WO2009092444A1 - Verfahren und anordnung zur datenübertragung in einem energieverteilungsnetz - Google Patents

Verfahren und anordnung zur datenübertragung in einem energieverteilungsnetz Download PDF

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Johann Lichtnekert
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    • H04B2203/5483—Systems for power line communications using coupling circuits

Definitions

  • the invention relates to a method and an arrangement for transmitting data in a power distribution network, having a terminal, which has a transmitting device and a
  • Receiving device is provided to power lines of the power distribution network.
  • Energy distribution network not only for power transmission, but also for data transmission to connected terminals, such as energy meters, load switching devices or gateways can be used.
  • a power line carrier network for example, an energy meter can be read out or parameterized by remote access from a data concentrator arranged in the network. It may also be a shutdown of the energy meter may be desired, for example, if a customer is negligent with the payment related energy and a further purchase of energy should no longer be possible. For a network-side shutdown of an energy meter, the shutdown command must reach the receiving device in the counter as securely as possible.
  • the energy meter could be equipped with three, each connected to one phase of the power line receiving devices, so that the transmission path can not be easily interrupted in an improper intent, for example by the current fuse of the connecting wire is removed. For cost reasons but usually only one receiving device is installed in an energy meter. A secure power cut-off is then no longer given.
  • the invention is based on the idea, in the transmission of data to a terminal, to select the transmission channel in the reception and predetermine when sending. This increases the likelihood that a shutdown command generated by the network will actually increase the Terminal reached.
  • Subscriber line can not be easily thwarted. Compared with the data reception, the transmission of data has a lower priority, so that according to the invention, the transmission device is assigned to a network line fixed. The effort in the realization is therefore low. For a terminal, such as an energy meter, which determines consumption data and is present at each subscriber line, low production costs are of great importance.
  • the inventive method is characterized in that the receiving device is coupled to one of the power lines, which is selected by a selection switching device arranged in the receiving device, and that the coupling of the transmitting device is predetermined by a dedicated power line.
  • the selection switching device uses, as a criterion for the selection of a power line, the mains voltage. If the line voltage is present at a connection line, data reception is also possible with a high probability via this energy supply line. In other words, if the mains voltage is present within a tolerance range specified by the network operator, then there is no interruption. In the event that only one of the power lines carries the mains voltage, a signal-conducting connection is expediently produced by the selection switching device between the coupling unit of this live power line and the receiving unit. In this case, the security with which, for example, a switching command reaches a terminal device depends on whether this transmission path is undisturbed.
  • the mains voltage is present at two or more power lines, it is favorable to select the power line that promises the best transmission characteristics.
  • the signal-to-noise ratio can be used.
  • the line voltage measurement is performed at periodic intervals, i. when all the phases are sampled repeatedly one after the other.
  • FIG. 1 shows a block diagram of an embodiment of the inventive arrangement for data transmission in an energy distribution network.
  • FIG. 1 shows a simplified block diagram of an arrangement according to the invention for transmitting data in a power-line network (PLC) by way of example.
  • the reference numeral 10 denotes a low-voltage terminal. In the present embodiment, this terminal 10 is a
  • Low-voltage energy meter which is associated with a subscriber line and is connected via low-voltage fuses 7 to the three phases or wires 1, 2, 3 of a power distribution network 8.
  • the terminal 10 may also be a load switching device, a gateway or another device.
  • the coupling device For receiving the data by means of a coupling device 5 (the coupling device consists of three
  • the selection Switching device 9 is the output side connected to the receiving device 12.
  • the selection switching device 9 functions as a transmission channel selection device: It selects a reception signal from one of the network lines L1, L2, L3 and forwards it to the reception device 12. In the further consequence, this is processed in the control and monitoring device 4, which is not explained in more detail.
  • the mains voltage is present at phase L 1: the receiving device 12 is switched to phase L 1 via corresponding coupling devices.
  • phase L1 There is no mains voltage at phase L1: the receiving device 12 is switched to phase L2 via corresponding coupling devices.
  • the receiving device 12 is switched to phase L3 via corresponding coupling devices.
  • the power lines are continually sampled and switched for selection. If a voltage is present, a signal-conducting connection with the receiving device 12 is produced by a switching operation. So receiving is only from a phase that has sufficient line frequency voltage.
  • the transmission function has less importance compared to the reception function.
  • the Transmit signal line (Tx signal) therefore permanently connected to the signal coupling circuit 5a, maW the transmitting device 11 is fixed to a network line assigned (in the embodiment of Figure 1, this is the phase Ll).
  • the signal coupling circuit 5a is designed to receive the
  • control and monitoring unit 4 which has a voltage measuring device, the over
  • Monitoring lines 61, 62, 63 (also referred to in Figure 1 with ULI, UL2, UL3) connected to the power lines 1,2,3. The result of the voltage measurement is called
  • Selection criterion via the control line bus 6 to the selection switching device 9 transmitted.
  • a voltage measuring device is always present, and thus the selection criterion is also present in the device.
  • a transmission channel with the best transmission quality is selected.
  • the bit error rate, the signal interference ratio or another criterion can be used.
  • the present invention offers the advantage that a switch-off command can be transmitted to the low-voltage terminal even with an interrupted supply line. This allows a network-side shutdown of a customer investment even if one or two in abusive intent Low-voltage fuses have been removed, ie one or two phases are omitted for the switching command data transmission,

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Abstract

Verfahren zum Übertragen von Daten in einem Energieverteilungsnetz (8), mit einem Endgerät (10), welches eine Sendeeinrichtung (11) und eine Empfangseinrichtung (12) aufweist, wobei eine Koppeleinrichtung (5) zum Ankoppeln der Sendeeinrichtung (11) und der Empfangseinrichtung (12) an Netzleitungen (1,2,3) des Energieverteilungsnetzes (8) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung (12) an eine Netzleitung angekoppelt wird, die von einer im Empfangsgerät angeordneten Selektions-Schalteinrichtung (9) ausgewählt wird, und dass die Ankopplung der Sendeeinrichtung durch eine fest zugeordnete Netzleitung vorgegeben wird.

Description

Beschreibung
Verfahren und Anordnung zur Datenübertragung in einem
Energieverteilungsnetz
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Übertragen von Daten in einem Energieverteilungsnetz, mit einem Endgerät, welches eine Sendeeinrichtung und eine
Empfangseinrichtung aufweist, wobei eine Koppeleinrichtung zum Ankoppeln der Sendeeinrichtung und der
Empfangseinrichtung an Netzleitungen des Energieverteilungsnetzes vorgesehen ist.
Stand der Technik
Es ist bekannt, dass die elektrischen Leitungen eines
Energieverteilungsnetzes nicht nur zur Energieübertragung, sondern auch zur Datenübertragung an angeschlossene Endgeräte, wie beispielsweise Energiezähler, Lastschaltgeräte oder Gateways genutzt werden können. In einem solchen Power- Line-Carrier-Network (PLC) kann beispielsweise ein Energiezähler durch Fernabfrage von einem im Netz angeordneten Datenkonzentrator ausgelesen oder parametriert werden. Es kann auch eine Abschaltung des Energiezählers gewünscht sein, beispielsweise wenn ein Kunde mit der Bezahlung bezogener Energie säumig ist und ein weiterer Bezug von Energie nicht mehr möglich sein soll. Für eine netzseitige Abschaltung eines Energiezählers muss der Abschaltbefehl möglichst sicher die Empfangseinrichtung im Zähler erreichen. Hierfür könnte der Energiezähler mit drei, jeweils an einer Phase der Netzleitung angeschlossenen Empfangseinrichtungen ausgestattet werden, so dass der Übertragungsweg in missbräuchlicher Absicht nicht ohne weiteres unterbrochen werden kann, beispielsweise indem die Stromsicherung der Anschlussader entfernt wird. Aus Kostengründen wird aber in einem Energiezähler meist nur eine Empfangseinrichtung verbaut. Eine sichere netzseitige Abschaltung ist dann nicht mehr gegeben.
Darstellung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Datenübertragung in einem Energieverteilungsnetz anzugeben, mit Hilfe dessen eine netzseitige Datenübermittlung an eine Empfangseinrichtung eines Endgerätes sicher möglich ist und ein nur geringer Aufwand bei der Realisierung erforderlich ist.
Diese Aufgabe wird für ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und für eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen definiert .
Der Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, bei der Übermittlung von Daten an ein Endgerät, den Übertragungskanal beim Empfang auszuwählen und beim Senden fix vorzugeben. Dadurch erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass ein netzseitig erzeugter Abschaltbefehl auch tatsächlich das Endgerät erreicht. Die Abschaltung eines
Teilnehmeranschlusses kann nicht mehr so leicht vereitelt werden. Verglichen mit dem Datenempfang hat das Senden von Daten eine geringere Priorität, so dass gemäß der Erfindung die Sendeeinrichtung einer Netzleitung fix zugeordnet wird. Der Aufwand bei der Realisierung ist damit gering. Für ein Endgerät, wie beispielsweise einen Energiezähler, der Verbrauchsdaten ermittelt und bei jedem Teilnehmeranschluss vorhanden ist, sind geringe Herstellungskosten von großer Bedeutung.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung an eine der Netzleitungen angekoppelt wird, die von einer im Empfangsgerät angeordneten Selektions-Schalteinrichtung ausgewählt wird, und dass die Ankopplung der Sendeeinrichtung durch eine fest zugeordnete Netzleitung vorgegeben wird.
Im Ergebnis erreicht ein Abschaltbefehl mit höherer Wahrscheinlichkeit ein adressiertes Endgerät. Der zusätzliche Aufwand für die Selektions-Schalteinrichtung ist gering und der erreichte Nutzen groß.
Zweckmäßiger Weise verwendet die Selektions- Schalteinrichtung, als Kriterium für die Auswahl einer Netzleitung, die Netzspannung. Steht an einer Anschlussleitung die Netzspannung an, so ist mit hoher Wahrscheinlichkeit über diese Energie-Versorgungsleitung auch ein Datenempfang möglich. Oder anders gesagt, ist die Netzspannung innerhalb eines vom Netzbetreiber vorgegebenen Toleranzbereiches vorhanden, so liegt keine Unterbrechung vor . Für den Fall, dass nur eine der Netzleitungen die Netzspannung führt, wird zweckmäßiger Weise von der Selektions-Schaltvorrichtung zwischen der Koppeleinheit dieser spannungsführenden Netzleitung und der Empfangseinheit eine signalleitende Verbindung hergestellt. In diesem Fall hängt die Sicherheit, mit der beispielsweise ein Schaltbefehl eine Endeinrichtung erreicht, davon ab, ob dieser Übertragungsweg ungestört ist.
Für den Fall, dass an zwei oder an mehreren Netzleitungen die Netzspannung ansteht, ist es günstig, jene Netzleitung auszuwählen, die die besten Übertragungseigenschaften verspricht. Als Maß zur Prüfung der Datenübertragungsqualität kann beispielsweise das Signal-Rausch-Verhältnis herangezogen werden. Es kann aber auch der Empfangspegel oder eine geschätzte Bit-Fehlerrate oder ein anderes Maß verwendet werden .
Es kann auch günstig sein, wenn die Netzspannungsmessung in periodischen Zeitabständen durchgeführt wird, d.h. wenn alle Phasen wiederkehrend nacheinander abgetastet werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im nachfolgenden Teil der Beschreibung auf die Zeichnung Bezug genommen, aus der weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind. Es zeigen:
Figur 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anordnung zur Datenübertragung in einem Energieverteilungsnetz. Ausführung der Erfindung
In der Figur 1 ist in einer vereinfachten Blockdarstellung eine erfindungsgemäße Anordnung zum Übertragen von Daten in einem Energieverteilungsnetz (Power-Line-Carrier-Network PLC) beispielhaft gezeigt. Mit dem Bezugszeichen 10 ist ein Niederspannungsendgerät bezeichnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dieses Endgerät 10 ein
Niederspannungs-Energiezähler, der einem Teilnehmeranschluss zugeordnet ist und über Niederspannungssicherungen 7 an die drei Phasen oder Adern 1, 2, 3 eines Energieverteilungsnetzes 8 angeschlossen ist. Das Endgerät 10 kann aber auch ein Lastschaltgerät, ein Gateway oder ein anders Gerät sein.
Über die drei Phasen 1, 2 und 3 (in Figur 1 Zuleitungen Ll, L2, L3) werden Daten vom Energieverteilungsnetz 8 in Richtung Endgerät 10 und in umgekehrter Richtung, vom Endgerät 10 in das Netz 8, übertragen. Eine in Figur 1 nicht näher dargestellte im Netz 8 angeordnete Mastereinrichtung (Datenkonzentrator in örtlicher Nähe eines Ortstransformators) bestimmt das Geschehen bei der Datenübertragung auf den Netzleitungen 1, 2, 3. Sie kann auf allen drei Phasen 1,2,3 senden und empfangen. Das Endgerät 10 wird als Slave betrieben und ist dieser Mastereinrichtung hierarchisch untergeordnet.
Für den Empfang werden die Daten mittels einer Koppeleinrichtung 5 (die Koppeleinrichtung besteht aus drei
Signalkoppelschaltungen 5a, 5b, und 5c), von den Leitungen 1, 2, 3 abgegriffen und einer Selektions-Schalteinrichtung 9 (Rx-Signalleitungsselektor) zugeleitet. Die Selektions- Schalteinrichtung 9 ist ausgangseitig mit der Empfangseinrichtung 12 verbunden. Die Selektions- Schalteinrichtung 9 fungiert als Übertragungskanal- Auswahleinrichtung: Sie wählt ein Empfangssignal von einer der Netzleitungen Ll, L2, L3 aus und leitet dieses an die Empfangseinrichtung 12 weiter. In der weiteren Folge wird dieses in der nicht näher erläuterten Steuer- und Überwachungseinrichtung 4 verarbeitet.
Die Auswahl einer Phase erfolgt dabei nach folgenden Kriterien :
Es ist an Phase Ll die Netzspannung vorhanden: Die Empfangseinrichtung 12 wird über entsprechende Koppeleinrichtungen auf Phase Ll geschaltet.
Es ist an Phase Ll keine Netzspannung vorhanden: Die Empfangseinrichtung 12 wird über entsprechende Koppeleinrichtungen auf Phase L2 geschaltet.
Es ist weder an Phase Ll noch an Phase L2 eine Netzspannung vorhanden: Die Empfangseinrichtung 12 wird über entsprechende Koppeleinrichtungen auf Phase L3 geschaltet.
Kurz gesagt, die Netzleitungen werden für die Auswahl fortwährend abgetastet und weiter geschaltet. Ist eine Spannung vorhanden, so wird durch eine Schalthandlung eine signalleitende Verbindung mit der Empfangseinrichtung 12 hergestellt. Empfangen wird also nur von einer Phase, die ausreichend Netzfrequenzspannung aufweist.
Wie bereits gesagt, hat die Sendefunktion verglichen mit der Empfangsfunktion eine geringere Bedeutung. In Figur 1 ist die Sendesignalleitung (Tx-Signal) daher mit der Signalankoppelschaltung 5a permanent verbunden, m.a.W. die Sendeeinrichtung 11 ist fix einer Netzleitung zugeordnet (im Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist dies die Phase Ll) . Die Signalankoppelschaltung 5a ist so ausgelegt, dass sie die
Ankopplung an die Netzleitung Ll sowohl beim Senden, als auch beim Empfangen von Daten herstellt (Rx/Tx- Signalankoppelschaltung) .
Das Ermitteln bzw. Überwachen von Spannungen erfolgt durch die Steuer- und Überwachungseinheit 4, die eine Spannungsmesseinrichtung aufweist, die über
Überwachungsleitungen 61, 62, 63 (in Figur 1 auch mit ULI, UL2, UL3 bezeichnet) an den Netzleitungen 1,2,3 angeschlossen ist. Das Ergebnis der Spannungsmessung wird als
Auswahlkriterium über den Steuerleitungsbus 6 zur Selektions- Schaltvorrichtung 9 übertragen. Bei einem Energiezähler ist eine Spannungsmesseinrichtung stets vorhanden und damit liegt auch das Auswahlkriterium im Gerät vor.
In einer besonderen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass für den Fall, dass zwei Phasen Netzspannung führen, ein Übertragungskanal mit der besten Übertragungsqualität ausgewählt wird. Als Maß kann hier beispielsweise die Bit- Fehlerrate, das Signal-Störverhältnis oder ein anderes Kriterium herangezogen werden.
Die vorliegende Erfindung bietet den Vorteil, dass ein Abschaltbefehl an das Niederspannungsendgerät auch bei einer unterbrochenen Zuleitung übertragen werden kann. Dies ermöglicht eine netzseitige Abschaltung einer Kundenanlage auch dann, wenn in missbräuchlicher Absicht eine oder zwei Niederspannungssicherungen entfernt wurden, d.h. eine bzw. zwei Phasen für die Schaltbefehl-Datenübermittlung wegfallen,
Es ist ein weiterer großer Vorteil der Erfindung, dass für einen sicheren Empfang nur eine Empfangseinrichtung erforderlich ist. Damit können die Kosten des Endgerätes vergleichsweise gering gehalten werden.
Liste der verwendeten Bezugszeichen
1 Netzleitung Ll 2 Netzleitung L2
3 Netzleitung L3
4 Überwachungs- und Steuereinrichtung
5 Koppeleinrichtung
5a, 5b, 5c Signalankoppelschaltungen 6 Steuerleitungsbus
7 Niederspannungsicherung
8 Energieverteilungsnetz
9 Selektions-Schalteinrichtung
10 (Niederspannungs-) Endgerät 11 Sendeeinrichtung
12 Empfangseinrichtung
61, 61, 63 Überwachungsleitungen

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Übertragen von Daten in einem Energieverteilungsnetz (8), mit einem Endgerät (10), welches eine Sendeeinrichtung (11) und eine
Empfangseinrichtung (12) aufweist, wobei eine Koppeleinrichtung (5) zum Ankoppeln der Sendeeinrichtung (11) und der Empfangseinrichtung (12) an Netzleitungen (1,2,3) des Energieverteilungsnetzes (8) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung (12) an eine Netzleitung angekoppelt wird, die von einer im Empfangsgerät angeordneten Selektions-Schalteinrichtung (9) ausgewählt wird, und dass die Ankopplung der Sendeeinrichtung durch eine fest zugeordnete Netzleitung vorgegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Selektions-Schalteinrichtung (9) eine Netzleitung auswählt, an der eine Netzspannung ansteht .
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass nur an einer der Netzleitungen die Netzspannung ansteht, mittels der Selektions-
Schaltvorrichtung (9) eine signalleitende Verbindung zwischen der Koppeleinrichtung dieser spannungsführenden Netzleitung und der Empfangseinrichtung (12) durchgeschaltet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass an zwei oder an mehreren Netzleitungen die Netzspannung ansteht, jeweils eine Maßzahl für die Übertragungsqualität für diese spannungsführenden Netzleitungen ermittelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Endgerät (10) so eingerichtet wird, dass eine spannungsführende Netzleitung mittels einer im Endgerät (10) angeordneten Überwachungs- und Steuereinrichtung (4) durch fortwährendes Abtasten der Netzleitungen ermittelt wird.
6. Anordnung zum Übertragen von Daten in einem
Energieverteilungsnetz (8), mit einem Endgerät (10), welches eine Sendeeinrichtung (11) und eine Empfangseinrichtung (12) aufweist, wobei eine Koppeleinrichtung (5) zum Ankoppeln der
Sendeeinrichtung (11) und der Empfangseinrichtung (12) an Netzleitungen (1,2,3) des Energieverteilungsnetzes (8) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Endgerät (10) mit einer Selektions-Schalteinrichtung (9) ausgestattet ist, welche eine Ankopplung zwischen der Empfangseinrichtung (12) und einer der Netzleitungen auswählt, und dass die Ankopplung der Sendeeinrichtung (11) an eine Netzleitung durch eine feste Zuordnung vorgegeben ist.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Selektions-Schalteinrichtung (9) eine Netzleitung auswählt, an der eine Netzspannung ansteht .
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass nur an einer der Netzleitungen die Netzspannung ansteht, die Selektions- Schalteinrichtung (9) eine signalleitende Verbindung zwischen der Koppeleinrichtung dieser spannungsführenden Netzleitung und der Empfangseinrichtung (12) durchschaltet.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass an zwei oder an mehreren Netzleitungen die Netzspannung ansteht, eine Maßzahl für die Übertragungsqualität für diese spannungsführenden Netzleitungen ermittelt wird.
10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Endgerät (10) so eingerichtet ist, dass eine spannungsführende Netzleitung durch fortwährendes Abtasten der Netzleitungen mittels einer Überwachungs- und Steuereinrichtung (4) ermittelbar ist .
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