Электронный узловой счетчик многоканального получения и распределяемого потребления электроэнергии

 

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и предназначено для непосредственного и дистанционного контроля и учета в распределительных узлах многоканального получения и разветвляемого потребления электроэнергии, мощности, эффективных значений напряжений и токов. Целью изобретения является преодоление консервативных предубеждений специалистов и создание универсального счетчика, способного выполнять требуемые функции в цепях постоянного и переменного тока различной частоты, фазности одновременно. Это позволит многократно сократить количество счетчиков в узлах объединения и распределения электроэнергии, упростить и удешевить систему телеметрического учета, контроля и управления энергопотреблением. Возможность одним счетчиком контролировать в узле f каналов питающих напряжений (1≅f≅F), n каналов потребления (1≅n≅N) электроэнергии одновременно обеспечивается как количественными: сохранение совокупной величины f комплектов датчиков напряжений, n комплектов датчиков тока, так и качественно-количественными показателями: распараллеливанием потока входной многоканальной информации путем внедрения f-1 датчиковых коммутаторов и аналого-цифровых преобразователей, управления этим потоком данных с помощью введенного коммутатора аналого-цифровых преобразователей; распараллеливанием самого вычислительного процесса путем внедрения j-процессорной цифровой вычислительной системы (ЦВС), блока f модулей ПЗУ с требуемым набором известных программ алгоритмов обработки информации, коммутатора модулей ПЗУ к определенным микропроцессорам ЦВС; управлением всем массивом полученных результатов с помощью внедренного коммутатора электронного индикатора. Указанные новые для счетчиков возможности реализуются включением известных в схемотехнике узлов новыми для счетчиков схемными связями. 6 ил.

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и предназначено для непосредственного и дистанционного контроля и учета в распределительных узлах многоканального получения и разветвляемого потребления электроэнергии, мощности, эффективных значений напряжений и токов.

В настоящее время в мире имеются множества традиционно одноканальных счетчиков электроэнергии постоянного и переменного токов одно-, двух- и трехфазного типов, различной частоты. Анализ семейства современных электронных (статических) счетчиков отечественного и зарубежных - типа "Альфа" фирмы ABB, а также патентный поиск в ВПТБ "Изобретения стран мира" по МПК 01к за период с 1982 по 1996 годы включительно показал, что все они характеризуются наличием одного входного канала подачи и одного выходного канала потребления (передачи) электроэнергии. В связи с этим на электростанциях, разного уровня подстанциях и других узлах распределения, в том числе и на щитках многоквартирных домов, то есть там, где производится разветвление электроэнергии по коллективным и индивидуальным потребителям, вынуждены, как показано на фиг. 1, на каждой "ветви" каждого узла ставить свой счетчик Сч λ, m, n, k,..., где 1< λ ≅L, 1<m≅M, 1<n≅N, 1<k≅K,... - множества иерархически упорядоченных каналов между узлами распределения электроэнергии. Более того, на фиг. 2 показано, что для контроля за потерями в самих линиях (каналах) передачи электроэнергии приходится устанавливать счетчики не только в их начале (Сч L, m) на выходе предыдущего узла распределения, например L, но и в конце линий непосредственно на входе в иерархически подчиненный узел распределения, например, счетчик (Сч^* L, m) на входе узла L, m.

Предлагаемое изобретение относится к счетчикам как переменного, постоянного, так и смешанного, то есть постоянного и переменного токов различной частоты и фазы одновременно. Однако из-за отсутствия многоканальных счетчиков вообще и их разновидности - смешанного типа в частности, далее в описании при сравнении с аналогами и прототипом рассуждения будут вестись соответственно применительно к счетчикам переменного тока одно-, двух- и трехфазного типов.

На фиг. 3 схемно выделен как типовой узел распределения L, m с упомянутыми выше: - ОДНИМ входным питающим каналом (ПК), например, переменного тока, определенной одной частоты, одно-, двух- или трехфазного напряжения; - ОДНИМ входным счетчиком Сч^* L, m, контролирующим получаемую узлом распределения электроэнергию и соответствующим каналу по виду тока, частоте и фазности (одно-, двух- или трехфазного типа); - МНОЖЕСТВОМ "N" выходных каналов (ВК) одно-, двух- или трехфазного типа, естественно, того вида тока, частоты, что и во входном (питающем) канале; - МНОЖЕСТВОМ "N" выходных счетчиков Сч L,m,l,...,Сч L,m,n,...,Сч L,m,N, например, переменного тока той же частоты, каждый из которых соответствует своему выходному n-каналу потребления по фазности (либо одно-, либо двух-, либо трехфазного типа).

Предлагается многоканальный счетчик, который ОДИН заменит: -(n+l) одно-, двух- и трехфазных счетчиков для узлов распределения, имеющих ОДИН входной, например трехфазный канал питания электроэнергией (на фиг. 3 границы функционального назначения многоканального счетчика указаны пунктирной линией); -(n+f) одно-, двух- и трехфазных счетчиков для узлов распределения, имеющих, как это показано на фиг. 4, не один, а f входных каналов электропитания (l≅f≅F) постоянного, или смешанного, или переменного токов различной частоты и фазы (например, "стыки" электростанций, подстанций, батареи генераторов и т.д.).

Многоканальных счетчиков, тем более смешанного (постоянного и переменного токов, различной частоты и фазы одновременно) типа, как отмечалось выше, при поиске не обнаружено, поэтому в качестве прототипа взят "интеллектуальный" одноканальный трехфазный счетчик "Альфа" (AlR-AL) фирмы ABB, структурная схема которого приведена на фиг. 5.

Счетчик "Альфа" AlR-AL состоит из: - контактной колодки (1); - датчиков тока в цепях потребления электроэнергии (2); - датчиков напряжения контролируемой электросети (3);
- коммутатора сигналов датчиков напряжения и токов (4);
- аналого-цифрового преобразователя (5);
- модуля постоянного запоминающего устройства (6);
- цифрового микропроцессора (7);
- электронного индикатора (8);
- блока электропитания собственно счетчика (9);
- энергонезависимых таймера и оперативного запоминающего устройства (10);
- органа для ручного управления счетчиком (11);
- телеметрического приемопередатчика (12).

На первый вход контактной колодки (1) подается одноканальное напряжение трехфазной сети. Это напряжение одновременно поступает на входы датчиков (3) напряжения. Датчики (2) тока контролируют ток в цепях одноканального трехфазного выходного канала (клеммы 2 контактной колодки(1)) потребления. Сигналы с выхода датчиков (2) и (3) подаются на входы одного коммутатора (4), а с выхода последнего поочередно на вход одного аналого-цифрового преобразователя (АЦП) (5), который непосредственно связан с входом (1) цифрового микропроцессора (ЦМП) (7). Работа коммутатора (4) и АЦП (5) управляется (синхронизируется, тактируется) непосредственно сигналами от ЦМП (7). Вычисленные в ЦМП по "трехфазным" алгоритмам, программа которых заложена в модуле (6) постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), текущие значения параметров и их массивы, в том числе и многотарифные итоговые величины потребленных энергий, заносят в энергонезависимое оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) (10), при необходимости обновляются, по сигналам от органа ручного управления (11) выводятся на электронный индикатор (8), по кодированному запросу (паролю) через телеметрический приемопередатчик (12) отправляются по дуплексному каналу связи в систему учета и контроля энергопотреблением.

Изложенное наглядно демонстрирует одноканальность и прототипа - электронного "интеллектуального" счетчика "Альфа" AlR-AL.

На фиг. 6 представлена схема предлагаемого узлового многоканального счетчика, где известным по прототипу составляющим сохранена оцифровка и обозначения: ПК - питающие (входные) каналы, ВК - выходные (разветвляющиеся) каналы, 1 - контактная колодка, 2 - датчики тока, 3 - датчики напряжения, 4 - коммутаторы датчиков тока и напряжений, 5 - аналого-цифровые преобразователи, 6 - постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), 7 - многопроцессорная цифровая вычислительная система (ЦВС), 8 - электронный индикатор, 9 - блок питания счетчика, 10 - энергонезависимые ОЗУ и таймер, 11 - орган ручного управления, 12 - телеметрический приемопередатчик. Дополнительно введены: 13 - распределитель тактовых импульсов, 14 - коммутатор-распределитель аналого-цифровых преобразователей, 15 - коммутатор модулей ПЗУ, 16 - коммутатор электронного индикатора.

На контактную колодку (1) счетчика подаются многоканальные ПК_f напряжения постоянного и(или) переменного одной или различной частоты, одно-, двух- или(и) трехфазного тока (l≅f≅F), выведены многоканальные ВК_n выходы распределительного узла (l≅n≅N) - соответственно каналы постоянного и(или) переменного, одной или различной частоты, одно-, двух- или трехфазного тока. К входным каналам ПК_f подключаются f комплектов датчиков (3) напряжения, (n+f) комплектов датчиков (2) тока устанавливаются как в выходных "n", так и во входных "f" каналах узла распределения электроэнергии. Сигналы с выхода датчиков (2) и (3) группируются на входах датчиковых коммутаторов (4_s), соединенных в свою очередь со входами АЦП (5_s), выходы АЦП связаны со входами коммутатора-распределителя (14). Распределитель тактовых импульсов (13) первыми и вторыми входами соединен с первыми и вторыми выходами j-процессорной ЦВС (l≅j≅J) и своими первыми выходами управляет АЦП (5_s), а вторыми - датчиковыми коммутаторами (4_s). Коммутатор-распределитель (14) выходами соединен с первыми входами j-процессорной ЦВС (7) и управляется сигналами от вторых выходов ЦВС.

Обработка многоканальной информации в многопроцессорной цифровой вычислительной системе с целью вычисления всех параметров потребляемых электроэнергий осуществляется по алгоритмам, программы которых заложены в соответствующие модули ПЗУ, по принципу соответствия, когда при подключении коммутатором 4_s через АЦП 5_s конкретного типа канала (постоянного или переменного тока, определенной частоты, фазности и др.) к микропроцессорам (7_j), к этим же микропроцессорам (7j) коммутатором (15) подключаются соответствующие модули ПЗУ для программного управления требуемым для канала вычислительным процессом.

Результаты вычислений из j-процессорной ЦВС (7) с третьего выхода заносятся в энергонезависимое ОЗУ (10) и с пятых выходов через коммутатор (16) ручного управления на электронный индикатор (8). По кодированному запросу (паролю) результаты вычислений со второго выхода энергонезависимого ОЗУ поступают на первый вход телеметрического приемопередатчика и далее по каналам связи в систему учета, контроля и управления энергопотреблением и качеством электроэнергии.

При сокращении количества счетчиков, устанавливаемых в узлах распределения (местах разветвления) электроэнергии, уменьшается по совокупности количество датчиковых коммутаторов (4_s) и АЦП (5_s) (S<F+N), количество микропроцессоров (J<F+N), ПЗУ (R≅F), сокращается в (F+N) раз количество их электронных индикаторов, блоков питания, дуплексных телеметрических приемо-передатчиков и др. Последнее, как следствие, приводит к упрощению сетей связи счетчиков с диспетчерскими пунктами, а в совокупности к удешевлению таким образом всей системы контроля, учета и управления энергопотреблением.

Формула изобретения

Электронный узловой счетчик многоканального получения и распределяемого потребления электроэнергии, содержащий контактную колодку, комплект датчиков напряжения, комплект датчиков тока выходного канала, датчиковый коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, постоянное запоминающее устройство, телеметрический приемопередатчик, электронный индикатор, орган ручного управления, блок электропитания, на вход которого подается напряжение сети, а с его выходов вторичные напряжения поступают на клеммы питания всех узлов электронного узлового счетчика, энергонезависимые оперативное запоминающее устройство и таймер, отличающийся тем, что к клеммам контактной колодки подключаются f, где 1 < f ≅ F, питающих напряжений соответствующих входных каналов, и n, где 1 < n ≅ N, канальных токовых сигналов от выходных каналов, введено f-1 комплектов датчиков напряжений, f комплектов датчиков тока входных каналов, n-1 комплектов датчиков тока выходных каналов, при этом упомянутые датчики связаны с соответствующими выводами контактной колодки, кроме того, введены f-1 датчиковых коммутаторов, f-1 - аналого-цифровых преобразователей, коммутатор модулей постоянного запоминающего устройства, коммутатор аналого-цифровых преобразователей, коммутатор электронного индикатора, цифровая вычислительная система, распределитель тактовых импульсов, постоянное запоминающее устройство выполнено в виде f модулей,
выходы упомянутых датчиков подключены к соответствующим входам датчиковых коммутаторов соответствующих каналов, выходы датчиковых коммутаторов подключены к входам аналого-цифровых преобразователей соответствующих каналов, выходы аналого-цифровых преобразователей соединены с соответствующими входами коммутатора аналого-цифровых преобразователей, выходами подключенного к соответствующим первым входам цифровой вычислительной системы, входы управления модулей постоянного запоминающего устройства соединены с соответствующими первыми выходами цифровой вычислительной системы, а их выходы подключены к соответствующим входам коммутатора модулей постоянного запоминающего устройства, входы коммутатора модулей постоянного запоминающего устройства подключены к вторым входам цифровой вычислительной системы, первые и вторые управляющие входы распределителя тактовых импульсов соединены соответственно с первыми и вторыми выходами цифровой вычислительной системы, а его первые выходы соединены с управляющими входами соответствующих аналого-цифровых преобразователей, вторые выходы распределителя тактовых импульсов соединены с управляющими входами соответствующих датчиковых коммутаторов, третьи выходы цифровой вычислительной системы соединены с соответствующими входами энергонезависимых оперативного запоминающего устройства и таймера, ее четвертые выходы соединены с вторыми входами телеметрического приемопередатчика, ее пятые выходы соединены с соответствующими входами коммутатора электронного индикатора, выходами соединенного с электронными индикатором, входом - с выходом органа ручного управления,
а также с пятым входом цифровой вычислительной системы, что обеспечивает по сигналу от органа ручного управления визуализацию на электронном индикаторе вычисленных в цифровой вычислительной системе значений всех параметров потребляемой электроэнергии по любому из каналов, первые выходы энергонезависимых оперативного запоминающего устройства и таймера соединены с соответствующими третьими входами цифровой вычислительной системы, а их вторые выходы соединены с соответствующими первыми входами телеметрического приемопередатчика, первые выходы которого соединены с соответствующими четвертыми входами цифровой вычислительной системы, в которой вычисление всех параметров потребляемых электроэнергий осуществляется по алгоритмам, программы которых заложены в соответствующих модулях постоянного запоминающего устройства, кроме того, первые и вторые выходы цифровой вычислительной системы являются ее первыми и вторыми управляющими выходами соответственно.

РИСУНКИ

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