СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГРУППОЙ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ Российский патент 2005 года по МПК H02J13/00 G05D23/19 

Предлагаемое изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для температурно-временного управления группой электронагревательных устройств, например для электроотопления (охлаждения) и горячего водоснабжения индивидуальных домов и квартир.

Известен способ управления регуляторами (см. авт. св. СССР №395826, М. Кл. Н 02 р 13/16) с различными токами нагрузки, при котором каждый регулятор включают в момент уменьшения суммарного тока других потребителей и части регуляторов, каждый из которых имеет больший ток нагрузки, чем данный и выключают в момент увеличения того же суммарного тока.

Недостатком данного способа являются низкие энергетические показатели при медленных изменениях тока нагрузок сети энергоснабжения, так как режим работы регуляторов в этом случае никак не связан с рабочим состоянием сети энергоснабжения.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ управления температурно-временным режимом электронагревательных устройств (см. патент РФ №2189684, МПК⁷ H 02 J 13/00, G 05 D 23/19), осуществляющий оптимизацию работы нагревательного устройства с учетом как рабочего состояния сети энергоснабжения, так и желательной циклограммы пользователя, включающей желаемое изменение температуры.

Недостатком данного способа является то, что отсутствует непосредственная взаимосвязь между режимами работы отдельных нагревательных устройств при их групповом применении.

Это, во-первых, не позволяет при дефиците мощности в энергосистеме минимизировать отклонения температуры от желаемых значений у всех объектов регулирования. Одни нагревательные устройства, находящиеся в нагреваемой среде с незначительными отклонениями температуры от желаемого значения, могут оказаться включенными, в то время как другие нагревательные устройства, находящиеся в нагреваемой среде с более значительными отклонениями температуры от желаемого значения, будут из-за дефицита мощности отключены. Во-вторых, имеют место низкие энергетические показатели, так как не обеспечивается выравнивание графика энергопотребления.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении качества регулирования температуры нагреваемых сред: уменьшении отклонений температуры нагреваемых сред от желаемых значений при лимите электрической мощности за счет перераспределения мощности между нагревательными устройствами в соответствии с величиной отклонения температуры нагреваемых сред, а также в повышении энергетических показателей за счет сглаживания графика энергопотребления.

Указанный технический результат достигается способом, предусматривающим управление группой электронагревательных устройств, установленных у конечного потребителя, включающим подключение электронагревательных устройств потребителя к сети энергоснабжения с использованием локального управляющего блока, выполненного с возможностью управления работой электронагревательных устройств, в котором, согласно изобретению, используют температурно-временные циклограммы потребителя, представляющие желаемое изменение температуры нагреваемой среды, в каждый контрольный момент времени для принятия решения о допустимости включения нагревательных устройств, температура нагреваемой среды которыми ниже желаемого значения, сравнивают на контролируемых интервалах времени реальное энергопотребление с желательным в следующий контрольный момент времени потреблением, выраженным линейной функцией через установленный для потребителя лимит электрической мощности или желательную для системы энергоснабжения циклограмму мощности, отключают все нагревательные устройства потребителя, если результат сравнения отрицательный, при котором значение реального энергопотребления больше желательного, или равен нулю, если - положительный, то на основании полученного результата определяют значение желательной мощности, обеспечивающей в следующий контрольный момент времени совпадение значений реального и желательного энергопотребления, находят разность между желательной и реальной мощностью, если разность положительна, то из числа отключенных нагревательных устройств включают поочередно нагревательные устройства в порядке убывания отклонений температуры нагреваемых сред от желаемых значений, после включения каждого нагревательного устройства контролируют разность между желательной и реальной мощностью, если разность становится отрицательной, то отключают в порядке возрастания отклонений температуры нагреваемых сред от желаемого значения только те нагревательные устройства, отклонение температуры нагреваемой среды которыми меньше, чем отклонение температуры нагреваемой среды любого отключенного нагревательного устройства, отключают до тех пор, пока разность мощностей, контролируемая после отключения каждого нагревательного устройства, ни станет положительной и так далее, до включения всех отключенных нагревательных устройств или до отключения всех включенных нагревательных устройств отклонение температуры нагреваемой среды которыми меньше, чем отклонение температуры среды любого отключенного нагревательного устройства, отключают нагревательные устройства, температура нагреваемой среды которыми выше или равна желаемому значению, при совпадении отклонений температуры нагреваемых сред у нескольких нагревательных устройств включают или отключают нагревательное устройство с меньшим порядковым номером.

Регулирование энергопотребления группы электронагревательных устройств на основе сравнения на контролируемых интервалах времени реального энергопотребления с желательным, выраженным линейной функцией через установленный для потребителя лимит энергетической мощности или желательную для системы энергоснабжения циклограмму мощности, позволяет приблизить реальное энергопотребление к желательному, т.е. сгладить реальный график энергопотребления, а следовательно, снизить потери мощности в сети энергоснабжения и обеспечить высокие энергетические показатели.

Поочередное включение нагревательных устройств в порядке убывания отклонения температуры нагреваемой среды от желаемого значения, если разность между желательной и реальной мощностью положительна, и отключение нагревательных устройств в порядке возрастания отклонения температуры нагреваемой среды от желаемого значения, если разность между желательной и реальной мощностью отрицательна, обеспечивает выравнивание отклонений температур различных нагреваемых сред, не допуская резкого увеличения отклонения температуры в отдельных нагреваемых средах.

Таким образом, включенными всегда оказываются электронагревательные устройства с наибольшим отклонением температуры нагреваемой среды от желаемого значения.

При необходимости для поддержания общего энергопотребления в пределах отведенного лимита мощности в первую очередь отключаются электронагревательные устройства с наименьшим отклонением температуры нагреваемой среды от желаемого значения.

Это существенно повышает качество регулирования температуры и обеспечивает энергопотребление в пределах установленного лимита мощности.

Подробное описание предлагаемого изобретения в одном из вариантов его реализации приведено ниже совместно с сопровождающими чертежами.

На фиг.1 представлена схема управляющей структуры для осуществления способа предлагаемого изобретения.

На фиг.2 приведены графики лимита (желательной) электрической мощности потребителя Р_м, реального W_p и желательного W_ж=P_ж·_{t, где 0≤ t≤ T, энергопотребления на контролируемом интервале времени Т с контрольными моментами времени ti.}

На фиг.3 и фиг.4 показаны примеры циклограмм желательной для системы энергоснабжения мощности потребителя и желаемой для потребителя температуры нагреваемой среды.

На фиг.5 и фиг.6 приведен алгоритм работы локального блока управления, входящего в состав управляющей структуры.

Потребитель 1, подключенный к сети энергоснабжения 2, схематически изображен на фиг.1. У потребителя 1 установлен локальный блок управления 3, который через линию связи 4 соединен с термоизмерительными устройствами 5 и датчиком мощности 6. К сети энергоснабжения 2 подключены нагревательные (регулируемые) устройства 7 и прочие (нерегулируемые) электроприемники 8 потребителя 1. При этом нагревательные 7 и термоизмерительные 5 устройства размещены в тех средах 9 (комнатах, водонагревателях), на температуру которых осуществляется воздействие.

Способ управления группой электронагревательных устройств осуществляется следующим образом.

На контролируемом интервале времени Т, равном 30 минутам, в контрольные моменты времени t_i, где i=1, 2,..., N (фиг.2), локальный блок управления 3 через линию связи 4 производит опрос всех термоизмерительных устройств 5. Интервал между контрольными моментами времени в зависимости от необходимой точности определения энергопотребления и температуры нагреваемой среды, как правило, составляет порядка одной или нескольких минут, что несоизмеримо больше времени, необходимого для выполнения всех операций локальным (микропроцессорным) блоком управления 3 и вычисления мощности датчиком мощности 6. В базе данных локального блока управления 3 хранятся желательная для системы энергоснабжения циклограмма энергопотребления P(t) (фиг.3) или значение лимита электрической мощности Р_м, а также желательные для потребителя температурно-временные циклограммы θ _ж(t) (фиг.4) для каждой нагреваемой среды 9.

Если температура нагреваемой среды 9 выше или равна желаемому значению, то через линию связи 4 на соответствующее нагревательное устройство 7 с локального блока управления 3 поступает команда на отключение.

Если температура нагреваемой среды 9 ниже желаемого значения, то для принятия решения о допустимости включения нагревательного устройства 7 на подынтервале [t_i, t_i+1] в локальном блоке управления 3 в соответствии с рабочей программой осуществляется анализ энергопотребления. Рассчитывается желательное энергопотребление Δ W_жi нa подынтервале [t_i, t_i+1]

Δ W_жi=(W_ж(i+1)-W_pi),

где W_ж(i+1)=Р_м·_{ti+1 - желательное энергопотребление на подынтервале [t0, ti+1], Wpi - реальное энергопотребление на подынтервале [t0, ti], вычисляется на основании данных опроса датчика мощности 6.}

Если Δ W_жi≤_{0, т.е. на контролируемом интервале Т реальное энергопотребление в контрольный момент времени ti превосходит или равно желательному энергопотреблению в последующий контрольный момент времени ti+1, то с локального блока управления 3 на нагревательные устройства 7 поступает команда на отключение.}

Если Δ W_жi>0, то локальный блок управления 3 определяет желательную на подынтервале [t_i, t_i+1] мощность согласно выражению

P_жi=Δ W_жi/(t_i+1-t_i).

Желательная мощность - это такая постоянная по величине на подынтервале [t_i, t_i+1] мощность, потребление которой в течение этого подынтервала (на фиг.2 показано пунктиром) обеспечивает к следующему контрольному моменту времени t_i+1 совпадение на контролируемом интервале Т реального энергопотребления с желательным. Локальный блок управления 3 считывает с выхода датчика мощности 6 значение реальной мощности P_pi и сравнивает его с величиной желательной мощности Р_жi.

Если результат сравнения мощностей больше нуля, т.е. Р_жi>Р_рi, то на выходе локального блока управления 3 формируется команда на включение нагревательного устройства 7 с наибольшим из числа отключенных нагревательных устройств 7 отклонением температуры нагреваемой среды 9 от желаемого значения. После включения этого нагревательного устройства 7 с датчика мощности 6 снова считывается значение реальной мощности Р_рi и сравнивается с желательной Р_жi и т.д., пока локальный блок управления 3 не включит все отключенные нагревательные устройства 7 или пока результат сравнения мощностей ни станет отрицательным. Если локальный блок управления 3 включит все нагревательные устройства 7, то он переходит в режим ожидания метки следующего контрольного момента времени t_i+1.

Если результат сравнения мощностей становится отрицательным или равным нулю, т.е. потребленная за время контроля электроэнергия равна или больше желательного значения, то локальный блок управления 3 формирует команду отключения нагревательного устройства 7 с минимальным отклонением температуры нагреваемой среды 9 от желаемого значения. После отключения этого нагревательного устройства 7 локальный блок управления 3 снова считывает значение реальной мощности Р_рi и, если она больше желательной мощности Р_жi, то формирует команду на отключение следующего нагревательного устройство 7 с минимальным отклонением температуры нагреваемой среды 9 от желаемого значения и т.д. Если реальная мощность Р_рi становится меньше желательной Р_жi, то локальный блок управления 3 включает нагревательное устройство 7 с максимальным отклонением температуры нагреваемой среды от желаемого значения. Когда все включенные нагревательные устройства 7 будут отключены или все отключенные нагревательные устройства будут включены, локальный блок управления 3 переходит в режим ожидания метки следующего контрольного момента времени t_i+1 и цикл повторяется.

Таким образом, в формировании графика энергопотребления при лимите мощности в первую очередь участвуют нагревательные устройства с наибольшим отклонением температуры нагреваемой среды от желаемого значения. Такое распределение электроэнергии между нагревательными устройствами обеспечивает снижение амплитуды отклонений температуры нагреваемой среды от желаемого значения, улучшает качество регулирования.

При использовании данного способа при охлаждении отключение устройств осуществляется при температуре охлаждаемой среды ниже желаемого значения.

Использование: для температурно-временного управления группой электронагревательных устройств. Техническим результатом изобретения является повышение качества регулирования температуры. В каждый контрольный момент времени для принятия решения о допустимости включения нагревательных устройств, температура нагреваемой среды которыми ниже желаемого значения, сравнивают на контрольных интервалах времени реальное энергопотребление с желательным в следующий ближайший контрольный момент времени потреблением. Отключают все нагревательные устройства потребителя, если результат сравнения отрицательный или равен нулю. Если результат положительный, то определяют значение желательной мощности, обеспечивающей совпадение значений реального и желательного энергопотребления. Находят разность между желательной и реальной мощностью, если разность положительна, то из числа отключенных нагревательных устройств включают поочередно нагревательные устройства в порядке убывания отклонений температуры нагреваемых сред от желаемых значений, после чего контролируют разность между желательной и реальной мощностью, если разность становится отрицательной, то отключают в порядке возрастания отклонений температуры нагреваемых сред от желаемого значения только те нагревательные устройства, отклонение температуры нагреваемой среды которыми меньше, чем отклонение температуры нагреваемой среды по меньшей мере у одного из отключенных нагревательных устройств. Отключают до тех пор, пока разность мощностей, контролируемая после отключения каждого нагревательного устройства, ни станет положительной и так далее, до включения всех отключенных нагревательных устройств или до отключения всех включенных нагревательных устройств. 6 ил.

Способ управления группой электронагревательных устройств, установленных у конечного потребителя, включающий подключение электронагревательных устройств потребителя к сети энергоснабжения с использованием локального управляющего блока, выполненного с возможностью управления работой электронагревательных устройств, заключающийся в том, что используют температурно-временные циклограммы потребителя, представляющие желаемое изменение температуры нагреваемой среды, отличающийся тем, что в каждый контрольный момент времени производят опрос всех термоизмерительных устройств и для принятия решения о допустимости включения нагревательных устройств, температура нагреваемой среды которыми ниже желаемого значения, сравнивают на контролируемых интервалах времени реальное энергопотребление с желательным в следующий ближайший контрольный момент времени потреблением, выраженным линейной функцией через установленный для потребителя лимит электрической мощности или желательную для системы энергоснабжения циклограмму мощности, отключают все нагревательные устройства потребителя, если результат сравнения отрицательный, при котором значение реального энергопотребления больше желательного, или равен нулю, если - положительный, то на основании полученного результата определяют значение желательной мощности, обеспечивающей в следующий ближайший контрольный момент времени совпадение значений реального и желательного энергопотреблений, находят разность между желательной и реальной мощностями, если разность положительна, то из числа отключенных нагревательных устройств включают поочередно нагревательные устройства в порядке убывания отклонений температуры нагреваемых сред от желаемых значений, после включения каждого нагревательного устройства контролируют разность между желательной и реальной мощностями, если разность становится отрицательной или равной нулю, то отключают в порядке возрастания отклонений температуры нагреваемых сред от желаемого значения только те нагревательные устройства, отклонение температуры нагреваемой среды которыми меньше чем отклонение температуры нагреваемой среды по меньшей мере у одного из отключенных нагревательных устройств, отключают до тех пор, пока разность мощностей, контролируемая после отключения каждого нагревательного устройства, станет положительной и так далее до включения всех отключенных нагревательных устройств или до отключения всех включенных нагревательных устройств, отклонение температуры нагреваемой среды которыми меньше, чем отклонение температуры среды по меньшей мере у одного из отключенных нагревательных устройств, отключают нагревательные устройства, температура нагреваемой среды которыми выше или равна желаемому значению, при совпадении отклонений температуры нагреваемых сред у нескольких нагревательных устройств включают или отключают нагревательное устройство с меньшим порядковым номером.