устройство для оперативного контроля текущей мощности нагрузки энергопотребителя

Формула изобретения

Устройство для оперативного контроля текущей мощности нагрузки энергопотребителя, содержащее датчик мощности, цифроаналоговый преобразователь, генератор опорной частоты, отличающееся тем, что в него введены аналого-цифровой преобразователь, первый и второй регистры, дешифратор, цифровой индикатор, первый и второй источники опорного напряжения, двоичный счетчик, триггер, первый, второй и третий одновибраторы, элемент И, первый вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, а выход соединен с тактовым входом двоичного счетчика, выход переполнения которого соединен с тактовым входом двоичного счетчика, а информационный выход через первый регистр соединен с информационным входом цифроаналогового преобразователя, вход опорного напряжения которого подключен к выходу первого источника опорного напряжения, а информационный выход соединен с входом опорного напряжения аналого-цифрового преобразователя, информационный вход которого соединен с выходом второго источника опорного напряжения, а цифровой информационный выход через второй регистр соединен с информационным входом дешифратора, выход которого соединен с информационным входом цифрового индикатора, выход датчика мощности соединен с входом первого одновибратора, инверсный выход которого соединен с входом установки нуля триггера и входом второго одновибратора, прямой выход которого соединен с входом записи первого регистра, а инверсный соединен с входом третьего одновибратора, прямой выход которого соединен с входом установки нуля двоичного счетчика и входом запуска аналого-цифрового преобразователя, выход окончания цикла которого соединен с входом записи второго регистра, инверсный выход третьего одновибратора соединен с входом установки единицы триггера, прямой выход которого соединен с вторым входом элемента И.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для оперативного контроля текущей мощности нагрузки энергопотребителя в системах электроснабжения, оснащенных счетчиками электроэнергии с телеметрическим выходом.

Известно автоматическое устройство для определения текущей совмещенной электрической нагрузки предприятия [1] содержащее блок приема информации, счетчик-усреднитель, сдвигающий регистр, счетчик текущей мощности предприятия, элемент ИЛИ, счетчик-распределитель, дешифратор распределения, генератор, блок управления, блок индикации и регенерации.

Недостатками аналога являются низкое быстродействие (поскольку текущая мощность определяется, как усредненная на получасовом интервале) и невысокая точность (за счет сглаживания при усреднении).

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для измерения избыточной мощности энергопотребителя [2] содержащее дифференциальный интегратор, делительный блок, генератор линейно изменяющегося напряжения, три сумматора, блок задания максимума нагрузки, преобразователь частоты в напряжение, преобразователь кода в напряжение, преобразователь мощности в частоту.

Недостатками прототипа, как и аналога, являются низкое быстродействие и невысокая точность, поскольку измеряемые им параметры усредняются на интервале длительностью 3-5 минут.

Цель изобретения расширение области применения, а именно, обеспечение возможности использования для оперативного контроля текущей мощности нагрузки энергопотребителя, за счет повышения быстродействия устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения избыточной мощности энергопотребителя, содержащее датчик мощности, цифроаналоговый преобразователь, генератор опорной частоты, дополнительно введены аналого-цифровой преобразователь, первый и второй регистры, дешифратор, цифровой индикатор, первый и второй источники опорного напряжения, двоичный счетчик, триггер, первый третий одновибраторы, элемент И, первый вход которого подключен к выходу генератора опорной частоты, а выход соединен с тактовым входом двоичного счетчика, выход переполнения которого соединен с тактовым входом триггера, а информационный выход соединен через первый регистр с информационным входом цифроаналогового преобразователя, вход опорного напряжения которого подключен к выходу первого источника опорного напряжения, а информационный выход соединен со входом опорного напряжения аналого-цифрового преобразователя, информационный вход которого подключен к выходу второго источника опорного напряжения, а цифровой информационный выход через второй регистр соединен с информационным входом дешифратора, выход которого соединен с информационным входом цифрового индикатора, выход датчика мощности соединен со входом первого одновибратора, инверсный выход которого соединен со входом установки нуля триггера и входом второго одновибратора, прямой выход которого соединен со входом записи первого регистра, а инверсный соединен со входом третьего одновибратора, прямой выход которого соединен со входом установки нуля двоичного счетчика и входом запуска аналого-цифрового преобразователя, выход окончания цикла которого соединен со входом записи второго регистра, инверсный выход третьего одновибратора соединен со входом установки единицы триггера, прямой выход которого соединен со вторым входом элемента И.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, на фиг. 2 приведены графики измерений напряжения на элементах схемы.

Устройство содержит генератор 1 опорной частоты, выход которого через элемент И 2 соединен с тактовым входом двоичного счетчика 3, информационный выход которого через первый регистр 4 соединен с цифровым информационным входом цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 5, аналоговый вход опорного напряжения которого подключен к выходу первого источника 6 опорного напряжения (ИОН), а информационный выход ЦАП5 соединен со входом опорного напряжения аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 7, информационный вход которого подключен к выходу второго ИОН 8, а цифровой информационный выход АЦП 7 через второй регистр 9 соединен с информационным входом дешифратора 10, выход которого соединен с информационным входом цифрового индикатора 11, выход датчика 12 мощности (ДМ) соединен со входом первого одновибратора 13, инверсный выход которого соединен со входом установки нуля триггера 14 и входом второго одновибратора 15, прямой выход которого соединен со входом записи первого регистра, а инверсный соединен со входом третьего одновибратора 16, прямой выход которого соединен со входом установки нуля двоичного счетчика 3 и входом запуска АЦП 7, выход окончания цикла которого соединен со входом записи второго регистра 9, инверсный выход третьего одновибратора 16 соединен со входом установки единицы триггера 14, прямой выход которого соединен со вторым входом элемента И 2, а тактовый вход подключен к выходу переполнения двоичного счетчика 3.

Генератор 1 выполняется кварцевым, высокая стабильность его части гарантирует высокую точность работы устройства.

В качестве ДМ 12 используются счетчики электроэнергии с телеметрическим выходом, например, САЗУ-И687, СР4У-И689 и др.

Устройство работает следующим образом.

На выходе ДМ 12 появляются прямоугольные импульсы напряжения, частота которых f пропорциональна текущей мощности нагрузки Р/t/. Очередной такой импульс появляется на выходе ДМ 12 в момент времени t₁. Этот импульс запускает первый одновибратор 13, выходным отрицательным импульсом которого триггер 14 переводится в нулевое состояние. Напряжение единичного выхода триггера 14 при этом спадает до нуля, блокируя элемент И 2 и запрещая пропускание импульсов с выхода генератора 1 на вход счетчика 3 в результате этого счетчик 3 прекращает подсчет импульсов и находится в состоянии покоя. Оканчиваясь, выходной импульс одновибатора 13 запускает второй одновибратор 15. Единичным импульсом с прямого выхода одновибратора 15 в первый регистр 4 записывается информация, накопленная в счетчике 3 за предыдущий интервал измерений. По окончании нулевого отрицательного импульса на инверсном выходе одновибратора 15 запускается третий одновибратор 16. Импульсом с прямого выхода одновибратора 16 запускается АЦП 7 и обнуляется содержимое счетчика 3, который подготавливается таким образом к накоплению информации на следующем интервале измерений. Отрицательным импульсом с инверсного выхода одновибратора 16 триггер 14 возвращается в единичное состояние, после чего начинается новый цикл измерений на интервале t₁-t₂.

После возвращения триггера 14 в единичное состояние ко второму входу элемента И 2 прикладывается единичное напряжение и он начинает пропускать импульсы с выхода генератора 1 на тактовый вход счетчика 3. Счетчик 3 подсчитывают импульсы на интервале t₁-t₂, длительность которого равна периоду Т следования импульсов с выхода датчика 12 мощности. Количество импульсов, подсчитанных счетчиком 3 на интервале t₁-t₂, равняется n. Пропорциональный этому числу код после записи в первый регистр 4 в момент времени t₂ прикладывается к цифровому входу ЦАП 5, выходное напряжение которого становится равным

U_Б U_опn (1)

где U_оп выходное напряжение первого источника 6 опорного напряжения, подаваемое на вход опорного напряжения ЦАП 5.

Учитывая следующие соотношения

n K₁T₇; (2)

; (3)

P K₂f; (4)

можно записать

(5)

где К₁, K₂ постоянные коэффициенты пропорциональности.

Зависимость между измеряемой мощностью Р и выходным напряжением ЦАП 5 определяется следующей формулой

(6)

Напряжение U₅ с выхода ЦАП 5 прикладывается ко входу опорного напряжения АЦП 7, на информационный аналоговый вход которого подается напряжение U₈ с выхода второго ИОН 8. Это напряжение пропорционально цене импульса ДМ 12:

U₈ K₃C_и (7)

где К₃ постоянный коэффициент пропорциональности;

C_и цена импульса ДМ 12, имеет размерность кВт.час/мин.

Выходной код АЦП 7, который формируется после запуска АЦП 7 в момент времени t₂ и записывается во второй регистр 9, равен

(8)

где N максимальный код на выходе АЦП 7, соответствующий его рабочему диапазону;

K_э эквивалентный коэффициент пропорциональности всего устройства, определяемый по формуле

(9)

Как видно из формулы (8), код АЦП 7 пропорционален контролируемой текущей мощности Р энергопотребителя. Код К_АЦП отображается на цифровом индикаторе 11. Число десятичных разрядов индикатора 11, а также размерность отображаемых значений мощности (МВт или КВт) выбирается путем варьирования коэффициента К и его составляющих по формуле (9).

Для исключения возможности ложной работы устройства при измерении малых значений мощности Р в схеме предусмотрена связь между выходом переполнения счетчика 3 и тактовым входом триггера 14.

Преимуществом предлагаемого устройства по сравнению с известными является его более высокое быстродействие (примерно в 100 раз), позволяющее оперативно отслеживать текущую мощность нагрузки энергопотребителя.