Forum: Haus & Smart Home Digitaler Stromzähler und Wellenpaketsteuerung zur Eigenverbrauchsregelung: Ein Erfahrungsbericht


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von Matthias (Gast)


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Hallo ihr lieben Menschen,

Seit langem geplant und nun endlich mal schnell umgesetzt:
- Plugin-Solaranlage auf L3
- 1,8 kW Warmwasserboiler an nem Triac zur Wellenpaketsteuerung auf L1

Stromzähler: ISKRA MT175, digitaler Zweirichtungszähler, 
Phasensaldierend.
Zählwerke:
1.8.0 Verbrauch
2.8.0 Einspeisung

zusätzlich über SML:
16.7.0 (Momentanleistung, gesamt, mit Vorzeichen)
36.7.0 (Momentanleistung L1)
56.7.0 (Momentanleistung L2)
76.7.0 (Momentanleistung L3)

Stromzähler wird über ne Fotodiode ausgelesen. Das ganze integriert in 
ein Hausbus-System (https://github.com/NerdyProjects/HouseBusNode), 
sprich vernetzte Mikrocontroller für Stromzähler und Warmwasserboiler.

Versuch 1: Regelung des Boilers gegen 16.7.0:
Funktioniert ganz gut, allerdings nur bis zu einer Periodendauer der 
Wellenpaketsteuerung bis etwa 15 Halbwellen (150ms). Bei längeren 
Perioden zeigt der Zähler auf den Momentanleistungsanzeigen Mist an: 
Meistens garnichts, ab und zu mal nen Peak.

Versuch 2: Regelung des Boilers gegen Ableitung 1.8.0 - Ableitung 2.8.0 
(also Momentanleistungsberechnung aus den Steigungen der Zählwerke):
Funktioniert bis zu einer Periodendauer von etwa 80 Halbwellen (800 ms) 
ganz gut. Weiterhin zeigt sich, dass die Momentanleistungszähler nurnoch 
Mist anzeigen - der Boiler Verbrauch taucht hier nie auf, die Summe ist 
also ständig negativ (Einspeisung) obwohl die Zählwerke anderes sagen.
Weitere Erkenntnis: Die Zählwerke haben eine gewisse Totzeit, die 
vermutlich in "Energie" funktioniert:
Der Stromzähler scheint die Energie für eine gewisse Zeit aufzusummieren 
und fügt sie dann je nach Vorzeichen einem der Zähler hinzu. 0,1 Wh 
sollte das sein.
Das bedeutet für den Regler: Die meiste Zeit sind die Differenzen von 
1.8.0 und 2.8.0 0, ab und zu kommt ein Peak.

Der implementierte Regler ist ein einfacher PI Regler, I Summe auf 0 
bzw. 100 begrenzt, Ausgang ist direkt der Dutycycle der 
Wellenpaketsteuerung von 0-100. Regelziel: Verbrauch 30W. Funktioniert 
ganz gut, so um die 50-80Wh am Tag werden eingespeist, der Rest landet 
im Boiler. Dauerverbrauch so um die 20-40W, Nachregelung ist recht flott 
(wenige Sekunden bis Regelziel stabil erreicht), durch die Auflösung der 
Zählwerke und die "Totphase" schwingts ein bisschen, weil der P-Anteil 
alle ~7-10 Sekunden einen Peak nach unten einbaut, aber das stört ja 
nicht wirklich...

Hier auch wieder: Die Obis Pakete vom Stromzähler kommen in 
unterschiedlichen Intervallen die vom Zählwerk abhängen. Minimal etwa 
alle 3-4 Sekunden, maximal etwas öfter als 1x pro Sekunde.


Ich schreibe das deswegen hier zusammen, weil ich mich vor nem Jahr nen 
Wolf zu Informationen zum Verhalten der Zählwerke mit 
Wellenpaketsteuerung gesucht hab. Außerdem würde ich es als "Bug" bzw. 
Faulheit der Softwareentwickler bezeichnen, dass die 
Momentanleistungszähler offensichtlich nicht über nen gewissen Zeitraum 
(idealerweise den gleichen wie die Zählwerke) integrieren, sondern 
einfach wirklich "Momentanleistungen" zu gewissen Zeitpunkten ausgeben - 
und dabei voll ins Aliasing der Wellenpakete fallen (können).

Natürlich weiß ich nicht, in wiefern diese Daten auf andere Stromzähler 
übertragbar sind :-)

Apropos: In meinem Kopf ist es nicht ganz klar, ob das jetzt eigentlich 
"gut" oder "schlecht" für das Netz ist, was ich da mache:
a) auf anderer Phase einspeisen wie Verbrauchen -> Sollte ja eigentlich 
Schieflast erhöhen
b) Wellenpaketsteuerung generell: Sie folgt ja der Einspeisung - sollte 
also eigentlich das Netz entlasten. Aber was für Regelelemente im 
Stromnetz "glätten" das eigentlich? Kann man sich da ne 
Generatorschwungmasse vorstellen, die das nicht weiter stört, wenn ein 
paar Halbwellen die Last größer ist?
c) Meine Wellenpaketsteuerung ist gerade nicht Netzsynchron, ich hab 
einfach nen 5ms Timer im Controller. Dazu gibts die 
Nulldurchgangserkennung des MOC3063, also ab und zu lieg ich wohl mal ne 
Halbwelle daneben... Das hat jetzt erstmal keine Auswirkung, aber die 
erzeugte Last ist halt nicht garantiert symmetrisch über 
positive/negative Halbwellen.

von Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)


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... und was soll die Verkabelung mit der Solaranlage auf L3 und dem 
Boiler auf L1? Willst Du den Stromnetzbetreiber und die verbliebenen 
drei Großkraftwerksgeneratoren mit der Schieflast ärgen oder was soll 
das werden?

von Amateur (Gast)


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Wenn Du einen Controller beschäftigst, sollte es kein Problem sein, 
"Netzsynchron" zu bleiben. Vor allem, wenn Du heizen willst und weder 
schnell noch supergenau sein musst.

Kann es sein, dass Du wie schon viele Deiner Vorgänger im 
Mikrosekundenbereich, aufs 1/100° genau regeln musst?

Das ein elektronischer Zähler, der nur ein Packet zum Futtern bekommt, 
Fahrkarten anzeigt, sollte auch Dir klar sein. Diese Situation ist aber 
normal, wenn nur noch ein 1/100° bis zum Erreichen der Solltemperatur 
fehlt und die Untergrenze nur 2/100° darunterliegt.

von uwe (Gast)


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Hallo Matthias,
danke für die ausführlichen Infos! Hättest Du das nicht schon vor einem 
Jahr posten können ;-) Hätte ich mir meine Bastelei sparen können.. Für 
mein System (E-Patronen im Pufferspeicher) habe ich keinen kommerziellen 
Stromzähler genommen, eben wegen der Momentan-Messproblematik. Dafür 
kommen 3 preiswerte SCT-013 Sensoren zum Einsatz. Das Prinzip ist aber 
das gleiche: Momentanverbrauch (saldierend) messen und per PI-Regler die 
E_Patronen ansteuern. Meine Erfahrung ist: eine Periodendauer von 0,2s 
(20 Halbwellen) ist ein guter Kompromiss zwischen Zählermessung (des 
Energieversorgers) und Regelgenauigkeit. Das Ganze läuft jetzt stabil. 
Habe ich dokumentiert unter
[[http://www.haus-computer.de/files/Hauscomputer_Hardware_Bd2.pdf]]
Ist natürlich nicht so schnell wie Deine Variante..
Ich denke, Nulldurchgangserkennung und Solar&E-Patronen an der gleichen 
Phase sollten keine Kraftwerke zum Absturz bringen ;-)

von Udo S. (urschmitt)


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Könnt ihr mich mal aufklären was ihr damit erreichen wollt?
Ich habe eine Solaranlage die z.B. 500 Watt an Leistung ins Netz abgibt 
und einen Boiler mit z.B. 2kW.
Jetzt schaltet ihr alle 1000 ms den Boiler für 250ms ein?

Was wollt ihr damit erreichen? Das der externe Stromverbrauch auf 0 
sinkt?
Macht er aber nicht, ihr braucht 250ms lang 1,5 kW aus dem Netz und 
speist 750ms lang 500 Watt ins Netz ein.

von uwe (Gast)


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Udo S. schrieb:
> Macht er aber nicht, ihr braucht 250ms lang 1,5 kW aus dem Netz und
> speist 750ms lang 500 Watt ins Netz ein.

Ja, Udo, bei 750/250ms da hast Du recht! Bei mir ist ein saldierender 
Zähler verbaut, der innerhalb von ca. 0,1..0,5s zusammenzählt. Ist auch 
logisch, dass intern im Zähler über eine gewisse Zeit eine Speicherung 
der einzelnen Phasen erfolgt, sonst könnte man 3 Phasen nicht korrekt 
summieren, da die maximale (momentane) Wirkleistung ja zeitversetzt 
(120°) auftritt. Daher hat meine Schwingungspaketsteuerung auch eine 
Periodendauer von nur 0,2s - und der geeichte Zähler macht nachweisbar 
die gewünschte Differenz zwischen Erzeugung und Verbrauch ;-) Ich gebe 
Dir aber recht, das Ganze hängt viel vom internen Aufbau des EVU Zählers 
ab. Letztlich ging es mir aber darum, möglichst wenig ins Netz 
zurückzuspeisen, da bei 2kW auf dem Dach sich der Aufwand mit dem 
Finanzamt nicht lohnt und ein Pufferspeicher war ohnehin schon 
vorhanden, sodass nur eine E-Patrone mit der genannten Steuerung dazu 
kam.

von Andi B. (andi_b2)


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Wie kannst du beim ISKRA MT175 SML aktivieren? Ich lese den derzeit über 
die optische Schnittstelle aus, habe aber noch nie gehört, dass dieser 
auch die Momentanwerte liefern könnte.

von Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)


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> Daher hat meine Schwingungspaketsteuerung auch
> eine Periodendauer von nur 0,2s
Oh Gott... das ist ja schlimmer als 'ne Phasenanschnittsteuerung.

von Uwe (Gast)


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Das Problem mit der Zählweise der elektronischen Zähler ist wirklich 
nicht einfach. Nach Analyse meiner bisherigen Werte habe ich die 
Zykluszeit der Wellenpaketsteuerung nun auf 0,1s gesenkt (also nur noch 
10 Halbwellen). Da die Ansteuerung per RP1A2305 (5A, schaltet nur im 
Nulldurchgang) erfolgt, muss man damit auch einen Fehler in der 
Ansteuerung von 10% hinnehmen.
So, heute schien super die Sonne und meine Wellenpaketsteuerung hat 
präzise Werte geliefert: Die E-Patronen haben in 2 Stunden 0,98 kWh 
"verbraucht", während der Verbrauchszähler (1.8.0) nur 0,1kWh und der 
Rückspeisezähler (2.8.0) 0,2kWh im gleichen Zeitraum angezeigt haben. 
Der Sollwert für den Regler stand auf "-170W" und die E-Patrone hat fast 
die gesamte Zeit mit 50% getaktet. Die Fehlerrechnung zeigt, dass somit 
der elektronische Zähler EasyMetec Q3MA mit einer Saldierungszeit von 
>=0,08s arbeitet, wahrscheinlich aber >=0,09s. Die 1:1 Taktung der 
E-Patrone über einen längeren Zeitraum war Voraussetzung für die präzise 
Messung.
Die gewählte Zykluszeit von 0,1s für die PWM ist somit eine einfache 
Möglichkeit (störungsfrei) überschüssige Solarenergie umzuleiten...

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