Принципы организации и функционирования автоматизированных систем коммерческого учёта электроэнергии

Рахманин Евгений Геннадиевич,студент. Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования «Кубанский Государственный Технологический Университет».Армавирraxman4eg@mail.ru

Моногаров Сергей Иванович,доцент. Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования «Кубанский Государственный Технологический Университет». Армавирzxc6072@yandex.ru

Аннотация.В статье освещены вопросы, связанные с основными принципами организации и функционирования автоматизированных систем коммерческого учёта электроэнергии(АСКУЭ).Ключевые слова:учёт электроэнергии,АСКУЭ, сбор данных, счётчик электроэнергии.

В связи с курсом на модернизацию и внедрение энергосберегающих технологий, повышающих эффективность производства,а такжетенденцией к удорожаниюэнергоносителей, в крайние годы наметились значительные изменения в отношении организации учёта потребления электроэнергиив энергоёмких отраслях народного хозяйства и промышленности.Промышленные предприятия стремятся к модернизации и реорганизации своего прежнего энергоучёта. Потребители становятся заинтересованы в том, чтобы осуществлять расчёты с поставщиком энергоресурсов на основе результатов высокоточного и технологичного современного учёта, а не на основе морально устаревших или недостаточно точных средств измерения или по какимто условным нормам и договорным величинам. Точный учёт обеспечивает снижение потерь, финансовых затрат и экономию электроэнергии.Всё это обеспечивается с помощью автоматизированных систем коммерческого учёта электроэнергии (АСКУЭ).Также АСКУЭ позволяет бороться с воровством электроэнергии, ведь по приблизительным оценкам ежегодно в России разворовывается до 10

12 млрд.кВт/ч электроэнергии.Современный автоматизированный энергоучёт минимизирует участие человека на этапах измерения, сбора и обработки данных, он позволяет добитьсягибкий,достоверный,адаптируемый к различным тарифным системам,учёт.Для этого и создаются автоматизированные системы контроля и учёта энергоресурсов –АСКУЭ.Тенденции наших дней связаны с внедрением АСКУЭ на промышленных предприятиях и полным контролем надэнергопотреблением.АСКУЭпозволяет решать следующие задачи:1) Контроль показателей качества поставляемой электроэнергии.2) Сбор иобработка данных о полученной, отпущенной, произведённой и распределённой мощности, а также хранение их в базах данных.3) Обработка накопленных данных с последующим формированием отчётов и архивов.4) Диагностика технического состояния и контроль подсистем учёта.5) Организация многотарифного учёта прихода и расхода электроэнергии.6) Контроль соблюдениялимитов потребления электроэнергии.7) Сигнализация о выходе контролируемых параметров за допустимые пределы.По своему назначению АСКУЭ можно разделить на технические и коммерческие системы. Коммерческие системы необходимы, чтобы осуществить коммерческий учёт потреблённой электроэнергии, а технические –обеспечивают контроль распределения энергии по подразделениям предприятия, например по цехам. Нередко функции технического и коммерческого учёта совмещаются в одной системе. Такое совмещение обусловлено реструктуризацией самих предприятий, развитием рыночных отношений, появлением отдельных самостоятельных производств, но связанных общей системой энергоснабжения.Вышесказанное означает, что системы коммерческого и технического учёта могут быть реализованы как раздельно, так и в рамках одной АСКУЭ. Для коммерческого учёта характерно наличие небольшого количества точек, в которых контролируются потоки энергии, в этих точках должны устанавливаться приборы высокой точности, кроме того сами средства учёта непременно должны входить в государственный реестр измерительных средств. На системы коммерческого учёта обязательно устанавливаются пломбы, что делает невозможным внесение в них изменений со стороны персонала, обслуживающего предприятие. Технический же учёт довольно легко подвергается изменениям, в соответствии с нуждами производственного процесса. Так как на производстве потоки энергии могут иметь сильную разветвлённость, то и системы технического учёта имеют множество точек, в которых осуществляется снятие показаний. В этих системах не требуется обязательное пломбирование, что позволяет персоналу предприятия оперативно вносить изменения в систему, в случае надобности, а также не обязательно использование только средств, входящих в государственный реестр средств измерений. Это позволяет ставить приборы невысокой степени точности, для экономии средств, но может породить проблемы с ведением энергобаланса.Существует несколько вариантов реализации АСКУЭ, самые распространённые из них можно привести здесь.1. АСКУЭ, в которых процедура опроса счётчиков производится посредством оптического порта.Один из наиболее простых вариантов, при котором счётчики не имеют каналов связи между собой и с центром сбора данных. Опрос счётчиков происходит при обходе их оператором через оптический порт, с помощью программы, записанной на переносном компьютере, создающей файлс результатами проведённого опроса.На компьютере в центре сбора данных имеются программы, которые создают файл задания на проведение опроса и записывают полученные данные в базу данных.Во время опроса происходит синхронизация времени счётчиков со временем переносного компьютера, которое, в свою очередь, синхронизируется со временем центра сбора данных в процессе приёма файла задания на опрос. Иногда переносной компьютер может быть одновременно и центром сбора данных, если есть необходимость насколько это возможно сэкономить финансовые средства на создание АСКУЭ. Достоинствами данного способа являются простота организации системы и относительная дешевизна. К недостаткам можно отнести невозможность использования счётчиков с импульсным выходом, а также большие затраты времени и сил на сбор данных.2. АСКУЭ, в которых опрос счётчиков производится переносным компьютером через модем, преобразователь интерфейсов либо мультиплексор.Между счётчиками и центром сбора данных отсутствует постоянная связь. Счётчики объединяются общей шиной (например, общепромышленным интерфейсом RS485) на УСПД или мультиплексор. Опрос счётчиков происходит с помощью программы, записанной на переносном компьютере, создающей файл с результатами проведённого опроса. На компьютере в центре сбора данных имеются программы, которые создают файл задания на проведение опроса и записывают полученные данные в базу данных. Во время опроса происходит синхронизация времени счётчиков со временем переносного компьютера, которое, в свою очередь,синхронизируется со временем центра сбора данных в процессе приёма файла задания на опрос. В таком исполнении системы роль центра сбора данных также может выполнять сам переносной компьютер. По сравнению с предыдущим способом данный вариант реализации более дорогостоящ, так как требует подключения счётчиков к УСПД, а следовательно затрат на соединяющий интерфейс и сами УСПД, но снижает затраты времени на сбор данных, так как за раз считываются показания сразу группы приборов и позволяет использовать счётчики с импульсными выходами.3.АСКУЭ, в которых опрос счётчиков производится автоматически локальным центром сбора данных.Счётчики постоянно связаны с центром сбора данных каналами связи через УСПД. С заданным периодом происходит автоматический опрос счетчиков, и полученные данные записываются в базу данных. Синхронизация времени счётчиков со временем компьютера, выполняющего роль центра сбора данных выполняется в процессе опроса. Данный вариант при реализации выходит дороже предыдущих, но обеспечивают большую степень автоматизации, контроля и централизации.4. Многоуровневая АСКУЭ для распределённого по значительной площади объекта.При таком способе центры сбора данных делят на два иерархических уровня. Часть счётчиков подключается к центрам сбора данных первого (нижнего) уровня через постоянные каналы связи, и опрос происходит как в третьем способе, а часть счётчиков не имеет постоянной связи и опрашивается как во втором способе, т.е. с помощью переносного компьютера. Информация,полученная от счётчиков,записывается в базы данных центров сбора первого уровня и там обрабатывается. Центры сбора данных второго (верхнего) уровня обеспечивают дополнительную обработку, упорядочение и структурирование информации и записывают её в свои базы данных. Центры сбора данных второго уровня автоматически запрашивают данные из центров сбора первого уровня с заданной периодичностью.Связь между центрами сбора первого и второго уровней осуществляется по каналам связи, например соединением по локальной сети. Несмотря на удорожание данного варианта организации АСКУЭ по сравнению с предыдущими, он обеспечивает достаточно высокую степень контроля за процессами потребления и распределения электроэнергии и позволяет формировать достаточно информативные базы данных.В странах СНГ часто встречается типоваясхема построения систем АСКУЭ с различностепенью централизации, на первом иерархическом уровне которойнаходятся устройства сбора и передачи данных (УСПД), принимающие информацию от счётчиков, через интерфейс RS485, либо RS282. Также можно передавать информацию от счётчиков к УСПД используя радиосвязь, CANинтерфейсили использовать PLCсвязь(связь по силовым линиям в сетях 0,4кВ). УСПД могут иметь разную укомплектованность каналами вводавывода информации и каналамисвязи, различнуювычислительную мощностьсвоих микропроцессоров, могут применяться такжеупрощённыеустройства, предназначенныетолько дляпередачи данных (УПД —устройства передачи данных), но промежуточным звеном всегда являются именно УСПД. Устройства УСПД поканалусвязи (интернет, радиосвязь,сотовая связь,волоконнооптическая связь и т.д.) передают данные непосредственно на сервер АСКУЭ, который является вторым иерархическим уровнем системы. Он осуществляет сбор и сведение данных в единую базу данных(БД), а также предоставление данных на клиентские машины. Система основывается на принципе «клиент —сервер».Для наглядности можно привести схему АСКУЭ железных дорог, взятую из [1]:

Рисунок 1. Структура АСКУЭ железных дорог.Условные обозначения: УСПД –устройство сбора и передачи данных; УПД –устройство передачи данных; РЧ –радиочастотный канал (150 МГц); ЭЧ –электрическая часть.При использовании для связи между счётчиком и УСПД интерфейса RS232 сигнал передаётся в виде двоичного кода, в котором логическому нулю соответствует положительное напряжение от +5 до +15 В, а логической единице –отрицательное напряжение от 5 до 15 В. Существенным недостатком, значительно ограничивающим применение данного интерфейса, является очень маленькое расстояние, на которое можно передавать данные –порядка 15 метров.Интерфейс RS485, достаточно широко распространённый в промышленных сетях,представляет собой витую пару, снабжаемую в некоторых случаях экранирующей оплёткой. При этом логический ноль обозначается напряжением между проводниками одной полярности, а логическая единица –другой полярности. Передачу данных возможно осуществлять на болеедальние, по сравнению с RS282, расстояния –около километра.Связь по силовым линиям –PLC. Она позволяет осуществлять передачу данных на расстояние порядка пары километров. Основной проблемой такой связи являются помехи, возникающие в сети и искажающиепередаваемую информацию, а также износ сетей и наличие большого количества контактных соединений. Надёжность связи зависит от метода модуляции. Достаточно широко используется метод частотной модуляции, при котором логические нуль и единица обозначаются гармоническим сигналом определённой частоты, передаваемым в течение некоторого промежутка времени.CANинтерфейс. Может выполняться на любом физическом носителе –радиоволны, оптоволоконный кабель, на чаще всего в виде проводников. Изза разных вариантов физической среды интерфейса двоичные значения описываются не как нуль и единица, а в терминах «доминантный» и «рецессивный», при этом от физической среды требуется, чтобы доминантный бит при передаче подавлял рецессивный, так например, в оптическом волокне доминантному биту должен соответствовать свет, а рецессивному –его отсутствие. Стандарт не устанавливает скорость передачи, также в нём расстояние, на которое можно передать данные, обратно пропорционально скорости передачи, например, при использовании в качестве физического носителя витой пары, при изменении скорости передачи с 1 Мбит/с до 10 кбит/с расстояние передачи возрастёт с 40 метров до 5000.Целесообразность применения того или иного интерфейса зависит от сферы применения АСКУЭ. Так, например, для бытового сектора характерны большое количество точек и учёта и относительно небольшие расстояния между ними. В этом случае зачастую наиболее рациональным решением будет использование PLCсвязи, с целью экономии на физических носителях для каналов связи.Если необходимо обеспечить высокую устойчивость к помехам и возмущениям и высокое качество связи, то целесообразно применение соединений посредством витой пары (например, RS485 или CAN). При большом расстоянии между точками учёта и их сильном разбросе будет целесообразно использовать GSMсвязь.На морально устаревших индукционных счётчиках имеется телеметрический выход.В самом счётчике установлен импульсный датчик, посылающий импульсы, их частота следования пропорциональна частоте вращения диска, а та в свою очередь зависит от потребляемой мощности. Импульсы поступают в двухпроводную линию связи. Для интеграции таких счётчиков в системы АСКУЭ используются специальные электронные схемы –адаптеры, осуществляющие преобразование импульсной последовательности в нужный интерфейс, например RS232 или RS485.При проектировании современных АСКУЭ такие счётчики практически не используются в силу очевидных преимуществ электронных счётчиков.Данные, которыми обмениваются счётчик и УСПД, отправляемые к серверу АСКУЭ, формируются в пакеты, главным признаком пакета является непрерывность потока передаваемой информации. Перерыв в потоке на определённое время является признаком окончания пакета.Счётчик является подчинённым элементом и отправляет данные, когда приходит сигнал о начале опроса от УСПД, само же УСПД настраивается с сервера АСКУЭ.При получении от УСПД пакета запроса, счётчик в ответ отправляет пакет с содержимым ячеек своей памяти, в которые записаны несколько наиболее важных параметров.Согласно данным компании «Инкотекс» [2], в зависимости от типа нтерфейса счётчики могут передавать на УСПД следующие данные:При использованииинтерфейсов RS485 и CAN, GSMмодемаили GSMшлюза, после которого находятся счётчики

–данные об учтённой электроэнергии, профиль мощности (при условии наличия его у счётчика), параметры сети (I, U, P, cosφ и т.д.), данные журналов событий и данные журналов показателей качества электроэнергии (ПКЭ).При использовании PLCсвязи или GSMшлюза, после которого находятся концентраторы –данные об учтённой электроэнергии по каждому из тарифов.

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎