Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТРЕБЛЕНИЯ МОЩНОСТИ, СИСТЕМА КОНТРОЛЯ И СОДЕРЖАЩАЯ ЕЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способу определения потребления мощности в электрической установке, содержащей группу из нескольких индивидуальных ветвей распределения электроэнергии между несколькими нагрузками и основную входящую питающую линию, соединяющую группу ветвей с источником электропитания. Соответствующий способ содержит действие выполнения во времени и записи измерений, выполняемых на входящей питающей линии, и обеспечения возможности установления полной мощности, потребляемой группой ветвей.

Изобретение также относится к системе контроля группы из нескольких индивидуальных ветвей распределения электроэнергии между несколькими нагрузками в электрической установке, причем система содержит по меньшей мере:

- устройство для выполнения измерений на основной входящей питающей линии, соединяющей группу ветвей с источником электрической мощности,

- память для сохранения этих измерений, которые позволяют установить полную мощность, потребляемую группой ветвей,

- измерительный преобразователь оборудования конкретной ветви среди ветвей.

Кроме того, изобретение относится к электрической установке, содержащей группу из нескольких индивидуальных ветвей распределения электроэнергии между несколькими нагрузками, основную входящую питающую линию, соединяющую группу ветвей с источником электрической мощности.

Уровень техники

Частные лица, как и другие экономические агенты, проявляют растущий интерес к управлению своими собственными потреблениями электрической мощности. Одно направление этого управления потреблением основано на детальном знании различных конкретных потреблений в пределах полного потребления. Например, жители дома или жилья другого типа могут быть заинтересованы в их потреблении электроэнергии, приходящемся на нагрев, в том, что приходится на освещение, и/или в том, что приходится на конкретную часть оборудования, не удовлетворяясь только знанием полного потребления жилья в целом.

В настоящее время обитатели жилья, как правило, могут иметь доступ к их полному потреблению электроэнергии через счетчик электрической мощности, установленный на соединительной линии к распределительной сети общего пользования, которая снабжает электроэнергией жилье. Если желательно знать индивидуальное потребление, например, конкретного элемента оборудования внутри жилья, ответвление, с которым соединен этот элемент оборудования, оснащается счетчиком потребления электрической мощности. На приложенной фиг. 1 показана диаграмма, представляющая пример современной домашней электрической установки, в которой несколько счетчиков 101 потребления электрической мощности предоставляют информацию о различных индивидуальных потреблениях, составляющих часть полного потребления электрической мощности.

На этой фиг. 1, ссылочная позиция 102 обозначает трансформатор, соединенный с сетью распределения электрической мощности общего пользования. Подвод стороны линии, оснащенный счетчиком 103 потребления электрической мощности, соединяет электрическую установку с этим трансформатором 102. Идентично или подобно счетчику 103, каждый счетчик 101 потребления электрической мощности работает в одном из нескольких фидеров распределения электрической мощности к нескольким нагрузкам 104. Проводная сеть обеспечена для передачи отсчетов различных счетчиков в центральный электронный блок 105 измерений, который группирует эти отсчеты счетчиков.

Счетчик потребления электрической мощности является дорогостоящим и громоздким. Когда желательно иметь возможность контролировать несколько индивидуальных потреблений мощности в пределах установки, дополнительные затраты, являющиеся результатом мультиплицирования счетчиков потребления электрической мощности, могут стать реальным препятствием к внедрению системы реального контроля индивидуального потребления. Возможности такого мультиплицирования счетчиков может также препятствовать недостаток доступного пространства во многих общих электрических распределительных щитах, в настоящее время устанавливаемых в частных домах.

Кроме того, были проведены исследования по выявлению типа нагрузки в установке с помощью математического анализа специфики питающего тока такой установки. Патенты и/или патентные заявки US 2010/0287489, JP 2003/070186, WO 2010/037988, WO 2001/177696, ЕР 2000780, ЕР 2026299, W0 1010/014762 отражают это исследование. Решения, которые предложены в них, являются сложными с точки зрения средств программного обеспечения и дорогостоящими, фактически не обеспечивая возможность доступа абонента к индивидуальным потреблениям оборудования, составляющего часть его электрической установки.

Сущность изобретения

Задачей изобретения является по меньшей мере обеспечение снижения затрат на доступ к информации об индивидуальном потреблении электроэнергии, составляющем часть общего измеряемого потребления электроэнергии в электрической установке переменного тока.

В соответствии с изобретением эта задача решается способом указанного выше типа, содержащим этапы, на которых:

а) обнаруживают изменение потребления электроэнергии в установке, и

b) считывают информацию, относящуюся к электрическому току в конкретной ветви среди упомянутых ветвей, с помощью измерительного преобразователя, установленного в этой конкретной ветви, затем

с) с использованием информации, считанной с помощью измерительного преобразователя, установленного в конкретной ветви, устанавливают указание, согласно которому упомянутое изменение произошло в этой конкретной ветви, затем

d) с использованием как данных из измерений, выполненных на основной входной питающей линии до изменения, и данных из измерений, выполненных на основной входной питающей линии после изменения, в дополнение к упомянутому указанию, определяют индивидуальное конкретное потребление в упомянутой конкретной ветви.

Некоторые нагрузки всегда потребляют ту же самую энергию, если их питание не отключено. В других видах нагрузок, потребляемая мощность может варьироваться между несколькими различными значениями, но она всегда варьируется ступенчато.

Было установлено, что, при условии, что характер нагрузок в электрической установке принимается во внимание, индивидуальное потребление мощности нагрузки, присоединенной в одной из нескольких ветвей, может быть выведено, в то время как никакие измерения не доступны для набора электрических параметров, характеризующих работу этой нагрузки. В некоторых случаях, в частности, потребление мощности нагрузкой, подсоединенной в одной из нескольких ветвей, может быть выведено путем контроля изменений, влияющих на это потребление. Оно может быть выведено из измерений значений, характеризующих полную электрическую мощность питания набора ветвей до и после таких изменений и, возможно, из других измерений.

Однако, доступность измерения величин, характеризующих полную электрическую мощность питания для набора из нескольких ветвей, является обычным случаем в распределении электроэнергии. Этот случай особенно касается электрических установок, в которых несколько фидеров соединены с тем же самым подводом, соединенным с сетью распределения электрической мощности общего пользования, и в которых этот подвод оснащен счетчиком потребления электрической мощности. В таком случае изобретение позволяет упростить оснащение измерительными приборами конкретной ветви, потребление которой должно контролироваться. В частности, такие измерительные приборы могут быть сведены к датчику тока, если используется только контроль изменений, влияющих на потребление в ветви. Детектор тока, как правило, гораздо дешевле и является менее громоздким, чем счетчик потребления электрической мощности. То же самое имеет место в случае датчика тока или амперметра.

Способ определения потребления электрической мощности может включать в себя один или более других предпочтительных признаков, отдельно или в комбинации, в частности, тех, которые определены ниже.

Предпочтительно, этап d) содержит подэтапы, на которых:

d1) путем объединения упомянутого указания и таблицы, устанавливающей по меньшей мере одно соответствие между по меньшей мере конкретной ветвью и по меньшей мере одним способом из набора нескольких способов определения индивидуального потребления энергии в ветви, выбирают способ из набора способов определения индивидуального потребления,

d2) с использованием выбранного способа, определяют конкретное индивидуальное потребление энергии.

Индивидуальные ветви распределения могут быть соединены параллельно. Предпочтительно, в случае, когда источником электрической мощности является источник питания переменного тока, конкретный способ из набора содержит способ выполнения во времени и записи измерений полного питающего напряжения нескольких ветвей, измерений значений силы и фазового сдвига полного питающего тока группы из нескольких ветвей и измерений силы конкретного индивидуального тока, протекающего в конкретной ветви из группы ветвей. Предпочтительно, конкретный способ содержит этап, на котором:

е) с использованием измерения по существу постоянного полного напряжения в течение изменения, измерений значений силы и фазового сдвига полного тока до и после изменения и измерений сил конкретного индивидуального тока до и после изменения, определяют индивидуальную мощность, потребляемую в конкретной ветви.

Предпочтительно, на этапе е), индивидуальную мощность определяют с учетом того, что набор индивидуальных токов, протекающих в ветвях группы, за исключением конкретного индивидуального тока, добавляется к по существу неизменной сумме по окончании изменения, по сравнению с тем, что имеет место до изменения, и что должны выполняться одновременно следующие два условия:

- полный ток до изменения должен быть по существу равен добавлению по существу неизменной суммы к конкретному индивидуальному току перед изменением, и

- полный ток после изменения должен быть по существу равен добавлению по существу неизменной суммы к конкретному индивидуальному току после изменения.

Предпочтительно, на этапе е), исключают аномальное решение из двух возможных решений.

Индивидуальные ветви распределения могут быть соединены параллельно. Предпочтительно, когда источник электрической мощности является источником неизменного тока, конкретный способ из набора содержит действие выполнения измерений полного питающего напряжения группы из нескольких ветвей и измерений силы конкретного индивидуального тока, протекающего в конкретной ветви из группы ветвей, причем конкретный способ содержит этап, на котором:

е) с использованием измерения полного напряжения и измерения силы конкретного индивидуального тока, определяют индивидуальную мощность, потребляемую в конкретной ветви.

Предпочтительно этап е) содержит подэтапы, на которых:

e1) с использованием измерений значений силы и фазового сдвига полного тока до и после изменения и измерений сил конкретного индивидуального тока до и после изменения, определяют упомянутую по существу неизменную сумму индивидуальных токов, как одновременно удовлетворяющую упомянутым двум условиям,

е2) определяют, какой компонент должен быть добавлен к по существу неизменной сумме индивидуальных токов, чтобы получить полный ток, причем этот компонент является определением конкретного индивидуального тока,

е3) вычисляют конкретную индивидуальную мощность, как произведение полного напряжения и конкретного индивидуального тока.

Предпочтительно, на подэтапе е1), упомянутую по существу неизменную сумму индивидуальных токов определяют путем численного решения системы двух уравнений с двумя неизвестными:

где и являются, соответственно, мерой квадрата силы конкретного индивидуального тока до изменения и мерой квадрата силы конкретного индивидуального тока после изменения,

где X_A и Y_A являются, соответственно, х-осью и у-осью векторного представления полного тока, как измерено до изменения, на векторной диаграмме,

где X_B и Y_B являются, соответственно, х-осью и у-осью векторного представления полного тока, как измерено после изменения, на векторной диаграмме,

и где X_S и Y_S являются двумя неизвестными, являющимися соответственно х-осью и у-осью векторного представления упомянутой по существу неизменной суммы индивидуальных токов на векторной диаграмме до и после изменения.

Предпочтительно, этап е) включает в себя подэтапы, на которых:

- определяют значение АВ силы посредством следующего соотношения:

где I_A и ψ_А являются, соответственно, измеренной силой и фазовым сдвигом полного тока (I) до изменения, и где I_B и ψ_В являются, соответственно, измеренной силой и фазовым сдвигом полного тока после изменения,

- определяют значение ψ₁ угла с помощью следующего соотношения:

,

- определяют значение ψ₂ угла с помощью следующего соотношения:

,

где I_3A и I_3B являются, соответственно, мерой силы конкретного индивидуального тока до изменения и мерой силы конкретного индивидуального тока после изменения.

Предпочтительно, этап е) включает в себя подэтап, на котором:

- конкретную индивидуальную мощность после изменения определяют с помощью следующего соотношения:

где Р_3В и U являются, соответственно, упомянутой конкретной индивидуальной мощностью после изменения и полным питающим напряжением.

Предпочтительно, способ определения потребления мощности включает в себя этап, на котором:

- фазовый сдвиг конкретного индивидуального тока после изменения определяют с помощью следующего соотношения:

где ψ_3Β является фазовым сдвигом конкретного индивидуального тока после изменения.

Предпочтительно, в одном из способов определения индивидуального потребления мощности, индивидуальная мощность, потребляемая в одной из ветвей, определяют как равную разности между полной мощностью, потребляемой в группе ветвей до изменения, и полной мощностью, потребляемой в группе ветвей после этого изменения.

Предпочтительно, в одном из способов определения индивидуального потребления мощности, измеряют индивидуальную мощность, потребляемую в ветви из группы ветвей.

Задачей изобретения также является предоставить систему контроля, которая является системой вышеупомянутого типа и которая содержит вычислительное устройство, выполненное с возможностью:

- обнаруживать изменение в потреблении электрической мощности в установке путем осуществления обмена данными с по меньшей мере одним из устройств, которые являются устройством для выполнения измерения и измерительным преобразователем, и

- контролировать информацию, относящуюся к электрическому току в конкретной ветви, получаемую от измерительного преобразователя, которым оснащена эта конкретная ветвь, затем

- посредством информации, предоставленной измерительным преобразователем, которым оснащена конкретная ветвь, устанавливать указание, что упомянутое изменение произошло в этой конкретной ветви, затем

- с использованием как данных из измерений, выполненных на входной питающей линии до изменения, и данных из измерений, выполненных на входной питающей линии после изменения, и упомянутого указания, определять конкретное индивидуальное потребление мощности в упомянутой конкретной ветви.

Система контроля в соответствии с изобретением может включать в себя один или более предпочтительных признаков, отдельно или в комбинации, в частности, среди тех, которые определены ниже.

Предпочтительно, вычислительное устройство имеет несколько способов, чтобы определить индивидуальное потребление мощности в ветви, и таблицу для установления по меньшей мере одного соответствия между по меньшей мере одной из ветвей и по меньшей мере одним из способов. Предпочтительно, вычислительное устройство выполнено с возможностью выбора конкретного способа среди способов для определения индивидуального потребления путем комбинирования упомянутого указания и таблицы и для определения конкретного индивидуального потребления мощности с использованием выбранного конкретного способа.

Предпочтительно, для электрической установки переменного тока, система контроля приспособлена для выполнения во времени и записи измерений полного питающего напряжение группы из нескольких ветвей, измерения значений силы и фазового сдвига полного питающего тока группы из нескольких ветвей и измерений силы конкретного индивидуального тока, протекающего в конкретной ветви из группы ветвей. Предпочтительно, вычислительное устройство содержит средство для определения индивидуальной мощности, потребляемой в конкретной ветви, с использованием измерения по существу неизменного полного напряжения в течение изменения, измерений значений силы и фазового сдвига полного тока до и после изменения и измерений силы конкретного индивидуального тока до и после изменения.

Предпочтительно, средство для определения индивидуальной мощности выполнено с возможностью определять эту индивидуальную мощность с учетом того, что набор индивидуальных токов, протекающих в ветвях группы, за исключением конкретного индивидуального тока, добавляется к по существу неизменной сумме по окончании изменения, сравнительно с тем, что имеет место до изменения, и что должны одновременно выполняться следующие два условия:

- полный ток перед изменением должен быть по существу равен добавлению по существу неизменной суммы к конкретному индивидуальному току перед изменением, и

- полный ток после изменения должен быть по существу равен добавлению по существу неизменной суммы к конкретному индивидуальному току после изменения.

Предпочтительно, вычислительное устройство содержит средство для исключения аномального решения из двух возможных решений.

Предпочтительно, для электрической установки постоянного тока, система контроля выполнена с возможностью выполнения измерений полного питающего напряжения группы из нескольких ветвей и измерений силы конкретного индивидуального тока, протекающего в конкретной ветви из группы ветвей. Предпочтительно, вычислительное устройство содержит средство для определения индивидуальной мощности, потребляемой в конкретной ветви, с использованием измерения полного напряжения и измерения силы конкретного индивидуального тока.

Предпочтительно, вычислительное устройство содержит средство для определения индивидуальной мощности, потребляемой в одной из ветвей, как равной разности между полной мощностью, потребляемой в группе ветвей перед изменением, и полной мощностью, потребляемой в группе ветвей после этого изменения.

Предпочтительно, вычислительное устройство выполнено с возможностью осуществления способа, как определено выше.

Еще одной задачей изобретения является предоставить электрическую установку, которая представляет собой установку указанного выше типа, которая имеет систему контроля, как определено выше. Устройство для выполнения измерений установлено во входящей питающей линии. Конкретная ветвь среди ветвей оснащена измерительным преобразователем.

Краткое описание чертежей

Из прилагаемых фигур на фиг. 1 представлена упрощенная схема электрической установки в соответствии с предшествующим уровнем техники.

Другие преимущества и признаки станут более очевидными из следующего описания конкретных вариантов осуществления изобретения, приведенных только в качестве не ограничивающих примеров и представленных на прилагаемых чертежах, на которых представлено следующее:

Фиг. 2 - упрощенная электрическая схема электрической установки в соответствии с изобретением;

Фиг. 3 - блок-схема последовательности операций способа, который соответствует изобретению и который реализован в объеме контроля индивидуальных потреблений, являющихся частями общего потребления электрической установки по фиг. 2;

Фиг. 4 - векторная диаграмма, иллюстрирующая способ действия для определения одного из вышеупомянутых индивидуальных потреблений, в способе согласно изобретению;

Фиг. 5 - векторная диаграмма, продолжающая показанное на фиг. 4 и далее показывающая дополнительные детали касательно операции, включенной в способ, иллюстрируемый на фиг. 4;

Фиг. 6 - векторная диаграмма, продолжающая показанное на фиг. 4 и далее показывающая дополнительные детали касательно возможного пути реализации способа, схематично представленного на фиг. 4.

Описание предпочтительного варианта осуществления изобретения

Электрическая установка 1, подходящая для осуществления способа в соответствии с изобретением, показана на фиг. 2. Для ясности, фиг. 2 упрощена и некоторые обычные компоненты на ней опущены. В частности, представлена только одна фаза, в то время как нейтраль не показана.

Электрическая установка 1 может принадлежать конечному потребителю и быть расположена в квартале или здании, таком как жилое здание или офисный квартал, где имеется несколько различных нагрузок, которые должны получать питание, и где должны выполняться потребности по распределению электрической мощности. Эта электрическая установка 1 может, в частности, быть таковой для частного дома или для жилых зданий.

Электрическая установка 1 снабжается источником электрической мощности с переменным синусоидальным током 2, к которому она подключена посредством входящей питающей линии или подвода 3 и который может быть, например, сетью распределения электрической мощности общего пользования.

Несколько фидеров подключены к подводу 3. Каждый из них формирует часть одной или нескольких ветвей 4, питаемых параллельно, в которых подключены нагрузки 5, которые должны получать электропитание. В показанном примере имеется четыре таких ветви 4. Очевидно, что их число может отличаться от четырех.

Подвод 3 оснащен счетчиком 6 потребления электрической мощности, который измеряет во времени несколько параметров, характерных для полного электропитания группы ветвей 4, а именно, полное питающее напряжение U и значения силы и фазового сдвига полного питающего тока I, протекающего в подводе 3. Устройство для выполнения тех же самых измерений, что и выполняемые счетчиком 6, может быть использовано вместо последнего, не будучи непосредственно счетчиком потребления электрической мощности.

Одна или более ветвей 4 могут быть оснащены, каждая, датчиком тока или амперметром 7. В представленном примере амперметр 7 измеряет интенсивность индивидуального тока I₃ в ветви 4.

Одна или более ветвей 4 могут быть оснащены, каждая, датчиком тока 8. В представленном примере датчик 8 тока обнаруживает, протекает или нет индивидуальный ток I₃ в ветви 4.

Одна или более ветвей 4 могут быть оснащены, каждая, счетчиком 9 потребления электрической мощности, который может быть идентичным счетчику 6. В представленном примере счетчик 9 потребления измеряет во времени мощность, потребляемую в ветви 4, где протекает ток I₄. Он также может измерять различные параметры, характерные для электрической питающей мощности в этой ветви 4, и обеспечивать возможность определения мощности, потребляемой в ней.

Каждый из элементов оборудования, образуемых амперметром 7, датчиком 8 тока и счетчиком 9 потребления электрической мощности, имеет по меньшей мере один измерительный преобразователь, преобразующий электрический параметр в электрический сигнал, представляющий измерение или другой элемент информации.

Одна или более ветвей 4 могут не иметь такого измерительного преобразователя, что может быть результатом того, что их потребление мощности не контролируется, или соответствовать случаю, когда это потребление может быть выведено без информации из соответствующей ветви 4. В показанном примере устройство измерения или обнаружения отсутствует в ветви 4, в которой протекает ток I₁.

Ссылочная позиция 10 обозначает общую панель низкого напряжения, где находятся различные электрические устройства, в том числе счетчики 6 и 9 потребления электрической мощности, амперметр 7 и детектор 8 тока.

Система 11 связи позволяет центральному электронному блоку 12 измерений осуществлять связь с приборами измерения и детектирования, т.е. счетчиками 6 и 9 потребления электрической мощности, амперметром 7 и детектором 8 тока. Центральный блок 12 измерений собирает и записывает по времени, то есть в течение всей работы электрической установки 1, данные, поступающие из приборов измерения и детектирования. Предпочтительно, передача 13 данных выполняется посредством беспроводной связи, такой как радиочастотная связь, что имеет место в представленном примере. Однако связь 13 между измерительными приборами и центральным блоком 12 может быть проводной или смешанной.

Данные, собранные центральным блоком 12, записываются в память 14 этого центрального блока 12, который также содержит вычислительное устройство 15 для их обработки.

Счетчики 6 и 9 потребления электрической мощности, амперметр 7, детектор 8 тока, система 11 связи и центральный блок 12 измерений вместе образуют всю или часть системы, которая соответствует изобретению и которая более точно является системой контроля функционирования электрической установки 1.

Центральный блок 12 оснащен по меньшей мере одним портом 16 ввода/вывода, посредством которого он может осуществлять связь с внешним устройством, таким как компьютер администрирования, контроля и/или управления, посредством которого оператор заполнял данные в таблице 18 вычислительного устройства 15, в частности, в соответствии с типами нагрузок 5а, 5b, 5с и 5d в ветвях 4 и в соответствии с тем, каким образом эти ветви 4 соответственно оснащены измерительными приборами.

Нагрузка 5а, подключенная в ветви 4, где протекает ток I₁, имеет постоянный импеданс. Она потребляет активную мощность и/или реактивную мощность, каждая из которых либо равна нулю, когда отключена, либо равна по существу фиксированному значению. Это значение является, кроме того, единственным значением в электрической установке 1, которое записывается в таблице 18 посредством классификации ветви 4, в которой протекает ток I₁, согласно первой категории. Если изменение полной мощности, потребляемой этой установкой 1, равно вышеупомянутому единственному значению, то известно, что это изменение мощности должно быть отнесено к ветви 4, в которой протекает ток I₁.

Нагрузка 5b, соединенная с ветвью 4, где протекает ток I₂, имеет постоянный импеданс. Она потребляет активную мощность и/или реактивную мощность, каждая из которых равна либо нулю, когда отключена, либо равна по существу фиксированному значению. Это значение является, кроме того, единственным значением в электрической установке 1, которое записывается в таблице 18 посредством классификации ветви 4, в которой протекает ток I₂, согласно второй категории.

В ветви 4, где протекает ток I₃, изменения потребления мощности выполняются ступенчато, из-за характера ее нагрузок 5c. Другими словами, мощность, потребляемая в этой ветви 4, является по существу постоянной между двумя изменениями, что записывается в таблице 18 посредством классификации ветви, в которой протекает ток I₃, согласно третьей категории.

В ветви 4, где протекает ток I₄, потребляемые активная мощность и/или реактивная мощность могут изменяться постепенно в течение длительных промежутков времени, что записывается в таблицу 18 посредством классификации ветви, в которой протекает ток I₄, согласно четвертой категории.

Таблица 18 заполняется, когда выполняется этап конфигурации, оператором и/или вычислительным устройством 15, и на котором проводятся исследования для классификации каждой из наблюдаемых ветвей 4 как относящихся к одной из упомянутых выше первой, второй, третьей и четвертой категорий.

Вычислительное устройство 15 выполняет процесс, логика которого показана на фиг. 3. На первом этапе 20 этого процесса, вычислительное устройство 15 контролирует появления изменений, влияющих на силы токов в ветвях 4 и/или полное потребление электрической установки 1. Когда такое изменение обнаруживается, вычислительное устройство 15 переходит к этапу 21, на котором оно выполняет фильтрацию для различения значительных и продолжительных изменений от других незначительных и/или временных изменений.

Значительные изменения определяются как превышающие предопределенный порог, выбираемый с учетом различных данных, таких, как тип использования электрической установки 1. Временные изменения определяются как имеющие длительность больше, чем предопределенная задержка времени, например, приблизительно от 2 до 3 с. В случае, если получен отрицательный ответ на вопрос о том, является ли обнаруженное изменение существенным и продолжительным, вычислительное устройство 15 возвращается к этапу 20 контроля. В противоположном случае запускается этап 22.

На этом этапе 22 вычислительное устройство 15 определяет, в какой ветви 4 произошло изменение потребления мощности. Если изменение произошло в ветви, в которой протекает ток I₁, вычислительное устройство делает вывод, что изменение потребления полной мощности установкой 1, по существу, равно мощности, которую потребляет только нагрузка 5a, когда она активна. В других случаях вычислительное устройство 15 определяет происхождение изменения потребления из информации, предоставленной детектором 8 тока, амперметром 7 и счетчиком 9.

Вычислительное устройство 15 имеет в распоряжении несколько способов 30, 31, 32 и 33 для определения индивидуальной мощности, потребляемой в ветви 4. Каждый из этих способов действия от 30 до 33 подходит для случая среди тех, которые соответствуют первой, второй, третьей и четвертой выше упомянутым категориям.

Когда оно узнает, в какой ветви 4 изменилась потребляемая мощность, вычислительное устройство 15 выбирает способ действия 30, 31, 32 или 33, который будет использоваться для определения потребления мощности в этой ветви 4. Чтобы сделать это, все еще на этапе 22, вычислительное устройство 15 обращается к таблице 18, которая является таблицей соответствия, и где одна из вышеуказанных четырех категорий назначается каждой наблюдаемой ветви 4, то есть один из способов действия 30-33. По окончании этапа 22, вычислительное устройство 15 действует в соответствии со способом действия 30, 31, 32 или 33, который оно выбрало.

Способ 30 для определения индивидуальной мощности походит для ветвей 4, в которых изменения потребления мощности выполняются ступенчато, ввиду характера их нагрузок. Другими словами, он подходит, когда мощность, потребляемая в ветви 4, является по существу постоянной между двумя изменениями.

Способ 30 для определения индивидуальной мощности будет теперь описан в случае изменения потребления в ветви 4, в которой протекает ток I₃. На этапе 40 этого способа действия 30 вычислительное устройство 15 отвечает на вопрос о том, был ли индивидуальный ток I₃ нулевым или нет до изменения.

Если да, то выполняется упрощенный расчет на этапе 41, который состоит в определении индивидуального потребления мощности в нагрузке 5с после изменения как равного изменению полной мощности, потребляемой электрической установкой и определяемой счетчиком 6 потребления мощности, или только из его измерений параметров, характерных для полной питающей электрической мощности группы ветвей 4, то есть значений напряжения, силы тока и фазового сдвига этой питающей мощности.

Если индивидуальный ток I₃ не был нулевым до изменения, то вычислительное устройство 15 выполняет этап 42, на котором оно определяет новую индивидуальную мощность, потребляемую в ветви 4, в которой протекает этот ток I₃, при этом оно действует таким образом, как объясняется ниже с помощью векторной диаграммы на фиг. 4.

Этот способ действия учитывает то, что электрическая установка 1 снабжается по существу синусоидальным током с малыми или отсутствующими гармоническими искажениями. В случае гармонических искажений, индивидуальная мощность, определенная вычислительным устройством 15, будет менее точной.

По меньшей мере в формулах вычисления мощности, представленных ниже и/или в прилагаемой формуле изобретения, упоминаемые значения напряжения и силы являются действующими (среднеквадратичными) значениями.

Представленное вектором на фиг. 4 напряжение на выводах каждой ветви 4 является полным питающим напряжением U установки 1. Изменение потребления мощности имеет очень незначительное, то есть несущественное влияние на него. Поэтому считается, что это полное напряжение U не изменилось при изменении потребления мощности. С другой стороны, это изменение влияет на полный ток I таким же образом, как на индивидуальный ток I₃.

На фиг. 4, вектор и вектор являются, соответственно, графическим представлением полного тока I и графическим представлением индивидуального тока I₃ в то же самое время, которое представляет собой первое время перед изменением. Вектор и вектор являются, соответственно, графическим представлением полного тока I и графическим представлением индивидуального тока I₃ в другое время, которое представляет собой второе время после изменения. Как первое, так и второе время выбраны вне соответствующего изменения фазы. Другими словами, каждое из них находится в стабилизированной и постоянно работающей фазе электрической установки 1, так что переходные процессы исключены.

Значения напряжения, силы и фазового сдвига, измеренные счетчиком 6, определяют векторы , и , которые, следовательно, известны. В противоположность этому, параметры, характеризующие индивидуальный ток I₃, не измеряются. Фактически, измеряются только силы, за исключением фазовых сдвигов, что касается индивидуального тока I₃.

Изменение мощности произошло только в ветви 4, где протекает ток I₃. Поэтому набор индивидуальных токов, протекающих в других ветвях 4, за исключением индивидуального тока I₃, добавляется к по существу неизменной сумме между первым временем перед изменением потребления мощности и вторым временем после этого изменения. В данном примере эта сумма является суммой токов I₁ и I₂. Ее графическим представлением на фиг. 3 является вектор , где О – начало ортонормированной системы координат.

Так как этот вектор является тем же самым до и после изменения, то должно быть одновременно удовлетворено следующее:

+ = (=) и

+ = (=)

Это показано на фиг. 4.

Нормой вектора является измерение I_3A силы I₃ тока до изменения. Нормой вектора является измерение I_3B силы I₃ тока после изменения. Точка S является пересечением двух окружностей, а именно, окружности с центром А и с радиусом I_3A силы тока I₃, как измерено до изменения, и окружности с центром В и c радиусом I_3B силы тока I₃, как измерено после изменения.

На основе вышеизложенного, первый способ действия заключается в численном решении следующей системы двух уравнений с двумя неизвестными:

(1)

X_A и Y_A являются декартовыми координатами вектора в вышеупомянутой ортонормированной системе координат, у которой только начало координат О представлено для ясности.

X_B и Y_B являются декартовыми координатами вектора в той же ортонормированной системе координат.

X_S и Y_S являются двумя неизвестными и являются декартовыми координатами вектора , вновь в той же ортонормированной системе координат.

Вычислительное устройство 15 может решить систему (1) уравнений с двумя неизвестными с помощью математического метода численного разложения, основанного на постепенном изменении X_S и Y_S под контролем соответствующего критерия сходимости.

Например, численный метод определения точки S может заключаться в перемещении шаг за шагом по одной из указанных двух окружностей, которые являются окружностью с центром А и с радиусом I_3A силы и окружностью с центром В и c радиусом I_3B силы. На каждом шаге по одной из окружностей проверяется, находится ли или нет местоположение в непосредственной близости от другой окружности.

Следует отметить, что система (1) имеет два решения, которые соответствуют точкам S и S' на фиг. 4. Точка S' соответствует физически аномальному решению, которое должно быть исключено, чтобы сохранить только другое решение, которое соответствует точке S.

Исключение точки S' может быть выполнено путем вычисления, для каждой из точек S и S', активной и реактивной мощностей до и после наблюдаемого изменения мощности и сохранения только одной из двух точек S и S', для которой эти мощности удовлетворяют следующим критериям:

- активные мощности до и после изменения мощности должны быть положительными, учитывая, что нагрузки 5с предполагаются потребляющими, но не предоставляющими активную мощность,

- реактивные мощности до и после изменения мощности должны иметь тот же знак и соответствовать характеру нагрузки или нагрузок 5с в ветви 4, т.е. положительный в случае емкостных нагрузок 5с и отрицательный в случае индуктивных нагрузок 5с.

Как только точка S определена, вектор и значения силы и фазового сдвига, характерные для нового тока I₃ легко определяются, используя следующее соотношение: =-.

Новая мощность P_3B, то есть после изменения и потребленная в ветви 4, в которой протекает ток I₃, затем вычисляется вычислительным устройством 15, как скалярное произведение векторов и : Ρ_3В = ·. Прежняя мощность Р_3А в этой ветви 4 также может быть рассчитана аналогичным образом, а именно с помощью соотношения Ρ_3А = ·.

Фиг. 6 иллюстрирует геометрические и тригонометрические соотношения, которые используются вторым способом действия, чтобы определять мощность, потребляемую в ветви 4, где протекает ток I₃. Вместо первого способа действия, описанного выше, или в дополнение к нему, вычислительное устройство 15 может реализовать этот второй способ действия, который основан на аналитическом вычислении и который будет рассмотрен ниже.

В треугольнике АОВ, показанном на фиг. 5, имеем следующее соотношение:

(2)

I_A и I_B, соответственно, являются мерой силы прежнего полного тока I (до изменения) и мерой силы нового полного тока I (после изменения).

Из соотношения (2) получаем следующее равенство:

(3)

ψ_А и ψ_В являются, соответственно, мерой фазового сдвига прежнего полного тока I и мерой фазового сдвига нового полного тока I.

Согласно второму способу действия, вычислительное устройство 15 определяет значение AB силы, используя равенство (3).

Кроме того, имеем следующее соотношение:

P_B – P_A = (4)

P_A – прежняя полная мощность, потребляемая электрической установкой 1, то есть набором ветвей 4, как измеряется счетчиком 6 до изменения. P_B является новой полной мощностью, потребляемой этой электрической установкой 1, как измеряется счетчиком 6 после изменения. U представляет собой меру полного напряжения на выводах группы ветвей 4.

Из соотношения (4), получаем следующее равенство:

(5)

Согласно второму способу действия, вычислительное устройство 15 определяет значение угла ψ₁ с использованием равенства (5).

В треугольнике ABS, показанном на фиг. 6, получаем следующее соотношение:

(6)

Из равенства (6), получаем следующее равенство:

(7)

В соответствии со вторым способом действия, вычислительное устройство 15 определяет значение угла ψ₂ с помощью равенства (7).

Кроме того, имеется следующее соотношение

(8)

Из соотношения (8) получаем следующее равенство:

(9)

Согласно второму способу действия, вычислительное устройство 15 использует равенство (9) для определения новой индивидуальной мощности P_3B в ветви 4, где протекает ток I₃.

Конечно, используемые формулы могут иметь другую форму, отличную от равенств (3), (5), (7) и (9), оставаясь при этом в рамках второго способа действия, который был пояснен выше. Например, равенства (3), (5), (7) и (9) могут объединяться в направлении сокращения используемых формул. Следует отметить, что равенство (3) может быть включено в равенство (5) и в равенство (7), в то время как эти равенства (5) и (7) могут быть включены в равенство (9) .

Вычислительное устройство 15 может также определять фазовый сдвиг ψ_3В нового тока I₃, то есть тока I₃ после изменения, с помощью следующего соотношения:

(10)

Вычислительное устройство 15 может также определить прежнюю индивидуальную мощность P_3A, то есть мощность, потребляемую до изменения, в ветви 4, где протекает ток I₃. Чтобы сделать это, оно может использовать следующее соотношение:

Р_3А=Р_3В–(Р_В–Р_А)(11)

Вычислительное устройство 15 может также определить новую индивидуальную реактивную мощность Q_3B, то есть реактивную мощность после изменения, в ветви 4, где протекает ток I₃. Чтобы сделать это, оно может использовать следующее соотношение:

(12)

Вычислительное устройство 15 может также определить прежнюю индивидуальную реактивную мощность Q_3A, то есть реактивную мощность до изменения, в ветви 4, где протекает ток I₃. Чтобы сделать это, оно может использовать следующее соотношение:

Q_3A = Q_3B – (Q_B – Q_A)(13)

Подобно первому способу действия с использованием численного решения, второй способ действия на основе тригонометрического разложения дает два решения, которые соответствуют точкам S и S' на фиг. 5. Эти два решения возникают из того факта, что вычисление арксинуса в формуле (5) может дать положительное или отрицательное значение. Аномальное решение, соответствующее точке S', исключается во втором способе действия, как это делалось в первом способе действия.

Из приведенного выше описания в случае одной фазы, способ 30 действия для определения индивидуальной мощности может быть распространен без особого труда на случай электрической установки для многофазных токов. Для ясности, их распространение на этот случай электрической установки для многофазных токов далее подробно не описывается.

Способ 31 для определения индивидуальной мощности подходит в случае ветви 4, которая оснащена детектором тока или другими средствами для обнаружения протекания или не протекания тока и которая имеет нагрузку фиксированного импеданса. В показанном примере, способ 31 для определения индивидуальной мощности подходит для оценивания индивидуальной мощности, потребляемой нагрузкой 5b. При этом способе 31, индивидуальная мощность в ветви 4, содержащей нагрузку 5b, рассчитывается как равная изменению полной мощности во время изменения потребления в этой ветви 4, если протекание тока I₂ обнаружено после изменения. Полная мощность является мощностью, потребляемой всеми ветвями 4. Она измеряется счетчиком 6 потребления электрической мощности или выводится из измерений, выполненных последним. При отсутствии тока I₂, мощность, потребляемая в ветви 4, содержащей нагрузку 5b, считается нулевой.

Способ 32 для определения индивидуальной мощности используется в случае нагрузки, имеющей непостоянный импеданс, который может постепенно изменяться. В показанном примере, способ 32 для определения индивидуальной мощности используется, чтобы определять индивидуальную мощность, потребляемую нагрузкой 5d. В этом способе 32, индивидуальная мощность в ветви 4, имеющей нагрузку 5d, измеряется счетчиком 9 потребления электрической мощности или выводится из измерений, выполненных последним.

Предпочтительно, счетчик 9 потребления электрической мощности может быть откалиброван с использованием измерений, выполненных счетчиком 6 потребления электрической мощности и упрощенного вычисления 41, которое включает в себя способ 30 для определения индивидуальной мощности. Калибровка счетчика 9 потребления может быть в форме коррекции, выполняемой вычислительным устройством 15, на уровне этого вычислительного устройства, на полученных результатах измерений, а не на уровне счетчика 9 потребления. Эта калибровка может выполняться во время первоначального ввода в эксплуатацию счетчика 9 потребления в электрической установке, а затем с регулярными интервалами. За счет этого счетчик 9 потребления может быть менее точным, при условии, что он формирует истинную меру. В частности, счетчик 9 потребления может не калиброваться на заводе и быть более дешевым.

Способ 33 для определения индивидуальной мощности подходит в случае ветви 4, которая имеет нагрузку одиночного фиксированного импеданса во всей электрической установке 1. В показанном примере, способ 33 для определения индивидуальной мощности подходит для оценивания индивидуальной мощности, потребляемой нагрузкой 5а. В этом способе 33, индивидуальная мощность в ветви 4, содержащей нагрузку 5а, вычисляется как равная изменению полной мощности в наборе ветвей 4, если это изменение имеет положительный знак и находится в диапазоне одной мощности, которую может потреблять нагрузка 5а. Когда изменение полной мощности имеет отрицательный знак и находится в диапазоне этой одной мощности, мощность, потребляемая в ветви 4, содержащей нагрузку 5а, рассматривается как нулевая.

Индивидуальная мощность, потребляемая в ветви 4, вычисляется путем интегрирования по индивидуальной мощности, которая была оценена или измерена в этой ветви 4 одним из способов 30-33. Интеграция индивидуальной мощности по времени использует запись хронологии изменений потребления мощности в ветвях 4.

Согласно одной альтернативе, соответствующей изобретению, электрическая установка 1 является установкой постоянного тока, которая подключена к источнику 2 электропитания, обеспечивающему напряжение постоянного тока. В этом случае приборы измерения и детектирования адаптированы соответственно, и этап 42 упрощен. Конечно, нет фазового сдвига для измерения или определения иным образом. На упрощенном этапе 42, мощность, потребляемая в ветви 4, в которой протекает ток I₃, определяется из измерения силы этого тока I₃ и из измерения полного питающего напряжения U группы ветвей 4, как произведение одного на другое. Мощность в ветви 4, в которой протекает ток I₄, может быть получена таким же образом, так что эта ветвь 4 может быть оснащена одним амперметром. Способ 31 для определения индивидуальной мощности сходен в случае переменного тока и постоянного тока. То же самое справедливо для способа 33 определения индивидуальной мощности.

Изобретение не ограничено вариантами осуществления, описанными выше. В частности, при использовании в объеме источника питания переменного тока, изобретение не ограничивается случаем однофазного переменного тока, а вместо этого может быть реализовано в электрических установках для многофазных токов. Кроме того, объем изобретения охватывает как среднее, так и высокое напряжение, а также низкое напряжение, даже если пример, описанный выше, относится к области низкого напряжения.