Многоканальное устройство для измерения электрической энергии

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PF. СПУБЛИК

rsvp)s G 01 R 21 33

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4776554/21 (22) 03.01.90 (46) 15.09.92. Бюл. Nã 34 (71) Днепропетровский институт инженеров железнодорожного транспорта им. M.È.Êàлинина (72) В.T.Äîìàíñêèé. А.В.Андреевских, Г.А.Доманская, А.Ф.Куркуль и А.А.Данилов (56) Авторское свидетельство СССР

N 1213418, кл. G 01 R 21/133, 1985. (54) МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

ЭНЕРГИИ (57) Использование: в электроизмерительной технике, в частности, на тяговых подИзобретение 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 является только информационной, жестко привязанной к железнодорожной телемеханики и не по. Ы,, 1762253 А1 станциях электрофицированных 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. зволяет формировать управляющие воздействия на исполнительные механизмы устройств регулирования режимов электропотребления.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является 4 многоканальное устройство для измерения . Ch электрической мощности, содержащее N Я (где N — число параметров анализа) парал- Я лельных ветвей. каждая из которых включа- (Л ет последовательно соединенные (р 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

1762253

35 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 счетчико 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 разли ейных способов передачи информации и сопряжения с приемно-передающими устройствами. Однако, основным недостатком указанного устройства по-прежнему остается отсутствие возмо>кности управления электропотреблением, Кроме того, устройство не обеспечивает возможность сопряжения его c 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 (>иг. 1) содержит Й (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 час.тоту, 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 блокам 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, четвертой 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 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 управления и соединен с управляющим входом анализатора 12, Вторые выходы N счетчиков-интеграторов блока 2 последовательно c: единены с N информационными входами регистра 14 коэффициента мощности, и формирователя 15, выход которого соединен с регистром 16 выходных сигналов для линий исполнительных органов.

Информационные выходы. блока 13 телемеханики соединены с информационными входами анализатора 12, а управл:-ющий вход соединен с управляющим выходом коммутатора 4. Информационно-управляющий и управляюший выходы анализатора 12 соединены, соответственно, с информационно-управляющим входом коммутатора 4 и первым управляюшим входом формирователя 15. устройство работает следующим образом.

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

По сигналу таймера 6 (фиг. 2) закрываются разрешающие входы Н счетчиков-интеграторов на время т, равное длительности импульса таймера 6. На это время счетчики-интеграторы фиксируют свое состояние, Таким образом, эту информацию на принятом интервале т можно переписать a N регистров памяти блока 3, а также в N регистров коэфФициента мощности блока 14 (для определения соотношений активной и реактивной мощностей — щ>). Для осуществления записи на управляюшие входы N регистров блока 3 и на управляющие входы N регистров коэффициентов мощности блока 14 поступает сигнал с вы1762253 хода таймера 6, задержанный в первой линии 7 задержки на время т,. Это время необходимо для завершения переходных процессов в блоке 2 счетчиков-интегратоpos. После завершения процесса записи на- 5 копленной 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 10 устройства. Сброс N счетчиков-интеграторов блока 2 осуществляется импульсами таймера 6, задержанными во второй линии

8 задержки на время т .

Учет электропотребления осуществля- 15 ется 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 20 запроса телеуправления, поступающему из блока 13 телемеханики через блок 12 анализатора при спорадическом способе передачи информации на вышестоящий иерархический уровень или по сигналу тай- 25 мера б, задержанному в третьей линии 9 задержки на время т при циклическом способе передачи информации, Коммутатор 4, используя анализатор 12 (фиг, 3), осуществляет контроль синхрани- 30 зации устройства с блоком 13 телемеханики, проверяет условие свобадности каналов связи и формирует серии телесигнализации с информацией об электропатреблении.

Основным элементом анализатора 12 35 является программируемый порт ввода-вывода типа KP 580 ИК55А (микросхема 03), В начальный момент коммутатор 4 низким потенциалом PESET устанавливает в исходное состояние анализатора 12. От 40 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" — 45 строб-импульс, соответствующий первому импульсу серии телесигнэлизации; "ФС"— импульсы с формирующей схемы, представляющие последовательность сигналов, несущих информацию о состоянии 50 контролируемых объектов: "ТУ™ — сигнал на выдачу накопленной информации; "BY"— сигнал от таймера 6; "1" — токовая нагрузка фидеров; "U" — уровень напряжения на шинах тяговых подстанций. 55

Входные сигналы "TY". "СИ", "ФС", "1й" через оптронную развязку поступают на разряды 4, 5, 6, 7 парта с микросхемы 03, а сигналы "СИ", "ФС". "1", "U" — нэ микрасхему 08. Коммутатор 4 управляя сигналами

МАО, Ма1, 1/OR, ВУ11 (фиг. 2,б) может переслать сигналы "ТУ", "СИ", "ФС" "1-й" с порта С микросхемы D3 через шинные формирователи 01 и 02 на соответствующие шины MD4, MD5, М06, 07.

Сигналы MDO QD7 являются информационными сигналами и соответствуют восьми разрядному коду накопленной информации данного счетчика, Сигналы

MDO-1407 могут посылаться как к анализатору, так и к коммутатору. Для синхронизации работы коммутатора и анализатора используются сигналы 1/OW, 1/OR, MAO—

МА1. Временные диаграммы этих сигналов показаны на фиг, 2.

Свободность канала связи определяется по сигналу "ФС" анализатором 12 при условии, что информация телемеханики полностью повторяется более двух раз. Если же во время передачи информации на диспетчерский пункт происходит переключение контролирующих объектов, коммутатор 4 приостанавливает выдачу информации об электропотреблении на две серии телесигнализации с информацией о переключениях объектов, а затем возобновляет передачу. Предыдущее состояние контролируемых абьектав (сигналы "ФС") 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 указывает на переключение объектов, при этом в анализатор 12 записыва атся новые значения битов элементов телесерий. В конце серии телесигнализации передаегся сверхдлинный фазирующий импульс па которому анализатор 12 осуществляют контроль синхронизации путем выявления сигнала "1-й" и подсчета 128 синхроимпульсов "СИ".

Передача информации об злектропотреблении возможна, если поступил запрос на передачу (сигнал ТУ на управляющем входе анализатора) и в последнем цикле телемеханики нет новой информации о состоянии контролируемых объектов (местапалажение сигналов "Ф С" не изменилось). При выполнении этих условий коммутатор по линии MDO, управляя сигналами

МАО, МА1, 1/OW. ВУ11 (фиг. 2,б) через 01, 02, и D3 посылает управляющие сигналы

"ТК" и "ЗАП нэ разряд 0 парта "А" и разряд

0 порта "С". Переключение портов вводавывода микросхемы РЗ осуществляется сигналами MAO и МА1.

Сигнал "ЗАП" пгявляется в очередном цикле телемеханики с зздержкай времени

1762253 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 злектропотреблением, 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 03 поступает на схемустробирования сигналом "СИ", выполненную на элементах 04 и 05. Инвертор 04,2 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 "0" — короткому. Таким образом, через сигналы "ТК" происходит кодирование информации регистра 11 из потенциального кода (логические "0" 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 (ДО-Д15); один байт. содержащий шесть старших разрядов этой информации 51-S6; признак повторной передачи ПП; номер серии Н1 — НЗ, Регулирование режимов электропотребления осуществляется следующим образом. Используя информацию, поступающую через интервалы времени х от N счетчиковинтеграторов 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 t onроса этих ячеек. По сигналу таймера 6, задержанному в линии 10 задержки на время х формирователь 15 (фиг. 15) записывает в свои регистры информацию об активной и реактивной мощности.

Регулирование (управление) электропотрблением 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 06 и 07, построенные на универсальных регистрах типа К

155ИР13 (преобразователи последовательного кода в параллельный) сигналы "1" и "0"

5 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 уп10 равляющего воздействия с вышестоящего иерархического уровня.

Формирователь 15 работает следующим образом. На элементах 03, 04, 05 вычисляется среднее значение tg p

15 Микросхемы 06 и 07 формируют управляющее воздействие на соответствующие ступени компенсирующих и регулирующих устройств в зависимости от tg p, токовых нагрузок и напряжения на шинах подстан20 ции.

Элементы 02, 03, 04, 05 представляют собой однократно программируемые постоянные запоминающие устройства типа К

556 РТ4. Элементы 02, 03, 04 программи.25 руются как элементы компрессии и преобразуют 8-миразрядные данные в пропорциональный 3-х и 4-Хразрядный код.

Элемент 05 программируется для вычисле.ния tg p. Элементы 06, 07 представляют

30 собой программируемые постоянные запоминающие устройства типа К573 РФ2 или К

573 РФ5 с числом комбинаций 2048. Элемент 06 программируется для управления компенсирующего устройства, а элемент 07

35 программируется для управления АРПН трансформаторов. Данные микросхемы программируются на требуемую функцию. мин имиэи рующую злектропотребление.

Формирователь 15 вырабатывает управля40 ющее слово для регистра 16 выходных сигналов (фиг, 4). Биты старшего байта слом управления предназначены для включения — отключения восьми ступеней компенсирующих устройств, а биты младшего байта—

45 для включения - отключения соответствующих ступеней АРПН тягового трансформатора.

Возможность накопления информации с последующей передачей ее на вышестоя50 щвй иерархический уровень с анализом занятости канала связи телемеханики позволяет при высокой точности измерений повысить эффективность работы каналов телемеханики.

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

1762253

10 регулирования электропотребления с целью его минимизации, Формула изобретения

Многоканальное устройство для йзме.рения 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, счетчик-интегратор, регистр памяти, выход которого соединен с одним из N 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 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 уп равления, 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 которого соединен с управляющим входом коммутатора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области использования за счет формирования управляющих сигналов,.обеспечивающих в динамическом ре& Ы жиме повышение эффективности при расходе энергоресурсов, в блок управления введена четвертая линия задержки, вход которой соединен с первым выходом тай5 мера, 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

10 которых соединены с вторыми выходами N счетчиков интеграторов. выходы которых соединены с N входами введенного формирователя, выход которого соединен с входом введенного регистра выходных

15 каналов, выход которого является выходом для подключения линий исполнительных орI ганов, в коммутатор введен управляющии выход и второй управляющий вход, в блок телемеханики введены первый — шестой ин20 формационные выходы и управляющий вход, причем первый — шестой информационные выходы соединены соответственно с первым — шестым информационными входами введенного анализатора, а управляю25 щий вход соединен с управляющим выходом коммутатора, информационно-управляющий и управляющий выход анализатора соединен b> соответственно с информационно-управляющим входом ком30 мутатора и первым управляющим входом формирователя, второй управляющий вход которого соединен с пятым выходом блока управления, шестой выход блока управления соединен с управляющим входом ана35 лизаторэ.

Фх Ы

1Т62253 б) анализаторе

У 49 Л И"

"I-й

tl (K tl

"ТУ"

"ЭАП

И Г Г(И

4А

tt Jtt

"PZSETt

МЛО МА ту Og

1762253

1762253

8 ) ."О И8Т ЕНЦ О ЖЯЦЛOHHOi. С8 f)i ;È Об ЭЛ8К Г >ОПОТ 60."6К:Л

6) 6 ". "-- "и 81-." ". его О. oq8

- 7 л

Л PC

CC+C7 — й:ть гк,жчен :я-Отк;зченич F стпеке кi.:.ексц.:у;., "x . с-.-o cë = Т -, —,;".Ó: Р,Д ЕНт. с-O ;;ff 1ЧЕН".Р ПОДО.:..;РН,,";.

Уст.; О .c7F.: .1ЕГ„ :Л:;РОЬBН;:Я КО";","(П.1 енток

"„ -F Hc< opf ljBI тр

Фиг 4

1762253 форми ров ателя.

Функциональная схема

r !

I

Уровни ! от вна- лизатсра 5

l !

t

Уровни

i

+53 3

0 о ,5(5

6 3

8 !

Ц

PR

А!

А2

Ah

AI

М

А3

А0

41

А2

22 ч к 8-ми ступеням компенсирующего устройства

53 3

52

I !

I ! !

2 Б5

А1

43

AS

АЭ

3 66 3

Э

33 в

9 23

55!О О 22

А9

AN

С

С!

И

20!

l ! !

«52

5О

2

4

В

3 в

50!!О .32

D

38

33

AI

А2

А3

А4

А3

46

А3

А8

А9 к 8-и ступеням . АРПН трансформаторов 5 l э5

23

22

57

М

56 (!!5

5!2

g3

А0

М

А5

46

43

А8

СЗ5

И

Af

42

Ц 6

А8

А3

Q2 !

5з ф

2 Е от регистра Z4

2 ! !

5 и

Э4

А0

М

5

6 от регистра L4 г !

<5 и

М

А5

46

И

СМ от таймера

Составитель В.Доманский

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор H.Ревская

Редактор

Заказ 3257 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