Здесь и далее следует понимать аббревиатуру АСКУЭ как «автоматизированные системы контроля и управления энергопотреблением». Таким образом, АСКУЭ - это комплекс технических и программных средств, предназначенных для организации автоматического учета электроэнергии и автоматизированного управления процессом энергопотребления.
За рубежом точный аналог такого общего термина, как "АСКУЭ", отсутствует, и в конкретных областях применяются различные фирменные обозначения типа, например, STOM (Serial Transmition of Original Meter Values - последовательная передача оригинальных показаний счетчиков) фирмы "Landis & Gir". Наиболее близкой к термину "АСКУЭ" является, по- видимому, широко используемая аббревиатура AMR - Automatic Meter Reading (автоматическое чтение счетчиков), а к термину "автоматизация энергоучета" - automation of powerme-tering (of energymetering) или automation of metering of electric power and energy (автоматизация измерения электрической мощности и энергии), или automation of metering of energy carrier (автоматизация измерения энергоносителей).
Использование учета электрической энергии позволяет получить открытую и оперативную картину о расходах электроэнергии и мощности, что является основой для внедрения энергосберегающих технологий. Кроме этого наличие АСКУЭ является необходимым для перехода на качественно новые формы оплаты за электроэнергию.
В структуре АСКУЭ в общем случае можно выделить четыре уровня:
Рисунок 7- Уровни АСКУЭ
* Первый уровень - первичные измерительные приборы (ПИП) (как правило счетчики) с телеметрическими или цифровыми выходами, осуществляющие непрерывно или с минимальным интервалом усреднения измерение параметров энергоучета потребителей (потребление электроэнергии, мощность и др.) по точкам учета;
* Второй уровень - устройства сбора и подготовки данных (УСПД), специализированные измерительные системы или многофункциональные программируемые преобразователи со встроенным программным обеспечением энергоучета, осуществляющие в заданном цикле интервала усреднения круглосуточный сбор измерительных данных с территориально распределенных ПИП, накопление, обработку и передачу этих данных на верхние уровни;
* Третий уровень - персональный компьютер (ПК) или сервер центра сбора и обработки данных со специализированным программным обеспечением АСКУЭ, осуществляющий сбор информации с УСПД (или группы УСПД), итоговую обработку этой информации как по точкам учета, так и по их группам - по подразделениям и объектам предприятия, документирование и отображение данных учета в виде, удобном для анализа и принятия решений (управления) оперативным персоналом службы главного энергетика и руководством предприятия;
* Четвертый уровень - сервер центра сбора и обработки данных со специализированным программным обеспечением АСКУЭ, осуществляющий сбор информации с ПК и/или группы серверов центров сбора и обработки данных третьего уровня, дополнительное агрегирование и структурирование информации по группам объектов учета, документирование и отображение данных учета в виде, удобном для анализа и принятия решений персоналом службы главного энергетика и руководством территориально распределенных средних и крупных предприятий или энергосистем, ведение договоров на поставку энергоресурсов и формирование платежных документов для расчетов за энергоресурсы.
Все уровни АСКУЭ связаны между собой каналами связи. Для связи уровней ПИП и УСПД или центров сбора данных, как правило, используется прямое соединение по стандартным интерфейсам (типа RS-485, ИРПС и т.п.). УСПД с центрами сбора данных 3-го уровня, центры сбора данных 3-го и 4-го уровней могут быть соединены по выделенными, коммутируемыми каналам связи или по локальной сети.
2.2 Цели энергоучета
Можно выделить две цели, достигаемые с помощью контроля и учета поставки/потребления энергоресурсов, вне зависимости от используемых для этого технических средств:
1. обеспечение расчетов за энергоресурсы в соответствии с реальным объемом их поставки/потребления;
2. минимизация производственных и непроизводственных затрат на энергоресурсы.
Благодаря различным способам достижения цели минимизация затрат на энергоресурсы может быть реализована как без уменьшения объема потребления энергоресурсов, так и за счет уменьшение объема потребления энергоресурсов.
Эти цели достигаются благодаря решению следующих задач учета энергоресурсов и контроля их параметров.
2.3 Задачи систем контроля и учета
1. Точное измерение параметров поставки/потребления энергоресурсов с целью обеспечения расчетов за энергоресурсы в соответствии с реальным объемом их поставки/потребления и минимизации непроизводственных затрат на энергоресурсы, в частности за счет использования более точных измерительных приборов или повышения синхронности сбора первичных данных.
2. Диагностика полноты данных с целью обеспечения расчетов за энергоресурсы в соответствии с реальным объемом их поставки/потребления за счет повышения достоверности данных, используемых для финансовых расчетов с поставщиками энергоресурсов и субабонентами предприятия и принятия управленческих решений.
3. Комплексный автоматизированный коммерческий и технический учет энергоресурсов и контроль их параметров по предприятию, его инфраструктурам (котельная и объекты жилкомбыта) и интраструктурам (цеха, подразделения, субабоненты) по действующим тарифным системам с целью минимизации производственных и непроизводственных затрат на энергоресурсы.
4. Контроль энергопотребления по всем энергоносителям, точкам и объектам учета в заданных временных интервалах (5, 30 минут, зоны, смены, сутки, декады, месяцы, кварталы и годы) относительно заданных лимитов, режимных и технологических ограничений мощности, расхода, давления и температуры с целью минимизации затрат на энергоресурсы и обеспечения безопасности энергоснабжения.
5. Фиксация отклонений контролируемых параметров энергоресурсов, их оценка в абсолютных и относительных единицах для анализа как энергопотребления, так и производственных процессов с целью минимизации затрат на энергоресурсы и восстановление производственных процессов после их нарушения из-за выхода контролируемых параметров энергоресурсов за допустимые пределы.
6. Сигнализация (цветом, звуком) об отклонениях контролируемых величин от допустимого диапазона значений с целью минимизации производственных затрат на энергоресурсы за счет принятия оперативных решений.
7. Прогнозирование (кратко-, средне- и долгосрочное) значений величин энергоучета с целью минимизации производственных затрат на энергоресурсы за счет планирования энергопотребления.
8. Автоматическое управление энергопотреблением на основе заданных критериев и приоритетных схем включения/отключения потребителей-регуляторов с целью минимизации производственных затрат на энергоресурсы за счет экономии ручного труда и обеспечения качества управления.
9. Поддержание единого системного времени с целью минимизации непроизводственных затрат на энергоресурсы за счет обеспечения синхронных измерений. Большинство действующих АСКУЭ промышленных предприятий в силу своих структурных и функциональных ограничений решают только часть рассмотренных задач.
2.4 АСКУЭ на основе АИИСКУЭ «Меркурий-Энергоучет»
«Меркурий-Энергоучет» - это современная АИИС ориентированная на применение в жилом и мелкомоторных секторах, коттеджных и дачных посёлках, а так же для учёта на вводах трансформаторных подстанций 6(10)\0,4 кВ. Отличительной особенностью нашей системы от множества других является то, что контроль за потреблением электроэнергии осуществляется по силовой распределительной сети 0,4 кВ. В отличии от АИИСКУЭ, построенных на базе счётчиков с традиционными проводными цифровыми интерфейсами RS-485 или подобными, отсутствие объединяющего интерфейсного кабеля значительно удешевляет стоимость монтажных работ и последующую эксплуатацию системы, при этом увеличивается надежность функционирования и вандалоустойчивость. Совокупная стоимость системы практически определяется суммарной стоимостью электросчётчиков. Технические решения, применённые при разработке коммуникационного оборудования являются уникальными среди подобных устройств и защищены двумя патентами РФ.
Состав оборудования АИИС «Меркурий-Энергоучет»:
Оборудование системы для получения учётных данных от потребителей присоединённых к одной трансформаторной подстанции (ТП) 6(10)кВ\0,4кВ в самой минимальной комплектации состоит из трёх однофазных концентраторов "Меркурий 225" и множества однофазных и трёхфазных счётчиков "Меркурий 200,201,202,230", оснащённых встроенными PLC-модемами. Концентраторы устанавливаются в любом подходящем месте трёхфазной четырёхпроводной сети 0,4 кВ, например, в электрощитовой жилого дома, а чаще на самой трансформаторной подстанции и подключаются каждый к своей фазе одной из секций шин. Основные их функции - обеспечить синхронизацию передачи данных счётчиками и принять информацию об энергопотреблении непрерывно транслируемую модемами счётчиков с её последующем сохранением в собственной энергонезависимой памяти. Кроме этого они осуществляют раздачу сигналов точного времени и изменяют режимы работы счётчиков. Концентраторы оснащёны цифровым интерфейсом RS-485 через который они посредством витой пары объединяются в единую локальную сеть друг с другом и дополнительными устройствами передачи информации на удалённый компьютер диспетчерского пункта. Например, GSM-шлюзом «Меркурий 228», радиомодемом, модемом телефонной сети и т.д. При необходимости в сеть можно включить также счётчики электроэнергии "Меркурий" имеющие данный интерфейс, например, балансные на ТП. Тогда появится возможность удалённого контроля всех возможных параметров, учитываемых счётчиками. Возможен съём накопленной информации на переносной компьютер инспектора непосредственно на месте установки концентраторов через USB порт.
Типовая схема размещения оборудования АИИС «Меркурий-Энергоучет» изображена на рисунке 8.
Распределительные сети низкого напряжения в России отличаются в худшую сторону от европейских более высоким уровнем шумов и высокой скоростью затухания высокочастотного сигнала. Изношенное промышленное оборудование и силовые кабели создают помехи непредсказуемой формы и мощности как широкополосные, так и с концентрированным спектром. Характерны нестационарные и непредсказуемые изменения импеданса сети во времени и вдоль линии передачи. Эти факторы существенно препятствуют широкому распространению АСКУЭ с передачей данных по силовой сети, поскольку до недавнего времени не удавалось обеспечить надежный приём информации от нескольких сотен абонентов, удаленных от устройства сбора данных более чем на 500 метров.
Рисунок 8- Типовая схема размещения оборудования
В основу обмена информацией в системе «Меркурий PLC» положен принцип передачи данных с использованием всех известных видов разделения сигналов - временного, частотного и кодового, что позволяет осуществлять передачу данных в самых неблагоприятных условиях. Для обеспечения высокой помехоустойчивости и высокого уровня защиты информации используется запатентованная оригинальная разновидность OFDM-модуляции. Известно, что только широкополосные сигналы и способы модуляции в состоянии обеспечить приемлемые помехоустойчивость и дальнодействие при передачи данных без дополнительных ступеней ретрансляции в такой «суровой» среде как распределительные сети низкого напряжения. Однако до сих пор массовому применению сигналов этого класса в задачах АСКУЭ препятствовали сравнительно высокие стоимость и энергопотребление специализированной элементной базы.
Рисунок 9- Оборудование на двухтрансформаторной ТП 6(10)\0,4 кВ
Монтаж и наладка.
Развертывание системы в простейшем варианте сводится к установке индивидуальных счетчиков у абонентов, общедомовых счётчиков, обслуживающих лифты и освещение, балансных счетчиков на ВРУ домов или самой ТП, концентратора на ТП и несложной настройки оборудования (Рисунок 9). Перед установкой счётчиков, необходимо присвоить сетевые адреса внутренним PLC-модемам. Для этого предназначен технологический модем «Меркурий-223». Программное обеспечение, а именно, программы «ВMonitor.exe», «TComm.exe» и "BQuark.exe" бесплатны и входят в состав поставки оборудования. Программа "ТМсомм " используется совместно с технологическим модемом (T-модемом) "Меркурий-223" для назначения индивидуального сетевого адреса счетчика. Программа "BМonitor"предназначена для конфигурации концентратора "Меркурий-225" и просмотра принятых пакетов, содержащих информацию об энергопотреблении абонентских счетчиков в сегменте сети обслуживаемой данным концентратором. Программа "BQuark.exe" - рабочая программа оператора учёта.
Систему «Меркурий-Энергоучет» отличает от существующих аналогов:
· Очень надёжная передача данных по силовой сети за счет применения модемов собственной конструкции, которые отличает от существующих очень низкое рабочее соотношение сигнал/шум в точке приёма (вплоть до минус 20 dB), а по затуханию - около 60 dB. Такие характеристики позволяют вести надёжный приём данных даже при превышении шумов над сигналом более чем в 10 раз (по амплитуде) и на расстояния до 1000 метров в любое время суток;