportional to the time difference dT and inversely proportional to the current I: R _network ≈ dt / I.

Im folgenden wird die Funktion näher erläutert.The function is explained in more detail below.

Wird die Kapazität parallel zum Wechselstromnetz geschaltet, so fließt während der Nulldurchgänge des Netzes ein Blindstrom. Aus dem daraus resultierenden Spannungsabfall an der Netzimpedanz findet der Nulldurchgang in Relation zum unbelasteten Netz zeitverschoben statt. Aus dem Zeitunterschied zwischen dem Auftreten des Nulldurchganges im belasteten und unbelasteten Fall wird die Netzimpedanz bestimmt.The capacity is parallel to the AC network switched, then flows during the zero crossings of the Mains a reactive current. From the resulting The voltage drop at the line impedance takes place Zero crossing in relation to the unloaded network time-shifted instead. From the time difference between the occurrence of the zero crossing in charged and unpaid case Mains impedance determined.

Die Zeitmessung beginnt bei einer Spannung U = x V. Irgendwann, vorteilhafterweise in der Nähe eines Nulldurchganges der Spannung, erfolgt die Zuschaltung des Blindstromes. Nach Ablauf einer halben Periode, wenn die Spannung U = -x V erreicht ist, endet die erste Zeitmessung. Der Blindstrom ist zu dieser Zeit noch immer zugeschaltet. Die zweite Zeitmessung wird bei einer Spannung U = y V begonnen. Während dieser Zeitmessung wird der Blindstrom abgeschaltet. Das Ende der zweiten Zeitmessung erfolgt nach einer halben Periode, wenn die Spannung U = -y V beträgt.The time measurement starts at a voltage U = x V. At some point, advantageously near one Zero crossing of the voltage, the Activation of the reactive current. After a half period when the voltage reaches U = -x V. the first time measurement ends. The reactive current is still switched on at that time. The second Time measurement is at a voltage U = y V began. During this time measurement the Reactive current switched off. The end of the second Timekeeping takes place after half a period, if the voltage is U = -y V.

Aus diesen beiden Zeitmessungen wird die Differenz gebildet. Dadurch ergibt sich eine Verdoppelung der Zeitverschiebung, die als Maß der Impedanz genommen wird.The difference becomes from these two time measurements educated. This results in a doubling of the Time shift taken as a measure of impedance becomes.

Zur Verhinderung von unkontrollierten Inselnetzen wird die Impedanz überwacht und bei sprunghafter Änderung der Impedanz das Teilnetz vom Hauptnetz abgetrennt.To prevent uncontrolled island networks the impedance is monitored and if there is a jump Change the impedance of the subnet from the main network severed.

Die in der Fig. 1 dargestellte Schaltung ermöglicht die Zuschaltung einer Kapazität zu einem genau definiertem Zeitpunkt. Der Mikrocontroller mißt die Zeiträume zwischen den Nulldurchgängen und schaltet den Schalter zu einem bestimmten Zeitpunkt innerhalb einer Phase.The circuit shown in FIG. 1 enables the connection of a capacitance at a precisely defined point in time. The microcontroller measures the periods between the zero crossings and switches the switch at a specific point in time within a phase.

Als besonders günstig hat es sich herausgestellt, die Kapazität über den Zeitraum einer Ganzwelle eingeschaltet zu halten. Der Kondensator wird so bei einer Spannung des Netzes getrennt, bei der er bei einem nächsten Schaltzyklus wieder eingeschaltet wird, so daß keine unnötig hohen Schaltströme fließen. It turned out to be particularly cheap the capacity over the period of a whole wave keep on. The capacitor is so at a voltage of the network at which it is disconnected switched on again in a next switching cycle is, so that no unnecessarily high switching currents flow.

Die beiden Mikrocontroller führen die Impedanzmessung unabhängig voneinander durch und überwachen alle Meßpunkte. Das Zuschalten des Kondensators wird nur von dem einen Mikrocontroller durchgeführt, wobei der zweite Mikrocontroller den Zeitpunkt des Schaltvorganges registriert. Beide Mikrocontroller bestimmen dann parallel die Netzimpedanz. Die beiden Relais werden jeweils nur von einem der beiden Mikrocontroller nach ihrer jeweiligen eigenen Analyse angesteuert.The two microcontrollers run the Impedance measurement independently of each other using and monitor all measuring points. Switching on the Capacitor is only from the one microcontroller performed, the second microcontroller Time of switching registered. Both Microcontrollers then determine the parallel Mains impedance. The two relays are each only from one of the two microcontrollers according to their driven by their own analysis.

Die Mikrocontroller sind über zwei separate Leitungen miteinander verbunden, über die sie sich gegenseitig darüber informieren, wann sie ihr Relais freischalten.The microcontrollers are separate Lines connected with each other, through which they are located inform each other of when they are relaying unlock.

Die Zuschaltung der Relais erfolgt nur dann, wenn beide Mikrocontroller dies "erlauben". Die Abschaltung dagegen erfolgt bei beiden Mikrocontrollern, sobald auch nur einer von ihnen entsprechende Zustände feststellt.The relay is only switched on if both microcontrollers "allow" this. The Shutdown, however, takes place in both Microcontrollers as soon as even one of them appropriate conditions are determined.

Die Ausschaltkriterien beider Mikrocontroller sind im wesentlichen:The switch-off criteria of both microcontrollers are essentially:

- There is a grid impedance jump;
- The mains voltage or the mains frequency lie in the inadmissible range;
- A too low supply voltage allowed no concrete measurements;
- The impedance measurement is not carried out often enough;
- One of the measured values is not plausible Area;
- One of the two relays no longer switches correctly;
- The other microcontroller requests this Switch off the relays.

BezugszeichenlisteReference list

1 Teilnetz
2 Kondensator
3 Relais
4 Relais
5 Gleichrichter
6 Gleichrichterpunkt
7 Eingang
8 Schaltorgan
9 Gleichrichterpunkt
10 Eingang der Mikrocontroller
11 Ausgang des ersten Mikrocontrollers
12 Eingang des zweiten Mikrocontrollers 1 subnet
2 capacitor
3 relays
4 relays
5 rectifiers
6 rectifier point
7 entrance
8 switching element
9 rectifier point
10 Input of the microcontroller
11 Output of the first microcontroller
12 Input of the second microcontroller

Claims

1. Method for impedance measurement in AC networks with the following features:

electrical quantities are determined and evaluated,
a reactive current is generated in the AC network,
- the reactive current is generated at intervals,
- The phase shift of the voltage without reactive current to the voltage with reactive current is measured and
- A network impedance is determined from the phase shift.

2. The method according to claim 1, characterized characterized in that the reactive current through a parallel activation of a capacitance or Inductance to the AC network is generated.

3. The method according to claim 2, characterized characterized in that the duty cycle of the Capacitance or inductance essentially corresponds to a voltage period.

4. Method according to one or more of the Claims 1 to 3, characterized in that the determination of the phase shift by a time measurement is made.

5. The method according to claim 4, characterized characterized that the time measurement over the Duration of half a period of the mains voltage he follows.

6. The method according to claim 4 or 5, characterized characterized in that two for determining the impedance Time measurements are provided.

7. Method according to one or more of the Claims 4 to 6, characterized in that the time measurements near the Voltage zero crossing begin or end.

8. The method according to claim 6 or 7, characterized characterized in that the first time measurement in close to a voltage zero crossing a voltage of U = + x V when switched off Reactive current begins after the beginning of the first time measurement of the reactive current switched on will that the connection by the end of first timekeeping is maintained, and that the first time measurement after half Period when the voltage U = -x V is reached is ended.

9. Method according to one or more of the Claims 6 to 8, characterized in that the second timekeeping near one Zero voltage crossing at a voltage of U = + y V starts when reactive current is switched on, that after the start of the second time measurement the Reactive current is switched off that the Shutdown until the end of the second Timekeeping is maintained and that the second time measurement after half a period ends when the voltage U = -y V is reached becomes.

10. The method according to claim 9, characterized characterized in that the time difference of the first and second timekeeping as a measure of Impedance is used.

11. Procedures for the prevention of island networks the feeding of energy into AC networks where a separation of a subnet in the event of a sudden change in Mains impedance takes place, characterized in that that impedance monitoring by means of a Impedance measurement according to one or more of the Claims 1 to 10 is provided.

12. Device for measuring the impedance in externally supplied AC networks, characterized in that the following features and components are provided:

1. a capacitor,
1.1 which is connected in parallel to the AC network,
2. a switch, 2.1 which is assigned to the capacitor, and
2.2 is connected to a clock,
3. a voltage zero crossing measuring device and
4. a time measuring instrument.

13. Device for preventing island networks when feeding energy into AC networks, with a the network impedance measuring device, thereby characterized in that the measuring device according to Claim 12 is formed that two with the Subnet to be monitored connected in series Shutdown devices are provided that two Microcontrollers are provided that such are connected and connected that the Shutdown devices of one microcontroller each can be controlled, and that each with both Microcontrollers independently of each other Impedance measurement that performs the capacitance or inductance is switched such that the first microcontroller switching on performs and the second microcontroller Time of activation registered.