Спосіб контролю енергетичних показників при циклічних навантаженнях

Реферат: Спосіб контролю енергетичних показників при циклічних навантаженнях включає вимірювання датчиками струму та напруги аналогових сигналів, перетворення аналого-цифровим перетворювачем аналогових сигналів у цифровий вигляд, проведення за допомогою цифрової електронної системи частотного аналізу струму кожного споживача і мережі та обчислення значення складових потужності кожного споживача і мережі, візуалізацію отриманих даних та їх надсилання до запам'ятовувального пристрою. Датчики струму та напруги підключають до вторинних ланок постійного струму споживачів відповідної структури, наприклад, випрямлячів напруги, перетворювачів частоти. Дані перетворюються із аналогового виду в цифровий та вносяться до обчислювального пристрою, програмне забезпечення якого дозволяє визначити показники мережі через визначення енергетичних показників кожного об'єкта навантаження за математичними структурами, що відповідають типу кожного споживача електроенергії. Дані надсилаються до запам'ятовувального пристрою та пристрою візуалізації. UA 95476 U (12) UA 95476 U UA 95476 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до електротехніки та може бути використана в процесі експлуатації сучасних систем обліку, технічного контролю та корекції енергетичних показників мережі живлення. Спосіб включає непряме визначення енергетичних показників мережі живлення, до якої підключено групу приймачів електроенергії, що мають ланку постійного струму (наприклад, випрямлячі напруги, перетворювачі частоти), технічного обліку показників електроенергії та надсилання отриманих енергетичних показників на пристрої запам'ятовування та візуалізації. Відомий спосіб визначення енергетичних показників, який вимагає отримання сигналів струмів та напруги безпосередньо з живлячої мережі. Основою даного способу є перетворення Фур'є, яке застосовують до виміряних сигналів струмів та напруг. Далі, на основі попереднього частотного аналізу, обчислюють складові потужності мережі (US8014964 (В1) - 2011-09-06). Недоліком такого способу є вимір струмів та напруги безпосередньо з мережі живлення та відсутність можливості прогнозування енергоспоживання при різних умовах експлуатації споживачів. Найбільш близьким рішенням, вибраним як прототип, є спосіб автоматизованого активного контролю показників якості електричної енергії, суть якого полягає у тому, що даним способом передбачена комплексна діагностика мережі та розробка алгоритмів керування пристроями корекції складових потужності. Також автори зазначають необхідність комплексної оцінки усіх енергетичних показників (RU 2248038). Недоліками даного способу є: - необхідність використання 9-ти високоточних каналів виміру, що спричиняє ускладнення технічної реалізації приладу; - необхідність розрахунку якомога більшої кількості енергетичних показників для отримання повної інформації про стан мережі; - отримання вихідних даних безпосередньо із мережі. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу контролю енергетичних показників мережі живлення групи споживачів електричної енергії з ланками постійного струму (наприклад, випрямлячі напруги, перетворювачі частоти) при різкозмінних циклічних навантаженнях за рахунок підключення датчиків струму на напруги до ланок постійного струму зазначених типів споживачів, та визначення складових потужності живлячої мережі через визначення енергетичних показників кожного споживача електроенергії. Поставлена задача вирішується тим, що датчики струму та напруги вимірюють аналогові сигнали. Виміряні аналогові сигнали перетворюються аналого-цифровим перетворювачем у цифровий вигляд та надсилаються до цифрової електронної системи. Після цього цифрова електронна системи проводить частотний аналіз струму кожного споживача і мережі та обчислює значення складових потужності кожного споживача і мережі, результати обчислень яких надсилаються до запам'ятовувальних пристроїв та пристроїв візуалізації. Згідно з корисною моделлю, датчики струму та напруги підключають до вторинних ланок постійного струму споживачів відповідної структури, наприклад, випрямлячі напруги, перетворювачі частоти. Дані перетворюються із аналогового виду в цифровий та вносяться до обчислювального пристрою, програмне забезпечення якого дозволяє визначити показники мережі через визначення енергетичних показників кожного об'єкта навантаження за математичними структурами, що відповідають типу кожного споживача електроенергії. Далі розраховані енергетичні показники надходять до запам'ятовувального пристрою та пристрою візуалізації. Спосіб реалізується наступним чином. До ланок постійного струму кожного електричного споживача (випрямляч напруги, перетворювач частоти) приєднують датчики струму та напруги. Після включення до бази даних обчислювального пристрою вводять середню тривалість циклу Т ц , тривалість дискретного інтервалу  , кількість споживачів електроенергії N , первинну напругу живлення (6 кВ, 0,4 кВ тощо), коефіцієнт трансформації трансформаторів та вибирають із бази даних типи схем ланок постійного струму кожного із споживачів. Значення середньої тривалості циклу роботи Т ц може визначатися за експериментальними даними. Для випадку нециклічних навантажень значення Т ц вибирається, згідно з періодом, протягом якого проводяться вимірювання. Після введення значень середньої тривалості циклу та тривалості дискретного інтервалу визначається кількість дискретних інтервалів за цикл роботи: Т N  ц , (1)  де 1 UA 95476 U 5 10 Т ц - середня тривалість циклу;  - значення інтервалу дискретизації; N - кількість дискретних інтервалів за цикл роботи. Сигнали, отримані з аналого-цифрового перетворювача, надходять до обчислювального пристрою, програмне забезпечення якого дозволяє визначити всі необхідні показники. Спочатку визначається кут керування i-того перетворювача на j-му інтервалі дискретизації: Udi j  , (2)  i j   arccos Ud0i де  - порядковий номер i-го перетворювача; i  j - j-ий інтервал дискретизації;  i j  - кут керування i-го перетворювача на j-му інтервалі дискретизації; Udi  j  - значення виміряної напруги i-го перетворювача на j-му інтервалі дискретизації; 15 20 Ud0i - значення максимально можливої випрямленої напруги i-го перетворювача. Наступним кроком вибираються відповідні спрощені розрахункові формули та обчислюється значення k  x косинусних та синусних коефіцієнтів ряду Фур'є. Формування косинусного та синусного коефіцієнтів ряду Фур'є визначається електроенергетичною структурою мережі, типом i-го перетворювального пристрою, параметрами виміряного середнього значення випрямленого струму i-го перетворювача на j-му інтервалі дискретизації Ud0i та значенням кута керування i-го перетворювача на j-му інтервалі дискретизації  i  . j Наступною дією є знаходження діючих значень гармонік струму окремих споживачів на j-му інтервалі дискретизації: Ik i j   A 2 i   B2 i  , k k j j 25 де k  - порядковий номер гармоніки; A k i  j  , Bk i j  - синусна на косинусна складові k-ї гармоніки і-го перетворювача відповідно на j-му інтервалі дискретизації; Ik i  j  - діюче значення k-ї гармоніки струму i-го перетворювача на j-му інтервалі дискретизації. Далі обчислюються діючі значення гармонік струму мережі на j-му інтервалі дискретизації: 30 Ik   j    A k i  2   Bk i 2 , N N j i1 i1 j де k  - порядковий номер гармоніки;  - порядковий номер і-го перетворювача; i N 35 - кількість споживачів; A k i  j  , Bk i j  - синусна на косинусна складові k-ї гармоніки і-го перетворювача відповідно на j-му інтервалі дискретизації; Ik   - діюче значення k-ї гармоніки струму мережі на j-му інтервалі j 40 дискретизації. Наступною дією, на основі діючих значень гармонік струму мережі живлення (4), обчислюються діючі значення струму і-го споживача IM i  та діюче значення струму мережі j живлення IM   на j-му інтервалі дискретизації. j IM i j   P  I2k i  , (5)  k 1 j 2 UA 95476 U P  I2k   , (6)  IM  j   k 1 j де IM i j  - діюче значення струму і-го перетворювача на j-му інтервалі дискретизації; IM  j  - діюче значення струму мережі живлення на j-му інтервалі дискретизації; 5 P - максимальний порядок вищої гармоніки. Наступним кроком є розрахунок активної, реактивної та повна потужності першої гармоніки відповідно і-го перетворювача на j-му інтервалі дискретизації: Pi j   Udi j Idi j  (7) Qi j   Ud0iIdi j  sin i j  (8) 10 S1i j   Ud0iIdi j  , (9) де Pi j  , Qi j  , S1i j  - активна, реактивна потужності та повна потужність першої гармоніки відповідно і-го перетворювача на j-му інтервалі дискретизації; Idi  - виміряний струм і-го перетворювача на j-му інтервалі дискретизації. j 15 Далі визначаються сумарні значення активної, реактивної та повної потужності першої гармоніки і-го споживача та всіх споживачів разом на/-му інтервалі дискретизації: N PM j    Pi j  , (10) i1 N QM j    Qi j  , (11) i1 2 2 SM1 j   PM   QM  , (12) j j 20 25 де PM j  , QM j  , SM1 j  - активна, реактивна потужності та повна потужність першої гармоніки мережі живлення відповідно на j-му інтервалі дискретизації. Використовуючи обчислене значення струму мережі живлення (6), наступною дією обчислюються повна потужність, струм спотворення та потужність спотворення мережі живлення: SM   3  UM  I  , (13) j j 2 2 DM j   SM   SM1  , (14) j j 30 де UM - середньоквадратичне значення напруги мережі; SM  j  , DM j  - повна потужність та потужність викривлення на j-му інтервалі дискретизації. Останніми обчисленими значеннями є енергетичні коефіцієнти мережі, що обчислюються за попередніми даними (10-12): PM j  , (15) K3 j   SM1 j  35 K C j   SM1 j  SM j  , (16) KP j   K 3 j   K C j  , (17) де K 3 j  , K c  j  , K p j  - коефіцієнти зсуву, спотворення та потужності відповідно на j-му 40 інтервалі дискретизації. Після проведення обчислень необхідна інформація надсилається до пристроїв візуалізації та запам'ятовування. 3 UA 95476 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 Спосіб контролю енергетичних показників при циклічних навантаженнях, що включає вимірювання датчиками струму та напруги аналогових сигналів, перетворення аналогоцифровим перетворювачем аналогових сигналів у цифровий вигляд, проведення за допомогою цифрової електронної системи частотного аналізу струму кожного споживача і мережі та обчислення значення складових потужності кожного споживача і мережі, візуалізацію отриманих даних та їх надсилання до запам'ятовувального пристрою, який відрізняється тим, що датчики струму та напруги підключають до вторинних ланок постійного струму споживачів відповідної структури, наприклад, випрямлячів напруги, перетворювачів частоти, дані перетворюються із аналогового виду в цифровий та вносяться до обчислювального пристрою, програмне забезпечення якого дозволяє визначити показники мережі через визначення енергетичних показників кожного об'єкта навантаження за математичними структурами, що відповідають типу кожного споживача електроенергії, дані надсилаються до запам'ятовувального пристрою та пристрою візуалізації. Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4