SI24061A - Naprava za nadgradnjo števca električne energije za delovanje v sistemih naprednega merjenja in pametnih omrežij - Google Patents

Abstract

Naprava za nadgradnjo že nameščenih elektronskih števcev električne energije v sistemih naprednega merjenja in pametnih omrežij električne energije (2) je nameščena na mestu prvotnega pokrova priključnice (11) električnega števca (1) in opremljena z izmenljivimi moduli s katerimi naprava (2) tvori integrirani priključni sklop s polno funkcionalnostjo, ki odlikuje napredne naprave v sistemih naprednega merjenja in pametnih omrežij. Funkcije so realizirane s stikalnim modulom (23), modulom za zajem inobdelavo podatkov (24), komunikacijskim modulom (26) in opcijskim modulom za upravljanje porabe posameznih električnih porabnikov (27). Komunikacijski modul (26) naprave (2) izmenjuje, preko komunikacijskega kanala (IKK), podatke z električnim števcem (1), preko komunikacijskega kanala (EKK) pa komunicira z napravami priključenimi v pametnem omrežju. V posebnem izvedbenem primeru je možna modulna nadgradnja komunikacijskega modula (26) z modulom (261) za krmiljenje in/ali branje podatkov iz podmerilnikovelektrične energije, ali drugih ne-električnih merilnikov oziroma z modulom (262) za krmiljenje in/ali branje podatkov iz naprav priključenih na domače omrežje.

Description

Naprava za nadgradnjo števca električne energije za delovanje v sistemih naprednega merjenja in pametnih omrežij

Izum se nanaša na delovanje električnega števca v sistemih naprednega merjenja in pametnih omrežij.

V tradicionalnih električnih omrežjih je v preteklosti prevladovalo preprosto merjenje porabljene električne energije z mehanskimi ali kasneje, z elektronskimi gospodinjskimi števci električne energije. Porabljeno energijo so operaterji vizualno odčitali na prikazovalniku električnega števca, ob vsakokratnem obisku merilnega mesta. Distributer električne energije je uporabljal energetsko omrežje le za prenos električne energije in v nekaterih primerih tudi za prenos tonskega signala za preklop tarifnih naprav.

V kasnejšem obdobju, s prihodom elektronskih električnih števcev na trg, so ti omogočili prenos podatkov iz električnega števca v koncentratorje podatkov in naprej v distribucijski center. V tem primeru je običajno šlo le za prenos osnovnih merilnih podatkov o porabljeni energiji v določenem časovnem obdobju, v nekaterih primerih pa tudi za prenos zahtev po časovno urejenem pošiljanju podatkov, iz distribucijskega centra proti števcu.

Z razvojem tehnike in različnih tehnologij ter z vzpostavitvijo dereguliranega trga električne energije, so se pri distribucijskih operaterjih električne energije pojavile zahteve po upravljanju porabe energije in po upravljanju delovanja celotnega omrežja. Tako imenovano pametno omrežje električne energije se zato nadgrajuje v sistem standardiziranega prenosa podatkov s ciljem dinamičnega upravljanja stanja omrežja, trenutne in napovedane porabe električne energije, optimizacije prenosa električne energije, zbiranja podatkov o porabi in obračuna porabe električne energije in tako dalje. To med drugim vključuje tudi obojestranski prenos množice podatkov ter prenos ukazov za odklapljanje posameznih delov omrežja.

Vzporedno z razvojem pametnega omrežja je potekal tudi razvoj pametnih, sistemskih števcev, ki so sposobni, poleg meritve električne energije, še tarifne obdelave podatkov, prenosa podatkov v različnih komunikacijskih tehnologijah, odklopa napajanja na števec priklopljenih porabnikov, zajema podatkov porabe drugih energentov iz ne-električnih števcev in podobno.

Dejstvo je, da je v električnih omrežjih priklopljenih še vedno veliko enostavnih, električnih števcev, ki zadovoljivo opravljajo svojo metrološko funkcijo, ne omogočajo pa podpore osnovnim funkcionalnostim sistema naprednega merjenja in pametnih omrežij. Zaradi prevelikega nabora funkcij in posledično visoke cene so lahko, za nekatere tržne segmente, sistemski števci predragi in neekonomični.

Nadgradnja obstoječih elektronskih, števcev električne energije tehnološko ni mogoča zaradi tega ker je ohišje števca zaščiteno z metrološko plombo, in je ta prostor distribucijskemu operaterju nedostopen. Omenjenemu operaterju je dostopen le prostor znotraj pokrova priključnice števca. Poleg tega je nadgraditev električnega števca prostorsko omejena z majhno prostornino električne omarice. Omenjena dostopnost in prostorska razpoložljivost postavlja zahtevo po namestitvi nadgradne naprave v območje ohišja priključnice števca ob zahtevi, da je potrebna zagotovitev izmenljivosti posameznih modulov zaradi različnih zahtevanih funkcionalnosti s strani distribucijskega operaterja električne energije.

Izum je po mednarodni klasifikaciji uvrščen v razred H02J 13/00 .

Izum rešuje tehnični problem, kako nadgraditi že nameščene enostavne, elektronske števce električne energije v sistemih naprednega meijenja in pametnih omrežij električne energije, na način ki ne bo spremenil arhitekture in osnovne funkcionalnosti števca in bo zagotovil komunikacijo in funkcionalnost prenosa podatkov po omenjenemu sistemu, odklopno funkcijo ter upravljanje s porabo posameznih porabnikov priključenih na odjemno mesto, obenem pa bo zagotovljena izmenljivost modulov ki zagotavljajo te funkcije, celotna naprava pa naj nadomesti prvotni pokrov priključnice električnega števca.

Prvotni pokrov priključnice elektronskega, števca električne energije je plombiran in dostopen samo distribucijskemu operaterju električne energije in ima predvsem funkcijo mehanske preprečitve dostopa do priključitvenih sponk električnega števca. To pomeni, da opravlja varnostno funkcijo preprečitve dotika naprave pod napetostjo, funkcijo preprečitve nepooblaščenega dostopa do priključnih sponk števca in funkcijo zaščite proti prahu in vodi.

Elektronski, gospodinjski števci električne energije so opremljeni prvenstveno z merilnim sklopom, prikazom in komunikacijskim kanalom za prenos osnovnih podatkov o porabljeni električni energiji. Omenjeni komunikacijski kanal je običajno izveden v izvedbi impulznega izhoda, RS232, RS485, optičnega zajema podatkov, tokovne zanke, M-Bus in podobno. Tak način prenosa podatkov ne ustreza komunikacijski zasnovi sistema naprednega merjenja in pametnih omrežij, kateri predvideva naslavljanje in paketni prenos podatkov, kot na primer z objekti COSEM/DLMS. Prav tako, zgoraj omenjeni števci praviloma nimajo vgrajenega odklopnika za odklop odjemnega mesta.

Znana je izvedba (SI 22221) pri kateri električni števec krmili odklop/vklop zunaj števca nameščene stikalne enote preko Mbus komunikacijskega kanala. Prednost te rešitve je v tem, da je komunikacijski kanal sočasno na voljo tudi prenosu podatkov iz drugih števcev ali merilnikov, ki so priklopljeni na M-Bus komunikacijski kanal. Pomanjkljivost takšne rešitve je v tem, da stikalna enota nima komunikacijskega vmesnika, ki bi omogočal prenos podatkov po pametnem omrežju ter da nima možnosti krmiljenja porabe posameznih porabnikov, ki so priključeni na odjemno mesto. Nadaljnja pomanjkljivost omenjene rešitve je v ločeni namestitvi stikalne enote izven ohišja priključnice in števca, kar zahteva več dodatnega prostora v električni omarici in ki praviloma ni na voljo.

Znane so tudi rešitve, ki zajemajo priključitev komunikacijskih in krmilnih enot za različne energente neposredno na ohišje električnega števca. Preko takega komunikacijskega modula se lahko nadgradi delovanje električnega števca v smislu komunikacije po pametnem omrežju in v smislu krmiljenja porabe posameznih porabnikov. Pomanjkljivost te rešitve je v tem, da omenjena enota ne vsebuje odklopnika in ne deluje kot zaključena celota v smislu navedenega tehničnega problema.

V patentni prijavi WO 2007/056878 Al je opisana posebna platforma, ki se namesti na merilno mesto tako, da se ta priključi na električne, energetske vodnike, na omenjeno platformo pa se priključi električni števec. Omenjena platforma vsebuje vgrajeni odklopnik, za odklop odjemnega mesta, kar je uporabno tudi za vzpostavitev breznapetostnega stanja pri zamenjavi števca. Pomanjkljivost navedene rešitve je v tem, da ne vsebuje elektronskega komunikacijskega sklopa za prenos podatkov po pametnem omrežju in tudi ne sklopa za upravljanje porabe porabnikov priključenih na odjemno mesto. Zaradi namestitve omenjene platforme na dno števca, je tudi onemogočen dostop do nje in s tem tudi morebitna zamenjava katerega od modulov.

Navedeni tehnični problem je rešen s predlagano napravo za nadgradnjo že nameščenih elektronskih števcev električne energije v sistemih naprednega merjenja in pametnih omrežij električne energije, katera je opredeljena z značilnostmi iz označujočega dela prvega in drugega patentnega zahtevka, podzahtevki pa opredeljujejo variantne izvedbene primere.

Bistvo naprave po izumu je, da je nameščena na mestu prvotnega pokrova priključnice elektronskega števca električne energije in da je, poleg zagotavljanja vseh varnostnih in zaščitnih funkcionalnosti prvotnega pokrova priključnice v skladu s predpisi IEC 62 052-11, izvedena kot enotni sklop modulov, ki obsega nabor funkcionalnosti naprav, ki odlikujejo napredne naprave v sistemih naprednega merjenja in pametnih omrežij, to je: komunikacijo preko pametnega omrežja, zajem podatkov iz električnega števca ter njihovo obdelavo in nadaljnji prenos, stikalni modul za odklop odjemnega mesta, napajalni modul in opcijski modul za upravljanje porabe posameznih električnih porabnikov in opcijski modul za zajem podatkov iz podmerilnikov električne energije ali merilnikov drugih energentov, kot na primer voda, toplota, plin in podobno.

V nadaljevanju, bo izum podrobno obrazložen na osnovi opisa izvedbenih primerov in s pomočjo slik, ki prikazujeta:

sl. 1 shematski prikaz priključitve naprave po izumu na obstoječi elektronski števec električne energije in sl. 2 shematski prikaz funkcijskih modulov naprave po izumu.

Ob nadgraditvi že nameščenega elektronskega števca električne energije za delovanje v sistemih naprednega merjenja in pametnih omrežij, se odstrani prvotni pokrov priključnice števca 1 in se ga nadomesti z napravo po izumu 2, ki poleg zgoraj opisanih mehanskih varnostnih in zaščitnih funkcij, obsega še zgoraj navedeni nabor funkcionalnosti potrebnih za delovanje v sistemih naprednega merjenja in pametnih omrežij.

Naprava po izumu 2 je električno priklopljena na priključne sponke 11 električnega števca 1 na eni strani in na energetske vodnike 31 in 32, na drugi strani, kot je prikazano na sliki 1. Energetski vodniki 31 so ničelni vodnik 311 in eden ali več faznih vodnikov 312, ki prihajajo iz energetskega omrežja. Energetski vodniki 32 so ničelni vodnik 321 in eden ali več faznih vodnikov 322, ki gredo proti električnim porabnikom na odjemnem mestu. Komunikacija med električnim števcem 1 in napravo po izumu 2 je izvedena preko komunikacijskega kanala IKK za prenos podatkov, ki poteka med izhodnim komunikacijskim konektorjem 115 števca 1 in vhodnim komunikacijskim konektorjem 215 naprave po izumu 2.

Funkcionalna zgradba naprave po izumu 2 je predstavljena na sliki 2. Naprava po izumu 2 vsebuje stikalni modul 23, modul za zajem in obdelavo merilnih podatkov 24, komunikacijski modul 26, napajalni modul 25 in opcijski modul za upravljanje porabe posameznih električnih porabnikov 27 in modul za zajem podatkov iz drugih neelektričnih števcev. Značilnost naprave po izumu 2 je, da so vsi našteti moduli izmenljivi bodisi da se nahajajo v integriranih sklopih ali posamično, na način da se popolnoma ali delno odpre ohišje naprave po izumu in se zamenja ustrezni modul. Zamenjava modulov omogoča spremembo funkcionalnosti naprave po izumu, kot na primer spremembo komunikacijskega protokola v komunikacijskem kanalu EKK, število električnih porabnikov katerih porabo upravljamo, sprememba tipa in števila ne-električnih števcev iz katerih zajemamo podatke in podobno.

Stikalni modul 23 vklaplja ali odklaplja eno ali več faz 312, po posebnih zahtevah pa tudi ničelni vodnik 311, in s tem prekinja energetsko oskrbo merilnega in odjemnega mesta. Ukaz za preklop stikalnega modula 23 se po izumu generira v modulu za zajem in obdelavo podatkov 24, ki je komunikacijsko povezan s komunikacijskim modulom 26. Komunikacijski modul 26 sprejema na eni strani podatke iz števca preko komunikacijskega kanala IKK za prenos podatkov iz konektorja 215, na drugi strani pa je povezan s pametnim omrežjem preko komunikacijskega kanala EKK in z domačim omrežjem preko komunikacijskega kanala DKK. Prenos podatkov po komunikacijskem kanalu IKK običajno poteka v obliki napetostnih impulzov, enosmernega toka, RS232, RS485, M-Bus, optičnih signalov in podobno. Iz komunikacijskega modula 26 naprave po izumu 2 se omenjeni iz števca 1 prejeti merilni podatki prenesejo v modul za zajem in obdelavo podatkov 24. V tem modulu se podatki shranijo in obdelajo. Obdelava podatkov pomeni vsako nadgradnjo osnovnega podatka o porabljeni električni energiji in vključuje na primer izračun povprečja porabe v določenem časovnem obdobju, izračun vršne vrednosti porabljene energije, izračun stroškov porabe po tarifni shemi, generacijo alarma pri • · prekoračitvi porabe ali drugih prednastavljenih vrednostih, opremljanje podatkov o porabljeni energiji s časovnimi zaznamki, vrednotenje pravilnosti podatkov, filtriranje podatkov, oblikovanje podatkov v pakete za nadaljnji prenos po pametnem omrežju in podobno. V modulu 24 shranjeni podatki se na zahtevo s strani pametnega omrežja, po časovni razpredelnici ali kateremkoli vgrajenem algoritmu za odločanje, po izumu posredujejo v komunikacijski modul 26, od koder se pošljejo po enem ali več komunikacijskih kanalih EKK ali DKK, kateri so lahko izvedeni v katerikoli od tehnologij žičnih ali brezžičnih omrežnih povezav.

Naprava po izumu 2 v posebnem izvedbenem primeru vsebuje modul za upravljanje porabe posameznih električnih porabnikov 27, ki je v bistvu modul z enim ali več krmilnimi izhodi 271, preko katerih naprava po izumu 2, na osnovi ukazov iz pametnega omrežja ali algoritmov modula 24, upravlja s porabo posameznih električnih porabnikov, ki so priključeni na odjemno mesto.

V drugem izvedbenem primeru naprave po izumu 2 je komunikacijski modul 26 nadgrajen z modulom 261 za krmiljenje in/ali zajem podatkov iz podmerilnikov električne energije ali opcijsko priključenih merilnikov porabe drugih energentov, ko je na primer voda, toplota, plin in podobno. Komunikacijski kanal SMU za omenjeno komunikacijo je prilagojen vrsti komunikacije, ki jo uporabljajo priključeni podmerilniki električne energije ali merilniki drugih energentov, kot na primer napetostni impulzi, enosmerni tok, RS 232, RS 485, optični signali, MBus in podobno.

V tretjem izvedbenem primeru naprave po izumu 2 je komunikacijski modul 26 nadgrajen z modulom 262 za krmiljenje in/ali zajem podatkov iz naprav vključenih v domače omrežje, preko komunikacijskega kanala DKK.

Na opisan način se razširi funkcionalnost naprave po izumu 2, ki omenjene prejete podatke zajame in na zgoraj opisan način obdela v modulu 24, terjih preko komunikacijskega modula 26 pošlje v ustrezne komunikacijske kanale IKK, SMU, DKK in/ali EKK.

Claims (9)

1. Patentni zahtevki

   1. Naprava za nadgradnjo že nameščenih elektronskih števcev električne energije v sistemih naprednega merjenja in pametnih omrežij električne energije označena s tem, da vsebuje stikalni modul (23), modul za zajem in obdelavo podatkov (24), komunikacijski modul (26), napajalni modul (25), priključne sponke (21) za priključitev na priključnico (11) električnega števca (1) in priključne sponke (22) za priključitev na energetske vodnike (31) in (32), daje priključena na merilnem mestu električne energije med priključnico (11) električnega števca (1) in energetskimi vodniki (31) in (32), daje nameščena na mestu prvotnega pokrova priključnice (11) električnega števca (1) in daje preko komunikacijskega kanala (IKK) povezana s komunikacijskim konektorjem (115) električnega števca (1).
2. 2. Naprava po zahtevku 1 označena s tem, daje mehansko oblikovana tako, da po namestitvi in plombiranju, preprečuje nepooblaščen dostop do priključnih sponk priključnic (21) in (22)in da zagotavlja zaščito pred padajočo in pršečo vodo ter prahom v skladu s predpisi IEC 62 052-11.
3. 3. Naprava po zahtevku 1 ali 2 označena s tem, da komunikacijski modul (26) prejema podatke iz števca (1) preko komunikacijskega kanala (IKK), kije lahko v izvedbi napetostnih impulzov, tokovne zanke, RS232, RS485, optičnih impulzov ali katerekoli drugi obliki lokalne komunikacije.
4. 4. Naprava po kateremkoli izmed prejšnjih zahtevkov označena s tem, daje komunikacijski modul (26) povezan na pametno omrežje preko komunikacijskega kanala (EKK) in deluje v načinu sprejema in oddaje podatkov.
5. 5. Naprava po kateremkoli izmed prejšnjih zahtevkov označena s tem, da obdelava podatkov, shranjevanje izračunanih vrednosti ter priprava za oddajo, poteka neizključno v modulu (24).
6. 6. Naprava po kateremkoli izmed prejšnjih zahtevkov označena s tem, da so moduli (23), (24), (25) in (26) izmenljivi, bodisi da se nahajajo v integriranih sklopih ali posamično, na način da se popolnoma ali delno odpre ohišje naprave po izumu in se zamenja ustrezni modul.

   • ·
7. 7. Naprava po kateremkoli izmed prejšnjih zahtevkov označena s tem, da lahko vsebuje opcijski, izmenljivi modul (27) za krmiljenje električnih porabnikov, ki so priključeni na krmilne izhode (271) in da se ukaz za nastavitev stanja krmilnih izhodov (271) modula (27) prenese iz modula (24).
8. 8. Naprava po kateremkoli izmed prejšnjih zahtevkov označena s tem, da lahko vsebuje opcijski, izmenljiv modul (261), ki je preko komunikacijskega kanala (SMU) namenjen za krmiljenje in/ali branje podatkov iz podmerilnikov električne energije in/ali merilnikov porabe drugih energentov.
9. 9. Naprava po kateremkoli izmed prejšnjih zahtevkov označena s tem, da lahko vsebuje opcijski, izmenljiv modul (262), ki je preko komunikacijskega kanala (DKK) namenjen za krmiljenje in/ali branje podatkov iz naprav priključenih na domače omrežje.