Пристрій для автоматичного регулювання електричного навантаження

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к устройствам автоматического управления электрической нагрузкой, и может быть использовано в любой отрасли для поддержания электропотребления на заданном уровне. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для автоматического регулирования электрической нагрузки, содержащее первичные датчики расхода электроэнергии, подключенные к блоку приема информации, управляющий вход которого соединен с выходом таймера, первые выходы блока приема информации подключены к блоку определения возможной мощности и блоку определения необходимой регулируемой мощности, вторые входы которого, соединены с блоком определения возможной мощности, управляющие входы блоков определения возможной и необходимой регулируемой мощности, а также блока сравнения соединены с таймером, выход блока определения необходимой регулируемой мощности подключен к блоку сравнения, второй вход которого связан с пультом управления, выход задания значения заявленной мощности которого подключен ко входу блока определения возможной мощности, выход таймера подключен к схеме синхронизации. Устройство позволяет упорядочить во времени включение разнотипного оборудования и избежать аварийных ситуаций, возникающих при быстром включении электрических нагрузок. Возможность задания временных задержек при включении нагрузок позволяет оптимизировать этот процесс. Недостатком этого устройства является неравномерная загрузка ограничениями на электропотребление для групп однотипного и разнотипного оборудования, что в условиях непрерывного производства может привести к возникновению "узких мест" в технологическом процессе и неоправданному снижению производительности как отдельных участков, так и всего производства в целом. Кроме того, жесткое задание лимитов времени не позволяет учитывать динамику потребления электроэнергии каждым конкретным потребителем. Задачей изобретения является повышение точности процесса регулирования электрических нагрузок в часы максимума и при аварийных ситуациях в электрических сетях на основе учета динамических характеристик потребителейрегуляторов (ПР), что приводит к снижению ущерба от ограничения электропотребления. Поставленная задача решается тем, что процесс регулирования осуществляется с использованием двух уровней принятия решений. При этом все ПР разделяются на группы, содержащие однотипное технологическое оборудование и на верхнем уровне управления формируются сигналы на отключение или включение этих групп ПР, что позволяет учесть удельный вес каждой группы и создать гибкую систему анализа ограничений для различных ситуаций, возникающих при регулировании. На нижнем уровне управления формируются сигналы на отключение или включение конкретных ПР, входящих в выбранную на верхнем уровне для управления группу однотипного оборудования. Использование на обеих уровнях управления одинаковой структуры аппаратных средств обеспечивает равномерную загрузку ограничениями на потребление электроэнергии для всех технологических агрегатов объекта регулирования. Работа устройства поясняется блок-схемами на фиг.1, 2; на фиг.3, 4 приведены алгоритмы функционирования блоков классификации состояний верхнего и нижнего уровня управления соответственно. Устройство для автоматического регулирования электрической нагрузки (фиг.1) содержит датчик 1 расхода электроэнергии, блок 2 приема информации, блок 3 определения возможной мощности, блок 4 определения необходимой регулируемой мощности, блок 5 сравнения, таймер 6, схему 7 синхронизации, блок 8 расчета балансных коэффициентов, пульт 9 управления, блок 10 классификации состояний верхнего уровня, блок 11 распределения и снятия нагрузок верхнего уровня, схему 12 классификации состояний нижнего уровня, схему 13 распределения и снятия нагрузок нижнего уровня, причем количество блоков N в схемах 12 и 13 соответствует количеству групп однотипного оборудования для конкретного объекта управления, а также блок 14 управления нагрузкой, выходы синхронизации 15 и 16, выход сигнала сброса 17. Структура инвариантного по отношению к уровню управления блока распределения и снятия нагрузок (блоки 11, 13 - 1, 13 - 2, ..., 13 - N на фиг.1) приведена на фиг.2. Инвариантный блок содержит элементы И 18, 19, 24, 25, 32, элементы ИЛИ 20, 21, 30, 31, элементы задержки времени 22, 23, счетчики времени 33, 34, триггеры 28, 29, модули 26, 27 определения минимального и максимального коэффициентов загрузки ограничениями, модуль 35 анализа состояния ПР, датчики 36 состояния ПР, схему 37 управления, модуль 38 расчета коэффициентов загрузки ограничениями, а также выходы сигналов управления 39, 40, 41, 42. Устройство работает следующим образом. Информация о расходе электроэнергии поступает от датчиков 1 на вход блока 2 приема информации. Блок 2 приема информации осуществляет последовательный опрос датчиков 1, выделяет на фоне помехи полезные сигналы, которые затем со своими весовыми коэффициентами для перевода в именованные единицы измерения поступают на вход блока 3 определения возможной мощности Pв. Одновременно блок 2 определяет текущую мощность Pтек, усредненную за выбранный отрезок времени, например 30 - 60с. При этом данные о расходе электроэнергии по всему предприятию поступают на вход блока 3 определения возможной мощности Pв. Данные о суммарной текущей мощности по каждой группе ПР, объединяющей типовые технологические агрегаты, поступают от блока 2 на вход блока 10 классификации состояний верхнего уровня. Данные о текущей мощности каждого конкретного ПР передаются от блока 2 на вход схемы 12 классификации состояний нижнего уровня. Блок 3 определения возможной мощности Pв по информации, поступающей из блока 2, и значению заявленной мощности Pз, поступающей с пульта 9 управления, производит по меткам времени, приходящим с таймера 6, расчет возможной мощности, которую потребитель может использовать до конца контролируемого периода времени, например 30 минут, в часы максимума нагрузки энергосистемы. Вычисление Pв производится по выражению где Этек - потребление электроэнергии с начала контролируемого периода в часы максимума нагрузки энергосистемы; tост - время, остающееся до конца текущего получаса. Блок 4 определения необходимой регулируемой мощности DP сигналу от таймера 6 определяет разность между значениями текущей мощности, поступающей с блока 2 и возможной мощности, поступающей с блока 3, Значение необходимой регулируемой мощности со своим знаком поступает на первые входы блока 5 сравнения, на вторые входы которого поступает значение порога П1, задаваемого с пульта 9 управления. Сравнение выполняется по абсолютной величине. Если |DP| < П1, то управляющее воздействие не вырабатывается. Если |DP| ³ П1, то значение DP со своим знаком передается на первые входы блока 10 классификации состояний верхнего уровня. На этот же блок поступают значения Pi всех групп ПР из блока 2, а также время tост от таймера 6. В блоке 10 (фиг.3) производится анализ знака DP. Если знак отрицателен, то для параметра DP производится проверка условий где i - технологическая постоянная времени для i - ой группы типовых ПР, Pi - текущая мощность i - ой группы типовых ПР. При этом параметры ti определяются как время, в течение которого после принятия решения об ограничении (отключении) конкретного ПР потребляемая мощность становится меньше, чем Piконт. Значение Piконт находится из выражения где Piн - номинальная мощность оборудования i - го типа при работе его в нормальных условиях; DPiн - отклонение потребляемой мощности от номинальной в сторону уменьшения, вызванное особенностями технологического процесса. Выполнение условия (3) свидетельствует о возможности использования данной группы ПР для отработки ограничений на потребление электроэнергии. По результатам проверки всех i групп ПР формируется список таких ПР, которые могут использоваться на данном этапе управления. После окончания формирования списка на блок 11 распределения и снятия нагрузок верхнего уровня выдается сигнал "Меньше" и сформированный список ПР. За период времени t, в течение которого осуществляется один шаг управления, блок 11 осуществляет выбор группы ПР и адрес этой группы передается в блок 10. Этот адрес используется для операции где Pв' - сумма мощностей всех выбранных для отключения групп ПР на верхнем уровне. управления; DPi - мощность выбранной на данном шаге управления i - ой группы ПР. Если после этой операции выполняется условие Pв ³ DP, то сигнал "Меньше" снимается, а выбранные значения DPi с отрицательными знаками выдаются на входы схемы 12 классификации состояний нижнего уровня. Если знак DP положительный, то реализуется вторая параллельная ветвь алгоритма, где проверяются условия Pi = 0 и формируется список групп ПР на включение. Установка и снятие сигнала "Больше" производится аналогично сигналу "Меньше". В результате на схему 12 классификации состояний нижнего уровня выдаются значения DPi с положительным знаком. Функционирование схемы 12 классификации состояний нижнего уровня происходит следующим образом (фиг.4). После ввода и определения знака этого параметра управление передается на одну из двух параллельных ветвей алгоритма. При этом на соответствующий вход схемы 13 распределения и снятия нагрузок нижнего уровня устанавливаются сигналы "Меньше" или "Больше", а также список i - й группы ПР и через время t вводится адрес i - го выбранного для управления ПР. Сигналы "Меньше" или "Больше" снимаются и шаг управления заканчивается после отработки параметра Pi (выполнение условий Pн' ³ DPi; Pн" ³ DPi; где Pн', Pн" суммарная мощность отключенных или включенных ПР). Структура блока 11 распределения и снятия нагрузок верхнего уровня и блоков 13 - 1 - 13 - N, входящих в схему 13 распределения и снятия нагрузок нижнего уровня, аналогична и представлена на фиг.2. Единственным отличием этих блоков является дополнительный вход блока 11, по которому из блока 8 расчета балансных коэффициентов передаются значения этих коэффициентов, рассчитанных по выражению где П2i - плановые значения коэффициента использования оборудования i - го типа; Kiи фактическое значение коэффициента использования ПР i - го типа. Входной информацией блока 8 расчета балансных коэффициентов являются плановые значения коэффициентов использования оборудования i - го типа П2i от пульта управления 9 и данные по текущей мощности оборудования i - го типа от блока 2 приема информации. Кроме того, в блоке 8 расчета балансных коэффициентов для ПР i - го типа в качестве постоянных параметров заданы Piконт, которые находятся из выражения (4). Для каждой i - ой группы ПР при появлении очередного измерения Piфакт проверяется условие Такая проверка позволяет зафиксировать факт выхода ПР i - го типа из режима нормальной работы. При известном интервале Dt ввода в блоке 8 расчета балансных коэффициентов формируется фактическое значение коэффициента использования ПР i - ro типа где ni - количество выявленных случаев выхода ПР i го типа из режима нормальной работы, когда условие (7) выполняется; T - интервал времени, для которого заданы П2i. Запуск инвариантного блока 11 или 13 - i производится сигналами 15 или 16 от схемы 7 синхронизации. При этом схема 37 управления (фиг.2) выдает сигнал ЗУ, который поступает на первые входы элементов ИЛИ 20, 21 и стробирует элементы И 18, 19. Если сигнал "Меньше" или "Больше" установлен на входе блока 11 распределения и снятия нагрузок верхнего уровня или блока 13 - i распределения и снятия нагрузок нижнего уровня, то на первые входы элементов И 24 или 25 поступает сигнал логической единицы. Поскольку структурная схема блока 11 (13 - i) симметрична, рассмотрим обработку сигнала "Меньше". В начальном состоянии все триггеры 28 находятся в состоянии "1" и, следовательно, на вторые входы элемента И 24 также поступает логическая "1". Третьи входы элементов И 24 связаны с первыми выходами схемы 35 анализа состояния ПР. На входы схемы 35 анализа состояний ПР поступает информация отдатчиков 36, которые определяют состояние" Включен" или "Выключен", а также, сформированный в блоке 10 (12 - i) список ПР для управления. Если состояние ПР соответствует решаемой задаче, например, имеет место состояние "Включен" при решении задачи ограничения потребления электроэнергии и данный потребитель присутствует в списке агрегатов, выбранных для управления, то на соответствующем выходе блока 35 устанавливается логическая единица. Выходы элементов И 24 подключены ко входам модуля 26 определения минимального коэффициента загрузки ограничениями. В счетчиках 33 накапливается информация о продолжительности отключения каждого ПР для блоков 13 - i (или группы потребителей i - го типа для блока 11) в результате отработки ограничений на потребление электроэнергии. Накопление информации о продолжительности отключения обеспечивается логической структурой блока 11 (13 i) распределения и снятия нагрузок. Если конкретный потребитель выбран для ограничения (отключения), то соответствующий элемент И 32 открывается и импульсы G от таймера увеличивают содержание счетчика 33; Таким образом, количество импульсов, записанных в счетчиках 33, с учетом частоты G, соответствует времени, в течение которого был выбран для отработки ограничения (отключения) каждый ПР. В счетчике 34 накапливается информация о суммарном времени ограничения по потреблению электроэнергии всех ПР, управляемых через данный блок распределения и снятия нагрузок. Выходы счетчиков 33 и 34 соединены с первыми входами модуля 38 расчета коэффициентов загрузки ограничениями, вторые входы которого соединены с выходами блока 8 расчета балансных коэффициентов. По последнему каналу в модуль38 расчета коэффициентов загрузки ограничениями передается информация о количестве потребителей N, управляемых через данный блок распределения и снятия нагрузок. Для верхнего уровня управления значение N соответствует количеству, групп однотипного оборудования, а для нижнего уровня количеству ПР в i - ой группе однотипного оборудования. В блоке 38 расчета коэффициентов загрузки ограничениями определяются значения где ti - время ограничения i - го ПР; Kiб - балансный коэффициент i - ой группы ПР (для блоков 13 - i все Kiб = 1); tå - суммарное время ограничения. Считывание данных счетчиков времени производится по сигналу 41 от схемы 37 управления. Выходы модуля 38 расчета коэффициентов загрузки ограничениями связаны со вторыми входами модуля 26 определения минимального коэффициента загрузки ограничениями, выходы которого соединены со входами триггеров 28, причем единичные выходы триггеров 28 соединены со входами элемента ИЛИ 30 и первыми входами элементов И 32, вторые входы которых связаны с таймером 6. Выход элемента ИЛИ 30 связан через элемент И 32 со счетчиком времени 34 и входом задержки времени 21, выход которой связан со вторым входом элемента ИЛИ 20. Цепочка элемент ИЛИ 30 - элемент задержки времени 22 - элемент ИЛИ 20 прерывает работу всего блока на время ввода адреса выбранного для управления ПР и проверки необходимости дальнейших расчетов. Триггеры 28, 29 блокируют повторный выбор одного и того же ПР и обеспечивают работу соответствующих счетчиков времени 33. Отработка сигнала "Больше" производится блоком аналогично. При этом сигналы от схемы 35 анализа состояния ПР на третьи входы элементов И 25 подаются в инверсном виде и производится выбор максимального значения коэффициента загрузки ограничениями ПР и этот ПР выбирается для включения в условиях снятия отраничений на потребление электроэнергии. После окончания шага управления триггеры 28, 29 сигналом 42 от схемы 37 управления устанавливаются в исходное положение. Установка всего устройства в начальное состояние производится сигналом 17 с пульта 9 управления. Поступая в схемы 37 управления, этот сигнал инициирует команду 40 на обнуление всех счетчиков времени 33, 34. В качестве технической базы для реализации изобретения используется управляющий вычислительный комплекс СМ 1810.42. В составе этого комплекса должны быть модули ввода дискретной и числоимпульсной информации СМ 1800.9302 и СМ 1800.9304, а также модули ввода дискретной информации СМ 1800.9303. Все функции устройства реализуются в рамках системы реального времени, операционный слой которой формируется на основе операционной системы со спецификацией функций процессора и БОС 1810. Программное наполнение комплекса определяется набором модулей, устройства и их функциями. Количественные характеристики периферийного оборудования УВК в части устройств связи с объектом определяется через число ПР на объекте управления.