Системы контроля и учета электрической энергии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Беспроводные сети передачи данных

2. АСКУЭ «ЭМИС-ЭЛЕКТРА»

3. АСКУЭ на базе технологии ZigBee

4. АСКУЭ на базе КТС «МИКРОН»

5. Сети стандарта GSM/GPRS

Вывод

Введение

Быстрые темпы развития экономики с учётом рыночных методов хозяйствования диктуют очень жёсткие требования к учету потребления электроэнергии.

Данные требования однозначно и в полном объёме могут быть удовлетворены за счёт создания самых современных высокотехнологичных автоматизированных систем контроля и учёта электроэнергии (АСКУЭ).

Сегодня XXI век - век стремительного рывка инфокоммуникационных технологий, поэтому каналами связи пренебрегать ни в коем случае нельзя. Учитывая, что технические средства и, соответственно, технический парк развиваются семимильными шагами, что связано с постоянным усовершенствованием элементной радиоэлектронной базы, телекоммуникационные каналы связи, призванные на сегодня быть средой передачи данных в разнообразных системах управления, в том числе в комплексах автоматизированных систем коммерческого учёта электроэнергии, должны как минимум на шаг опережать необходимые на сегодня потребности (ёмкость, скорость...) систем обмена данными.

Внедрение автоматизированных систем позволит оперативно контролировать и анализировать режимы потребления электроэнергии и мощности основными её потребителями, даст возможность осуществлять оптимальное управление нагрузкой потребителей. Используя АСКУЭ, можно будет собирать и формировать данные на энергообъектах, собирать и передавать на верхний уровень управления информацию, а также формировать на этой основе данные с целью проведения коммерческих расчётов между поставщиками и потребителями электроэнергии. АСКУЭ позволит упростить банковские операции при расчётах с потребителями.

В состав технических средств АСКУЭ входят:

- счётчики электроэнергии, оснащённые датчиками-преобразователями, преобразующими измеряемую электроэнергию в электромагнитные импульсные сигналы или цифровые коды;

- устройства сбора и передачи данных (УСПД), которые призваны обеспечивать сбор информации от счётчиков и передачу её на верхние уровни управления;

- средства обработки информации.

Необходимость и значимость каждого из вышеперечисленных технических средств в успешности работы системы АСКУЭ неоспоримы. Однако телекоммуникационные каналы связи по праву являются одной из основных составляющих частей комплекса АСКУЭ. Отсутствие каналов связи или их неудовлетворительное состояние может послужить не только сдерживающим фактором внедрения АСКУЭ или малоэффективному использованию комплекса, но и, как зачастую происхо¬дит, к выводу системы из строя.

Выбор каналов связи, а так же подбор оборудования должны производиться на стадии проектирования АСКУЭ с учётом требований обеспечения служебной и технологической связи с объектами.

На сегодня в качестве каналов связи находят широкое применение:

- спутниковые системы связи;

- волоконно-оптические линии связи;

- мощные системы мобильной связи;

- беспроводные сети передачи данных (БСПД).

беспроводной сеть счетчик электроэнергия

1. Беспроводные сети передачи данных

БСПД занимают важную нишу в решении задач по построению телекоммуникационной части АСКУЭ. Использование БСПД является прежде всего экономически выгодным, так как зачастую это единственно оправданное решение. Так, примером целесообразности применения БСПД могут быть те случаи, когда кабельные сети отсутствуют или имеют очень низкое качество, либо если услуга передачи данных по телефонным кабелям не предоставляется местными операторами, или слишком дорога, либо абонент значительно удалён от АТС.

БСПД уже давно получили широкое распространение в качестве корпоративных сетей внутри зданий или на территории предприятий индустриального сектора. При этом большинство БСПД работают за пределами зданий, предоставляя услуги высокоскоростной передачи данных для пользователей, находящихся на расстояниях, достигающих десятков километров.

В последнее время все чаще БСПД используются в качестве коммерческих сетей, предоставляющих высокоскоростной доступ в Интернет, услуг виртуальной сети для соединения нескольких филиалов предприятия в пределах региона.

Вопрос проектирования и строительства беспроводных сетей передачи данных для систем АСКУЭ на сегодня является безусловно актуальным.

Зачастую БСПД используются в сетях, включающих проводные средства. Это даёт возможность быстро и экономично решать проблемы, которые возникают в процессе расширения и модернизации чисто кабельных сетей. Именно поэтому беспроводные сети можно считать альтернативной технологией для реализации отдельных сегментов в проектируемой, расширяемой или модернизирующейся сети, предоставляемой не какие-то новые услуги, специфичные для данной технологии, а те же услуги телефонии или передачи данных, что и в кабельных сетях.

Преимущества беспроводной связи

В первую очередь это фактор мобильности, единственное свойство передачи, достижимое только с помощью беспроводных технологий. Отметим, что внутри сети, то есть между узлами и точками доступа, связь может быть организована как посредством проводных, так и посредством беспроводных технологий.

Во-вторых, еще одно важнейшее свойство БСПД - возможность перемещения, что позволяет быстро устанавливать или переустанавливать оборудование БСПД в любом требуемом месте. Попробуйте это осуществить, используя проводные (в том числе волоконно-оптические) сети... В первую очередь, это относится к абонентскому оборудованию, на установку которого на новом месте потребуется максимум один день. БСПД могут развёртываться очень быстро и наращиваться по мере появления новых абонентов. В кабельной сети перемещаемость абонентского оборудоания достигается путём предварительной прокладки кабеля во все точки, где это оборудование в последствии может быть установлено.

Кроме фактора дороговизны и трудоёмкости строительства проводные сети в отличие от БСПД незащищены от различных физических воздействий. Кабели могут быть перерезаны при земляных работах, оборваны при порывах ветра, залиты водой, выкопаны или банально украдены. В большей степени это относится к наружной абонентской разводке. Кабели магистральных линий конструктивно более защищены и лучше охраняются.

Если же говорить об удалённых или труднодоступных местах установки абонентов, для которых прокладывать кабель просто экономически невыгодно, налицо преимущество БСПД.

2. АСКУЭ «ЭМИС-ЭЛЕКТРА»

АСКУЭ «ЭМИС-ЭЛЕКТРА» - это готовое решение, включающее в себя электросчётчики, оборудование для сбора и передачи информации, программное обеспечение.

Область применения системы Система ориентирована на работу в электрораспределительной сети 0.4 кВ и используется для учета и управления потреблением электроэнергии на таких объектах как: ? Отдельные коттеджи; ? Многоквартирные дома; ? Офисы; ? Объекты общественного назначения; ? Производственные и промышленные предприятиях.

Особенности

? Дистанционный сбор данных - система позволяет собирать данные удаленно.

? Управление потреблением электроэнергии -- система обеспечивает автоматическое управление потреблением электроэнергии (отключение/подключение потребителя) в соответствии с заданной программой и сложившейся ситуацией.

? Взаимодействие с внешними системами -- система поддерживает взаимодействие с внешними биллинговыми системами.

? Надежность хранения данных - система позволяет параллельно хранить данные на нескольких серверах. В случае отказа одного сервера - целостность системы сохранится.

? Моментальный опрос показаний потребителей системы.

? Управление перегрузкой потребления - система обеспечивает контроль перегрузки потребления, и автоматическое отключение при превышения порога потребляемой мощности.

? Хранение ежедневных показаний энергоданных.

? Ведение учета по тарифам.

? Синхронизация времени потребления.

? Импортирование в систему подготовленных данных.

Архитектура



Рис. 1

В общем виде архитектура АСКУЭ ЭМИС-ЭЛЕКТРА можно выделить три уровня:

? Уровень I (нижний) - уровень информационно-измерительного комплекса (расчетных счетчиков абонентов и общедомовых счетчиков).

? Уровень II - уровень концентраторов и коммутационного оборудования системы

? Уровень III (верхний) - уровень сервера сбора информации

Информационный обмен между концентраторами (Уровень II) и счетчиками (Уровень I) строится по принципу «master-slave» (главный - подчиненный). Главный - концентратор, подчиненный - счетчик. Обмен (запрос данных) между концентратором и счетчиками происходит как в автоматическом (штатный режим работы по расписанию), так и в ручном режиме (сервисный режим).

Все счетчики установленные в сегменте доступны концентратору, который устанавливается на трансформаторной подстанции и выполняет следующие функции:

? Сбора информации;

? Временного хранения информации;

? Коммуникационные функции.

Безопасность АСКУЭ ЭМИС-ЭЛЕКТРА - это информационная система коммерческого назначения. В связи с этим в ней предусмотрены специальные меры, направленные на обеспечение надлежащего уровня информационной безопасности. В системе реализована политика информационной безопасности, предусматривающая комплексную защиту системы и отдельные ее компонент от потенциальных угроз. Помимо организационных и технических мер в системе используются методы защиты информации в каналах связи - наиболее уязвимом и доступном для злоумышленника звене системы. Также все компоненты системы: счетчики, концентраторы - реализуют в себе функции доступа по настраиваемым паролям.

Параметры системы

? Время опроса электросчетчика -- 10-15 сек;

? Отсутствуют ограничения на физические размеры линий электропередач вследствие применения метода последовательной ретрансляции запросов к оконечным устройствам через промежуточные узлы;

? Возможность получения часовых, суточных и месячных показаний с электросчетчиков;

? Автоматическая синхронизация времени электросчетчиков по времени сервера;

? Учет по абонентам: физическим и юридическим лицам.

3. АСКУЭ на базе технологии ZigBee

Передача данных осуществляется по радиоканалу.

Назначение

Организация автоматизированного учета электроэнергии и управления энергопотреблением абонентов в многоквартирных и частных домах.

Цель внедрения

Снижение экономических потерь за счет:

· оперативного получения информации об энергопотреблении;

· удаленного отключения неплательщиков;

· контроля балансов по дому и трансформаторной подстанции;

· контроля, анализа и исключения потерь и хищений;

· перехода на многотарифную систему оплаты;

· повышения точности измерительных приборов;

· автоматизации сбора данных о потреблении электроэнергии и выписки счетов абонентам (снижение затрат на содержание штата контроллеров);

· своевременное выявление и замена вышедших из строя приборов учета.

Рис. 2 Схема построения: c УСПД,



Рис. 3 Схема построения: без УСПД

Преимущества:

Использование радиоканала для обмена данными со счетчиками не требует дополнительных затрат на создание проводных линий связи. Радиоканал 2,4 ГГц обеспечивает высокую скорость обмена данными между устройствами, сопоставимую с проводными линиями.

Беспроводная технология ZigBee обеспечивает самоорганизацию радиосети и позволяет минимизировать затраты на предпроектное обследование объектов и пусконаладочные работы.

Стандартное решение по организации радиосвязи ZigBee позволяет обеспечить поддержку комплексного учета энергоресурсов путем добавления в систему счетчиков воды, тепла.

Функции:

· автоматизация сбора, хранения, оперативного предоставления и документирования достоверных данных о потреблении электроэнергии и параметров сети;

· ограничение энергопотребления каждого абонента путем предварительного задания лимитов на временные периоды, возможность удаленного отключения абонента;

· диагностика работоспособности оборудования и контроль над внештатными ситуациями;

· отслеживание состояний внешних датчиков (охранных, противопожарных и т. д.), с оповещением оператора об их срабатывании;

· ретрансляция данных на другие уровни системы.

4. Автоматизированная информационно-измерительная система коммерческого учета электроэнергии на базе КТС «МИКРОН»

Одним из основных направлений деятельности предприятия является разработка, производство и внедрение автоматизированных информационно-измерительных систем контроля и учета электрической энергии (АИИС КУЭ) на базе комплекса технических средств «МИКРОН».

Комплекс технических средств «МИКРОН» сертифицирован в государственной системе промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП). Счетчики электроэнергии отвечают требованиям международных стандартов МЭК.

Рис. 4 Вариант АИИС КУЭ на базе КТС «Микрон» с использованием технологий PLC, RF

Основные функции АИИС КУЭ на базе КТС "МИКРОН"

· Считывание с электросчетчиков:

- архивных значений накопленной электроэнергии на начало месяца по 4-м тарифам; - текущих значений накопленной энергии по 4-м тарифам; - текущих значений ПКЭ (при наличии таковых функций в электросчетчике); - получасовых срезов мощности (при наличии таковых функций в электросчетчике).

· Дистанционная запись тарифных расписаний в счетчики электроэнергии.

· Автоматическая коррекция текущего времени для каждого электросчетчика по внутренним часам сервера сбора данных (максимальное рассогласование времени в системе составляет ±30 секунд в сутки).

· Дистанционный сбор данных с УСД на сервер сбора и обрботки данных посредством каналов связи GSM/CSD, GSM/GPRS или Ethernet (Internet) по расписанию или команде оператора.

· Возможность дистанционного отключения/ограничения нагрузки (для электросчетчиков, имеющих данную функцию).

· Считывание журнала событий УСД.

· Организация прозрачного канала связи для работы с электросчетчиками при помощи конфигурационного ПО.

· Определение и регистрация фактов безучетного потребления электроэнергии в системе на основе сведения балансов отпущенной и потребленной электроэнергии за интервалы времени.

· Передача данных о потребленной электрической энергии в биллинговые системы.

· ПО АИИС КУЭ на базе КТС «МИКРОН» использует СУБД MS SQL и может поддерживать до нескольких тысяч точек учета.

Особенности и преимущества АИИС КУЭ на базе КТС "МИКРОН"

· Отображение на экране дисплея, формирование в электронном виде и печать на бумажном носителе выходных форм обработанной информации; формирование баз данных об электропотреблении абонентами в формате, согласованном с энергосбытовой организацией.



Рис. 5 Вариант организации АИИС КУЭ на базе КТС «МИКРОН»: удаленный радиодоступ

· Автоматизированный контроль работоспособности измерительного канала.

· Возможность формирования и отправки сигнала на ограничение потребляемой нагрузки либо отключение потребителя в случае несвоевременной оплаты электроэнергии (согласовывается с Заказчиком).

· Формирование баланса по фидеру и трансформаторной подстанции в заданный период времени.

· Управление счетчиками электроэнергии из любой точки, где есть доступ к ресурсам INTERNET или GSM/GPRS сеть.

· Своевременное выявление неправомерного потребления электроэнергии абонентами.

АИИС КУЭ промышленных предприятий

Крупным потребителям электроэнергии АИИС КУЭ на базе КТС «Микрон» дает следующие преимущества:

· отсутствие необходимости в ручном снятии показаний множества электросчетчиков;

· облегчение ведения многотарифного учета электроэнергии;

· облегчение прогнозирования затрат на электроэнергию;

· контроль качества электроэнергии;

· запись в журнале событий УСПД событий по отключению/включению фидеров, перекосам по токам и напряжению (данную информацию собирает счетчик электроэнергии и передает УСПД);

· возможность автоматической передачи данных о количестве потребленной электроэнергии в энергосбытовую организацию.

Рис. 6 Вариант АИИС КУЭ на базе КТС «Микрон» с использованием PLC технологии

5. Сети стандарта GSM/GPRS

Проводные линии связи обладают надежностью и обеспечивают высокую скорость передачи данных, но их прокладка и эксплуатация в случае построения масштабных сетей требуют значительных затрат. Беспроводные линии связи в большей степени подвержены влиянию помех, но с учетом их гибкости зачастую оказываются предпочтительнее. Очевидно, что при наращивании сети передачи данных гораздо проще изменить имеющуюся конфигурацию беспроводной сети, чем изменять кабельную инфраструктуру. На пути масштабного внедрения беспроводных сетей телеметрии стоят обязательная сертификация и решение вопросов выделения частотных ресурсов. В качестве решения этих проблем можно рассматривать использование существующих сетей стандарта GSM/GPRS, а также нелицензируемого частотного диапазона 433 МГц.

К достоинствам обоих каналов связи относятся сравнительно низкая стоимость абонентского оборудования, быстрота развертывания и отсутствие необходимости в радиочастотном лицензировании.

Общие сведения о системе

Система дистанционного мониторинга счетчиков электрической энергии разработана для автоматизации учета электроэнергии и контроля оборудования. Система осуществляет дистанционный сбор показаний и контроль состояния счетчиков электрической энергии.

Любые устройства, имеющие интерфейс RS-485 и работающие по протоколам, поддерживающим индивидуальную и групповую адресацию, могут быть объединены в беспроводную сеть передачи данных без изменения их программного обеспечения.

Таким образом, беспроводная сеть передачи данных работает как аналог проводного соединения RS-485, где одно ведущее устройство выдает устройствам пользователя индивидуальные и групповые команды, а также следит за их выполнением.

Архитектура системы состоит из локальной сети нижнего уровня нелицензируемого диапазона 433 МГц и глобальной GSM/GPRS сети.

Локальная сеть передачи данных нижнего уровня построена на радиоадаптерах. Радио-адаптеры 433 МГц являются оконечными устройствами, которые подключаются к приборам учета по интерфейсу RS-485, осуществляют управление приборами учета и сбор данных для последующей передачи в центр управления.

Выход в глобальные сети обеспечивает GSM-коммуникатор, который является связующим звеном между диспетчерским сервером и приборами учета электроэнергии, Двухсетевой GSM-коммуникатор обеспечивает выход в GSM/GPRS сеть и осуществляет обмен данными с радиоадаптерами через локальный радиоканал 433 МГц.

Система передачи данных состоит из:

Рис. 7

Конфигурация системы передачи данных

· программного обеспечения верхнего уровня (АСКУЭ), устанавливаемого на персональном компьютере (диспетчерском сервере), имеющем выделенное подключение к Интернету и статический IP-адрес:

· GSM-модема, подключенного к диспетчерскому серверу;

· GSM-коммуникатора, в состав которого входит GSM/GPRS-модуль для соединения с диспетчерским сервером и радиоконтроллер 433 МГц для связи с радиоадаптерами;

· набора радио-адаптеров, которые являются узлами беспроводной сети передачи данных;

· приборов учета электроэнергии, подключенных к радиоадаптерам по интерфейсу RS-485

Описание работы системы

Система передачи данных обеспечивает передачу управляющих команд от диспетчерского сервера на приборы учета электроэнергии и обратную передачу данных от этих приборов.

Диспетчерский сервер с помощью прямого звонка на телефонный номер GSM-коммуникатора (используется GSM-модем) дает последнему команду на установление соединения. В зависимости от типа звонка (в режиме голоса или в режиме данных) GSM-коммуникатор устанавливает соединение с сервером по каналу GPRS/Интернет или по резервному GSM/CSD-каналу.

GSM-коммуникатор

GSM-коммуникатор является основным связующим звеном между диспетчерским сервером и приборами учета электроэнергии. Он соединяет между собой каналы связи -- GSM/GPRS. 433 МГц и RS-485.

GSM-коммуникатор имеет встроенный аккумулятор, который позволяет сохранять работоспособность при пропадании питания в течение не менее 24 часов.

Радио-адаптеры и ретрансляторы составляют нижнее звено в сети передачи данных. Их отличия заключаются в следующем:

· радио-адаптеры являются оконечными устройствами, которые могут принимать данные из центра только по радиоканалу, передавать эти данные приборам учета по интерфейсу RS-485, принимать от приборов учета подтверждение о выполнении команды и передавать это подтверждение в центр по радиоканалу;

· ретрансляторы выполняют все вышеперечисленные функции, а также могут транслировать команды другим устройствам (ретрансляторам или радиоадаптерам) по радиоканалу.

Для повышения надежности работы сети имеется возможность резервирования для ретрансляторов. Для резервирования выбирается радио-адаптер, который расположен рядом с ретранслятором, или устанавливается дополнительный радио-адаптер. Все настройки выполняются дистанционно. В процессе работы резервный ретранслятор может «на лету» подменить основной, при этом не потребуется изменять маршрут передачи данных.

Вывод

Итак, резюмируя вышеизложенное, можно смело сказать, что беспроводные сети предоставляют возможность не только быстро и с высокой степенью надёжности развернуть, расширить или модернизировать существующую телефонную или универсальную сеть передачи данных, обеспечив к ней доступ как удаленных, так и труднодоступных абонентов, но и предоставить новые услуги оптимизированным образом без полной модернизации существующих сетей. Последнее является немаловажным в аспекте построения систем в условиях действующего предприятия.

Размещено на Allbest.ru