ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ ТЕХНИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
INTELLECTUAL MICROPROCESSOR SYSTEM FOR DETERMINING THE VALUE OF TECHNICAL LOSSES OF ELECTRICITY

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано для определения технических потерь электроэнергии в электрической сети.
Аналогом изобретения является «Сетевой блок контроля качества электроснабжения» (Патент RU 2548618), содержащий трансформатор напряжения, согласователи уровня сигнала по фазам А, В и С, АЦП фаз А, В и С; регистры временного хранения, регистр хранения эталонных значений, схемы сравнения результата измерения с эталонным значением, задатчик интервалов выборки, формирователь опорного напряжения для аналого-цифровых преобразователей. Устройство также содержит канал измерения частоты, состоящий из согласователя уровня, задатчика интервалов выборки, формирователя опорного напряжения, компаратора уровня, таймер-счетчика, схемы сравнения с эталоном. Канал измерения напряжения аккумуляторной батареи состоит из компараторов уровня по нижней и верхней границе напряжения, формирователей опорного напряжения, схемы обнаружения неисправности. Также в устройстве имеется канал часов реального времени. Управляет устройством блок управления, управляющий контроллером записи в память.
Недостатками устройства являются узкие функциональные возможности, заключающиеся в локальном характере применения (устройство осуществляет контроль качества электроэнергии лишь для одной точки электрической сети); отсутствие возможности автоматической корректировки режимов работы сетевых устройств, способных оказать влияние на величину потерь электроэнергии (трансформаторы симметрирующие трехфазные, компенсаторы реактивной мощности, распределительные устройства, стабилизаторы напряжения и т.д.).
Наиболее близким к заявленному техническому решению является «Интеллектуальная микропроцессорная система контроля и регистрации потерь электроэнергии в присоединениях распределительного устройства» (Патент RU 2541207), содержащая первый - n-й датчики тока присоединений распределительного устройства, первый - n-й буферные масштабные усилители, многовходовый аналоговый коммутатор, двухполупериодный прецизионный выпрямитель, датчик температуры окружающей среды, генератор прямоугольных импульсов, микроконтроллер, первый - n-й датчики температуры проводников присоединений, первый, второй и третий приемопередатчики, цифровой индикатор, постоянное запоминающее устройство, компьютер.
Недостатками устройства являются узкие функциональные возможности, заключающиеся в отсутствии функции определения потерь электроэнергии на основании текущих показателей работы в сети; отсутствие функции автоматической корректировки режимов работы сетевых устройств, способных оказать влияние на величину потерь электроэнергии (трансформаторы симметрирующие трехфазные, компенсаторы реактивной мощности, распределительные устройства, стабилизаторы напряжения и т.д.); невысокая точность, обусловленная применением аналоговых датчиков и измерительных устройств.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является расширение функциональных возможностей устройства.
Техническим результатом изобретения является обеспечение непрерывного контроля и регистрации уровня потерь электроэнергии в сети, повышение точности определения потерь.
Технический результат достигается тем, что интеллектуальная микропроцессорная система для определения величины технических потерь электроэнергии, содержащая датчик тока, датчик температуры окружающей среды, датчик температуры проводников присоединений, микроконтроллер, первый и второй приемопередатчики, постоянное запоминающее устройство, средство для отображения информации, в нее дополнительно введены второй микроконтроллер, третий микроконтроллер, четвертый микроконтроллер, цифровой трехфазный счетчик, цифровой однофазный многофункциональный счетчик, цифровой датчик напряжения, цифровое измерительное устройство реактивной мощности, первое приемное устройство, второе приемное устройство, третье приемное устройство, четвертое приемное устройство, первое передающее устройство, второе передающее устройство, третье передающее устройство, четвертое передающее устройство, пятое передающее устройство, шестое передающее устройство, седьмое передающее устройство, трансформатор симметрирующий трехфазный, компенсатор реактивной мощности, распределительное устройство, стабилизатор напряжения, блок управления, выполненный в виде микропроцессора, состоящий из блока сбора данных, блока анализа текущих показателей, блока принятия решений, блока определения потерь, при этом выход цифрового трехфазного счетчика электроэнергии соединен с входом первого передающего устройства, которое посредством беспроводной связи соединено с первым приемопередатчиком, выход цифрового датчика тока соединен с входом второго передающего устройства, которое посредством беспроводной связи соединено с первым приемопередатчиком, выход цифрового датчика напряжения соединен с входом третьего передающего устройства, которое посредством беспроводной связи соединено с первым приемопередатчиком, выход цифрового измерительного устройства реактивной мощности соединен с входом четвертого передающего устройства, которое посредством беспроводной связи соединено с первым приемопередатчиком, выход датчика температуры окружающей среды соединен с входом пятого передающего устройства, которое посредством беспроводной связи соединено с первым приемопередатчиком, выход датчика температуры проводника присоединения распределительного устройства соединен с входом шестого передающего устройства, которое посредством беспроводной связи соединено с первым приемопередатчиком, выход цифрового однофазного многофункционального счетчика соединен с входом седьмого передающего устройства, которое посредством беспроводной связи соединено с первым приемопередатчиком, выход средства для отображения информации соединен с входом второго приемопередатчика, который посредством беспроводной связи соединен с первым приемопередатчиком, первый приемопередатчик посредством беспроводной связи соединен с первым приемным устройством, выход которого соединен с входом первого микроконтроллера, выход которого соединен с входом стабилизатора напряжения, первый приемопередатчик посредством беспроводной связи соединен со вторым приемным устройством, выход которого соединен с входом второго микроконтроллера, выход которого соединен с входом трансформатора симметрирующего трехфазного, первый приемопередатчик посредством беспроводной связи соединен с третьим приемным устройством, выход которого соединен с входом третьего микроконтроллера, выход которого соединен с входом компенсатора реактивной мощности, первый приемопередатчик посредством беспроводной связи соединен с четвертым приемным устройством, выход которого соединен с входом четвертого микроконтроллера, выход которого соединен с входом распределительного устройства, второй выход первого приемопередатчика соединен с первым входом блока сбора данных, первый выход блока сбора данных соединен с третьим входом первого приемопередатчика, второй выход блока сбора данных соединен с первым входом постоянного запоминающего устройства, первый выход блока анализа текущих показателей соединен со вторым входом постоянного запоминающего устройства, второй выход блока анализа текущих показателей соединен с входом блока принятия решений, первый выход блока определения потерь соединен с третьим входом постоянного запоминающего устройства, второй выход блока определения потерь соединен с первым входом блока анализа текущих показателей, выход блока принятия решений соединен с третьим входом первого приемопередатчика, первый выход постоянного запоминающего устройства соединен с входом блока определения потерь, второй выход постоянного запоминающего устройства соединен со вторым входом блока анализа текущих показателей.
Первое передающее устройство, второе передающее устройство, третье передающее устройство четвертое передающее устройство, пятое передающее устройство, шестое передающее устройство, седьмое передающее устройство, первое приемное устройство, второе приемное устройство, третье приемное устройство четвертое приемное устройство, первый приемопередатчик, второй приемопередатчик представляют собой GSM-модемы, подключаемые к устройствам через интерфейс RS-485, при этом первый микроконтроллер, второй микроконтроллер, третий микроконтроллер, четвертый микроконтроллер должны иметь выходы RS-485, при этом для блока управления используется высокопроизводительный защищенный тридцатидвухразрядный микроконтроллер.
Цифровой датчик температуры окружающей среды, цифровой датчик температуры проводников присоединений, цифровой трехфазный счетчик, цифровой однофазный многофункциональный счетчик, цифровой датчик тока, цифровой датчик напряжения, цифровое измерительное устройство реактивной мощности, трансформатор симметрирующий трехфазный, компенсатор реактивной мощности, стабилизатор напряжения, распределительное устройство может присутствовать в сети в количестве более одного.
Цифровой трехфазный счетчик электроэнергии, цифровой датчик тока, цифровой датчик напряжения, цифровое измерительное устройство реактивной мощности, цифровой датчик температуры окружающей среды, цифровой датчик температуры проводников присоединений распределительного устройства, цифровой однофазный
многофункциональный счетчик, средство для отображения информации, стабилизатор напряжения, трансформатор симметрирующий трехфазный, компенсатор реактивной мощности, распределительное устройство расположены удаленно от блока управления и передача информации между ними может осуществляться средствами беспроводной связи.
Датчик тока, датчик температуры окружающей среды, датчик температуры проводников присоединений выполнены цифровыми.
Блок сбора данных содержит программное обеспечение для сбора, обработки, записи данных в постоянное запоминающее устройство.
Блок определения потерь содержит программное обеспечение для определения точных потерь электроэнергии в электрической сети на основании данных, хранящихся в постоянном запоминающем устройстве, и пороговых значений, задаваемых оператором.
Блок анализа текущих показателей содержит программное обеспечение, предназначенное для анализа текущих показателей работы сети, переданных с постоянного запоминающего устройства, и показаний блока определения потерь, в случае превышения пороговых значений.
Блок принятия решений содержит программное обеспечение для формирования управляющих сигналов для корректировки режимов работы стабилизатора напряжения, трансформатора симметрирующего трехфазного, компенсатора реактивной мощности, распределительного устройства.
Постоянное запоминающее устройство предназначено для хранения показателей работы электрической сети в следующем виде: показатель (сила тока, напряжение, реактивная мощность, электроэнергия, отпущенная в сеть и потребленная, температуры проводников присоединений распределительных устройств, температура окружающей среды), уникальное имя датчика или измерительного устройства, время и дата регистрации показаний. В постоянном запоминающем устройстве также хранятся параметры блока определения потерь, вводимые оператором со средства для отображения информации, например компьютер, такие как период определения, пороговое значение, превышение которого влечет запуск управляющего импульса на блок анализа текущих показателей.
Трансформатор симметрирующий трехфазный используется для регулировки нагрузки фаз.
Распределительное устройство используется для обеспечения переключений в схеме сети.
Цифровой трехфазный счетчик электроэнергии располагается на подстанции, предназначен для учета электроэнергии, отпущенной с подстанции на участок сети.
Цифровой датчик тока, цифровой датчик напряжения, цифровое измерительное устройство реактивной мощности располагается на подстанции либо на любом другом участке сети.
Цифровой однофазный многофункциональный счетчик располагается у потребителя электроэнергии и обладает функциями измерения электроэнергии, тока, напряжения.
Преимуществом данной системы перед аналогами является наличие как прямой связи с электрической сетью, которая заключается в получении показателей цифрового датчика тока, цифрового датчика напряжения, цифрового датчика температуры окружающей среды, цифрового датчика температуры проводника присоединения распределительного устройства, цифрового трехфазного счетчика, цифрового измерительного устройства реактивной мощности, цифрового однофазного многофункционального счетчика, так и обратной - возможность дистанционного управления посредством передачи управляющих воздействий на электросетевые устройства, такие как трансформатор симметрирующий трехфазный, компенсатор реактивной мощности, распределительное устройство, стабилизатор напряжения.
Существенными отличиями предлагаемой системы являются введение дополнительных элементов: второй микроконтроллер, третий микроконтроллер, четвертый микроконтроллер, цифровой трехфазный счетчик, цифровой однофазный многофункциональный счетчик, цифровой датчик напряжения, цифровое измерительное устройство реактивной мощности, первое приемное устройство, второе приемное устройство, третье приемное устройство, четвертое приемное устройство, первое передающее устройство, второе передающее устройство, третье передающее устройство, четвертое передающее устройство, пятое передающее устройство, шестое передающее устройство, седьмое передающее устройство, трансформатор симметрирующий трехфазный, компенсатор реактивной мощности, распределительное устройство, стабилизатор напряжения, блок управления, выполненный в виде микропроцессора, состоящий из блока сбора данных, блока анализа текущих показателей, блока принятия решений, блока определения потерь, а также организация его новой структуры и введение новых связей между элементами. Технический результат изобретения достигается путем автоматической корректировки с помощью управляющих воздействий параметров стабилизатора напряжения, трансформатора симметрирующего трехфазного, компенсатора реактивной мощности, распределительного устройства, проводимой в случае, если полученные значения потерь электроэнергии распределительной сети превзошли заданные пороговые значения.
Совокупность элементов и связей между ними обеспечивают достижение положительного эффекта - расширение функциональных возможностей за счет возможности непрерывного контроля и регистрации потерь электроэнергии. Повышение точности определения потерь достигается за счет использования цифровых датчиков и измерительных устройств вместо аналоговых.
Интеллектуальная микропроцессорная система для определения величины технических потерь электроэнергии является новым техническим решением в области электроэнергетики, поскольку результаты проведенного заявителем анализа аналогов и прототипа не позволили выявить признаки, тождественные всем существенным признакам данного изобретения.
Предложенная интеллектуальная микропроцессорная система для определения величины технических потерь электроэнергии имеет изобретательский уровень. Так как из опубликованных научных данных и существующих технических решений явным образом не следует, что заявляемая совокупность блоков и связей между ними позволяет повысить точность измерений технических потерь электроэнергии.
Предложенная интеллектуальная микропроцессорная система для определения величины технических потерь электроэнергии промышленно применима, поскольку ее техническая реализация возможна с использованием типовых блоков и элементов.
Интеллектуальная микропроцессорная система для определения величины технических потерь электроэнергии поясняется функциональной схемой на фиг. 1, где показаны:
- цифровой трехфазный счетчик 1 с подключенным к нему первым передающим устройством 2;
- цифровой датчик тока 3 с подключенным к нему вторым передающим устройством 4;
- цифровой датчик напряжения 5 с подключенным к нему третьим передающим устройством 6;
- цифровое измерительное устройство реактивной мощности 7 с подключенным к нему четвертым передающим устройством 8;
- цифровой датчик температуры окружающей среды 9 с подключенным к нему пятым передающим устройством 10;
- цифровой датчик температуры проводника присоединения распределительного устройства 11 с подключенным к нему шестым передающим устройством 12;
- цифровой однофазный многофункциональный счетчик 13 с подключенным к нему седьмым передающим устройством 14;
- средство для отображения информации 15, например компьютер, с подключенным к нему вторым приемопередатчиком 16;
- стабилизатор напряжения 17 с подключенным первым микроконтроллером 18 и первым приемным устройством 19;
- трансформатор симметрирующий трехфазный 20 с подключенным вторым микроконтроллером 21 и вторым приемным устройством 22;
- компенсатор реактивной мощности 23 с подключенным третьим микроконтроллером 24 и третьим приемным устройством 25;
- распределительное устройство 26 с подключенным четвертым микроконтроллером 27 и четвертым приемным устройством 28;
- первый приемопередатчик 29;
- блок управления 30, выполненный в виде микроконтроллера, который содержит блок сбора данных 31, блок определения потерь 32, блок анализа текущих показателей 33, блок принятия решений 34;
- постоянное запоминающее устройство 35.
В системе присутствуют следующие связи:
- выход цифрового трехфазного счетчика электроэнергии 1 соединен с входом первого передающего устройства 2;
- выход цифрового датчика тока 3 соединен с входом второго передающего устройства 4;
- выход цифрового датчика напряжения 5 соединен с входом третьего передающего устройства 6;
- выход цифрового измерительного устройства реактивной мощности 7 соединен с входом четвертого передающего устройства 8;
- выход цифрового датчика температуры окружающей среды 9 соединен с входом пятого передающего устройства 10;
- выход цифрового датчика температуры проводника присоединения распределительного устройства 11 соединен с входом шестого передающего устройства 12;
- выход цифрового однофазного многофункционального счетчика 13 соединен с входом седьмого передающего устройства 14;
- выход средства для отображения информации 15, например компьютер, соединен с входом второго приемопередатчика 16;
- выход второго приемопередатчика 16 соединен с входом средства для отображения информации 15, например компьютер;
- выход первого микроконтроллера 18 соединен с входом стабилизатора напряжения 17;
- выход первого приемного устройства 19 соединен с входом первого микроконтроллера 18;
- выход второго микроконтроллера 21 соединен с входом трансформатора симметрирующего трехфазного 20;
- выход второго приемного устройства 22 соединен с входом второго микроконтроллера 21;
- выход третьего микроконтроллера 24 соединен с входом компенсатора реактивной мощности 23;
- выход третьего приемного устройства 25 соединен с входом третьего микроконтроллера 24;
- выход четвертого микроконтроллера 27 соединен с входом распределительного устройства 26;
- выход четвертого приемного устройства 28 соединен с входом четвертого микроконтроллера 27;
- первое передающее устройство 2, второе передающее устройство 4, третье передающее устройство 6, четвертое передающее устройство 8, пятое передающее устройство 10, шестое передающее устройство 12, седьмое передающее устройство 14, второй приемопередатчик 16 соединены посредством беспроводной связи с первым приемопередатчиком 29;
- первый приемопередатчик 29 соединен посредством беспроводной связи со вторым приемопередатчиком 16, первым приемным устройством 19, вторым приемным устройством 22, третьим приемным устройством 25, четвертым приемным устройством 28;
- выход первого приемопередатчика 29 соединен с первым входом блока сбора данных 31;
- первый выход блока сбора данных 31 соединен с третьим входом первого приемопередатчика 29;
- второй выход блока сбора данных 31 соединен с первым входом постоянного запоминающего устройства 35;
- первый выход блока анализа текущих показателей 33 соединен со вторым входом постоянного запоминающего устройства 35;
- второй выход блока анализа текущих показателей 33 соединен с входом блока принятия решений 34;
- первый выход блока определения потерь 32 соединен с третьим входом постоянного запоминающего устройства 35;
- второй выход блока определения потерь 32 соединен с первым входом блока анализа текущих показателей 33;
- выход блока принятия решений 34 соединен со вторым входом первого приемопередатчика 29;
- первый выход постоянного запоминающего устройства 35 соединен с входом блока определения потерь 32.
- второй выход постоянного запоминающего устройства 35 соединен с вторым входом блока анализа текущих показателей 33.
Интеллектуальная микропроцессорная система определения величины технических потерь работает следующим образом: показатели в виде сигнала с цифрового трехфазного счетчика электроэнергии 1 через первое передающее устройство 2, цифрового датчика тока 3 через второе передающее устройство 4, цифрового датчика напряжения 5 через третье передающее устройство 6, цифрового измерительного устройства реактивной мощности 7 через четвертое передающее устройство 8, цифрового датчика температуры окружающей среды 9 через пятое передающее устройство 10, цифрового датчика температуры проводника присоединения распределительного устройства 11 через шестое передающее устройство 12, цифрового однофазного многофункционального счетчика 13 через седьмое передающее устройство 14 поступают на первый приемопередатчик 29, сигнал с которого передается на блок сбора данных 31, где происходит обработка информации. Из блока сбора данных 31 сигнал поступает в постоянное запоминающее устройство 35, где записываются полученные показатели, а также передается через первый приемопередатчик 29 на второй приемопередатчик 16, с которого поступает на средство для отображения информации 15, например компьютер, для оператора.
Оператором устанавливаются предельные значения параметров блока определения потерь 32, которые поступают через средство для отображения информации 15, например компьютер, на второй приемопередатчик 16, затем на первый приемопередатчик 29, откуда сигнал поступает на блок сбора данных 31, с которого записываются в постоянное запоминающее устройство 35.
Блок определения потерь 32 запрашивает показатели работы электрической сети, период определения и пороговое значения потерь электроэнергии, сохраненные в постоянном запоминающем устройстве 35. Если значение потерь электроэнергии превысило пороговое значение, то с блока определения потерь 32 отправляется управляющий импульс на вход блока анализа текущих показателей 33, запускающий его работу. Далее блок анализа текущих показателей 33 производит запрос последних показателей работы электрической сети у постоянного запоминающего устройства 35. Результаты анализа текущих показателей работы электрической сети с блока анализа текущих показателей 33 передаются на блок принятия решений 34, где формируются управляющие воздействия, предназначенные для корректировки режимов работы электросетевых устройств, способных оказать влияние на величину потерь электроэнергии (трансформатор симметрирующий трехфазный, стабилизатор напряжения, компенсатор реактивной мощности, распределительное устройство). Сформированные управляющие воздействия с блока принятия решений 34 поступают на первый приемопередатчик 29, с которого через первое приемное устройство 19 сигнал поступает на первый микроконтроллер 18 стабилизатора напряжения 17, через второе приемное устройство 22 передаются на второй микроконтроллер 21 трансформатора симметрирующего трехфазного 20, через третье приемное устройство 25 на третий микроконтроллер 24 компенсатора реактивной мощности 23, через четвертое приемное устройство 28 на четвертый микроконтроллер 27 распределительного устройства 26. Информация о сформированных управляющих воздействиях также через первый приемопередатчик 29 поступает на второй приемопередатчик 16 и поступает на средство для отображения информации 15, например компьютер, для оператора.