УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКАМИ Российский патент 1997 года по МПК H02J13/00 

Изобретение относится к энергетике, в частности к устройствам управления режимами потребления трансформаторных подстанций (потребительских и районных), а также энергетическими вводами предприятий и прочих потребителей, например трехфазными энергетическими вводами (на освещение, пищеприготовление, горячее водоснабжение, обогрев, воздухообмен и прочие бытовые нужды) усадебных домов (коттеджей).

Известно устройство автоматического управления включением и отключением буферных потребителей, состоящее из трансформаторов тока, измеряющих текущую нагрузку приемников, работающих по свободному графику, управляющего устройства (управляет мощностью буферных приемников), блока коммутационных устройств (тиристорный блок) [1]
К недостаткам указанного устройства следует отнести: использование в качестве управляющего параметра величины действующего значения напряжения питания буферных потребителей; сложность управляющего устройства и блока коммутационных устройств.

Задачей изобретения является создание устройства управления электроприемниками, позволяющего повысить эффективность использования электрической энергии электроприемниками без увеличения установленной мощности источников.

Поставленная задача решается тем, что, в отличие от прототипа, управляющий блок выполнен из сдвигового регистра и формирователя сдвига, включающего генератор импульсов, делитель частоты, первую и вторую группы D-триггеров, группу схем ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и схему ИЛИ, причем n выходов блока измерения уровня потребления тока электроприемниками свободного графика потребления соединены с информационными D-входами сдвигового регистра, число которых равно n, и с информационными D-входами первой группы D-триггеров, число которых равно n, выходы которых соединены с первыми входами группы схем ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, число которых равно n, и с информационными D-входами второй группы D-триггеров, число которых равно n, выходы которых соединены с вторыми входами группы схем ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы которых соединены с входами схемы ИЛИ, выход которой соединен с вторым тактовым входом С2 и входом РЕ разрешения параллельной загрузки сдвигового регистра, выходы которого соединены с входами блока коммутационных устройств электроприемников принудительного графика потребления, число которых равно n, при этом выход генератора тактовых импульсов формирователя сдвига соединен с тактовыми входами С D-триггеров и через делитель частоты подключен к первому тактовому входу С1 сдвигового регистра, а последний выход сдвигового регистра соединен с его последовательным входом данных S1.

Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволяет установить соответствие его критерию "новизна".

При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и потому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства управления электроприемниками.

На фиг. 2 показан пример выполнения устройства.

Устройство управления электроприемниками свободного 1 (соответственно электроприемниками 1.1, 1.2, 1.3 1.n) и принудительного 2 (соответственно электроприемниками 1.1, 1.2, 1.3 1.n) графиков потребления электрической энергии от источника электроснабжения 3 содержит блок измерения уровня потребления тока электроприемниками свободного графика потребления 4, управляющий блок 5 и блоки коммутационных устройств электроприемников свободного 6 (коммутационные устройства 6.1, 6.2, 6.3 6.n соответственно) и принудительного 7 (коммутационные устройства 7.1, 7.2, 7.3, 7.n соответственно) графиков потребления, причем количество приемников 6 и 7 может быть разным. Управляющий блок 5 выполнен из сдвигового регистра 8 и формирователя сдвига 9. Выходы блока 4 измерения уровня потребления тока электроприемниками 1 свободного графика потребления соединены с входами сдвигового регистра 8 и формирователя сдвига 9. Выход формирователя сдвига соединен с управляющим входом сдвигового регистра 8. Выходы сдвигового регистра 8 соединены с входами блока коммутационных устройств 7 электроприемников принудительного графика потребления 2.

Блок измерения уровня потребления тока электроприемниками свободного графика потребления 4 может быть выполнен из трех одинаковых трансформаторов тока 10.1, 10.2 и 10.3 (например, на кольцевых магнитопроводах из феррита, где первичной обмоткой служит фазный проводник, пропущенный через отверстие магнитопровода, а вторичная обмотка намотана на кольцо). Напряжение с вторичных обмоток трансформаторов поступает на вход выпрямительных мостов 11.1, 11.2 и 11.3 и выпрямленное подается на резисторы 12.1, 12.2 12.n. Резисторами 12.1, 12.2 12.n устанавливают ток срабатывания пороговых элементов 13.1, 13.2 13.n, представляющих собой инверторы (например, микросхема К155 ЛН1). Выходы пороговых элементов 13.1, 13.2 13.n соединены с информационными D-входами сдвигового регистра 8. Формирователь сдвига 9 включает генератор импульсов (ГИ) 14, делитель частоты 15, первую 16 и вторую 17 группы D-триггеров, группу схем ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 18 и схему N ИЛИ 19. В качестве D-триггеров могут быть использованы микросхемы К155ТМ2, а схем ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ микросхемы К155ЛП5. При этом n выходов блока измерения уровня потребления тока электроприемниками свободного графика потребителя 4 соединены с информационными D-входами сдвигового регистра 8, число которых равно n, и с информационными D-входами первой группы D-триггеров 16, число которых равно n, выходы которых соединены с первыми входами группы схем ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 18, число которых равно n, и с информационными D-входами второй группы D-триггеров 17, число которых также равно n, выходы которых соединены с вторыми входами группы схем ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 18, выходы которых соединены с входами схемы N ИЛИ 19, выход которой соединен с вторым тактовым входом С2 и входом РЕ разрешения параллельной загрузки сдвигового регистра 8, выходы которого соединены с входами блока коммутационных устройств 7 электроприемников принудительного графика потребления 2, число которых равно n, при этом выход генератора тактовых импульсов 14 формирователя сдвига 9 соединен с тактовыми входами С D-триггеров 16, 17 и через делитель частоты 15 подключен к первому тактовому входу С1 сдвигового регистра 8, а последний выход сдвигового регистра 8 соединен с его последовательным входом данных S1. Выходы сдвигового регистра 8 могут быть, например, соединены с полностью управляемыми тиристорами 20, через которые получают питание катушки управления 21 коммутационных устройств 7.

Устройство работает следующим образом.

При коммутации цепей питания электроприемников свободного графика потребления 1 коммутационными устройствами 6 (катушки управления не показаны) через блок измерения уровня потребления тока электроприемниками свободного графика потребления 4 протекает ток, пропорциональный мощности подключенных электроприемников 1. При уровне потребления тока электроприемниками 1 свободного графика потребления ниже заданного нижнего уровня срабатывания блока 4 на информационные D-входы сдвигового регистра 8 подаются разрешающие сигналы. С выходов сдвигового регистра 8 разрешающие сигналы подаются на управляющие входы коммутационных устройств 7. Коммутационные устройства 7.1, 7.2 7. n осуществляют коммутацию в цепях питания электроприемников принудительного графика потребления электрической энергии 2 (электроприемники 2.1, 2.2 2.n соответственно). Рассмотрим приведенный пример. Когда уровень тока, потребляемого электроприемниками 1 свободного графика потребления, меньше заданного нижнего уровня срабатывания порогового элемента 13.1, на его выходе формируется сигнал высокого уровня. Аналогичный сигнал формируется на выходах элементов 13.2 13.n. Сигналы высокого уровня подаются на входы D1, D2 DN сдвигового регистра. На всех выходах регистра 8 формируются сигналы, открывающие тиристоры 20, через которые получают питание катушки управления 21 коммутационных устройств 7. При токе, превышающем один или больше уровней срабатывания пороговых элементов 13, на соответствующие D-входы сдвигового регистра 8 подаются сигналы низкого уровня, которые отключают соответствующие электроприемники 2. Сдвиг сигналов на выходах сдвигового регистра 8 осуществляется управляющим импульсом по первому тактовому входу С1, поступающим с делителя частоты 15. При изменении уровня потребляемого тока, приводящего к изменению состояния пороговых элементов 13, на входе РЕ сдвигового регистра 8 формируется управляющий сигнал, приводящий в соответствие входы и выходы сдвигового регистра 8.

Управляющий сигнал по входу РЕ формируется следующим образом. На входы схем ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 18 подаются два сигнала: один -прошедший с входа D на выход соответствующего триггера 16 по разрешающему импульсу ГИ по тактовому С-входу и предшествующий, прошедший кроме указанного триггера также с входа D на вход соответствующего триггера 16 по разрешающему импульсу ГИ 14 по тактовому С-входу и предшествующий, прошедший кроме указанного триггера, также с входа D, на выход соответствующего триггера 17 и при их разном уровне на выходе схемы 19 формируется сигнал высокого уровня, который с его выхода подается на второй тактовый вход С2 и вход разрешения параллельной загрузки РЕ сдвигового регистра 8.

Описанное устройство управления предполагает, что электроприемники принудительного графика потребления 2 выполнены примерно на одну мощность, при этом уровень тока срабатывания пороговых элементов 13 соответствует уровню потребления тока электроприемников 1.

Заявленное изобретение позволяет повысить эффективность использования электрической энергии электроприемниками, т. к. во-первых, ограничивает мощность, потребляемую электроприемниками, т.е. снижает расчетную мощность энерговвода или трансформаторной подстанции; во-вторых, позволяет заполнить график потребления электроэнергии без увеличения пикового потребления выше заданного предела, в-третьих, за счет равномерного графика потребления электроэнергии не создает пики в утренние и вечерние часы и заполняет ночной провал; в-четвертых, за счет снижения удельной расчетной мощности потребителей позволяет подключить дополнительные потребители к существующей подстанции и сетям.

Техническая реализация заявляемого устройства не вызывает сомнения, например, в усадебных домах (коттеджах) с единым энергетическим вводом (≈3N, 380 В, 50 Гц), где электрифицированы процессы пищеприготовления, горячего водоснабжения, обогрева, воздухообмена и т.д. В качестве электроприемников свободного графика потребления в данном случае выступают электроплита, осветительная и другая бытовая нагрузка, а электроприемниками принудительного графика потребления являются устройства аккумуляционного электрообогрева. Для обогрева домов 125-й и 181-й серий с тремя комнатами и кухней в качестве электроприемников принудительного графика потребления могут выступать бетонные греющие панели, примерно на одну мощность в каждой комнате, соединенные для симметрии трехфазно, например в звезду.

В данном случае блок измерения уровня потребления тока электроприемниками свободного графика потребления будет иметь четыре пороговых элемента, а сдвиговой регистр может быть выполнен на микросхеме К155ИР1. Время следования управляющих импульсов с делителя частоты будет определяться с учетом времени работы обогревающих устройств при четырех уровнях срабатывания пороговых элементов по вероятностному закону суточного графика нагрузки, потребляемой электроприемниками свободного графика потребления, и аккумуляционной способности обогревающих устройств, которая будет существенно снижена за счет увеличения возможного времени работы каждого из обогревающих устройств, что приведет к снижению массогабаритных показателей этих устройств.

Использование: в энергетике, в устройствах управления режимами потребления трансформаторных подстанций, а также энергетическими вводами предприятий и прочих потребителей. Сущность: управляющий блок выполнен из сдвигового регистра и формирователя, причем выходы блока измерения уровня потребления тока электроприемниками свободного графика потребления соединены с входами сдвигового регистра и формирователя сдвига, выход которого соединен с управляющим входом сдвигового регистра, выходы которого соединены с входами блока коммутационных устройств электроприемников принудительного графика потребления. Устройство позволяет повысить эффективность использования электроэнергии электроприемниками без увеличения установленной мощности источников. 2 ил.

Устройство управления электроприемниками, содержащее блок измерения уровня потребления тока электроприемниками свободного графика потребления, управляющий блок и блок коммутационных устройств электроприемников принудительного графика потребления, при этом выходы блока измерения уровня потребления тока электроприемниками свободного графика потребления соединены с входами управляющего блока, выходы которого соединены с входами блока коммутационных устройств электроприемников принудительного графика потребления, отличающееся тем, что управляющий блок выполнен из сдвигового регистра и формирователя сдвига, включающего генератор импульсов, делитель частоты, первую и вторую группу D-триггеров, группу схем ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и схему ИЛИ, причем n-выходов блока измерения уровня потребления тока электроприемниками свободного графика потребления соединены с информационными D-входами сдвигового регистра, число которых равно n, и с информационными D-входами первой группы D-триггеров, число которых равно n, выходы которых соединены с первыми входами группы схем ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, число которых равно n, и с информационными D-входами второй группы D-триггеров, число которых равно n, выходы которых соединены с вторыми входами группы схем ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы которых соединены с входами схемы ИЛИ, выход которой соединен с вторым тактовым С2-входом и РЕ-входом разрешения параллельной загрузки сдвигового регистра, выходы которого соединены с входами блока коммутационных устройств электроприемников принудительного графика потребления, число которых равно n, при этом выход генератора тактовых импульсов формирователя сдвига соединен с тактовыми С-входами D-триггеров и через делитель частоты подключен к первому тактовому С1-входу сдвигового регистра, а последний n-й выход сдвигового регистра соединен с его последовательным S1-входом данных.