Устройство измерения электрических параметров с комбинированным аналого-цифровым интерфейсом для подключения к измерительным датчикам тока и напряжения

 

Полезная модель относится к устройствам измерения электрических параметров, выполняющим измерение и расчет электрических параметров на основании данных, поступающих от измерительных датчиков с цифровым интерфейсом и измерительных датчиков с аналоговым выходом. Полезная модель предназначена для применения в составе автоматизированных систем управления технологическими процессами, в частности на электрических подстанциях. Предлагаемое устройство измерения электрических параметров содержит интерфейс электропитания и блок аналого-цифрового преобразования, соединенный с аналоговым интерфейсом и интерфейсом синхронизации и подключенный к блоку вычисления электрических параметров, соединенному с цифровым интерфейсом приема данных от измерительных датчиков, с интерфейсом синхронизации и цифровым интерфейсом передачи данных измерений. При этом блок аналого-цифрового преобразования устройства выполнен с возможностью аналого-цифрового преобразования изохронного с данными, поступающими через цифровой интерфейс приема данных от измерительных датчиков с цифровым выходом, а блок вычисления электрических параметров выполнен с возможностью расчета электрических параметров на основании данных, поступающих через цифровой интерфейс приема данных от измерительных датчиков с цифровым интерфейсом и данных от блока аналого-цифрового преобразования. Техническим результатом применения рассматриваемой полезной модели является реализация функций измерения электрических параметров на объектах, частично оснащенных измерительными датчиками с цифровыми интерфейсами, либо оснащенных отдельными измерительными датчиками тока или напряжения с цифровыми выходами.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Полезная модель относится к устройствам измерения электрических параметров, выполняющим измерение и расчет электрических параметров на основании данных, поступающих от измерительных датчиков с цифровым интерфейсом и измерительных датчиков с аналоговым выходом.

Полезная модель предназначена для применения в составе автоматизированных систем управления технологическими процессами, в частности на электрических подстанциях.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известны устройства измерения электрических параметров, подключаемые к измерительным датчикам с аналоговыми интерфейсами (например, устройство измерения показателей качества электроэнергии Ресурс UF2 - http://www.entp.ru/catalog/pke/127PHPSESSIid=f84319e35f8e0fd544e1282cc32a5b59). Недостатком данных устройств является их неработоспособность с измерительными датчиками, имеющими цифровой интерфейс (например, оптические трансформаторы тока http://www.alstom.com/grid/products-and-sen/ices/high-voltage-products/instrument-transformers/Compact-Optical-Sensor-Intelligence).

Известны устройства измерения электрических параметров, подключаемые к измерительным датчикам с цифровыми интерфейсами, например, счетчик электрической энергии Landis&Gyr Е880 http://www.landisgyr.co.ukyproduct/landisgyr-zxq-e850/?download=40945&filename=/webfoo/wp-content/uploads/2012/09/D000045932_Е880_Brochure_a_en.pdf. Недостатком данного решения является его работа только от аналоговых цепей или от цифрового интерфейса, при этом допускается подключение только одного измерительного датчика с цифровым интерфейсом. Счетчик Landis&Gyr Е880 не допускает прием части данных по аналоговому интерфейсу (например, напряжение), а другой части данных по цифровому интерфейсу (например, ток). Счетчик Landis&Gyr Е880 не допускает прием части данных по цифровому интерфейсу от одного измерительного датчика (например, напряжение), а другой части данных по цифровому интерфейсу от другого измерительного датчика (например, ток). Данное устройство выбрано в качестве прототипа полезной модели.

РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

На рынке известны комбинированные измерительные трансформаторы тока и напряжения с цифровым выходом (например http://www.profotech.ru/products/365/, либо http://www.nxtphase.com/products-nxcm.php), а также известны измерительные трансформаторы тока (http://www.profotech.ru/products/206/, http://www.nxtphase.com/products-nxct.php) и измерительные трансформаторы напряжения (http://www.profotech.ru/products/207/) с цифровым выходом. Измерительные трансформаторы тока с цифровым интерфейсом получили большее распространение и объемы внедрения, чем измерительные трансформаторы напряжения с цифровым выходом [1].

Измерительные датчики с цифровым выходом характеризуются более высокими по сравнению с традиционными техническими характеристиками и большей стоимостью. В связи с этим, характерна и прогнозируема ситуация, что будет производиться частичное и поэтапное внедрение измерительных датчиков с цифровым выходом. В составе автоматизированной системы управления технологическим процессом, например электрической подстанции, количество точек измерения тока и напряжения является различным, поэтому экономически целесообразно частичное применение отдельных измерительных датчиков тока с цифровым выходом и отдельных измерительных датчиков напряжения с измерительным выходом, совместно с комбинированными датчиками тока и напряжения.

Следует отметить, что измерительные датчики с цифровыми интерфейсами осуществляют передачу данных измерений совместно с метками времени, при этом доставка данных к устройству измерения электрических параметров от различных измерительных датчиков производится с различными временными задержками [2]. Поэтому при обработке получаемых данных устройства измерения и вычисления электрических параметров должны осуществлять сведение полученных данных из разных источников по времени.

Полезная модель направлена на создание устройства измерения электрических параметров, допускающего одновременное подключение к измерительным датчикам с цифровым интерфейсом и измерительным датчикам с аналоговыми интерфейсами, либо к различным измерительным датчикам с цифровыми интерфейсами.

Техническим результатом применения рассматриваемой полезной модели является реализация функций измерения электрических параметров на объектах, частично оснащенных измерительными датчиками с цифровыми интерфейсами, либо оснащенных отдельными измерительными датчиками тока или напряжения с цифровыми выходами.

Вышеуказанный технический результат достигается за счет того, что в состав устройства измерения электрических параметров включены одновременно аналоговый интерфейс и цифровой интерфейс приема данных, при этом блок аналого-цифрового преобразования выполнен с возможностью аналого-цифрового преобразования изохронного с данными, поступающими через цифровой интерфейс приема данных от измерительных датчиков с цифровым выходом. Изохронность аналого-цифрового преобразования достигается за счет подключения модуля аналого-цифрового преобразования к интерфейсу синхронизации, в связи с чем, преобразованные в цифровой вид аналоговые величины маркируются меткой времени. Маркировка меткой времени осуществляется по тем же правилам, что и в измерительных датчиках с цифровым выходом.

Модуль вычисления электрических параметров при вычислении электрических параметров, требующих данных от нескольких источников данных (например, вычисление активной мощности требует данных от измерительного датчика тока и измерительного датчика напряжения) предварительно осуществляет операцию выравнивания наборов данных, полученных от разных источников по временным меткам, присвоенным этим данным измерительными датчиками с цифровыми выходами, либо собственным модулем аналого-цифрового преобразования.

Дополнительно устройство измерения электрических параметров может быть реализовано с учетом возможности резервирования измерительного датчика с цифровым выходом измерительным датчиком с аналоговым выходом или наоборот.

Дополнительно устройство измерения электрических параметров может быть реализовано с учетом возможности выбора части данных из набора, передаваемого от измерительного датчика с цифровым выходом, и расчета электрических параметров на основании выбранной части данных и данных, поступающих от иного измерительного датчика с цифровым выходом или собственного модуля аналого-цифрового преобразования.

Например, выбор данных, касающихся напряжения из набора данных, передаваемых от комбинированного измерительного датчика тока и напряжения.

Дополнительно устройство может быть выполнено с возможностью объединения одного или нескольких интерфейсов. В частном случае могут быть совмещены:

- цифровой интерфейс приема данных от измерительных датчиков и цифровой интерфейс передачи данных измерений;

- цифровой интерфейс приема данных от измерительных датчиков или цифровой интерфейс передачи данных измерений и интерфейс синхронизации;

- цифровой интерфейс приема данных от измерительных датчиков или цифровой интерфейс передачи данных измерений и интерфейс электропитания.

Дополнительно устройство может быть выполнено с возможностью резервирования одного или нескольких интерфейсов. При этом резервный интерфейс может быть выполнен в виде иного типа интерфейса, либо, например, интерфейса, совмещенного с другим интерфейсом устройства.

В частном случае устройство может быть выполнено с аналоговым интерфейсом, рассчитанным на подключение к вторичным цепям измерительного трансформатора тока или к вторичным цепям измерительного трансформатора напряжения.

В частном случае устройство может быть выполнено с цифровым интерфейсом приема данных от измерительных датчиков, выполненным по технологии Ethernet (например, 100 BASE-FX).

В частном случае устройство может быть выполнено с цифровым интерфейсом передачи данных измерений, выполненным по технологии Ethernet (например, 100 BASE-TX), или на базе интерфейса EIA/RS-485.

В частном случае, устройство может быть выполнено с интерфейсом синхронизации, выполненным на базе протокола РТР поверх интерфейса Ethernet, либо интерфейса IRIG-B.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства измерения электрических параметров с комбинированным аналого-цифровым интерфейсом для подключения к измерительным датчикам тока и напряжения (блок 8), включающего в себя интерфейс электропитания (7), аналоговый интерфейс (4), подключенный к блоку аналого-цифрового преобразования (2), который в свою очередь подключен к интерфейсу синхронизации (5) и блоку вычисления электрических параметров (1). Связь блока аналого-цифрового преобразования (2) с интерфейсом синхронизации (5) используется для обеспечения изохронности аналого-цифрового преобразования данных, поступающих через аналоговый интерфейс (4) и данных от измерительных датчиков с цифровым выходом, поступающих через цифровой интерфейс приема данных.

Блок вычисления электрических параметров (1) связан с интерфейсом синхронизации (5) для формирования временных меток результатов вычисления. Блок вычисления электрических параметров (1) получает данные от цифрового интерфейса (3) приема данных от измерительных датчиков и блока аналого-цифрового преобразования (2) и передает результаты вычислений через цифровой интерфейс передачи данных измерений.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Приведенное на фиг. 1 устройство измерения электрических параметров с комбинированным аналого-цифровым интерфейсом для подключения к измерительным датчикам тока и напряжения (8) в базовом исполнении включает в себя:

- блок 1 вычисления электрических параметров;

- блок 2 аналого-цифрового преобразования;

- цифровой интерфейс приема данных от измерительных датчиков (3);

- аналоговый интерфейс (4);

- интерфейс синхронизации (5);

- цифровой интерфейс передачи измерений (6);

- интерфейс электропитания (7).

Далее описан механизм работы устройства измерения электрических параметров с комбинированным аналого-цифровым интерфейсом для подключения к измерительным датчикам тока и напряжения.

Аналоговые сигналы тока или напряжения через аналоговый интерфейс 4 поступают на блок аналого-цифрового преобразования (2). Блок аналого-цифрового преобразования (2) выполняет оцифровку аналоговых значений и привязку полученных цифровых значений к меткам времени на основании данных, получаемых через интерфейс синхронизации.

Данные от измерительных датчиков с цифровым интерфейсом, содержащие цифровые значения тока или напряжения и их временные метки, поступают через цифровой интерфейс приема данных от измерительных датчиков (3) на блок вычисления электрических параметров (1).

Блок вычисления электрических параметров (1) осуществляет прием данных от блока аналого-цифрового преобразования (2) и от цифрового интерфейса приема данных от измерительных датчиков (3), выполняет сопоставление данных, полученных из разных источников, по временным меткам, осуществляет вычисление электрических параметров (например, среднеквадратичных значений тока и напряжения, активной и реактивной мощности и т.д.), формирование временной метки результатов вычислений и передачу полученных результатов через цифровой интерфейс передачи данных измерений.

Интерфейс электропитания обеспечивает электропитание всех блоков устройства.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. «Цифровая подстанция ЕНЭС» / Моржин Ю.И., Попов С.Г., Гельфанд A.M., Фридман Л.И., Горожанкин П.А., Наровлянский В.Г., Власов М.А., Сердцев А.А. Журнал «Энергоэксперт», 4 (27), 2011 г.

2. «Шина процесса - технологический фундамент цифровой подстанции» / Власов М.А., Кириллов А.С., Сердцев А.А. Журнал «Релейщик», 1 / март 2010 г.

1. Устройство измерения электрических параметров с комбинированным аналого-цифровым интерфейсом для подключения к измерительным датчикам тока и напряжения, содержащее интерфейс электропитания, блок аналого-цифрового преобразования, соединенный с аналоговым интерфейсом и интерфейсом синхронизации, подключенный к блоку вычисления электрических параметров, соединенному с цифровым интерфейсом приема данных от измерительных датчиков, интерфейсом синхронизации и цифровым интерфейсом передачи данных измерений, отличающееся тем, что блок аналого-цифрового преобразования выполнен с возможностью аналого-цифрового преобразования изохронного с данными, поступающими через цифровой интерфейс приема данных от измерительных датчиков с цифровым выходом, а блок вычисления электрических параметров выполнен с возможностью расчета электрических параметров на основании данных, поступающих через цифровой интерфейс приема данных от измерительных датчиков с цифровым интерфейсом и данных от блока аналого-цифрового преобразования.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что цифровой интерфейс приема данных от измерительных датчиков совмещен с цифровым интерфейсом передачи данных измерений.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что цифровой интерфейс приема данных от измерительных датчиков совмещен с интерфейсом синхронизации.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что цифровой интерфейс передачи данных измерений совмещен с интерфейсом синхронизации.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что цифровой интерфейс приема данных измерений от измерительных датчиков, цифровой интерфейс передачи данных измерений и интерфейс синхронизации совмещены.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что интерфейс электропитания совмещен с интерфейсом синхронизации или с цифровым интерфейсом приема данных от измерительных датчиков или с цифровым интерфейсом передачи данных измерений.

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один из интерфейсов устройства выполнен с резервированием, при этом интерфейс резервирования может быть выполнен в отличном от соответствующего формата резервируемого интерфейса.

РИСУНКИ



 

Похожие патенты:

Полезная модель относится к измерительным средствам электротехники, а именно к приборам для измерения токов или индикации их наличия, точнее - к бесконтактным датчикам постоянного тока

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения переменного напряжения высокого уровня на первичной обмотке силового трансформатора

Изобретение относится к области электроэнергетики, в частности, к устройствам контроля, учета и управления потребителями электрической энергии

Полезная модель относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения проводимости, сопротивления, а также регистрации вольтамперных характеристик аморфных высокоомных материалов
Наверх