DE102009037058B3 - Method for contactless determination of local power and flow direction in telephone line or line combination in integrated network, involves immediately/centrally comparing phase determined by magnetic field measurement and reference phase - Google Patents

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Abstract

The method involves deriving a power flow direction from a relation of a phase of measured magnetic fields to a voltage phase as a network phase or a reference phase of an integrated network. The network phase is measured directly in central locations. The network phase is estimated by averaging of the measured phase of the magnetic fields at points within the integrated network adjacent to the line or the line combination. A phase determined by magnetic field measurement and the reference phase are immediately or delayed locally or centrally compared over a global time reference.

Description

Einführungintroduction

In Zeiten des freien Strommarktes wird es für die Marktteilnehmer immer wichtiger, einen möglichst umfassenden und vor allem unabhängigen Überblick über den Markt zu haben. Ein wichtiger Aspekt dabei ist, genau zu wissen, wie die Leistungen in einem Netz fließen, ohne auf die Angaben der Versorgungsunternehmen angewiesen zu sein.In Times of the free electricity market it becomes for the market participants always more important, as comprehensive as possible and especially independent overview of the To have market. An important aspect is knowing exactly how the services flow in a network, without the information of the To be dependent on utilities.

Stand der TechnikState of the art

Als ein Stand der Technik wurde das Europäische Patent EP 1297347 B1 ermittelt. Darin wird gleichzeitig das elektrische und das magnetische Feld gemessen, beide Werte in Strom und Spannung umrechnet und damit die übertragene Wirk- und Scheinleistung bestimmt.As a state of the art was the European patent EP 1297347 B1 determined. It simultaneously measures the electrical and magnetic fields, converts both values into current and voltage, and thus determines the transmitted active and apparent power.

Problematisch bei diesem Verfahren die Messung des elektrischen Feldes, insbesondere wenn es gegen ein lokales Referenzpotential (in diesem Fall Potential Erde) gemessen wird. Die elektrische Feldkomponente wird durch die Umgebung stark beeinflusst, da bei dieser Messung sämtliche auch nur gering leitenden Gegenstände in der Umgebung eingehen. Das magnetische Feld hingegen wird nur durch ferromagnetische Stoffe nennenswert beeinflusst, mit denen bei Messungen im Feld nicht, oder nur mit vernachlässigbaren Mengen gerechnet werden muss.Problematic in this method, the measurement of the electric field, in particular when it against a local reference potential (in this case potential Earth) is measured. The electric field component is through the Environment strongly influenced, because in this measurement all only slightly conductive objects go in the environment. The magnetic field, on the other hand, only becomes significantly influenced by ferromagnetic substances, with which in measurements in the field not, or only with negligible Quantities must be calculated.

In der Druckschrift WO/2008/143520 A1 wird wie die hiesige Anmeldung nur das Magnetfeld gemessen, versucht jedoch, die Phasensprünge dieses Signals beim Wechseln der Leistungsflussrichtung zu bestimmen.In the publication WO / 2008/143520 A1 For example, as with the present application, only the magnetic field is measured but it attempts to determine the phase jumps of that signal when changing the power flow direction.

Problematisch bei diesem Verfahren ist, dass der Phasensprung des Magnetfeldes kein plötzliches Ereignis ist, sondern durch die Trägheit der Komponenten des Netzes langsam erfolgt. Die Detektion eines solchen Ereignisses ist tech nisch äußerst aufwändig zu lösen, besonders da es in seinem Erscheinungsbild einer kurzzeitigen Frequenzänderung sehr ähnlich ist.Problematic In this method is that the phase shift of the magnetic field no sudden Event is, but by the inertia of the components of the network slowly. The detection of such an event is technically extremely complex to to solve, especially since it has in its appearance a short-term frequency change very similar is.

Weiter beschreibt diese Druckschrift die Verwendung eines Bandpassfilters, welcher das zu messende Signal vom Rauschen trennen soll. Auch das wirft in der Praxis große Probleme auf. Solche Filter neigen dazu, in ihrer Resonanzfrequenz und Kreisgüte abhängig von z. B. Temperatur und Alterung zu driften, was die Phase des durch sie gehenden Signals beeinflusst. Die Änderung der Phase ist somit abhängig von den momentanen Eigenschaften des Filters sowie der momentanen Netzfrequenz. Eine sichere Trennung der unterschiedlichen Störeinflüsse vom Nutzsignal ist technisch viel aufwändiger als im von uns vorgestellten Verfahren.Further this document describes the use of a bandpass filter, which should separate the signal to be measured from the noise. That too throws great in practice Problems on. Such filters tend to be at their resonant frequency and circle quality dependent from Z. B. temperature and aging, which is the phase of the influenced by them going signal. The change of the phase is thus dependent on the current properties of the filter and the current network frequency. A safe separation of the different interference from the useful signal is technical much more elaborate as in the procedure we have presented.

In der gattungsbildenden Druckschrift WO/2008/031029 A2 wird das Magnetfeld mit Hilfe von mehreren Spulen vermessen und aus diesen Daten die Position der einzelnen Leiter, sowie der dadurch fließende Strom errechnet. Diese Daten werden dann genutzt, um die relative Auslastung der Leitung zu bestimmen. Eine Bestimmung der Leistungsflussrichtung ist darin nicht beschrieben.In the generic document WO / 2008/031029 A2 the magnetic field is measured with the aid of several coils and from this data the position of the individual conductors as well as the current flowing through them are calculated. This data is then used to determine the relative utilization of the line. A determination of the power flow direction is not described therein.

Verzichtet man bei den herkömmlichen Verfahren auf eine der beiden Feldkomponenten, so kann die Richtung, in die die Leistung fließt, prinzipiell nicht mehr festgestellt werden.waived one with the conventional one Method on one of the two field components, the direction, into which the power flows in principle no longer be determined.

Um die Wirkleistung an einer Wechselstromleitung zu bestimmen, benötigt man den Strom durch die Leitung, die Spannungsdifferenz, die der Verbraucher erfährt, sowie den Leistungsfaktor, welcher die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung ausdrückt. Die Spannung sowie der Leistungsfaktor können in der Praxis als weitgehend konstant angenommen werden und mit Erfahrungswerten oder Kalibriermessungen angenähert werden. Zusätzlich kann man auch die Schätzung des Leistungsfaktors mit Hilfe der Phaseninformation verbessern.Around It is necessary to determine the active power on an AC line the current through the line, the voltage difference that the consumer learns and the power factor, which is the phase shift between Current and voltage expresses. The voltage as well as the power factor can in practice as largely be accepted constantly and with empirical values or calibration measurements approximated become. In addition, can one also the estimate of the power factor using the phase information.

Hierbei gilt: P = UIcosφ Where: P = UI cosφ

Das bedeutet, dass die übertragene Wirkleistung P proportional zum Stromfluss I, der Spannung U und dem Leistungsfaktor cosφ ist.The means that the transferred Active power P proportional to the current I, the voltage U and the power factor is cosφ.

Den Stromfluss I können wir jedoch einfach über das Magnetfeld bestimmen. Dies wird weiter unten näher erläutert.The Current flow I can we just over determine the magnetic field. This will be explained in more detail below.

Die Richtung, in die die Leistung fließt, kann über die relative Richtung von Strom und Spannung bestimmt werden. Unser Verfahren bestimmt diese Richtung aus einem neuen Verfahren zur Bestimmung der Phasendifferenz. (Näheres siehe unten)The The direction in which the power flows can be determined by the relative direction of Current and voltage are determined. Our procedure determines this direction from a new method for determining the phase difference. (See details below)

Bestimmung des Stromflusses aus dem MagnetfeldDetermination of current flow from the magnetic field

Betrachten wir hier zunächst einmal den umgekehrten Fall. Welche Magnetfelder entstehen bei einem gegebenen Stromfluss?Consider we first here once the opposite case. Which magnetic fields arise at one given current flow?

Zuerst müssen wir unsere Übertragungsleitung modellieren. Diese können wir als eine Stromdichteverteilung ansehen. Da die Leitung sowie die Umgebung näherungsweise als gerade angesehen werden kann, beschränken wir uns darauf, eine Schnittebene durch unser System zu betrachten. Den Drähten entspricht hierbei ein Bereich mit einem komplexen, in der Regel ortsabhängigen, Stromflussdichtevektorfeld: J →(x, y) First, we need to model our transmission line. We can regard these as a current density distribution. Since the pipe and its surroundings can be considered approximately straight, we limit ourselves to looking at a cutting plane through our system. The wires correspond to an area with a complex, usually location-dependent, current density vector field: J → (x, y)

Das Integral über den Drahtquerschnitt A ergibt den Stromfluss I durch diesen Leiter.

Figure 00030001
The integral over the wire cross-section A gives the current flow I through this conductor.
Figure 00030001

Wie in der Energietechnik üblich, betrachten wir alle elektrotechnischen Größen als komplexe Zeiger bezogen auf die Netzfrequenz. Der Winkel der Größe gibt den Phasenwinkel der Wechselgröße an.As common in power engineering, we consider all electrotechnical quantities as complex pointers on the grid frequency. The angle of the size gives the phase angle of the Exchange size.

Laut dem Ampereschen Gesetz in differentieller Form gilt: rotB → = μ0J → According to Amperes law in differential form: redB → = μ 0 J →

Definiert man noch eine Reihe von Sensoren mit gegebener Richtwirkung, so erhält man ein Gleichungssystem. Jede Gleichung steht für das Signal, welches vom jeweiligen Sensor empfangen wurde.Are defined one still has a number of sensors with a given directivity, so receives you have a system of equations. Each equation stands for the signal, which depends on the respective one Sensor was received.

In einem Dreileitersystem stehen die durch die drei Leiter fließenden Ströme immer in einem festen komplexen Verhältnis zueinander. So kann der Stromfluss durch ein solches System deshalb durch eine Variable beschrieben werden.In In a three-wire system, the currents flowing through the three conductors are always in a tight complex relationship to each other. So the current flow through such a system can therefore be described by a variable.

Wir haben somit bei n unabhängigen stromführenden Systemen n Variablen und benötigen somit mindestens n Gleichungen, um Lösungen finden zu können. Hat man noch mehr Gleichungen, so kann man zusätzlich noch Fehlerterme einführen, welche minimiert werden können. Dadurch erreicht man eine höhere Messgenauigkeit, da man die Fehler schätzen und abziehen kann.We thus have at n independent live Systems n variables and need thus at least n equations in order to find solutions. Has if one more equations, one can additionally introduce error terms, which can be minimized. This achieves a higher one Accuracy, because you can estimate the errors and deduct.

Die Anzahl der Systeme lässt sich einfach durch Zählen der Drähte der Leitung abschätzen. In einem Dreileitersystem, wie es beispielsweise in Europa üblich ist, zählt man einfach die Anzahl der Drähte und teilt diese Anzahl durch 3. Bei anderen Systemen können sinngemäß ähnliche Verfahren angewendet werden.The Number of systems leaves simply by counting the wires to estimate the lead. In a three-conductor system, as is common in Europe, for example, one counts simply the number of wires and divide this number by 3. For other systems, analogously similar Procedures are applied.

Bestimmung des MagnetfeldesDetermination of the magnetic field

Magnetfelder können mit unterschiedlichsten Sensoren wie Spulen oder Hallsensoren bestimmt werden. Diese Sensoren messen entweder die magnetische Feldstärke oder die magnetische Flussdichte, wobei in der Praxis beide Werte über einen konstanten Faktor miteinander verbunden sind.magnetic fields can be determined with a variety of sensors such as coils or Hall sensors. These sensors measure either the magnetic field strength or the magnetic flux density, in practice, both values over a constant factor are interconnected.

Die Sensoren geben in der Regel ein Signal aus, welches entweder proportional zum Magnetfeld in einer Richtung ist oder proportional zu seiner zeitlichen Ableitung.The Sensors typically emit a signal that is either proportional is to the magnetic field in one direction or proportional to it time derivative.

Aufgabenstellungtask

Ein alternatives Verfahren zur Messung und Überwachung von Stromerzeugung und Übertragung sollte die Nachteile existierender Verfahren selbstverständlich nicht aufweisen, nämlich die Messung des elektrischen Feldes.One alternative method of measuring and monitoring power generation and transfer should Of course, the disadvantages of existing methods are not have, namely the measurement of the electric field.

Auch ist es sinnvoll, die gewonnenen Messwerte an Zentren sammeln zu können, um sie dann gebündelt weiterzugeben.Also it makes sense to collect the measured values at centers can, then bundled around them pass.

Das erfindungsgemäße Verfahren im EinzelnenThe inventive method in detail

Erfindungsgemäße Basis für die weiteren Schritte des hier neu vorgestellten Verfahrens ist der Umstand, dass an der eigentlichen Messstelle nur das Magnetfeld gemessen wird und dessen relative Phasenlage zur Bestimmung der Richtung des Leistungsflusses und/oder der Leistungsfaktor aus dem Vergleich mit einem zentral gewonnenen Referenzsignal ermittelt wird.Inventive base for the further steps of the new procedure presented here is the circumstance that only the magnetic field is measured at the actual measuring point is and its relative phase to determine the direction the power flow and / or the power factor from the comparison is determined with a centrally derived reference signal.

An der Messstelle werden hierzu ein oder mehrere Komponenten des Magnetfeldes, gemessen. Ist auf der Leitung nur ein Stromkreis, so kann bereits mit einem Sensor, sowie einem Umrechnungsfaktor der Stromfluss auf dieser Leitung bestimmt werden. Aus diesem Stromfluss lässt sich dann, unter der Annahme dass die Spannung sowie der Leistungsfaktor näherungsweise zeitinvariant sind, die Leistung bestimmen wie dies bereits oben beschrieben wird. Ist der Leistungsfaktor in einzelnen Fällen auch zeitvariant in bestimmten Grenzen (kein Sprung zwischen induktiver und kapazitiver Last), so kann auch dieser mit dem vorliegenden Verfahren bestimmt werden. In einem System mit mehreren Stromkreisen („Leitungskombination”) geht noch die Lage der einzelnen Leiter im Verhältnis zu der Messvorrichtung des resultierenden Magnetfeldes in die Messung ein, und es existiert somit ein lineares Gleichungssystem, welches die Werte der Sensoren (in derselben Anzahl wie Stromkreise in der Leitungskombination vorhanden sind) in die Leistung der einzelnen Stromkreise umsetzt.At the measuring point are one or more components of the magnetic field, measured. Is on the line only one circuit, so can already with a sensor, as well as a conversion factor of the current flow up This line will be determined. From this current flow can then be, assuming that the voltage and the power factor are approximate are time-invariant, determine the performance as already described above becomes. In some cases, the power factor is also time-varying in certain cases Limits (no jump between inductive and capacitive load), so this can also be determined by the present method. In a system with multiple circuits ("line combination") goes nor the position of the individual conductors in relation to the measuring device of the resulting magnetic field in the measurement, and it exists thus a linear system of equations, which the values of the sensors (in the same number as circuits in the line combination are present) in the performance of the individual circuits.

Wenn man Unschärfen in Kauf nimmt, ist es auch denkbar, den (dann empfindlicheren) Sensor für das Magnetfeld in größerer Entfernung zu platzieren, so dass die Abstände zwischen den Leitungen und der daraus resultierende Einfluss auf das Magnetfeld am Sensor mit zunehmendem Abstand zum Sensor geringer wird.If you blurs It is also possible to use the (then more sensitive) sensor for the Magnetic field at a greater distance to place, so the distances between the lines and the resulting influence on the magnetic field at the sensor decreases with increasing distance to the sensor becomes.

Bestimmung der Richtung des LeistungsflussesDetermining the direction of power flow

Um die Richtung des Stromflusses zu bestimmen, ist es nun wichtig zu wissen, welche Phasenlage der Strom zur Spannung hat. Unser Verfahren verwendet hierzu eine an zentralen Stellen gewonnene Netzphase. Diese Phase kann dort entweder einfach über die Steckdose gewonnen, mit Hilfe einer Art ”Abstimmung” aus den Messwerten bestimmt, oder von einer externen Quelle bezogen werden.To determine the direction of current flow, it is now important to know which Pha senlage the current has to voltage. For this purpose, our method uses a network phase obtained at central locations. This phase can either be obtained simply via the socket, determined by means of a kind of "tuning" from the measured values, or obtained from an external source.

Um die Phasenlage der Referenzphase mit einer Phasenlage vor Ort an der Messstelle zu überprüfen und abzustimmen, können Kalibriermessungen vorgenommen werden, um das Verfahren zuverlässiger zu machen. Ebenso kann die – eigentlich bekannte – Spannung der betreffenden Leitung am Messort mit Kalibriermessungen überprüft werden, um das Verfahren zuverlässiger zu machen.Around the phase position of the reference phase with a phase position on site check the measuring point and to vote Calibration measurements are made to make the process more reliable do. Likewise, the - actually known tension be checked at the measuring location with calibration measurements the process more reliable close.

Die alternativen Verfahrensschritte werden im nächsten Abschnitt genauer erläutert. Mischformen können die Genauigkeit erhöhen. Eine Grundvoraussetzung dabei ist, dass alle Messpunkte sowie die Zentralen sich innerhalb des selben Verbundnetzes befinden. Im Normalfall bleiben die kurzzeitig zeitinvarianten Phasenlagen aller Messpunkte phasenstarr zur Netzphase. Wechselt die Leistungsflussrichtung einer Leitung, so springt die Phase der entsprechenden Messpunkte um 180 Grad. Kleinere Schwankungen können von Änderungen des Leistungsfaktors, herrühren.The Alternative process steps will be explained in more detail in the next section. mixed forms can increase the accuracy. A basic requirement is that all measuring points and the Central units are located within the same interconnected network. Normally remain the temporarily time-invariant phase positions of all measuring points phase-locked to the mains phase. Changes the power flow direction of one Line, the phase of the corresponding measuring points jumps by 180 Degree. Smaller fluctuations can of changes of the power factor.

Eine illustrierende Ausführung dieses Verfahrens findet sich im Abschnitt „Praktische Implementierungsbeispiele”.A illustrative embodiment This procedure can be found in the section "Practical Implementation Examples".

Bestimmung der NetzphaseDetermination of the network phase

Im Falle der Gewinnung per Steckdose kann man die Spannung an einer oder mehren Phasen bestimmen und daraus die Netzphase bestimmen. Zweckmäßigerweise erfolgt dies beispielsweise durch Bestimmung der Nulldurchgänge. Dieser Vorgang kann selbstverständlich hinter jeder weitgehend phasenstarren Anordnung stattfinden, beispielsweise hinter einem Transformator. Ebenso kann der Vorgang auf den durch einen lokalen Verbraucher verursachten Stromfluss angewendet werden.in the Case of the extraction by outlet you can see the voltage at one or determine several phases and determine the network phase from this. Conveniently, this is done for example by determining the zero crossings. This Process can of course take place behind any largely phase-locked arrangement, for example, behind a transformer. Likewise, the process on the by a local consumers caused current flow to be applied.

Um Fehlmessungen zu vermeiden ist es sinnvoll, ein schmalbandiges Filter zu verwenden welcher nur den Bereich um die Netzfrequenz durchlässt.Around To avoid incorrect measurements, it makes sense to use a narrow-band filter to use which only the area around the grid frequency lets through.

Wird die Netzphase über eine Art „Abstimmung” bestimmt, so betrachtet man die Differenzen zwischen allen Phasen, sowie einen aus ihnen bestimmten Mittelwert. Ändert sich nun in einer oder mehrerer Leitungen die Leistungsflussrichtung, so springt deren Phase um 180 Grad. Dieser Phasensprung muss natürlich bei der Mittelwertbildung berücksichtigt werden. Andererseits lässt sich in der Gesamtschau die Flussrichtung bzw. deren Änderung für jeden einzelnen Messpunkt sehr einfach bestimmen.Becomes the network phase over determines a kind of "vote", so one considers the differences between all phases, as well as one from them determined mean. Now changes in one or more Lines the power flow direction, so jumps their phase 180 degrees. Of course, this phase jump must be in averaging considered become. On the other hand lets in the overall view, the flow direction or its change for each single measuring point very easy to determine.

Die Mittelwertbildung könnte beispielsweise mit einem Modulo-Verfahren durchgeführt werden, bei dem der Zahlenraum gewissermaßen zu einem zyklischen Zahlenkreis verbogen wurde. Zählt man hier von 179 Grad aufwärts, so landet man bei 0 Grad. Dieses Verfahren wird dann so ausgelegt, dass es blind gegenüber Phasendrehungen von 180 Grad ist.The Averaging could For example, be carried out with a modulo method at the number space to a certain extent was bent to a cyclic number circle. If you count here from 179 degrees upwards, so you end up at 0 degrees. This method is then designed that it is blind to you Phase turns of 180 degrees.

Natürlich ist es auch möglich, die Netzfrequenz, und somit auch die Phase, aus externen Quellen zu beschaffen. Beispielsweise veröffentlichen verschiedene Netzbetreiber diese Daten über das Internet. Diese Daten könnten mit in die Auswertung einfließen, oder zumindest helfen, die Qualität der gewonnenen Phasendaten zu beurteilen.of course is it also possible the grid frequency, and thus the phase, from external sources to get. For example, different network operators publish this data about the Internet. This data could to be included in the evaluation, or at least help the quality of the extracted phase data to judge.

Vergleichsstelle der PhasenCold junction of the phases

Der Vergleich der Phase der Messwerte und der Netzphase kann nun entweder am Messort selbst erfolgen, oder an zentralen Datensammelstellen. In beiden Fällen ist es notwendig, eine zeitabhängie Phaseninformation zu übertragen. Diese Information kann, zusammen mit Informationen über die Amplitude eines Signales, über eine zeitweilig oder dauerhaft bestehende Verbindung, sowie über nachrichtenbasierte Verfahren ausgetauscht. Dies kann natürlich elektronisch, drahtgebunden oder per Funk, optisch oder gar akustisch erfolgen.Of the Comparison of the phase of the measured values and the mains phase can now either at the measuring location itself or at central data collection points. In both cases it is necessary to have a time-dependent phase information transferred to. This information can, along with information about the Amplitude of a signal, over a temporary or permanent connection, as well as message-based Procedure exchanged. This can of course be electronic, wired or by radio, optically or even acoustically.

Phasenvergleich mit Hilfe eines ReferenzsignalesPhase comparison using a reference signal

Neben der vollständigen Übertragung des Signales kann hier auch nur der Zeit- und Phasenunterschied zu einer an allen Punkten verfügbaren virtuellen Referenz angegeben werden. Diese Referenz kann aus überall verfügbaren Signalen, wie beispielsweise Signalen aus Navigationssystemen (GPS, Gallileo, Glonas, etc), Zeitzeichensendern (z. Bsp. DCF77) oder synchronen Kommunikationssystemen (z. Bsp. DVB-T) abgeleitet werden. Auch kann eine ausreichend genaue Uhr über Einzelereignisse wie Blitzschläge oder markante Wechsel der Netzfrequenz synchonisiert werden. Das Vergleichsergebnis kann datensparend als Phasen- oder Zeitabweichung zu Referenzzeiten gespeichert und übertragen werden.Next the complete transmission The signal can also only the time and phase difference to one available at all points virtual reference. This reference can be from widely available signals, such as signals from navigation systems (GPS, Gallileo, Glonas, etc), time signal transmitters (eg DCF77) or synchronous Communication systems (eg DVB-T) are derived. Also, one can sufficiently accurate clock over Single events like lightning strikes or significant changes in network frequency can be synchronized. The Comparison result can be data-saving as phase or time deviation stored and transmitted at reference times.

Beispielsweise könnte man 2 Uhren laufen lassen, die eine läuft basierend auf der Netzfrequenz von etwa 50 Hz und zählt somit die Zyklen. Die andere zählt Zyklen eines Referenzsignales. Regelmäßig bestimmt man dann die Differenz aus beiden Signalen und überträgt sie.For example could to run 2 clocks, one runs based on the mains frequency of about 50 Hz and counts thus the cycles. The other counts Cycles of a reference signal. The difference is then determined regularly from both signals and transmits them.

Dabei ist zu beachten, dass Schaltereignisse wie Richtungs- oder Laständerungen ausreichend gut aufgelöst werden. Gegebenenfalls können Schaltereignisse auch an der Vergleichsstelle bestimmt werden.there It should be noted that switching events such as direction or load changes sufficiently well resolved become. If necessary, you can Switching events are also determined at the reference junction.

Übertragung der Messwertetransmission the measured values

Die Übertragung der Messwerte kann kontinuierlich oder in Paketen über elektronische, optische oder mechanische Verfahren erfolgen, welche leitungsgebunden oder drahtlos, sowie öffentlich oder privat sein können. Die Übertragung kann wertdiskret oder wertkontinuierlich sowie zeitdiskret oder -kontinuierlich stattfinden.The transfer the measured values can be transmitted continuously or in packets via electronic, optical or mechanical processes take place, which are conducted or wirelessly, as well as publicly or be private. The transfer can be discrete or continuous value and time discrete or continuous occur.

Weitere VerarbeitungFurther processing

In einer oder mehreren Stellen können die Daten der Messgeräte an den Messorten gesammelt und weiterverarbeitet werden. Dort können die Daten auf Plausibilität geprüft werden und Messfehler erkannt und beseitigt werden. Hierbei können Methoden der Graphentheorie verwendet werden.In one or more bodies can the data of the measuring instruments collected and further processed at the measuring locations. There you can Data for plausibility checked and measuring errors are detected and eliminated. This can be methods used in graph theory.

Manipulations- und DiebstahlserkennungTampering and theft detection

Da das Messgerät in der Regel auf öffentlich zugänglichen, eher abgelegenem Gebiet aufgestellt wird, ist es sinnvoll, Manipulationen und Diebstahl erkennen zu können.There the meter usually on publicly available, rather remotely located, it makes sense to manipulations and theft.

Ja nach konkretem Aufbau kann das Messgerät an der Messstelle einen Empfänger für ein Positionsbestimmungssystem enthalten. Viele solche Empfänger bieten als Nebenprodukt noch sehr präzise Zeitinformationen an, welche in den oben genannten Verfahren benötigt werden. Man kann über nun beispielsweise die aktuelle Position mit den Messwerten mitschicken, oder auch beim Überschreiten einer bestimmten Grenze einen Alarm auszulösen.Yes according to concrete construction, the measuring device at the measuring point a receiver for a position determination system contain. Many such receivers offer very precise time information as a by-product, which are needed in the above methods. You can over example, for example send the current position with the measured values, or also when crossing one certain limit to trigger an alarm.

Zusätzlich kann mit Hilfe mehrerer Sensoren mit unterschiedlicher Richtempfindlichkeit ein gewisser Manipulationsschutz erreicht werden, da man durch die zusätzliche Richtungsinformation entscheiden kann, ob ein externes Feld plausibel ist, oder auf eine Manipulation hinweist. Diese Information kann dann auch an die zentralen Stellen übermittelt werden.In addition, can with the help of several sensors with different directional sensitivity a certain protection against tampering can be achieved, since one through the additional Directional information can decide if an external field is plausible is, or indicates a manipulation. This information can then also transmitted to the central offices become.

Vorteile des Verfahrens gegenüber dem Stand der TechnikAdvantages of the method over the State of the art

Im Gegensatz zu bisherigen Verfahren verwendet dieses Verfahren keine Messung des elektrischen Feldes und ist somit weniger aufwändig und zudem potentiell weniger störanfällig.in the Unlike previous methods, this method uses no Measurement of the electric field and is therefore less expensive and moreover potentially less susceptible to interference.

Praktische ImplementierungsbeispielePractical Implementation Examples

Eine einfache Ausformung des Verfahrens ist eine Vorrichtung, welche Sender enthält, welche, sobald sie Strom bekommen, ein von der Spannung abhängiges Signal aussenden.A simple embodiment of the method is a device which Contains transmitter, which, as soon as they get power, a voltage-dependent signal send out.

Diese Sender werden, beispielsweise über Einweggleichrichter, von im Feld befindlichen Spulen versorgt. Das Signal trägt dann die Information über Stärke und zeitliche Phasenlage des Magnetfeldes, da es aus den Halbwellen der gleichgerichteten Wechselspannung resultiert.These Transmitters, for example via half-wave rectifiers, powered by in-field coils. The signal then carries the information about strength and temporal phase of the magnetic field, as it is from the half-waves the rectified AC voltage results.

Man könnte nun mehrere dieser Sender um eine Leitung oder um benachbarte Leitungen platzieren und an einem bei einiger Entfernung gelegenen Empfänger die Signale in einen niedrigeren Frequenzbereich herabsetzen. Das dabei entstehende Signal könnte man dann beispielsweise über eine isochrone Telefonleitung an die zentralen Stellen schicken, wo es rekonstruiert und ausgewertet werden kann.you could now several of these transmitters to one line or adjacent lines place and at a receiver located at some distance the Reduce signals to a lower frequency range. That here could be generated signal you then, for example, over send an isochronous telephone line to the central points, where it can be reconstructed and evaluated.

Man erhält dann an der Zentrale mehrere phasenbehaftetete Signale, aus denen man die Leistung sowie die Leistungsflussrichtung der einzelnen Leitungen herleiten kann.you receives then at the headquarters several phase-prone signals, from which the power as well as the power flow direction of the individual lines can derive.

Eine weitere vorteilhafte Ausformung des Verfahrens ist ein Gerät, welches 2 Uhren sowie eine Speicher und Übertragungseinrichtung enthält. Uhr A wird von einem externen Zeittakt, beispielsweise einem Zeitzeichensender synchronisiert und liefert die an anderen Orten ebenfalls verfügbare Referenzzeit a.A Another advantageous embodiment of the method is a device which 2 watches and a memory and transmission device contains. Clock A is from an external clock, such as a time signal transmitter synchronizes and delivers the reference time also available in other locations a.

Uhr B wird mit dem Netz synchronisiert und zeigt somit die Anzahl der Schwingungen an. Sie liefert die lokale Netzzeit b an der Messstelle. Diese Zeit ist von der momentanen Phasenverschiebung abhängig.Clock B is synchronized with the network and thus shows the number of Vibrations. It supplies the local network time b at the measuring point. This time depends on the current phase shift.

Uhr A bestimmt nun regelmäßige Zeitabstände, in denen der Wert beider Uhren, sowie die Stärke des Magnetfeldes gespeichert werden.Clock A now determines regular intervals, in which stores the value of both clocks, as well as the strength of the magnetic field become.

Diese Werte können nun einzeln oder in Bündeln zu den Zentralen übertragen werden. In der Zentrale steht nun ein ähnliches Gerät, welches jedoch nicht das Magnetfeld, sondern ein fest mit der Netzfrequenz gekoppeltes Signal misst, dies jedoch möglichst gleichzeitig mit dem Gerät an der Messstelle. Über die gleichzeitig aufgenommenen Netzzeiten b1 und b2 der B Uhren kann man eine Zeitdifferenz dB = b1–b2 bestimmen. Diese Differenz hängt nun hauptsächlich von den Zeitpunkten des 0-Punktes der beiden Uhren ab. Die Differenz sollte ohne Leistungswechsel immer konstant bleichen. Findet ein Wechsel des Leistungsfaktors statt, so zeigt sich dies in kleinen Abweichungen. Eine Änderung von ungefähr einer halben Periodendauer deutet auf einen Wechsel der Stromflussrichtung hin. Dies ist leicht feststellbar. Gegebenenfalls kann aus numerischen Gründen ein zyklisches Zeitmaß verwendet werden, um die zu übertragenen Zahlen klein zu halten.These values can now be transmitted individually or in bundles to the control centers. The central unit now has a similar device, which does not measure the magnetic field, but a signal permanently coupled to the mains frequency, but at the same time as possible with the device at the measuring point. By means of the simultaneously recorded network times b1 and b2 of the B clocks, one can determine a time difference dB = b1-b2. This difference now depends mainly on the times of the 0-point of the two clocks. The difference should always be bleached without change of power. If a change in the power factor takes place, then it shows in small deviations. A change of approximately half a period indicates a change in the current flow direction. This is easy to determine. Optionally, a cyclic time scale can be used for numerical reasons to keep the numbers to be transmitted small.

Claims (4)

Verfahren zur kontaktlosen Bestimmung der örtlichen Leistung und deren Flussrichtung in einer Leitung oder Leitungskombination in einem Verbundnetz, indem in der Nähe eines örtlichen Messpunktes ein von einer Leitung oder Leitungskombination verursachtes Magnetfeld in Betrag und Phase gemessen wird und aus dem magnetischen Feld eine über die Leitung oder Leitungskombination fließende Leistung bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ihre Leistungsflussrichtung aus einer Relation der Phase des gemessenen Magnetfeldes zur Spannungsphase als Netzphase oder Referenzphase des Verbundnetzes abgeleitet wird und dass die Netzphase an einem oder mehreren zentralen Orten direkt gemessen wird oder dass als Netzphase von den Versorgern öffentlich zugänglich gemachte Daten verwendet werden oder dass die Netzphase durch Mittelung der an vielen Stellen innerhalb des Verbundnetzes jeweils in der Nähe der Leitung oder Leitungskombination gemessenen Phase des von dieser Leitung oder Leitungskombination verursachten Magnetfeldes geschätzt wird und für den Phasenvergleich die am interessierenden Messort über die durch Magnetfeldmessung ermittelte Phase und die Referenzphase über eine Zeitreferenz sofort oder zeitversetzt lokal oder zentral verglichen werden.Method for the contactless determination of the local power and its direction of flow in a line or line combination in a network by measuring a magnetic field caused by a line or line combination in magnitude and phase near a local measuring point and from the magnetic field via the line or Conductor combination is determined flowing power, characterized in that its power flow direction is derived from a relation of the phase of the measured magnetic field to the voltage phase as network phase or reference phase of the interconnected network and that the network phase is measured directly at one or more central locations or that as a grid phase of the suppliers be made publicly available data or that the network phase by averaging the measured at many points within the interconnected network in each case in the vicinity of the line or line combination of the phase of this line or line is caused to be compared locally or centrally with respect to the phase comparison at the measuring location of interest via the phase determined by magnetic field measurement and the reference phase via a time reference. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitreferenz durch Zeitzeichensender, Navigationssysteme, Rundfunksignale oder Einzelereignisse gegeben ist und direkt oder indirekt erfolgt, indem lokale Uhren durch die Zeitreferenz ausreichend genau synchronisiert werden.Method according to one of the preceding claims characterized characterized in that the time reference by time signal transmitters, navigation systems, broadcast signals or individual events and is done directly or indirectly, by local clocks sufficiently accurately synchronized by the time reference become. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenvergleich direkt zwischen der lokalen Phase und der entfernten Referenzphase stattfindet, nachdem sie über zeitsynchrone Kommunikationskanäle an den selben Ort gebracht wurden.Method according to claim 1 or 2, characterized that the phase comparison directly between the local phase and the distant reference phase takes place after being over time-synchronous communication channels were brought to the same place. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass bei der Schätzung der Netzphase durch Mittelung der an vielen Stellen innerhalb des Verbundnetzes jeweils in der Nähe der Leitung oder Leitungskombination gemessenen Phase des von dieser Leitung verursachten Magnetfeldes zur Vermeidung von Fehlern aufgrund von einzelnen Phasensprüngen ein zyklischer Zahlenraum verwendet wird.Method according to one of the preceding claims characterized marked that at the estimate the network phase by averaging the in many places within the Network in each case nearby the line or line combination measured phase of this Conduction caused magnetic field to avoid errors due to of individual phase jumps a cyclic number space is used.
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