СЧЕТЧИК ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ Российский патент 2010 года по МПК G01R19/02 G01R11/00 

Предлагаемое изобретение относится к области информационно-измерительной и вычислительной техники, предназначено для вычисления среднеквадратического значения тока нагрузки и может быть использовано в качестве счетчика потерь электроэнергии в течение текущих суток, а также за прошедшие сутки, месяцы, годы.

Известно устройство для определения одномерных начальных моментов К-го порядка случайного сигнала [1], содержащее интегрирующий аналого-цифровой преобразователь, блок определения математического ожидания, реверсивные счетчики управления и результата, десятичный счетчик порядка момента, счетчик выборки, триггеры, элементы И, ИЛИ, НЕ, цифроаналоговый преобразователь, дешифратор, блок индикации, переключатели.

Недостатками аналога являются сложность, невысокая точность и узкие функциональные возможности устройства.

К аналогам предлагаемого устройства относится также устройство для определения одномерных начальных моментов К-го порядка [2], содержащее блок сравнения, генератор случайного сигнала, состоящий из последовательно включенных генератора псевдослучайного сигнала и цифроаналогового преобразователя, генератор тактовых импульсов, счетчик, накапливающий сумматор, степенной преобразователь, блок индикации, блок задания начальных условий.

Недостатком аналога является значительная методическая погрешность устройства, обусловленная алгоритмом его работы, и узкие функциональные возможности.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для определения начальных моментов любого порядка [3], содержащее входной зажим, функциональный преобразователь, интегратор, источник опорного напряжения, компаратор, одновибратор, первый и второй счетчики, генератор прямоугольных импульсов, блок деления, индикатор.

Недостатками прототипа являются невысокая точность, обусловленная наличием в схеме устройства аналогового интегратора, выполненного на операционном усилителе и конденсаторе, а также узкие функциональные возможности.

Техническая задача, решаемая изобретением, - повышение точности и расширение функциональных возможностей устройства.

Указанная техническая задача решается благодаря тому, что в устройство для определения начальных моментов любого порядка, содержащее функциональный преобразователь, блок деления, индикатор, первый одновибратор, генератор прямоугольных импульсов, первый и второй счетчики, аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с входом функционального преобразователя, информационный выход второго счетчика соединен с входом делителя блока деления, дополнительно введены перепрограммируемое запоминающее устройство, компьютер, приемопередатчик, таймер, таймер-часы, второй одновибратор, накапливающий сумматор, датчик тока, выход которого соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, информационный вход накапливающего сумматора подключен к выходу функционального преобразователя, а выход соединен с объединенными входом индикатора и входом делимого блока деления, выход которого соединен с информационным входом перепрограммируемого запоминающего устройства, выход которого через приемопередатчик соединен с информационным входом компьютера, выход генератора прямоугольных импульсов соединен с объединенными тактовыми входами аналого-цифрового преобразователя, таймер-часов и таймера, выход переполнения которого соединен с объединенными тактовым входом второго счетчика и входом запуска аналого-цифрового преобразователя, выход окончания цикла преобразования которого соединен с управляющим входом накапливающего сумматора, выход таймер-часов соединен с объединенными тактовым входом первого счетчика и инверсным входом первого одновибратора, выход которого соединен с объединенными входом управления записью перепрограммируемого запоминающего устройства и инверсным входом второго одновибратора, выход которого соединен с объединенными входами установки нуля накапливающего сумматора и второго счетчика, информационный выход первого счетчика соединен с адресным входом перепрограммируемого запоминающего устройства.

Информационный вход накапливающего сумматора соединен с первым входом сумматора, выход которого через первый регистр соединен с информационным входом второго регистра, информационный выход которого соединен с объединенными вторым входом сумматора и выходом накапливающего сумматора, управляющий вход которого соединен с объединенными входом управления записью первого регистра и инверсным входом третьего одновибратора, выход которого соединен с входом управления записью второго регистра, вход установки нуля которого соединен с входом установки нуля накапливающего сумматора.

Существенными отличиями предлагаемого технического решения являются введение новых элементов в схему устройства (датчика тока, приемопередатчика, компьютера, таймера, таймер-часов, перепрограммируемого запоминающего устройства, второго одновибратора, накапливающего сумматора) и использование новых связей между элементами. Указанные существенные отличия обеспечивают достижение положительного эффекта - повышение точности и расширение функциональных возможностей устройства.

На фиг.1 представлена схема устройства, на фиг.2 - схема накапливающего сумматора.

Счетчик потерь электроэнергии (фиг.1) содержит датчик 1 тока (ДТ), аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, функциональный преобразователь (ФП) 3, накапливающий сумматор (НС) 4, блок 5 деления (БД), индикатор 6, перепрограммируемое запоминающее устройство (ППЗУ) 7, приемопередатчик 8, компьютер 9, генератор 10 прямоугольных импульсов (ГПИ), таймер 11 и таймер-часы 12, первый 13 и второй 14 счетчики, первый 15 и второй 16 одновибраторы.

Выход датчика 1 тока соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя 2, выход которого соединен с входом функционального преобразователя 3, выход которого соединен с информационным входом накапливающего сумматора 4, выход которого соединен с объединенными входом индикатора 6 и входом делимого блока 5 деления, выход которого соединен с информационным входом перепрограммируемого запоминающего устройства 7, выход которого через приемопередатчик 8 соединен с информационным входом компьютера 9, выход генератора 10 прямоугольных импульсов соединен с объединенными тактовыми входами аналого-цифрового преобразователя 2, таймер-часов 12 и таймера 11, выход переполнения которого соединен с объединенными тактовым входом второго счетчика 14 и входом запуска аналого-цифрового преобразователя 2, выход окончания цикла преобразования которого соединен с управляющим входом накапливающего сумматора 4, выход таймер-часов 12 соединен с объединенными тактовым входом первого счетчика 13 и инверсным входом первого одновибратора 15, выход которого соединен с объединенными входом управления записью перепрограммируемого запоминающего устройства 7 и инверсным входом второго одновибратора 16, выход которого соединен с объединенными входами установки нуля накапливающего сумматора 4 и второго счетчика, информационный выход которого соединен с входом делителя блока 5 деления, информационный выход первого счетчика соединен с адресным входом перепрограммируемого запоминающего устройства 7.

Накапливающий сумматор 4 (фиг.2) содержит сумматор 17, первый вход которого соединен с информационным входом накапливающего сумматора 4, выход сумматора 17 через первый регистр 18 соединен с информационным входом второго регистра 19, информационный выход которого соединен с объединенными вторым входом сумматора 17 и выходом накапливающего сумматора 4, управляющий вход которого соединен с объединенными входом управления записью первого регистра 18 и инверсным входом третьего одновибратора 20, выход которого соединен с входом управления записью второго регистра 19, вход установки нуля которого соединен с входом установки нуля накапливающего сумматора 4.

С выхода ДТ 1 на информационный вход АЦП 2 поступает исследуемый случайный процесс изменения тока нагрузки I(t). На выходе АЦП 2 появляется цифровой код, пропорциональный процессу

Этот код через ФП 3 (который работает в режиме квадратора, т.е. возводит входную величину в квадрат) поступает на вход НС 4, который работает следующим образом.

Таймером 11, на вход которого поступают импульсы от ГПИ 10, формируется интервал выборки Δt. Выходной импульс таймера 11 засчитывается счетчиком 14 и запускает АЦП 2. Импульсом с выхода окончания цикла преобразования АЦП 2 выполняется запись в регистр 18 суммы кода АЦП 2 с содержимым регистра 19 (накопленным за предыдущее время измерения), а также запускается одновибратор 20. Импульс с выхода последнего поступает на вход управления записью регистра 19, в который заносится сумма выборок с учетом последнего значения.

Код с выхода регистра 19 поступает на выход НС 4.

Так с помощью НС 4 определяется сумма выборок N за время Т по формуле

где S - содержимое НС 4 в конце интервала Т;

N- число выборок за время Т, подсчитанное счетчиком 14.

Накапливающий сумматор 4 работает в качестве счетчика ампер-квадрат-часов, значение за текущие сутки отображается на индикаторе 6.

Блоком деления 5 определяется квадрат среднеквадратического значения тока I(t) за время T по формуле

Таймер-часы 12 в момент окончания суток изменяют на единицу содержимое счетчика 13, код на выходе которого задает номер ячейки ППЗУ 7, в которую записывается значение за прошедшие сутки, а также обнуляют содержимое счетчика 14 и регистра 19.

Содержимое ППЗУ 7 за длительное время (месяц, год, несколько лет) передается в компьютер 9 приемопередатчиком 8.

Полученные в ППЗУ 7 данные используют для расчета потерь электроэнергии в электрических сетях энергообъектов.

Устройство (без ДТ 1 и компьютера 9) изготовлено в миниатюрном исполнении на АVR-микроконтроллере фирмы Atmel.

Преимуществами предлагаемого устройства по сравнению с известными являются меньшая погрешность и более широкие функциональные возможности, а за счет применения цифрового алгоритма обработки информации - возможность реализации на современной микроэлектронной базе - например AVR-микроконтроллерах.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №1108464, МПК G06F 17/18, 1983.

2. Авторское свидетельство СССР №922769, МПК G06F 17/18, 1980.

3. Авторское свидетельство СССР №2041496, МПК G06F 17/18, 1991 (прототип).

Предложенное изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в качестве счетчика потерь электроэнергии в течение текущих суток, а также за прошедшие сутки, месяцы и годы. Техническая задача, решаемая изобретением, - повышение точности и расширение функциональных возможностей устройства. Предложенный счетчик потерь электроэнергии содержит первый одновибратор, функциональный преобразователь, блок деления, генератор прямоугольных импульсов, первый и второй счетчики, индикатор, аналого-цифровой преобразователь, перепрограммируемое запоминающее устройство, приемопередатчик, компьютер, таймер, таймер-часы, второй одновибратор, накапливающий сумматор, датчик тока, соответствующим образом соединенные между собой. В свою очередь накапливающий сумматор содержит первый и второй регистры, третий одновибратор и сумматор. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Счетчик потерь электроэнергии, содержащий первый одновибратор, функциональный преобразователь, блок деления, генератор прямоугольных импульсов, первый и второй счетчики, индикатор, аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с входом функционального преобразователя, информационный выход второго счетчика соединен с входом делителя блока деления, отличающийся тем, что в него дополнительно введены перепрограммируемое запоминающее устройство, приемопередатчик, компьютер, таймер, таймер-часы, второй одновибратор, накапливающий сумматор, датчик тока, выход которого соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, информационный вход накапливающего сумматора подключен к выходу функционального преобразователя, а выход соединен с объединенными входом индикатора и входом делимого блока деления, выход которого соединен с информационным входом перепрограммируемого запоминающего устройства, выход которого через приемопередатчик соединен с информационным входом компьютера, выход генератора прямоугольных импульсов соединен с объединенными тактовыми входами аналого-цифрового преобразователя, таймер-часов и таймера, выход переполнения которого соединен с объединенными тактовым входом второго счетчика и входом запуска аналого-цифрового преобразователя, выход окончания цикла преобразования которого соединен с управляющим входом накапливающего сумматора, выход таймер-часов соединен с объединенными тактовым входом первого счетчика и инверсным входом первого одновибратора, выход которого соединен с объединенными входом управления записью перепрограммируемого запоминающего устройства и инверсным входом второго одновибратора, выход которого соединен с объединенными входами установки нуля накапливающего сумматора и второго счетчика, информационный выход первого счетчика соединен с адресным входом перепрограммируемого запоминающего устройства.

2. Счетчик по п.1, отличающийся тем, что накапливающий сумматор содержит первый и второй регистры, третий одновибратор и сумматор, первый вход которого соединен с информационным входом накапливающего сумматора, выход сумматора через первый регистр соединен с информационным входом второго регистра, информационный выход которого соединен с объединенными вторым входом сумматора и выходом накапливающего сумматора, управляющий вход которого соединен с объединенными входом управления записью первого регистра и инверсным входом третьего одновибратора, выход которого соединен с входом управления записью второго регистра, вход установки нуля которого соединен с входом установки нуля накапливающего сумматора.