Система синхронізації функціонування засобів вимірювання та автоматизації в енергетиці

Реферат: Система синхронізації функціонування засобів вимірювання та автоматизації в енергетиці містить блок пам'яті, мікропроцесор, два дешифратори, чотирипортовий модуль, два регістри, ключі, два блоки гальванічної розв'язки, таймер, блок еталонного часу, блок прийому сигналів світового часу. UA 73434 U (12) UA 73434 U UA 73434 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області обчислювальної техніки, автоматики та вимірювальної техніки і може бути використана для синхронізації засобів вимірювання та автоматизації енергетичних мереж і об'єктів в процесі їх функціонування. Відомий пристрій [1] за своєю технічною суттю - відмовостійка система з аналізом ресурсу, що містить елементи І, елементи АБО, тригери, порогові елементи, двійковий лічильник, n детекторів спаду, причому виходи двійкового лічильника з'єднані з одним входом першого тригера, вихід якого підключений до першого входу елемента І та першим інформаційним входом. Недоліком даного пристрою є обмежені функціональні можливості, в зв'язку з тим, що в відомому пристрої не виконуються функції синхронізації реєстраторів первинної інформації в різних фрагментах єдиної енергетичної мережі. Відомий пристрій [2] за своєю технічною суттю - пристрій для контролю і діагностики системи обробки цифрової інформації, що функціонує в медулярній арифметиці, що містить блок пам'яті, блок аналізу, блок обнулінь, вихід якого підключений до першого входу блока аналізу, другий вхід якого підключено до першого входу першого інвертора, до другого входу якого підключено шину констант, вихід його підключено до першого входу блока пам'яті, а вихід якого є виходом пристрою. Недоліком відомого пристрою є обмежені функціональні можливості, в зв'язку з тим, що в відомому пристрої не виконуються в реальному часі в різних точках єдиної електричної мережі функції синхронного моніторингу технічного стану, а також корегування функціонування енергосистеми шляхом формування управлінських сигналів на основі первинної аналогової і дискретної інформації. Найбільш близькою за своєю технічною суттю є система оцінювання невизначеності вимірювання [3], що включає блок вимірювання обладнання, блок керування, блок розрахунку невизначеності вимірювання, блок пам'яті, блок обчислень покривного фактора, причому виходи блока керування підключені до входів блока розрахунку невизначеності вимірювання, блока пам'яті, блока виведення результатів відповідно, перший вихід блока обчислень покривного фактора підключений до бази даних, а другий вихід його з'єднаний з входом блока розрахунку невизначеності вимірювання. Недоліком даного пристрою є обмежені функціональні можливості в зв'язку з тим, що в відомому пристрої не виконується з єдиних інформаційних позицій синхронне вимірювання первинних аналогових і дискретних сигналів моніторингу технічного стану різних фрагментів єдиної електричної енергосистеми і засобів автоматики з метою формування управлінських сигналів в реальному часі для збільшення рівня стійкості роботи енергосистеми, та покращення якості і коефіцієнта корисної дії передачі електроенергії споживачам. В основу корисної моделі поставлена задача створення системи синхронізації функціонування засобів вимірювання та автоматизації в енергетиці з розширеними функціональними можливостями для проведення в реальному часі синхронного вимірювання первинних аналогових і дискретних сигналів режимів функціонування єдиної електричної мережі в різних точках топології єдиної енергосистеми, що досягається за рахунок введення нових блоків і зв'язків між ними, завдяки чому відкрилась можливість організовувати синхронне вимірювання з єдиних інформаційних позицій в різних точках топології єдиної електричної енергосистеми первинних сигналів, що відображають штатні і нештатні режими її функціонування. Завдяки такому підходу стало можливим збільшити рівень стійкості роботи енергосистеми і відповідно якості передачі електроенергії, покращити коефіцієнт корисної дії передачі електроенергії споживачам, реалізувати синхронний моніторинг технічного стану електричних об'єктів керування, покращити глибину і рівень їх діагностування в процесі роботи, а також ідентифікувати передаварійні і аварійні режими їх роботи. Поставлена задача вирішується тим, що включає до системи синхронізації функціонування засобів вимірювання та автоматизації в енергетиці мікропроцесор, два дешифратори, чотирипортовий модуль, два регістри, ключі, два блоки гальванічної розв'язки, таймер, блок еталонного часу, блок прийому сигналів світового часу, причому вихід шини адреси першого порту мікропроцесора підключений до входу адреси першого дешифратора, виходи якого підключені до перших управляючих входів відповідних ключів, підключених своїми виходами через перший блок гальванічної розв'язки з входом послідовного порту мікропроцесора, вихід якого з'єднаний через другий блок гальванічної розв'язки з другими управляючими входами ключів, вихід шини адреси другого порту мікропроцесора підключений до входу адреси таймера, чотирипортового модуля, блока еталонного часу, блока прийому сигналів світового часу і першого регістра, підключеного своїм виходом до входу адреси запам'ятовуючого 1 UA 73434 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 пристрою, вихід шини даних якого підключений до шини даних третього порту мікропроцесора, другого регістра, чотирипортового модуля, таймера, блока еталонного часу і блока прийому сигналів світового часу, а стробуючий вхід першого дешифратора з'єднаний з відповідними стробуючим виходами мікропроцесора, виходи запису та читання якого підключені до входів запису і читання запам'ятовуючого пристрою, чотирипортового модуля, першого регістра, таймера, блока еталонного часу, блока прийому сигналів світового часу, входи вибору яких з'єднані з відповідними виходами другого дешифратора, підключеного своїм входом адреси до виходу другого регістра, вхід запису якого з'єднаний з виходом запису мікропроцесора. На фіг. 1 наведено структурну схему системи синхронізації функціонування засобів вимірювання та автоматизації в енергетиці. На фіг. 2 наведено блок-схему алгоритму роботи системи синхронізації функціонування засобів вимірювання та автоматизації в енергетиці. Система синхронізації функціонування засобів вимірювання та автоматизації в енергетиці (фіг. 1) включає мікропроцесор 1, два дешифратори 2, чотирипортовий модуль 3, два регістри 4, ключі 5, два блоки гальванічної розв'язки 6, таймер 7, блок еталонного часу 8, блок прийому сигналів світового часу 9, блок пам'яті 10, причому вихід шини адреси першого порту мікропроцесора 1 підключений до входу адреси першого дешифратора 2, виходи якого підключені до перших управляючих входів відповідних ключів 5, підключених своїми виходами через перший блок гальванічної розв'язки 6 з входом послідовного порту мікропроцесора 1, вихід якого з'єднаний через другий блок гальванічної розв'язки 6 з другими управляючими входами ключів 5. Вихід шини адреси другого порту мікропроцесора 1 підключений до входу адреси таймера 7, чотирипортового модуля 3, блока еталонного часу 8, блока прийому сигналів світового часу 9 і першого регістра 4, підключеного своїм виходом до входу адреси блока пам'яті 10, вихід шини даних якого підключений до шини даних третього порту мікропроцесора 1, другого регістра 4, чотирипортового модуля 3, таймера 7, блока еталонного часу 8 і блока прийому сигналів світового часу 9. Стробуючий вхід першого дешифратора 2 з'єднаний з відповідним стробуючим виходом мікропроцесора 1, виходи запису та читання якого підключені до входів запису і читання блока пам'яті 10 чотирипортового модуля 3, першого регістра 4, таймера 7, блока еталонного часу 8 і блока прийому сигналів світового часу 9, входи вибору яких з'єднані з відповідними виходами другого дешифратора 2, підключеного своїм входом адреси до виходу другого регістра 4, вхід запису якого з'єднаний з виходом запису мікропроцесора 1. Мікропроцесор 1 системи синхронізації функціонування засобів вимірювання та автоматизації в енергетиці виконаний, наприклад, у вигляді однокристального мікропроцесора KM 1816 BE 51. Чотирипортовий модуль 3 виконаний, наприклад, у вигляді інтегральної схеми ST16C554DCJ. Робота системи синхронізації функціонування засобів вимірювання та автоматизації в енергетиці (фіг. 1) проводиться у відповідності з наведеною блок-схемою алгоритму роботи на фіг. 2. Після запуску системи синхронізації функціонування засобів вимірювання та автоматизації в енергетиці працює постійно і згідно з алгоритмом (фіг. 2), здійснює з єдиних інформаційних позицій в реальному часі синхронне вимірювання первинних аналогових і дискретних сигналів режимів функціонування електричної мережі в різних точках топології єдиної енергосистеми. Спочатку на інформаційні входи ключів 5 системи синхронізації функціонування засобів вимірювання та автоматизації в енергетиці подається аналоговий сигнал з виходу датчика реєстрації напруги, струму, частоти та інших даних. Проводиться інсталяція системи синхронізації функціонування засобів вимірювання та автоматизації в енергетиці, а також обробляється процедура запуску в роботу. Після виконання названих процедур проводиться аналіз на предмет наявності запиту на обміну інформацією з системою синхронізації функціонування засобів вимірювання та автоматизації в енергетиці. Якщо процедура обміну інформацією не проводиться, то проводиться аналіз на предмет виконання режиму синхронізації чи контролю. В тому випадку, коли необхідно виконувати режим синхронізації, то згідно з алгоритмом (фіг. 2) по сигналу з блока прийому сигналів світового часу 9 запускається таймер 7 і мікропроцесором 1 реалізується обчислення проміжку часу t GI (відповідно до фіг. 3) до моменту переходу напруги Uai через нуль з мінусу на плюс синусоїди. Далі згідно з алгоритмом мікропроцесором 1 відзначається кут  фази Uai , а також величина стійкості енергосистеми по виразу C  dp / d  0 , (1) де: p - активна потужність, що передається споживачам;  - кут фази Uai в точці виміру. Отримані дані оброблюються, формується файл інформації, який передається на необхідні рівні управління. Після цього проводиться аналіз критичного значення кута  фази Uai і 2 UA 73434 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 величина C стійкості єдиної електричної енергосистеми. Якщо значення параметрів , C не критичні, то процес синхронного виміру в енергосистемі повторюється. У випадку, коли величина будь-якого параметру , C приймає критичне значення, то формується і передається файл аварійної експрес-інформація на всі рівні управління і проводиться аналіз на предмет продовження роботи системи синхронізації функціонування засобів вимірювання та автоматизації в енергетиці. У випадку, коли продовжувати роботу системи є можливим, то проводиться процедура запуску її в роботу і процес повторюється. Якщо продовжувати роботу неможливо, то виконується процедура кінця роботи системи синхронізації функціонування засобів вимірювання та автоматизації в енергетиці і процес синхронного виміру в енергетиці закінчується. В тому випадку, коли в процесі аналізу на предмет виконання режиму синхронізації чи контролю необхідно виконувати контроль правильності роботи системи синхронізації функціонування засобів вимірювання та автоматизації в енергетиці, то по сигналах з блока прийому сигналів світового часу 9 і блока еталонного часу 8 запускається таймер 7, а мікропроцесором 1 реалізується обчислення двох проміжків час t GI, t ЭТ (відповідно до фіг. 3) до моменту переходу напруги Uai через нуль з мінусу на плюс синусоїди. Після цього в мікропроцесорі 1 обчислюється значення  згідно з виразом   t GI  t ЭТ   . (2) Якщо  менше значення похибки, то обчислюється кут  фази напруги Uai , a також величина C стійкості єдиної енергосистеми і процес синхронного виміру продовжується як вищеописано. У випадку коли  більше значення похибки, то формується і передається файл аварійної експрес-інформація на всі рівні управління і проводиться процедура кінця роботи системи. В тому випадку, коли при обробці процедури запиту на обміну інформацією необхідно виконувати обмін, то оброблюються процедури запис-читання, запис-тестування. Якщо необхідно виконувати запис, то в систему синхронізації функціонування засобів вимірювання та автоматизації в енергетиці передається пакет програм функціонування її і пакет програм нормативної інформації. Після передачі всіх даних виконується процедура кінця роботи і система синхронізації функціонування засобів вимірювання та автоматизації в енергетиці готова до функціонування. Якщо необхідно проводити тестування, то передається пакет тестів, виконується процедура тестування і після виконання тестів система синхронізації функціонування засобів вимірювання та автоматизації в енергетиці готова до запуску. У випадку, коли тести не виконуються, то в мікропроцесорі 1 формується і передається через чотирипортовий модуль 3 системи синхронізації функціонування засобів вимірювання та автоматизації в енергетиці файл інформації про несправність. Якщо необхідно виконувати читання, то за допомогою мікропроцесора 1 із блока пам'яті 11 читається блок даних, формується експрес-інформація і передається через чотирипортовий модуль 3 про прочитані дані і виконується процедура кінця читання. Завдяки введенню нових елементів та зв'язків між ними запропонована система синхронізації функціонування засобів вимірювання та автоматизації в енергетиці вигідно відрізняється від прототипу. На відміну від прототипу, в якому обмежені функціональні можливості в зв'язку з тим, що в відомому пристрої не можливо виконувати з єдиних інформаційних позицій синхронне вимірювання первинних аналогових і дискретних сигналів моніторингу технічного стану в різних точках єдиної електричної енергосистеми з метою формування в реальному часі управлінських сигналів для збільшення рівня динамічної стійкості роботи енергосистеми, та покращення якості і коефіцієнта корисної дії передачі електроенергії споживачам. У запропонованій системі синхронізації функціонування засобів вимірювання та автоматизації в енергетиці значно розширені функціональні можливості завдяки спроможності проведення з єдиних інформаційних позицій в реальному часі синхронне вимірювання сигналів, що відображають штатні і нештатні режими функціонування електричної мережі в різних точках топології єдиної енергосистеми. Завдяки такому підходу стало можливим збільшити рівень стійкості роботи енергосистеми і відповідно якості передачі електроенергії, покращити коефіцієнт корисної дії передачі електроенергії споживачам, реалізувати синхронний моніторинг технічного стану електричних об'єктів, покращити глибину і рівень їх діагностування в процесі роботи, а також ідентифікувати передаварійні і аварійні режими роботи. Джерела інформації: 1. Відмовостійка система з аналізом ресурсу, G 06 F 11/18, патент України № 80664. Промислова власність, Офіційний бюлетень № 16, 2007 р. 2. Пристрій для контролю і діагностики системи обробки цифрової інформації, що функціонує в медулярній арифметиці, G 06 F 11/05, патент України № 24547. Промислова власність, Офіційний бюлетень № 10, 2007 р. 3 UA 73434 U 3. Система оцінювання невизначеності вимірювання, G 06 F 17/18, патент України № 41541. Промислова власність, Офіційний бюлетень №10, 2009 р. (прототип). ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 20 Система синхронізації функціонування засобів вимірювання та автоматизації в енергетиці, що містить блок пам'яті, яка відрізняється тим, що в неї введено мікропроцесор, два дешифратори, чотирипортовий модуль, два регістри, ключі, два блоки гальванічної розв'язки, таймер, блок еталонного часу, блок прийому сигналів світового часу, причому вихід шини адреси першого порту мікропроцесора підключений до входу адреси першого дешифратора, виходи якого підключені до перших управляючих входів відповідних ключів, підключених своїми виходами через перший блок гальванічної розв'язки з входом послідовного порту мікропроцесора, вихід якого з'єднаний через другий блок гальванічної розв'язки з другими управляючими входами ключів, вихід шини адреси другого порту мікропроцесора підключений до входу адреси таймера, чотирипортового модуля, блока еталонного часу, блока прийому сигналів світового часу і першого регістра, підключеного своїм виходом до входу адреси блока пам'яті, вихід шини даних якого підключений до шини даних третього порту мікропроцесора, другого регістра, чотирипортового модуля, таймера, блока еталонного часу і блока прийому сигналів світового часу, а стробуючий вхід першого дешифратора з'єднаний з відповідним стробуючим виходом мікропроцесора, виходи запису та читання якого підключені до входів запису і читання блока пам'яті, чотирипортового модуля, першого регістра, таймера, блока еталонного часу, блока прийому сигналів світового часу, входи вибору яких з'єднані з відповідними виходами другого дешифратора, підключеного своїм входом адреси до виходу другого регістра, вхід запису якого з′єднаний з виходом запису мікропроцесора. 4 UA 73434 U 5 UA 73434 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 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 6