Устройство и способ для режимного ограничения электропотребления объектов инфраструктурного типа Российский патент 2020 года по МПК G01R21/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения электрического тока, напряжения, частоты в однофазных и трехфазных цепях переменного тока при решении задач непрерывного мониторинга качества электрической энергии (КЭЭ), определения источников ухудшения качества КЭЭ и причин ухудшения КЭЭ с целью автоматического прогнозирования и предотвращения аварийных ситуаций в энергосистемах объектов инфраструктуры особей техноценологического типа в составе регионального электротехнического комплекса, под которым понимается ограниченная в пространстве и времени, обладающая техноценологическими свойствами взаимосвязанная совокупность источников и потребителей электроэнергии [1, 2].

Известны счетчики электрической энергии, например, счетчик, приведенный в описании к патенту США №6.823.273, кл. НПК 702/61, кл. МПК G06F 12/14, опубл. 23.11.2004, содержащий микропроцессор, как минимум, один порт ввода-вывода данных, подключенный к микропроцессору, и, как минимум, одно устройство памяти, электрически связанное с микропроцессором, датчики тока и датчики напряжения, через преобразователь подключенные к микропроцессору, устройство отображения данных, интерфейс RS-232, модем, связанные с микропроцессором.

Известно устройство, описанное в патенте РФ №2208800 от 20.07.2003, описывающее технический результат, применяемый при построении автоматизированных систем контроля за электроэнергией в многоканальной сети.

Известно устройство, описанное в патенте РФ №2501024 от 06.07.2012, описывающий технический результат, применяемый при построении многофункциональных многотарифных приборов учета электрической энергии, предназначенных для оперативного контроля параметров электрической сети в системах электроснабжения с возможностью передачи информации по радиоканалу. Недостатком этого изобретения является применение сотового модема, что приводит к удорожанию эксплуатации, т.к. для обмен данными будет осуществляться на платной основе по тарифам сотового оператора.

Известен также электронный счетчик электрической энергии, приведенный в описании к патенту США №6.611.134, кл. НПК 324/74, кл. МПК G01R 11/32, опубл. 26.08.2003, содержащий микропроцессор, датчики тока, датчики напряжения, преобразователь, порты ввода-вывода информации, устройство отображения, клавиатуру, соединенные с микропроцессором.

Недостатками устройств за патентами США №6.823.273 и 6.611.134, РФ №2208800, 2501024 является отсутствие блока датчиков измерения частоты электрической энергии (фиг. 1 (11)), чипсета радиоинтерфейсов (фиг. 1 (8)) для осуществления бесплатного обмена данными как с устройством, так и между устройствами, ethernet-интерфейса (фиг. 1 (5)), электромагнитного реле для экстренного отключения потребителя электрической энергии, широкополосного модема по силовой линии (фиг. 1 (7)).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является счетчик электрической энергии, приведенный в описании полезной модели к патенту РФ №92729, кл. МПК G01R 21/06, G01R 22/00, опубл. 27.03.2010, содержащий микроконтроллер, датчики тока, датчики напряжения, порты ввода-вывода информации, устройство отображения, энергонезависимую память, соединенные с микроконтроллером.

Недостатком описанной конструкции является отсутствие возможности хранения данных о частоте потребленной электроэнергии и автоматизированно-прогнозируемых критических ситуациях с помощью процедуры режимного формирования в форматах *.ТХТ, *.CSV или *.XLS, отсуствует блок датчиков измерения частоты электрического тока (фиг. 1 (11)), минимум один Ethernet-контроллер (фиг. 1 (5)), широкополосный дуплексный цифровой модем для силовой линии (фиг. 1 (7)) и блок реле (фиг. 1(3)) для автоматизированного как локального, так и удаленного отключения потребителя от электрической сети, что бывает необходимо при осуществлении непрерывного мониторинга качества электрической энергии с целью прогнозирования и автоматизированного предотвращения аварийной ситуации в энергосистеме, также отсутствует чипсет открытых стандартов радиодиапазонов на 433, 868 и 915 МГц совмещенный с WiFi- и Bluetooth-интерфейсами для автоматизированного формирования самоорганизующихся mesh-сетей (фиг. 1 (8.1, 8.2, 8.3, 8.4)) из трех и более таких устройств, отсутствует описание типа энергонезависимой памяти.

При создании предлагаемого изобретения стояла задача разработки устройства и способа, позволяющих:

- надежно сохранять достоверную информацию о потребленной электроэнергии (значения частоты, напряжения и величины электрического тока в форматах *.ТХТ, *.CSV и *.XLS) в энергонезависимой памяти стандарта SecureDigital (Flash microSD) объемом не более 2 Гб и своевременно передавать ее в автоматизированную систему учета и прогнозирования на сервере регионального ситуационного центра субъекта Российской Федерации по аппаратно-заданным каналам связи;

- непрерывно анализировать считываемые с датчиков параметры частоты, напряжения и величины электрического тока для вычисления мощности и оценки по встроенным критериям с применением описанного способа режимного нормирования необходимости автоматического или удаленного отключения устройства при превышении допустимых норм потребления электроэнергии, а также при коротком замыкании.

При эксплуатации объектов регионального электротехничского комплекса в различных режимах работы, установленных нормативными документами [3, 4, 6, 7], возникает необходимость точного учета времени эксплуатации потребителей электроэнергии на объекте, в целях:

- регистрации значений силы тока;

- составления графиков нагрузок;

- анализа функционирования оборудования;

- расчета активной и реактивной мощностей;

- определения качества электрической энергии.

Особо выделяется определенный класс объектов, специально предназначенных для работы в электрических цепях систем электроснабжения, и эти объекты называются приемниками и потребителями электроэнергии. Приемник электроэнергии - функционально законченная система, предназначенная для преобразования электроэнергии в другие виды энергии. Потребитель - лицо (физическое или юридическое), приобретающее электрическую энергию для собственных бытовых или производственных нужд. Как правило, электропотребление служит мерой, отражающей основное свойство именно приемников или потребителей электроэнергии.

Математически электропотребление в точке присоединения к общей электрической цепи определяется как работа электрического поля, т.е. интеграл функции электрической мощности в данной точке от времени, взятый в пределах, заданных тем промежутком времени, за который мы оцениваем электропотребление. При этом, в качестве электрической мощности может быть принята активная, реактивная или полная мощность. В синусоидальных электрических цепях: активная мощность - это произведение действующих значений тока и напряжения на косинус угла сдвига фаз между векторами тока и напряжения; реактивная мощность -произведение действующих значений тока и напряжения на синус угла сдвига фаз между векторами тока и напряжения; полная мощность - произведение действующих значений тока и напряжения. Следует отметить, что при таком подходе, все параметры становятся легко измеряемыми (действующие значения тока и напряжения, а также сдвиг фаз).

В соответствии с выражением (1), производится расчет одной из важнейших характеристик регионального электротехнического комплекса -значение электропотребления [1].

где w - величина электропотребления объекта, входящего в состав регионального электротехнического комплекса;

U - напряжение;

I - сила тока;

Δt - время функционирования потребителя электроэнергии.

С учетом того, что значение U является константой, определение значения w зависит от I и времени функционирования объекта.

В настоящее время на объектах региональных электротехнических комплексов устройства для измерения силы тока в цепях практически не применяются в связи со значительной стоимостью. Вместе с тем, точное изменение данной величины позволит точно определять значение электропотребления объектов, а также активную и реактивную мощность [4, 8].

Причем электрические счетчики для определения реактивной мощности в современных региональных электротехнических комплексах практически не применяются, однако учет реактивной мощности позволяет учесть потери электрической энергии и совершенствовать взаиморасчеты с сетевыми организациями, тем самым существенно экономить денежные средства потребителей региональных электротехнических комплексов.

Такое устройство должно иметь ряд существенно значимых характеристик [4]:

- высокая степень надежности при эксплуатации;

- длительный срок эксплуатации;

- низкая стоимость при покупке;

- отсутствие влияния на качество электроэнергии;

- высокий класс точности;

- низкая погрешность измерений;

- небольшие габаритные размеры.

Для удобства экспериментальной фиксации электропотребления приборами учета (счетчиками электроэнергии, интегрирующими мощность во времени) и нормализации договорных отношений между поставщиками и потребителями электроэнергии принято квантовать электропотребление мощностью в одну единицу на отрезке времени в один час. При этом в качестве единиц измерения электропотребления выступают внесистемные единицы: по активной мощности - кВт⋅ч; по реактивной мощности - кВАр⋅ч; по полной мощности - кВА⋅ч.

Применяемые в региональных электротехнических комплексах счетчики электрической энергии в зависимости от принципа действия бывают индукционными и электронными [4].

В индукционных (электромеханических счетчиках) магнитное поле неподвижных токопроводящих катушек влияет на подвижный элемент из проводящего материала. Подвижный элемент представляет собой диск, по которому протекают токи, индуцированные магнитным полем катушек. Количество оборотов диска в этом случае прямо пропорционально потребленной электроэнергии.

Индукционный счетчик электроэнергии имеет ряд достоинств [4]:

- высокую степень надежности при эксплуатации;

- длительный срок эксплуатации - индукционный счетчик может прослужить несколько десятков лет;

- низкую стоимость при покупке;

- на работу таких счетчиков не влияет качество электроэнергии;

Недостатками индукционного электросчетчика являются [4]:

- очень низкий класс точности (2.0);

- при уменьшение нагрузки на счетчик - его погрешность только увеличивается;

- потребление собственно счетчика по цепям напряжения и токовым цепям очень значительное;

- отсутствие защиты от хищения электроэнергии;

- в случае необходимости учитывать несколько видов электроэнергии - активную и реактивную, то придется использовать не один, а сразу несколько индукционных счетчиков;

- учет электроэнергии ведется только в одном направлении;

- большие габаритные размеры.

Таким образом, недостатков выявлено значительно больше, чем достоинств. Теперь рассмотрим плюсы и минусы электронного счетчика.

В электронных (статических счетчиках) переменный ток и напряжение воздействуют на электронные элементы для создания на выходе импульсов, число которых пропорционально измеряемой энергии. Счетчики электроэнергии имеют две пары зажимов, одна из которых включается в рассечку провода, по которому протекает ток нагрузки, а другая подключается параллельно на номинальное напряжение сети. Фактически, все счетчики электроэнергии реагируют на ток нагрузки (его активную и/или реактивную составляющие).

Электронный счетчик электроэнергии имеет ряд существенных достоинств [4]:

- точность высокого класса (1,0 и больше);

- поддерживание нескольких тарифов (два или более);

- один прибор может учитывать несколько видов электроэнергии;

- электронный счетчик ведет учет электроэнергии в двух направлениях;

- измеряет качество и количество мощности;

- длительное время хранит данные, касающиеся учета электроэнергии;

- простой и удобный доступ к информации по учету электроэнергии;

- предоставляет возможность снимать показатели электроэнергии дистанционно, используя разные интерфейсы связи;

- возможно использовать в автоматических системах учета электрической энергии;

- значительный срок межповерочного интервала;

- маленькие габаритные размеры.

Недостатки электронного счетчика [4]:

- большая чувствительность к качеству электроэнергии -коммутационным и атмосферным перенапряжениям;

- высокая стоимость;

- ремонт в случае поломки маловероятен.

Предлагаемое устройство для достижения технического результата иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1, где изображена структурная схема устройства;

Поставленная задача решается тем, что устройство для режимного ограничения электропотребления объектов инфраструктурного типа содержит:

- Клеммы (фиг. 1 (1)) для подключения устройства в электрическую стационарную сеть переменного тока напряжением 220 вольт. При наличии в ней электрического тока устройство активизируется.

- Самовосстанавливающийся предохранитель (фиг. 1 (2)) для регулирования превышения физически-допустимой способности пропускания электрического тока.

- Импульсный блок питания (фиг. 1 (12)) для преобразования переменного напряжения стационарной сети 220 вольт в постоянное напряжение 5 вольт силой тока 4 А для питания всех электронных компонентов устройства.

- Датчики измерения потребляемого электрического тока, напряжения и частоты (фиг. 1 (6, 9, 11)) при подаче постоянного тока напряжением 5 В на которые запускается непрерывное измерение проходящего электрического тока через измерительный тракт внутри микросхем.

- Микропроцессор (фиг. 1 (10)), который представляет собой «систему на кристалле» (далее - СнК) со встроенным мультиплексированным АЦП (аналоговый интерфейс датчиков электрического тока, напряжения и частоты), а также интерфейсами последовательного и параллельного портов для обмена данными по шинам, при подаче питания на который происходит инициализация аппаратной и программной периферии - формирование переменных в оперативной памяти, обеспечивающих функционирование процедуры режимного ограничения, установка конфигурации преобразования АЦП (скорость АЦП), состояние цифровых выводов и шин обмена данными, тестовый обмен данными с flash-накопителем (фиг. 1 (13)), активация интерфейсов Ethernet- (фиг. 1 (5)) WiFi- (фиг. 1 (8.1)) Bluetooth-сетей (фиг. 1 (8.2)) и радиоинтерфейсов стандарта 433, 868 и 915 МГц.(фиг. 1 (8.3, 8.4)).

- Блок измерения времени, состоящий из микросхемы-календаря (фиг. 1 (14)) с кварцевым резонатором на 32768 Гц и резервной литий-полимерной (LiPo) батареей питания (фиг. 1 (15)).

Устройство управляется микропрограммой с описанием способа режимного ограничения, выполненной на языке С++, обеспечивающей следующие функциональные возможности:

- инициализация периферии устройства с переводом в режим бесконечного цикла (до окончания подачи питания). В цикле происходят следующие операции: получение значения потребляемого электрического тока, напряжения и частоты, получение текущей даты и времени от микросхемы-календаря (фиг. 1 (14)), формирование строки формата <чч:мм:сс == U=знач; I=знач; F=знач> (чч - часы, мм - минуты, сс - секунды, U - мгновенное значение напряжения, I - мгновенное значение тока, F - мгновенное значение частоты, подготовка файла для записи, запись строки в файл, закрытие текстового файла. Текстовый файл имеет имя формата «ГГГГ-мм-ЧЧ» со стандартным расширением *.ТХТ, либо в более унифицированных форматах *.CSV или *.XLS (ГГГГ - год, мм - месяц, ЧЧ -число);

- управление конфигурацией периферии микропроцессора с ARM-ядром (система на кристалле, далее - СнК) для управления микросхемой-календарем (PCF8583);

- чтение данных АЦП микропроцессора с ARM-ядром (СнК);

- обмен данными по встроенному в микропроцессор интерфейса последовательного порта со скоростью 9600 бод;

- формирование WEB- радио-интерфейса для WiFi- Bluetooth-чипсета и открытых стандартов на 433, 868 и 915 МГц для автоматизированного формирования самоорганизующихся mesh-сетей (фиг. 1 (8));

- формирование WEB-интерфейса посредством выделенного Ethernet-интерфейса (фиг. 1 (5)) с розеткой RJ-45;

- формирование WEB-интерфейса посредством конвертации сигналов дифференциальных пар Ethernet-контроллера МАС-уровня с помощью FPGA¹ (¹ (от англ. Field-Programmable Gate Array) - программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС), формируя таким образом широкополосный дуплексный силовой модем для силовой линии (фиг. 1 (7));

- измерение величины, напряжения и частоты потребляемого электрического тока в заданный интервал времени;

- встраивание критериев оценки возникновения аварийной ситуации по вышеописанному способу режимного нормирования и необходимости отключения потребителя локально без удаленного вмешательства со стороны сервера регионального ситуационного центра;

- управление состоянием электромагнитного реле (фиг. 1 (3)) для организации доступа пользователя к электрической сети через клеммы подключения (фиг. 1 (4));

- хранение измеренных значений потребляемого электрического тока в файле формата *.CSV или *.XLS во встроенный flash-накопитель (фиг. 1 (13)) типа SecureDigital (SD) с файловой системой FAT32;

- на основе накапливаемых данных осуществлять процедуру режимного нормирования.

Технический результат, заключающийся в снижении затрат на электрическую энергию, снижению стоимости устройства за счет отсутствия индикаторов в видимом электромагнитном диапазоне волн, продлении срока службы потребителей электрической энергии, непрерывном мониторинге качества электрической энергии с целью прогнозирования и предотвращения аварийных ситуаций в энергосистемах достигается за счет многоканальной передачи данных как по силовой линии так и по Ethernet- WiFi- и Bluetooth-сетям, также за счет непрерывной цифровой обработки в микропроцессоре массива измеренных значений напряжения, тока и частоты на предмет выявления критических изменений, сигнализирующих о необходимости отключить устройство от сети и передать соответствующее сообщение об изменении состояния сети в центральный сервер сбора данных.

Предлагаемое устройство просто в исполнении, обеспечивает высокую точность результатов за счет использования встроенного программного обеспечения, осуществляющего процедуру режимного нормирования. Устройство возможно к применению в автоматизированных системах технического учета энергоресурсов региональных электротехнических комплексов [5, 8], в результате чего появляется возможность снизить затраты на комплектацию данных систем и существенно повысить их точность.

Для достижения указанного технического результата при работе заявляемого устройства осуществляется способ для режимного ограничения электропотребления объектов инфраструктурного типа.

Известен способ учета электрической энергии, описанный в патенте РФ №2424532 от 20.07.2011, включающий преобразование мгновенных значений токов и напряжений в цифровой код и определение значений активной энергии, недостатком которого является отсутствие возможности аналитической обработки цифрового кода мгновенных значений токов и напряжений для получения обоснованных норм ограничения электропотребления инфраструктурных объектов.

Известен способ, описанный в патенте РФ №2193812 от 27.11.2002, описывающий централизованное оперативное управление процессом отпуска и потребления электрической энергии в сетях переменного тока, недостатком которого является отсутствие программного модуля, который на основе режимного ограничения электропотребления объектов, предполагающего моделирование ранговых распределений, позволяет через устройство ограничения (УРО) ограничивать электропотребление объектов.

Известен способ, описанный в патенте РФ №2229723 от 27.05.2004, при котором проводят интегрирование произведения сигналов напряжения и тока на нагрузке и делят результат интегрирования на величину временного интервала интегрирования, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют параллельно во времени интегрирование произведения задержанных на фиксированный интервал времени сигналов напряжения и тока на нагрузке, а результат измерения определяют в четные от начала процесса измерения моменты равенства значений результатов интегрирования и по равным значениям накапливаемых интегралов в моменты их равенства. Недостатком указанного способа является то, что результаты измерения не обрабатываются на основе коэффициента ранговых распределений β, что не позволяет определить индивидуально для каждого объекта норму ограничения электропотребления.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для режимного ограничения электропотребления объектов инфраструктурного типа, содержатся, датчики измерения напряжения, тока и частоты, подключенные к аналоговому интерфейсу многократно перепрограммируемого микропроцессора, к цифровым входам которого подключены энергонезависимая память, блок измерения времени с литий-полимерным (LiPo) источником питания, источник питания от стационарной электрической сети общего назначения, согласно изобретению в автоматизированную систему управления электропотреблением объектов техноценологического типа введен датчик измерения частоты электрического тока, мультиканальный дуплексный цифровой модем для силовой линии, Ethernet- WiFi- Bluetooth- чипсет с поддержкой открытых стандартов 433, 868 и 915 МГц для формирования WEB- радио- интрефейса, отладки работы устройства и автоматического построения самоорганизующейся mesh-сети аналогичных устройств, энергонезависимая флеш-память (объем до 2 Гб) хранит информацию о величине потребляемого тока, его частоты, напряжения, вычисленной мощности и выявленных критических ситуациях за каждые предыдущие установленные оператором интервалы времени работы системы в форматах *.ТХТ, *.CSV или *.XLS с указанием даты и времени текущего часового пояса считываемой с датчиков информации, а также электромагнитное реле для управления доступом потребителя к стационарной электрической сети общего назначения.

Поставленная задача решается так же тем, что в способе для режимного ограничения электропотребления объектов инфраструктурного типа, включающем в себя инфраструктурное режимное нормирование, при котором реализуют комплексный анализ полученных данных с устройств для режимного ограничения электропотребления путем их обработки на удаленном сервере в режиме реального времени на основе аппарата R-распределений, включающего в себя установление R3-режима, при котором проводят мониторинг и непрерывный анализ считываемых с датчиков устройств для режимного ограничения параметров частоты, напряжения и величины электрического тока, операцию логической индикации ошибки при частоте в электросети больше 50 Гц, после которой осуществляют выбор из базы данных категорирования для ограничения объектов третей категории, на основе которых моделируют значения электропотребления рангового распределения с учетом ограничения электропотребления выбранных объектов, критерием которого является значение коэффициента β, определяемого в результате операции логической индикации, предполагающей принятие формы рангового распределения, если значения коэффициента β находятся в интервале от единицы до двух, после чего ограничивают в электропотреблении объекты третей категории, при другом значении коэффициента β моделирование значений электропотребления рангового распределения осуществляют заново; установление R2-режима осуществляют на основе операции логической индикации ошибки при частоте в электросети больше 50 Гц для рангового распределения R3-режима, после которой осуществляют выбор из базы данных категорирования для ограничения объектов третей и второй категорий, на основе которых моделируют значения электропотребления рангового распределения с учетом ограничения электропотребления выбранных объектов, критерием которого является значение коэффициента β, определяемого в результате операции логической индикации, предполагающей принятие формы рангового распределения, если значения коэффициента β находятся в интервале от единицы до двух, после чего ограничивают в электропотреблении объекты второй и третей категорий, при другом значении коэффициента β моделирование значений электропотребления рангового распределения осуществляют заново; установление R1-режима осуществляют на основе операции логической индикации ошибки при частоте в электросети больше 50 Гц после мониторинга и анализа данных с устройств режимных ограничений объектов рангового распределения R2-режима, позволяющей осуществлять выбор из базы данных категорирования для ограничения объектов третей, второй и первой категорий, на основе которых моделируют значения электропотребления рангового распределения с учетом ограничения электропотребления выбранных объектов первой категории, дополненных объектами второй и третьей категорий, критерием которого является значение коэффициента β, определяемого в результате операции логической индикации ошибки, предполагающей принятие формы рангового распределения, если значения коэффициента β находятся в интервале от единицы до двух, после чего ограничивают в электропотреблении объекты первой, второй и третей категорий, при другом значении коэффициента β моделирование значений электропотребления рангового распределения осуществляют заново.

Поставленная задача решается за счет осуществления способа режимного ограничения электропотребления объектов инфраструктурного типа на основе инфраструктурного режимного нормирования при котором проводят комплексный анализ полученных данных с устройств для режимного ограничения (далее - УРО) электропотребления путем их обработки на удаленном сервере, при этом интеллектуальная обработка данных по электропотреблению для формирования плана ресурсных ограничений каждого из объектов на удаленном сервере, требующих ограничения происходит в режиме реального времени на основе аппарата R-распределений (фиг. 2-3), включающего в себя построение R3-распределения, строящееся для условий R3-режима, R2-распределение - для R2-режима и R1-распределение - для R1-режима, причем для установления R3-режима путем полученной команды лица принимающего решения с удаленного сервера на всех объектах принудительно отключаются от электроснабжения потребители третьей категории, второстепенные потребители, непосредственно не оказывающие влияния на выполнение объектами основных задач, при установлении R2-режима, принудительно отключаются от электроснабжения потребители второй категории, потребители, отключение которых не оказывает влияния на выполнение объектами основных задач в течение определенного промежутка времени, для установления R1-режима, принудительно отключаются от электроснабжения потребители первой категории, потребители, определяющие выполнение объектами основных задач.

На фиг. 4 представлена последовательность установления R3-режима способом режимного ограничения электропотребления объектов инфраструктурного типа, где:

Блок-1 (фиг. 4(1)) позволяет осуществлять мониторинг данных с УРО, непрерывно анализировать считываемые с датчиков параметры частоты, напряжения и величины электрического тока.

Логический блок-а (фиг. 4(a)), который осуществляет индикацию при частоте в электросети больше 50 Гц.

Блок-2 (фиг. 4(2)) выбора из базы данных категорирования объектов третей категории для ограничения.

Блок-3 (фиг. 4(3)) моделирования электропотребления рангового распределения на основе коэффициента β.

Логический блок-б (фиг. 4(б)) для критериальной оценки рангового распределения на основе коэффициента β.

Блок-4 (фиг. 4(4)) ограничения потребителей третей категории и установления R3-режима.

В блоке-1 (фиг. 4(1)) осуществляется мониторинг данных полученных с УРО. Выборка включает в себя параметры частоты, напряжения и величины электрического тока для вычисления мощности. Результат мониторинга отражается с помощью логического устройства (фиг. 4(a)), которое осуществляет индикацию для моделирования электропотребления рангового распределения на основе коэффициента β при частоте больше 50 Гц в блоке-3 (фиг. 4(3)). В другом случае осуществляется дальнейший мониторинг в блоке-1 (фиг. 4(1)). В блоке-2 (фиг. 4(2)) реализуется выбор менее значимых объектов третей категории для ограничения электропотребления. На основе параметров выбранных объектов, полученных с УРО в блоке-3 (фиг. 4(3)), осуществляется моделирование электропотребления для выбранных объектов. Моделирование реализуется с помощью программного обеспечения, при котором используют построения ранговых распределений (2).

Основным критерием правильного выбора объектов третей категории для ограничения построения является смоделированное ранговое распределение на основе коэффициента β, который принимается следующим:

Индикация значения коэффициента осуществляется в логическом блоке-б (фиг. 4(б)). В случае получения рангового распределения с необходимым коэффициентов β формируются для каждого выбранного объекта индивидуальные нормы ограничения электропотребления. Далее в блоке-4 (фиг. 4(4)) программным способом с помощью УРО производится ограничение электропотребления для выбранных объектов третей категории и установка R3-режима. Если коэффициент β не удовлетворяет условию (3), осуществляется повторное моделирование и перераспределение норм для ограничения электропотребления.

На фиг. 5 представлена последовательность установления R2-режима способом режимного ограничения электропотребления объектов инфраструктурного типа, где:

Блок-5 (фиг. 5(5)) позволяет осуществлять мониторинг данных с УРО, непрерывно анализировать считываемые с датчиков параметры частоты, напряжения и величины электрического тока.

Логический блок-а (фиг. 5(a)), который осуществляет индикацию при частоте в электросети больше 50 Гц.

Блок-6 (фиг. 5(6)) выбора из базы данных категорирования объектов второй и третей категории для ограничения.

Блок-7 (фиг. 5(7)) моделирования электропотребления рангового распределения на основе коэффициента β.

Логический блок-б (фиг. 5(б)) для критериальной оценки рангового распределения на основе коэффициента β.

Блок-8 (фиг. 5(8)) ограничения потребителей второй категории и установления R3-режима.

В блоке-5 (фиг. 5(5)) осуществляется мониторинг данных полученных с УРО. Выборка включает в себя параметры частоты, напряжения и величины электрического тока для вычисления электропотребления объектов R3-режима. Результат мониторинга отражается с помощью логического устройства (фиг. 5(a)), которое осуществляет индикацию для моделирования электропотребления рангового распределения на основе коэффициента β при частоте больше 50 Гц в блоке-7 (фиг. 5(7)). Причем мониторинг проводится в установленном R3-режиме. В другом случае осуществляется дальнейший мониторинг в блоке-5 (фиг. 5(5)). В блоке-6 (фиг. 5(6)) реализуется выбор менее значимых объектов второй категории для ограничения электропотребления, которые дополняют ограниченные потребители третей категории. На основе параметров выбранных объектов, полученных с УРО в блоке-7 (фиг. 5(7)), осуществляется моделирование электропотребления для выбранных объектов. Моделирование реализуется с помощью программного обеспечения, которое использует математический аппарат построения ранговых распределений (2). Основным критерием правильного выбора объектов второй и третьей категории для ограничения построения является смоделированное ранговое распределение на основе (3).

Индикация значения коэффициента осуществляется в логическом блоке-б (фиг. 5(б)). В случае получения рангового распределения с необходимым коэффициентов β формируются для каждого выбранного объекта второй и третей категории индивидуальные нормы ограничения электропотребления. Далее в блоке-8 (фиг. 5(8)) программным способом с помощью УРО производится ограничение электропотребления для выбранных объектов второй и третей категорий и установка R2-режима. Если коэффициент β не удовлетворяет условию (3), осуществляется повторное моделирование и перераспределение норм для ограничения электропотребления.

На фиг. 6 представлена последовательность установления R1-режима способом режимного ограничения электропотребления объектов инфраструктурного типа, где:

Блок-9 (фиг. 6(9)) позволяет осуществлять мониторинг данных с УРО, непрерывно анализировать считываемые с датчиков параметры частоты, напряжения и величины электрического тока.

Логический блок-а (фиг. 6(a)), который осуществляет индикацию при частоте в электросети больше 50 Гц.

Блок-10 (фиг. 6(10)) выбора из базы данных категорирования объектов первой категории для ограничения.

Блок-11 (фиг. 6(11)) моделирования электропотребления рангового распределения на основе коэффициента β.

Логический блок-б (фиг. 6(б)) для критериальной оценки рангового распределения на основе коэффициента β.

Блок-12 (фиг. 6(12)) ограничения потребителей первой категории и установления R1-режима.

В блоке-9 (фиг. 6(9) осуществляется мониторинг данных полученных с УРО. Выборка включает в себя параметры частоты, напряжения и величины электрического тока для вычисления электропотребления объектов R2-режима. Результат мониторинга отражается с помощью логического устройства (фиг. 6(a)), которое осуществляет индикацию для моделирования электропотребления рангового распределения на основе коэффициента β при частоте больше 50 Гц в блоке-11 (фиг. 6(11)). Причем мониторинг проводится в установленном R2-режиме. В другом случае осуществляется дальнейший мониторинг в блоке-9 (фиг. 6(9)). В блоке-10 (фиг. 6(10)) реализуется выбор менее значимых объектов первой категории для ограничения электропотребления, которые дополняют ограниченные потребители второй и третьей категории. На основе параметров выбранных объектов, полученных с УРО в блоке-11 (фиг. 6(11)), осуществляется моделирование электропотребления для выбранных объектов. Моделирование реализуется с помощью программного обеспечения, которое использует математический аппарат построения ранговых распределений (1). Основным критерием правильного выбора объектов второй и третьей категории для ограничения построения является смоделированное ранговое распределение на основе (3).

Индикация значения коэффициента осуществляется в логическом блоке (фиг. 6(б)). В случае получения рангового распределения с необходимым коэффициентов β формируются для каждого выбранного объекта второй и третей категории индивидуальные нормы ограничения электропотребления. Далее в блоке-12 (фиг. 6(12)) программным способом с помощью УРО производится ограничение электропотребления для выбранных объектов второй и третей категорий и установка R2-режима. Если коэффициент β не удовлетворяет условию (3), осуществляется повторное моделирование и перераспределение норм для ограничения электропотребления.

Технический результат, заключающийся в снижении затрат на электрическую энергию, в продлении срока службы потребителей электрической энергии, непрерывном мониторинге качества электрической энергии с целью прогнозирования и автоматизированного предотвращения аварийных ситуаций в энергосистемах способом режимного ограничения как со стороны самого УРО так и со стороны сервера регионального ситуационного центра достигается за счет многоканальной передачи данных самоорганизующейся mesh-сети как по силовой линии так и по Ethernet-WiFi- и Bluetooth-сетям и открытым стандартам 433, 868 и 915 МГц, за счет непрерывной цифровой обработки в микропроцессоре массива измеренных значений напряжения, тока и частоты на основе математического аппарата R-распределений, основанного на моделировании ранговых распределений.

Кроме того, реализация данного способа при работе устройства режимного ограничения электропотребления объектами техноценологического типа позволяет осуществлять режимные ограничения электропотребления объектов без нарушения технологического процесса их функционирования. Заявляемые способ и устройство могут быть применены для ограничения электропотребления в чрезвычайных ситуациях и угрожаемом периоде.

Список литературы

1. Гнатюк, В. И. Закон оптимального построения техноценозов / В.И. Гнатюк. - Режим доступа: http://gnatukvi.ru/ind.html.

2. Гнатюк, В.И. Закон оптимального построения техноценозов [Монография] / В.И. Гнатюк. - 2-е изд., перераб. и доп. - Электронные текстовые данные. - Калининград: [Изд-во КИЦ «Техноценоз»], [2017]. - Режим доступа: http://gnatukvi.ru/ind.html, свободный.

3. Иващенко, А.А. Нормативно-правовое обеспечение категорирования объектов по надежности электроснабжения Российской Федерации и стран Таможенного союза на современном этапе экономического развития / А.А. Иващенко, В.И. Гнатюк, О.Р. Кивчун, Д.И. Тали // IV Международный Балтийский морской форум. II Международная конференция «Инновационное предпринимательство - 2016», - Калининград: Изд-во БГАРФ, 2016. - С. 1573-1582.

4. Кудрин, Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий / Б.И. Кудрин. - М.: Интермет Инжиниринг, 2005. - 672 с.

5. Надтока, И.И. Нормирование, контроль и управление электропотреблением в АСУ энергетического хозяйства предприятия / И.И. Надтока // Электрические нагрузки и электропотребление в новых условиях хозяйствования: материалы семинара. - Новочеркасск, 1989. - С. 133-136.

6. Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации: ФЗ РФ от 23 ноября 2009 г. №261-ФЗ. Доступ из справ. - правовой системы «Консультант Плюс».

7. Правила устройства электроустановок / Минэнерго РФ. - 7-е изд., - М.: Энергоатомиздат, - 2003. - 640 с.

8. Турбинис, В.В. Автоматизированные системы учета электроэнергии у бытовых потребителей / В.В. Турбинис // Энергосбережение - 2005. - №10.

Группа изобретений относится к электроизмерительной технике и может быть использована для измерения параметров электрической энергии в однофазных и трехфазных цепях переменного тока при решении задач непрерывного мониторинга качества электрической энергии (далее - КЭЭ), определения источников ухудшения качества КЭЭ и причин ухудшения КЭЭ с целью прогнозирования и автоматизированного предотвращения аварийных ситуаций в энергосистемах объектов инфраструктуры регионального электротехнического комплекса и продления срока службы объектов - потребителей электрической энергии. Предложены устройство и способ для режимного ограничения электропотребления объектов инфраструктурного типа. Устройство для режимного ограничения электропотребления объектов инфраструктурного типа содержит датчики измерения напряжения, тока и частоты, микропроцессор, блок измерения времени с литий-полимерным (LiPo) источником питания, источник питания от стационарной электрической сети общего назначения. Кроме того, введен датчик измерения частоты электрического тока, мультиканальный дуплексный цифровой модем для силовой линии, Ethernet-WiFi-Bluetooth-чипсет с поддержкой открытых стандартов 433, 868 и 915 МГц для формирования WEB-радиоинтерфейса, отладки работы устройства и автоматического построения самоорганизующейся mesh-сети аналогичных устройств, а также электромагнитное реле для управления доступом потребителя к стационарной электрической сети общего назначения. Энергонезависимая флэш-память (объем до 2 Гб) хранит информацию о величине потребляемого тока, его частоты, напряжения, вычисленной мощности и выявленных критических ситуациях за каждые предыдущие установленные оператором интервалы времени работы системы в форматах *.ТХТ, *.CSV или *.XLS с указанием даты и времени текущего часового пояса считываемой с датчиков информации. Способ для режимного ограничения электропотребления объектов инфраструктурного типа, при котором проводят комплексный анализ полученных данных с устройств для режимного ограничения электропотребления путем их обработки на удаленном сервере, при этом интеллектуальная обработка данных по электропотреблению для формирования плана ресурсных ограничений каждого из объектов на удаленном сервере, требующих ограничения, происходит в режиме реального времени на основе аппарата R-распределений, включающего в себя построение R3-распределения, строящееся для условий R3-режима, R2-распределения - для R2-режима и R1-распределения - для R1-режима, причем для установления R3-режима путем полученной команды лица, принимающего решения, с удаленного сервера на всех объектах принудительно отключаются от электроснабжения потребители третьей категории, второстепенные потребители, непосредственно не оказывающие влияния на выполнение объектами основных задач; при установлении R2-режима принудительно отключаются от электроснабжения потребители второй категории, потребители, отключение которых не оказывает влияния на выполнение объектами основных задач в течение определенного промежутка времени; для установления R1-режима принудительно отключаются от электроснабжения потребители первой категории, потребители, определяющие выполнение объектами основных задач. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для режимного ограничения электропотребления объектов инфраструктурного типа, содержащее датчики измерения напряжения, тока и частоты, подключенные к аналоговому интерфейсу многократно перепрограммируемого микропроцессора, к цифровым входам которого подключены энергонезависимая память, блок измерения времени с литий-полимерным (LiPo) источником питания, источник питания от стационарной электрической сети общего назначения, отличающееся тем, что в автоматизированную систему управления электропотреблением объектов техноценологического типа введен датчик измерения частоты электрического тока, мультиканальный дуплексный цифровой модем для силовой линии, Ethernet-WiFi-Bluetooth-чипсет с поддержкой открытых стандартов 433, 868 и 915 МГц для формирования WEB-радиоинтерфейса, отладки работы устройства и автоматического построения самоорганизующейся mesh-сети аналогичных устройств, энергонезависимая флэш-память (объем до 2 Гб) хранит информацию о величине потребляемого тока, его частоты, напряжения, вычисленной мощности и выявленных критических ситуациях за каждые предыдущие установленные оператором интервалы времени работы системы в форматах *.ТХТ, *.CSV или *.XLS с указанием даты и времени текущего часового пояса считываемой с датчиков информации, а также электромагнитное реле для управления доступом потребителя к стационарной электрической сети общего назначения.

2. Способ для режимного ограничения электропотребления объектов инфраструктурного типа, включающий в себя инфраструктурное режимное нормирование, при котором реализуют комплексный анализ полученных данных с устройств для режимного ограничения электропотребления путем их обработки на удаленном сервере в режиме реального времени на основе аппарата R-распределений, включающего в себя установление R3-режима, при котором проводят мониторинг и непрерывный анализ считываемых с датчиков устройств для режимного ограничения параметров частоты, напряжения и величины электрического тока, операцию логической индикации ошибки при частоте в электросети больше 50 Гц, после которой осуществляют выбор из базы данных категорирования для ограничения объектов третьей категории, на основе которых моделируют значения электропотребления рангового распределения с учетом ограничения электропотребления выбранных объектов, критерием которого является значение коэффициента β, определяемого в результате операции логической индикации, предполагающей принятие формы рангового распределения, если значения коэффициента β находятся в интервале от единицы до двух, после чего ограничивают в электропотреблении объекты третьей категории, при другом значении коэффициента β моделирование значений электропотребления рангового распределения осуществляют заново; установление R2-режима осуществляют на основе операции логической индикации ошибки при частоте в электросети больше 50 Гц для рангового распределения R3-режима, после которой осуществляют выбор из базы данных категорирования для ограничения объектов третьей и второй категорий, на основе которых моделируют значения электропотребления рангового распределения с учетом ограничения электропотребления выбранных объектов, критерием которого является значение коэффициента β, определяемого в результате операции логической индикации, предполагающей принятие формы рангового распределения, если значения коэффициента β находятся в интервале от единицы до двух, после чего ограничивают в электропотреблении объекты второй и третьей категорий, при другом значении коэффициента β моделирование значений электропотребления рангового распределения осуществляют заново; установление R1-режима осуществляют на основе операции логической индикации ошибки при частоте в электросети больше 50 Гц после мониторинга и анализа данных с устройств режимных ограничений объектов рангового распределения R2-режима, позволяющей осуществлять выбор из базы данных категорирования для ограничения объектов третьей, второй и первой категорий, на основе которых моделируют значения электропотребления рангового распределения с учетом ограничения электропотребления выбранных объектов первой категории, дополненных объектами второй и третьей категорий, критерием которого является значение коэффициента β, определяемого в результате операции логической индикации ошибки, предполагающей принятие формы рангового распределения, если значения коэффициента β находятся в интервале от единицы до двух, после чего ограничивают в электропотреблении объекты первой, второй и третьей категорий, при другом значении коэффициента β моделирование значений электропотребления рангового распределения осуществляют заново.