SE515272C2 - System och sätt för styrning av elektrisk effekt - Google Patents

Description

515 272 Vidare är eluttag i allmänhet säkrade med en säkring som är dimensionerad mot en gruppcentrals fassäkring. För att gardera sig mot överbelastning på fassäkringen, dimensione- ras eluttagets säkring lägre än vad som är nödvändigt, vilket är en nackdel, då systemet inte till fullo kan utnyttjas.

QEEElNNlN§EN§_§XEIE Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett system för styrning av elektrisk effekt, som förhindrar överbelastning av elnätet, samtidigt som det optimerar systemets prestanda.

Ytterligare ett ändamål är att åstadkomma ett styrsystem, som är enklare och billigare än kända system.

§AMMNEAllNlN§ Ovannämnda ändamål uppnås genom ett system för styrning av elektrisk effekt som tillförs eluttag anslutna till ett elektriskt nät, vilket system innefattar en central styr- enhet, organ för överföring av information mellan styr- enheten och eluttagen och ett flertal mellan det elektriska nätet och eluttagen anslutna mottagarenheter, och en belastningsövervakare anordnad att avkänna strömmen i resp. fas hos en till nätet ansluten gruppcentral och kopplad till styrenheten för att reglera den till resp. eluttag tillförda elektriska effekten i beroende av den aktuella belastningen på resp. gruppfas, så att överbelastning av gruppcentralens fassäkringar undvikes, vilket kännetecknas av en fasavkännare anordnad i mottagaren och förbunden med nätet, vilken fasavkännare medelst på fasavkännarens ut- gångar anordnade grindorgan synkroniserar en identifika- tionssignal med nätspänningens fasläge, så att en positiv fas hos nätspänningen medför styrning av ett första eluttag och en negativ fas hos nätspänningen medför styrning av ett andra eluttag. 515 272 Med detta nya styrsystem kommer investeringskostnaden att bli betydligt lägre, då man kan komplettera befintliga el- uttag med systemet, och blir det betydligt svårare att "stjäla" el. Det finns även ett antal merfunktioner, såsom debiteringssystem och styrning av systemet via telenätet.

Dessutom känner belastningsövervakarna av belastningen och styr resp. eluttag efter behov. På det här sättet kan man öka effektuttaget från varje eluttag.

Systemet kan användas på ställen, där man har ett antal eluttag för "uthyrning", såsom parkeringsplatser med motor- värmaruttag, campingplatser, husvagnsplatser etc.

Information överförs företrädesvis från styrenheten till mottagarenheterna medelst på nätspänningen överlagrade, FSK-modulerade signaler.

O N V G Uppfinningen kommer att närmare beskrivas såsom exempel, med hänvisning till bifogade ritning, på vilken: fig. 1 är ett översiktsschema i blockform över styrsystemet enligt uppfinningen, fig. 2 är ett blockschema över en styrenhet ingående i styrsystemet i fig. 1, fig. 3 är ett blockschema över en mottagarenhet ingående i styrsystemet i fig. 1, och fig. 4 är ett blockschema över en belastningsövervaknings- enhet ingående i styrsystemet i fig. 1, varvid inkopplingen av en strömtransformator visas i fig. 4A. 515 272 Eögfipßggug UTFQmugsEoRr/IER Nedan beskrives föredragna utföringsformer av uppfinningen i form av ett system för styrning av elektrisk effekt som tillförs användare av motorvärmaruttag på en parkerings- plats.

I fig. 1 visas systemet enligt uppfinningen innefattande en styrenhet 10, som via en kabel ll är ansluten till en mätarcentral 18 mellan en ingående kabel 19 och efter- följande kablar 13 i ett 230V-nät. Vidare innefattar sys- temet ett flertal mottagarenheter 12, som även dessa är anslutna till 230V-nätet efter gruppcentraler 16 hos nätet 13 och vilka styr eluttag på de olika nätfaserna. Slutligen innefattar systemet en belastningsövervakare 14, vilken via ledningar 15 är ansluten till gruppcentralernas 16 fas- ledningar. Styrenheten och belastningsövervakaren kan vara inbördes förbundna via en ledning 17, men information kan också överföras via 230V-nätet 13, vilket kommer att närma- re beskrivas nedan.

Styrenheten 10, vilken visas mer i detalj i fig. 2, inne- fattar en mikroprocessor 20 av konventionell typ, såsom en processor ur familjen 8051. Till processorn är ett antal konventionella minneskretsar 34, 36, 38 anslutna, vilka innehåller program, parametrar etc. för administrering av signalöverföringen, samt elektronikkretsar - en HF-genera- tor 80 och en effektförstärkare 82 - för generering av en högfrekvent, genom frekvensskiftning modulerad (FSK-module- rad) styrsignal, som sänds ut på 230V-nätet 13 via för- bindelsen 11. Processorn kan även vara kopplad till belast- ningsövervakaren 14 via ledningen 17.

Styrenheten 10 innefattar även en knappsats 22, en siffer- display 24 samt indikatorer 26 för manövrering av anlägg- ningen. Dessutom finns seriell port 28 för koppling till en överordnad styrdator, t.ex. en PC 30. 515 272 5 Styrenheten innefattar även en till 230V-nätet 13 ansluten strömförsörjningsenhet 39 för 5- och 35-voltsmatning.

Styrenheten 10 kan antingen användas fristående för regle- ring eller styras som slavenhet till den överordnade PC:n 30, som används i de fall ytterligare funktioner skall kopplas till systemet, t.ex. telefonmanövrering. Med den överordnade PC:n, som kan ha ett modem 32 anslutet, kan systemet manövreras direkt eller fjärrmanövreras via modem- et från en (ej visad) knappsatstelefon. Till PC:n kan även andra periferi-enheter, såsom kredit- eller betalkorts- läsare etc., vara kopplade.

Mottagarenheterna 12, av vilka en visas mer i detalj i fig. 3, är placerade i eluttagsboxar på parkeringsplatsen. De innefattar på en till ingången ansluten FSK-demodulator 56, vilken mottager en FSK-modulerad signal överlagrad på en av elnätets faser, demodulerar denna signal och tillför denna demodulerade signal till en pulsavkodare 58. Denna pulsav- kodares utgång är via grindlogik 62A, 62B av OCH-typ för- bunden med två tidkretsar 50A, 50B, som styr ett resp. relä 52A, 52B. Grindlogikens andra ingångar är förbundna med utgången på en fasavkännare 60, vars ingång är ansluten till 230V-nätet.

I mottagarenheten finns också en till pulsavkodaren an- sluten kodvalsomkopplare 64 för inställning av gällande ID- kod samt en strömförsörjningskrets 65 för 5V-matning av elektroniken.

Systemet enligt uppfinningen utnyttjar digital signalöver- föring, genom att det via ordinarie nätspänningsledningar sänder digital information med hjälp av en på nätspänningen överlagrad FSK-modulerad högfrekvenssignal. Denna styr- signal ligger lämpligen i frekvensområdet 125-140 kHz. 515 272 Signalöverföringen från styrenheten 10 till mottagaren- heterna 12 sker på så sätt, att för varje eluttag 54A, 54B som skall vara tillslaget sänds ett antal (5-7 st) pulståg ut från styrenheten, vilka består av en identifikationskod (ID-kod) för en resp. mottagarenhet 12 . Tidsutsträckningen för ett sådant pulståg är ca 8 ms.

Då pulsavkodningskretsen 58 i en mottagarenhet 12 detekte- rar korrekt ID-kod, vilket kräver identifiering av minst 4 st pulståg, avger den en triggpuls till resp. tidkrets 50A, 5OB, som därvid styr sitt resp. relä 52A, 52B. Detta slår i sin tur till spänningen på ett motsvarande eluttag 54A, 54B. Tidkretsen håller reläet tillslaget i ca 15 s, som är systemets normala cykeltid, inom vilken tidsperiod en ny ID-kod måste tas emot för att hålla spänningen till el- uttaget kontinuerligt tillslagen. Även om i fig. 1 endast ett begränsat antal mottagarenheter visas, kan upp till ca 100 st anslutas med den i det föl- jande angivna cykeltiden för systemet, 15 s. Med förläng- ning av cykeltiden kan antalet utökas ytterligare.

Genom att styrsignalerna (pulstågen) medelst fasavkännaren 60 synkroniseras med nätspänningens fasläge kan en demodu- lator och avkodningskrets fås att styra två elförbrukare, i detta fall reläer 52A, 52B, vilka styr mätningen av elekt- risk effekt från nätet till två eluttag 54A resp. 54B.

Detta är fördelaktigt då varje uttagsbox på en parkerings- plats oftast har just två eluttag.

För att styra (slå till) det första eluttaget, 54A, sänds styrsignalen under den positiva halvperioden av nätspän- ningen och för att styra det andra eluttaget, 54B, sker sändning under den negativa halvperioden. Med hjälp av fasavkänningsanordningen 60 för nätspänningens fas grindas medelst grindelementen 62A, 62B triggpulsen från pulsavkod- ningskretsen 58 antingen till tidkretsen för det första 515 272 eluttaget 54A eller till tidkretsen för det andra eluttaget 54B.

För att åstadkomma ovannämnda synkronisering, måste i systemet finnas lagrad information om på vilken fas i ett 3-fasssystem resp. mottagare är inkopplad. Denna informa- tion, tillsammans med vissa andra data avseende systemets uppbyggnad, lagras vid installation av anläggningen i EEPROM-minnet 36 i styrenhetens mikroprocessordel (se fig. 2). Alternativt kan samtliga mottagarenheters elektronik vara inkopplade på en viss bestämd fas.

I systemet är, såsom framgår av fig. 1, en belastnings- övervakare 14 inkopplad mellan gruppcentralerna 16 och styrenheten 10. På exempelvis en parkeringsplats med el- uttag är strömförsörjningen vanligtvis uppdelad på ett antal grupper, där varje fas i allmänhet är säkrad med en säkring på 25-40 Ampere. Varje sådan fassäkring (grupp) matar ett antal eluttag 54.

En belastningsövervakare 14, vilken visas i blockschemaform i fig. 4, tillförs information om resp. fas medelst en belastningsavkännare 70 i form av en strömtransformator, som är inkopplad på en resp. fas för varje fassäkring enligt ovan, se fig. 4A. Själva belastningsövervakaren 14 innefattar en mätpunktsväljare (mätselektor) 72, som cyk- liskt avkänner de olika anslutna faserna och tillför in- formation om belastningen på dessa till en A/D-omvandlare 75 via en förstärkare 73 och en detektor 74. Mätlogik innefattande A/D-omvandlaren 75 för omvandling av mät- värdena till digitala signaler och en till A/D-omvandlaren ansluten micro-controller 76 för administrering och kon- troll av mätsekvensen behandlar denna information och överför den till styrenheten 10.

Belastningsövervakaren 14 är normalt kopplad direkt via kabel 17 till styrenheten 10, om denna är placerad i an- 515 272 slutning till gruppcentralerna, varvid mätvärden överföres seriellt till styrenheten. Informationen kan även överföras via 230V-nätet 13 genom att en överlagrad, högfrekvent signal utnyttjas på samma sätt som vid informationsöver- föringen från styrenheten 10 till mottagarenheterna 12. I detta fall måste belastningsövervakaren 14 vara förbunden till 230V-nätet 13 via en HF-generator 90 och en effekt- förstärkare 92 för sändning och en FSK-demodulator 94 och en pulsavkodare 96 för mottagning. Belastningsövervakaren har, liksom mottagarenheterna 12, en egen, företrädesvis fast ID-kod, med vilken den beordras sända nästa mätvärde.

Mätvärdena sänds cykliskt tillsammans med aktuellt mät- punktsnummer som ett pulståg.

Slutligen innefattar belastningsövervakaren även en ström- försörjningsenhet 78 för 5- och 35-voltsmatning till kret- Sârfia .

Belastningsövervakaren 14 mäter och kontrollerar kontinuer- ligt samtliga mätvärden cykliskt mot ett inprogrammerat gränsvärde. Vid sändning av mätvärden tillbaka till styr- enheten 10, prioriteras företrädesvis de mätvärden som överstiger gränsvärdet.

Med hjälp av ovanstående mätvärden kan styrenheten 10, som dessutom måste ha lagrad information avseende på vilken grupp varje eluttag är inkopplat, med lämplig program- algoritm styra till/från-status för förbrukare anslutna till eluttagen på ett sådant sätt, att överbelastning av fassäkringen undviks. Principen för denna styrning är följande: de olika till eluttagen anslutna användarna har ett användningsschema, som är lagrat i styrenhetens minnes- kretsar. Dessa scheman kan vara i förväg fastlagda eller kan ändras medelst exempelvis ovannämnda knapptelefoner.

Den föredragna algoritmen är att i första hand slå av sådana användare som har senare användningstid inprogramme- rad och i andra hand fördela effekten cykliskt, så att 515 272 varje eluttag får vara tillslaget en viss tid och att maximala antalet tillslagna användare begränsas så att säkringen ej överbelastas.

Vid en alternativ föredragen utföringsform skickas beord- ringssignaler från styrenheten 10 till mottagarenheterna 12, vilka beordrar till- eller frånslag av resp. eluttag.

Detta skiljer sig från den ovan beskrivna utföringsformen, där endast beordring av tillslag skickas och mottagar- enheterna 12 slår från eluttagen i avsaknad av denna beord- ringssignal. Denna senare utföringsform har den fördelen, att mindre information behöver skickas, vilket möjliggör anslutning av fler eluttag utan att systemets cykeltid förlängs.

Vid ytterligare en utföringsform innefattar mottagar- enheterna 12 även organ för avkänning av aktuell belastning och organ för överföring av information rörande denna till belastningsövervakaren, som, utgående från summan av samt- liga belastningar på en fas, kan avgöra huruvida över- belastning av denna fas riskeras. Detta ger ett dyrare, men mer flexibelt system än de ovan nämnda. Även om föredragna utföringsformer av uppfinningen beskri- vits i ovanstående exempel, kan systemet enligt upp- finningen varieras inom ramen för bifogade patentkrav.

Exempelvis kan systemet användas inom industrin och hemmet för att övervaka effektförbrukningen i ett antal grupper av elförbrukare, så att överbelastning av huvudsäkringar undvikes.

Claims (8)

515 272 10 Patentkrav

1. System för styrning av elektrisk effekt som till- förs eluttag (54A, 54B) anslutna till ett elektriskt nät, vilket system innefattar en central styrenhet (10), organ (ll, 16) för överföring av information mellan styrenheten och eluttagen och ett flertal mellan det elektriska nätet och eluttagen anslutna mottagarenheter (12), och en belast- ningsövervakare (14) anordnad att avkänna strömmen i resp. fas hos en till nätet ansluten gruppcentral (16) och kopp- lad till styrenheten (10) för att reglera den till resp. eluttag (54A, 54B) tillförda elektriska effekten i beroende av den aktuella belastningen på resp. gruppfas, så att överbelastning av gruppcentralens fassäkringar undvikes k ä n n e t e c k n a t a v en i mottagarenheten (12) anordnad fasavkännare (60) för- bunden med nätet (13), vilken fasavkännare medelst på fasavkännarens utgångar anordnade grindorgan (62) synkroni- serar en identifikationssignal med nätspänningens fasläge, så att en positiv fas hos nätspänningen medför styrning av ett första eluttag (54A) och en negativ fas hos nätspän- ningen medför styrning av ett andra eluttag (54B).

2. System enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att information överförs från styrenheten (10) till mottagarenheterna medelst på nätspänningen överlagrade, FSK-modulerade signaler.

3. System enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda modulerade signaler moduleras med en frekvens på 125-140 kHz.

4. System enligt något av krav 1-3, k ä n n e - t e c k n a t a v att information överförs cykliskt från styrenheten (10) med en cykeltid på 15 s. 515 272 ll

5. System enligt något av krav 1-4, k ä n n e - t e c k n a t a v att vid sändning av mätvärden tillbaka till styrenheten (10) prioriteras de mätvärden som över- stiger ett i förväg bestämt gränsvärde.

6. System enligt något av krav 1-5, k ä n n e - t e c k n a t a v att det i första hand slår från sådana användare som har senare användningstid inprogrammerad och i andra hand fördelar effekten cykliskt, så att varje el- uttag (54A, 54B) får vara tillslaget en viss förutbestämd tid och att maximala antalet tillslagna användare begränsas så att säkringen ej överbelastas.

7. System enligt något av krav 1-6, k ä n n e - t e c k n a t a v i anslutning till nämnda gruppcentral (16) anordnade organ (70) för avkänning av belastningen på till gruppcentralen anslutna faser, vilka organ (70) är förbundna med belastningsövervakaren (14).

8. System enligt något av krav 1-6, k ä n n e - t e c k n a t a v i mottagarenheterna (12) anordnade organ för avkänning av aktuell belastning och organ för överföring av information rörande denna till ett i belast- ningsövervakaren (14) anordnat organ inrättat att, utgående från summan av samtliga belastningar på en fas, avgöra huruvida överbelastning av denna fas riskeras.