Литература:
16. Указания по определению электрических нагрузок в промышленных установках //Инструктивные указания по проектированию электротехнических промышленных установок. – 1968. – № 6. – С. 3 – 17.
17. Фёдоров А.А., Каменева В.В. Основы электроснабжения промышленных предприятий. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 472 с.
18. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. Промышленные электрические сети /Под общ. ред. А.А.Федорова и Г.В. Сербиновского. – М.: Энергия: 1980. – 576 с.
В [Ермаков В.Ф., Каждан А.Э., Романов А.М. Устройство для измерения максимума усредненной мощности нагрузки //Повышение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов в промышленности: Материалы конф. – М.: МДНТП, 1981. – С. 95 – 99; Ермаков В.Ф., Зайцева И.В., Горобец А.В. Комплексное исследование электрической нагрузки. – Ростов н/Д: ЗАО «Книга», 2015. – 176 с.] описано интеллектуальное устройство, которое позволяет автоматически измерять и регистрировать в памяти максимальное значение мощности нагрузки, усредненной на заданном перед измерениями интервале (10, 20, 30 мин и т. д.):
3.2. Устройство для измерения и регистрации максимума усредненной мощности нагрузки
Далее описан анализатор [47], который позволяет зафиксировать значение и время окончания максимума мощности нагрузки, усредненной на заданном (обычно, получасовом) интервале.
Существенным недостатком серийно выпускаемой системы аналогичного назначения ИИСЭ-1-48 [1, 57] является то, что в ней при определении получасового максимума мощности нагрузки усреднение осуществляется на интервалах времени, следующих друг за другом с дискретностью 30 минут, причем границы интервалов совпадают с получасовыми отметками астрономического времени: 0 – 0,5 час; 0,5 – 1 час; 1 – 1,5 час и т. д. А это, в свою очередь, приводит при измерении к занижению действительного значения максимума нагрузки и неточному определению времени превышения усредненной мощностью нагрузки заданного энергосистемой максимума. При соответствующем расположении границ интервалов усреднения указанные погрешности могут достигать наибольших значений:
- измерения усредненного максимума мощности нагрузки – 50 % приращения между соседними ступенями графика получасовой мощности нагрузки;
- измерения времени превышения заданного энергосистемой максимума – 30 минут (при каждом пике нагрузки).
На рис. 3.1 представлена схема предлагаемого устройства [47].
Схема содержит датчик 1 мощности (см. более подробно 1.1), двоично-десятичный счетчик текущей информации 2, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 3, сумматор 4, промежуточный регистр 5, регистр текущей усредненной мощности нагрузки 6, регистр максимальной усредненной мощности нагрузки 7, регистр времени максимума усредненной мощности нагрузки 8, цифровой компаратор 9, на выхое которого появляется единичное напряжение в том случае, если А > Б (где А и Б – двоичные числа, электронные часы 10, двоичный счетчик 11, делитель частоты 12, одновибраторы (формирователи прямоугольных одиночных импульсов напряжения) 13 и 14, элемент НЕ 15, ГПИ 16, триггер 17, элемент временной задержки сигнала 18.
Рис. 3.1. Схема устройства для измерения максимума усредненной мощности нагрузки
В устройстве используется ОЗУ 3 емкостью n x m.
где n – число хранящихся в ячейках ОЗУ m-разрядных слов, представленных в двоичном коде.
Число m = 8 – 12.
Емкость счетчика 11 равняется n.
Делитель частоты 12 имеет коэффициент деления K = n – 1 и задает промежуточный инетрвал усреднения
(3.13)
где T – интервал усреднения мощности нагрузки (обычно получасовой).
Частота генератора 16 определяется выражением
(3.14)
Емкость элементов 4 – 7, 9 составляет 12 – 16 двоичных разрядов.
Время задержки элемента 18 выбирается равным
t18 ≥ t13 + t14, (3.15)
где t13, t14 – длительность выходных импульсов одновибраторов 13 и 14.
Перед началом работы содержимое элементов 2, 3, 5 – 8, 11, 12 устройства обнуляются.
При запуске устройства на вход счетчика текущей информации 2 с выхода датчика мощности 1 начинают поступать импульсы. Подсчитывая эти импульсы, счетчик 2 осуществляет дискретное интегрирование по времени измеряемого параметра – мощности нагрузки.
В конце промежуточного интервала Δt содержимое счетчика 2 переписывается в определенную ячейку ОЗУ 3 по адресу, формируемому счетчиком 11. Затем содержимое счетчика 2 обнуляется, после чего начинается новый промежуточный интервал интегрирования. В конце этого нового частного цикла работы содержимое счетчика 2 вновь переписывается в ячейку ОЗУ 3, но уже по увеличенному на единицу счетчиком 11 адресу и т. д.
Таким образом, в процессе работы устройства в ОЗУ 3 по порядку вписываются многоразрядные слова, значения которых в каждом случае равняются интегралу
(3.16)
где ΔWi – количество электроэнергии, израсходованной предприятием (или отдельным электроприемником) за промежуточный интервал усреднения Δt при его изменяющейся во времени мощности P(t).
В каждом частном цикле работа устройства осуществляется следующим образом.
Перед началом работы устройства показания в регистре 6 равны нулю, а в регистрах 7 и 8 записаны соответственно значение и время наступления максимума усредненной мощности нагрузки, полученные за время предыдущего анализа.
При очередном срабатывании генератора 16 триггер 17 опрокидывается в единичное состояние и переводит счетчик 11, например, в состояние 0001 (здесь и далее рассматривается пример работы устройства при T = 30 мин, n = 16, K = 15, Δt = 2 мин, fг = 0,125 Гц, t13 = t14 = 20 мкс, t18 = 100 мкс). При этом число, записанное в ОЗУ 3 по адресу 0001, подается на вход сумматора 4 и повторяется на его выходе, поскольку второе слагаемое с выхода регистра 6 равно нулю. С задержкой времени t18 это число вписывается в регистр 5.
В следующем такте генератора 16 триггер 17 переходит в нулевое состояние, подавая со своего инверсного выхоа управляющее напряжение на вход записи регистра текущей усредненной мощности нагрузки 6, в который при этом переписывается содержимое регистра 5.
При следующем срабатывании триггера 17 на единицу увеличивается содержимое счетчика 11 и на его выходе появляется число 0010. Содержимое ОЗУ 3, записанное в ячейке с адресом 0010, подается на вход сумматора 4. Так как на другой вход сумматора с выхода регистра 6 подается число, хранящееся в ячейке с адресом 0010, на выходе сумматора появляется результат
А2 = А0001 + А0010,
где А2 – результат, получаемый во втором такте суммирования;
А0001 – число, записанное в ячейке ОЗУ 3 с адресом 0001;
А0010 – число, записанное в ячейке ОЗУ 3 с адресом 0010.
С задержкой времени t18 число А2 записывается сначала в промежуточный регистр 5, а затем, в следующем такте генератора 16, – в регистр текущей усредненной мощности нагрузки 6.
В третьем такте суммирования в регистр 6 записывается число
А3 = А0001 + А0010 + А0011
и т. д.
Процесс суммирования содержимого ОЗУ 3 с запоминанием суммы в регистре 6 продолжается до поступления на вход триггера 17 импульса номер «2K». В этом случае триггер 17 переводит делитель частоты 12 в состояние, при котором на его выходе появляется единичное напряжение. Это напряжение запускает одновибратор 13, вследствие чего в ОЗУ 3 (в рассматриваемом примере в ячейку с адресом 0000) записывается содержимое счетчика 2, накопленное на очередном промежуточном интервале усреднения Δt. По окончании импульса одновибратора 13 запускается одновибратор 14, обнуляющий содержимое счетчика 2 и регистра 6.
После этого по окончании времени задержки элемента 18 начинается новый цикл суммирования содержимого ОЗУ и т. д.
Таким образом в регистре 6 накапливается значение мощности нагрузки, усредненной на интервале Т, которое может быть определено по формуле
(3.17)
Это значение мощности нагрузки, усредненной на интервале времени Т, непрерывно сравнивается с помощью цифрового компаратора 9 с максимальным значением усредненной мощности нагрузки, полученным в результате предыдущего анализа и хранящимся в регистре 7.
Если значение текущей усредненной мощности нагрузки оказывается больше полученного в предыдущем цикле максимума нагрузки, то в регистр 7 записывается новое значение максимума усредненной мощности нагрузки, а в регистр 8 с выхода электронных часов 10 – время наступления этого максимума.
Устройство может быть реализовано как на интегральных схемах среднего уровня интеграции, так и на микроконтроллерах различных фирм. В первом варианте реализции устройства в качестве ОЗУ 3 целесообразно использовать микросхемы типа РУ2, РУ6 и др.
Выполнение на ОЗУ вычислительного узла устройства позволило по сравнению с [58] на порядок уменьшить общий расход микросхем и число соединений между ними.
В [Патент 2092859 РФ, МПК G01R 21/00. Способ автоматизированного исследования параметров электрической нагрузки /Ермаков В.Ф. (РФ). – № 5054779; Заявл. 16.07.92; Опубл. 10.10.97, Бюл. № 28; Ермаков В.Ф., Зайцева И.В., Горобец А.В. Комплексное исследование электрической нагрузки. – Ростов н/Д: ЗАО «Книга», 2015. – 176 с.] описан метод обследования электрических нагрузок, который позволяет получать регрессионную зависимость инерционного коэффициента максимума тока нагрузки в функции от среднего тока Gм(Iс).