ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ПЕРЕГРУЗКИ ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧ В СЕТИ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ
AVOIDANCE OF OVERLOAD FOR TRANSMISSION LINKS WITHIN POWER SUPPLY SYSTEM

Изобретение относится к способу и устройству для предотвращения перегрузки линий передач в сетях энергоснабжения.
Сети энергоснабжения для распределения электрической энергии к множеству потребителей тока, в частности, в электросетях бытового и промышленного назначения, не должны подвергаться перегрузке, так как из-за этого возникают повреждения в линиях передач и/или потребителях тока, например, повреждение из-за возгорания.
При подключении нескольких приборов с высоким током включения (например, нескольких серверов в вычислительном центре) из уровня техники известно, что после прерывания тока отдельные электрические потребители вновь снабжаются электропитанием с задержкой по времени.
В случае высоковольтных проводников известно, что измеряется температура электропроводки и в зависимости от этого передается максимальная сила тока. За счет этого можно при благоприятных температурных условиях электропроводку нагружать сильнее, чем в случае проектирования в расчете на неблагоприятный случай.
Из уровня техники также известно, что для электрических потребителей тока или приборов управления тока применяется описание моделей данных (CIM - Общая информационная модель, IEC - Международная электротехническая комиссия 61960).
Также известен SCL (Язык описания конфигурации подстанций, IEC 61850-6). С помощью него могут, например, конфигурироваться защитные приборы в подстанции (“трансформаторной будке”) и тем самым получают также необходимую информацию о допустимой нагрузке на электропроводку.
Контроль пропускной способности данных для коммуникационных сетей также известен из области коммуникации.
При превышении предельного значения максимальной передаваемой мощности на участках линий передач внутри сетей энергоснабжения в большинстве случаев срабатывают предохранители и прерывают электроснабжение для всей сети. Также известны электрические подключающие штепсельные розетки, например, для подключения стиральной машины и сушилки к одной отдельной электрической штепсельной розетке. Для того чтобы предотвратить перегрузку, сушилка на несколько минут включается без тока, если протекание тока к стиральной машине превышает порог (например, при нагреве). За счет этого предотвращается перегрузка штепсельной розетки и срабатывание предохранителя.
Поэтому задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить способ и устройство, которые простым способом предотвращают перегрузку сети энергоснабжения.
Эта задача решается способом и устройством согласно признакам, приведенным в независимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.
В соответствии с изобретением способ предотвращения перегрузки участка линии или нескольких участков линий для передачи электрической мощности к потребителю в сети энергоснабжения содержит следующие этапы: сначала определяются запрошенные значения мощности электрической мощности, которые были запрошены потребителями. Для по меньшей мере одного участка линии определяется максимально доступное значение мощности электрической мощности. Если запрошенное значение мощности для участка линии меньше или равно максимально доступному значению мощности, то осуществляется разблокирование этого участка линии.
Таким образом, гарантируется, что участок линии сети энергоснабжения не перегружается и одновременно потребитель может получать мощность, если тем самым не вызывается перегрузка сети.
В качестве участков линий здесь обозначаются частичные линии сети передачи, которые характеризуются, например, различной по величине максимальной загрузкой или различным числом потребителей, которые используют этот участок линии. Кроме того, в пределах сети могут иметься параллельные участки, которые могут использоваться альтернативным образом.
Согласно предпочтительному выполнению запрошенное значение мощности запрашивается как электрическая мощность, или сила тока, или количество электричества. Задание как электрической мощности облегчает определение максимально допустимого значения мощности, так как определяется загрузка участка линии посредством электрической мощности, то есть электрическая энергия в единицу времени, и, таким образом, не требуется никакого дополнительного пересчета. При известном напряжении потребителя, который, в частности, может представлять собой бытовой прибор, достаточно задание запрошенного значения мощности как единицы тока. Кроме того, коммерчески доступные приборы для реализации изобретения функционируют на основе тока или мощности, так что возможна эффективная по затратам реализация изобретения.
В другом выполнении способа запрошенное значение мощности выполняется как профиль мощности, который запрашивает переменные во времени значения мощности. Так, в частности, предпочтительным образом оптимизируется учет потребителей, которые вообще требуют сильно изменяющуюся во времени энергию или колеблющиеся во времени значения мощности. Для периодов, в которых, например, потребителю не требуется энергия, для определения максимально доступного значения мощности на участке линии запрос потребителя соответственно учитывается за счет того, что для него не резервируется никакая мощность. Тем самым загрузка участка линии повышается.
Согласно предпочтительному выполнению запрошенное значение мощности определяется посредством блока регулирования. Отдельно выполненный блок регулирования предоставляет, в частности, преимущество, заключающееся в том, что способ может быть без труда реализован в уже существующих сетях энергоснабжения.
Согласно другому предпочтительному выполнению осуществляется аутентификация по меньшей мере одного потребителя посредством блока регулирования, чтобы гарантировать, что только уполномоченные для потребления тока потребители учитываются при определении максимально доступного значения мощности.
Согласно другому предпочтительному выполнению по меньшей мере два участка линии используются для по меньшей мере двух потребителей. Так, например, посредством альтернативных участков линий может гарантироваться оптимальное использование сети энергоснабжения.
Согласно другому предпочтительному выполнению для определения максимально доступного значения мощности, приходящегося на участок линии, по меньшей мере одно запрошенное значение мощности вычитается из заданного значения мощности участка линии. Заданное значение мощности может, например, быть значением, которое представляет максимально возможную загрузку участка линии или более низкое значение, чтобы, например, продолжительно исключить буферную зону из разблокирования для потребителей.
Так, простым способом определяется максимально доступное значение мощности, приходящееся на участок линии.
Согласно другому предпочтительному выполнению разблокирование предотвращается в случае, если запрошенное значение мощности по меньшей мере одного потребителя превышает максимально доступное значение мощности.
Тем самым предотвращается то, что потребитель, который привел бы к перегрузке сети электропитания, если бы он потреблял, например, запрошенный ток, может использовать участок линии. Это имеет преимущество для других потребителей, которые за счет предотвращенного разблокирования не затрагиваются последствиями отказа в системе электропитания, а для потребителя, для которого не установлено разблокирование, в этом также нет недостатка, так как он и без того был бы затронут отказом в системе электропитания.
В другом выполнении разблокирование участка линии для потребителя осуществляется тем, что выдается полномочие, которое кодировано как маркер полномочия. При этом речь идет, например, о маркерах языка разметки для систем обеспечения безопасности (SAML-маркерах), которые на основе структур данных расширяемого языка разметки (XML) предоставляют потребителю возможность аутентифицировать себя, например, с помощью криптографического ключевого материала. Это обеспечивает высокую безопасность при проверке запросов. Кроме того, аутентификация потребителя, например, в форме прибора, посредством сертификата имеет преимущество, например, когда маркер полномочия выполнен как атрибутивный сертификат, который связан с сертификатом прибора. Таким образом, является возможным предоставлять полномочие только на основе аутентификации запрашивающего прибора. Кроме того, является возможным посредством сертификата прибора предоставлять маркер полномочия, ограниченный по времени иначе, чем сертификат прибора. Это позволяет, например, авторизовать только кратковременное дополнительное потребление.
Осуществление способа, при котором разблокирование происходит для задаваемого промежутка времени, имеет, в частности, преимущество, заключающееся в том, что потребителю может быть выдано полномочие для произвольного большого интервала времени, например, на несколько месяцев. Но одновременно также может контролироваться блокирование потребителя, и, например, разблокирование может осуществляться стандартным образом для ограниченного промежутка времени, например, на несколько часов.
Согласно другому выполнению определяется значение фактически потребленной потребителем электрической мощности. Этот контроль гарантирует, что потребитель не потребит большего значения, чем разрешенное ему значение мощности. Потребитель получает указание в случае, если значение превышает разрешенное ему значение. Сеть энергоснабжения может для этого резервировать буфер, который не разблокируется по запросам, а зарезервирован для превышений разрешенного значения.
Так, с одной стороны, для потребителя, превысившего разрешенное значение мощности, существует возможность согласовать это значение с потребленной им электрической мощностью. С другой стороны, не наступают нежелательные последствия такого его превышения, как, например, срабатывание предохранителя за счет перегрузки сети энергоснабжения.
В предпочтительном выполнении упомянутое указание следует в такой форме, что потребитель отсоединяется от сети энергоснабжения NET. Потребитель запрашивает в этом случае вновь новое значение мощности, и, при необходимости, снова разблокируются один или несколько участков линии. Таким образом, предотвращается превышение разрешенного значения мощности и другие потребители сети энергоснабжения не затрагиваются возможными последствиями, такими как срабатывание предохранителя.
Согласно другому аспекту изобретения создано устройство для предотвращения перегрузки по меньшей мере одного участка линии, причем по меньшей мере один участок линии выполнен для передачи электрической мощности в сети энергоснабжения для по меньшей мере одного потребителя, содержащее первый блок для определения запрошенного значения мощности электрической мощности по меньшей мере одного потребителя, второй блок для определения максимально доступного значения мощности электрической мощности для по меньшей мере одного участка линии и третий блок для разблокирования по меньшей мере одного участка линии для по меньшей мере одного потребителя для передачи запрошенного значения мощности, если запрошенное значение мощности не превышает максимально доступное значение мощности.
В предпочтительном выполнении третий блок М3 представляет собой сервер полномочий, который распределяет маркер полномочий или протокол, который содержит информации полномочий.
Изобретение далее поясняется более подробно на примере выполнения со ссылками на чертежи, на которых показано следующее:
Фиг. 1 - схематичное представление сети энергоснабжения согласно примеру выполнения изобретения;
Фиг. 2 - схематичное представление сети энергоснабжения согласно другому примеру выполнения изобретения;
Фиг. 3 - схематичное представление структуры данных для выдачи сертификатов согласно другому примеру выполнения изобретения.
Фиг. 1 показывает на первом примере выполнения изобретения сеть NET энергоснабжения с сетевой станцией N, потребителем V1 и участком S1 линии. Сетевая станция является дизельным генератором, который посылает постоянный ток напряжением 400 вольт (В) в участок линии, причем участок линии при 400 В может передавать ток максимально 50 ампер (А), и потребитель представляет собой батарею электрического транспортного средства, которая должна заряжаться.
На первом этапе с помощью первого блока М1 определяется запрошенное значение мощности AL1 электрической мощности потребителя. Запрошенное значение мощности AL1 осуществлено как профиль LP1 мощности, причем профиль мощности представляет следующий запрос во времени:
Интервал времени
Запрошенное значение мощности как максимальный запрошенный ток в амперах при постоянном токе с напряжением 100 В
0-60 мин
100 А
60-120 мин
80 А
120-360 мин
40 А
На втором этапе с помощью второго блока М2 определяется максимально доступное значение мощности VLMAX1 электрической мощности участка линии.
В первом примере рассматривается только один потребитель, так что при определении должен учитываться только этот потребитель. Максимально доступное значение мощности может вычисляться следующим образом:
VLMAX1=400 В * 50 А=20 кВт
Электрическое транспортное средство требует посредством запрошенного значения мощности максимально
AL1=100 В * 100 А=10 кВт
Посредством третьего блока М3 на третьем этапе участок линии к потребителю разблокируется для передачи разрешенного значения WF1, которое соответствует запрошенному значению мощности в случае, если запрошенное значение мощности меньше или равно максимально доступному значению мощности. В этом примере запрошенное значение мощности AL1 меньше, чем максимально доступное значение мощности участка линии, VLMAX1, то есть VLMAX1>AL1. Таким образом, разрешенное значение WF1=AL1=10 кВт. Это означает, что электрическое транспортное средство может потреблять мощность 10 кВт.
Для того чтобы по возможности эффективно загружать участок линии, электрическое транспортное средство получает разрешенное значение WF1 только на интервале 60 мин, как запрашивается в профиле мощности. Затем разрешенное значение WF1 сокращается до WF1=100 В * 80 А=8 кВт для следующих 60 мин. Наконец, это значение сокращается далее до WF1=100 В * 40 А=4 кВт для интервала времени от 120 мин до 360 мин. Спустя 360 мин разблокирование истекает полностью. Если электрическое транспортное средство и далее нуждается в электрической мощности, оно должно снова сообщить запрошенное значение мощности в первый блок.
Изобретение было представлено в первом примере на основе постоянного тока. Разумеется, задания мощности могут также задаваться также для переменного тока или комбинации из постоянного и переменного тока. К тому же согласования значений напряжения и частот могут выполняться любым образом, например, как в первом примере трансформация постоянного тока с 400 В на 100 В.
Разблокирование может, например, быть реализовано внутри сети бытового назначения посредством управляющего прибора домашнего хозяйства (шлюз энергоснабжения), который назначает полномочия отдельным потребителями, то есть приборам сети бытового назначения. Шлюз энергоснабжения может тогда, например, отключать нагрузки, если прибор потребляет значение мощности, которое превышает разрешенное значение.
Мобильные устройства, которые не продолжительно подсоединены к сети бытового назначения, могут получать маркер Т полномочия через сервер полномочий и свою информацию о полномочиях передавать через коммуникационное соединение (например, LAN-соединение или WLAN-соединение) на шлюз энергоснабжения, так что шлюз энергоснабжения может динамически реагировать на изменения в распределении полномочий.
На основе фиг. 1 и фиг. 2 далее представлен пример выполнения в области промышленной сети электроснабжения. Показан первый потребитель V1, второй потребитель V2 и третий потребитель V3, которые используют первый участок S1 линии, второй участок S2 линии, третий участок S3 линии, четвертый участок S23 линии и пятый участок S123 линии сети NET энергоснабжения. При этом, например, первый потребитель один использует первый участок линии, точно так же, как второй потребитель один использует второй участок линии, и третий потребитель один использует третий участок линии. Четвертый участок линии используется совместно вторым потребителем и третьим потребителем, а также пятый участок линии используется совместно первым потребителем, вторым потребителем и третьим потребителем.
Для определения максимально доступного значения мощности VLMAX1 для первого потребителя V1 на первом участке S1 линии и на пятом участке S123 линии, теперь из заданного значения мощности LMAX вычитается второе запрошенное значение мощности AL2 от второго потребителя и третье запрошенное значение мощности AL3 от третьего потребителя на первом участке S1 линии и на пятом участке S123 линии.
Блок R регулирования реализован как аппаратное средство с соответствующим программным обеспечением. Блок регулирования знает заданное значение мощности, которое в данном примере является постоянным и идентичным для всех линий и представляет максимально возможную нагрузку линий, которые применяются для передачи тока.
Первый блок М1 является программным компонентом блока регулирования, чтобы принимать запрошенные значения мощности. Прием происходит через беспроводные или проводные сетевые соединения внутри сети NET энергоснабжения.
Этот реализованный первым блоком этап в качестве программного кода сохранен на носителе хранения данных блока регулирования, причем инструкции программного кода от по меньшей мере одного вычислительного блока обрабатываются в блоке регулирования.
Для первого участка линии ни от второго, ни от третьего потребителя не запрашивается второе или третье значение мощности: в этом случае первый участок линии разблокируется для первого потребителя, если запрошенное значение мощности меньше или равно заданному значению мощности.
Для пятого участка линии из заданного значения мощности вычитаются второе и третье запрошенные значения мощности от второго и третьего потребителя. Если остающееся значение больше или равно запрошенному значению мощности от первого потребителя, то пятый участок линии разблокируется для первого потребителя.
За определение максимально доступного значения мощности, как описано здесь, отвечает второй блок М2, который, как первый блок, исполняет инструкции программного кода, то есть, по существу, вычитание значений мощности.
Потребитель может потреблять мощность, если все участки линий, которые требуются ему для потребления мощности, разблокированы. При этом речь может также идти о линии внутри сети, которая не соответствует кратчайшей или наиболее близко расположенной линии, - это была бы, например, таковая с наименьшим количеством узлов, то есть участков линии. Если существуют альтернативные участки линии для потребителя, то блок регулирования оценивает сначала случай кратчайшей линии и затем оценивает, если для кратчайшей линии уже запрошенное значение мощности не было разрешено, альтернативные участки линий. В показанном на фиг. 2 случае потребитель может, таким образом, получить разблокирование для первого альтернативного участка SA1 линии, второго альтернативного участка SA2 линии и третьего альтернативного участка SA3 линии, если первый и пятый участок линии не были разблокированы.
Второй потребитель запрашивает в описанном здесь примере значение мощности в форме профиля мощности с значениями мощности, изменяющимися по времени. Осуществляется определение максимально доступного значения мощности, приходящегося на отдельные единицы времени, которые задаются единицами времени профиля мощности. Так может учитываться, что второму потребителю требуется энергия с регулярными интервалами. Непосредственно в автоматизированной установке задается запрос от потребителей в форме приборов, таких как роботы, соответственно определенным технологическим процессам, которые регулируют использование роботов. Так, во время периодов, в которые приборы не требуют энергии, соответствующие участки линии не занимаются ненужным образом, причем одновременно энергоснабжение прибора гарантируется для момента времени в будущем. Непосредственно при релевантных для безопасности этапах процесса, для которых прибор должен иметь возможность надежно потреблять мощность, это является предпочтительным.
Блок регулирования определяет, кроме того, наиболее благоприятный вариант при нескольких альтернативных участках линий для потребителя, чтобы по возможности многие потребители могли снабжаться энергией.
Когда для блока регулирования имеется запрошенное значение мощности от второго потребителя для единицы времени в будущем, блок регулирования может учесть это при определении максимально доступного значения мощности для первого потребителя, который запрашивает значение мощности для более ранней по времени единицы времени, и разблокировать линию для первого потребителя, так что одновременно также гарантируется энергоснабжение второго потребителя. Это может быть реализовано тем, что для первого потребителя разблокируются три альтернативных участка линии, которые не требуются, чтобы гарантировать энергоснабжение второго потребителя.
Блок регулирования содержит, кроме того, третий блок М3,в том числе для аутентификации потребителей. После успешной аутентификации потребитель получает сертификат идентификации.
В случае разблокирования третий блок выдает, кроме того, полномочие. Это происходит в данном примере выполнения посредством расширения сертификата идентификации на сертификат полномочия.
Третий блок служит в качестве узла сертификации и обрабатывает для этого структуры данных, а также программные коды, чтобы выполнять аутентификацию и выдавать сертификаты соответственно запрошенным профилям мощности.
Фиг. 3 показывает структуру 100 данных, которая описывает структуру сертификата, состоящего из общей области 110 определения, области 120 идентификации и области 130 полномочия. Подобные сертификаты известны из стандарта Х.509 (Запрос на комментарий (RFC) 5280).
Общая область 110 определения устанавливает общие данные сертификата. Это, в числе прочего, серийный номер сертификата и издатель сертификата для маркировки происхождения сертификата, а также действительности сертификата.
Структура данных, кроме того, содержит область 120 идентификации, которая определяет данные касательно конкретной идентичности, для которой был выдан сертификат. Здесь может определяться имя владельца сертификата идентификации для однозначного соотнесения сертификатов с потребителями.
В случае разблокирования линии структура данных дополнительно содержит область 130 полномочия, которая содержит информации о разрешенном значении WF1, разблокированном участке линии, длительности, на которую осуществляется разблокирование, и приоритете, с которым потребитель взвешивается. Приоритет регулирует, в случае двух имеющихся сертификатов полномочия, последовательность разблокирования участков линий для потребителей, причем при определении максимально доступного значения мощности учитывается прежде всего потребитель с сертификатом, который имеет более высокий приоритет.
Здесь в случае разблокирования сохраняются информации, как их послал потребитель в запросе.
Область полномочия может альтернативно быть также отдельным сертификатом (атрибутивным сертификатом), который соотнесен с сертификатом идентификации.
После предъявления этой структуры данных потребителем в сетевой станции N, осуществляется разблокирование участков линий, и потребитель может потреблять энергию посредством разблокированных участков линий.
Дополнительно блок регулирования определяет значение WL1 мощности, действительно потребленной первым потребителем. Это значение сравнивается с разрешенным и установленным в сертификате значением. Так в сценарии промышленной сети может распознаваться, что потребитель потребляет больше мощности, чем ему было разрешено, и указание Н1 передается к первому потребителю. Таким образом, потребитель может дополнительно регулировать значение потребленной им мощности. Как раз в промышленных сетях, где можно исходить из того, что превышение происходит неумышленно, таким образом предотвращается то, что прибор отсоединяется от электроснабжения и, как следствие, этап процесса не может выполняться.
Блок R регулирования, первый блок М1, второй блок М2 и третий блок М3 могут быть реализованы и выполнены в программном обеспечении, аппаратных средствах и комбинации программного обеспечения и аппаратных средств.
Так, этапы, реализуемые упомянутыми блоками устройства, могут быть сохранены как программный код на носителе хранения данных, в частности, жестком диске, CD-ROM или модуле памяти, причем отдельные инструкции программного кода считываются и обрабатываются по меньшей мере одним вычислительным блоком, включающим в себя процессор. Процессор соединен с носителем хранения данных через шину для обмена данными.
Кроме того, через шину может подключаться блок ввода-вывода, причем посредством блока ввода-вывода данные могут приниматься и/или отсылаться.
Кроме того, блоки также могут быть реализованы и выполнены распределенным образом по нескольким вычислительным блокам.