Программно-аппаратный комплекс "Система динамического управления и перераспределения электрической мощности" Российский патент 2024 года по МПК H02J3/00 H02B1/15 H02B13/00 

Изобретение (ПАК «СДУПЭМ») относится к электротехнике и электроэнергетике, а именно к устройствам автоматического воздействия на электрические сети и может быть использовано в составе зарядного комплекса для динамического регулирования выходной мощности электрозарядных станций.

Известно (RU, патент 2280316, опубл. 20.09.2006) устройство автоматического воздействия на электросети и электропривод для такого устройства, которое состоит из устройства для создания фактического значения напряжения, установленного непосредственно на трансформаторе, из электронного электропривода, содержащего дополнительно также электрические и электронные средства регулирования напряжения для воздействия на электросети, расположенного также непосредственно на трансформаторе и соединенного, в свою очередь, механически непосредственно при помощи обычного приводного вала с переключателем ступеней обмоток трансформатора на или в трансформаторе. Все узлы данного устройства размещены непосредственно на трансформаторе. В устройстве предусмотрен преобразователь напряжения в виде измерительного трансформатора, установленного на трансформаторе со ступенчатым регулированием. Измерительный трансформатор регистрирует соответственно действительное значение регулируемого напряжения и через единственную электрическую измерительную линию передает его на электропривод, в котором предусмотрены средства для сравнения этого действительного значения с установленным заданным значением и для вырабатывания в зависимости от результата сравнения исполнительной команды.

Недостатком являются заложенные в регуляторы напряжения «жесткие» алгоритмы управления, которые не способны учитывать стохастический характер изменения нагрузки, и аналоговые выходные сигналы регуляторов, при передаче которых возможно их искажение, тогда как цифровая информация может быть передана без потерь качества.

Известно (RU, патент 2416855, опубл.. 13.04.2010) устройство управления режимом напряжения в электрической сети с применением fuzzy-логики, состоящее из блока аналогово-цифровых преобразователей, блока фаззификации, модуля памяти контроллера системы управления, блока нечеткого вывода, блока хранения базы правил, блока дефаззификации, переключателя, быстродействующего автоматического регулятора, блока регулирования под нагрузкой, трансформатора с регулированием напряжения под нагрузкой, присоединенных линий, измерительных трансформаторов тока, измерительных трансформаторов напряжения, блока задания постоянных параметров нагрузки и присоединений, контроллера системы управления.

Недостатком известного технического решения является недостаточное быстродействие управления режимом напряжения при наличии динамических линейных и нелинейных нагрузок.

Известно (RU, патент 2467447, опубл. 20.11.2017) устройство динамического управления режимом напряжения в электрической сети с применением fuzzy-логики, содержащее устройство регулирования под нагрузкой, сборные шины, измерительный трансформатор напряжения, регулятор, причем выход регулятора соединен с входом устройства регулирования под нагрузкой, выход устройства регулирования под нагрузкой соединен с первичной обмоткой силового трансформатора, к сборным шинам подключен измерительный трансформатор напряжения, причем вторичная обмотка измерительного трансформатора напряжения соединена с входом регулятора, аналого-цифровой преобразователь, блок задания постоянных параметров нагрузки и присоединений, модуль памяти, блок фаззификации, блок нечеткого логического вывода, блок хранения базы правил, блок дефаззификации и переключатель, измерительные трансформаторы тока, причем измерительные трансформаторы тока подключены к присоединенным к сборным шинам, входы аналого-цифрового преобразователя соединены с вторичными обмотками измерительных трансформаторов тока и напряжения, входы блока фаззификации связаны с выходами аналого-цифрового преобразователя и выходом модуля памяти, вход модуля памяти соединен с блоком задания постоянных параметров нагрузки и присоединений, входы блока нечеткого вывода соединены с выходами блока фаззификации и выходами блока хранения базы правил, выход блока нечеткого вывода соединен с входом блока дефаззификации, входы переключателя соединены с выходом блока дефаззификации и выходами аналого-цифрового преобразователя, выход переключателя соединен с входом быстродействующего автоматического регулятора. Устройство также снабжено тиристорным управляемым выпрямителем, первым и вторым накопительными конденсаторами, управляемым инвертором, вольтодобавочным трансформатором, фильтром высших гармонических составляющих напряжения, защитным устройством, байпасным выключателем, первым, вторым, третьим и четвертым выключателями, при этом вторичная обмотка силового трансформатора соединена с входом тиристорного управляемого выпрямителя, к выходу которого подключены первый и второй накопительные конденсаторы, которые подключены к входу управляемого инвертора, выход которого соединен с первичной обмоткой вольтодобавочного трансформатора, начало первичной обмотки, которого подключено к выходу первого выключателя и входу фильтра высших гармонических составляющих напряжения, а ее конец - к входу второго выключателя и выходу фильтра высших гармонических составляющих напряжения, при этом вход фильтра высших гармонических составляющих напряжения подключен к входу защитного устройства, а выход фильтра - к выходу защитного устройства, при этом вход первого выключателя соединен с входом байпасного выключателя и выходом третьего выключателя, а выход второго выключателя соединен с выходом байпасного выключателя и входом четвертого выключателя, выход которого соединен со сборными шинами, вход третьего выключателя соединен с питающей сетью. Устройство динамического управления режимом напряжения в электрической сети с применением fuzzy-логики, содержащее устройство регулирования под нагрузкой, сборные шины, измерительный трансформатор напряжения, регулятор, причем выход регулятора соединен с входом устройства регулирования под нагрузкой, выход устройства регулирования под нагрузкой соединен с первичной обмоткой силового трансформатора, к сборным шинам подключен измерительный трансформатор напряжения, причем вторичная обмотка измерительного трансформатора напряжения соединена с входом регулятора, аналого-цифровой преобразователь, блок задания постоянных параметров нагрузки и присоединений, модуль памяти, блок фаззификации, блок нечеткого логического вывода, блок хранения базы правил, блок дефаззификации и переключатель, измерительные трансформаторы тока, причем измерительные трансформаторы тока подключены к присоединенным к сборным шинам, входы аналого-цифрового преобразователя соединены с вторичными обмотками измерительных трансформаторов тока и напряжения, входы блока фаззификации связаны с выходами аналого-цифрового преобразователя и выходом модуля памяти, вход модуля памяти соединен с блоком задания постоянных параметров нагрузки и присоединений, входы блока нечеткого вывода соединены с выходами блока фаззификации и выходами блока хранения базы правил, выход блока нечеткого вывода соединен с входом блока дефаззификации, входы переключателя соединены с выходом блока дефаззификации и выходами аналого-цифрового преобразователя, выход переключателя соединен с входом быстродействующего автоматического регулятора, отличающееся тем, что оно снабжено тиристорным управляемым выпрямителем, первым и вторым накопительными конденсаторами, управляемым инвертором, вольтодобавочным трансформатором, фильтром высших гармонических составляющих напряжения, защитным устройством, байпасным выключателем, первым, вторым, третьим и четвертым выключателями, при этом вторичная обмотка силового трансформатора соединена с входом тиристорного управляемого выпрямителя, к выходу которого подключены первый и второй накопительные конденсаторы, которые подключены к входу управляемого инвертора, выход которого соединен с первичной обмоткой вольтодобавочного трансформатора, начало первичной обмотки, которого подключено к выходу первого выключателя и входу фильтра высших гармонических составляющих напряжения, а ее конец - ко входу второго выключателя и выходу фильтра высших гармонических составляющих напряжения, при этом вход фильтра высших гармонических составляющих напряжения подключен к входу защитного устройства, а выход фильтра - к выходу защитного устройства, при этом вход первого выключателя соединен с входом байпасного выключателя и выходом третьего выключателя, а выход второго выключателя соединен с выходом байпасного выключателя и входом четвертого выключателя, выход которого соединен со сборными шинами, вход третьего выключателя соединен с питающей сетью.

Основным недостатком известного устройства следует признать его сложность.

Техническая проблема, решаемая использованием разработанного устройства, состоит в расширение ассортимента средств динамического управления и перераспределения электрической мощности.

Технический результат, достигаемый при реализации разработанного устройства, состоит в упрощении его конструкции.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный программно-аппаратный комплекс система динамического управления и перераспределения электрической мощности. Комплекс содержит щит системы динамического управления и перераспределения электрической мощности (Щит СДУПЭМ), щит силового управления (ЩСУ) и, по меньшей мере, один пункт управления распределительный (ПРУ), а также оконечные устройства, причем в главном распределительном щите (ГРЩ) к которому подключен программно-аппаратный комплекс, установлен, по меньшей мере, один измерительный трансформатор, входящий в состав щита системы динамического управления и перераспределения электрической мощности, щит системы динамического управления и перераспределения электрической мощности., который содержит Master-контроллер с аппаратным программным обеспечением и к которому подключены измерительные трансформаторы, коммутатор щита системы динамического управления, промышленный компьютер этого щита с программным обеспечением системы аутентификациии взимания платы за электроэнергию, причем второй вход коммутатора щита системы динамического управления подключен к выходу промышленного компьютера щита динамического управления, третий вход коммутатора этого щита подключен к Master-контроллеру, выходы коммутатора подключены к коммутаторам пунктов управления, щит силового управления содержит коммутатор, первый вход которого подключен к выходу коммутатора щита системы динамического управления и перераспределения электрической мощности, второй вход этого коммутатора подключен к промышленному компьютеру этого щита, а выходы этого коммутатора подключены к электрозарядным станциям.

В предпочтительном варианте реализации на линиях подачи электричества дополнительно установлены автоматические выключатели, в качестве оконечных устройств использованы зарядные станции для автомобилей, а в качестве измерительного трансформатора использована катушка Роговского или измерительные трансформаторы тока.

Схема разработанного программно-аппаратного комплекса приведена на рисунке, при этом использованы следующие обозначения: главный распределительный щит 1 (ГРЩ), щит системы динамического управления и перераспределения электрической мощности 2 (Щит СДУПЭМ), щит силового управления 3 (ЩСУ), коммутатор 4 щита силового управления, промышленный компьютер 5 щита системы динамического управления и перераспределения электрической мощности, коммутатор 6 щита системы динамического управления и перераспределения электрической мощности, Master-контроллер с аппаратным программным обеспечением 7 щита системы динамического управления и перераспределения электрической мощности, промышленный компьютер 8 щита силового управления, пункт управления распределительный 9 (ПРУ), коммутатор 10 пункта управления, промышленный компьютер 11 пункта управления, электрозарядная станция с установленным Slave-контроллером 12 (ЭЗС), Slave-контроллер 13 для подключения электрозарядных станций сторонних производителей 14 (ЭЗС сторонних производителей), измерительные трансформаторы 15.

Master-контроллер, установленный Щите СДУПЭМ с использованием измерительных трансформаторов тока, которые устанавливают за вводным автоматическим выключателем перед секцией сборных шин, производит непрерывный контроль параметров потребления электроэнергии. Используя непрерывное получаемые результаты измерений Master-контроллер производит первичную обработку результатов измерения, обеспечивающее определение значений неиспользуемой мощности и удержание баланса потребления в допустимых значения определенных технологическим присоединением, определяет резерв значений мощности для компенсации всплесков потребления при совпадении включения первичной нагрузки и плановых алгоритмов распределения мощности между частями заданной энергосистемы и выполняет оперативную корректировку балансов мощности между подгруппами зарядных станций с целью равномерной и оптимальной загрузки энергосистемы с предотвращением возможных опасных перегрузок групповых линий энергоснабжения.

Slave-контроллеры зарядных станций выполняют зарядку аккумуляторов электромобилей и находятся под управлением Master-контроллера по ОСРР-протоколу, выполняя его команды по началу/окончанию цикла зарядной сессии на основе динамически меняемой уставки допустимой мощности.

ЩСУ и ПУР - щиты силового управления предназначены для подключения оконечных зарядных станций к системе энергоснабжения и равномерного распределения нагрузки на подгруппы.

Промышленные компьютеры, расположенные в щитах силового управления, обеспечивают работоспособность системы аутентификации и учет потребления электроэнергии пользователями зарядных станций.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам автоматического воздействия на электрические сети и может быть использовано в составе зарядного комплекса для динамического регулирования выходной мощности электрозарядных станций. Технический результат заключается в упрощении конструкции. Программно-аппаратный комплекс "Система динамического управления и перераспределения электрической мощности" содержит щит системы динамического управления и перераспределения электрической мощности, щит силового управления и по меньшей мере один пункт управления распределительный, а также оконечные устройства. В главном распределительном щите, к которому подключен программно-аппаратный комплекс, установлен по меньшей мере один измерительный трансформатор, входящий в состав щита системы динамического управления и перераспределения электрической мощности. Щит системы динамического управления и перераспределения электрической мощности содержит Master-контроллер с аппаратным программным обеспечением, к которому подключен по меньшей мере один измерительный трансформатор, коммутатор щита системы динамического управления и перераспределения электрической мощности, промышленный компьютер щита системы динамического управления и перераспределения электрической мощности с программным обеспечением системы аутентификации взимания платы за электроэнергию. Второй вход коммутатора щита системы динамического управления и перераспределения электрической мощности подключен к выходу промышленного компьютера щита системы динамического управления и перераспределения электрической мощности, третий вход коммутатора щита системы динамического управления и перераспределения электрической мощности подключен к Master-контроллеру. Выходы коммутатора щита системы динамического управления и перераспределения электрической мощности подключены к коммутатору по меньшей мере одного пункта управления распределительного. Щит силового управления содержит коммутатор, первый вход которого подключен к коммутатору щита системы динамического управления и перераспределения электрической мощности, второй вход коммутатора щита силового управления подключен к промышленному компьютеру щита силового поля, а выходы коммутатора щита силового управления подключены к электрозарядным станциям по меньшей мере одного пункта управления распределительного. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Программно-аппаратный комплекс "Система динамического управления и перераспределения электрической мощности", отличающийся тем, что он содержит щит системы динамического управления и перераспределения электрической мощности, щит силового управления и по меньшей мере один пункт управления распределительный, а также оконечные устройства, причем в главном распределительном щите, к которому подключен программно-аппаратный комплекс, установлен по меньшей мере один измерительный трансформатор, входящий в состав щита системы динамического управления и перераспределения электрической мощности, щит системы динамического управления и перераспределения электрической мощности содержит Master-контроллер с аппаратным программным обеспечением, к которому подключен по меньшей мере один измерительный трансформатор, коммутатор щита системы динамического управления и перераспределения электрической мощности, промышленный компьютер щита системы динамического управления и перераспределения электрической мощности с программным обеспечением системы аутентификации взимания платы за электроэнергию, причем второй вход коммутатора щита системы динамического управления и перераспределения электрической мощности подключен к выходу промышленного компьютера щита системы динамического управления и перераспределения электрической мощности, третий вход коммутатора щита системы динамического управления и перераспределения электрической мощности подключен к Master-контроллеру, выходы коммутатора щита системы динамического управления и перераспределения электрической мощности подключены к коммутатору по меньшей мере одного пункта управления распределительного, щит силового управления содержит коммутатор, первый вход которого подключен к коммутатору щита системы динамического управления и перераспределения электрической мощности, второй вход коммутатора щита силового управления подключен к промышленному компьютеру щита силового поля, а выходы коммутатора щита силового управления подключены к электрозарядным станциям по меньшей мере одного пункта управления распределительного.

2. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что на линиях подачи электричества дополнительно установлены автоматические выключатели.

3. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в качестве оконечных устройств использованы зарядные станции для автомобилей.

4. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в качестве измерительного трансформатора использована катушка Роговского.