Устройство для определения электрической нагрузки

(5 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГРЛ%3 В 3 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ С 8 ИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Сызранский филиал Самарского политехнического института им. В.В, Куйбышева и Самарский завод синтетического спирта им. 60-летия СССР(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 электроэнердимо изменить а 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 преобраэователя на основе аычитающего 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, аычитающего блока 13, регистра 14 лимита мощности, делителя частоты 15 с постоянным коэффициентом деления, 169879720 управления знаком приращения которого 25 ЗО 40 50 24 блока 3 управления и синхронизации иуправляющему входу записи регистратора17 приращения нагрузки.Блок 3 управления и синхронизации(БУС) содержит генератор 25 временных ин 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) вычитаю- щего блока 13, второй информационный вход (уменьшаемое) которого соединен с выходом регистра 14 лимита мощности, а выход- с установочными входами вычитаю- щего 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 вычитаю- щего 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 5 10 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, О- входы - к шинелогической единицы, Я-вход триггера 26 является первым управляющим входом 23, а Я-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 дис- . кретизации 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 1 = 1, следовательно, коэффициент деления делителя 7 частоты устанавливается равным 1; в счетчике 10 установле. но значение Ь с = 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 а, квт 1,Тогда др Рл ЗО РлЗОДР 1 Р 30 - г30 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 Р 1 = 60- , йца( квтч ) 1 где Р 1 - средняя нагрузка за 1 мин;йц - количество информационных им-, 20 пульсов, пришедших с 1-го датчика втечение 1 мин;а 0 - вес информационного импульса 1-го датчика, кВт-ч;а 1 = 60 сй, - приведенное к одноми нутному интервалу значение весового коэффициента, кВт;1 - 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 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( 2), содержимое счетчика 10 уменьшается на 1 ( Д 1- 29), счетчик 16 приращения нагрузки устанавливается нуль, а в вычитающий счетчик 12 заносится величина разности где Рл - значение лимита мощности, хранящееся в регистре 14, величина Д Р 1 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 Р 1, а коэффициент деления делителя 7 частоты равен 2, то иэ счетчика 4 текущей нагрузки вычитается величина Р 1/2, 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, К моменту обнуления вычитающего счетчика 12 с выхода 18 блока 3 управления поступят 30 (Рл - Р 1) импульсов, Часть иэ них, определяемая коэффициентом деления Ьт -29 делителя 8 частоты, подсчитывается счетчиком 16, где формируется величина Р 1 = (Рл - Р 1) 30/29 (1) Эта величина - приращение нагрузки. В зависимости от знака результата вычитания (Рл - Р 1) она показывает, насколько можно увеличить нагрузку (если Рл - Р 1О) или насколько необходимо уменьшить нагрузку (если Рл - Р 1 О) в оставшиеся 29 мин контрольного периода при условии соблюдения заданного лимита мощности.В общем случае Ь Р 1 - Рцл - Рь где Д Р 1 приращение нагрузки на оставшиеся Д с 30 -минут; Рс - средняя получасовая нагрузка. определенная за т минут; Рцд, - допустимое значение нагрузки в оставшиеся (ЗО) минут при условии соблюдения заданного лимита мощности Р 0 л, = (Рл30 - РфТ)/(30 - ф При 1 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, 1698797подобное начальному по режимам работы всех блоков, но отличающееся от него содержимым счетчика 9 импульсов дискретизации (с = 2), счетчика 10 остатка ( Й29), счетчика 4 текущей нагрузки (Р 1/2), регистратора 5 (Р 1) и регистратора 17 ( Ьр 1). 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 1 = 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)Р 2 Р 1 ) + И 2 040 ХР 1 1,г) 2Р 1Х 60= - + , М 2М 2 12где Р 2 - среднее значение нагрузки за две минуты;И 2 - количество информационных импульсов, пришедших с 1-го датчика в течение второй минуты;ар = 30 сто- приведенное к двухминутному интервалу значение весового коэффициента,Содержимое счетчика 9 импульсов дискретизации увеличивается на 1, коэффициент деления делителя 7 частоты устанавливается равным т3, счетчик 4 текущей нагрузки переводится в режим вычитания. Импульсами с выхода 22 блока 3 управления происходит считывание содержимого вычитающего счетчика 11 и уменьшение содер жимого счетчика 4 текущей нагрузки на величину р 2/3 (точка б на фиг. 2).Одновременно тем же сигналом с выхода 19 блока 3 управления соержимое счет чика 10 уменьшается на 1 (Ь 1 = 28), счетчик16 приращения нагрузки сбрасывается в нуль; а в вычитающий счетчик 12 записывается величина разности ЬРг = Рл - Р 2,10 которая определяется вычитающим блоком 13,С выхода 18 блока 3 управления начина. 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 Р 2 (Рл - Р 2) 30/28 В счетчике 16 приращения нагрузки по сигналу третьего минутногО импульса сформируется величина Рз =(Рл - Рз)30/27. 50Аналогично преобразования выполняются и в последующие минуты до 30-й включительно. В конце З,-й минуты в счетчике 4 текущей нагрузки сформируется величина.55Рзо = Р 29 - Р 29/30 + 1/30 Мазо в 10 60,25 Эта величина в зависимости от знака показывает, насколько можно увеличи 1 ь или насколько необходимо уменьшить нагрузку воставшиеся 28 мин контрольного периодапри условии соблюдения заданного лимита30 мощности,Сигнал обнуления с выхода вычитающего счетчика 12 записывает результат в регистратор 17 приращения нагрузки ипрекращает выдачу импульсов с выхода 1835 блока 3 управления.В течение третьей минуты в счетчике 4текущей нагрузки накапливается величина,которая к концу третьей минуты будет равнасредему значению нагрузки за три минуты40Рз = Р 2 Р 2/3 + 1/3 й 1 зсто60И=1равная значению средней получасовой нагрузки (точка 1 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 состояние с = 1, счетчик 10 остатка импульсов дискретизации в состояние Ь= 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 Ь = 30, то в счетчике 16 приращения нагрузки формируется величинаЛРзо = 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 временныхинтервалов на выходы 18 и 22, но являетсяразрешающим для блока приема информации (блок приема информации находится в режиме преобразования), С приходом ежеминутного импульса с генератора триггер26 перебрасывается в состояние "1", по которому блок 2 приема информации прекращает выдачу импульсов на элемент ИЛИ б, а элемент И 28 разрешает прохождение счетных импульсов с выхода 22 блокауправления на элемент ИЛИ б 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.5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 обеспечивается режим преобразованияблоком приема информации,С приходом ежеминутного импульса перебрасывается в состояние "1" и триггер 27;который открывает элемент И 29 для прохождения счетных импульсов с выхода 18через делитель 15 на вычитающий счетчик12. В момент обнуления счетчика 12 на управляющий вход 24 подается сигнал, устанавливающий триггер 27 в состояние "0", ипроцесс повторяется.Предлагаемое устройство позволяет определять среднюю нагрузку за время от начала до текущего момента контрольногопериода и величину нагрузки, которую необ. ходимо сбросить (или добавить) на интервале от текущего момента времени до конца .контрольного периода с целью (или при условии) соблюдения заданного лимита мощности. Такая возможность позволяеторганизовать активный контроль за энергопотреблением предприятия, особенно необходимый в периоды максимумаэнергосистемы, снизить заявляемую мощность и уменьшить потери в форме штрафов, связанные с превышением лимитамощности,Формула изобретения1. Устройство для определения электрической нагрузки по авт.св. ЬЬ 1368788, о тл и ча ю щеес ятем, что, сцельюрасширения области применения устройства засчет определения величины нагрузки, на которую ее необходимо изменить в интервалеот текущегомомента времени до конца контрольного периода при условии соблюдениязаданного лимита мощности, в устройствовведены регистр лимита мощности, второйвычитающий счетчик, делитель частоты апостоянным коэффициентом деления, делитель частоты с управляемым коэффициентом деления, счетчик остатка периодовдискретизации, счетчик приращения нагрузки, регистратор приращения нагрузки ивычитающий блок, первый информационный вход которого соединен с выходом счетчика текущей нагрузки, а второй - с выходомрегистра лимита мощности, а информационные выходы вычитающего блока соединеныс установочными входами второго вычитающего счетчика, выход которого подключен квторому управляющему входу блока управления и синхронизации и к управляющемувходу записи регистратора приращения на 5 грузки, знаковый вход которого соединен свыходом знакового разряда вычитающегоблока, а установочные входы - с выходамисчетчика приращения нагрузки, счетныйвход которого соединен с выходом делителячастоты 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 управления 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 дискретизэции подключены к первому выходу блока управления и сйнхронизэции, а установочный вход счетчика остаткэ периодов дискретизэ ции - к второму выходу блоке управления и синхронизации.2. Устройство по п.1, о т л и чэ ю ще ес я тем, что блок управлению и синхронизэ 1Ъ 12ции содержит генератор временных интервалов, двэ 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 генерэтора временных интервэлов, выход первого триггера является третьим, э выходы элементов И - четвертым и пятым выходэми блока управления и синхронизации, счетные входы триггеров соединены с первым выходом генерэтора временных интервалов, О-входы подключены к шине логической единицы, э входы сброса являются управляющими входами блокэ управления и синхронизации.1698797 фФиг. 3 Составитель С,ХромовТехред М,Моргентал Корректор С,Ч едактор Л.Веселовска Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Заказ 4392 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж. Раушская наб 4/5