Устройство для определения электрической нагрузки

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 G 01 R 11/56

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

fIQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

О

":ГРЛ%3Ю

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ С8ИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1368788 (21) 4747944/21 (22) 09.10.89 (46) 15.12.91. Бюл. М 46 (71) Сызранский филиал Самарского политехнического института им. В.В, Куйбышева и Самарский завод синтетического спирта им. 60-летия СССР (72) A,Á.Màéåð и А.В.Левин (53) 621.317.353 (088.8) (56) Копытов Ю,В„Чуланов.Б.А. Экономия электроэнергии в промышленности. Справочник, M.: Энергия, 1978, с, 120.

Авторское свидетельство СССР

М 1368788, кл. 6 01 R 11/56, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ (57) Изобретение относится к устройствам контроля за потребляемой мощностью.

Целью изобретения является расширение области применения за счет определения величины нагрузки, на которую ее необхоИзобретение 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 электроэнер„„5U„„1698797 А2 димо 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 эычитающего 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. гии 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 перио-. дов 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, 1

1698797

20 управления знаком приращения которого 25

ЗО

40

24 блока 3 управления и синхронизации и управляющему входу записи регистратора

17 приращения нагрузки.

Блок 3 управления и синхронизации (БУС) содержит генератор 25 временных ин- 55 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 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 тервалов, 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

15 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-входы которых подключены к первому входу генератора 25 временных интервалов, 0входы — 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, 3, .„29, 30, 1, 2,..., а смена состояний счетчика 10, задающих коэффициенты деления делителя 8 частоты, происходит в последовательности 30, 29, 28„... 2, 1, 30, 29,.„. Делители 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 Л 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 эа 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 посту1698797

15 — Йц и 1(квт J, I=1

Тогда р Рл 30 Рл

30- t

Pt =

АР1 Р—

30 — г

50 пают информационные импульсы, которые преобразуются в серии счетных импульсов, Количество счетных импульсов в серии определяется весом информационного импульса датчика 1 расхода электроэнергии. 5

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; 10

Р1 =60 (—,7, йц Npf квт ч)Г 1

Ь где Р1 — средняя нагрузка за 1 мин; йц — количество информационных им-. 20 пульсов, пришедших с i-го датчика втечение

1 мин; а 0 — вес информационного импульса

i-го датчика, кВт-ч; й4 = 60а4, — приведенное к одноми- 25 нутному интервалу значение весового коэффициента, кВт;

i — количество- датчиков.

В течение первой минуты делитель 7 30 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 эа 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

5 и в вычитающий счетчик 11, содержимое счетчика 9 импульсов дискретизации увели-. чивается на 1(t 2), содержимое счетчика 10 уменьшается на 1 (Л t - 29), счетчик 16 приращения нагрузки устанавливается нуль, а в вычитающий счетчик 12 заносит я величина разности где Pn — значение лимита мощности, хранящееся в регистре 14, величина Л Р1 опре 1 деляется 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 P j, а коэффициент деления делителя 7 частоты равен 2, то иэ счетчика 4 текущей нагрузки вычитается величина

P>/2, что соответствует точке Ь 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. K моменту обнуления вычитающего счетчика 12 с выхода 18 блока 3 управления поступят 30 (Pn — Р1) импульсов. Часть иэ них, определяемая коэффициентом деления ht -29 делителя 8 частоты, подсчитывается счетчиком

16, где формируется величина

Р1 = (Рл - Р>) 30/29 (1) Эта величина — приращение нагрузки. В зависимости от знака результата вычитания (Pn - Р1) она оказывает, насколько можно увеличить нагрузку (если Pn — Р1 > О) или насколько необходимо уменьшить нагрузку (если Pn — Pt< О) в оставшиеся 29 мин контрольного периода при условии соблюдения заданного лимита мощности.

В общем случае Ь Pr - Рцл — Рь где 4 Р< приращение нагрузки на оставшиеся h t-30- t; Pt — средняя получасовая нагрузка. определенная за t минут; Рцд. — допустимое значение нагрузки в оставшиеся (ЗО- t) минут при условии соблюдения заданного лимита мощности

Р0д. = (Р 30 — Рф t)/(30 - ф

При t 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, 1698797 подобное начальному по режимам работы всех блоков, но отличающееся от него содержимым счетчика 9 импульсов дискретизации (с = 2), счетчика 10 остатка (ht 29), счетчика 4 текущей нагрузки (P t/2), регистратора 5 (Р1) и регистратора 17 (hp>). 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 и риема 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 вблоке 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)

Р2= P> — — ) + — И 2 ь|,х

Р 1

2 ) 2

Р1

Х 60= — +, Ni2 й42

2 1=1 где Р2 — среднее значение нагрузки за две миНуты;

Ni2 — количество информационных импульсов, пришедших с i-го датчика в течение второй минуты; ар = 30 в - приведенное к двухминутному интервалу значение весового коэффициента.

Содержимое счетчика 9 импульсов дискретизации увеличивается на 1, коэффициент деления делителя 7 частоты устанавливается равным т 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 íà величину р2/3 (точка б на фиг. 2).

Одновременно тем же сигналом с выхода 19 блока 3 управления соержимое счет5 чика 10 уменьшается на 1 (Л1 = 28), счетчик

16 приращения нагрузки сбрасывается в нуль, а в вычитающий счетчик 12 записывается величина разности

ЛР2 =Р— Р, 1

10 которая определяется вычитающим блоком

13, С выхода 18 блока 3 управления начина15. ют 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

20 вычитающего счетчика 12 в счетчике 16 приращения нагрузки формируется величина

- Ь Р2 (Рл — Р2) 30/28

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 З,-й минуты в счетчике 4 текущей нагрузки сформируется величина.

Рзо = Р29 — Р29/30 +

1/30 Ngp Nlо 60, 25 3та 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

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

35 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 =P2 — P2/3+1/3 Ntg ofp 60 =1

1698797

10 равная значению средней получасовой нагрузки (точка fна 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 состояние t = 1, счетчик 10 остатка импульсов дискретизации в состояние

Л1= 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

ht = 30, то в счетчике 16 приращения нагрузки формируется величина

Л 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 "0", 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 "0" 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 "0" даже с приходом импульсов на вход С, т.е.

40

50 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, устанавливающий триггер 27 в состояние "О", и процесс повторяется.

Предлагаемое устройство позволяет определять среднюю нагрузку за время от начала до текущего момента контрольного 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 мощности. Такая возможность позволяет организовать активный контроль за энергопотреблением предприятия, особенно необходимый в периоды максимума энергосистемы, снизить заявляемую мощность и уменьшить потери в форме штрафов, связанные с превышением лимита мощности.

Формула изобретения

1. Устройство для определения электрической нагрузки по авт.св. hh 1368788, о тл и ч а ю щ ее с ятем, что, с целью расширения 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, в устройство введены регистр лимита мощности, второй вычитающий счетчик, делитель частоты с постоянным коэффициентом деления, делитель частоты с управляемым коэффициентом деления, счетчик остатка периодов дискретизации, счетчик приращения нагрузки, регистратор приращения нагрузки и 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 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 де1698797 ления, управляющие-входы которого подключены к выходам счетчика остатка периодов дискретизэции, счетный вход второго вычитэющего счетчика через делитель частоты с постоянным коэффициентом деления б соединен с пятым выходом блока ynpasneния и синхронизации и входом делителя частоты с управляемым коэффициентом деления, причем управляющий вход записи второго вычитающего счетчика, вход сброса 10 счетчика прирэщения нагрузки и счетный вход счетчика остаткэ периодов дискрвтизэции подключены к первому выходу блока управления и сйнхронизэции. а установочный вход счетчика остаткэ периодов дискретизэ- 15 ции — к второму выходу блоке управления и синхронизации.

2. Устройство по п.1, о т л и ч э ю ще ес я тем, что блок управлению и синхронизэ12 ции содержит генератор временных интервалов, два триггера и двэ 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 интервэлов, выход первого триггера является третьим, э выходы элементов И вЂ” четвертым и пятым выходэми блока управления и синхронизации, счетные входы триггеров соединены с первым выходом генерэтора временных интервалов, 0-входы подключены к шине логической единицы, э входы сброса являются управляющими входами блокэ управления и синхронизации.

1698797

1 2 3 ф

° ° °

Составитель С.Хромов

Редактор Л.Веселовская Техред M.Моргентал Корректор С,Черни

Заказ 4392 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101