Многоканальное устройство для измерения электрической энергии Советский патент 1992 года по МПК G01R21/133 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при построении систем учета и регулирования электропотребления в промышленности и на транспорте

Известна автоматизированная система учета электропотребления на тяговой подстанции, содержащая счетчики электрической энергии с датчиками импульсов, выходы которых соединены с входами концентратора-передатчика, входы и выходы которого соединены с соответствующими входами и выходами приемных и передающих полукомплектов телемеханики, подключенных к буферному накопителю и ЭВМ, которая позволяет осуществлять достоверный и своевременный контроль за расходом электроэнергии. Однако, указанная система имеет ограниченные функциональные возможности, так как явпяется только информэ- ционной, жестко привязанной к железнодорожной телемеханике и не позволяет формировать управляющие воздействия на исполнительные механизмы устройств регулирования режимов электропотребления.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является многоканальное устройство для измерения электрической мощности, содержащее N (где N - число параметров анализа) параллельных ветвей, каждая из которых включает последовательно соединенные преобразователь мощности в частоту, вход которого является входом устройства, счетчик-интегратор, регистр памяти, выход которого соединен с одним из входов коммутатора, выход коммутатора соединен последовательно с регистром и блоком телемеханики, выходы которого являются выходами для подключения линий управляющих сигналов, блок управления, который включает таймер, первый выход которого соединен с входами первой, второй

Ё

4 О

ГО N3

сл

СА

и третьей линий задержек и является первым выходом блока управления, выходы первой, второй и третьей линий задержек являются соответственно вторым, третьим и четвертым выходами блока управления, первый и второй выходы блока управления соединены соответственно с входом разрешения.счета и входом сброса N счетчикоа- интеграторов, третий выход которого соединен с входом разрешения записи N регистров памяти, четвертый выход которого соединен с управляющим входом коммутатора.

Данное устройство по сравнению с аналогом, позволяет несколько расширить функциональные возможности при создании систем учета электропотребления за счет использования различных способов передачи информации и сопряжения с прием- но-передзющими устройствами. Однако, основным недостатком указанного устройства по-прежнему остается отсутствие возможности управления электропотреблением. Кроме того, устройство не обеспечивает возможность сопряжения его с железнодорожной телемеханикой.

Целью изобретения является расширение области использования устройства за счет формирования управляющих сигналов, обеспечивающих в динамическом режиме повышение эффективности при расходе энергоресурсов.

На фиг. 1 изображена функциональная схема предложенного устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы работы блока управления и анализатора; на фиг. 3 - функциональная схема анализатора; на фиг. 4 - форматы информационных и управляющих слов; на фиг. 5- функциональная схема формирователя.

Многоканальное устройство для измерения электрической энергии (фиг. 1) содержит N (где N число параметров анализа) параллельных ветвей, каждая из которых содержит блок 1 преобразователей мощности в частоту, блок 2 счетчиков-интеграторов, блок 3 регистров памяти, коммутатора 4, блок 5 управления, включающий таймер 6 и линии 7-10 задержки, регистр 11, анализатор 12, блок 13 телемеханики, регистр 14 коэффициента мощности, формирователь 15, регистр 16 выходных сигналов.

Параметры анализа поступают на вход блока 1 преобразователей мощности в частоту, выходы которого подключены через последовательно соединенные блок 2 счетчиков-интеграторов, блок 3 регистров памяти к одному из входов-коммутатора 4, выход коммутатора 4 последовательно соединен с регистром 11 и блоком 13 телемеханики,

выходы которого служат для подключения линий управляющих сигналов. Блок 5 управления имеет шесть выходов. Первый выход от таймера 6 соединен с входами первой 7,

второй 8, третьей 9. четвертой 10 линий задержек, является первым выходом блока управления и соединен с входом разрешения счета блока 2 счетчиков-интеграторов. Выходы первой 7, второй 8, третьей 9, четвер0 той 10 линий задержек являются соответственно вторым, третьим, четвертым и пятым выходом блока 5 управления и соединены соответственно с входом сброса N счетчиков-интеграторов блока 2, с входом

5 разрешения записи N регистров памяти блока 3, с управляющим входом коммутатора 4 и вторым управляющим входом формирователя 15. Второй выход таймера 6 является шестым выходом блока 5 управле0 ния и соединен с управляющим входом анализатора 12. Вторые выходы N счетчиков-интеграторов блока 2 последовательно соединены с N информационными входами регистра 14 коэффициента мощно5 сти, и формирователя 15, выход которого соединен с регистром 16 выходных сигналов для линий исполнительных органов.

Информационные выходы блока 13 те: лемеханики соединены с информационны0 ми входами анализатора 12, а управляющий вход соединен с управляющим выходом коммутатора 4. Информационно-управляющий и управляющий аыходы анализатора 12 соединены, соответственно, с мнформаци5 онно-управляющим входом коммутатора 4 и первым управляющим входом формирователя 15.

Устройство работает следующим образом.

0 Последовательности импульсов с N выходов блока 1 преобразователей поступают на N входов блока 2 счетчиков-интеграторов, где осуществляется фильтрация от помех и их подсчет на интервале измерения.

5 По сигналу таймера 6 (фиг. 2) закрываются разрешающие входы N счетчиков-интеграторов на время г, равное длительности импульса таймера 6. На это время счетчики-интеграторы фиксируют свое со0 стояние. Таким образом, эту информацию из принятом интервале т можно переписать в N регистров памяти блока 3, а также в Н регистров коэффициента мощности блока 14 (для определения соотношений актив5 ной и реактивной мощностей - tg). Для осуществления записи на управляющие входы N регистров блока 3 и на управляющие входы М регистров коэффициентов мощности блока 14 поступает сигнал с выхода таймера 6, задержанный в первой линии 7 задержки на время г,. Это время необходимо для завершения переходных процессов в блоке 2 счетчиков-интеграторов. После завершения процесса записи накопленной информации в N регистрах блока 3 и N регистрах блока 14, счетчики-интеграторы должны быть сброшены в исходное состояние для накопления новой порции информации на следующем этапе работы устройства. Сброс N счетчиков-интеграторов блока 2 осуществляется импульсами таймера 6, задержанными во второй линии 8 задержки на время г4.

Учет электропотребления осуществляется следующим образом. Информация об электрической мощности, поступающая из N счетчиков-интеграторов блока 2, накапливается в N регистрах блока 3. Эти регистры опрашиваются коммутатором 4 по сигналу запроса телеуправления, поступающему из блока 13 телемеханики через блок 12 анализатора при спорадическом способе передачи информации на вышестоящий иерархический уровень или по сигналу таймера 6, задержанному в третьей линии 9 задержки на время г3 при циклическом способе передачи информации.

Коммутатор 4, используя анализатор 12 (фиг. 3) , осуществляет контроль синхронизации устройства с блоком 13 телемеханики, проверяет условие свободное™ каналов связи и формирует серии телесигнализации с информацией об электропотреблении.

Основным элементом анализатора 12 является программируемый порт ввода-вывода типа КР 580 ИК55А (микросхема D3). В начальный момент коммутатор 4 низким потенциалом PESET устанавливает в исходное состояние анализатора 12. От автономно работающего блока 13 телемеханики управляющие входы анализатора (фиг. 3) поступают сигналы: СИ - строб-импульсы, соответствующие наличию импульсов и пауз в серии телесигнализации; 1-й - строб-импульс, соответствующий первому импульсу серии телесигнализации; ФС - импульсы с формирующей схемы, представляющие последовательность сигналов, несущих информацию о состоянии контролируемых объектов; ТУ - сигнал на выдачу накопленной информации; ВУ - сигнал от таймера 6; 1 - токовая нагрузка фидеров; U - уровень напряжения на шинах тяговых подстанций.

Входные сигналы ТУ. СИ, ФС, 1- й через оптронную развязку поступают на разряды 4. 5, 6, 7 порта с микросхемы D3, а сигналы СИ, ФС. 1, U - на микросхему D8. Коммутатор 4 управляя сигналами МАО, Mai, 1/OR, ВУ11 (фиг. 2,6) может переслать сигналы ТУ, СИ, ФС 1-й с порта С микросхемы D3 через шинные фор- 5 мирователи D1 и D2 на соответствующие шины MD4, MD5, MD6, MD7.

Сигналы MDO-MD7 являются информационными сигналами и соответствуют вось- миразрядному коду накопленной 10 информации данного счетчика. Сигналы MDO-MD7 могут посылаться как к анализатору, так и к коммутатору. Для синхронизации работы коммутатора и анализатора используются сигналы 1/OW, 1/OR, MAO- 15 МА1. Временные диаграммы этих сигналов показаны на фиг. 2.

Свободность канала связи определяется по сигналу ФС анализатором 12 при условии, что информация телемеханики 0 полностью повторяется более двух раз. Если же во время передачи информации на диспетчерский пункт происходит переключение контролирующих объектов, коммутатор 4 приостанавливает выдачу 5 информации об электропотреблении на две серии телесигнализации с информацией о переключениях объектов, а затем возобновляет передачу. Предыдущее состояние контролируемых объектов (сигналы ФС) 0 хранится в анализаторе 12. Каждый бит соответствует одному элементу телесерии и выражает информацию о состоянии 128 объектов телесигнализации. Ячейка несовпадения импульсов ФС в анализаторе 12 5 указывает на переключение объектов, при этом в анализатор 12 записываются новые значения битов элементов телесерий. В конце серии телесигнализации передается сверхдлинный фазирующий импульс по ко- 0 торому анализатор 12 осуществляют контроль синхронизации путем выявления сигнала 1-й и подсчета 128 синхроимпульсов СИ.

Передача информации об электропот- 5 реблении возможна, если поступил запрос на передачу (сигнал ТУ на управляющем входе анализатора) и в последнем цикле телемеханики нет новой информации о состо- янии контролируемых объектов 0 (местоположение сигналов ФС не изменилось). При выполнении этих условий коммутатор по линии MDO, управляя сигналами МАО, МА1, 1/OW. ВУ11 (фиг. 2,б)чсрез D1, D2, и D3 посылает управляющие сигналы 5 ТК и ЗАП на разряд 0 порта А р разряд О порта С. Переключение портоп ввода- вывода микросхемы Р З осуществляется сигналами МАО и МА1.

Сигнал ЗАП появляется в очередном цикле телемеханики с задержкой времени

прещает передачу телесигнализации и через коммутатор информация об электропотреблении из N регистров блока 3 поступает в анализатор 12. Одновременно коммутатор 4 записывает информацию об электропотреблении и постоянную информацию (признак серии с электропотреблением, код контролируемого пункта, номер серии, признак повтора) в регистр 11. Таким образом, в регистре 11 формируется информационное слово, которое контролируется триггером кодирования блока телемеханики 13 в сериях телесигнализации в виде коротких и длинных импульсов.

Сигнал ТК с выхода 0 с порта А микросхемы D3 поступает на схему стробирова- ния сигналом СИ, выполненную на элементах D4 и D5. Инвертор D4.2 согласует по уровню сигнал ЗАП. Через оптронную развязку сигналы ЗАП и ТК выходят из анализатора.

Уровень логической 1 в анализаторе 12 соответствует длинному элементу серии, а логический О - короткому. Таким образом, через сигналы ТК происходит кодиро- вание информации регистра 11 из потенциального кода (логические О и 1) во временной (короткие и длинные элементы серии), принятые в системе телемеханики типа Лисна.

Структура передаваемых данных в одной серии представлена на фиг. 4. В одной серии передается два байта кода КП (К1-К6); шесть двухбайтовых слов информации по каждому каналу учета (); один байт, содержащий шесть старших разрядов этой информации S1-S6: признак повторной передачи ПП; номер серки Н1-НЗ.

Регулирование режимов электропотребления осуществляется следующим образом. Используя информацию, поступающую через интервалы времени т от N счетчиков- интеграторов блока 2 в N регистрах коэффициента мощности блока 14 вычисляются активная и реактивная мощность по каждому каналу учета. Значения активной и реактивной мощности накапливаются в ячейках и усредняются на интервалах времени допроса этих ячеек. По сигналу таймера 6, задержанному в линии 10 задержки на время т формирователь 15 (фиг. 15) записывает в свои регистры информацию об активной и реактивной мощности.

Регулирование (управление) электро- потрблением возможно после прихода управляющего воздействия с вышестоящего иерархического уровня (сигнал Таймер с энергодиспетчерского пункта от имитационных моделей). В этом случае от анализатора 12 через элементы D6 и D7, построенные на универсальных регистрах типа К 155ИР13 (преобразователи последовательного кода в параллельный)сигналы

поступают в формирователь 15. Таким образом, управляющее воздействие от формирователя 15 появляется в результате анализа 4 факторов: нагрузки фидеров, напряжения на шинах, характера изменения tg p и управляющего воздействия с вышестоящего иерархического уровня.

Формирователь 15 работает следующим образом. На элементах D3, D4, D5 вы- числяется среднее значение tg p.

Микросхемы D6 и D7 формируют управляющее воздействие на соответствующие ступени компенсирующих и регулирующих устройств в зависимости от tg p. токовых нагрузок и напряжения на шинах подстанции.

Элементы D2, D3, D4. D5 представляют собой однократно программируемые постоянные запоминающие устройства типа К 556 РТ4. Элементы D2, D3, D4 программируются как элементы компрессии и преобразуют 8-миразрядные данные в пропорциональный 3-х и 4-хразрядный код. Элемент D5 программируется для вычисле,- ния tg p. Элементы D6, D7 представляют

собой программируемые постоянные запоминающие устройства типа К573 РФ2 или К 573 РФ5 с числом комбинаций 2048. Элемент D6 программируется для управления компенсирующего устройства, а элемент D7

программируется для управления АРПН трансформаторов. Данные микросхемы программируются на требуемую функцию, минимизирующую электропотребление. Формирователь 15 вырабатывает упрэвляющее слово для регистра 16 выходных сигналов (фиг. 4). Биты старшего байта слова управления предназначены для включения - отключения восьми ступеней компенсирующих устройств, а биты младшего байта для включения - отключения соответствующих ступеней АРПН тягового трансформатора.

Возможность накопления информации с последующей передачей ее на вышестоя0 щей иерархический уровень с анализом занятости канала связи телемеханики позволяет при высокой точности измерений повысить эффективность работы каналов телемеханики.

5 Возможность анализа информации электропотребления, токовых нагрузок и уровней напряжения позволяет формировать на этой основе управляющие воздействия на исполнительные органы устройств

регулирования электропотребления с целью его минимизации,

Формул а изо6ретени я Многоканальное устройство для измерения электрической энергии, содержащее N (где N - число параметров анализа) параллельных ветвей, каждая из которых включает последовательно соединенные преобразователь мощности в частоту, вход которой является входом устройства, счет- чик-интегратор, регистр памяти, выход которого соединен с одним из N входов коммутатора, выход коммутатора соединен последовательно с регистром и блоком телемеханики, выходы которого являются вы- ходами для подключения линий управляющих сигналов, блок управления, который включает таймер, первый выход которого соединен с входами первой, второй и третьей линий задержек и является пер- вым выходом блока управления, выходы первой; второй и третьей линий задержек являются соответственно вторым, третьим и четвертым.выходами блока управления, первый и второй выходы блока управления соединены соответственно с входами сброса разрешения счета и выходом сброса N счетчиков-интеграторов, третий выход которого соединен с входом разрешения записи N регистров памяти, четвертый выход кото- рого соединен с управляющим входом коммутатора, отличающееся тем, что, с целью расширения области использования за счет формирования управляющих сигналов,, обеспечивающих в динамическом ре-

Bxoff

жиме повышение эффективности при расходе энергоресурсов, в блок управления введена -четвертая линия задержки, вход которой соединен с первым выходом таймера, а выход которой является пятым выходом блока управления, в таймер введен второй выход, который является шестым выходом блока управления, введены N регистров коэффициента мощности, входы которых соединены с вторыми выходами N счетчиков интеграторов, выходы которых соединены с N входами введенного формирователя, выход которого соединен с входом введенного регистра выходных каналов, выход которого является выходом для подключения линий исполнительных органов, в коммутатор введен управляющий выход и второй управляющий вход, в блок телемеханики введены первый - шестой информационные выходы и управляющий вход, причем первый - шестой информационные выходы соединены соответственно с первым - шестым информационными входами введенного анализатора, а управляющий вход соединен с управляющим выходом коммутатора, информационно-управляющий и управляющий выход анализатора соединены соответстьенно с информационно-управляющим входом коммутатора и первым управляющим входом формирователя, второй управляющий вход которого соединен с пятым выходом блока управления, шестой выход блока управления соединен с управляющим входом анализатора. faoff

Использование: в электроизмерительной технике, в частности, на тяговых подстанциях электрофицировзнных железных дорог. Сущность изобретения: включает N параллельных ветвей, каждая из которых состоит из преобразователя 1, счетчика 2 и блока 3. коммутатор 4. блоки 5, 13, таймер 6, линии 7-10 задержки, регистры 11, 14, анализатор 12. формирователь 15. Особенностью изобретения является введение блоков и элементов 10, 14, 15. 16, что позволило расширить область использования устройства за счет формирования управляющих сигналов, обеспечивающих в динамическом режиме повышение эффективности при расходе энергоресурсов. 5 ил.

Фиг I ..

/fat/a1; cff#jt/

/У {/C/70/Wi//77e/ t u/rt

а) управления

б) анализатора

-4 а

N3 N3

ел w

Таймер

а) х-оривт информационной серии об электропотрег5.:ен:;и

Приснек ТС с электроизмерительно информацией

б) Фо;:г.с.т уп; 8 ляьцего с.:оЕа

- Ъг.тч гк,тз-:чеиия-от1 ; лечпя Г crynefrei : K fr-eKCL py. L jrx cTpoh CTi

- б;зту :к.гр--.ен1:я-откл зчен-;я Г поло/:ен;и устгюкстг- регул::ро ек;:я коэгс ицпентог

т г в нсг о омаи: и

ФивЬ

функциональная схема формирователя.

от анализатора

от регистра 14

от ре- гист- ра 14 {

Фиг 5

к 8-ми ступеням компенсирующегоустройства

к 8-и ступеням . АРПН трансформаторов