УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКАМИ Российский патент 1998 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 едиными энергетическими вводами (на пищеприготовление, обогрев, горячее водоснабжение, воздухообмен, освещение и прочие бытовые нужды) усадебных домов (коттеджей).

Известно устройство для выравнивания графиков электрических нагрузок электроэнергетического агрегата, например трансформаторной подстанции [1] Оно содержит датчик тока оснований нагрузки, подключенный ко вторичной обмотке силового трансформатора питающей подстанции. К выходу датчика тока подключен n-разрядный аналого-цифровой преобразователь, выходы которого соединены с управляющими входами переключающих элементов. Вторые входы переключающих элементов подключены к вторичной обмотке силового трансформатора питающей подстанции. К выходам переключающих элементов подключены дополнительные нагрузки, которые представляют собой теплоаккумулирующую установку.

К недостаткам указанного устройства следует отнести следующее: управление дополнительными (буферными) электроприемниками осуществляется по случайному закону, не учитывая степень зарядки аккумуляторов тепловой энергии и не распределяя возможность подключения к источнику электроснабжения равномерно среди указанных электроприемников; устройство не учитывает того обстоятельства, что установленная мощность аккумуляционных обогревающих устройств может быть уменьшена при повышении температуры наружного воздуха путем отключения части буферных электроприемников, что уменьшает пиковую составляющую графика нагрузки трансформаторной подстанции (ТП) при использовании нескольких устройств управления электроприемниками, подключаемых к одной ТП.

Задачей изобретения является создание устройства управления электроприемниками, позволяющего повысить эффективность использования электрической энергии электроприемниками путем выравнивания графика нагрузки ТП и энергетических вводов потребителей.

Поставленная задача решается тем, что в отличие от прототипа управляющий блок выполнен из сдвигового регистра, формирователя сдвига, детекторов температуры атмосферного воздуха и блока дизъюнкций, причем выходы блока измерения уровня потребления тока электроприемниками свободного графика потребления соединены с первыми входами блока дизъюнкций, вторые входы которого соединены с детекторами температуры атмосферного воздуха, а выходы соединены со входами сдвигового регистра и формирователя сдвига, выход которого соединен с управляющим входом сдвигового регистра, выходы которого соединены с входами блока коммутационных устройство электроприемников принудительного графика потребления.

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

При излучении 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 структурная схема устройства управления электроприемниками; на фиг.2 -пример выполнения устройства.

Устройство управления электроприемниками свободного 1 (соответственно электроприемниками 1.1, 1.2, 1.3.1.n) и принудительного 2 (соответственно электроприемниками 2.1, 2.2, 2.3 и 2.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 6 и 7 электроприемников свободного 1 (коммутационные устройства 6.1, 6.2, 6.3.6.n соответственно) и принудительного 2 (коммутационные устройства 7.1, 7.2, 7.3.7.n соответственно) графиков потребления.

Управляющий блок 5 выполнен из сдвигового регистра 8, формирователя сдвига 9, детекторов температуры атмосферного воздуха 10 (10.1, 10.2, 10.3. 10. n соответственно) и блока дизъюнкций 11, состоящего из схем дизъюнкций 11.1, 11.2, 11.3.11.n соответственно. Выходы блока 4 измерения уровня потребления тока электроприемниками 1 свободного графика потребления соединены с первыми входами блока дизъюнкций и 11 (первый выход с первым входом схемы дизъюнкций 11.1 и т.д.). Вторые входы схем дизъюнкций 11.1, 11.2, 11.3.11.n блока дизъюнкций 11 соединены с детекторами температуры атмосферного воздуха 10 (детектор 10 соединен с вторым входом дизъюнкций 11.1 и т.д.)
Выходы дизъюнкций 11.1, 11.2, 11.3.11.n соединены с входами сдвигового регистра 8 формирователя сдвига 9. Выход формирователя 9 соединен с управляющим входом сдвигового регистра 8. Выходы сдвигового регистра 8 соединены с входами блока коммутационных устройств 7 электроприемников принудительного графика потребления 2.

На фиг.2 приведен пример конкретного выполнения устройства управления.

Блок измерения уровня потребления тока электроприемниками свободного графика потребителя 4 может быть выполнен из трех одинаковых трансформаторов тока 12.1, 12.2, 12.3(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 13.1, 13.2, 13.3 и выпрямленное подается на резисторы 14.1, 14.2.14.n. Резисторами 14.1, 14.2. 14.n устанавливают ток срабатывания пороговых элементов 15.1, 15.2. 15n, представляющих собой инверторы (например, микросхема К155ЛН1). Выходы пороговых элементов 15.1, 15.2.15.n соединены с первыми входами блока дизъюнкций 11, состоящего их схем конъюкций 11.1, 11.2.11.n, представляющих собой элементы 16.1, 16.2.16.n (например, К155ЛЛ1). Вторые входы схем конъюкций 11.1, 11.2.11.n (элементы 16.1, 16.2.16.n 2 ИЛИ) соединены с детекторами температуры атмосферного воздуха 10 (детектор 10.1 соединен с вторым входом элемента 16.1 и т.д.).

Выходы элементов 16.1, 16.2.16.n соединены с параллельными входами D1, D2. D.N сдвигового регистра 8. Формирователь сдвига 9 может быть выполнен, например, из генератора импульсов (ГИ) 17, делителя частоты 18, первой группы Д-триггеров 19 (триггеры 19.1, 19.2.19.n соответственно),второй группы триггеров 20 (триггеры 20.1, 20.2.20.n соответственно), группы схем ИCKЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21 (схемы 21.1, 21.2.21.n соответственно) и схемы N ИЛИ 22. В качестве Д-триггеров могут быть использованы микросхемы К 155 ТМ2, а схем ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ -микросхемы К 155 ЛП5. Выход ГИ 17 (частота следования импульсов может быть принята 1 Гц) соединен с C-выходами триггера 19, 20 и входом делителя частоты 18.

Выходы элементов 16.1, 16.2.16.n соединены также с входами D-триггеров 19.1, 19.2.19.n соответственно. Выходы триггеров 19 соединены с входами D-триггеров 20 (выход 19.1 соединен с входом 20.1 соответственно) и с первыми входами схем ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21 (выход 19.1 соединен с входом 21.1 соответственно). Выходы триггеров 20 соединены с вторыми входами схем 21 (выход 20.1 соединен с входом 21.1 соответственно). Выходы схем 21 соединены с входами N ИЛИ 22.Выход схемы 22 соединен с входами V2 и C2 сдвигового регистра 8. Выходы делителя частоты 18 соединены с входом C1 регистра 8. Последний выход регистра 8 соединен с его входом V1. Выходы сдвигового регистра соединены с полностью управляемыми тиристорами 23 (23.1, 23.2.23.n соответственно), через которые получают питание катушки управления 24 (24.1, 24.2. 24.n соответственно) коммутационных устройств 7 (7.1, 7.2.7.n) соответственно).

Устройство работает следующим образом. При коммутации цепей питания электроприемников свободного графика потребления 1 (фиг.1) коммутационными устройствами 6 (катушки управления не показаны) через блок измерения уровня потребления тока электроприемника свободного графика потребления 4 протекает ток, пропорциональный мощности подключенных электроприемников 1.

При уровне потребления тока электроприемниками 1 свободного графика потребления меньше заданного нижнего уровня срабатывания блока 4 на первые входы схем дизъюкций 11.1, 11.2.11.n подаются разрешающие сигналы (например, сигнал высокого уровня). Детекторы температуры 10 измеряют температуру атмосферного воздуха и их выходные сигналы приведены в соответствие с требуемой при данной температуре мощности,а следовательно, количества электроприемников 2 принудительного графика нагрева. Например, при самой низкой расчетной температуре атмосферного воздуха на выходах всех детекторов температуры 10 появляется разрешающий сигнал (например, сигнал высокого уровня), который подается на вторые входы схем дизъюнкций 11.1, 11.2.11.n. С выходов схем 11 разрешающие сигналы подаются на параллельные входы сдвигового регистра 8. С выходов сдвигового регистра 8 разрешающие сигналы подаются на управляющие входы коммутационных устройств 7.1, 7.2.7.n блока коммутационных устройств 7. Коммутационные устройства осуществляют коммутацию в цепях питания электроприемников принудительного графита потребления электрической энергии 2 (электроприемниками 2.1, 2.2, 2.3.2.n соответственно).

При токе, потребляемом электроприемниками 1 свободного графика потребления, превышающим один или более уровней срабатывания блока измерения уровня потребления тока электроприемниками свободного графика потребления 4 на первые входы схем дизъюнкций 11 подаются запрещающие сигналы (например, сигналы низкого уровня), начиная с верхней схемы дизъюнкций 11.1, количество которых равно количеству уровней срабатывания блока 4. На остальные первые входы схем 11 подаются разрешающие сигналы.

При температуре атмосферного воздуха, превышающей самую низкую расчетную, на вторые входы схем дизъюнкций 11 подаются запрещающие сигналы (например, сигналы низкого уровня), начиная с верхнего детектора температуры атмосферного воздуха 10.1. Количество схем дизъюнкций 11 может совпадать с количеством детекторов температуры 10.

На выходах схем дизъюнкций 11, на входах которых установлены разрешающие сигналы, появляются также разрешающие сигналы, которые подаются на параллельные входы сдвигового регистра 8. На остальные входы регистра 8 подаются запрещающие сигналы. С выходов сдвигового регистра 8 запрещающие сигналы подаются на управляющие входы соответствующих коммутационных устройств блока 7, обеспечивая соответствующие электроприемники 2. Сигналы управления с выхода формирователя сдвига 9, поступающие на управляющий вход сдвигового регистра 8, осуществляют сдвиг выходных сигналов сдвигового регистра 8 каждый раз на один шаг. Таким образом, коммутация электроприемников принудительного графика потребления 2 осуществляется по "бегущей волне".

Когда уровень тока (фиг.2), потребляемого электроприемника 1 свободного графика потребления, меньше заданного нижнего уровня срабатывания порогового элемента 15.1, на его выходе формируется сигнал высокого уровня. Аналогичный сигнал формируется на выходах элементов 15.2.15.n. Сигналы высокого уровня подаются на первые входы элементов 16.1, 16.2.16.n.

В зависимости от температуры атмосферного воздуха часть детекторов температуры 10 имеет на выходе сигналы низкого, а другая высокого уровня; т. е. весь диапазон температур атмосферного воздуха, при которых требуется включение электроприемников принудительного графика потребления 2, например аккумуляционных электрообогревателей, разбит на (n-1) участков и детекторы 10 фиксируют ступенчато изменение температуры. Например, диапазон температур от -40 до +10^oC разбит на участки через 10^oC, т.е. детекторы будут реагировать на температуру 40, 30, -20, -10,0 +10^oC.

Допустим температура атмосферного воздуха -12^oC. Тогда детекторы 10 на -40, -30, -20^oC будут иметь низкий уровень выходного сигнала, а на -10,0 и 10^oC высокий. На выходах элементов 16, на выходах которых установлены разрешающие сигналы, появляются также сигналы высокого уровня, которые подаются на параллельные входы сдвигового регистра 8. На остальные входы регистра 8 подаются запрещающие сигналы. Полностью управляемые тиристоры 23 открыты или закрыты, в зависимости от уровня управляющего сигнала. Через открытые тиристоры 23 получают питание катушки управления 24 коммутационных устройств 7, через контакты которые включаются соответствующие электроприемниками 2.

Сдвиг сигналов на выходах сдвигового регистра осуществляется управляющим импульсом по входу C1, поступающим с делителя частоты 18. При изменении уровня потребляемого тока или температуры атмосферного воздуха, приводящих к изменению состояния сигналов на выходах элементов 16, на выходе V2 сдвигового регистра 8 формируется управляющий сигнал, проводящий в соответствие входы и выходы сдвигового регистра 8. Этот сигнал формируется следующим образом. На входы схем ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21 подается два сигнала: один, прошедший с входа D на выход соответствующего триггера 19 по размещающему импульсу ГИ 17 по C- входу,и предшествующий, прошедший,кроме указанного триггера, также со входа D на выход соответствующего триггера 20, и при их разном уровне на входе схемы 22 формируется сигнал высокого уровня, который с ее выхода подается на вход V2 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 15 соответствует уровню потребления тока электроприемника 2.

Заявляемое изобретение позволяет повысить эффективность использования электрической энергии электроприемниками, так как,во-первых, ограничивает мощность, потребляемую электроприемниками, т.е. снижает расчетную мощность энерговвода или трансформаторной подстанции; во-вторых, уменьшает пиковую составляющую графика нагрузки ТП при использовании нескольких устройств, подключаемых к одной ТП; в-третьих, увеличивает коэффициент заполнения графика нагрузки, в-четвертых, за счет снижения удельной расчетной мощности потребителей позволяет подключить дополнительные потребители к существующей подстанции и сетям.

Изобретение относится к энергетике. Задачей изобретения является создание устройства управления электроприемниками, позволяющего повысить эффективность использования электрической энергии электроприемниками путем выравнивания графика нагрузки ТП и энергетических выводов потребителей. Задача решается тем, что управляющий блок 5 выполнен из сдвигового регистра 8, формирователя сдвига 9, детекторов температуры атмосферного воздуха 10 и блока дизъюнкций 11, причем выходы блока измерения уровня потребления тока электроприемниками свободного графика потребления 4 соединены с первыми входами блока дизъюнкций 11, вторые входы которого соединены с детекторами температуры атмосферного воздуха 10, а выходы соединены с входами сдвигового регистра 8 и формирователя сдвига 9, выход которого соединен с управляющим входом сдвигового регистра 8, выходы которого соединены с входами блока коммутационных устройств электроприемников принудительного графика потребления 7. 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 содержит сдвиговой регистр, формирователь сдвига, детекторы температуры атмосферного воздуха и блок дизъюнкций, причем выходы блока измерения уровня потребления тока электроприемниками свободного графика потребления соединены с первыми входами блока дизъюнкций, вторые входы которого соединены с выходами детекторов температуры атмосферного воздуха, а выходы 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.