Комплекс мониторинга и управления электрическими нагрузками с контролем фазных токов и тока в нулевом проводнике Российский патент 2023 года по МПК H02H1/00 

Изобретение относится к электронно-измерительной технике и автоматике электрических сетей, в частности к области обеспечения наблюдаемости и управляемости электрических сетей и может быть использовано для синхронизированных удалённых измерений параметров режимов работы электрической сети одновременно в нескольких точках и управления нагрузками электрической сети.

Известен таймер – электросчётчик портативный мобильный трёхфазный (Патент № 195905 Российская Федерация, МПК G01R 19/00. опубл. 11.02.2020).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство таймер - электросчётчик мобильный портативный трёхфазный с радиоканалом передачи данных, позволяющее выполнять мобильное измерение текущих и максимальных значений мощности, тока, напряжения, в трехфазной сети, вести фиксацию потреблённого электрооборудованием или участком цепи количества электроэнергии без нарушения изоляции питающего провода, а также позволяет выявлять хищения электроэнергии при обходах потребителей, в том числе трёхфазных; составлять энергобаланс объектов при проведении энергоаудита; определять коэффициенты, характеризующие время использования оборудования, режимов его работы (ПН, ПК и т.п.); уточнять правильность выбора проводов и кабелей; исследовать суточные графики нагрузки, что приведет к уменьшению недоотпуска электроэнергии потребителям, повышению надежности и эффективности систем электроснабжения потребителей и фиксации реальных режимов работы трёхфазной сети. (Патент №2739717 Российская Федерация, МПК G01R 11/42, G01R 11/46, опубл. 28.12.20 Бюл. №1).

Недостатком известного устройства является недостаточная функциональность и ограниченная область применения, так как оно не позволяет выполнять синхронизированные измерения параметров режимов работы электрической сети одновременно в нескольких точках, в том числе измерение в этих точках тока в нулевом проводнике, а также осуществлять управление нагрузками электрической сети.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение функциональности и расширение области применения за счёт обеспечения возможности выполнять синхронизированные измерения параметров режимов работы электрической сети одновременно в нескольких точках, в том числе измерения в этих точках тока в нулевом проводнике, а также управление нагрузками электрической сети.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что предлагаемый комплекс мониторинга и управления электрическими нагрузками с контролем фазных токов и тока в нулевом проводнике, содержащий съёмные датчики тока с преобразователем тока в напряжение, блок записи данных, блок часов реального времени, датчики напряжения, микроконтроллеры, блок индикации и сигнализации, согласно изобретению, снабжен шестью измерительными блоками, устанавливаемыми в исследуемой линии электропередачи, в каждом из которых размещены микроконтроллер, по три датчика напряжения и четыре датчика тока с преобразователем тока в напряжение, выходы которых подключены ко входам микроконтроллера, блок часов реального времени, блок записи данных, блок управления и встроенное средство связи, передающее по каналу связи данные в центральный блок с привязкой данных к астрономическому времени и получающие от центрального блока команды управления.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где представлена общая схема измерительного комплекса для синхронизированных по времени измерений.

Комплекс мониторинга и управления электрическими нагрузками с контролем фазных токов и тока в нулевом проводнике содержит микроконтроллерные блоки МКБ1-МКБ7, датчики тока ДТ8-ДТ31, датчики напряжения ДН32-ДН49, блоки часов реального времени БЧРВ50-БЧРВ56, блоки записи данных БЗД57-БЗД63, встроенные средства связи ВСС64-ВСС70, блоки управления БУ71-БУ76, блок индикации и сигнализации БИС77.

ДТ8-ДТ11 соединены с силовой сетью на вводе первого измерительного блока и соединены с МКБ2, осуществляют контроль токов в точке их установки и передачу измеренных значений в МКБ2. ДН32-ДН34 соединены с силовой сетью на вводе первого измерительного блока и соединены с МКБ2, осуществляют контроль напряжений в точке их установки и передачу измеренных значений в МКБ2. БЧРВ51 соединён с МКБ2, осуществляет привязку измеряемых параметров к астрономическим времени и дате первого измерительного блока. БЗД58 соединён с МКБ2, осуществляет запись измеряемых параметров на внешний накопитель первого измерительного блока. ВСС65 соединён с МКБ2, осуществляет передачу полученных данных первого измерительного блока по каналу связи в ВСС64 и получение команд управления от ВСС64. БУ71 соединён с МКБ2, осуществляет управление нагрузкой электрической сети посредством её включения и отключения. МКБ2 соединён с ДТ8-ДТ11, ДН32-ДН34, осуществляет приём и обработку измеренных ими значений тока и напряжения, соединён с БЧРВ51, осуществляет контроль синхронизации данных по астрономическому времени, соединён с БЗД58, осуществляет отправку команд на запись данных первого измерительного блока, соединён с ВСС65 и осуществляет передачу данных о параметрах электрической сети первого измерительного блока, соединён с БУ71, передаёт на него команды управления нагрузкой, поступившие от центрального блока через ВСС64 и сформированные в соответствии с алгоритмами, вложенными в МКБ2. ДТ12-ДТ15 соединены с силовой сетью на вводе второго измерительного блока и соединены с МКБ3, осуществляют контроль токов в точке их установки и передачу измеренных значений в МКБ3. ДН35-ДН37 соединены с силовой сетью на вводе второго измерительного блока и соединены с МКБ3, осуществляют контроль напряжений в точке их установки и передачу измеренных значений в МКБ3. БЧРВ52 соединён с МКБ3, осуществляет привязку измеряемых параметров к астрономическим времени и дате второго измерительного блока. БЗД59 соединён с МКБ3, осуществляет запись измеряемых параметров на внешний накопитель второго измерительного блока. ВСС66 соединён с МКБ3, осуществляет передачу полученных данных второго измерительного блока по каналу связи в ВСС64 и получение команд управления от ВСС64. БУ72 соединён с МКБ3, осуществляет управление нагрузкой электрической сети посредством её включения и отключения. МКБ3 соединён с ДТ12-ДТ15, ДН35-ДН37, осуществляет приём и обработку измеренных ими значений тока и напряжения, соединён с БЧРВ52, осуществляет контроль синхронизации данных по астрономическому времени, соединён с БЗД59, осуществляет отправку команд на запись данных второго измерительного блока, соединён с ВСС66 и осуществляет передачу данных о параметрах электрической сети второго измерительного блока, соединён с БУ72, передаёт на него команды управления нагрузкой, поступившие от центрального блока через ВСС64 и сформированные в соответствии с алгоритмами, вложенными в МКБ3. ДТ16-ДТ19 соединены с силовой сетью на вводе третьего измерительного блока и соединены с МК4, осуществляют контроль токов в точке их установки и передачу измеренных значений в МКБ4. ДН38-ДН40 соединены с силовой сетью на вводе третьего измерительного блока и соединены с МКБ4, осуществляют контроль напряжений в точке их установки и передачу измеренных значений в МКБ3. БЧРВ53 соединён с МКБ4, осуществляет привязку измеряемых параметров к астрономическим времени и дате третьего измерительного блока. БЗД60 соединён с МКБ4, осуществляет запись измеряемых параметров на внешний накопитель третьего измерительного блока. ВСС67 соединён с МКБ4, осуществляет передачу полученных данных третьего измерительного блока по каналу связи в ВСС64 и получение команд управления от ВСС64. БУ73 соединён с МКБ4, осуществляет управление нагрузкой электрической сети посредством её включения и отключения. МКБ4 соединён с ДТ16-ДТ19, ДН38-ДН40, осуществляет приём и обработку измеренных ими значений тока и напряжения, соединён с БЧРВ53, осуществляет контроль синхронизации данных по астрономическому времени, соединён с БЗД60, осуществляет отправку команд на запись данных третьего измерительного блока, соединён с ВСС67 и осуществляет передачу данных о параметрах электрической сети третьего измерительного блока, соединён с БУ73, передаёт на него команды управления нагрузкой, поступившие от центрального блока через ВСС64 и сформированные в соответствии с алгоритмами, вложенными в МКБ4. ДТ20-ДТ23 соединены с силовой сетью на вводе четвертого измерительного блока и соединены с МКБ5, осуществляют контроль токов в точке их установки и передачу измеренных значений в МКБ5. ДН41-ДН43 соединены с силовой сетью на вводе четвертого измерительного блока и соединены с МКБ5, осуществляют контроль напряжений в точке их установки и передачу измеренных значений в МКБ5. БЧРВ54 соединён с МКБ5, осуществляет привязку измеряемых параметров к астрономическим времени и дате четвертого измерительного блока. БЗД61 соединён с МКБ5, осуществляет запись измеряемых параметров на внешний накопитель четвертого измерительного блока. ВСС68 соединён с МКБ5, осуществляет передачу полученных данных четвертого измерительного блока по каналу связи в ВСС64 и получение команд управления от ВСС64. БУ74 соединён с МКБ5, осуществляет управление нагрузкой электрической сети посредством её включения и отключения. МК5 соединён с ДТ20-ДТ23, ДН41-ДН43, осуществляет приём и обработку измеренных ими значений тока и напряжения, соединён с БЧРВ54, осуществляет контроль синхронизации данных по астрономическому времени, соединён с БЗД61, осуществляет отправку команд на запись данных четвертого измерительного блока, соединён с ВСС68 и осуществляет передачу данных о параметрах электрической сети четвертого измерительного блока, соединён с БУ74, передаёт на него команды управления нагрузкой, поступившие от центрального блока через ВСС64 и сформированные в соответствии с алгоритмами, вложенными в МКБ5. ДТ24-ДТ27 соединены с силовой сетью на вводе пятого измерительного блока и соединены с МКБ6, осуществляют контроль токов в точке их установки и передачу измеренных значений в МКБ6. ДН44-ДН46 соединены с силовой сетью на вводе пятого измерительного блока и соединены с МКБ6, осуществляют контроль напряжений в точке их установки и передачу измеренных значений в МКБ6. БЧРВ55 соединён с МКБ6, осуществляет привязку измеряемых параметров к астрономическим времени и дате пятого измерительного блока. БЗД62 соединён с МКБ6, осуществляет запись измеряемых параметров на внешний накопитель пятого измерительного блока. ВСС69 соединён с МКБ6, осуществляет передачу полученных данных пятого измерительного блока по каналу связи в ВСС64 и получение команд управления от ВСС64. БУ75 соединён с МКБ6, осуществляет управление нагрузкой электрической сети посредством её включения и отключения. МКБ6 соединён с ДТ24-ДТ27, ДН44-ДН46, осуществляет приём и обработку измеренных ими значений тока и напряжения, соединён с БЧРВ55, осуществляет контроль синхронизации данных по астрономическому времени, соединён с БЗД62, осуществляет отправку команд на запись данных пятого измерительного блока, соединён с ВСС69 и осуществляет передачу данных о параметрах электрической сети пятого измерительного блока, соединён с БУ75, передаёт на него команды управления нагрузкой, поступившие от центрального блока через ВСС64 и сформированные в соответствии с алгоритмами, вложенными в МКБ6. ДТ28-ДТ31 соединены с силовой сетью на вводе шестого измерительного блока и соединены с МКБ7, осуществляют контроль токов в точке их установки и передачу измеренных значений в МКБ7. ДН47-ДН49 соединены с силовой сетью на вводе шестого измерительного блока и соединены с МКБ7, осуществляют контроль напряжений в точке их установки и передачу измеренных значений в МКБ7. БЧРВ56 соединён с МКБ7, осуществляет привязку измеряемых параметров к астрономическим времени и дате шестого измерительного блока. БЗД63 соединён с МКБ7, осуществляет запись измеряемых параметров на внешний накопитель шестого измерительного блока. ВСС70 соединён с МКБ7, осуществляет передачу полученных данных шестого измерительного блока по каналу связи в ВСС64 и получение команд управления от ВСС64. БУ76 соединён с МКБ3, осуществляет управление нагрузкой электрической сети посредством её включения и отключения. МКБ7 соединён с ДТ28-ДТ31, ДН47-ДН49, осуществляет приём и обработку измеренных ими значений тока и напряжения, соединён с БЧРВ56, осуществляет контроль синхронизации данных по астрономическому времени, соединён с БЗД63, осуществляет отправку команд на запись данных шестого измерительного блока, соединён с ВСС70 и осуществляет передачу данных о параметрах электрической сети шестого измерительного блока, соединён с БУ76, передаёт на него команды управления нагрузкой, поступившие от центрального блока через ВСС64 и сформированные в соответствии с алгоритмами, вложенными в МКБ7. БЧРВ50 соединён с МКБ1, осуществляет привязку измеряемых параметров к астрономическим времени и дате центрального блока. БЗД57 соединён с МКБ1, осуществляет запись измеряемых параметров на внутренний и внешний накопитель. ВСС64 соединён с МКБ1, осуществляет прием полученных данных измерительных блоков по каналу связи от ВСС65-ВСС70 и передачу команд управления. МКБ1 соединён с БЧРВ50, осуществляет контроль синхронизации данных по астрономическому времени, соединён с БЗД57, осуществляет отправку команд на запись данных на внутренний и внешний накопитель, соединён с ВСС64 и осуществляет прием и обработку данных о параметрах электрической сети от измерительных блоков, передаёт на них команды управления, соединён с БИС77, осуществляет индикацию на дисплее центрального блока.

Комплекс мониторинга и управления нагрузкой работает следующим образом.

Датчики тока ДТ8-ДТ31 и датчики напряжения ДН32-ДН49 первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого измерительных блоков подключаются к исследуемой электрической линии в различных точках, производят измерения токов, напряжений и передают данные на микроконтроллерные блоки МКБ2-МКБ7, которые обрабатывают их с получением данных о параметрах режима работы электрической сети, в том числе значениях тока и напряжения, потреблении электроэнергии, частоте тока, значениях параметров качества электрической энергии.

Первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой измерительные блоки выполнены на базе микроконтроллерных блоков МКБ2-МКБ7, которые обрабатывают значения датчиков тока ДТ8-ДТ31 и напряжения ДН32-ДН49, выполняют необходимые расчеты параметров электрической сети и отправляют обработанные данные с датчиков на встроенные средства связи ВСС65-ВСС70, работающие в режиме передатчиков, которые передают полученные данные по каналу связи ВСС64. Блоки записи данных БЗД58-БЗД63 производят запись всех измеряемых данных измерительных блоков. Блоки часов реального времени БЧРВ51-БЧРВ56 измерительных блоков производят привязку этих данных к астрономическому времени и дате. В МКБ2-МКБ7 закладываются алгоритмы управления нагрузкой в зависимости от значений измеряемых параметров электрической сети в точке установки соответствующих датчиков тока и напряжения. В соответствии с этими алгоритмами, а также в соответствии с командами, получаемыми от центрального блока через ВСС64 и соответствующие ВСС измерительных блоков, МКБ2-МКБ7 подают команды на блоки управления БУ71-БУ76, которые управляют нагрузкой посредством её включения, или отключения.

Один вход каждого из датчиков напряжения ДН32-ДН49 подключается к нулевому проводнику, второй к фазному через специальные зажимы. Датчики тока ДТ8-ДТ31 подключаются на фазные и нулевые проводники линии электропередачи в точке установки соответствующего измерительного блока.

ВСС64, работая в режиме приемника, получает данные по каналу связи от ВСС65-ВСС70 измерительных блоков. Микроконтроллерный блок МКБ1 центрального блока получает данные от ВСС64, выполняет обработку данных и передает их на блок индикации и сигнализации БИС77. Также МКБ1 формирует команды управления в зависимости от полученных от измерительных блоков данных, и передаёт их с помощью ВСС64 в ВСС65-ВСС70 на МКБ2-МКБ7.

Блок записи данных БЗД57 производит запись всех получаемых данных с привязкой к конкретному измерительному блоку. Блок часов реального времени БЧРВ50 центрального блока производит привязку этих данных к астрономическому времени и дате. Это позволяет синхронизировать полученные данные.

Применение предлагаемого комплекса позволит осуществить мобильное синхронизированное измерение параметров режимов работы исследуемой электрической сети одновременно в нескольких точках, вести фиксацию в данных точках потреблённой электроэнергии, архивировать измеряемые значения и передавать все измеренные данные в центральный блок, удалённый от места измерений, выявлять хищения электроэнергии, выявлять участки ЛЭП с повышенными потерями электроэнергии и потерями напряжения, выявлять участки сети с недостаточной пропускной способностью, выявлять участки сети с отклонениями качества электроэнергии, выявлять несимметрию в сети, проверять соответствие потребляемой абонентами мощности договорным условиям, уточнять правильность выбора проводов и кабелей. Также применение комплекса позволяет управлять нагрузками электрической сети посредством их включения и отключения в зависимости от значений параметров режимов сети в разных её точках. Это может быть использовано для разгрузки сети при дефиците мощности источников электроснабжения или недостаточной пропускной способности, для управления нагрузками в функции времени и так далее.

Изобретение относится к электронно-измерительной технике. Технический результат заключается в обеспечении возможности выполнять синхронизированные измерения параметров режимов работы электрической сети одновременно в нескольких точках, управляя нагрузками электрической сети. Комплекс снабжен шестью измерительными блоками, устанавливаемыми в исследуемой линии электропередачи, в каждом из которых размещены микроконтроллер, по четыре датчика напряжения и четыре датчика тока с преобразователем тока в напряжение, выходы которых подключены ко входам микроконтроллера, блок часов реального времени, блок записи данных, блок управления и встроенное средство связи, передающее по каналу связи данные в центральный блок с привязкой данных к астрономическому времени и получающее от центрального блока команды управления. 1 ил.

Комплекс мониторинга и управления электрическими нагрузками с контролем фазных токов и тока в нулевом проводнике, содержащий съёмные датчики тока с преобразователем тока в напряжение, блок записи данных, блок часов реального времени, датчики напряжения, микроконтроллеры, блок индикации и сигнализации, отличающийся тем, что он снабжен шестью измерительными блоками, устанавливаемыми в исследуемой линии электропередачи, в каждом из которых размещены микроконтроллер, по три датчика напряжения и четыре датчика тока с преобразователем тока в напряжение, выходы которых подключены ко входам микроконтроллера, блок часов реального времени, блок записи данных, блок управления и встроенное средство связи, передающее по каналу связи данные в центральный блок с привязкой данных к астрономическому времени и получающее от центрального блока команды управления центральным блоком, в котором размещены блок записи данных, блок часов реального времени, блок индикации и сигнализации, встроенное средство связи, микроконтроллерный блок, связанный через встроенные средства связи с измерительными блоками и выполняющий обработку полученных данных от измерительных блоков и передачу их на блок индикации и сигнализации, формирование команды управления в зависимости от полученных от измерительных блоков данных, и передачу их на микроконтроллеры измерительных блоков, а также запись в блоке записи данных центрального блока всех получаемых данных с привязкой к конкретному измерительному блоку, и привязку этих данных к астрономическому времени и дате в блоке часов реального времени центрального блока.