Многомерный статистический анализатор усредненной мощности нестационарной нагрузки

 

Использование: в информационно-измерительной и вычислительной технике для получения семейств гистограмм стационарной и нестационарной составляющих мощности нагрузки, усредненной на различных скользящих интервалах времени. Сущность изобретения: анализатор содержит датчик 1 мощности, счетчики 2, 4, 17, 22, 28, 31, блоки памяти 5, 26, 35, накапливающий сумматор 6, регистр 8, блоки вычитания 10, 37, первый, второй, третий блоки постоянной памяти коэффициентов 11, 23, 34, генератор 16 прямоугольных импульсов, переключатели 3 и 18, коммутатор 38, триггер 30, многовходовый элемент И-НЕ 24, элемент И-НЕ 32, элементы И 19, 20, 25, элементы НЕ 33, 39, одновибраторы 7, 9, 13, 14, 15, 21, 27, 29. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет анализа мощности нагрузки с нестационарными составляющими и повышение точности устройства. 6 ил., 1 табл.

Изобретение относится к информационно-измерительной и вычислительной технике, предназначено для получения семейств гистограмм стационарных и нестационарных составляющих мощности нагрузки, усредненной на различных интервалах времени, и может применяться для накопления экспериментальных данных, используемых в теории расчета электрических нагрузок для определения расчетной мощности нагрузки по нагреву.

Известно устройство для оценки среднего значения нестационарного случайного процесса, содержащее ряд сдвиговых регистров и накапливающий сумматор-вычитатель.

Недостатком этого устройства являются его узкие функциональные возможности с его помощью может быть получено лишь среднее значение случайного процесса на заданном скользящем временном интервале.

Известно также устройство для статического анализа циклических процессов, содержащее измеритель длительностей циклов, а состав которого входят генератор импульсов, счетчик, формирователь гистограмм числа циклов, в состав которого входят группа регистров, группа элементов сравнения, элемент ИЛИ, счетчик, группа элементов И, группа счетчиков, блок определения математического ожидания и дисперсии, элемент И, формирователи гистограмм.

Недостатком устройства являются его узкие функциональные возможности с его помощью в частности может быть получена лишь одномерная гистограмма средних значений, вычисляемых на заданном интервале усреднения.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является многомерный статистический анализатор мощности нагрузки, содержащий датчик мощности, двоичные и десятичные счетчики, реверсивный счетчик, накапливающий сумматор, блоки памяти, регистр, блок деления, генератор прямоугольных импульсов, элементы И-НЕ, одновибраторы, переключатели.

Недостатками анализатора являются его узкие функциональные возможности, поскольку он предназначен для анализа только стационарной мощности нагрузки (при анализе нестационарной мощности нагрузки прототипом точность аппроксимации полученных опытных данных оказывается невысокой), а также низкая точность из-за неточного задания длительности интервалов усреднения.

Цель изобретения расширение функциональных возможностей устройства за счет возможности статистического анализа случайных процессов изменения мощности нагрузки, имеющих произвольный закон распределения и содержащих нестационарные составляющие, а также повышение точности обработки данных за счет исключения методической погрешности задания длительности интервалов усреднения.

Это достигается тем, что в многомерный статистический анализатор мощности нагрузки, содержащий два блока памяти, реверсивный счетчик, накапливающий сумматор, блок деления, регистр, пять счетчиков, генератор прямоугольных импульсов, два переключателя, два элемента И-НЕ, семь одновибраторов и датчик мощности, вход которого является информационным входом анализатора, а выход соединен с тактовым входом первого счетчика и первым неподвижным контактом первого переключателя, остальные неподвижные контакты которого соединены с разрядными выходами первого счетчика, а подвижный контакт связан с тактовым входом второго счетчика, выход которого соединен с информационным входом первого блока памяти, адресный вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика и к информационному входу регистра, вход управления записью которого подключен к прямому выходу пеpвого одновибратора и к инверсному входу второго одновибратора, выход которого соединен с входами установки нуля первого и второго счетчиков, суммирующий вход реверсивного счетчика подключен к инверсному выходу третьего одновибратора и к прямому входу первого одновибратора, инверсный выход которого соединен с входом управления записью первого блока памяти, выход которого соединен с первым информационным входом накапливающего сумматора, вход установки нуля которого подключен к прямому выходу четвертого одновибратора, инверсный выход которого соединен с входом записи реверсивного счетчика, вычитающий вход которого подключен к инверсному выходу пятого одновибратора, инверсный вход которого объединен с входом первого элемента И-НЕ и с входом синхронизации накапливающего сумматора и подключен к прямому выходу шестого одновибратора, младшие разряды выхода третьего счетчика соединены с группой входов второго элемента И-НЕ, выход которого соединен с входом управления записью второго блока памяти, старшие разряды адресного входа которого подключены к выходу четвертого счетчика, тактовый вход которого подключен к прямому выходу седьмого одновибратора, выход накапливающего сумматора соединен со своим вторым информационным входом и с входом делимого блока деления, выход генератора прямоугольных импульсов соединен с тактовым входом пятого счетчика и первым неподвижным контактом второго переключателя, остальные неподвижные контакты которого соединены соответственно с разрядными выходами пятого счетчика, дополнительно введены три блока постоянной памяти коэффициентов, третий блок памяти, коммутатор, шестой счетчик, триггер, три элемента И, два элемента НЕ, восьмой одновибратор и два блока вычитания, причем вход уменьшаемого первого блока вычитания подключен к выходу регистра, а вход вычитаемого подключен к выходу первого блока постоянной памяти коэффициентов, выход первого блока вычитания соединен с информационным входом реверсивного счетчика, подвижный контакт второго переключателя соединен с первыми входами первого и второго элементов И, второй вход первого элемента И подключен к прямому выходу триггера и к прямому входу третьего одновибратора, выход первого элемента И соединен с входом шестого одновибратора и с тактовым входом третьего счетчика, десятый разряд выхода которого соединен с инверсным входом четвертого одновибратора, а одиннадцатый разряд выхода с тактовым входом триггера, инверсный выход которого соединен с вторым входом второго элемента И, выход которого соединен с тактовым входом шестого счетчика, соответствующие разрядные выходы которого соединены с входами второго элемента И-НЕ, выход которого соединен с входом установки единицы триггера и через первый элемент НЕ с входом установки нуля шестого счетчика, выход первого элемента И-НЕ соединен с первым входом третьего элемента И и с прямым входом седьмого одновибратора, прямой выход которого соединен с тактовым входом четвертого счетчика и с инверсным входом восьмого одновибратора, инверсный выход которого соединен с входом записи третьего счетчика, выход четвертого счетчика соединен с адресными входами первого, второго и третьего блоков постоянной памяти коэффициентов, младшие разряды выхода четвертого счетчика соединены с адресным входом третьего блока памяти, вход записи которого подключен к выходу третьего элемента И, второй вход которого через второй элемент НЕ подключен к старшему разряду выхода четвертого счетчика, выход второго блока постоянной памяти коэффициентов соединен с информационным входом третьего счетчика, выход третьего блока постоянной памяти коэффициентов соединен с входом делителя блока деления, выход которого соединен с первым информационным входом коммутатора, входом уменьшаемого второго блока вычитания и информационным входом третьего блока памяти, выход которого соединен с входом вычитаемого второго блока вычитания, выход которого соединен с вторым информационным входом коммутатора, выход которого соединен с младшими разрядами адресного входа второго блока памяти, а управляющий вход подключен к старшему разряду выхода четвертого счетчика.

Существенными отличиями предлагаемого технического решения являются новая структура устройства, обеспечивающая реализацию нового более эффективного алгоритма обработки информации, и использование в схеме анализатора новых элементов (трех блоков постоянной памяти коэффициентов, двух блоков памяти, коммутатора, шестого счетчика, триггера, трех элементов И, двух элементов НЕ, восьмого одновибратора, двух блоков вычитания), а также использование более половины новых связей между новыми и старыми элементами. Эти существенные отличия обеспечивают достижение положительного эффекта, а именно расширение функциональных возможностей анализатора за счет раздельного получения семейств гистограмм стационарных и нестационарных составляющих мощности нагрузки, усредненной на различных интервалах времени, а также повышение точности определения усредненной мощности нагрузки при статистическом анализе за счет исключения методической погрешности задания длительности интервалов усреднения; а это позволяет повысить точность определения расчетной мощности нагрузки по нагреву, снизить неоправданный запас по мощности выбираемых на стадии проектирования трансформаторов, токоведущих элементов сетей и электрооборудования систем электроснабжения и вследствие этого достигнуть значительного экономического эффекта.

На фиг.1 представлена структурная схема анализатора; на фиг.2 6 иллюстрируется принцип его действия.

Анализатор содержит датчик 1 мощности, вход которого является входом анализатора, а выход соединен с тактовым входом первого счетчика 2 и первым неподвижным контактом первого переключателя 3, остальные неподвижные контакты которого соединены с разрядными выходами счетчика 2, а подвижный контакт связан с тактовым входом второго счетчика 4, выход которого соединен с информационным входом первого блока 5 памяти, выход которого соединен с первым информационным входом накапливающего сумматора 6, а вход записи подключен к инверсному выходу первого одновибратора 7, прямой выход которого соединен с входом записи регистра 8 и инверсным входом второго одновибратора 9, прямой выход которого соединен с входами установки нуля счетчиков 2 и 4.

Выход регистра 8 соединен с входом уменьшаемого первого блока 10 вычитания, вход вычитаемого которого подключен к выходу первого блока 11 постоянной памяти коэффициентов, а выход соединен с информационным входом реверсивного счетчика 12, вход суммирования которого объединен с прямым входом одновибратора 7 и подключен к инверсному выходу третьего одновибратора 13. Вход записи подключен к инверсному выходу четвертого одновибратора 14, вход вычитания подключен к выходу пятого одновибратора 15, а выход соединен с адресным входом первого блока 5 памяти и информационным входом регистра 8.

Выход генератора 16 прямоугольных импульсов соединен с тактовым входом пятого счетчика 17 и с первым неподвижным контактом второго переключателя 18, остальные неподвижные контакты которого соединены с разрядными выходами счетчика 17, а подвижный контакт связан с объединенными первыми входами первого 19 и второго 20 элементов И, выход первого из которых соединен с прямым входом шестого одновибратора 21 и тактовым входом третьего счетчика 22, информационный вход которого подключен к выходу второго блока 23 постоянной памяти коэффициентов, а выход соединен с входами первого (многовходового) элемента И-НЕ 24, первый вход которого объединен с инверсным входом пятого одновибратора 15 и входом синхронизации сумматора 6 и подключен к прямому выходу шестого одновибратора 21, а выход соединен с вторым входом третьего элемента И 25, входом записи второго блока 26 памяти и прямым входом седьмого одновибратора 27, прямой выход которого соединен с тактовым входом четвертого счетчика 28 и инверсным входом восьмого одновибратора 29. инверсный выход которого соединен с входом записи счетчика 22, десятый разряд выхода которого соединен с инверсным входом одновибратора 14, а одиннадцатый разряд выхода с тактовым входом триггера 30, прямой выход которого соединен с прямым входом одновибратора 13 и вторым входом элемента И 19, а инверсный выход связан с вторым входом элемента И 20, выход которого соединен с тактовым входом шестого счетчика 31, 1-й, 2-й, 5-й и 9-й разряды выхода которого соединены с входами второго (4-входового) элемента И-НЕ 32, выход которого соединен с входом установки единицы триггера 30 и через первый элемент НЕ 33 связан с входом установки нуля счетчика 31, выход счетчика 28 соединен с объединенными адресными входами блоков 11, 23 и 34 постоянной памяти коэффициентов и старшими разрядами адресного входа блока 26 памяти, младшие разряды выхода счетчика 28 соединены с адресным входом третьего блока 35 памяти, информационный вход которого подключен к выходу блока 36 деления и объединен с входом уменьшаемого второго блока 37 вычитания и первым информационным входом коммутатора 38, выход которого соединен с младшими разрядами адресного входа блока 26 памяти.

Прямой выход одновибратора 14 соединен с входом установки нуля сумматора 6, выход которого соединен с объединенными вторым информационным входом сумматора 6 и входом делимого блока 36 деления, вход делителя которого подключен к выходу третьего блока 34 постоянной памяти коэффициентов, старший разряд выхода счетчика 28 соединен с управляющим входом коммутатора 38 и через второй элемент НЕ 39 связан с первым входом элемента И 25, выход которого соединен с входом записи блока 35 памяти, выход которого соединен с входом вычитаемого блока 37 вычитания, выход которого соединен с вторым информационным входом коммутатора 38.

Рассмотрим один из возможных вариантов реализации анализатора.

В качестве датчика 1 мощности анализатора используется счетчик электроэнергии с телеметрическим выходом. Частота генератора 16 100 Гц. Все используемые в анализаторе счетчики (2,4,12, 17, 22, 28, 31) двоичные. Переключатели 3 и 18 сблокированы, с их помощью в отношении 1:2:4 и т.д. одновременно изменяются как диапазон интервалов усреднения мощности нагрузки, так и чувствительность анализатора.

В качестве первого блока 5 памяти в анализаторе используется первое оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) емкостью К х М, где К 1024 количество М-разрядных слов, которые могут быть размещены в ОЗУ 5. Число М зависит от параметров датчика 1 и может быть выбрано равным 1 8.

Второй блок 26 памяти содержит 256 каналов (16 х 16).

Третий блок 35 памяти, который выполнен на втором ОЗУ 35, содержит 8 ячеек памяти емкостью по 8 разрядов.

Накапливающий сумматор 6 имеет число разрядов 10 18.

Первый блок вычитания 10 выполняет операции над 10-разрядными числами, второй блок 37 вычитания над 8-разрядными.

Коммутатор 38 коммутирует на выход 2 4-разрядных числа.

Регистр 8 и реверсивный счетчик 12 выполнены 10-разрядными.

Счетчик 29 выполнен 4-разрядным.

Первый блок 11 постоянной памяти коэффициентов содержит константы для выбора адреса ячейки ОЗУ 5, соответствующего времени окончания интервала усреднения мощности нагрузки.

Второй блок 23 постоянной памяти коэффициентов является задатчиком дополнительного кода длительности интервалов усреднения мощности нагрузки.

Третий блок 34 постоянной памяти коэффициентов является задатчиком кода интервалов усреднения мощности нагрузки.

Блоки 11,23 и 34 выполнены на постоянных запоминающих устройствах (ПЗУ). Ячейки этих ПЗУ содержат следующую информацию, приведенную в таблице.

Рассмотрим работу устройства при верхнем положении переключателей, при котором анализатор имеет максимальную чувствительность и меньший диапазон интервалов усреднения мощности.

На вход двоичного счетчика 4 текущей информации с выхода датчика 1 поступают импульсы, частота которых пропорциональна текущей мощности нагрузки Р(t) (см.фиг.2). Подсчитывая эти импульсы, счетчик 4 осуществляет дискретное интегрирование мощности нагрузки. В конце промежуточного интервала усреднения Δt содержимого счетчика 4 переписывается в ОЗУ 5 по адресу, формируемому счетчиком 12. Затем содержимое счетчика 4 обнуляется, после чего начинается новый промежуточный интервал усреднения. В конце этого нового цикла работы устройства содержимое счетчика 4 переписывается в ОЗУ 5 по увеличенному на единицу адресу и т. д. Таким образом, в процессе работы устройства в ячейки ОЗУ 5 записываются многоразрядные слова, значения которых в каждом случае равняются расходу электроэнергии за промежуточный интервал усреднения: W₁= P(t)dt (1) Параллельно с этим за время Δ t реализуется следующий алгоритм обработки информации.

А. Определяются средние значения нестационарной составляющей мощности нагрузки на различных больших интервалах усреднения: T₁₁ ΔT₁ 128 Δ t; T₁₂ 2 Δ T₁ 256Δ t; T₁₃ 3 ΔT₁ 384 Δ t. T₁₈ 8 Δ T₁ 1024 Δt (см.фиг.3).

Осуществляется это следующим образом.

В конце очередного промежуточного интервала усреднения Δt₁ (в момент времени t_o на фиг. 4) на прямом выходе триггера 30 появляется единичное напряжение, которое прикладывается к второму входу элемента И 19 и запускает одновибратор 13. В момент времени t_о содержимое счетчика 28 равняется 0000, счетчика 22 00000000000, а в регистре 8 содержится код N_i-1 адреса ячейки ОЗУ 5, в которой хранится значение расхода электроэнергии W_i-1 за предыдущий промежуточный интервал Δt_i-1. Предварительно отрицательным перепадом напряжения с выхода 10-го разряда счетчика 22 был запущен одновибратор 14, импульсом напряжения с прямого выхода которого обнулен накапливающий сумматор 6, а отрицательным импульсом с инверсного выхода код адреса N_i-1 был переписан из регистра 8 в счетчик 12 (поскольку к входу вычитаемого БВ 10 приложен нулевой код с выхода ПЗУ 11, то блоком 10 вычитания код N_i-1 пропускается с выхода регистра 8 на вход счетчика 12 без изменений).

Заканчивающийся в момент времени t₁ отрицательным выходной импульс одновибратора 13 увеличивает на единицу содержимое счетчика 12. Оно становится равным N_i.

Этот же импульс запускает одновибратор 7. Импульсом с инверсного выхода одновибратора 7 в очередную ячейку ОЗУ 5 с адресом N_i из счетчика 4 переписывается значение расхода электроэнергии W_i за последний промежуточный интервал Δ_ti, а импульсом с прямого выхода одновибратора 7 в регистр 8 записывается новый, увеличенный на единицу, код адреса N_i.

В момент времени t₂ импульсом с выхода одновибратора 9 содержимое счетчиков 2 и 4 обнуляется. После окончания импульса одновибратора 9 в счетчике 4 вновь начинает накапливаться полезная информация за следующий промежуточный интервал Δ t_i+1 В момент времени t₃ импульсом с выхода генератора 16, проходящим через первый элемент И 19, запускается одновибратор 21, выходной импульс которого записывает в накапливающий сумма- тор 6 с выхода ОЗУ 5 значение W_i, которое с некоторой задержкой появляется на выходе накапливающего сумматора 6.

Импульсом с выхода одновибратора 15, появляющимся в момент времени t₄ и поступающим на вычитающий вход реверсивного счетчика 12, содержимое последнего уменьшается на единицу в результате на выходе первого ОЗУ 5 в момент времени t₅ появляется значение W_i-1.

При окончании импульса генератора 16 в момент времени t₆срабатывает счетчик 22, его содержимое становится равным 00000000001. Последующие 127 тактов генератора 16 содержимое счетчика 22 продолжает нарастать, пока не достигнет значения 00001111111. В этом случае семь младших разрядов выхода счетчика 22, приложенных к входам многовходового элемента И-НЕ 24, становятся равными единице и, следовательно, элементом И-НЕ 24 может быть пропущен 128-й выходной импульс одновибратора 21. До достижения счетчиком 22 указанного содержимого анализатором реализуется следующий алгоритм обработки информации.

При очередном (втором после момента t_о) срабатывании генератора 16 вновь запускается одновибратор 21, который воздействует на вход синхронизации сумматора 6 в результате на выходе сумматора 6 появляется сумма W₂ W_i + W_i-1. (2) В следующем такте генератора 16 на выходе сумматора 6 появляется сумма W₃ W_i + W_i-1 + W_i-2 (3) и т.д. Таким образом, из ячеек ОЗУ 5 осуществляется ретровыборка значений W_j, которые добавляются к предыдущей сумме и сохраняются в сумматоре 6.

Код суммарного расхода электроэнергии W_Σ непрерывно поступает с выхода сумматора 6 на вход делимого блока 36 деления. На вход делителя блока 36 с выхода ПЗУ 34 первые 128 тактов генератора 16 непрерывно поступает код интервала усреднения мощности нагрузки Т₁₁00100000000₂= 128 ₁₀.

В 128-м такте генератора 16 выходной код сумматора 6 становится равным
W₁₂₈= W_i-j=P(t)dt
(4)
Соответственно, на выходе блока 36 деления появляется значение мощности нагрузки Р₁₁, усредненной на интервале Т₁₁:
P₁₁= P(t)dt
(5)
В 128-м такте генератора 16 содержимое счетчика 22 становится равным 00001111111, поэтому появляющийся на выходе одновибратора 21 импульс (в момент времени t₇ на фиг.5) проходит через многовходовой элемент И-НЕ 24 на управляющий вход записи блока 26 памяти и в момент времени t₈ запускает его.

При этом к содержимому одного из каналов блока 26 добавляется единица. Причем номер этого канала определяется значениями интервала усреднения Т₁₁ и усредненной на этом интервале мощности нагрузки Р₁₁: код группы из 4-х старших разрядов адресного входа блока 26 для интервала усреднения Т₁₁ равен 0000, а код группы 4-х младших разрядов адресного входа блока 26 определяется конкретным значением мощности Р₁₁. Код Т₁₁ прикладывается к адресному входу БП 26 с выхода счетчика 28, а код Р₁₁ поступает с выхода блока 36 через многоканальный коммутатор 38, к управляющему входу которого приложено нулевое напряжение старшего разряда выхода счетчика 28.

Одновременно с этим в момент времени t₇ на выходе элемента И-НЕ 25 также появляется отрицательный импульс (поскольку к первому входу элемента И-НЕ 25 приложено единичное напряжение с выхода элемента НЕ 39), который вписывает в ячейку второго ОЗУ 35 с адресом 000 код мощности Р₁₁.

Заканчивающийся в момент времени t₈ на выходе элемента И-НЕ 24 импульс запускает также одновибратор 27, выходной импульс которого в момент времени t₉ увеличивает содержимое счетчика 28 на единицу оно становится равным 0001. В результате к информационному входу счетчика 22 с выхода ПЗУ 23 подается код 00010000000. В момент времени t₁₀содержимое счетчика 22 становится равным 0010000000, а в момент времени t₁₁ заканчивающимся отрицательным импульсом с выхода одновибратора 29 точно такой же код переписывается из ПЗУ 23 в счетчик 22, не изменяя его содержимого.

Последующие 128 тактов работы генератора 16 продолжается накопление суммы в сумматоре 6, в 256-м такте оно становится равным
W₂₅₆= W_i-j=P(t)dt
(6) а на выходе БД 36 появляется значение усредненной на втором большом интервале Т₁₂ мощности нагрузки
P₁₂= P(t)dt
(7)
В этом также содержимое определенного канала блока 26 анализатора также увеличивается на единицу, а в ОЗУ 35 по адресу 001 вписывается код мощности нагрузки Р₁₂.

Аналогичная операция повторяется в 384-м, 512-м и т.д. тактах, причем в ОЗУ 35 и блок 26 поступает информация о нестационарных составляющих мощности нагрузки Р₁₃, Р₁₄, усредненной на интервалах Т₁₃, Т₁₄ и т.д. Последняя запись информации в блок 26 и ОЗУ 35 производится в 1024-м также. Эта информация соответствует значению мощности нагрузки Р₁₈, усредненной на интервале Т₁₈ 8 ΔТ₁ 1024 Δ t.

При появлении импульса генератора 16 в 1024-м также содержимое счетчика 28 становится равным 1000 (в момент времени t₉ на фиг.5).

После окончания этого импульса генератора 16 (в момент времени t₁₀на фиг. 5 срабатывает счетчик 22, его состояние из 01111111111 переходит в 10000000000. При этом по заднему фронту напряжения на выходе 10-го разряда счетчика 22 запускается одновибратор 14, импульс с прямого выхода которого обнуляет содержимое накапливающего сумматора 6, а импульс с инверсного выхода вписывает в регистр 12 код адреса ячейки ОЗУ 5, равный
N₁ (N_i 56)₁₀ N_i 111000)₂ (8)
Этот код соответствует границе первого малого интервала усреднения Т₂₁ (см.фиг.6).

Б. С этого момента начинается статистический анализ стационарных составляющих мощности нагрузки, полученной на различных малых интервалах усреднения:
Т₂₁ ΔТ₂ 16 Δ t; T₂₂ 2 ΔT₂ 32 Δ t;
T₂₃ 3 ΔT₂ 48 Δ t T₂₈ 8 Δ T₂ 128 Δ t.

Границы интервалов Т1k и T2k расположены так, что их середины соответственно совпадают. В частности (см.фиг.6), границы первого большого интервала Т₁₁ это N_i и N₁ 128; границы первого малого интервала Т₂₁:N_i-56 и N_i-72. Середина интервалов Т₁₁ и Т₂₁ N_i 64.

Далее реализуется следующий алгоритм обработки информации.

После окончания 1024-го такта генератора 16 в момент времени t₁₁ на фиг. 5 из ПЗУ 23 в счетчик 22 переписывается код 01111110000.

Последующие 16 тактов осуществляется накопление суммы в сумматоре 6 по описанному алгоритму, иллюстрируемому фиг. 4. В сумматоре 6 накапливается сумма
W₁₆=W_i-j= )t
(9)
На выходе блока 36 появляется значение полной мощности нагрузки, усредненной на первом малом интервале Т₂₁
P₁= ()
(10)
Код мощности Р₁ подается на вход уменьшаемого блока 37, на вход вычитаемого которого с выхода ОЗУ 35 подается код мощности Р₁₁, хранящийся в ячейке ОЗУ 35 с адресом 000. В результате на выходе блока 37 появляется значение стационарной составляющей мощности нагрузки
Р₂₁ Р₁ Р₁₁ (11)
Код мощности Р₂₁, приложенный к второму входу коммутатора 38, повторяется на выходе коммутатора, поскольку к его управляющему входу приложена "1" с выхода старшего разряда счетчика 28.

К этому времени с момента t_о проходит 1024 + 15 1039 тактов. В 1040-м такте содержимое счетчика 22 становится равным 01111111111, импульс одновибратора 21 походит через многовходовой элемент И-НЕ 24 и запускает блока 26. При этом к содержимому канала блока 26, адрес которого задается кодами Т₂₁ и Р₂₁, добавляется единица. Информация во второе ОЗУ 35 не записывается, поскольку к первому входу элемента И 25 приложено нулевое напряжение с выхода элемента НЕ 39.

Импульс одновибратора 27 увеличивает на единицу содержимое счетчика 28 оно становится равным 1001. Затем срабатывание счетчика 22 приводит к спаду напряжения на его выходе 10-го разряда, что сопровождается обнулением НС 6 и записью в реверсивный счетчик 12 кода
N₂ (N_i 112)₁₀ (N_i 1110000)₂ (12)
Этот код соответствует границе второго малого интервала усреднения Т₂₂ (см.фиг.6), длительность которого равняется 32 Δt.

После этого импульсом одновибратора 39 в счетчик 22 из ПЗУ 23 переписывается код 01111100000.

Последующие 32 такта осуществляется определение стационарной составляющей Р₂₂ мощности нагрузки, усредненной на интервале Т₂₂ и т.д.

В 1472-м такте, соответствующем началу последнего малого интервала Т₂₈, в реверсивный счетчик 12 из ПЗУ 11 переписывается код
N₈= (N₁-448)₁₀= (N₁-111000000)₂, (13) а в счетчик 22 из ПЗУ 23 код 11110000000.

Соответственно в 1600-м такте, соответствующем окончанию интервала Т₂₈, содержимое счетчика 22 достигает значения 11111111111, а по окончании импульса генератора 16 в этом такте содержимое счетчика 22 обнуляется. При этом отрицательным перепадом напряжения с выхода 11-го разряда счетчика 22 триггер 30 переводится в нулевое состояние, нулевое напряжение его прямого выхода блокирует элемент И 19 для прохождения через него импульсов генератора 16, а единичное напряжение инверсного выхода триггера 30 открывает для прохождения этих импульсов элемент И 20 В результате такого переключения все активные операции по обработке информации в анализаторе прекращаются на следующие 275 тактов. Импульсы с выхода элемента И 20 поступают на вход счетчика 31, который заполняется до достижения кода
К₃₁ 275 ₁₀ 100010011₁₂. (14)
При формировании такого кода на выходе 4-входового элемента И-НЕ 32 появляется нулевое напряжение, которое переводит триггер 30 в единичное состояние, а единичное напряжение с выхода элемента НЕ 33 обнуляет счетчик 31. Это происходит по истечении с момента времени t_о 1875 тактов, которые продолжается промежуточный интервал Δt.

Положительный перепад напряжения на прямом выходе триггера 30 запускает одновибратор 13, из регистра 8 в реверсивный счетчик 12 возвращается код адреса ячейки N_i ОЗУ 5, в которой хранится значение W_i, к этому коду добавляется единица; в очередную ячейку ОЗУ 5 с адресом N_i+1 вписывается накопившееся в счетчике 4 за последний промежуточный интервал Δt_i+1 значение W_i+1; содержимое счетчиков 2 и 4 обнуляется и т.д.

После достаточно длительного накопления информации по содержимому каналов блока 26 строятся семейства гистограмм стационарных и нестационарных (по среднему значению) составляющих мощности нагрузки, усредненной на различных интервалах. Затем производится раздельная обработка гистограмм каждой оставляющей, что существенно повышает точность вероятностно-статистических выводов.

Промежуточный интервал (интервал выборки) Δt усредненной мощности нагрузки может иметь значения: 18,75 с; 37,5 с; 75 с; 150 с и т.д. При Δt 18,75 с диапазон малых интервалов усреднения (стационарных составляющих) Т_2k равняется: 5 мин; 10 мин; 15 мин.40 мин. При этом диапазон больших интервалов усреднения (нестационарных составляющих) Т_1kравен: 40 мин; 80 мин; 120 мин. 320 мин. Соответственно при Δt 37,5 с:
T_2k 10 мин. 20 мин; 30 мин80 мин;
Т_1k 80 мин; 160 мин; 240 мин.640 мин;
Преимуществами предлагаемого технического решения по сравнению с известными являются его более широкие функциональные возможности, обусловленные возможностью получения семейств гистограмм стационарных и нестационарных составляющих мощности электрической нагрузки, усредненной на различных скользящих интервалах. Применение новой получаемой анализатором информации дает возможность более точно определять расчетную мощность (ток) нагрузки по нагреву, особенно при анализе случайных процессов изменения мощности нагрузки, содержащих нестационарные составляющие.

Точность обработки информации предлагаемым устройством также увеличивается за счет исключения методической составляющей погрешности задания длительности интервалов усреднения мощности нагрузки. Вследствие этого применение анализатора позволяет получить на промышленном предприятии средней мощности экономический эффект за счет более рационального выбора различных элементов системы электроснабжения по нагреву, поскольку существующий метод позволяет выбирать указанное оборудование с неоправданным запасом. Анализатор реализуется на микроэлектронной основе с использованием широко распространенных интегральных микросхем.

Формула изобретения

Многомерный статистический анализатор усредненной мощности нестационарной нагрузки, содержащий два блока памяти, реверсивный счетчик, накапливающий сумматор, блок деления, регистр, пять счетчиков, генератор прямоугольных импульсов, два переключателя, два элемента И НЕ, семь одновибраторов и датчик мощности, вход которого является информационным входом анализатора, а выход соединен с тактовым входом первого счетчика и первым неподвижным контактом первого переключателя, остальные неподвижные контакты которого соответственно соединены с разрядными выходами первого счетчика, а подвижный контакт связан с тактовым входом второго счетчика, выход которого соединен с информационным входом первого блока памяти, адресный вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика и к информационному входу регистра, вход управления записью которого подключен к прямому выходу первого одновибратора и к инверсному входу второго одновибратора, выход которого соединен с входами установки нуля первого и второго счетчиков, суммирующий вход реверсивного счетчика подключен к инверсному выходу третьего одновибратора и к прямому входу первого одновибратора, инверсный выход которого соединен с входом управления записью первого блока памяти, выход которого соединен с первым информационным входом накапливающего сумматора, вход установки нуля которого подключен к прямому выходу четвертого одновибратора, инверсный выход которого соединен с входом записи реверсивного счетчика, вычитающий вход которого подключен к инверсному выходу пятого одновибратора, инверсный вход которого объединен с входом первого элемента И НЕ и с входом синхронизации накапливающего сумматора и подключен к прямому выходу шестого одновибратора, младшие разряды выхода третьего счетчика соединены с группой входов второго элемента И НЕ, выход которого соединен с входом управления записью второго блока памяти, старшие разряды адресного входа которого подключены к выходу четвертого счетчика, тактовый вход которого подключен к прямому выходу седьмого одновибратора, выход накапливающего сумматора соединен со своим вторым информационным входом и со входом делимого блока деления, выход генератора прямоугольных импульсов соединен с тактовым входом пятого счетчика и первым неподвижным контактом второго переключателя, остальные неподвижные контакты которого соединены соответственно с разрядными выходами пятого счетчика, отличающийся тем, что в него дополнительно введены три блока постоянной памяти коэффициентов, третий блок памяти, коммутатор, шестой счетчик, триггер, три элемента И, два элемента НЕ, восьмой одновибратор и два блока вычитания, причем вход уменьшаемого первого блока вычитания подключен к выходу регистра, а вход вычитаемого к выходу первого блока постоянной памяти коэффициентов, выход первого блока вычитания соединен с информационным входом реверсивного счетчика, подвижный контакт второго переключателя соединен с первыми входами первого и второго элементов И, второй вход первого элемента И подключен к прямому выходу триггера и к прямому входу третьего одновибратора, выход первого элемента И соединен с входом шестого одновибратора и с тактовым входом третьего счетчика, десятый разряд выхода которого соединен с инверсным входом четвертого одновибратора, а одиннадцатый разряд выхода с тактовым входом триггера, инверсный выход которого соединен с вторым входом второго элемента И, выход которого соединен с тактовым входом шестого счетчика, соответствующие разрядные выходы которого соединены с входами второго элемента И НЕ, выход которого соединен с входом установки единицы триггера и через первый элемент НЕ с входом установки нуля шестого счетчика, выход первого элемента И НЕ соединен с первым входом третьего элемента И и с прямым входом седьмого одновибратора, прямой выход которого соединен с тактовым входом четвертого счетчика и с инверсным входом восьмого одновибратора, инверсный выход которого соединен с входом записи третьего счетчика, выход четвертого счетчика соединен с адресными входами первого, второго и третьего блоков постоянной памяти коэффициентов, младшие разряды выхода четвертого счетчика соединены с адресным входом третьего блока памяти, вход записи которого подключен к выходу третьего элемента И, второй вход которого через второй элемент НЕ подключен к старшему разряду выхода четвертого счетчика, выход второго блока постоянной памяти коэффициента соединен с информационным входом третьего счетчика, выход третьего блока постоянной памяти коэффициентов соединен с входом делителя блока деления, выход которого соединен с первым информационным входом коммутатора, входом уменьшаемого второго блока вычитания и информационным входом третьего блока памяти, выход которого соединен с входом вычитаемого второго блока вычитания, выход которого соединен с вторым информационным входом коммутатора, выход которого соединен с младшими разрядами адресного входа второго блока памяти, управляющий вход коммутатора подключен к старшему разряду выхода четвертого счетчика.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7