WO2014013105A1 - Sistema y procedimiento para la detección de los contadores de cada línea de baja tensión de los centros de transformación - Google Patents

Sistema y procedimiento para la detección de los contadores de cada línea de baja tensión de los centros de transformación Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a new system and method for the automatic detection of the counters dependent on a low voltage transformation center in each of its lines, digital counters that incorporate PLC communication protocol technology (Power Line Communications ), which is used in the management of meters and power lines, public, open and standard.
  • PLC communication protocol technology Power Line Communications
  • the present system and procedure is an important advance for the intelligent management of infrastructure and customers, with the possibility of balancing the load on the network, detection of blown fuses and even the detection of fraud on the lines, all with security which gives the knowledge of all the counters dependent on a transformation center and each of the low voltage lines that compose it, and the direct effect of any alteration in it, and the supply of electrical energy.
  • a counter detection system which has been done, using the PLC communication itself, by means of an inductive sensor, which will be placed in each of the center's low voltage output lines of transformation, and that said sensor, will be responsible for accounting for the intensity or level of the energy that passes through said line, as a result of the communication that is made, between the concentrator and base node of the PLC, and the counters using the PLC communication protocol, so that through a determined statistical program, which studies and evaluates the level of signals received by the inductive sensor, to determine accordingly the counters that depend on said line.
  • a very common problem for electric companies is that they do not have a reliable database that reflects the topology of the low voltage distribution network. That is, which customers are served by what lines, so it is unpredictable to know which customers will affect a problem or supply cut, or may affect unanticipated customers.
  • Line detection consists of the univocal and real-time assignment of each single-phase or three-phase meter to the low-voltage line that feeds it from the transformation center. This will allow to obtain an updated and reliable photo of the low voltage network of the electric company.
  • the method object of the present invention is very advantageous because it bases the detection on the analysis of the PLC communications signals, and therefore it is valid to detect the location of telemanaged meters with standard PLC.
  • the counters do not need any modification or accessory element.
  • the only necessary infrastructure is located in the transformation center.
  • a transformation center Starting from the fact known as a transformation center is a node of the electricity distribution network, in which the average is converted.
  • a variable number of low voltage lines leave the transformation center, which connect the center with the supply points (centralizers of buildings and houses).
  • the same low voltage line can feed a large number of customers and centralizations.
  • the distribution of low voltage electrical energy is therefore radial from the transformation center.
  • the detection of the counters of a line is a functionality that this invention does by means of the use of PLC technology.
  • the detection of the counters is obtained by means of the procedure object of the present invention taking into account the injection of the PLC signal in the Transformation Centers.
  • the implementation necessary to achieve line detection is achieved by extending the concept used so far in each drop box, to each individual line. This is done in a non-intrusive way, using inductive sensor elements-PLC receivers that are capable of detecting the communications signal without disturbing it, installing a small active current sensor in the KHz range around the line cable (phase or neutral).
  • inductive receivers that collect the current induced in the cable by PLC communication frames. It is only necessary to locate the sensors in one of the phases of each line (always the same phase), or in the neutral of the lines. These line sensor elements must store an internal table that collects the values of received current, a parameter obtained from one of the variables of each maintenance frame, for each of the different service nodes (meters) that you hear. These types of frames are determined in the corresponding PLC standard, so the standard must be public and open (for example PRIME)
  • the inductive sensor ensures that the current (converted into voltage at the input of the receiver) is computed on each line.
  • the measurement concentrator is an element connected to the secondary of the transformer of the transformation center. This element is the base node of the PLC communications network, and establishes communication with all counters. Said concentrator will house additional functionality, to compute the line detection algorithm by PLC signal analysis.
  • the concentrator interrogates all the line sensors to know what is the level of current they hear from each of the PLC meter communications. Obtaining these values, it stores an indexed table that allows Kirchhoff's law of knots to be applied to the problem. As for a closed network, the sum of current in all nodes is zero, this implies that the branch current through which the PLC communications signal (the line on which it hangs) will be larger in module compared to all other lines.
  • the line through which the meter communicates will be the one that shows a more current statistical value elevated, so that the counters and the line to which they belong are identified.
  • Figure 1 It corresponds to the representation of the installed detection system, which is constituted by a transformation center (9), which has a medium voltage input line (4) and a medium voltage transformer (7) a low voltage, and that at the exit of this one, there is a hub (1) that manages all communications, which through the communication line (2), connects to each of the line receivers (3) , which are the ones that in turn receive the information collected by the inductive-receiver sensors (5) PLC, which are located around the line cable (6) either in the phase or neutral cable, but all inductive-receiver sensors (5) in the same cable of each line, the entire line (6) having been represented with all the phases and the neutral, which end each of them in the counters (8), which can be one or several, three being represented in each line (6), by way of example.
  • a transformation center (9) which has a medium voltage input line (4) and a medium voltage transformer (7) a low voltage, and that at the exit of this one, there is a hub (1) that manages all communications, which through
  • a PRIME Concentrator (1) which is connected through the communications line (2) to PRIME receivers (4), which communicate with the PRIME inductive-receiver sensors (5), arranged around one of the three line cables (6), which goes to each of the meters (8) PRIME, which are arranged throughout the network for each client.
  • the inductors-receivers (5) collect the current induced in the cable by the PRIME communication frames, these inductors-receivers (5) store an internal table that collects the values of received current, always a parameter obtained from the variable PHY_DATA.Ievel obtained from each network maintenance communication network PRIME type "ALIVE", from each of the different counter service nodes (8) PRIME that you hear. It is programmed that only compute the frames corresponding to the messages ALV_RSP, ascending from the counter (8) to the concentrator (1), or in any case always a frame of the same type for all the sensors, always computing the Level (dBuV), the inductor sensor- The receiver (5) must be placed on each line (6) to ensure the computation of all current (converted to input voltage).
  • the concentrator (1) interrogates all the inductive sensors-receivers (5) of the line (6), to know what is the level of current that they hear from each of the communications of the meters (8) PRIME. Obtaining the values, and stores them in an indexed table that allows you to apply Krichhoff's law of knots, and then making a statistical treatment of the values received, in the long term, the line (6) that communicates the counter (8) deduces and establishes that it will be the one that shows a higher statistical value of current, thus identifying the counter (8) PRIME that depends on the line (6), determining and leaving identified all the meters of each low voltage line of the centers of transformation.

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Abstract

Se propone la detección de los contadores de cada línea de baja tensión de unos centros de transformación, que disponiéndose los sensores inductores-receptores (5) en una de las fases de las líneas (6) que se encuentran en contacto con los contadores finales (8), se utiliza un procedimiento de recogida de corriente inducida por los sensores inductores-receptores (5) por las tramas de comunicaciones PLC, que los receptores (3) almacenan en una tabla y que seguidamente se hace todo un procesamiento de interrogantes y contestaciones y aplicando la ley de nudos de Kirchhoff, junto a un tratamiento estadístico de valores se identifican los contadores (8) de pendientes de cada línea (6).

Description

SISTEMA Y PROCEDIMIENTO PARA LA DETECCIÓN DE LOS
CONTADORES DE CADA LÍNEA DE BAJA TENSIÓN DE LOS CENTROS DE
TRANSFORMACIÓN
La presente invención se refiere a un nuevo sistema y procedimiento para la detección automática de los contadores dependientes de un centro de transformación de baja tensión en cada una de sus líneas, contadores digitales que llevan incorporada la tecnología de protocolo de comunicaciones PLC (Power Line Communications), que se utiliza en la gestión de contadores y líneas eléctricas, de carácter pública, abierta y estándar.
El presente sistema y procedimiento viene a suponer un importante avance para la gestión inteligente de las infraestructuras y clientes, con posibilidad de balanceo de carga en la red, detección de fusibles fundidos e incluso la detección de fraude en las líneas, todo ello con la seguridad que da el tener conocimiento de todos los contadores dependientes de un centro de transformación y de cada una de las líneas de baja tensión que lo componen, y el efecto directo de cualquier alteración en el mismo, y el suministro de la energía eléctrica.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En la presente invención, nos encontramos con un sistema de detección de los contadores, la cual se viene hacer, utilizando la propia comunicación PLC, mediante un sensor inductivo, que se encontrará colocado en cada una de las líneas de salida de baja tensión del centro de transformación, y que dicho sensor, se encargará de dar cuenta de la intensidad o nivel de la energía que pasa por dicha línea, como consecuencia de la comunicación que se realiza, entre el concentrador y nodo base de la PLC, y los contadores utilizando el protocolo de comunicación PLC, de modo que a través de un programa estadístico determinado, que estudia y evalúa el nivel de señales recibidas por el sensor inductivo, para determinar en consecuencia los contadores que dependen de dicha línea. Un problema muy habitual para las compañías eléctricas es que no cuentan con una base de datos fiable que refleje la topología de la red de distribución en baja tensión. Es decir, qué clientes son servidos por qué líneas, de forma que es impredecible conocer a qué clientes afectará un problema o corte de suministro, o se puede afectar a clientes no previstos.
Esto viene originado por la dificultad de mantenimiento de dicha información, porque la red de distribución lleva desplegada en muchos casos mucho tiempo (sobre todo en centros urbanos), y sucesivas averías y reconexiones han obligado a realizar muchas modificaciones topológicas que no se han reflejado correctamente.
La detección de línea consiste en la asignación unívoca y en tiempo real de cada contador monofásico o trifásico a la línea de baja tensión que lo alimenta desde el centro de transformación. Esto permitirá obtener una foto actualizada y fidedigna de la red de baja tensión de la compañía eléctrica.
Con dicha información se pueden lanzar múltiples aplicaciones beneficiosas para la compañía a nivel de líneas inteligentes, como pueden ser gestión de infraestructura y cliente, detección de fraude, balanceo de carga en la red, detección de fusible fundido (por imposibilidad de comunicación con todos los contadores de una línea) etc.
El procedimiento objeto de la presente invención es muy ventajoso porque basa la detección en el análisis de las señales de comunicaciones PLC, y por tanto es válido para detectar la ubicación de contadores telegestionados con PLC estándar. Los contadores no necesitan de ninguna modificación o elemento accesorio. La única infraestructura necesaria se ubica en el centro de transformación. Son conocidos muchos dispositivos y sistemas, que vienen a identificar los contadores dependientes de un transformador, y de hecho la propia solicitante de esta invención dispone de la Patente ES201100212 que tiene por objeto también un sistema y procedimiento para la detección de los contadores asociados a un fusible de los centros de transformación, pero que implica que hay que manipular o añadir determinados dispositivos a los contadores, lo que no se precisa en la presente invención, toda vez que se viene a utilizar la propia disposición existente, sin tener que acceder a los usuarios. Esta misma situación se da en la Patente US4016429, la cual tiene una misma finalidad pero precisa del mismo modo que se instale un determinado equipamiento en los contadores de los usuarios, lo que complica, la utilización de dichos dispositivos, toda vez que tampoco utiliza el mismo procedimiento que el que es objeto de la presente invención. En el mismo informe tecnológico de patentes que ha sido realizado, se hace referencia a otra Patentes como son la WO0076052, EP2330430 pero que tal y como se ha podido comprobar, ninguna de ellas se hace uso de un procedimiento como el que es objeto de la presente invención, y en cuanto a los dispositivos del sistema, desde el momento que se utiliza básicamente las propias instalaciones existentes, en las que en un determinado lugar se instala unos sensores inductores, y se realiza toda una nueva comunicación y control nuevo, que da lugar a lo que es propiamente la presente invención con las ventajas e innovaciones tanto para su uso, como su fabricación y los resultados que se obtienen con la misma, que no se encuentran de modo alguno anticipados en ninguna de las invenciones que se han podido estudiar y hacer referencia, tras la investigación realizada, considerando novedosa y de actividad inventiva la presente invención.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Partiendo del hecho conocido como es que un centro de transformación es un nodo de la red de distribución de la energía eléctrica, en el que se convierte la media tensión, de la red de distribución (10-30KV) en baja tensión de 220V AC monofásicos ó 400V AC trifásicos, para alimentar los puntos de suministro de los clientes.
Del centro de transformación salen un número variable de líneas de baja tensión (en adelante líneas), que conectan el centro con los puntos de suministro (centralizadores de los edificios y casas). Una misma línea de baja tensión puede alimentar a un número elevado de clientes y centralizaciones. La distribución de energía eléctrica en baja tensión es por lo tanto radial desde el centro de transformación.
La detección de los contadores de una línea es una funcionalidad que esta invención la hace por medio de la utilización de la tecnología PLC. La detección de los contadores se obtiene mediante el procedimiento objeto de la presente invención teniendo en cuenta la inyección de la señal PLC en los Centros de Transformación.
La implementación necesaria para conseguir la detección de línea, se logra extendiendo el concepto usado hasta el momento en cada cuadro de baja, a cada línea individual. Esto se realiza de forma no intrusiva, utilizando unos elementos sensores inductivos-receptores PLC que son capaces de detectar la señal de comunicaciones sin perturbar la misma, instalando un pequeño sensor de corriente activo en el rango de KHz alrededor del cable de la línea (fase o neutro).
Esto se logra utilizando receptores inductivos que recogen la corriente inducida en el cable por las tramas de comunicaciones PLC. Solo es necesario ubicar los sensores en una de las fases de cada línea (siempre la misma fase), o bien en el neutro de las líneas. Estos elementos sensores de línea deben almacenar una tabla interna que recoja los valores de corriente recibida, parámetro obtenido de una de las variables de cada trama de mantenimiento, para cada uno de los diferentes nodos servicio (contadores) que escuche. Este tipo de tramas están determinadas en el estándar PLC correspondiente, por ello el estándar debe ser público y abierto (por ejemplo PRIME)
Solo se computan las tramas correspondientes a determinados mensajes (ascendentes desde el contador hacia el concentrador), por contabilizar así tramas del mismo tipo para todos los sensores.
Es importante computar el nivel de señal recibida o Level (dBuV) y no la relación señal ruido (SNR) ó la magnitud del vector de error (EVM) en el cómputo, ya que el Level siempre es mayor para un nodo que esté más cercano en la red, por la ley de nudos de Kirchhoff. El sensor inductivo garantiza que la corriente (convertida en tensión a la entrada del receptor) se compute en cada línea.
El concentrador de medidas es un elemento conectado en el secundario del transformador del centro de transformación. Dicho elemento es el nodo base de la red de comunicaciones PLC, y establece la comunicación con todos los contadores. Dicho concentrador va a albergar una funcionalidad adicional, para computar el algoritmo de detección de línea mediante análisis de señal PLC.
El concentrador interroga a todos los sensores de línea para conocer cual es el nivel de corriente que escuchan de cada una de las comunicaciones de los contadores PLC. Obteniendo dichos valores, almacena una tabla indexada que permite aplicar la ley de nudos de Kirchhoff al problema. Como para una red cerrada, la suma de corriente en todos los nodos es cero, esto implica que la corriente de la rama por la que entre la señal de comunicaciones PLC (la línea en la que cuelga), será mayor en módulo comparada con todo el resto de líneas.
En cualquier nodo, la suma de las corrientes que entran en ese nodo es igual a la suma de las corrientes que salen. De forma equivalente, la suma de todas las corrientes que pasan por el nodo es igual a cero, esta es la Ley de nudos de Kirchhoff que se aplica en la presente invención y cuya fórmula es:
¿ = /1 + /2 + /3.. . + /„ = 0
fc=l
Una vez obtenido los datos, se hace un tratamiento estadístico de los valores recibidos, a fin de eliminar posibles detecciones espúreas, se obtiene que, a largo plazo, la línea por la que comunica el contador será aquella que muestre un valor estadístico de corriente más elevado, de modo que quedan identificados los contadores y la línea a la que pertenecen.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Consideramos oportuno en un caso como el presente en el que la invención da lugar a un determinado procedimiento y sistema concreto y conciso, que es la mejor forma de comprender la misma mediante el dibujo que se adjunta en el que se puede ver la disposición de todos los elementos que la componen y así podemos observar:
Figura 1: Se corresponde con la representación del sistema de detección instalado, el cual se encuentra constituido por un centro de transformación (9), que tiene una línea de entrada de media tensión (4) y un transformador (7) de media tensión a baja tensión, y que a la salida de éste, se dispone de un concentrador (1) que gestiona toda las comunicaciones, que a través de la línea de comunicación (2), se conecta con cada uno de los receptores de línea (3), los cuales son los que a su vez reciben la información que recogen los sensores inductivos-receptores (5) PLC, que se encuentran alrededor del cable de la línea (6) bien sea en el cable fase o neutro, pero todos los sensores inductivos-receptores (5) en el mismo cable de cada línea, habiéndose representado toda la línea (6) con todas las fases y el neutro, que terminan cada una de ellas en los contadores (8), que pueden ser uno o varios, encontrándose representados tres en cada línea (6), a título de ejemplo.
DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERENTE
La realización preferente del sistema para la detección de los contadores de cada línea de baja tensión de los centros de transformación, objeto de la presente invención, partiendo de que todo centro de transformación, en la actualidad se encuentra controlado utilizando un sistema de comunicación PLC y en nuestro caso mas concretamente el conocido como PLC PRIME (en adelante PRIME), con el que se comunican los contadores, con el Concentrador (1 ) y en cuanto al sistema que se instala en un centro de transformación (9) que el mismo debe de disponer de los siguientes componente dispuestos del siguiente modo:
Un Concentrador (1) PRIME el cual se encuentra conectado a través de la línea de comunicaciones (2) a unos receptores (4) PRIME, que se comunican con los sensores inductivos-receptores (5) PRIME, dispuestos alrededor de uno de los tres cables de la línea (6), la cual va a cada uno de los contadores (8) PRIME, que se disponen en toda la red para cada cliente.
Esta disposición de elementos, utiliza el siguiente procedimiento:
A) Los inductores-receptores (5), recogen la corriente inducida en el cable por las tramas de comunicaciones PRIME, éstos inductores-receptores (5) almacenan una tabla interna que recoge los valores de corriente recibida, siempre un parámetro obtenido de la variable PHY_DATA.Ievel obtenida de cada trama de comunicación de mantenimiento de red PRIME tipo "ALIVE", de cada uno de los diferentes nodos servicio contadores (8) PRIME que escuche. Se programa que solamente se computen las tramas correspondientes a los mensajes ALV_RSP, ascendentes desde el contador (8) hacia el concentrador (1), o en todo caso siempre una trama del mismo tipo para todos los sensores, computando siempre el Level (dBuV), El sensor inductor-receptor (5) tiene que estar colocado en cada línea (6) para que se garantice el cómputo de toda la corriente (convertida en tensión de entrada).
B) El concentrador (1 ) interroga a todos los sensores inductivos-receptores (5) de línea (6), para conocer cual es el nivel de corriente que escuchan de cada una de las comunicaciones de los contadores (8) PRIME. Obteniendo los valores, y los almacena en una tabla indexada que le permite aplicar la ley de nudos de Krichhoff, y haciendo seguidamente un tratamiento estadístico de los valores recibidos, a largo plazo, la línea (6) que comunica el contador (8) deduce y establece que será aquella que muestre un valor estadístico de corriente más elevado, quedando así identificado el contador (8) PRIME que depende de la línea (6), determinando y dejando identificados todos los contadores de cada línea de baja tensión de los centros de transformación.

Claims

R E I V I N D I C A C I O E S
1a.- Sistema para la detección de los contadores de cada línea de baja tensión de los centros de transformación, que se encuentra caracterizado porque comprende los siguientes componentes:
- un centro de transformación (9) con unas líneas (6) de salida de baja tensión;
- unos sensores inductores-receptores (5) dispuestos alrededor de dichas líneas (6) de salida de baja tensión de dicho centro de transformación (9), en una de sus fases, encontrándose dispuestos siempre en la misma fase o neutro de las líneas (6), las cuales se encuentran en contacto con cuantos contadores (8) finales sean oportunos; y
- unos receptores (3), los cuales a su vez se encuentran en comunicación con dichos sensores inductores-receptores (5);
donde dicho centro de transformación (9) dispone de un concentrador (1) conectado en el secundario de un transformador (7), y que a través de una línea de comunicación (2), se pone en contacto y comunicación con dichos receptores (3); y donde todos estos componentes se encuentran en combinación y utilizando un protocolo de comunicación PLC.
2a.- Procedimiento para la detección de los contadores de cada línea de baja tensión de los centros de transformación, caracterizado por comprender:
A) unos sensores inductores-receptores (5), recogen la corriente inducida en el cable por las tramas de comunicaciones PLC y los receptores (3) almacenan una tabla interna que recoge los valores de corriente recibida, siempre un parámetro obtenido de la variable PHY_DATA.Ievel, obtenida de cada trama, correspondientes a los mensajes ascendentes desde el contador (8) hacia un concentrador (1 ); o en todo caso siempre una trama del mismo tipo para todos los sensores, computando siempre el Level (dBuV); y B) el concentrador (1) interroga a todos los sensores receptores (3) de línea (6), para conocer cual es el nivel de corriente que escuchan de cada una de las comunicaciones PLC de los contadores (8), obteniendo los valores, y los almacena en una tabla indexada y aplicando la ley de nudos de Kirchhoff, y un tratamiento estadístico de los valores recibidos, a largo plazo, deduce y establece aquella que muestre un valor estadístico de corriente más elevado, quedando así identificado el contador (8) que depende de la línea (6), determinando y dejando identificados todos los contadores de cada línea de baja tensión de los centros de transformación (9).
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