Beschreibung
Gerät und Verfahren zur Erfassung einer Energiequalität in einem elektrischen Versorgungsnetz
Die Erfindung betrifft ein Gerät und ein Verfahren zur Erfassung und insbesondere auch zur Speicherung und Anzeige einer Energiequalität in einem elektrischen Versorgungsnetz.
Ein derartiges Gerät ist beispielsweise als Störschreiber, als Ereigniszähler oder als (Spannungs-) Qualitätsregistrierer bekannt. Es dient der Energiequalitäts- und Störungsanalyse des elektrischen Versorgungsnetzes. Neben diesen Ereignisaufzeichnungen werden auch Langzeit- und Transientenaufzeichnun- gen durchgeführt. Die Aufzeichnungen werden von den Netzbetreibern in Form von Tages-, Wochen, Monats- und Jahresauswertungen visualisiert .
Die Ereignisaufzeichnung liefert eine Ereignisliste mit Netz- ereignissen, bei denen jeweils eine Abweichung von einer geforderten Energiequalität, insbesondere eine Grenzwertverletzung, aufgetreten ist. Die Ereignisliste enthält Informationen dazu, wann die Störung aufgetreten ist, wie lange sie gedauert hat, wie stark sie gewesen ist und um welchen Ereig- nistypen es sich gehandelt hat. Daneben ist aber oft auch die Ursache der Netzstörung von Interesse. Hierzu bieten die bekannten Störschreiber keinerlei Informationen. Die Netz- betreiber müssen diesbezüglich auf kostenträchtige Zusatzrecherchen und/oder Vermutungen zurückgreifen.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Gerät der eingangs bezeichneten Art anzugeben, das die Auswertung von Störereignissen vereinfacht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen
Patentanspruchs 1. Das erfindungsgemäße Gerät umfasst a) einen Messwerteingang zur Einspeisung von Messwerten von Energieparametern des Versorgungsnetzes,
b) eine Auswerteeinheit zur Auswertung der Messwerte und zur Erstellung einer Liste mit Netzereignissen, bei denen jeweils eine Abweichung von einer geforderten Energiequalität aufgetreten ist, und c) einen Vorfalleingang zur Einspeisung von
VorfallInformationen zu externen Vorfällen, wobei d) die Auswerteeinheit für einen Vergleich der Netzereignisse und der externen Vorfälle ausgelegt ist, und bei Übereinstimmung den betreffenden externen Vorfall dem als zugehö- rig erkannten Netzereignis zuordnet und als mögliche Ursache dieses Netzereignisses in eine erweiterte Liste aufnimmt .
Das erfindungsgemäße Gerät gestattet eine weitgehend automa- tisierte Ursachenbestimmung für Netzstörungen. Es bedient sich dazu extern verfügbarer Zusatzinformationen, die dem Gerät in geeigneter Weise, wie z.B. mittels eines Internetzu- gangs, einer Email-Belieferung oder einer separaten Datenverbindung zu einer externen Informationsquelle, zugeführt wer- den. Diese Informationseinspeisung kann laufend, also in
Echtzeit (= Online) , oder auch nachträglich erfolgen. Ebenso kann sie in regelmäßigen oder in unregelmäßigen Abständen stattfinden. Die eingespeisten Vorfallinformationen umfassen insbesondere jeweils zumindest Hinweise über die Art des ex- ternen Vorfalls. Anhand eines Vergleichs der so gewonnenen
Kenntnisse über extern registrierte Vorfälle mit den im Gerät erkannten Netzereignissen kann eine Zuordnung erfolgen. Dem Benutzer wird dann bereits anhand der entsprechend ergänzten Ereignisliste ein Hinweis auf eine mögliche Ursache für die betreffende Netzstörung gegeben. Dies vereinfacht die Ursachenermittlung erheblich.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Geräts ergeben sich aus den Merkmalen der von Anspruch 1 abhängigen Ansprüche .
Günstig ist eine Variante, bei der die in die Liste aufgenommenen Netzereignisse jeweils mit einem Netzereigniszeitstem-
pel versehen sind, und die Vorfallinformationen jeweils einen Vorfallzeitstempel umfassen, und der in der Auswerteeinheit durchgeführte Vergleich einen Zeitvergleich der Netzereigniszeitstempel und der Vorfallzeitstempel umfasst, wobei bei einer Zeitübereinstimmung die Zuordnung des externen Vorfalls, der zum Zeitpunkt des Vorfallzeitstempels aufgetreten ist, zu dem Netzereignis, das zum Zeitpunkt des übereinstimmenden Netzereigniszeitstempels aufgetreten ist, erfolgt. Ein Zeitvergleich ist besonders einfach vorzunehmen. Er lässt sich auch problemlos automatisiert durchführen.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung dieser Variante ist die Auswerteeinheit weiterhin so ausgelegt, dass die Zeitübereinstimmung erkannt wird, wenn der Zeitpunkt des Vorfallzeit- stempeis innerhalb eines Zeitfensters von + 10 min, vorzugsweise von + 1 min und insbesondere von ± 10 s um den Zeitpunkt des Netzereigniszeitstempels liegt. Externe Vorfälle, die in diesem Zeitfenster um ein Netzereignis stattfinden, kommen mit hoher Wahrscheinlichkeit als Ursache in Frage. Die jeweils zu wählende Zeitspanne hängt auch davon ab, wie schnell und genau der Zeitpunkt des externen Vorfalls bekannt gegeben wird. Dies hängt also ggf. auch vom Verhalten des Verursachers des externen Vorfalls ab. Insbesondere ist bei bestimmten externen Vorfällen, wie z.B. Bauarbeiten, bei de- nen ein Kabelbruch verursacht wird, eine höhere Zeitungenau- igkeit in Betracht zu ziehen.
Vorzugsweise ist außerdem ein Speicher zur Speicherung oder eine Positionserfassungseinheit zur aktuellen Erfassung von Gerätegeographiedaten, insbesondere von Geographiedaten des
Geräts oder eines an den Messwerteingang angeschlossenen Messgerätes, vorgesehen. Die Auswerteeinheit ist dazu ausgelegt, anhand der Gerätegeographiedaten jedem in die Liste aufgenommenen Netzereignis Netzereignisgeographiedaten zuzu- weisen. Bei bisherigen Geräten zur Erfassung einer Energiequalität ist diese Option nicht vorgesehen. Standortkoordinaten können bei bekannten Geräten nicht parametriert und/oder hinterlegt werden. Die zusätzlich vorhandene Information,
über den Ort eines Netzereignisses, erleichtert dessen Bewertung. Insbesondere ist dies ein wichtiger Faktor, der auch in die Ursachenermittlung mit einfließen kann.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die Vorfallinformationen jeweils Vorfallgeographiedaten umfassen, und der in der Auswerteeinheit durchgeführte Vergleich einen Geographievergleich der Netz- ereignisgeographiedaten und der Vorfallgeographiedaten ura- fasst, wobei bei einer Geographieübereinstimmung die Zuordnung des externen Vorfalls, der am Ort der Vorfallgeographiedaten aufgetreten ist, zu dem Netzereignis, das am Ort der Netzereignisgeographiedaten aufgetreten ist, erfolgt. Vorzugsweise liegen die Geographiedaten jeweils als genaue Län- gen- und Breitengrad-Koordinaten vor. So ist eine eindeutige Ortsbestimmung möglich und die Orte der Netzereignisse und der externen Vorfälle lassen sich besonders einfach und vor allem auch automatisiert vergleichen. Natürlich kommt auch eine Kombination aus Zeit- und Geographievergleich in Be- tracht . Dadurch können die Ursachen von Netzereignissen mit noch höherer Sicherheit ermittelt werden.
Gemäß einer günstigen Variante der Ausgestaltung mit dem Geographievergleich ist die Auswerteeinheit weiterhin so ausge- legt, dass die Geographieübereinstimmung erkannt wird, wenn der Ort der Vorfallgeographiedaten in einem Umkreis von höchstens 10 km, vorzugsweise innerhalb von 1 km und bei einem Blitzeinschlag insbesondere innerhalb von 300 m und bei allen anderen Vorfallarten insbesondere innerhalb von 100 m um den Ort der Netzereignisgeographiedaten liegt. Externe
Vorfälle, die in einem solchen Umkreis um den Ort eines Netzereignisses aufgetreten sind, kommen mit besonders hoher Wahrscheinlichkeit als Ursache in Frage.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Vorfalleingang an eine Unwetterdatenbank oder an eine Steuereinheit des elektrischen Netzes angeschlossen ist. Unwetter sind häufig die Ursachen für Netzstörungen. Eine Verbindung zu einer Unwetterdatenbank
liefert also nützliche Hinweise zu möglichen Störungsursachen. Ebenso kann aber auch eine Schalthandlung im Versorgungsnetz der Auslöser für ein Netzereignis sein. Insofern ist auch eine Verbindung zu einer Steuereinheit, beispiels- weise zu einer Feld- oder StationsSteuerung oder einer
Netzleitstelle, in der die Informationen über Schaltmaßnahmen vorliegen, hilfreich. Grundsätzlich kommen aber auch noch andere externe Informationsquellen in Frage. Ein weiteres Beispiel ist eine Datenbank, in der Baumaßnahmen registriert sind. Im Zuge von Bauarbeiten kann es ebenfalls zu einer
Beeinträchtigung des elektrischen Versorgungsnetzes kommen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art anzugeben, das die Auswer- tung von Störereignissen vereinfacht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 8. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst im Wesentlichen vergleichbare Merkmale wie das vorstehend be- schriebene erfindungsgemäße Gerät. Dementsprechend gelten die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Gerät genannten Vorteile auch für das Verfahren.
Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Merkmalen der von Anspruch 8 abhängigen Ansprüche. Auch sie sind den jeweils korrespondierenden bevorzugten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Geräts vergleichbar.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.
Die einzige Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Geräts zur Erfassung einer Netzenergiequalität mit einer Verbindung zu einer Informationsquelle über externe Vorfälle.
In der Figur ist ein Qualitätsregistriergerät 1 für ein elektrisches Versorgungsnetz 2 in Blockschaltbilddarstellung wiedergegeben. Es umfasst als Hauptkomponenten eine Auswerteeinheit 3, ein Anzeige-Display 4, einen Speicher 5, eine Eingabe-Schnittstelle 6 sowie zwei weitere Eingänge, nämlich einen Messwerteingang 7 und einen Vorfalleingang 8.
Der Messwerteingang 7 ist an als Strom- oder Spannungswandler ausgeführte Messgeräte 9 angeschlossen, die die Stromflüsse I im elektrischen Versorgungsnetz 2 bzw. im elektrischen Versorgungsnetz 2 anstehende Spannungen U erfassen und die er- fassten Messwerte an das Qualitätsregistriergerät 1 weiter leiten. Grundsätzlich kann auch nur eines der Messgeräte 9 an das Qualitätsregistriergerät 1 angeschlossen sein.
Außerdem steht das Qualitätsregistriergerät 1 an seinem Vorfalleingang 8 mit einer Informationsquelle über externe Vorfälle in Verbindung. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dieser Informationsquelle um eine Unwetterdatenbank 10, die mittels einer Internet-Verbindung 11 an den Vorfalleingang 8 angeschlossen ist.
Im Folgenden werden die Funktionsweise und besondere Vorteile des Qualitätsregistriergeräts 1 beschrieben.
In der Auswerteeinheit 3 werden die Messwerte ausgewertet. Insbesondere wird überprüft, ob ein zulässiger Grenzwert für den Strom I, die Spannung U, eine Netzfrequenz f oder einen anderen Energieparameter über- oder unterschritten worden ist. Wenn ja, liegt ein zu registrierendes Netzereignis vor, das mit einem Netzereigniszeitstempel, mit einer Information über die betroffenen Leiterphase des elektrischen Versorgungsnetzes 2, mit einer Dauer der Über-/Unterschreitung, mit einem Extremwert der Über-/ Unterschreitung und mit einem Netzereignistyp zunächst in eine Netzereignisliste 12 eingetragen wird. Beispiele für solche genormten Netzereignistypen sind „Frequenzabweichung", „langsame/schnelle Spannungsände-
rung", „Spannungsunterbrechung", „Überspannung", „Flicker" und „Netz-Unsymmetrie" .
Ein Beispiel einer Netzereignisliste 12 ist in der nächste- henden Tabelle 1 angegeben:
Weiterhin sind in der Auswerteeinheit 3 Informationen über den Ort des Netzereignisses verfügbar, die in der vorstehenden Tabelle 1 nicht mit angegeben sind.
Dem Qualitätsregistriergerät 1 können beispielsweise im Zuge der während der Inbetriebnahme vorgenommenen Parametrierung mittels der Eingabe-Schnittstelle 6 Gerätegeographiedaten über den Aufstellungsort des Qualitätsregistriergeräts 1 und/oder der Messgeräte 9 zugeführt werden. Diese werden in dem Speicher 5 abgelegt. Aus den abgespeicherten Gerätegeographiedaten ermittelt die Auswerteeinheit 3 für jedes zu registrierende Netzereignis die zugehörigen Netzereignisgeographiedaten. Hierzu wird im Fall eines beispielsweise in eine Unterstation fest, d.h. stationär, eingebauten Qualitätsregistriergeräts 1 auf die bei der Inbetriebnahme para- metrierten und dann gespeicherten Gerätegeographiedaten zurückgegriffen.
Bei einem alternativen nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Qualitätsregistriergerät 1 dagegen Teil eines mobi-
len Feldgeräts. Der momentane Standort des Qualitätsregistriergeräts 1 wird dann zunächst anhand einer Positions- erfassungseinheit beispielsweise mittels GPS erfasst. Die so gewonnenen aktuellen Gerätegeographiedaten werden dem Qualitätsregistriergerät 1 mitgeteilt und bei Bedarf als Netz- ereignisgeographiedaten verwendet .
Außerdem werden der Auswerteeinheit 3 über den Vorfalleingang 8 Informationen über externe Vorfälle, im Ausführungsbeispiel über Unwetter, zugeführt. Dies erfolgt beispielsweise mittels einer FTP (File Transfer Protocol) -Übertragung aus dem Internet. Diese Informationen liegen in der Auswerteeinheit 3 ebenfalls tabellarisch vor. Sie sind in einer Vorfallliste 13 zusammengefasst .
Ein Beispiel einer solchen Vorfallliste 13 zu Unwetter- bzw. Gewitterdaten ist in der nachstehenden Tabelle 2 angegeben:
In der Vorfallliste 13 sind für jedes registrierte Unwetter insbesondere auch Informationen über Zeit und Ort des Unwetters abgelegt. Die zweite Spalte der Tabelle 2 enthält Vorfallzeitstempel und die dritte Spalte Vorfallgeographiedaten.
Die Daten der in der Netzereignisliste 12 erfassten Netzereignisse und die Daten der in der Vorfallliste 13 erfassten externen Vorfälle werden in der Auswerteeinheit 3 miteinander verglichen und bei Übereinstimmung zu einer erweiterten Netzereignisliste 14 zusammengefasst . Die erweiterte Netzereignisliste 14 wird z.B. nach Anforderung durch den Benutzer auf
dem Anzeige-Display 4 dargestellt. Sie kann aber auch ausgelesen oder zu einer anderen Einheit übertragen werden.
Bei dem Vergleich der Netzereignisse und der externen Vor- fälle wird insbesondere überprüft, ob einer der externen Vorfälle, also im Ausführungsbeispiel eines der Unwetter, als Ursache für eines der Netzereignisse in Frage kommt. Hierbei wird eine Übereinstimmung sowohl in zeitlicher als auch in örtlicher Hinsicht überprüft. Ist der externe Vorfall inner- halb eines Zeitfensters von + 1 s um den Zeitpunkt des Netzereignisses aufgetreten, kommt er als mögliche Ursache in die engere Auswahl. Liegt der üblicherweise in Längen- und Breitengrad angegebene Ort des so vorselektierten externen Vorfalls außerdem innerhalb eines durch eine Längen- und Brei- tengradabweichung von jeweils + 0,1 Grad bestimmten Bereichs um den Ort des Netzereignisses, wird dieser externe Vorfall dem Netzereignis zugeordnet und in die erweiterte Netzereignistabelle als mögliche Ursache mit aufgenommen.
Grundsätzlich ist es ebenfalls möglich, die Ermittlung der als mögliche Störungsursachen in Frage kommenden externen Vorfälle nur auf eines der beiden vorstehend genannten Kriterien, also entweder auf das Zeit- oder auf das Ortskriterium, zu stützen.
Ein Beispiel einer erweiterten Netzereignisliste 14 mit Angabe der in der Auswerteeinheit 3 automatisiert ermittelten möglichen Ursachen ist in der nachstehenden Tabelle 3 angegeben:
Bei dem der Tabelle 3 zugrunde gelegten Ausführungsbeispiel ist das Qualitätsregistriergerät 1 außer mit der Unwetterdatenbank 10 auch mit einer in der Figur nicht näher gezeigten Netzleitstelle verbunden. Von letzterer werden Informationen zu Schalthandlungen innerhalb des elektrischen Versorgungsnetzes 2 geliefert, die ebenso als Ursachen für Netzereignisse in Frage kommen (siehe Zeile 2 von Tabelle 3) . Darüber hinaus können auch weitere externe Vorfälle in die automati- sierte Ermittlung der möglichen Ursachen registrierter Netzereignisse mit einbezogen werden.
Insgesamt bedeutet die automatisierte Ermittlung und Anzeige möglicher Störungsursachen eine deutliche Leistungssteigerung des Qualitätsregistriergeräts 1. Dessen Benutzer ist bei der Ursachenermittlung für die angezeigten Netzereignisse nicht mehr auf gesonderte zeit- und kostenaufwändige Zusatzrecherchen oder Vermutungen angewiesen.