Оценка перспектив автоматизированных систем коммерческого учета электроэнергии

В современном мире одним из важнейших способов передачи и потребления энергии является электричество, об этом и свидетельствуют пункты из прогноз долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2030 года [1], в котором важную роль отводят энергоэффективности и месте энергетических систем в экономике России.

Можно сделать вывод, что с развитием технологий и необходимости в поддержке нарастающего уровня энергопотребления будет иметься необходимость в соответствующем росте качества систем учета энергии.

Чтобы оценить перспективность систем коммерческого учета электроэнергии следует провести анализ текущей ситуации на современном рынке.

Для начала определимся с общей схемой функционирования такой системы и ее составляющими.

Рассмотрим автоматизированную систему коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ) одного из российских производителей.

Рисунок 1 – Схема АСКУЭ для розничного рынка электрической энергии

На рисунке 1 показана типичная схема построения АСКУЭ, на которой мы видим несколько функционально отличающихся элементов.

На нижнем уровне, устройствах, наиболее близко расположенных к потребителям, стоят однофазные потребительские счетчики, на следующем уровне, выше, стоят трехфазные счетчики, которые являются коммутационным звеном между потребительскими счетчиками. Данные трехфазовые счетчики моно подключить к более функционально мощным счетчикам, либо к модему-коммуникатору, который будет передавать данные о потреблении и качестве энергии в центр сбора.

Рассмотрим подробнее возможные способы передачи информации между звеньями такой системы.

Связь между счетчиками пользователей и агрегирующими информацию устройствами может быть, как проводной, так и беспроводной.

Основной беспроводной технологией передачи данных на рынке АСКУЭ, для близких расстояний является ZigBee.

В отличии от широко распространенного в быту Wi-Fi, у ZigBee есть ряд преимуществ, которые позволяют получить максимальную полезность в соотношении качества передачи данных и ценой разработки и производства.

Основные отличия ZigBee от Wi-Fi:

• -    ZigBee является сетевой технологией, ориентированной на mash сети, с помощью этого, сеть может быть построена без определенного центрального элемента, что особенно важно при переконфигурировании энергетической сети, также это позволяет получать более стабильный сигнал в плохих условиях передачи данных, поскольку такая сеть сама себя

настраивает, учитывая качество сигнала, поступающего от различных узлов

• -    Энергопотребление такого способа передачи данных гораздо ниже, чем у Wi-Fi, что позволяет гарантировать длительную автономность

устройств в случае непредвиденных ситуаций

• -    спецификация ZigBee оговаривает криптографическую защиту данных,

и широко регулируемую политику безопасности

• -    модули ZigBee имеют относительно не высокую цену, что уменьшает

себестоимость приборов

На рисунке 2 показаны уровни стека ZigBee.

Рисунок 2 – Уровни стека ZigBee

Также связь на нижнем уровне может быть организованна и проводным способом. Одним из более интересных примеров является PLC. Данный вид связи наиболее предпочтителен на близких расстояниях в электроизмерительном оборудовании, потому что данные передаются по силовой линии на которой подключено устройство.

Сеть может передавать голос и данные, накладывая аналоговый сигнал поверх стандартного переменного тока частотой 50 Гц или 60 Гц. PLC включает BPL (Broadband over Power Lines), обеспечивающий передачу данных со скоростью до 500 Мбит/с, и NPL (Narrowband over Power Lines) со значительно меньшими скоростями передачи данных до 1 Мбит/с.

Данный вид связи является экономически обоснованным, но время необходимое на построение сети, обнаружение устройств значительно выше, чем при использовании витой пары или аналогичных rs-485 сетей.

Обычно счетчики на уровне потребителей собирают информацию о потребляемой энергии, активной, реактивной, прямой и обратной.

Счетчики уровнем выше имеют более защищенную конструкцию, например, в них устанавливаются электромагнитные датчики, при влиянии на которые поступает сигнал диспетчеру, о попытке несанкционированного доступа, также для этого ставят оптические датчики закрытия и открытия крышки счетчика, информация о данных событиях может храниться до 180 суток.

После того, как данные агрегируют и передаются в центр для обработки, как правило они поступают в ОРС-сервер.

OPC (OLE for Process Control) - семейство программных технологий, предоставляющих единый интерфейс для управления объектами автоматизации и технологическими процессами. Многие из OPC протоколов базируются на Windows-технологиях: OLE, ActiveX, COM/DCOM. Такие OPC протоколы, как OPC XML DA и OPC UA, являются платформонезависимыми.

Создание и поддержку спецификаций OPC координирует международная некоммерческая организация OPC Foundation, созданная в 1994 году ведущими производителями средств промышленной автоматизации.

В случае АСКУЭ, к ОРС-серверу подключаются клиенты, в выше описанной схеме это служба сбора событий(тревог), а также служба сбора данных, которая сохраняет и анализирует все электрические параметры, получаемые счетчиками.

В состав АСКУЭ обычно входят счетчики, имеющие телеуправление и телесигнализации, для управления которыми развертывается программный комплекс диспетчера, на мнемосхеме которого в удобном виде отображаются события в системе, а также происходит телеуправление устройствами.

Опираясь на вышесказанное, а также анализируя прогноз долгосрочного развития РФ до 2030 года, где делается упор на качество электроэнергии, то можно сказать, что в будущем будет актуально внедрение систем, более подробно отслеживающих параметры качества электрической энергии, поскольку сейчас это не является основной задачей АСКУЭ, но вред, который может быть нанесен не качественным электричеством высок.

Рассматривая государственные стандарты РФ последней редакции 2013 года и сравнивая с тем, что было в стандартах 2010 года (таблица 1), можно сделать вывод, что со временем все больше параметров электрической энергии придется учитывать, поскольку их влияние на долговечность оборудования нельзя отрицать.

В таблице приведен сводный анализ параметров. Которые были изменены в ГОСТ 13109-97[2], ГОСТ Р 54149-2010[3] и ГОСТ 32144―2013[4].

Таблица 1

Сводная таблица сравнения ГОСТов определяющих ПКЭ

Параметры для сравнения	ГОСТ 13109-97	ГОСТ Р 54149-2010	ГОСТ 32144―2013
отклонение частоты - интервал усреднения	20 секунд	10 секунд	10 секунд
медленные изменения напряжения — интервал усреднения	1 минута	10 минут	10 минут
несимметрия напряжений - интервал усреднения	3 секунды	10 минут	10 минут
значения коэффициентов гармонических составляющих напряжения	От 2й до 40го порядка	До 40го порядка	До 40го порядка
гармонические составляющие	3 секунды	10 минут	10 минут

напряжения - интервал усреднения
Отчётный период по параметрам	1 день	7 дней	7 дней
Длительность провала напряжения	Находится по формуле в расчете за год	до 1 мин	до 1 мин
прерывания напряжения, определяемые как падение напряжения ниже 5 % опорного напряжения во всех фазах	-	+	+
таблицы классификации провалов напряжения, прерываний напряжения и перенапряжений	-	+	+
процедуры выполнения измерений, обработки и представления результатов	-	+	+
режимы наименьших и наибольших нагрузок	+	-	-
Значения коэффициентов гармонических составляющих напряжения для гармоник	-	Есть таблица до гармноник 25го порядка	Есть таблица до гармноник 25го порядка, а для последующих все коэффициенты одинаковы

Также в плане программного обеспечения прослеживается четкая тенденция к масштабированию систем, переходу на web основу, позволяющая увеличивать доступ пользователей к информации об энергии, а также создавать инфраструктуру программного обеспечения, экосистему, в которой будут органично смотреться все уровни программного стека обеспечивающего получение, хранение и анализ данных.