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Report-Nr. 01: Kommunikationsfähiges Energiemessgerät MRE
Messung von Abgängen in einer NSHV und Übergabe der Messwerte an eine S7-1500
Hochgenaue Erfassung aller Energiewerte unabhängig von Netzverzerrungen und Übermittlung dieser an eine übergeordnete S7-1500 oder an ein Energiemonitoringsystem zur Datenanalyse und Auswertung

Die Basis für die Digitalisierung in der Niederspannungsenergieverteilung bilden Energie-Messgeräte, die auch in stark verzerrten Netzen mit hohem THDU verlässliche und genaue Messwerte abliefern. Was sie erfassen, kann durch intelligente Software ausgewertet werden. Sie legen den Grundstein für ein systematisches Energiemonitoring und damit für ein betriebliches Energiemanagementsystem. Aber es gibt darüber hinaus andere Applikationen: Der Betrieb mehrerer identischer Motoren an einem Frequenzumrichter (Mehrmotorenbetrieb/Gruppenantrieb mit bis zu 50 identischen Motoren). Wie überwache ich in einem solchen Mehrmotorensystem jeden Einzelantrieb z.B. auf einen unzulässigen Strom- oder Wirkleistungsanstieg? Wie überwache ich einzelne Pumpen auf Trockenlauf? …Dazu muß jeder Motor ein geeignetes Überwachungsgerät erhalten, welches unabhängig vom Arbeitspunkt (Umrichter-Frequenz, Motorstrom- und Spannung mit Oberwellengehalt) verläßliche Ergebnisse liefert.

Es wird immer wichtiger, die Energieflüsse von Anlagen oder einzelner Abgänge zuverlässig zu messen, auch in stark oberwellenbelasteten Netzen. Auch die Früherkennung eines Servicebedarfs und die optimale Auslastung von Verteilerabgängen sind wichtige Themen in einer modernen Energieinfrastruktur. Für diese Aufgaben wird eine leistungsfähige Messinfrastruktur benötigt, die sich auf die unterschiedlichen Bedürfnisse und Topologien skalieren lässt und preislich attraktiv ist.

Das MRE-44S/DC24V ist so ein Energiemessgerät. Es ist kompakt, für die Hutschiene und erfasst sämtliche elektrische Größen hochpräzise.

weitere Informationen zum MRE Energiemessgerät

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Report-Nr. 03: Überspannungsbegrenzung für Anlagen in Kraftwerken
Drei ÜSBE für 800kW-Pumpenabgänge
Prinzipeller Aufbau der ÜSBE
Schaltvorgang
Prinzipieller Verlauf der Überspannungswelle
Patentanmeldung hinterlegt: Verfahren und Anordnung zum Schutz vor Überspannung

Im folgenden Report werden Überspannungsbegrenzungseinrichtungen (ÜSBE) beschrieben, die in einem Vattenfall-Wärmekraftwerk im Einsatz sind.

Unter dem Begriff einer Spannungsüberhöhung werden kurzzeitige Spannungsüberhöhungen bis zum 1,4-fachen der Bemessungsspannung verstanden, welche eine Gefahr für die nachgeschalteten elektrischen Komponenten darstellen und beispielsweise durch das Ausswingen der Generatorspannung bei Lastabwurf beziehungsweise einem Übergang aus einem Netzbetrieb in einen Inselbetrieb entstehen können.

Derartige Überspannungen übersteigen die Überspannungsstörgrenzen von im Kraftwerk installierten leistungselektronischen und/oder elektronischen Baugruppen

Diese Überspannungen wirken innerhalb einer Zeitdauer, welche bis zu mehreren Sekunden betragen kann.

Mit zunehmender Volantilität der Versorgungsnetze, welche beispielsweise durch zunehmende Nutzung erneuerbarer Energien auftreten, gewinnt dieser Sachverhalt an Bedeutung.

Die angeführten leistungselektronischen Baugruppen, wie beispielsweise ein Frequenzumrichter, speisen in Wärmekraftwerken in der Regel große Pumpensysteme, welche den Transport von Warm- und Kaltwasser regulieren. Solche Pumpensysteme dürfen im mittleren- und oberen Lastbereich nicht schlagartig entlastet werden, da es sonst zu Druckstößen im Rohrleitungssystem kommt. Derartige Druckstöße müssen verhindert werden, da diese den ordnungsgemäßen Betrieb der Anlagen im Wärmekraftwerk gefährden und zu Zerstörungen der Rohrleitungen führen können.

Infolgedessen ist ein Totalausfall des betroffenen Wärmekraftwerks möglich, mit der Folge, dass Lücken bei der Versorgung von Industrie, Gewerbe und privaten Haushalten entstehen können.

In jeder Phase werden ein bidirektional wirkender Thyristor-Leistungsschalter und ein parallel dazu angeordneter Dämpfungswiderstand angeordnet.

Die Bereitstellung der Steuersignale für die antiparallel geschalteten Thyristoren in jeder Phase erfolgt in Abhängigkeit vom Laststrom und der aktuellen Netzspannung entsprechend einer hinterlegten Schaltkennlinie.

Der optimale Zeitpunkt zum Sperren/Ansteuern der Thyristoren und damit Zuschalten der Dämpfungswiderstände bei einer Detektion einer Überspannung wird in Abhängigkeit von der Netzspannung, dem Netzstrom, der Überspannungsregelgrenze und der Überspannungsstörgrenze des Verbrauchers gebildet.

Die Bildung der Schaltkennlinien erfolgt derart, dass der Schaltpunkt sich entsprechend einer Steuerkennlinie in Abhängigkeit vom Laststrom zu höheren Spannungen hin verschiebt.

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Report-Nr. 04: Echtzeitmonitoring einer Ortsnetzstation
1-Strich-Schema der 630kVA-Station
Kompaktschrank in der Station
Kompaktschrank in der Station
Nachträglich eingesetzte Kabelumbauwandler an den NH-Abgängen
Echtzeitmonitoring der Ortsnetzstation Wernigerode/OT-Reddeber der Stadtwerke Wernigerode

1. Einführung:
Benachbarte Solaranlagen speisen sowohl auf die NS als auch auf MS ein. Das hat zur Folge, dass die Niederspannung volantil zwischen 400V und ca. 450V schwankt, je nach Sonnengang. Gleichzeitig sinkt die über das 15kV-Netz bezogene Leistung kurzzeitig bis auf 5% ab, d.h., dass die Solaranlage fast vollständig den Bedarf deckt - natürlich nur, solange die Sonnenstrahlung es zulässt.

2. Aufgabenstellung:
Die Aufgabenstellung erstreckt sich von der integrierten Erfassung aller Energiedaten und deren 104-konformen Übertragung bis zur prädiktiven Auswertung und Erzeugung von diskriminierungsfreien Sollwerten für PKW-Ladesäulen.

Im Auftrag der Stadtwerke haben wir im Rahmen eines Pilotprojektes ein Monitoring der Ortsnetzstation Reddeber errichtet. Dabei werden an jedem NH-Abgang die Lastströme, -Spannungen, Leistungen, cos φ, Frequenz und Energie gemessen und ferngemeldet. MS-seitig kommen ComPass Phasenstromsensoren und resistive Spannungssensoren ( Fa. Horstmann) zum Einsatz.

3. Lösung:
Wir entwickelten in enger Abstimmung mit WAGO eine Standard-Lösung, die in angepasster Form in anderen Stationen eingesetzt werden kann. Die errichtete Anlage besteht aus den folgenden Komponenten:

  • Standard-Kompaktschaltschrank mit den Abmaße BHT 800x600x300, enthaltend: Controller PFC200, WAGO 750-8212 (Ethernet), WAGO 750-652 (serielle Schnittstelle), WAGO 750-494 (3-Phasen-Leistungsmessklemmen, für jeden NH-Abgang eine Messklemme), WAGOE 852-1112 (switch), LTE-Modem, gepufferte Stromversorgung
  • MS-seitige Messung
    Zum Einsatz kamen: Drei resistive Spannungssensoren (RDM3-24 für ComPass B 2.0 / Bs 2.0), drei Phasenstromsensoren (ComPass B 2.0 38-4150-001 Satz inkl. 3 x Phasenstromsensor 49-6024-002 (D55/6m), Fa. Horstmann
  • die Messung der NH-Abgänge erfolgt 3-phasig über Wandler und WAGO-Messklemmen

Kommunikationswege:

  • Der WAGO-Controller kommuniziert über Modbus RTU mit dem ComPass B 2.0.
  • Die Kommunikation mit dem Leitsystem ProCos erfolgt 104-konform über LTE-Modem (VPN, TCP-IP).
  • Das WAGO-e-cockpit kann lokal oder zentral über 104-konforme Kommunikation genutzt werden. Die Oberfläche ist webbasiert.
  • Die NS-Energiedaten werden nicht im ProCos verarbeitet, sondern grafana-basiert visualisiert. Als Netzwerkprotokoll wird MQTT verwendet.
  • Optional können die Daten über MQTT an einen Crawler übergeben, dort vorverarbeitet und lokal oder cloudbasiert gespeichert werden.

Softwareentwicklung für Datenerfassung, Skalierung, Kurvendarstellungen, Auswertetools.

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Report-Nr. 05: Kundenspezifisches Energiemanagement
Mehr als Energie managen: Erfassen, Reporten und prädiktiv Bewerten - Systemoffenheit und Datentransparenz

Unser Kunde betreibt eine kontinuierliche Behandlungslinie, die in Schichten ununterbrochen betrieben wird. Es bestand seitens der Produktionsverantwortlichen eine wachsende Unzufriedenheit mit dem vorhandenen Energiemanagementsystem. Weder lieferte das System die notwendigen Daten für strategische Optimierungen, noch konnte ein intelligentes Spitzenlastmanagement betrieben werden, das bei Sicherstellung von mindestens 7000 Betriebsstunden pro Jahr eine Spitzenüberschreitung sicher verhindert. Wir ertüchtigten das vorhandene System um unsere eigenen Lösungen:

  1. Erfassung der vorhandenen 125 Energiemessstellen des Werkes mit je 6 Werten: Leistung, Energie, Metadaten (OKZ, BKZ, Klartext, Kostenstelle, Anlagen ID) via vorhandener S7-PLC mit Profinetschnittstelle
  2. Datenbank (Werte für mindestens 3 Jahre), als Basis für Auswertungen, Nachberechnungen, Vorhersagetools
  3. Visualisierung von Messwerten und Aufbereitungen
  4. Dashboard für Management und für Anlagenpersonal
  5. Dashboard für die gesamte Energieinfrastruktur incl. MS
  6. Automatisches Monatsreporting und Jahresreporting
  7. Planungstool für Produktionsplanung und intelligentes Spitzenlastmanagment
  8. Schnittstelle zur kundenseitigen SQL Datenbank
  9. Webzugriff auf Dashboards und Reports

Das System verfügt über eine Browser basierte Visualisierung, von der alle Funktionen aufrufbar sind. Die Darstellung der Messdaten erfolgt über Grafana (Open Source). Das System verfügt über eine Funktion, welche automatisch eine E-Mail versendet, sobald die „rote Line“ der Energiewerte überschritten wird.

Datenerfassung

  • 125 Messgeräte mit jeweils 6 Einzelwerten
  • Sampling der Messdaten im Minutenintervall
  • Auslesen der Daten über eine kundenseitige S7-PLC per direkt Zugriff auf DBs
  • Performante Speicherung im System (InfluxDB)

Datenerfassung Umweltsensorik

  • Einlesen von Umweltdaten von Sensoren mit jeweils 6 Messstellen
  • Sampling der Messdaten im Minutenintervall
  • Auslesen der Sensor-Feldgeräte über Modbus TCP
  • Weiterleiten der Daten an Energie Management System

Mathematikfunktionen Berechnung von Gruppendaten

  • Analysetools für Daten über größere Zeiträume
  • Hochrechnung von Datensätzen für das laufende Jahr

Energieüberwachung

  • Anzeigen der aktuellen Spitzenlasten
  • Anzeigen der „Roten Linien“ mit Warnwerten
  • Alarmierung über E-Mail bei Überschreiten der 2. Warnstufe
  • Weiterleitung der Alarmwerte an MS SQL Server Reporting
  • Zusammenfassung der Energiewerte in einem Monatsbericht
  • Zusammenfassung der Energiewerte in einem Jahresbericht
  • Tagaktuelles Monats-Protokoll mit Hochrechnung zum Monatsende

Planungs-Tool

  • Voraus-Planen des Energieverbrauchs für das aktuelle Jahr
  • Selektierung verschiedener Zeiträume über das Jahr (1 Tag, 7 Tage, 14 Tage, 1 Monat, 6 Monate und komplettes Jahr)
  • Selektierung einzelner Verbrauchergruppen zur Simulation der Energieverbräuche

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