Устройство для определения электрической нагрузки Советский патент 1991 года по МПК G01R11/56 

Изобретение относится к устройствам контроля за потребляемой мощностью.

Цель изобретения - расширение области применения устройства за счет определения величины нагрузки, на которую ее необходимо изменить в интервале от текущего момента времени до конца контрольного периода при условии соблюдения заданного лимита мощности.

На фиг, 1 представлена блок-схема устройства для определения электрической нагрузки; на фиг. 2 - график, поясняющий процедуру определения среднего значения нагрузки по величине расхода электроэнергии на интервале усреднения; на фиг. 3 - схема блока управления и синхронизации. Устройство состоит из датчиков 1 расхода электроэнергии, блока 2 приема информации, блока 3 управления и синхронизации, счетчика 4 текущей нагрузки, регистратора 5 текущей нагрузки, элемента ИЛИ 6, делителей 7 и 8 частоты с управляемым коэффициентом деления, счетчика 9 периодов дискретизации и счетчика 10 остатка периодов дискретизации, вычитающих счетчиков 11 и 12, вычитающего блока 13, регистра 14 лимита мощности, делителя частоты 15 с постоянным коэффициентом деления,

сь ю

00 XI

о

Х|

го

счетчика 16 и регистратора 17 приращения нагрузки. Датчики 1 расхода электроэнергии соединены с входом блока 2 приема информации, выход которого через элемент ИЛИ 6 и делитель 7 частоты соединен со счетным входом счетчика 4 текущей нагрузки. Управляющие входы делителя 7 частоты соединены с выходами счетчика 9 периодов дискретизации, Выходы счетчика 4 текущей нагрузки соединены с установочными входами регистратора 5 текущей нагрузки, вычитающего счетчика 11 и первым информационным входом (вычитаемое) вычитающего блока 13, второй информационный вход (уменьшаемое) которого соединен с выходом регистра 14 лимита мощности, а выход- с установочными входами вычитающего счетчика 12, счетный вход которого через делитель 15 частоты и счетный вход счетчика 16 через делитель 8 частоты соединен с пятым выходом 18 блока 3 управления и синхронизации. Выходы счетчика 16 соединены с установочными входами регистратора 17 приращения нагрузки, вход управления знаком приращения которого подключен к выходу знакового разряда вычитающего блока 13. Управляющие входы делителя 8 частоты подключены к выходам счетчика 10 остатка периодов дискретизации, счетный вход которого, вход сброса счетчика 16, управляющие входы записи вычитающих счетчиков 11 и 12 и регистратора 5, счетный вход счетчика 9 соединены с первым выходом 19 блока управления и синхронизации, второй выход 20 которого соединен с управляющими входами сброса счетчика 4 текущей нагрузки и вычитающего счетчика 11, а также с установочными входами счетчика 9 периодов дискретизации и счетчика 10 остатка периодов дискретизации, третий выход 21 соединен с управляющим входом блока 2 приема информации и входом выбора режима счета счетчика 4 текущей нагрузки, четвертый выход 22 - с вторым входом элемента ИЛИ 6 и счетным входом вычитающего счетчика 11, выход которого соединен с первым управляющим входом 23 блока 3 управления и синхронизации, а выход вычитающего счетчика 12 подключен к второму управляющему входу 24 блока 3 управления и синхронизации и управляющему входу записи регистратора 17 приращения нагрузки.

Блок 3 управления и синхронизации (БУС) содержит генератор 25 временных интервалов, триггеры 26 и 27 и элементы И 28 и 29, причем первый и второй выходы генератора 25 временных интервалов являются первым выходом 19 и вторым выходом 20 блока 3 управления и синхронизации, выход

триггера 26 является третьим выходом 21 блока 3 управления и синхронизации, четвертым и пятым выходами 22 и 18 которого являются выходы элементов И 28 и 29, первые входы которых соединены с третьим выходом генератора 25 временных интервалов, а вторые-с выходами триггеров, С-вхо- ды которых подключены к первому входу генератора 25 временных интервалов, Dвходы - к шине логической единицы, R-вход триггера 26 является первым управляющим входом 23, а R-вход триггера 27 - вторым управляющим входом 24 блока 3 управления и синхронизации.

Рассмотрим работу на примере устройства, ежеминутно определяющего получасовую нагрузку, усредняемую за время от начала получасового интервала, и среднее значение нагрузки, на которое необходимо

изменить нагрузку в интервале от текущего момента времени до конца получасового интервала при условии соблюдения заданного лимита мощности.

Блок 3 управления и синхронизации вырабатывает на первом выходе 19 импульсы дискретизации с периодом 1 мин; коэффициенты пересчета счетчика 9 периодов дискретизации и счетчика 10 остатка периодов дискретизации равны 30, причем смена состояний счетчика 9, задающих коэффициенты деления делителя 7 частоты, происходит

в последовательности 1,2,329,30,1,2,...,

а смена состояний счетчика 10, задающих коэффициенты деления делителя 8 частоты,

происходит в последовательности 30, 29,

282, 1, 30, 29Делители частоты 7 и 8

обеспечивают изменение коэффициента деления от 1 до 30, а делитель частоты 15 обеспечивает коэффициент деления 30.

Начальное состояние основных элементов схемы в начале 1-й минуты получасового контрольного периода: в счетчике 9 записано значение t 1, следовательно, коэффициент деления делителя 7 частоты устанавливается равным 1; в счетчике 10 установлено значение Д t 30; счетчик 4 текущей нагрузки и вычитающий счетчик 11 устанавливаются в нуль; счетчик 4 текущей нагрузки сигналом с третьего выхода 21 блока 3 управления и синхронизации настроен на режим суммирования; в регистраторе 5 текущей нагрузки записана и выводится на индикацию информация о получасовой нагрузке за предыдущие полчаса; в регистраторе 17 приращения нагрузки записана и выводится на индикацию информация о перегрузке или недогрузке за предыдущие полчаса.

На вход блока 2 приема информации с

датчиков 1 расхода электроэнергии поступа ют информационные импульсы, которые преобразуются в серии счетных импульсов. Количество счетных импульсов в серии определяется весом информационного импульса датчика 1 расхода электроэнергии. Для того, чтобы в счетчике 4 текущей нагрузки в течение минуты оформилось число, равное среднему за 1 мин значению нагрузки, необходимо, чтобы серия содержала в 60 раз больше счетных импульсов:

Pi

,

NI, ч

2) Nil ,

I 1

где Pi - средняя нагрузка за 1 мин;

Ми - количество информационных им-, пульсов, пришедших с i-ro датчика в течение 1 мин;

Ш1о вес информационного импульса 1-го датчика, кВт-ч;

юн 60ол0 - приведенное к одноминутному интервалу значение весового коэффициента, кВт;

I - количество датчиков,

В течение первой минуты делитель 7 частоты настроен на коэффициент деления, равный 1, поэтому серии счетных импульсов проходят на счетчик 4 через элемент ИЛИ 6 и делитель 7 без изменений. В результате в конце первой минуты в счетчике 4 текущей нагрузки накапливается величина, равная среднему значению нагрузки за 1 мин (точка а на фиг. 2). В этот момент (ежеминутно) с выхода 19 блока 3 управления поступает сигнал, по которому содержимое счетчика 4 текущей нагрузки заносится в регистратор Бив вычитающий счетчик 11, содержимое счетчика 9 импульсов дискретизации увеличивается на 1 (), содержимое счетчика 10 уменьшается на 1 ( A t 29), счетчик 16 приращения нагрузки устанавливается нуль, а в вычитающий счетчик 12 заносится величина разности

ДР11 Рл

где Рл - значение лимита мощности, хранящееся в регистре 14, величина Д Pi определяется вычитающим блоком 13. Одновременно сигналом с выхода 21 блока 3 счетчик 4 текущей нагрузки переводится в режим вычитания, а блок 2 приема информации прекращает выдачу счетных импульсов. В то же время с выхода 22 блока 3 управления поступают импульсы, считывающие содержимое вычитающего счетчика 11, а через элемент ИЛИ 6 и делитель 7 частоты уменьшают содержимое счетчика 4. Так как в вычитающем счетчике 11 записана

величина Pi, а коэффициент деления делителя 7 частоты равен 2, то из счетчика 4 текущей нагрузки вычитается величина Pi/2, что соответствует точке b на фиг, 2. В момент равенства нулю содержимого счетчика 11 на блок 3 управления подается сигнал, возвращающий схему в режим приема информации. В это же время с выхода 18 блока 3 управления поступают импульсы, которые через делитель 15 частоты считывают содержимое вычитающего счетчика 12, а через делитель 8 частоты накапливаются в счетчике 16 приращения нагрузки. К моменту обнуления вычитающего счетчика 12 с выхода 18 блока 3 управления поступят 30

(Рл - Pi) импульсов. Часть из них, определяемая коэффициентом деления At - 29 делителя 8 частоты, подсчитывается счетчиком 16, где формируется величина

25

Р1(Рл-Р1) -30/29

(1)

Эта величина - приращение нагрузки. В зависимости от знака результата вычитания (Рл - Pi) она показывает, насколько можно

увеличить нагрузку (если Рл Pi 0) или насколько необходимо уменьшить нагрузку (если Рл Pt 0) в оставшиеся 29 мин контрольного периода при условии соблюдения заданного лимита мощности.

В общем случае A Pt Pg.t - Pt. где A Pt приращение нагрузки на оставшиеся At 30 -1 минут; Pt - средняя получасовая нагрузка, определенная за t минут; Pg.t. - допустимое значение нагрузки в оставшиеся

(30 -1) минут при условии соблюдения заданного лимита мощности

Pg.t.-(Pn -30-Pt -t)/(30-t).

45 Тогда

50

АР -Рд -30-Рл м APtgu -Pt

- P -p )

При: 1 получаем выражение (1). В момент равенства нулю содержимого вычитающего счетчика 12 с его выхода поступает сигнал для записи знака и значения приращения нагрузки в регистратор 17 и на вход 24 блока 3 управления. В результате подача импульсов р выхода 18 блока 3 управления прекращается. Схема устанавливается в состояние,

подобное начальному по режимам работы всех блоков, но отличающееся от него содержимым счетчика 9 импульсов дискретизации (t 2), счетчика 10 остатка ( At fc 29), счетчика 4 текущей нагрузки (Pi/2), регистратора 5 (Pi) и регистратора 17 (Api). На время, пока считывается содержимое вычитающего счетчика 11, блок 2 приема информации принимает и запоминает информационные импульсы .с датчиков 1 расхода электроэнергии, а после окончания действия управляющего сигнала с выхода 21 блока 3 управления блок 2 приема информации преобразует их в серии счетных импульсов. С этой целью он должен содержать буферный регистр для запоминания информационных импульсов, поступающих с датчиков 1 расхода электроэнергии. Поскольку частота поступления информационных импульсов с датчиков 1 расхода электроэнергии несоизмеримо меньше частоты считывающих импульсов с выхода 22 блока 3 управления, то потери информационных импульсов с датчиков исключаются.

В течение второй минуты на счетчик 4 текущей нагрузки поступит вдвое меньшее число счетных импульсов, чем вырабатывается в блоке 2 приема информации, так как они проходят через делитель частоты с коэффициентом деления t 2. В конце второй минуты в регистратор 5 и вычитающий счетчик 11 записывается содержимое счетчика 4 текущей нагрузки, равное величине средней нагрузки за две минуты (точка С на графике)

p2 (pi--y) +| i; N,2 -wi0x

N|2

Pi ,

-y+2,

f-

I 1

где Р2 - среднее значение нагрузки за две минуты;

N(2 - количество информационных импульсов, пришедших с 1-го датчика в течение второй минуты;

U|2 30 WIQ приведенное к двухминутному интервалу значение весового коэффициента.

Содержимое счетчика 9 импульсов дискретизации увеличивается на 1, коэффициент деления делителя 7 частоты устанавливается равным t 3, счетчик 4 текущей нагрузки переводится в режим вычитания. Импульсами с выхода 22 блока 3 управления происходит считывание содержимого вычитающего счетчика 11 и уменьшение содержимого счетчика 4 текущей нагрузки на величину р2/3 (точка d на фиг. 2).

Одновременно тем же сигналом с выхода 19 блока 3 управления соержимое счет- чика 10 уменьшается на 1 (At 28), счетчик 16 приращения нагрузки сбрасывается в нуль; а в вычитающий счетчик 12 записывается величина разности

10

ДР21 РЛ-Р2,

которая определяется вычитающим блоком 13.

С выхода 18 блока 3 управления начинают поступать импульсы, которые через делитель 15 частоты считывают содержимое вычитающего счетчика 12, а через делитель 8 частоты подсчитываются счетчиком 16 приращения нагрузки. В момент обнуления

вычитающего счетчика 12 в счетчике 16 приращения нагрузки формируется величина

ДР2 (Ря-Р2) -30/28.

Эта величина в зависимости от знака показывает, насколько можно увеличить или насколько необходимо уменьшить нагрузку в оставшиеся 28 мин контрольного периода при условии соблюдения заданного лимита

мощности.

Сигнал обнуления с выхода вычитающего счетчика 12 записывает результат в регистратор 17 приращения нагрузки и прекращает выдачу импульсов с выхода 18

блока 3 управления.

В течение третьей минуты в счетчике 4 текущей нагрузки накапливается величина, которая к концу третьей минуты будет равна средему значению нагрузки за три минуты

Рз Р2 - Р2/3 + 1/3 2 N)3 60

I 1

В счетчике 16 приращения нагрузки по сигналу третьего минутного импульса сформируется величина

Рз (Рл-Рз) -30/27.

Аналогично преобразования выполняются и в последующие минуты до 30-й включительно. В конце 3,-й минуты в счетчике 4 текущей нагрузки сформируется величина.

РЗО Р29 - Р29/30 +

1/302 М|зо- Ы|0 i 1

60

равная значению средней получасовой нагрузки (точка f на фиг. 2) за прошедшие полчаса. Как и прежде управляющий импульс с выхода 19 блока 3 управления записывает эту величину в регистратор 5 и вычитающий счетчик 11, а импульс в конце 30-й минуты с выхода 20 блока 3 управления устанавливает счетчик 9 импульсов дискретизации в состояниет 1, счетчик 10 остатка импульсов дискретизации в состояние At 30.

В конце 30-й минуты сигнал с выхода 20 блока 3 управления сбрасывает в нуль счетчики 4 и 11, поэтому на вход 23 блока 3 управления с выхода вычитающего счетчика 11 поступает сигнал, возвращающий схему в режим приема информации.

Так как делитель частоты 8 в конце 30-й минуты имеет коэффициент деления At 30, то в счетчике 16 приращения нагрузки формируется величина

А Рзо Рл - Рзо,

показывающая величину перегрузки или недогрузки на прошедшие полчаса.

Таким образом, устройство подготовлено к определению текущей нагрузки и ее допустимого приращения в течение первой минуты следующего получасового интервала.

Работу блока 3 управления и синхронизации рассмотрим с начала очередного цикла, когда на управляющие выходы 23 и 24 подаются сигналы обнуления вычитающих счетчиков 11 и 12. Эти сигналы.устанавливают триггеры 26 и 27 в состояние О, которое не разрешает прохождение счетных импульсов с выхода генератора 25 временных интервалов на выходы 18 и 22, но является разрешающим для блока приема информации (блок приема информации находится в режиме преобразования). С приходом ежеминутного импульса с генератора триггер 26 перебрасывается в состояние 1, по которому блок 2 приема информации прекращает выдачу импульсов на элемент ИЛИ 6, а элемент И 28 разрешает прохождение счетных импульсов с выхода 22 блока управления на элемент ИЛИ 6 и на вычитающий счетчик 11. Когда счетчик 11 установится в нулевое состояние, на управляющий вход 23 подается сигнал, триггер 26 устанавливается в О и процесс повторяется. При нулевом состоянии вычитающего счетчика 11 и при нулевом потреблении электроэнергии с выхода счетчика 11 снимается сигнал, поддерживающий тригер 26 в состояние О даже с приходом импульсов на вход С, т.е.

обеспечивается режим преобразования блоком приема информации.

С приходом ежеминутного импульса перебрасывается в состояние 1 и триггер 27,

который открывает элемент И 29 для прохождения счетных импульсов с выхода 18 через делитель 15 на вычитающий счетчик 12. В момент обнуления счетчика 12 на управляющий вход 24 подается сигнал, уста0 навливающий триггер 27 в состояние О, и процесс повторяется.

Предлагаемое устройство позволяет определять среднюю нагрузку за время от начала до текущего момента контрольного

5 периода и величину нагрузки, которую необходимо сбросить (или добавить) на интервале от текущего момента времени до конца контрольного периода с целью (или при условии) соблюдения заданного лимита мощ0 ности. Такая возможность позволяет организовать активный контроль за энергопотреблением предприятия, особенно необходимый в периоды максимума энергосистемы, снизить заявляемую мощ5 ность и уменьшить потери в форме штрафов, связанные с превышением лимита мощности.

Формула изобретения

1. Устройство для определения электри0 ческой нагрузки по авт.св. Ms 1368788, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения устройства за счет определения величины нагрузки, на которую ее необходимо изменить в интервале

5 от текущего момента времени до конца контрольного периода при условии соблюдения заданного лимита мощности, в устройство введены регистр лимита мощности, второй вычитающий счетчик, делитель частоты с

0 постоянным коэффициентом деления, делитель частоты с управляемым коэффициентом деления, счетчик остатка периодов дискретизации, счетчик приращения нагрузки, регистратор приращения нагрузки и

5 вычитающий блок, первый информационный вход которого соединен с выходом счетчика текущей нагрузки, а второй - с выходом регистра лимита мощности, а информационные выходы вычитающего блока соединены

0 с установочными входами второго вычитающего счетчика, выход которого подключен к второму управляющему входу блока управления и синхронизации и к управляющему входу записи регистратора приращения на5 грузки, знаковый вход которого соединен с выходом знакового разряда вычитающего блока, а установочные входы - с выходами счетчика приращения нагрузки, счетный вход которого соединен с выходом делителя частоты с управляемым коэффициентом деления, управляющие входы которого подключены к выходам счетчика остатка периодов дискретизации, счетный вход второго вычитающего счетчика через делитель частоты с постоянным коэффициентом деления соединен с пятым выходом блока управления и синхронизации и входом делителя частоты с управляемым коэффициентом деления, причем управляющий вход записи второго вычитающего счетчика, вход сброса счетчика приращения нагрузки и счетный вход счетчика остатка периодов дискретизации подключены к первому выходу блока управления и синхронизации, а установочный вход счетчика остатка периодов дискретизации - к второму выходу блока управления и синхронизации.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что блок управления и синхронизации содержит генератор временных интервалов, два триггера и два элемента И, причем первый и второй выходы генератора временных интервалов являются первым и вторым выходами блока управления и синхронизации, выходы триггеров подключены к первым входам элементов И, вторые входы которых подключены к третьему выходу генератора временных

интервалов, выход первого триггера является третьим, а выходы элементов И - чет- вертым и пятым выходами блока управления и синхронизации, счетные входы триггеров соединены с первым выходом генератора временных интервалов, D-входы подключены к шине логической единицы, а входы сброса являются управляющими входами блока управления и синхронизации.

Изобретение относится к устройствам контроля за потребляемой мощностью. Целью изобретения является расширение области применения за счет определения величины нагрузки, на которую ее необходимо изменить в интервале от текущего момента до конца контрольного периода при условии соблюдения заданного лимита мощности. Поставленная цель достигается введением регистратора 14 лимита мощности, второго вычитающего счетчика 12, делителя частоты 8 с управляемым коэффициентом деления, счетчика 10 остатка периодов дискретизации, счетчика 16 приращения нагрузки, регистратора 17 приращения нагрузки, вычитающего блока 13, Величина допустимого приращения нагрузки вычисляется с помощью вычитающего блока 13 и число-импульсного преобразователя на основе вычитающего счетчика 12, счетчика 16 приращения нагрузки, делителей частоты 8 и 15 и счетчика 10 остатка периодов дискретизации. Результат выводится на индикдацию регистратором 17. Входная информация для работы устройства поступает от датчиков 1 расхода электроэнергии через блок 2 приема информации. 1 э.п, ф-лы, 3 ил. (Л С

.ft A . /

29 Л