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DE102009011757A1 - Steuergerät für kleine Netzwerke - Google Patents

Steuergerät für kleine Netzwerke Download PDF

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DE102009011757A1
DE102009011757A1 DE102009011757A DE102009011757A DE102009011757A1 DE 102009011757 A1 DE102009011757 A1 DE 102009011757A1 DE 102009011757 A DE102009011757 A DE 102009011757A DE 102009011757 A DE102009011757 A DE 102009011757A DE 102009011757 A1 DE102009011757 A1 DE 102009011757A1
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DE
Germany
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module
power
consumer
switching
control module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102009011757A
Other languages
English (en)
Inventor
Nico Peterschmidt
Holger Peters
Jakob Schmidt-Reindahl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
INENSUS GmbH
Original Assignee
INENSUS GmbH
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Publication date
Application filed by INENSUS GmbH filed Critical INENSUS GmbH
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Priority to PCT/EP2010/001346 priority patent/WO2011103887A1/de
Publication of DE102009011757A1 publication Critical patent/DE102009011757A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H02J2105/52
    • H02J2105/55
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    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
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    • Y02B70/3225Demand response systems, e.g. load shedding, peak shaving
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y04SSYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
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    • Y04SSYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S50/00Market activities related to the operation of systems integrating technologies related to power network operation or related to communication or information technologies
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  • Remote Monitoring And Control Of Power-Distribution Networks (AREA)

Abstract

Um ein Steuergerät für kleine Stromnetze zur Verwendung als Schnittstelle zwischen einem oder mehrerern (7) mit einem Energieverteiler (5) zum Verzweigen der elektrischen Leistung aus einer Einspeiseleitung (3) des Stromerzeugers (2) oder des kleinen Netzes auf mehrere Verbraucherleitungen (6) hinsichtlich einer optimalen Nutzung der bereitgestellten elektrischen Energie zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass der Energieverteiler (5) Schaltmodule (8) zum Zu- oder Abschalten der jeweiligen Verbraucherleitung (6) aufweist, wobei die Schaltmomodule (8) von einem Steuermodul (9) schaltbar sind, dass das Steuermodul (9) mit einem Sensormodul (11) zur Erfassung von Spannung und Strömen des Stromnetzes verbunden ist und dass das Steuermodul (9) einzelne vorbestimmte Schaltmodule (8) im Sinne einer Stabilisierung mindestens eines aus dem Sensormodul (11) gewonnenen Netzparameters wie beispielsweise der Netzfrequenz zu- oder abschaltend ausgebildet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuergerät für kleine Stromnetze zur Verwendung als Schnittstelle zwischen einem oder mehreren Stromerzeugern und einzelnen Stromverbrauchern, mit einem Energieverteiler zum Verzweigen der elektrischen Leistung aus einer Einspeiseleitung des Stromerzeugers oder des kleinen Stromnetzes auf mehrere Verbraucherleitungen.
  • Ein gattungsgemäßes Steuergerät ist aus der WO 00/77527 A2 bekannt. Dieses dient im Wesentlichen zur Ermittlung des Energieverbrauchs einzelner Verbraucher und der Abschaltung des jeweiligen Verbraucher, sobald eine vorausbezahlte Energiemenge verbraucht ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Steuergerät für kleine Stromnetze der eingangs genannten Art anzugeben, welches den Energiefluss im Stromnetz je nach Angebot und Nachfrage sowie ggf. weiterer Anforderungen steuern kann.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass der Energieverteiler Schaltmodule zum Zu- oder Abschalten der jeweiligen Verbraucherleitung aufweist, wobei die Schaltmodule von einem Steuermodul schaltbar sind, dass das Steuermodul mit einem Sensormodul zur Erfassung von Spannung und Strömen des Stromnetzes verbunden ist und dass das Steuermodul einzelne vorbestimmte Schaltmodule im Sinne einer Stabilisierung mindestens eines aus dem Sensormodul gewonnenen Netzparameters wie beispielsweise der Netzfrequenz zu- oder abschaltend ausgebildet ist.
  • Inselnetze sind im Gegensatz zu Verbundnetzen in der Regel dadurch geprägt, dass zu ihrer Versorgung mit elektrischer Energie eine aus Kostengründen eng begrenzte Kraftwerkskapazität vorgehalten wird. Wird mehr Leistung bezogen als die Kraftwerke im Inselnetz zum selben Zeitpunkt liefern können, bzw. mehr Energie als die Kraftwerke in dem betreffenden Zeitraum liefern können, so schatten sich die Kraftwerke aufgrund von Überlastung ab und setzen das Inselnetz somit komplett außer Betrieb. Oft breitet sich unter den Stromnutzern Unzufriedenheit über die geringe Verfügbarkeit der elektrischen Energie aus. Als Resultat kommen mit elektrischer Energie in Verbindung stehende wirtschaftliche Entwicklungsprozesse in der Gemeinschaft der Nutzer zum Erliegen. Dieses Problem löst die Erfindung dadurch, dass sie das Stromnetz im Überlastfall durch Abschalten einzelner Haushalte bzw. Verbraucher vor dem Zusammenbruch bewahrt und somit der Großteil der Stromkunden weiter mit elektrischer Energie versorgt werden kann.
  • Das Sensormodul ermöglicht das Erkennen des Überlastfalls, wobei als Indikator beispielsweise der Spannungsabfall, der Stromanstieg oder vorzugsweise der Abfall der Netzfrequenz herangezogen werden kann.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Steuermodul einen programmgesteuerten Mikroprozessor und einen nicht flüchtigen Datenspeicher auf. Diese Maßnahme ermöglicht die Anpassung und jederzeitige Änderung von Strategien zur Sicherung der Qualität des Stromnetzes in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern. Des Weiteren ist die Speicherung der ermittelten und berechneten Daten und Parameter möglich, um beispielsweise eine spätere Auswertung als Grundlage für weitere Optimierungsstrategien durchführen zu können.
  • In einer einfachen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Steuermodul bei einem Abfall der Netzfrequenz unter einen vorgegebenen Wert ein oder mehrere Schaltmodule abschaltend ausgebildet ist. Der Abfall der Netzfrequenz zeigt die Überlastung des Generators an. Durch Abschalten eines Schaltmoduls wird die zugehörige Last abgeworfen und damit die Überlastung des Stromerzeugers verringert. Sollte die Abschaltung eines Schaltmoduls noch nicht den erforderlichen Anstieg der Netzfrequenz nach sich ziehen, so wird das nächste Schaltmodul abgeschaltet und sofort, bis sich die Netzfrequenz stabilisiert.
  • Die Erfindung wird im Hinblick auf die Begrenzung der Netzfrequenz nach oben noch verbessert, indem das Steuermodul bei einer ansteigenden Netzfrequenz über einen vorgegebenen Wert ein oder mehrere Schaltmodule zuschaltend ausgebildet ist. Durch das Zuschalten der Schaltmodule werden zusätzliche Lasten zugeschaltet, die den Generator belasten und somit die Netzfrequenz verringern. Dadurch kann ein für den Generator oder die übrigen Verbraucher schädliches Überschreiten der Netzfrequenz und ggf. ein übermäßiger Anstieg der Netzspannung verhindert werden. Auch wenn diese Maßnahme bereits durch das Zuschalten eines Ohm'schen Widerstandes erfolgen kann, wird empfohlen, als zusätzliche Last beispielsweise eine Wasserpumpe zuzuschalten, die Wasser in einen Speicherbehälter fördert, von wo es für die weitere Verwendung verfügbar gehalten wird, beispielsweise auch für die Stromerzeugung zur Abdeckung von kurzfristigen Spitzenlasten.
  • In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass den Schaltmodulen jeweils ein Prioritätswert zugeordnet ist und dass das Steuermodul bei der Auswahl des als nächstes zu- oder abzuschaltenden Schaltmoduls dessen Prioritätswert berücksichtigt. Weniger wichtige Verbraucher erhalten einen niedrigen Prioritätswert, wichtigere Verbraucher einen höheren Prioritätswert. Die Strategie besteht nun darin, bei Bedarf immer das eingeschaltete Schaltmodul mit dem niedrigsten Prioritätswert als Nächstes abzuschalten bzw. im umgekehrten Fall immer das abgeschaltete Schaltmodul mit dem höchsten Prioritätswert als Nächstes zuzuschalten. Dadurch wird gewährleistet, dass die besonders wichtigen Verbraucher bevorzugt mit Energie versorgt werden.
  • In Weiterbildung der Erfindung umfasst das Steuergerät eine Überstromschutzeinrichtung und das Steuermodul ist derart ausgestaltet, dass es ein Schaltmodul abschaltet, wenn in der zugeordneten Verbraucherleitung eine vorgegebene Stromstärke überschritten ist. Diese Maßnahme gewährleistet, dass eine mit den Stromkunden vereinbarte Stromstärke nicht überschritten wird und insgesamt die Belastung des Netzes begrenzt ist. Des Weiteren werden die Verbraucherleitungen gegen Überlast geschützt.
  • Die Erfindung wird noch verbessert, indem das Steuergerät eine Fehlerstromschutzeinrichtung umfasst und das Steuermodul derart ausgestaltet ist, dass es ein Schaltmodul abschaltet, wenn in der zugeordneten Verbraucherleitung Fehlerströme auftreten.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform erfasst das Steuergerät die von einer Verbraucherleitung aufgenommene Schein- oder Wirkleistung und speichert sie ab, wobei das Steuermodul derart ausgestaltet ist, dass es bei Überschreiten der zeitlich gemittelten Schein- oder Wirkleistung über einen vorbestimmten Wert das zugehörige Schaltmodul abschaltet. Hierdurch wird gewährleistet, dass eine mit dem Stromkunden vereinbarte Schein- oder Wirkleistung nicht dauerhaft überschritten werden kann. Diese Maßnahme schont die Kapazität des Kraftwerks.
  • Durch die Maßnahme, dass das Steuergerät die über eine Verbraucherleitung im Laufe der Zeit fließende elektrische Energie erfasst und die Werte für den Gesamtenergieverbrauch des zugehörigen Stromverbrauchers abspeichert, wird eine verbrauchsgerechte Bezahlung der elektrischen Energie ermöglicht. Dabei kann die über die jeweilige Verbraucherleitung geflossene elektrische Energie vorzugsweise durch Integration über die jeweils anliegend elektrische Leistung ermittelt werden. Die Werte für den Gesamtenergieverbrauch werden von Zeit zu Zeit im Permanentspeicher abgespeichert. Dadurch ist der Gesamtenergieverbrauch für jeden Stromkunden auch nach einem Stromausfall jederzeit abrufbar.
  • Die Maßnahme, dass das Steuermodul das einer Verbraucherleitung zugeordnete Schaltmodul abschaltend ausgestaltet ist, sobald ein vorgegebener Maximalwert für den Gesamtenergieverbrauch überschritten ist, ermöglicht den Verkauf von vorausbezahlten Energiepaketen an die Stromkunden. Der hier vorzugebende Maximalwert entspricht dann der vom Stromkunden erworbenen Energiemenge.
  • Die Erfindung kann noch verbessert werden, indem das Steuergerät ein Vorauszahlungsmodul aufweist, mit dem Vorauszahlungen der Stromkunden erfassbar sind und ein entsprechend einer Vorauszahlung berechneter neuer Maximalwert für den einer Verbraucherleistung zugeordneten Gesamtenergieverbrauch abspeicherbar ist. Ein solches Vorauszahlungsmodul enthält vorzugsweise ein Kartenlesegerät für Chipkarten bzw. Speicherkarten, die an einer zentralen Stelle nach Bezahlung einer bestimmten Energiemenge mit einem diese Energiemenge repräsentierenden Datenpaket „aufgeladen” werden, um dann im Kartenlesegerät des Vorauszahlungsmoduls ausgelesen zu werden, wobei der dem jeweiligen Stromkunden zugeordnete Maximalwert für den Gesamtenergieverbrauch um den vorausbezahlten Energiebetrag erhöht wird.
  • In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass über das Vorauszahlungsmodul weitere der jeweiligen Verbraucherleitung eines Stromkunden zugeordnete Parameter wie beispielsweise maximal entnehmbare Schein- oder Wirkleistung oder Verbrauchszeitraum durch den Stromkunden auswählbar und/oder einlesbar und abspeicherbar sind.
  • Wenn das Steuergerät ein Display zur Anzeige von aktuell gemessenen und/oder gespeicherten Parametern und/oder Verbrauchsdaten aufweist, können diese Daten beispielsweise durch einen Servicetechniker direkt am Gerät abgelesen werden, ohne dass ein Ablesegerät, beispielsweise ein Laptop angeschlossen werden müsste.
  • Wenn auf dem Display die Guthaben einzelner Stromkunden anzeigbar sind, können diese Stromkunden sich auf einfache Weise über ihre Restguthaben informieren.
  • Mit Vorteil ist vorgesehen, dass alle Netzdaten und/oder Verbrauchsdaten abspeicherbar und zur Qualitätsbestimmung des Stromnetzes und/oder zwecks Ermittlung des Nutzungsverhaltens der Stromkunden abrufbar und darstellbar sind.
  • Um die Daten auf einfache Weise abrufbar und auf andere Geräte zur Weiterverarbeitung übertragbar zu machen, wird vorgeschlagen, dass das Steuergerät digitale und/oder analoge Schnittstellen zur Übertragung von Daten aufweist. Selbstverständlich können über solche Schnittstellen nicht nur Daten des Steuergerätes und des Permanentspeichers ausgelesen, sondern auch in den Permanentspeicher eingelesen werden, insbesondere zur Programmierung des Steuergeräts.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Steuergerät in einem Wetter- und aufbruchfesten, verschließbaren Gehäuse mit Sonnen- und Regenschutz untergebracht ist. Diese Maßnahme ermöglicht die Aufstellung des Steuergeräts in öffentlich zugänglichen Bereichen, so dass die Stromkunden Tag und Nacht Zugang zu dem Steuergerät haben.
  • Das erfindungsgemäße Steuergerät eignet sich nicht allein für die Steuerung kleiner Stromnetze, sondern auch zum Anschluss an ein Hauptstromnetz zur weiteren Verzweigung des Hauptstromnetzes bis zu den Stromkunden.
  • Mit Vorteil ist das Steuergerät derart programmiert, dass es nach einer Störung oder Stromausfall die Verbraucherleitungen schrittweise zuschaltet. Diese Maßnahme ermöglicht das Anlaufen des Generators im Kraftwerk zunächst ohne Last und eine schrittweise Auflastung bis zur höchstzulässigen Last. Das schrittweise Zuschalten von Verbraucherleitungen empfiehlt sich aber nicht nur nach einem Netzausfall, sondern auch nach einem Kurzschluss auf der Lastseite und Auslösung von Leitungsschutzschaltern, in Folge von Fehlern bei der Leistungsmessung und Datenauswertung, nach falschem Anschluss der Mess- und/oder Schaltmodule oder nach einem Blitzeinschlag.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:
  • 1: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Steuergerätes;
  • 2: eine perspektivische Außenansicht eines erfindungsgemäßen Steuergerätes in einer bevorzugten Ausführungsform.
  • In 1 ist ein erfindungsgemäßes Steuergerät 1 durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Ein Kleinkraftwerk 2 dient zur Erzeugung der elektrischen Energie. Über eine Einspeiseleitung 3 gelangt die elektrische Energie über eine Hauptsicherung 4 zu einem Energieverteiler 5, welcher die elektrische Leistung auf mehrere Verbraucherleitungen 6 verteilt, die jeweils mit einem Verbraucher 7 verbunden sind. in der Darstellung von 1 ist symbolisch nur ein einziger Verbraucher 7 gezeigt. Der Energieverteiler 5 ist mit Schaltmodulen 8 versehen, wobei jede Verbraucherleitung 6 ihr eigenes Schaltmodul 8 aufweist. Mittels der Schaltmodule 8 kann die jeweilige Verbraucherleitung 6 und damit der Verbraucher 7 von der elektrischen Energieversorgung abgeschaltet oder zugeschaltet werden. Ein Steuermodul 9 ist über Steuerleitungen 10 mit den Schaltmodulen 8 verbunden. Des Weiteren ist das Steuermodul 9 mit einem Sensormodul 11 über Signalleitungen 12 verbunden. Das Sensormodul 11 dient zur Erfassung von Parametern des Stromnetzes wie Netzspannung und Netzströmen. Hierfür ist es mittels einer Sensorleitung 13 sowohl mit dem Eingang 14 als auch mit den Ausgängen 15 des Energieverteilers 5 verbunden. Das Steuermodul 9 umfasst einen nicht gezeigten Mikroprozessor und einen nicht flüchtigen Datenspeicher 16.
  • Das Steuermodul 9 ist so programmiert, dass es bei einem Abweichen der Netzfrequenz unter einen Wert von z. B. 98% der vorgegebenen Netzfrequenz, in der Regel 50 Hz, zunächst einen Verbraucher 7 durch Abschalten des jeweiligen Schaltmoduls 8 von der Stromversorgung abkoppelt, um so die Belastung des Kraftwerkes 2 zu verringern. Sollte diese Maßnahme nicht ausreichen, um die Netzfrequenz wieder über den vorgegebenen Mindestwert anzuheben, so schaltet das Steuermodul 9 einen weiteren Verbraucher 7 ab, bis der gewünschte Effekt erzielt ist.
  • Im umgekehrten Fall, nämlich wenn der Generator des Kraftwerks 2 aufgrund einer zu geringen Belastung zu schnell dreht und daher die Netzfrequenz über einen vorbestimmten Maximalwert von z. B. 102% der Nennfrequenz nach oben abweicht, schaltet das Steuermodul 9 durch Betätigung des entsprechenden Schaltmoduls 8 einen Verbraucher 7 zu, der die Last am Generator vergrößert und zu einer Verringerung der Netzfrequenz führt.
  • Zur Optimierung des beschriebenen Stabilisierungsprogramms ist den einzelnen Schaltmodulen 8 jeweils ein Prioritätswert zugeordnet und das Steuermodul 9 ist so programmiert, dass es bei der Auswahl des als nächstes zu- oder abzuschaltenden Schaltmoduls 8 den Prioritätswert berücksichtigt. Die Prioritätswerte sind im Datenspeicher 16 abgespeichert.
  • Gerät nun ein Netzparameter, insbesondere die Netzfrequenz nach oben oder unten aus dem Bereich tolerierbarer Abweichungen heraus, so stellt das Steuermodul 9 zunächst fest, in welche Richtung die Abweichung erfolgt. Beispielsweise bei Unterschreiten der Netzfrequenz ist von einer Überlastung des Kraftwerkes 2 auszugehen und als Gegenmaßnahme sind elektrische Lasten abzuwerfen. Das Steuermodul 9 stellt in einem nächsten Schritt fest, welche Lasten auf welcher Verbraucherleitung 6 zugeschaltet sind und welche Priorität das jeweils zugeordnete Schaltmodul 8 aufweist. Von den Schaltmodulen 8 wird jetzt das mit der geringsten Priorität ausgewählt oder bei zwei gleich großen Prioritäten ein Schaltmodul 8 durch Zufallsentscheidung bestimmt. Dieses wird abgeschaltet und darauf hin der Verlauf der Netzfrequenz abgefragt. Wenn aus der Abschaltung noch keine ausreichend positive Tendenz für die Netzfrequenz resultiert, wird das beschriebene Verfahren wiederholt, um aus den verbliebenen zugeschalteten Schaltmodulen 8 das mit der geringsten Priorität auszuwählen und abzuschalten.
  • Im umgekehrten Fall, nämlich wenn die Netzfrequenz nach oben aus dem tolerierbaren Bereich herausläuft, wird unter den abgeschalteten Schaltmodulen dasjenige mit der höchsten Priorität bestimmt und dieses zugeschaltet.
  • Das Steuermodul 9 ist weiterhin so programmiert, dass es die vom Sensormodul 11 gelieferten Netzparameter in Bezug auf die in den Verbraucherleitungen 6 fließenden Stromstärken überwacht und bei Überschreiten einer vorgewählten Stromstärke das jeweilige Schaltmodul 8 abschaltet, um so einen Überstromschutz zu gewährleisten.
  • Des Weiteren ist das Steuermodul 9 so programmiert, dass es die vom Sensormodul 11 gelieferten Netzparameter dahingehend auswertet, ob Fehlerströme auftreten, die einer Verbraucherleitung 6 zugeordnet werden können, um daraufhin das zugeordnete Schaltmodul 8 abzuschalten und so eine Fehlerstromschutzfunktion zu bieten. Das Steuermodul 9 ist darüber hinaus so programmiert, dass es die vom Sensormodul 11 gelieferten Netzparameter dahingehend auswertet, welche Schein- oder Wirkleistungen in den verschiedenen Verbraucherleitungen 6 fließen. Die Schein- oder Wirkleistung wird aus Spannung, Strom und der Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom berechnet, welche über das Sensormodul 11 messbar ist. Bei Überschreiten eines vorbestimmten Wertes für die Schein- oder Wirkleistung in einer bestimmten Verbraucherleitung 6 schaltet das Steuermodul 9 das der Verbraucherleitung 6 zugeordnete Schaltmodul 8 ab.
  • Durch die Integration eines kostengünstigen Mess- und Abrechnungssystems für elektrische Energie und Leistung werden die Stromkunden zum sparsamen und das Inselnetz schonenden Umgang mit elektrischer Energie angeregt. Zudem wird ihnen die Möglichkeit offen gehalten, ein breites Leistungsband für leistungsstarke elektrische Verbraucher zu nutzen, wenn auch nur kurzzeitig und zu bestimmten Tageszeiten. Aus diesem Grund ist vorgesehen, dass das Steuergerät die über eine Verbraucherleitung 6 im Laufe der Zeit fließende elektrische Energie erfasst und die Werte für den Gesamtenergieverbrauch des zugehörigen Stromverbrauchers im Datenspeicher 16 abspeichert. Die gespeicherten Daten ermöglichen eine Überprüfung, ob die vorausbezahlte Energiemenge bereits verbraucht ist oder nicht. Hierfür ist ein der vorausbezahlten Energiemenge entsprechender Maximalwert für jeden Stromkunden separat ebenfalls im Datenspeicher 16 abgelegt. Das Steuermodul 9 ermittelt, ob der einer bestimmten Verbraucherleitung 6 zugeordnete Gesamtenergieverbrauch den zugehörigen Maximalwert übersteigt. Sobald dies der Fall ist, schaltet das Steuermodul 9 das der jeweiligen Verbraucherleitung 6 zugeordnete Schaltmodul 8 ab. Dadurch wird ein über die vorausbezahlte Energiemenge hinausgehender Energieverbrauch verhindert.
  • Das Steuergerät 1 ist mit einem Vorauszahlungsmodul 18 versehen, welches über eine Datenleitung 19 mit dem Steuermodul 9 verbunden ist. Das Vorauszahlungsmodul weist ein Kartenlesegerät auf zum Lesen von Chipkarten 20 der Stromkunden. Nach dem Bezahlen eines Energiepaketes kann die Chipkarte 20 an einer zentralen Verkaufsstelle „aufgeladen” werden. Dabei wird auf der Chipkarte 20 ein Datenpaket gespeichert, welches vom Kartenleser des Vorauszahlungsmoduls 18 ausgelesen und über das Steuermodul 9 weiterverarbeitet werden kann. Das Steuermodul 9 bestimmt aus dem Datenpaket insbesondere die vorausbezahlte Energiemenge und addiert diese zu dem im Datenspeicher 16 gespeicherten Maximalwert für den jeweiligen Stromkunden. Aus dem Datenpaket können des Weiteren Werte für die maximal entnehmbare Schein- oder Wirkleistung oder sonstige mit dem jeweiligen Stromkunden vereinbarte Parameter entnommen und im Datenspeicher 16 abgespeichert werden. Solche Parameter können insbesondere den Verbrauchszeitraum betreffen.
  • Die aktuell gemessenen Netzparameter oder im Datenspeicher 16 abgelegte Verbrauchsdaten der jeweiligen Verbraucher sowie sonstige gespeicherten oder aktuell ermittelten Parameter können auf einem Display 21 dargestellt und somit einem Servicetechniker zugänglich gemacht werden, ohne dass der Techniker ein eigenes Ablesegerät mitbringen und am Steuergerät 1 anschließen müsste. Auf dem Display 21 können auch die Guthaben einzelner Stromkunden angezeigt werden, um diesen eine einfache Kontrolle ihrer Restguthaben zu ermöglichen. Das Steuergerät ist mit einer digitalen Schnittstelle 22 zum Anschluss eines externen Gerätes 24 und mit einer analogen Schnittstelle 23 zum Anschluss eines weiteren externen Gerätes 25 versehen. Die Schnittstellen dienen zum Auslesen von Daten aus dem Datenspeicher 16 bzw. zum Auslesen von Parametern, die das Sensormodul 11 ermittelt und bereitstellt.
  • Wie man am besten in 2 erkennt, ist das Steuergerät 1 in einem Wetter- und aufbruchfesten verschließbaren Gehäuse 26 mit Sonnen- und Regenschutz 27 untergebracht. Das Gehäuse 26 ist mit einem Schloss 28 versehen und dadurch vor unbefugten Eingriffen geschützt.
  • Tritt trotz des beschriebenen Netzmanagements ein Zusammenbruch des Inselnetzes auf, so muss das Stromnetz neu hochgefahren werden. Dies funktioniert nur zuverlässig, wenn ein lastfreies Anfahren des Kraftwerkes garantiert ist und sich die Lasten nach der Anfahrprozedur schrittweise zuschalten. Aus diesem Grund ist das Steuergerät 1 derart programmiert, dass es nach einer Störung oder einem Stromausfall die Verbraucherleitungen 6 schrittweise zuschaltet.
  • Des Weiteren ist auch ein Mischbetrieb des Netzes einerseits als Inselnetz und andererseits zur Verzweigung eines Hauptstromnetzes machbar. Solange das Hauptstromnetz genügend Energie liefert, wird das netzeigene Kraftwerk 2 abgeschaltet und das Steuergerät 1 dient lediglich zur weiteren Verzweigung der elektrischen Leistungen aus dem Hauptstromnetz. Sobald die Energieversorgung durch das Hauptstromnetz ungenügend ist oder ganz ausfällt, wird das netzeigene Kraftwerk 2 zugeschaltet und bildet zusammen mit dem Steuergerät 1 und den Verbraucherleitungen 6 ein unabhängiges Inselnetz.
  • 1
    Steuergerät
    2
    Kraftwerk
    3
    Einspeiseleitung
    4
    Hauptsicherung
    5
    Energieverteiler
    6
    Verbraucherleitungen
    7
    Verbraucher
    8
    Schaltmodul
    9
    Steuermodul
    10
    Steuerleitungen
    11
    Sensormodul
    12
    Signalleitung
    13
    Sensorleitung
    14
    Eingang
    15
    Ausgänge
    16
    Datenspeicher
    17
    Datenleitung
    18
    Vorauszahlungsmodul
    19
    Datenleitung
    20
    Chipkarte
    21
    Display
    22
    digitale Schnittstelle
    23
    analoge Schnittstelle
    24
    externes Gerät
    25
    externes Gerät
    26
    Gehäuse
    27
    Sonnen- und Regenschutz
    28
    Schloss
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - WO 00/77527 A2 [0002]

Claims (19)

  1. Steuergerät für kleine Stromnetze zur Verwendung als Schnittstelle zwischen einem oder mehreren Stromerzeugern (2) und einzelnen Stromverbrauchern (7) mit einem Energieverteiler (5) zum Verzweigen der elektrischen Leistung aus einer Einspeiseleitung (3) des Stromerzeugers oder des kleinen Stromnetzes (2) auf mehrere Verbraucherleitungen (6), dadurch gekennzeichnet, dass der Energieverteiler (5) Schaltmodule (8) zum Zu- oder Abschalten der jeweiligen Verbraucherleitung (6) aufweist, wobei die Schaltmodule (8) von einem Steuermodul (9) schaltbar sind, dass das Steuermodul (9) mit einem Sensormodul (11) zur Erfassung von Spannung und Strömen des Stromnetzes verbunden ist und dass das Steuermodul (9) einzelne vorbestimmte Schaltmodule (8) im Sinne einer Stabilisierung mindestens eines aus dem Sensormodul (11) gewonnenen Netzparameters wie beispielsweise der Netzfrequenz zu- oder abschaltend ausgebildet ist.
  2. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul (9) einen programmgesteuerten Mikroprozessor und einen nicht flüchtigen Datenspeicher (16) aufweist.
  3. Steuergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul (9) bei einem Abfall der Netzfrequenz unter einen vorgegebenen Wert ein oder mehrere Schaltmodule (8) abschaltend ausgebildet ist.
  4. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul (9) bei einem Ansteigen der Netzfrequenz über einen vorgegebenen Wert ein oder mehrere Schaltmodule (8) zuschaltend ausgebildet ist.
  5. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Schaltmodulen (8) jeweils ein Prioritätswert zugeordnet ist und dass das Steuermodul (9) bei der Auswahl des als nächstes zu- oder abzuschaltenden Schaltmoduls (8) dessen Prioritätswert berücksichtigt.
  6. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Überstromschutzeinrichtung umfasst und dass das Steuermodul (9) ein Schaltmodul (8) abschaltend ausgestaltet ist, wenn in der zugeordneten Verbraucherleitung (6) eine vorgegebene Stromstärke überschritten ist.
  7. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Fehlerstromschutzeinrichtung umfasst und dass das Steuermodul (9) ein Schaltmodul (8) abschaltend ausgestaltet ist, wenn in Verbindung mit der zugeordneten Verbraucherleitung (6) Fehlerströme auftreten.
  8. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es die von einer Verbraucherleitung (6) aufgenommene Schein- oder Wirkleistung erfasst und speichert und dass bei Überschreiten der zeitlich gemittelten Schein- oder Wirkleistung über einen vorbestimmten Wert das Steuermodul (9) das zugehörige Schaltmodul (8) abschaltend ausgestaltet ist.
  9. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es die über eine Verbraucherleitung (6) im Laufe der Zeit fließende elektrische Energie erfasst und die Werte für den Gesamtenergieverbrauch des zugehörigen Stromverbrauchers im Datenspeicher (16) abspeichert.
  10. Steuergerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul (9) das einer Verbraucherleitung (6) zugeordnete Schaltmodul (8) abschaltend ausgestaltet ist, sobald ein vorgegebener und im Datenspeicher (16) gespeicherter Maximalwert für den Gesamtenergieverbrauch überschritten ist.
  11. Steuergerät nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Vorauszahlungsmodul (18) aufweist, mit dem Vorauszahlungen der Stromkunden erfassbar sind, und ein entsprechend einer Vorauszahlung berechneter neuer Maximalwert für den einer Verbraucherleitung (6) zugeordneten Gesamtenergieverbrauch abspeicherbar ist.
  12. Steuergerät nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass über das Vorauszahlungsmodul (18) weitere der jeweiligen Verbraucherleitung (6) eines Stromkunden zugeordnete Parameter wie beispielsweise maximal entnehmbare Schein- oder Wirkleistung oder Verbrauchszeitraum durch den Stromkunden auswählbar und/oder einlesbar und abspeicherbar sind.
  13. Steuergerät nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Display (21) zur Anzeige von aktuell gemessenen und/oder gespeicherten Parametern und/oder Verbrauchsdaten aufweist.
  14. Steuergerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Display (21) die Guthaben einzelner Stromkunden anzeigbar sind.
  15. Steuergerät nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass alle Netzdaten und/oder Verbrauchsdaten abspeicherbar und zur Qualitätsbestimmung des Stromnetzes und/oder zwecks Ermittlung des Nutzungsverhaltens der Stromkunden abrufbar und/oder darstellbar sind.
  16. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es digitale (22) und/oder analoge Schnittstellen (23) zur Übertragung von Daten aufweist.
  17. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es in einem Wetter- und aufbruchfesten, verschließbaren Gehäuse (26) mit Sonnen- und Regenschutz (27) untergebracht ist.
  18. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Verzweigung eines Hauptstromnetzes verwendbar ist.
  19. Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es nach einer Störung oder einem Stromausfall die Verbraucherleitungen (6) schrittweise zuschaltend ausgestaltet ist.
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