Комплекс мониторинга и управления электрическими нагрузками
COMPLEX FOR MONITORING AND CONTROLLING ELECTRICAL LOADS

Изобретение относится к электронно-измерительной технике и автоматике электрических сетей, в частности к области обеспечения наблюдаемости и управляемости электрических сетей и может быть использовано для синхронизированных удалённых измерений параметров режимов работы электрической сети одновременно в нескольких точках и управления нагрузками электрической сети.
Известен таймер – электросчётчик портативный мобильный трёхфазный (Патент № 195905 Российская Федерация, МПК G01R 19/00. опубл. 11.02.2020 Бюл. № 5).
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство таймер - электросчётчик мобильный портативный трёхфазный с радиоканалом передачи данных, позволяющее выполнять мобильное измерение текущих и максимальных значений мощности, тока, напряжения, в трехфазной сети, вести фиксацию потреблённого электрооборудованием или участком цепи количества электроэнергии без нарушения изоляции питающего провода, а также позволяет выявлять хищения электроэнергии при обходах потребителей, в том числе трёхфазных; составлять энергобаланс объектов при проведении энергоаудита; определять коэффициенты, характеризующие время использования оборудования, режимов его работы (ПН, ПК и т.п.); уточнять правильность выбора проводов и кабелей; исследовать суточные графики нагрузки, что приведет к уменьшению недоотпуска электроэнергии потребителям, повышению надежности и эффективности систем электроснабжения потребителей и фиксации реальных режимов работы трёхфазной сети. (Патент №2739717 Российская Федерация, МПК G01R 11/42, G01R 11/46, опубл. 28.12.20 Бюл. №1).
Недостатком известного устройства является недостаточная функциональность и ограниченная область применения, так как оно не позволяет выполнять синхронизированные измерения параметров режимов работы электрической сети одновременно в нескольких точках и управление нагрузками электрической сети.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение функциональности и расширение области применения за счёт обеспечения возможности выполнять синхронизированные измерения параметров режимов работы электрической сети одновременно в нескольких точках и управление нагрузками электрической сети.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что предлагаемый комплекс мониторинга и управления электрическими нагрузками, содержащий съёмные датчики тока с преобразователем тока в напряжение, блок записи данных, блок часов реального времени, датчики напряжения, микроконтроллеры, блок индикации и сигнализации, согласно изобретению, снабжен шестью измерительными блоками, устанавливаемыми в исследуемой линии электропередачи, в каждом из которых размещены микроконтроллер, по три датчика  напряжения и тока с преобразователем тока в напряжение, выходы которых подключены ко входам микроконтроллера, блок часов реального времени, блок записи данных, блок управления и встроенное средство связи, передающее по каналу связи данные в центральный блок с привязкой данных к астрономическому времени и получающие от центрального блока команды управления.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где представлена общая схема измерительного комплекса для синхронизированных по времени измерений.
Комплекс мониторинга и управления электрическими нагрузками содержит 1 – микроконтроллерные блоки МКБ1-МКБ7,   2 – датчики тока ДТ8-ДТ25, 3 – датчики напряжения ДН26-ДН43, 4 – блок индикации и сигнализации БИС44, 5 – блоки часов реального времени БЧРВ45- БЧРВ51, 6 – блоки записи данных БЗД52-БЗД58, 7 – встроенные средства связи ВСС59-ВСС65, 8 – блоки управления БУ66-БУ71.
ДТ8-ДТ10 соединены с силовой сетью на вводе первого измерительного блока и соединены с МКБ2, осуществляют контроль токов в точке их установки и передачу измеренных значений в МКБ2. ДН26-ДН28 соединены с силовой сетью на вводе первого измерительного блока и соединены с МКБ2, осуществляют контроль напряжений в точке их установки и передачу измеренных значений в МКБ2. БЧРВ46 соединён с МКБ2, осуществляет привязку измеряемых параметров к астрономическим времени и дате первого измерительного блока. БЗД53 соединён с МКБ2, осуществляет запись измеряемых параметров на внешний накопитель первого измерительного блока. ВСС60 соединён с МКБ2, осуществляет передачу полученных данных первого измерительного блока по каналу связи в ВСС59 и получение команд управления от ВСС59. БУ66 соединён с МКБ2, осуществляет управление нагрузкой электрической сети посредством её включения и отключения. МКБ2 соединён с ДТ8-ДТ10, ДН26-ДН28, осуществляет приём и обработку измеренных ими значений тока и напряжения, соединён с БЧРВ46, осуществляет контроль синхронизации данных по астрономическому времени, соединён с БЗД53, осуществляет отправку команд на запись данных первого измерительного блока, соединён с ВСС60 и осуществляет передачу данных о параметрах электрической сети первого измерительного блока, соединён с БУ66, передаёт на него команды управления нагрузкой, поступившие от центрального блока через ВСС59 и сформированные в соответствии с алгоритмами, вложенными в МКБ2. ДТ11-ДТ13 соединены с силовой сетью на вводе второго измерительного блока и соединены с МКБ3, осуществляют контроль токов в точке их установки и передачу измеренных значений в МКБ3. ДН29-ДН31 соединены с силовой сетью на вводе второго измерительного блока и соединены с МКБ3, осуществляют контроль напряжений в точке их установки и передачу измеренных значений в МКБ3. БЧРВ47 соединён с МКБ3, осуществляет привязку измеряемых параметров к астрономическим времени и дате второго измерительного блока. БЗД54 соединён с МКБ3, осуществляет запись измеряемых параметров на внешний накопитель второго измерительного блока. ВСС61 соединён с МКБ3, осуществляет передачу полученных данных второго измерительного блока по каналу связи в ВСС59 и получение команд управления от ВСС59. БУ67 соединён с МКБ3, осуществляет управление нагрузкой электрической сети посредством её включения и отключения.  МКБ3 соединён с ДТ11-ДТ13, ДН29-ДН31, осуществляет приём и обработку измеренных ими значений тока и напряжения, соединён с БЧРВ47, осуществляет контроль синхронизации данных по астрономическому времени, соединён с БЗД54, осуществляет отправку команд на запись данных второго измерительного блока, соединён с ВСС61 и осуществляет передачу данных о параметрах электрической сети второго измерительного блока, соединён с БУ67, передаёт на него команды управления нагрузкой, поступившие от центрального блока через ВСС59 и сформированные в соответствии с алгоритмами, вложенными в МКБ3. ДТ14-ДТ16 соединены с силовой сетью на вводе третьего измерительного блока и соединены с МК4, осуществляют контроль токов в точке их установки и передачу измеренных значений в МКБ4. ДН32-ДН34 соединены с силовой сетью на вводе третьего измерительного блока и соединены с МКБ4, осуществляют контроль напряжений в точке их установки и передачу измеренных значений в МКБ3. БЧРВ48 соединён с МКБ4, осуществляет привязку измеряемых параметров к астрономическим времени и дате третьего измерительного блока. БЗД55 соединён с МКБ4, осуществляет запись измеряемых параметров на внешний накопитель третьего измерительного блока. ВСС62 соединён с МКБ4, осуществляет передачу полученных данных третьего измерительного блока по каналу связи в ВСС59 и получение команд управления от ВСС59. БУ67 соединён с МКБ4, осуществляет управление нагрузкой электрической сети посредством её включения и отключения. МКБ4 соединён с ДТ14-ДТ16, ДН32-ДН34, осуществляет приём и обработку измеренных ими значений тока и напряжения, соединён с БЧРВ48, осуществляет контроль синхронизации данных по астрономическому времени, соединён с БЗД55, осуществляет отправку команд на запись данных третьего измерительного блока, соединён с ВСС62 и осуществляет передачу данных о параметрах электрической сети третьего измерительного блока, соединён с БУ68, передаёт на него команды управления нагрузкой, поступившие от центрального блока через ВСС59 и сформированные в соответствии с алгоритмами, вложенными в МКБ4. ДТ17-ДТ19 соединены с силовой сетью на вводе четвертого измерительного блока и соединены с МКБ5, осуществляют контроль токов в точке их установки и передачу измеренных значений в МКБ5. ДН35-ДН37 соединены с силовой сетью на вводе четвертого измерительного блока и соединены с МКБ5, осуществляют контроль напряжений в точке их установки и передачу измеренных значений в МКБ5. БЧРВ49 соединён с МКБ5, осуществляет привязку измеряемых параметров к астрономическим времени и дате четвертого измерительного блока. БЗД56 соединён с МКБ5, осуществляет запись измеряемых параметров на внешний накопитель четвертого измерительного блока. ВСС63 соединён с МКБ5, осуществляет передачу полученных данных четвертого измерительного блока по каналу связи в ВСС59 и получение команд управления от ВСС59. БУ69 соединён с МКБ5, осуществляет управление нагрузкой электрической сети посредством её включения и отключения. МК5 соединён с ДТ17-ДТ19, ДН35-ДН37, осуществляет приём и обработку измеренных ими значений тока и напряжения, соединён с БЧРВ49, осуществляет контроль синхронизации данных по астрономическому времени, соединён с БЗД56, осуществляет отправку команд на запись данных четвертого измерительного блока, соединён с ВСС63 и осуществляет передачу данных о параметрах электрической сети четвертого измерительного блока соединён с БУ69, передаёт на него команды управления нагрузкой, поступившие от центрального блока через ВСС59 и сформированные в соответствии с алгоритмами, вложенными в МКБ5. ДТ20-ДТ22 соединены с силовой сетью на вводе пятого измерительного блока и соединены с МКБ6, осуществляют контроль токов в точке их установки и передачу измеренных значений в МКБ6. ДН38-ДН40 соединены с силовой сетью на вводе пятого измерительного блока и соединены с МКБ6, осуществляют контроль напряжений в точке их установки и передачу измеренных значений в МКБ6. БЧРВ50 соединён с МКБ6, осуществляет привязку измеряемых параметров к астрономическим времени и дате пятого измерительного блока. БЗД57 соединён с МКБ6, осуществляет запись измеряемых параметров на внешний накопитель пятого измерительного блока. ВСС64 соединён с МКБ6, осуществляет передачу полученных данных пятого измерительного блока по каналу связи в ВСС59 и получение команд управления от ВСС59. БУ70 соединён с МКБ6, осуществляет управление нагрузкой электрической сети посредством её включения и отключения. МКБ6 соединён с ДТ20-ДТ22, ДН38-ДН40, осуществляет приём и обработку измеренных ими значений тока и напряжения, соединён с БЧРВ50, осуществляет контроль синхронизации данных по астрономическому времени, соединён с БЗД57, осуществляет отправку команд на запись данных пятого измерительного блока, соединён с ВСС64 и осуществляет передачу данных о параметрах электрической сети пятого измерительного блока, соединён с БУ70, передаёт на него команды управления нагрузкой, поступившие от центрального блока через ВСС59 и сформированные в соответствии с алгоритмами, вложенными в МКБ6.  ДТ23-ДТ25 соединены с силовой сетью на вводе шестого измерительного блока и соединены с МКБ7, осуществляют контроль токов в точке их установки и передачу измеренных значений в МКБ7. ДН41-ДН43 соединены с силовой сетью на вводе шестого измерительного блока и соединены с МКБ7, осуществляют контроль напряжений в точке их установки и передачу измеренных значений в МКБ7. БЧРВ51 соединён с МКБ7, осуществляет привязку измеряемых параметров к астрономическим времени и дате шестого измерительного блока. БЗД58 соединён с МКБ7, осуществляет запись измеряемых параметров на внешний накопитель шестого измерительного блока. ВСС65 соединён с МКБ7, осуществляет передачу полученных данных шестого измерительного блока по каналу связи в ВСС59 и получение команд управления от ВСС59. БУ71 соединён с МКБ3, осуществляет управление нагрузкой электрической сети посредством её включения и отключения. МКБ7 соединён с ДТ23-ДТ25, ДН41-ДН43, осуществляет приём и обработку измеренных ими значений тока и напряжения, соединён с БЧРВ51, осуществляет контроль синхронизации данных по астрономическому времени, соединён с БЗД58, осуществляет отправку команд на запись данных шестого измерительного блока, соединён с ВСС65 и осуществляет передачу данных о параметрах электрической сети шестого измерительного блока, соединён с БУ71, передаёт на него команды управления нагрузкой, поступившие от центрального блока через ВСС59 и сформированные в соответствии с алгоритмами, вложенными в МКБ7.   БЧРВ45 соединён с МКБ1, осуществляет привязку измеряемых параметров к астрономическим времени и дате центрального блока. БЗД52 соединён с МКБ1, осуществляет запись измеряемых параметров на внутренний и внешний накопитель. ВСС59 соединён с МКБ1, осуществляет прием полученных данных измерительных блоков по каналу связи от ВСС60-ВСС65 и передачу команд управления. МКБ1 соединён с БЧРВ45, осуществляет контроль синхронизации данных по астрономическому времени, соединён с БЗД52, осуществляет отправку команд на запись данных на внутренний и внешний накопитель, соединён с ВСС59 и осуществляет прием и обработку данных о параметрах электрической сети от измерительных блоков, передаёт на них команды управления, соединён с БИС44, осуществляет индикацию на дисплее центрального блока.
Комплекс мониторинга и управления нагрузкой работает следующим образом.
Датчики тока ДТ8-ДТ25 и датчики напряжения ДН26-ДН43 первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого измерительных блоков подключаются к исследуемой электрической линии в различных точках, производят измерения токов, напряжений и передают данные на микроконтроллерные блоки МКБ2-МКБ7, которые обрабатывают их с получением данных о параметрах режима работы электрической сети, в том числе значениях тока и напряжения, потреблении электроэнергии, частоте тока, значениях параметров качества электрической энергии.
Первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой измерительные блоки выполнены на базе микроконтроллерных блоков МКБ2-МКБ7, которые обрабатывают значения датчиков тока ДТ8-ДТ25 и напряжения ДН26-ДН43, выполняют необходимые расчеты параметров электрической сети и отправляют обработанные данные с датчиков на встроенные средства связи ВСС60-ВСС65, работающие в режиме передатчиков, которые передают полученные данные по каналу связи ВСС59. Блоки записи данных БЗД53-БЗД58 производят запись всех измеряемых данных измерительных блоков.  Блоки часов реального времени БЧРВ46-БЧРВ51 измерительных блоков производят привязку этих данных к астрономическому времени и дате. В МКБ2-МКБ7 закладываются алгоритмы управления нагрузкой в зависимости от значений измеряемых параметров электрической сети в точке установки соответствующих датчиков тока и напряжения. В соответствии с этими алгоритмами, а также в соответствии с командами, получаемыми от центрального блока через ВСС59 и соответствующие ВСС измерительных блоков, МКБ2-МКБ7 подают команды на блоки управления БУ66-БУ71, которые управляют нагрузкой посредством её включения, или отключения.
Один вход каждого из датчиков напряжения ДН26-ДН43 подключается к нулевому проводнику, второй к фазному через специальные зажимы. Датчики тока ДТ8-ДТ25 подключаются на фазные проводники линии электропередачи в точке установки соответствующего измерительного блока.
ВСС59, работая в режиме приемника, получает данные по каналу связи от ВСС60-ВСС65 измерительных блоков. Микроконтроллерный блок МКБ1  центрального блока получает данные от ВСС59, выполняет обработку данных и передает их на блок индикации и сигнализации БИС44. Также МКБ1 формирует команды управления в зависимости от полученных от измерительных блоков данных, и передаёт их с помощью ВСС59 и ВСС60-ВСС65 на МКБ2-МКБ7.
Блок записи данных БЗД52 производит запись всех получаемых данных с привязкой к конкретному измерительному блоку.  Блок часов реального времени БЧРВ45 центрального блока производит привязку этих данных к астрономическому времени и дате. Это позволяет синхронизировать полученные данные.
Применение предлагаемого комплекса мониторинга и управления электрическими нагрузками для синхронизированных по времени измерений и управления нагрузками электрической сети позволяет осуществить мобильное синхронизированное измерение параметров режимов работы исследуемой электрической сети одновременно в нескольких точках, вести фиксацию в данных точках потреблённой электроэнергии, архивировать измеряемые значения и передавать все измеренные данные в центральный блок, удалённый от места измерений. Это позволяет выявлять хищения электроэнергии, выявлять участки ЛЭП с повышенными потерями электроэнергии и потерями напряжения, выявлять участки сети с недостаточной пропускной способностью, выявлять участки сети с отклонениями качества электроэнергии, выявлять несимметрию в сети, проверять соответствие потребляемой абонентами мощности  договорным условиям, уточнять правильность выбора проводов и кабелей. Также применение комплекса позволяет управлять нагрузками электрической сети посредством их включения и отключения в зависимости от значений параметров режимов сети в разных её точках. Это может быть использовано для разгрузки сети при дефиците мощности источников электроснабжения или недостаточной пропускной способности, для управления нагрузками в функции времени и так далее.