Автоматизированная система коммерческого учета электроэнергии
AUTOMATED COMMERCIAL ELECTRICITY METERING SYSTEM

Изобретение относится к области информационно-измерительной техники и может быть использовано при модернизации действующих систем учета электрической энергии и при проектировании новых в системе тягового электроснабжения с коррекцией погрешности.
Известна информационно-измерительная система для контроля качества электрической энергии, содержащая последовательно соединенные аналоговый блок, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер и интерфейсный блок, связанный с локальной вычислительной сетью, а также подключенные к входу микроконтроллера клавиатуру, часы и Flash-память и подключенный к выходу микроконтроллера индикатор, при этом на измерительные входы аналогового блока подаются измеряемые сигналы, а его управляющий вход соединен с управляющим выходом микроконтроллера, отличающаяся тем, что программное обеспечение функции определения спектральных составляющих входного сигнала выполнено таким образом, что входные отсчеты по времени умножаются на оцифрованную оконную функцию, которая вычисляется предварительно и сохраняется в памяти микроконтроллера, а частоты, амплитуды, фазы гармоник определяются по сохраненному в памяти микроконтроллера набору эталонных частотных характеристик оконной функции, каждая из которых сдвинута по частоте относительно друг друга на величину, определяемую необходимой точностью измерения спектральных составляющих сигнала, [патент РФ №88157, МПК G01R 17/02, опубл. 27.10.2009, автор(ы): Чижма С.Н. и др. «Информационно-измерительная система для контроля качества электрической энергии»].
Недостатком данной системы является отсутствие возможности учета потерь электроэнергии и коррекции погрешности.
Автоматизированная система коммерческого учета электроэнергии и мощности, состоящая из электрических счетчиков - микроконтроллеров, мультиплексоров - распределителей каналов, модемов, персонального компьютера и принтера, отличающаяся тем, что в систему, между компьютером и принтером, встроен электронный блок автоматической программной корректировки времени персонального компьютера, настроенный на радиосигналы станции точного времени, снабженный кварцевыми часами и блоком программной автоматической корректировки и сдвига поясного, зимнего и летнего текущего времени [полезная модель РФ №13431, МПК G01R 21/00, опубл. 10.04.2000, автор(ы): Лебедев В.И. и др. «Автоматизированная система коммерческого учета электроэнергии и мощности»].
Недостатком данной системы является низкая точность измерений и отсутствие расчета коммерческих потерь электроэнергии.
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом является повышение точности измерения электроэнергии за счет уменьшения токовой, угловой и других составляющих погрешности.
Технический результат достигается тем, что в автоматизированную систему коммерческого учета электроэнергии, состоящую из электрических счетчиков, персонального компьютера и принтера, между компьютером и принтером, встроен электронный блок автоматической программной корректировки времени персонального компьютера, настроенный на радиосигналы станции точного времени, снабженный кварцевыми часами и блоком программной автоматической корректировки и сдвига поясного, зимнего и летнего текущего времени, в автоматизированную систему дополнительно введены блок приема и передачи данных, блок хранения данных, блок расчета данных, N электрических счетчиков с блоками времязадающими и N трансформаторов тока с блоками коррекции с поправкой по значению, причем N трансформаторов тока с блоками коррекции соединены с входами N электрических счетчиков, выходы которых соединены с входом блока приема и передачи данных, который последовательно соединен с блоком хранения данных и блоком расчета данных, а выход блока расчета данных последовательно соединен с персональным компьютером и принтером.
В трансформаторах тока блок коррекции погрешности измерений с поправкой по значению повышает точность измерений за счет уменьшения токовой, угловой и других составляющих погрешности. Входной сигнал трансформатора преобразуется в нескольких каналах с гальванической развязкой так, что в одном из них формируется основная часть выходного сигнала, а в других каналах формируются сигнал поправки к нему, позволяющий компенсировать ошибки. Блок расчета выполняет функции сервера, т.е. в нем производятся все необходимые расчеты, в том числе расчет коммерческих потерь.
Коммерческие потери - это фактический небаланс электроэнергии в электрической сети, который в абсолютных единицах вычисляется по формуле:
OC
где W - отпуск электроэнергии в сеть, определяемый по разности показаний счетчиков, учитывающих электроэнергию, поступившую в электрическую сеть от смежных энергосистем и счетчиков, учитывающих электроэнергию, переданную в электрические сети смежных энергосистем;
ПО
Б
Б
W - полезный отпуск электроэнергии потребителям, определяемый для промышленных, строительных и приравненных к ним потребителей, бюджетных и других организаций также по показаниям электросчетчиков. Для бытовых потребителей полезный отпуск определяется по платежам П через сберкассы и средневзвешенному расчетному тарифу Т на электроэнергию:
Т
ΔW - технические потери электроэнергии, рассчитываемые в соответствии с нормативными документами.
В идеальном случае небаланс электроэнергии в электрической сети, определяемые по формуле (1), должен быть равен нулю. В реальных условиях отпуск в сеть, полезный отпуск и технические потери определяются с погрешностями. Разности этих погрешностей фактически и являются структурными составляющими коммерческих потерь. Они должны быть по возможности сведены к минимуму.
Допустимый небаланс определяется по формуле:
ni
oi
Где δ(δ) - суммарная относительная погрешность i-го измерительного комплекса, состоящего из трансформатора напряжения (ТН), трансформатора тока (ТТ) и счетчика, учитывающего поступившую (отпущенную) электроэнергию, %;
ni
oi
d (d) - доля электроэнергии, поступившей (отпущенной) через i-й измерительный комплекс;
m - количество измерительных комплексов, учитывающих электроэнергию, поступившую в сеть;
n - количество измерительных комплексов, учитывающих отпущенную электроэнергию.
Отсутствие в информационно-измерительных системах контроля и учета электроэнергии технического устройства, позволяющих учитывать погрешности и вносить поправки, снижает точность системы, что приводит к недостоверной оценке потребляемой электроэнергии.
Более универсален структурный метод коррекции погрешности с поправкой по значению, позволяющий в значительной степени уменьшить токовую, угловую и другие составляющие погрешности.
Сущность структурного метода состоит в том, что входной сигнал преобразуют в нескольких каналах с гальванической развязкой, в одном из них формируют основную часть выходного сигнала, а в оставшихся формируют сигналы поправки к основному сигналу, которые позволяют в значительной мере компенсировать ошибки.
На фигуре приведена блок-схема автоматизированной системы коммерческого учета электроэнергии.
Автоматизированная система коммерческого учета электроэнергии состоит: от 1 до N - трансформаторы тока с блоком коррекции; от 2 до N - счетчики с времязадающими блоками; 3 - блок приема и передачи данных; 4 - блок хранения данных; 5 - блок расчета; 6 - персональный компьютер; 7 - блок автоматической программной корректировки времени персонального компьютера; 8 - принтер.
Система работает следующим образом. Благодаря блокам коррекции на трансформаторах тока от 1 до N точность измеряемого сигнала возрастает на порядок за счет уменьшения токовой, угловой и других составляющих погрешности, благодаря тому, что входной сигнал преобразуют в нескольких каналах с гальванической развязкой так, что в одном из них формируют основную часть выходного сигнала, а в других - сигналы поправки к нему, позволяющие в значительной мере компенсировать появляющиеся ошибки. Работа системы рассматривается на примере сети напряжением до 400 В, поэтому трансформатор напряжения не требуется, тем самым не вносятся дополнительные погрешности. Счетчики с времязадающими блоками от 2 до N фиксируют отчет о потреблении электроэнергии, и он поступает через блок приема и передачи данных 3 в блок хранения данных 4. Блок расчета 5 выполняет роль сервера для автоматизированной системы с коррекцией погрешности. Данная система на основе более точных данных рассчитывает небаланс электроэнергии на участке трансформаторов тока от 1 до N. Персональный компьютер 6 выполняет функцию получения сводной информации о небалансе и выводит информацию на принтер 8. Блок автоматической программной корректировки времени персонального компьютера 7, настроенный на радиосигналы станции точного времени, снабжен кварцевыми часами и блоком 7 автоматической программной корректировки времени персонального компьютера и сдвига поясного, зимнего и летнего текущего времени. Все расчеты производятся на блоке 5.
Предлагаемая автоматизированная система позволяет уменьшить погрешности системы на порядок, что позволяет улучшить метрологические характеристики, расширяет диапазон рабочих токов и частот, а также позволяет снизить влияние внешних факторов на точность измерений в 4 раза.