DE102022202509A1 - Measuring device and method for operating a measuring device - Google Patents
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Abstract
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Messvorrichtung, aufweisend:eine Spannungsmesseinrichtung,eine Strommesseinrichtung,eine erste Kommunikationseinrichtung für eine Nahbereichskommunikation,eine Rechnereinrichtung,gekennzeichnet durcheine Steckvorrichtung zum Anschließen an eine Haushaltssteckdose.Ferner ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein entsprechendes Verfahren.The subject of the present invention is a measuring device, comprising: a voltage measuring device, a current measuring device, a first communication device for short-range communication, a computer device, characterized by a plug-in device for connecting to a household socket. Furthermore, the subject of the present invention is a corresponding method.
Description
Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Messvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 11.The invention relates to a measuring device according to the preamble of claim 1 and a method for operating a measuring device according to the preamble of
Im Zuge der Energiewende werden insbesondere die Niederspannungsnetze vor besondere Herausforderungen gestellt. Die steigende Verbreitung von neuen Endkundenanlagen mit Ladeeinrichtungen für Elektroautos, Wärmepumpen oder Photovoltaikanlagen führt dazu, dass es immer schwieriger wird, Spannungen und Ströme bzw. Leistungen in diesen Ortsnetzen in den Normbereichen bzw. innerhalb vorher festgelegter Grenzwerte zu halten, die einen sicheren und zuverlässigen Netzbetrieb ermöglichen.In the course of the energy transition, low-voltage networks in particular are facing particular challenges. The increasing spread of new end customer systems with charging devices for electric cars, heat pumps or photovoltaic systems means that it is becoming increasingly difficult to keep voltages and currents or outputs in these local networks within the standard ranges or within predetermined limit values that ensure safe and reliable network operation make possible.
Ein Ausbau der Niederspannungsnetze ist im Allgemeinen sehr teuer oder praktisch nur schwer zu realisieren. Deswegen werden in jüngster Zeit Verfahren und technische Konzepte untersucht, um mit aktiven Netzbetriebsmitteln (z.B. regelbare Ortsnetztransformatoren) sowie steuerbaren Endkundenanlagen Netzdienstleistungen zu erbringen, die den Betrieb der Ortsnetze unterstützen.Expanding low-voltage networks is generally very expensive or difficult to implement in practice. For this reason, processes and technical concepts have recently been investigated in order to provide network services that support the operation of local networks using active network resources (e.g. controllable local network transformers) and controllable end customer systems.
Die aktive Führung der Niederspannungsnetze erfordert eine genaue Kenntnis des Betriebszustandes des Netzes, insbesondere von elektrotechnischen Messwerten wie den Knotenspannungen und den Zweigströmen. Diese Messwerte müssen in regelmäßigen Abständen an dezentrale oder zentrale Recheneinrichtungen kommuniziert werden.The active management of low-voltage networks requires precise knowledge of the operating status of the network, especially of electrical measurements such as node voltages and branch currents. These measured values must be communicated to decentralized or central computing devices at regular intervals.
Bisher werden typischerweise Energieautomatisierungsgeräte eingesetzt, welche die elektrotechnischen Größen messen und an die dezentralen oder zentralen Recheneinrichtungen übertragen. Diese Messvorrichtungen sind für den Einsatz in elektrischen Anlagen wie Ortsnetzstationen und Kabelverteilerschränken konzipiert. Sie sind jedoch für einen flächendeckenden Einsatz in Niederspannungsnetzen an den Netzanschlusspunkten ungünstig, weil sie hohe Kosten verursachen, denn sie müssen für die teilweise harten Umgebungsbedingungen in Ortsnetzstationen und Kabelverteilerkästen konzipiert sein. Hinzu kommt ein hoher Aufwand für die Installation und Inbetriebsetzung durch eine elektrotechnische Fachkraft. Ferner ist i.d.R. ein vergleichsweise hoher technischer Aufwand für eine eigene Spannungsversorgung und externe Kommunikationsmodule nötig.To date, energy automation devices have typically been used which measure the electrical variables and transmit them to the decentralized or central computing devices. These measuring devices are designed for use in electrical systems such as local network stations and cable distribution cabinets. However, they are unfavorable for widespread use in low-voltage networks at the network connection points because they incur high costs because they have to be designed for the sometimes harsh environmental conditions in local network stations and cable distribution boxes. In addition, there is a lot of effort required for installation and commissioning by an electrical specialist. Furthermore, a comparatively high level of technical effort is usually required for an own power supply and external communication modules.
An die Erfindung stellt sich ausgehend von bekannten Messvorrichtungen die Aufgabe, eine Messvorrichtung anzugeben, die vergleichsweise besonders kostengünstig herzustellen und unkompliziert installierbar ist.Based on known measuring devices, the aim of the invention is to provide a measuring device that is comparatively particularly inexpensive to produce and can be easily installed.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Messvorrichtung gemäß Anspruch 1.The invention solves this problem by a measuring device according to claim 1.
Die vorliegende Erfindungsmeldung schlägt als Messvorrichtung z.B. ein Grid-Edge-Gateway mit Messfunktion vor, das die Funktion eines Kommunikationsgerätes mit der eines Messgerätes kombiniert und dabei so gestaltet ist, dass beide Funktionen durch ein einfaches Einstecken in eine herkömmliche Steckdose der Hausinstallation, zum Beispiel eine Schutzkontaktsteckdose, in Betrieb gesetzt wird. Ein spezieller Montageplatz (z.B. im Zählerkasten) und eine aufwendige Installation und Verdrahtung von Messsensoren ist dabei nicht erforderlich.The present disclosure of the invention proposes, for example, a grid edge gateway with a measuring function as a measuring device, which combines the function of a communication device with that of a measuring device and is designed in such a way that both functions are activated by simply plugging it into a conventional socket in the domestic installation, for example a Protective contact socket is put into operation. A special assembly location (e.g. in the meter box) and complex installation and wiring of measuring sensors are not required.
Die Steckvorrichtung kann direkt am Gehäuse der Messvorrichtung festgelegt oder mit dieser einstückig ausgebildet sein. Alternativ kann die Steckvorrichtung per Kabel mit dem Gehäuse der Messvorrichtung verbunden sein.The plug-in device can be fixed directly to the housing of the measuring device or can be formed in one piece with it. Alternatively, the plug-in device can be connected to the housing of the measuring device via a cable.
Die erste Kommunikationseinrichtung ist für eine Nahbereichskommunikation vorgesehen und z.B. in der Lage, bidirektional über LAN, WLAN, Bluetooth, NFC zu kommunizieren. Dies ist ein Vorteil, weil mittels der Nahbereichskommunikation einfach und kostengünstig Daten mit anderen Geräten ausgetauscht werden können.The first communication device is intended for short-range communication and, for example, is able to communicate bidirectionally via LAN, WLAN, Bluetooth, NFC. This is an advantage because data can be exchanged easily and cost-effectively with other devices using short-range communication.
Eine Strommesseinrichtung und eine Spannungsmesseinrichtung sind jeweils typische Messeinrichtungen für Niederspannungsanschlüsse, d.h. für z.B. in Deutschland 230 V Wechselspannung und einige Ampere Strom, bevorzugt zwischen 0 und 10 Ampere. Eine Haushaltssteckdose ist beispielsweise zur Aufnahme eines Schutz-Kontakt-Steckers („SchuKo-Stecker“) ausgebildet, das nach den Normen CEE 7/4, CEE 7/3 normiert und in Europa verbreitet ist. International wird dieses System auch als Stecker-Typ F bezeichnet. Dies ist ein Vorteil, weil Haushaltssteckdosen weit verbreitet sind und keine Installation durch einen Techniker erfordern.A current measuring device and a voltage measuring device are each typical measuring devices for low-voltage connections, i.e. for e.g. in Germany 230 V alternating voltage and a few amps of current, preferably between 0 and 10 amps. A household socket, for example, is designed to accept a protective contact plug (“SchuKo plug”), which is standardized according to the CEE 7/4, CEE 7/3 standards and is widespread in Europe. Internationally, this system is also known as plug type F. This is an advantage because household sockets are widely available and do not require installation by a technician.
Die Rechnereinrichtung kann z.B. als kostengünstige Standard Hard- und Software auf der Basis eines Raspberry PI oder Arduino Computers ausgebildet werden. Dabei handelt es sich i.d.R. um Platinen mit Prozessormitteln, USB-Ports, Bildschirmanschlüssen und Arbeitsspeichermitteln. Ggf. sind weitere Datenspeichermittel integriert oder anschließbar. Die Rechnereinrichtung wertet die gemessenen Strom- und Spannungswerte aus. Dies ist ein wesentlicher Vorteil der Erfindung, weil low-cost-Hardware einsetzbar ist.The computer device can be designed, for example, as inexpensive standard hardware and software based on a Raspberry PI or Arduino computer. These are usually boards with processor resources, USB ports, screen connections and RAM resources. If necessary, additional data storage means can be integrated or connected. The computer device evaluates the measured current and voltage values. This is a significant advantage of the invention because low-cost hardware can be used.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messvorrichtung ist die Strommesseinrichtung ausgebildet, einen externen Stromsensor oder ein Smart Meter für die Strommessung einzusetzen. Das Smart Meter kann beispielsweise eine sog. Impulszählung einsetzen. Es ist ein Vorteil der Erfindung, unterschiedliche Messdatenquellen einzubinden.In a preferred embodiment of the measuring device according to the invention, the current measuring device is designed to use an external current sensor or a smart meter for current measurement. The smart meter can, for example, use so-called pulse counting. It is an advantage of the invention to integrate different measurement data sources.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messvorrichtung ist eine zweite Kommunikationseinrichtung zur Weitbereichskommunikation ausgebildet. Beispielsweise kann eine funkbasierte bidirektionale Weitbereichskommunikation, z.B. per 5G, 4G, 3G, Narrowband-IoT vorgesehen sein. Dies ist ein Vorteil, weil Messdaten (Spannung, Stromstärke, ggf. auch Netzfrequenz und/oder Power Quality Werte) an eine entfernte Kontrolleinrichtung für das Niederspannungsnetz wie z.B. eine Netzleitstelle („Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA)“) übermittelt werden können.In a further preferred embodiment of the measuring device according to the invention, a second communication device is designed for wide-area communication. For example, radio-based bidirectional wide-area communication, e.g. via 5G, 4G, 3G, narrowband IoT, can be provided. This is an advantage because measurement data (voltage, current, possibly also network frequency and/or power quality values) can be transmitted to a remote control device for the low-voltage network such as a network control center (“Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA)”).
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messvorrichtung ist eine erste Umwandlungseinrichtung ausgebildet, mittels einer Kommunikationseinrichtung mit einer übergeordneten Steueranordnung ausgetauschte Datennachrichten in ein für die Messvorrichtung spezifisches Datenformat umzuwandeln. Dies ist ein Vorteil, weil es die Nutzung der empfangenen Daten z.B. durch andere auf der Rechnereinrichtung installierte Softwaremodule ermöglicht.In a further preferred embodiment of the measuring device according to the invention, a first conversion device is designed to convert data messages exchanged with a higher-level control arrangement into a data format specific for the measuring device by means of a communication device. This is an advantage because it enables the received data to be used, for example by other software modules installed on the computer device.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messvorrichtung ist eine zweite Umwandlungseinrichtung ausgebildet, mittels einer Kommunikationseinrichtung mit einer am Anschlusspunkt der Messvorrichtung installierten Endkundenanlage ausgetauschte Datennachrichten in ein für die Messvorrichtung spezifisches Datenformat umzuwandeln. Dies ist ein Vorteil, weil es die Nutzung der empfangenen Daten z.B. durch andere auf der Rechnereinrichtung installierte Softwaremodule ermöglicht.In a further preferred embodiment of the measuring device according to the invention, a second conversion device is designed to convert data messages exchanged with an end customer system installed at the connection point of the measuring device into a data format specific for the measuring device by means of a communication device. This is an advantage because it enables the received data to be used, for example by other software modules installed on the computer device.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messvorrichtung ist eine Konfigurationseinrichtung ausgebildet, eine Datennachricht mit Konfigurationsinformationen, die von einem Endkundengerät empfangen wurde, zu berücksichtigen. Beispielsweise befindet sich das Endkundengerät in einem für Nahbereichskommunikation geeigneten Abstand, so dass die erste Kommunikationseinrichtung verwendet werden kann. Ein Endkundengerät kann beispielsweise ein tragbarer oder ortsfester Computer sein, insbesondere ein mobiles Endgerät wie ein Tablett, ein Mobiltelefon oder ein Laptop.In a further preferred embodiment of the measuring device according to the invention, a configuration device is designed to take into account a data message with configuration information that was received from an end customer device. For example, the end customer device is at a distance suitable for short-range communication so that the first communication device can be used. An end customer device can be, for example, a portable or stationary computer, in particular a mobile device such as a tablet, a cell phone or a laptop.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messvorrichtung ist die Konfigurationseinrichtung ausgebildet, eine weitere Datennachricht mit Maschinenlernmodellen und/oder einem Firmwareupdate, die von einem Endkundengerät empfangen wurde, zu berücksichtigen. Beispielsweise befindet sich das Endkundengerät in einem nicht für Nahbereichskommunikation geeigneten Abstand, so dass die zweite Kommunikationseinrichtung verwendet werden kann.In a further preferred embodiment of the measuring device according to the invention, the configuration device is designed to take into account a further data message with machine learning models and/or a firmware update that was received from an end customer device. For example, the end customer device is at a distance that is not suitable for short-range communication, so that the second communication device can be used.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messvorrichtung ist die Rechnereinrichtung ausgebildet, das Maschinenlernmodell auszuführen.In a further preferred embodiment of the measuring device according to the invention, the computer device is designed to execute the machine learning model.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messvorrichtung ist die Rechnereinrichtung ausgebildet, mittels einer Kommunikationseinrichtung eine Datennachricht mit Betriebsdaten an ein Endkundengerät zu senden.In a further preferred embodiment of the measuring device according to the invention, the computer device is designed to send a data message with operating data to an end customer device by means of a communication device.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messvorrichtung ist die Rechnereinrichtung ausgebildet, als Betriebsdaten in der Datennachricht mindestens eine der folgenden Informationen vorzusehen: Messwerte für Spannung, Messwerte für Stromstärke, Sollwertvorgaben des Netzbetreibers, Statusinformationen der Messvorrichtung.In a further preferred embodiment of the measuring device according to the invention, the computer device is designed to provide at least one of the following pieces of information as operating data in the data message: measured values for voltage, measured values for current, setpoint specifications from the network operator, status information of the measuring device.
An die Erfindung stellt sich ferner ausgehend von bekannten Verfahren zum Betreiben von Messvorrichtungen die Aufgabe, ein Verfahren anzugeben, mit dem eine Messvorrichtung vergleichsweise besonders kostengünstig herstellbar und unkompliziert installierbar ist.Based on known methods for operating measuring devices, the invention also has the task of specifying a method with which a measuring device can be produced in a comparatively particularly cost-effective manner and can be installed in an uncomplicated manner.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 11. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 12 bis 15 angegeben. Es ergeben sich sinngemäß jeweils die gleichen Vorteile wie eingangs für die erfindungsgemäße Messvorrichtung erläutert.The invention solves this problem by a method according to
Es ist für den Fachmann leicht ersichtlich, dass sich sämtliche Ausführungsformen der Messvorrichtung leicht mit den angegebenen Varianten des Verfahrens kombinieren lassen.It is easily apparent to the person skilled in the art that all embodiments of the measuring device can be easily combined with the specified variants of the method.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für einen Einsatz der erfindungsgemäßen Messvorrichtung anhand der Figuren erläutert.A preferred exemplary embodiment for using the measuring device according to the invention is explained below with reference to the figures.
Die Messvorrichtung 1 weist eine Spannungsmesseinrichtung 6, eine Strommesseinrichtung 7, eine erste Kommunikationseinrichtung 15 für eine Nahbereichskommunikation, eine Rechnereinrichtung 8 und eine Steckvorrichtung 4 zum Anschließen an eine Haushaltssteckdose auf.The measuring device 1 has a voltage measuring device 6, a current measuring device 7, a
Die erste Kommunikationseinrichtung 15 für eine Nahbereichskommunikation ist für eine bidirektionale Datenkommunikation ausgebildet und verwendet beispielsweise einen der folgenden Standards: LAN, WIFI, Bluetooth, NFC.The
Eine zweite Kommunikationseinrichtung 16 für eine Weitbereichskommunikation ist für eine bidirektionale Datenkommunikation ausgebildet und verwendet beispielsweise einen der folgenden Standards: LTE (4G), 5G, NB-IOT, LoraWan. A
Des Weiteren sind sechs Softwaremodule 9-14 vorgesehen, die mittels der Rechnereinrichtung 8 betreibbar sind. Die beinhalten Softwarekomponenten für Weitbereichskommunikation 9, für Nahbereichskommunikation 10, für Nahkonfiguration 11, für Fernkonfiguration, für eine Ablauf eines Maschinenlernmodells 13 und für eine Kommunikation mit einem Anwender 14.Furthermore, six software modules 9-14 are provided, which can be operated using the
Eine Inbetriebsetzung kann folgendermaßen durchgeführt werden:
- Die Messvorrichtung 1 wird durch ein einfaches Einstecken in eine Steckdose in Betrieb gesetzt. In einem ersten Schritt wird mit Hilfe einer WPS-Taste die Verbindung zum lokalen Netzwerk aufgebaut oder durch Anschluss eines LAN-Kabels. Anschließend überträgt der Anwender mit Hilfe einer App, die auf einem separaten Rechner im lokalen Netzwerk läuft, die folgenden Konfigurationsinformationen auf das Gerät 1:
- 1) Kommunikationsadresse und anwendungsspezifische Kennung des übergeordneten Rechners A, welcher die Messinformationen erhalten soll
- 2) Kommunikationsadresse und anwendungsspezifische Kennung des übergeordneten Rechners B, welcher Steuerinformation an die angeschlossenen Endkundenanlagen sendet
- 3) Ggf. Kommunikationsadresse eines übergeordneten Rechners C, der Firmware, Maschinenlernmodelle oder Protokollkonverter bereithält
- 4) Ggf. Kommunikationsadresse eines übergeordneten Rechners D, der ein Verzeichnis mit Kommunikationsadressen der übergeordneten Rechner A und B bereithält für den Fall, dass die übergeordneten Rechner A oder B ausgetauscht wurden und die neuen Geräte zwar dieselbe anwendungsspezifische Kennung, aber ein neue Kommunikationsadresse aufweisen.
- 4) Eine Liste mit Typkennungen der angeschlossen Endkundenanlagen, mit denen das Gerät 1 von dem übergeordneten Rechner C die passenden Protokollkonverter herunterladen kann.
- The measuring device 1 is put into operation by simply plugging it into a socket. In a first step, the connection to the local network is established using a WPS button or by connecting a LAN cable. The user then transfers the following configuration information to device 1 using an app that runs on a separate computer in the local network:
- 1) Communication address and application-specific identifier of the higher-level computer A, which is to receive the measurement information
- 2) Communication address and application-specific identifier of the higher-level computer B, which sends control information to the connected end customer systems
- 3) If necessary, communication address of a higher-level computer C that provides firmware, machine learning models or protocol converters
- 4) If necessary, communication address of a higher-level computer D, which holds a directory with communication addresses of the higher-level computers A and B in the event that the higher-level computers A or B have been replaced and the new devices have the same application-specific identifier but a new communication address.
- 4) A list with type identifiers of the connected end customer systems with which device 1 can download the appropriate protocol converters from the higher-level computer C.
Es kann vorgesehen sein, dass die Funktionen der Rechner A, B, C und D so kombiniert werden, dass sie komplett oder teilweise auf einem oder mehreren Rechnern zusammengefasst ausgeführt werden.It can be provided that the functions of computers A, B, C and D are combined in such a way that they are carried out completely or partially on one or more computers.
Weiterhin kann die App auf dem Rechner des Anwenders so gestaltet sein, dass sie die Firmware, die Maschinenlernmodelle oder die Protokollkonverter für das Gerät 1 bereitstellt.Furthermore, the app on the user's computer can be designed in such a way that it provides the firmware, the machine learning models or the protocol converters for the device 1.
Zusätzlich überträgt die App auch noch anwendungsspezifische Daten auf das Gerät 1. Dies können zum Beispiel Daten sein, die den Anschlussort des Gerätes 1 oder seine Lage im Niederspannungsnetz bezeichnen. Darüber hinaus überträgt die App anwendungsspezifische statische Daten an das Gerät 1, die ggf. für die Protokollkonvertierung oder den Ablauf des Maschinenlernverfahrens erforderlich sind.In addition, the app also transfers application-specific data to device 1. This can, for example, be data that indicates the connection location of device 1 or its location in the low-voltage network. In addition, the app transmits application-specific static data to the device 1, which may be required for protocol conversion or the execution of the machine learning process.
Die App erhält die Konfigurationsdaten über die folgenden Wege:
- Einen QR-Code, der von der App aus einem schriftlichen Dokument eingescannt wird, und/oder
- eine Konfigurationsdatei, welche die App von dem Rechner D herunterlädt, und/oder
- ein API, das die App verwendet, um auf die Konfigurationsdaten in dem Rechner D online zuzugreifen.
- A QR code scanned by the app from a written document, and/or
- a configuration file that downloads the app from computer D, and/or
- an API that the app uses to access the configuration data in computer D online.
Alternativ können die Konfigurationsdaten auch mittels einer Bedienoberfläche vom Anwender eingegeben werden.Alternatively, the configuration data can also be entered by the user using a user interface.
Nachdem das Gerät 1 die Konfigurationsdaten empfangen hat, baut es zunächst zu dem Rechner D eine Kommunikation auf und lädt von dort die benötigten Maschinenlernverfahren, Protokollkonverter und Aktualisierungen der Firmware herunter.After device 1 has received the configuration data, it first establishes communication with computer D and downloads the required machine learning procedures, protocol converters and firmware updates from there.
Nach dem Start dieser Anwendungen auf dem Gerät 1 baut es die Kommunikation zu dem Rechner A und den Rechner B auf und meldet sich dort an. Danach ist das Gerät 1 betriebsbereit.After starting these applications on device 1, it establishes communication with the Open computer A and computer B and log in there. The device 1 is then ready for operation.
Im laufenden Betrieb misst das Gerät 1 in zyklischen Abständen die gemessenen Spannungen, z.B. als Minimal-, Maximal-, oder Durchschnittswert. Die Dauer der Messzyklen wird von dem Rechner A an das Gerät 1 mitgeteilt. Weiterhin ist vorgesehen, dass das Gerät 1 bei Annäherung der gemessenen Werte an vorher festgelegte Grenzwerte die Dauer der Messzyklen selbständig verkürzen kann und die gemessenen Werte häufiger an den Rechner A sendet. Damit wird erreicht, dass auch der Zyklus der Regelung durch den Rechner B ggf. schneller erfolgen kann.During operation, the device 1 measures the measured voltages at cyclic intervals, e.g. as a minimum, maximum or average value. The duration of the measuring cycles is communicated to device 1 by computer A. Furthermore, it is provided that the device 1 can independently shorten the duration of the measuring cycles when the measured values approach predetermined limit values and send the measured values to the computer A more frequently. This means that the control cycle by computer B can also be carried out faster if necessary.
Weiterhin empfängt das Gerät 1 regelmäßig oder spontan Steuerinformationen vom Rechner B über ein erstes Kommunikationsprotokoll. Mit Hilfe der o.g. anwendungsspezifischen statischen Konfigurationsdaten und den Protokollkonvertern wandelt das Gerät 1 dieses erste Kommunikationsprotokoll in die benötigten Kommunikationsprotokolle für die angeschlossenen Endkundenanlagen. Umgekehrt wandelt das Gerät 1 die von den Endkundenanlagen in ihren spezifischen Kommunikationsprotokollen enthaltenen Daten in das erste Kommunikationsprotokoll um und teilt diese Daten den Rechnern A und B mit. Dies steht z.B. zusätzlich unter dem Vorbehalt, dass ein solcher Datenaustausch unter datenschutzrechtlichen Gesichtspunkten erlaubt ist.Furthermore, the device 1 regularly or spontaneously receives control information from the computer B via a first communication protocol. With the help of the above-mentioned application-specific static configuration data and the protocol converters, the device 1 converts this first communication protocol into the required communication protocols for the connected end customer systems. Conversely, the device 1 converts the data contained by the end customer systems in their specific communication protocols into the first communication protocol and communicates this data to computers A and B. This is, for example, subject to the additional reservation that such data exchange is permitted from a data protection perspective.
Darüber hinaus schreibt das Gerät 1 die erhaltenen bzw. gesendeten Daten in ein Betriebslogbuch. Mittels der App kann der Anwender auf diese Daten zugreifen.In addition, the device 1 writes the data received or sent into an operating logbook. The user can access this data using the app.
Zusätzlich ist vorgesehen, dass das Gerät 1 die Kommunikation mit den Endanlagen überwacht. Falls die Kommunikation mit den Anlagen für einen längere Zeit oder wiederholt nicht zustande kommt, werden sowohl der Anwender mit Hilfe der App als auch die betroffenen Rechner A und B informiert.In addition, it is provided that the device 1 monitors the communication with the end systems. If communication with the systems fails for a long period of time or repeatedly, both the user using the app and the affected computers A and B are informed.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die Rechner A bis D den Status des Gerätes 1 verändern können, zum Beispiel von „normal“ auf „gestört“. Dazu senden sie eine entsprechende Information an das Gerät 1. Das Gerät 1 stellt dann einen vordefinierten Betriebszustand ein und informiert den Anwender mit Hilfe der App.It is also provided that computers A to D can change the status of device 1, for example from “normal” to “failed”. To do this, they send corresponding information to device 1. Device 1 then sets a predefined operating state and informs the user using the app.
Zusätzlich ist vorgesehen, dass das Gerät 1 bei der Inbetriebnahme sowie im späteren Regelbetrieb prüfen kann, ob und welche relevante Verbrauchs- oder Erzeugungsanlagen im lokalen Netz installiert sind. Der dazu erforderliche Prozess wird mit Hilfe der o.g. Smartphone-App gestartet. Das Gerät 1 prüft, ob und welche Anlagen in dem lokalen Netz dazugekommen sind bzw. welche entfernt wurden. Nach Quittierung durch den Bediener werden die erforderlichen Kommunikationsprotokolle auf das Gerät 1 geladen und dort installiert. Bei der Entfernung von Endkundenanlagen werden die nicht mehr erforderlichen Protokolle deinstalliert und auf dem Gerät 1 gelöscht.In addition, it is provided that the device 1 can check during commissioning and later regular operation whether and which relevant consumption or generation systems are installed in the local network. The necessary process is started using the above-mentioned smartphone app. The device 1 checks whether and which systems have been added to the local network or which ones have been removed. After acknowledgment by the operator, the required communication protocols are loaded onto device 1 and installed there. When end customer systems are removed, the protocols that are no longer required are uninstalled and deleted from device 1.
Weiterhin protokolliert das Gerät 1 in einem rollierenden permanenten Speicher in zyklischen Abständen Statusmeldungen inkl. der jeweiligen Zeitstempel. Diese Informationen werden benötigt, um in einem Anlauf nach einen Spannungsausfall auf einen ggf. erforderlichen Notbetrieb schließen zu können.Furthermore, the device 1 logs status messages including the respective time stamps at cyclic intervals in a rolling permanent memory. This information is required in order to be able to conclude that emergency operation may be required during a start-up after a power failure.
Im Folgenden wird auf einen Notbetrieb des Geräts 1 abgestellt.The following is based on emergency operation of device 1.
Im laufenden Betrieb überwacht das Gerät 1, ob ggf. die Voraussetzungen für einen Notbetrieb vorliegen. Zu diesen Voraussetzungen können unter anderen gehören:
- A) Störung der Kommunikation zum Rechner B Der Rechner B sendet in zyklischen Abständen ein Signal an das Gerät 1, entweder als separates Signal oder als wiederkehrende Steuerungsinformation. Bleibt dieses Signal oder die Steuerungsfunktion aus, geht das Gerät 1 in einen Notbetrieb.
- B) Wiederanlauf bei Anschalten der Spannungsversorgung Beim Wiederanlauf nach einer Störung der Spannungsversorgung prüft das Gerät 1 zunächst, ob es im Zuge einer Erstinbetriebsetzung oder nach einem Ausfall der Spannungsversorgung anläuft. Wenn das Gerät 1 aus dem Betriebstagebuch erkennt, dass dort bereits Statusinformationen vorliegen, geht es in den Notbetrieb. In diesem Notbetrieb gibt das Gerät 1 an die angeschlossenen Endkundenanlagen Steuerungssignale, welche die Endkundenanlagen in einen Notfallbetrieb versetzen. Im Falle von Ladeeinrichtungen kann dies zum Beispiel eine Sperre sein, die den Ladevorgang verhindert. Bei angeschlossenen dezentralen Erzeugungsanlagen könnte dieser Notbetrieb das Einspeisen verhindern.
- A) Disturbance in communication with computer B Computer B sends a signal to device 1 at cyclic intervals, either as a separate signal or as recurring control information. If this signal or the control function fails, device 1 goes into emergency mode.
- B) Restart when the power supply is switched on When restarting after a power supply failure, device 1 first checks whether it starts during initial commissioning or after a power supply failure. If device 1 recognizes from the operation log that status information is already available there, it goes into emergency mode. In this emergency mode, the device 1 sends control signals to the connected end customer systems, which put the end customer systems into emergency mode. In the case of charging devices, this can be, for example, a lock that prevents the charging process. If decentralized generation systems are connected, this emergency operation could prevent feed-in.
Dieser Notbetrieb der Endkundenanlagen erleichtert dem Netzbetreiber den Netzwiederaufbau in einer Schwarzfallsituation.This emergency operation of the end customer systems makes it easier for the network operator to rebuild the network in a blackout situation.
Notbetrieb bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Gerät 1 an die angeschlossenen Endkundenanlagen Steuerungssignale schickt, die aus Sicht des elektrischen Netzes ein Notprogramm darstellen. Dies kann zum Beispiel in Form von Grenzwerten und/oder Fahrplänen geschehen. Diese Daten erhält das Gerät 1 von dem Rechner B über die erste Kommunikationsschnittelle. Diese Daten können ggf. von Rechner B im Laufe des Betriebes aktualisiert und an das Gerät 1 weitergegeben werden.In this context, emergency operation means that the device 1 sends control signals to the connected end customer systems, which represent an emergency program from the perspective of the electrical network. This can be done, for example, in the form of limit values and/or timetables. The device 1 receives this data from the computer B via the first communication interface. This If necessary, data can be updated by computer B during operation and passed on to device 1.
Weiterhin ist vorgesehen, dass der Rechner B auch speziell angepasste Maschinenlernmodelle an das Gerät 1 geben kann, damit das Gerät in der Lage ist, in einem Notbetrieb selbstständig Steuerungssignale für die Endkundenanlage zu ermitteln.Furthermore, it is provided that the computer B can also send specially adapted machine learning models to the device 1 so that the device is able to independently determine control signals for the end customer system in an emergency operation.
Das Gerät 1 hebt den Notbetrieb erst dann wieder auf, wenn es neue Steuerungssignale von dem Rechner B empfängt.The device 1 only cancels emergency operation again when it receives new control signals from the computer B.
Das eingangs beschriebene System mit dem Gerät 1 bietet eine Reihe von Vorteilen:
- - Es wird kein Zentralsystem zur Überwachung und Verwaltung der Geräte 1 benötigt.
- - Die Konfiguration und Inbetriebsetzung ist sehr einfach und kann im Prinzip auch durch den Endkunden, d.h. einen elektrotechnischen Laien, selbst vorgenommen werden.
- - Das Konfigurationswerkzeug kann so gestaltet werden, dass es entweder als einfaches stand-alone Rechnerprogramm beim Netzbetreiber implementiert wird oder als integrierter Bestandteil einer unternehmensweiten IT-Landschaft beim Netzbetreiber. Alternativ kann es dem Netzbetreiber als Software-Service von Dritten angeboten werden. Damit gibt es vergleichsweise kleine Einstiegshürden für die Nutzung des Gerätes 1.
- - Falls das Konfigurationswerkzeug als Software-as-a-Service angeboten werden soll, kann es so gestaltet werden, dass die genutzten Daten keine Rückschlüsse auf die Netze bzw. auf die Endkunden erlauben.
- - Das Gerät 1 kann sehr einfach und kostengünstig hergestellt werden. Es bietet daher einen erheblichen Kostenvorteil im Vergleich zu heute üblichen Smart-Grid-Gateways.
- - Das Gerät 1 kann die Kommunikationseinrichtungen des Endkunden mitnutzen und muss daher nicht über eine eigene Weitbereichskommunikationseinrichtung verfügen. Das reduziert die Variantenvielfalt für den globalen Markt und es entfällt zusätzlicher Aufwand für die verschiedenste regionale Zertifizierungen.
- - Das Gerät 1 benötigt keine Montage, es reicht ein einfaches Einstecken in eine Haushaltssteckdose.
- - In Technikräumen der Haushalte (oftmals im Keller) ist es häufig schwierig, die Kommunikation mit dem lokalen Netz aufzubauen. Das Gerät 1 kann auch in anderen Räumen montiert werden, in denen die Kommunikationsverbindung gegeben ist.
- - No central system is required to monitor and manage the devices 1.
- - The configuration and commissioning is very simple and can in principle also be carried out by the end customer, ie an electrical layperson.
- - The configuration tool can be designed in such a way that it is implemented either as a simple stand-alone computer program at the network operator or as an integrated part of a company-wide IT landscape at the network operator. Alternatively, it can be offered to the network operator as a software service from third parties. This means that there are comparatively small barriers to entry for using device 1.
- - If the configuration tool is to be offered as software-as-a-service, it can be designed in such a way that the data used does not allow any conclusions to be drawn about the networks or the end customers.
- - The device 1 can be manufactured very easily and inexpensively. It therefore offers a significant cost advantage compared to today's common smart grid gateways.
- - The device 1 can also use the end customer's communication devices and therefore does not have to have its own wide-area communication device. This reduces the variety of variants for the global market and eliminates additional effort for various regional certifications.
- - The device 1 does not require any assembly, all you need to do is plug it into a household socket.
- - In household technical rooms (often in the basement) it is often difficult to establish communication with the local network. The device 1 can also be installed in other rooms where the communication connection is available.
Beim Einsatz im digitalen Ortsnetz bieten sich gegenüber bisher eingesetzten Powerline-Communication-Lösungen (PLC) vier erhebliche Vorteile:
- 1) Die zusätzlichen und kurzzyklischen Spannungsmessungen erlauben einfachere Regelkonzepte in der Ortsetzstation.
- 2) Die vorhandene Kommunikationstechnik ist weniger empfindlich gegenüber Störungen, die durch andere (leistungselektronische) Anlagen verursacht werden
- 3) Der schrittweise Roll-out der Anschlusseinheiten stellt kein Problem dar, weil keine Replikatoren benötigt werden, wenn die Anschlusseinheit in einer für die PLC-Kommunikation ungünstigen Lage angeschlossen werden muss.
- 4) Das Gerät 1 unterstützt die Schwarzstartfähigkeit des digitalen Ortsnetzes durch den Notbetrieb.
- 1) The additional and short-cycle voltage measurements allow simpler control concepts in the local setting station.
- 2) The existing communication technology is less sensitive to interference caused by other (power electronic) systems
- 3) The gradual roll-out of the connection units does not pose a problem because no replicators are required if the connection unit has to be connected in a position that is unfavorable for PLC communication.
- 4) Device 1 supports the black start capability of the digital local network through emergency operation.
Claims (15)
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