Групповое устройство измерения электрических параметров

Авторы патента:

Полезная модель относится к групповым устройствам измерения электрических параметров, обеспечивающим выполнение измерений и расчета электрических параметров одновременно по нескольким присоединениям энергообъекта и предназначена для применения в составе автоматизированных систем управления энергообъектами. Техническим результатом применения полезной модели является расширение области применения группового устройства измерения электрических параметров. Предлагаемое групповое устройство измерений электрических параметров (1) содержит интерфейс электропитания (7) и блок вычисления электрических параметров (2), связанный с группой цифровых интерфейсов (3) приема-передачи данных, выполненной по модульному принципу и состоящей, по крайней мере, из одного интерфейса. При этом устройство (1) выполнено также с возможностью включения в свой состав группы аналоговых интерфейсов (4), интерфейса синхронизации (6) и блоков аналого-цифрового преобразования (5), выполненных по модульному принципу и связанных с блоком вычисления электрических параметров, а блок вычисления электрических параметров выполнен с возможностью расчета электрических параметров, по крайней мере, по одной точке измерения на основании совместной обработки данных, поступающих через цифровые интерфейсы приема-передачи данных и блоков аналого-цифрового преобразования.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известны устройства измерения электрических параметров, подключаемые к измерительным датчикам с цифровыми интерфейсами, например, счетчик электрической энергии Landis&Gyr Е880 http://www.landisgyr.co.uk/product/landisgyr-zxq-e850/?download=40945&filename=/webfoo/wp-content/uploads/2012/09/D000045932_Е880_Brochure_a_en.pdf. Недостатком данного решения является то, что данный прибор осуществляет вычисления электрических параметров для одного присоединения (точки учета). Дополнительным недостатком данного устройства является его способность работы только от измерительных датчиков тока и напряжения с аналоговым выходом или от комбинированного измерительного датчика тока и напряжения с цифровым выходом.

Известен многофидерный измеритель электроэнергии SATEC BFM136 (http://satec-global.ru/catalog/bfm136/satec_bfm136/), выполняющий сбор, обработку, хранение и передачу данных о потребленной электроэнергии одновременно по 12-ти трехфазным или 36-ти однофазным цепям. Недостатком данного устройства является невозможность его работы с измерительными датчиками тока и напряжения, оснащенными цифровым выходом. 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]. Кроме того, автоматизированные системы управления технологическими процессами, в частности электрическими подстанциями, обладают различным количеством точек измерения тока и напряжения. Например, в рамках распределительной электрической подстанции количество точек измерения тока (равное количество входящих и отходящих фидеров) превышает количество точек измерения напряжения (равное количеству секций шин).

Автоматизированные системы управления технологическими процессами, в частности электрическими подстанциями, предусматривают измерение электрических параметров на нескольких присоединениях [2]. В связи с этим в рамках автоматизированных систем используется, как правило, количество измерительных приборов равное количеству присоединений. Большое количество измерительных приборов повышает стоимость создания автоматизированной системы, стоимость эксплуатации и снижает надежность за счет большего количества элементов.

Значительный экономический эффект достигается при внедрении групповых устройств измерения электрических параметров, так как в составе группового устройства многие элементы устройства являются общими, например: подсистема электропитания, интерфейсы синхронизации, корпус, блок вычисления электрических параметров, элементы крепления устройства и т.д. Часть компонентов группового устройства имеет стоимость большую, чем аналогичный компонент устройства, рассчитанного на измерения по одному присоединению, но повышение стоимости является незначительным и меньше суммы стоимостей аналогичных компонентов одиночных устройств. Например, групповой счетчик требует большей вычислительной производительности блока расчета электрических параметров, при этом стоимость вычислительного компонента большей производительности растет не пропорционально его производительности (за исключением топовых моделей процессоров, производительность которых в рамках данной задачи является невостребованной). Аналогичная ситуация с подсистемами питания и корпусами.

Использование группового устройства измерения позволяет значительно сократить количество вторичных цепей (для аналоговых датчиков) или кабелей связи (для датчиков с цифровым выходом). Данный эффект достигается за счет того, что в рамках группового устройства измерения не требуется размножать сигналы, используемые для нескольких точек измерения (например, не требуется размножать сигналы напряжения для всех точек измерения, расположенных на данной секции шин).

Эксплуатационные расходы на обслуживание группового устройства измерения пропорционально ниже, чем обслуживание соответствующего набора устройств, рассчитанных на измерения по одной точке измерения.

Полезная модель направлена на создание устройства измерения электрических параметров, выполняющего измерения на группе точек измерения, оснащенных измерительными датчиками с аналоговыми выходами и измерительными датчиками с цифровыми выходами.

Техническим результатом применения рассматриваемой полезной модели является расширение области применения группового устройства измерения электрических параметров, в частности, обеспечение возможности применения группового устройства измерений как в традиционных электрических подстанциях, так и в «цифровых подстанциях» с цифровой «шиной процесса» [2].

Заявленное групповое устройство измерений электрических параметров характеризуется тем, что содержит в себе производительный блок вычисления электрических параметров, обеспечивающий вычисление электрических параметров по группе точек измерения. При этом в отличие от прототипа устройство дополнительно содержит в себе группу цифровых интерфейсов приема-передачи данных, выполненную по модульному принципу, состоящую, по крайней мере, из одного интерфейса, и связанную с вышеназванным блоком вычисления электрических параметров. Помимо этого заявляемое устройство выполнено с возможностью включения в свой состав группы аналоговых интерфейсов, интерфейса синхронизации и блоков аналого-цифрового преобразования, выполненных по модульному принципу и связанных с блоком вычисления электрических параметров. Техническая возможность совмещения в заявляемом устройстве аналоговых интерфейсов и цифровых интерфейсов достигается за счет возможности включения в состав группового устройства интерфейса синхронизации, подключаемого к блокам аналого-цифрового преобразования и используемого для формирования меток времени цифровых значений, формируемых на основании данных, поступающих через аналоговый интерфейс. Кроме того, блок вычисления электрических параметров в составе заявляемого устройства выполнен с возможностью расчета электрических параметров, по крайней мере, по одной точке измерения на основании совместной обработки данных, поступающих через цифровые интерфейсы приема-передачи данных и блоков аналого-цифрового преобразования. При этом вышеуказанный расчет осуществляется с учетом временных меток, формируемых блоками аналого-цифрового преобразования на основании данных, поступающих через интерфейс синхронизации, и временных меток, передаваемых совместно с данными, поступающими через цифровые интерфейсы приема передачи данных от измерительных датчиков с цифровыми выходами.

Дополнительно групповое 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 цифровых интерфейсов приема-передачи данных и интерфейса синхронизации, реализуемого в частном случае с использованием протокола РТР (IEEE 1588) поверх интерфейса Ethernet.

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-передачи данных, выполненным по технологии Ethernet (например, 100BASE-FX).

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 группового устройства измерения электрических параметров (1), включающего в себя интерфейс электропитания (7), блок вычисления электрических параметров (2), связанный с цифровыми интерфейсами приема-передачи данных (3). В частном случае групповое устройство измерения электрических параметров (1) может включать в себя аналоговые интерфейсы (4), связанные с блоками аналого-цифрового преобразования (5), которые подключены к интерфейсу синхронизации (6) и блоку вычисления электрических параметров (2).

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Приведенное на фиг.1 групповое устройство измерения электрических параметров (1) в базовом исполнении включает в себя:

- блок вычисления электрических параметров (2);

- цифровой интерфейс приема-передачи данных (3);

- интерфейс электропитания (7).

В частном случае групповое устройство измерения электрических параметров (1) может дополнительно включать в себя:

- аналоговые интерфейсы (4);

- блоки аналого-цифрового преобразования (5);

- интерфейс синхронизации (6).

Далее описан механизм работы группового устройства измерения электрических параметров.

Данные, поступающие от измерительных датчиков с цифровыми выходами (внешние по отношению к полезной модели устройства), через цифровые интерфейсы приема-передачи данных (3) поступают на блок вычисления электрических параметров (2), который выполняет расчет соответствующих электрических параметров и осуществляет передачу результатов вычисления через цифровые интерфейсы приема-передачи данных (3).

В случае оснащения группового устройства измерения электрических параметров (1) аналоговыми интерфейсами данные, поступающие через аналоговые интерфейсы (4), подключенные к измерительным датчикам с аналоговыми выходами (внешние по отношению к полезной модели устройства), передаются на блоки аналого-цифрового преобразование (5), в которых оцифрованным данным присваиваются метки времени на основании данных, поступающих через интерфейс синхронизации (6). Полученные цифровые данные и их метки времени передаются в блок вычисления электрических параметров (2), где они совместно с данными, поступающими через цифровые интерфейсы приема-передачи данных (3), используются для вычисления электрических параметров.

Блок вычисления электрических параметров (2) осуществляет сопоставление данных, полученных через цифровые интерфейсы приема-передачи данных (3) и полученные от блоков аналого-цифрового преобразования (5), по меткам времени, передающимся вместе с данными.

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. Групповое устройство измерения электрических параметров, содержащее интерфейс электропитания, блок вычисления электрических параметров, связанный с группой цифровых интерфейсов приема-передачи данных, выполненной по модульному принципу и состоящей, по крайней мере, из одного интерфейса, где устройство также выполнено с возможностью включения в свой состав группы аналоговых интерфейсов, интерфейса синхронизации и блоков аналого-цифрового преобразования, выполненных по модульному принципу и связанных с блоком вычисления электрических параметров, при этом блок вычисления электрических параметров выполнен с возможностью расчета электрических параметров, по крайней мере, по одной точке измерения на основании совместной обработки данных, поступающих через цифровые интерфейсы приема-передачи данных и блоков аналого-цифрового преобразования.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что интерфейс синхронизации совмещен, по крайней мере, с одним цифровым интерфейсом приема-передачи данных.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, по крайней мере, один аналоговый интерфейс используется в качестве резервного источника данных, резервирующего данные, поступающие через один из цифровых интерфейсов передачи данных.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, по крайней мере, один цифровой интерфейс приема-передачи данных используется в качестве резервного источника данных, резервирующего данные, поступающие через аналоговый интерфейс.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, по крайней мере, один цифровой интерфейс приема-передачи данных выполнен с возможностью резервирования, при этом интерфейс резервирования может быть выполнен в отличном от соответствующего формата резервируемого интерфейса.

Похожие патенты: