Автоматизированные системы контроля и учета электроэнергии

Тема 6: Автоматизированные системы контроля и учета электроэнергии (2
час).
Направление повышения эффективность управления энергопотреблением.
В связи с переходом к рыночной экономике, возникла необходимость
повысить эффективность управления энергопотреблением, поскольку это отвечает
экономическим интересам поставщиков и потребителей электроэнергии. Одним из
направлений
решения
данной
задачи
является
точный
контроль
и
учет
электроэнергии. Именно это направление должно обеспечить значительную часть
общего энергосбережения, потенциал которого составляет более 1/3 всего
нынешнего объема энергопотребления.
Одним из самых важных компонентов рынка электроэнергии является его
инструментальное обеспечение, которое представляет собой совокупность систем,
приборов, устройств, каналов связи, алгоритмов и т. п. для контроля и управления
параметрами
энергопотребления.
Базой
формирования
и
развития
инстру-
ментального обеспечения являются автоматизированные системы контроля и учета
потребления электроэнергии.
Развитие рынка электроэнергии на основе экономического метода управления
потребовало
создания
полномасштабных
иерархических
систем:
автоматизированных систем измерения электроэнергии (АСИЭ), учета потребления
и сбыта электроэнергии (АСУПСЭ), диспетчерского управления (АСДУ), контроля
и учета энергопотребления (АСКУЭ). Основная особенность экономического
метода управления – рассмотрение энергопотребления как главного звена,
управляющего рынком электроэнергии, который в свою очередь представляется
совокупностью собственно технологического процесса (производства, передачи,
распределения и потребления электроэнергии), учетно-финансового процесса
энергопотребления, а также политико-экономического (отражающего текущую
политику в области энергоиспользования). Это и является предпосылкой для
управления
рынком
электроэнергии
посредством
создания
единой,
интегрированной, системы управления энергопотреблением на базе систем АСИЭ,
АСУПСЭ, АСДУ и АСКУЭ.
Современные комплексные системы контроля и учета электроэнергии.
К автоматизируемым объектам систем электроснабжения относятся:

линейные сетевые и распределительные объекты электроэнергетических
комплексов

системы электроснабжения предприятий
распределенные сети потребителей электроэнергии
Для указанных объектов предлагается создание (модернизация) и внедрение
следующих систем автоматизации процессов контроля и учёта:

АСКОУЭ - автоматизированные системы контроля и оперативного учёта
электроэнергии

АСДОУЭ - автоматизированные системы диспетчеризации и оперативного
учёта электроэнергии

АСКУЭ - автоматизированные системы коммерческого учёта электроэнергии.
Системы АСКОУЭ предназначены для оперативного контроля состояния и
режимов процесса энергоснабжения и технического учёта электропотребления в
системах электроснабжения предприятий.
Системы АСДОУЭ предназначены для оперативного контроля состояния и
режимов процесса энергоснабжения и технического учёта электропотребления и
диспетчерского управления в системах электроснабжения.
Системы АСКУЭ предназначены для автоматизации информационного
обеспечения учётных операций расчетных процедур (процессов) за потребляемую
электроэнергию между поставщиком и потребителем.
К функциям АСКУЭ можно отнести следующие:

централизованный оперативный контроль процессов энергообеспечения и
энергопотребления

текущее состояние рабочей схемы (состояния коммутационного оборудования
основной схемы электроснабжения), текущие значения основных параметров
энергопотребления (тока нагрузки, напряжения, мощности, cos φ и др.) и состояний
устройств защиты и местной автоматики

предупредительная и аварийная сигнализация

мониторинг процессов энергообеспечения и энергопотребления

отслеживание и архивация результатов контроля состояния рабочей схемы и
измерения параметров энергопотребления

отслеживание и архивация результатов отслеживания работы (срабатывания)
устройств защиты и местной автоматики

отслеживание и архивация действий оперативного и руководящего персонала

автоматизация формирования отчетных документов

обеспечение специалистов инструментальными средствами при анализе
процессов энергообеспечения и энергопотребления - графическая визуализация,
автоматизированные процедуры поиска экстремальных значений и критических
ситуаций и т.п.

учёт потребляемой электроэнергии (активной/реактивной) по вводам
и
присоединениям/потребителям, для АСКУЭ - коммерческий учет в соответствии с
рыночным статусом системы

формирование балансов по участкам и сечениям контроля и учета

расчеты технико-экономических показателей

синхронизация времени

информационная и физическая защита от несанкционированного доступа к
ресурсам системы и самодиагностика.
Основные принципы построения АСКУЭ

Измерения на базе цифровых методов обработки процессов.

Цифровые интерфейсы передачи измеренных параметров.

Глубокое архивирование основных измерений в счётчике.

Контроль достоверности и полноты данных на всех уровнях системы.

Диагностика работоспособности системы.

Резервирование каналов связи.

Параллельная синхронно-асинхронная обработка данных.

Иерархическое построение системы.

Возможность распределенной обработки данных.

Защита информации на всех системных уровнях.

Использование
проверенных
и
стандартных
компонентов
системы
и
инструментальных средств.

Параллельный сбор данных.

Масштабируемость и наращиваемость.

Управление коэффициентом готовности системы на этапе проектирования.

Система строится из типовых апробированных подсистем, объединяемых в
необходимую структуру.
Подход к созданию АСКУЭ основан на синтезе типовых решений и
совместной работе с заказчиком по выбору оптимального варианта в каждом
конкретном случае. Это достигается благодаря таким характеристикам АСКУЭ как
гибкая настройка под любой объект, масштабируемость, использование цифровых и
импульсных счётчиков в рамках одной системы, оперативный контроль и
мониторинг в режиме реального времени и другие.
Задачи учета потребления и преимущества автоматизированных систем
контроля электроэнергии.
Основной задачей АСКУЭ является точное и быстрое измерение количества
потребленной и переданной энергии и мощности, обеспечение возможности
хранения этих измерений в течении любого срока и доступа к этим данным для
произведения расчетов с поставщиком или потребителем. Причём, все действия
возможны, с учетом суточных, зонных и других тарифов. Кроме того, важной
составляющей является возможность анализа потребления (передачи) энергии и
мощности. Внедрение комплексных систем коммерческого учета энергоресурсов
позволяет оперативно получать данные об энергопотреблении, обеспечивает
постоянную экономию энергоресурсов и финансовых затрат, а также помогает
существенно снизить трудозатраты по сбору, передаче, документированию
информации,
сократить
технические
потери
электроэнергии,
обеспечить
оперативный контроль выполнения диспетчерского графика нагрузок. Таким
образом, основной целью внедрения АСКУЭ является снижение технических и
коммерческих потерь энергоресурсов за счет повышения точности и достоверности
учета энергоресурсов, сокращения времени сбора и обработки данных. АСКУЭ
позволяет проводить точный анализ и планировать потребление энергоресурсов, в
том числе возможности использования оптимального на данный период времени
тарифа и поставщика.
Используемые технологии построения АСКУД.
На основании анализа требований, предъявляемых к АСКУД, установлено,
что предпочтение следует отдавать в архитектуре системы трехуровневой
иерархической
схемы
с
сервером
консолидации
технологических
данных
WideTrack™ рис. 6.1. WideTrack осуществляет сбор большого объема информации,
поступающей от приборов учета, и обеспечивает ее хранение в высоконадежной и
производительной базе данных.
Рисунок 6.1 Трехуровневая иерархическая схема
Нижний уровень системы представлен множеством счетчиков электрической
энергии Меркурий-230 (различных модификаций) и СЭТ-4ТМ.02, расположенных
на территории предприятия таким образом, чтобы контролировать потребление
электроэнергии как отдельно взятых участков, так и всего завода в целом. Контроль
показателей качества поставляемой электроэнергии осуществляют приборы РесурсПКЭ.
На среднем уровне сервер консолидации технологических данных WideTrack
производит
сбор,
обработку
и
сохранение
информации
о
потребленной
электроэнергии с точек учета в БД предприятия (СУБД MS SQL Server, возможно
использование других БД). WideTrack способен обрабатывать до 100 000 тегов в
секунду. WideTrack производит предварительные расчеты, уменьшая объем
информации, передаваемой на верхний уровень системы.
Применение
OPC-технологии
обеспечивает
гибкость
в
использовании
технических средств, позволяя выбирать приборы, максимально соответствующие
поставленным задачам, а не руководствоваться наличием/отсутствием тех или иных
драйверов. АИИС ТУЭ позволяет добавлять любые необходимые приборы и
устройства, используя OPC-сервер соответствующего прибора или протокола.
Например, счетчики продукции, тепло-, газосчетчики и другие.
Верхний
уровень
системы
представляет
собой
АРМ
оператора
–
диспетчерский пункт, на котором установлен графический проект АИИС ТУЭ,
разработанный на базе HMI/SCADA DataRate™. HMI/SCADA DataRate сочетает
простоту
освоения
программирования
и
и
богатые
высокую
графические
скорость
работы
возможности,
(программы
гибкость
пользователя
выполняются со скоростью машинного кода). АИИС ТУЭ автоматически и по
запросу
пользователя
(например,
при
формировании
отчетов)
забирает
консолидированную сервером WideTrack информацию из базы данных и
представляет ее на экране монитора в удобном для пользователя виде (мнемосхемы,
тренды, отчеты в соответствии со структурой предприятия). Схема подстанции с
установленными на ней счетчиками отображается на главной мнемосхеме АИИС
ТУЭ . По выбору пользователя на мнемосхеме отображается информация о
накопленном
потреблении
активной/реактивной
энергии
(A/R),
текущей
потребляемой активной/реактивной мощности по трем фазам (P/Q) или текущей
потребляемой полной мощности по трем фазам (S). АИИС ТУЭ от НПФ «КРУГ»
позволяет отслеживать параметры энергопотребления как по всей системе в целом,
так и выводить детальную информацию по любому из приборов.
Принципы создания современных АСКУЭ.
При
создании
практически
всех
систем
наблюдается
очевидная
закономерность. Малые инвестиционные затраты - нет экономического эффекта.
То есть он меньше, чем эти затраты. И есть определенный участок (см. график),
когда экономический эффект превышает затраты. При росте затрат наступает спад
и дальнейшие затраты нецелесообразны. Поймать эту золотую середину часто
бывает очень тяжело. Поэтому одним из принципов нашей работы сегодня
является дублирование некоторых разработок и попытка создавать системы,
которые имеют характеристику инвариантности к тем требованиям, которые
появляются сегодня, изменяются завтра. Сегодня наибольшую отдачу дают пока
классические системы АСКУЭ, нацеленные на учет электроэнергии. Несмотря на
то, что учет качества электроэнергии, возможно, будет востребовано уже завтра,
хотя каждая система, поступающая на рынок, может измерять кроме классических
параметров по электроэнергии, также токи, напряжение, частоту, отклонения
напряжения. Это все фиксируется в данных, привязывается ко времени.
Дискретности опроса счетчика: мощность частотой 30 секунд, а параметры
качества
электроэнергии
с
частотой
примерно
1
минута.
Что
касается
использования этих параметров на верхнем уровне, да еще и при наличии
соответствующих каналов связи, то это пока белое пятно, плод наших фантазий.
Никаких серьезных методик по этому поводу не разработано. Что касается ГОСТа,
то на сегодняшний день на практике он просто нереализуем, по крайней мере, на
тех объектах, с которыми мы имеем дело. Возникают самые элементарные
проблемы с каналами связи даже у “богатых” клиентов.
Перспективным является интеграции учета с телемеханикой и управлением.
Сначала, возможно, на уровне сервера наверху, а затем и на уровне датчиков. Все
это реально, и для этого нет ни технологических, ни финансовых препятствий, если
рассматривать эту задачу на десять лет вперед.
Очень интересные направления, связанные с мониторингом тех же самых
данных электроэнергии и с интеграцией с МЭС-системами (системы управления
предприятияем в реальном времени). На сегодняшний день этот рынок практически
отсутствует, но зародыш его есть, и завтра это будет востребовано, в том числе и в
энергетике. Во всяком случае, на тепловых станциях это может быть актуально.
Наши интересы присутствуют в сферах учета воды, тепла и газа, и как только мы
увидим, что в этих направлениях рынок активизируется, и вложения в эти
направления дают больший эффект, чем в учет электроэнергии, мы будем развивать
их более активно.
Каждая система характеризуется несколькими параметрами, из которых очень
важными являются функциональность, надежность, защищенность и потенциал
модернизации. Очень важно, чтобы система могла быть глубоко модернизирована
на
уровне
программного
обеспечения
через
2-3
года
нормального
функционирования. И если мы еще год назад больше внимания уделяли
функциональности, то в настоящий момент область наших интересов перетекает в
надежность систем.
До недавнего времени о защищенности систем много говорили, но на
практике эта вещь была не востребована. Параметр на самом деле важный.
Возможно, это потребуется завтра, когда заработает рынок, и когда расчеты будут
строиться исходя из автоматизированных показателей. Но параметр для систем это,
тем не менее, важный, он в поле нашего зрения, мы занимаемся в этом направлении
разработками на всех уровнях. В принципе, любая система, и совокупность АСКУЭ,
работающих на какой-то территории, представляют собой вертикально и
горизонтально интегрированные подсистемы. Любая система практически является
иерархической, и между этими системами существуют взаимодействия.
Наряду с наращиванием функциональности систем по количеству решаемых
задач очень большое значение мы придаем коммуникациям. Практически все
интеллектуальные устройства, которые используются (УСПД, серверы), позволяют
сейчас работать с несколькими каналами параллельно, в том числе автоматически
переходить при выходе из строя одного канала на другой канал. Один канал может
быть главным, второй второстепенным, он может быть в горячем резерве.
Например, АСКУЭ работает по оптоволокну, а GSM в горячем резерве, и система,
при выходе из строя оптоволокна, автоматически переходит на резерв.
В общей концепции систем следует отметит платформы, на которых строятся
АСКУЭ. Обычно выбираются две фундаментальные платформы, основная - это
Windows.
Вторым компонентом является
СУБД
ORACLE,
что
позволяет
использовать все внутрибазовые механизмы для более тщательной проработки
задач. Это делает надежность системы более высокой.
Структура построения автоматизированных систем контроля и учета.
В традиционных АСКУЭ энергоучет основан на импульсной передаче
приращений энергии от счетчиков к системе учета, расположенной на среднем
уровне АСКУЭ. В свою очередь информация, накапливаемая в системе учета от
счетчиков, передается по цифровым интерфейсам и соответствующим каналам
связи на верхний уровень АСКУЭ – уровень ПЭВМ или сети ПЭВМ
соответствующей структуры энергосистемы. В случае разрушения канала связи или
его сбоев, отключения или неисправности ПЭВМ исключается потеря информации,
так как после устранения неисправностей возможно повторное обращение к системе
учета за ранее недополученной информацией (система продолжает накапливать и
архивировать измерительную информацию независимо от сбоев связи с ПЭВМ).
Структура энергоучета в современных АСКУЭ приведена на рис 6.2.
Совершенно ясно, что замена миллионов установленных индукционных
электросчетчиков электронными является длительным процессом, в ходе которого
новые системы учета должны будут работать как с телеметрическими выходами
индукционных счетчиков, так и с цифровыми интерфейсами электронных
счетчиков.
Рисунок 6.2 Структура энергоучета в современных АСКУЭ
Совершенно ясно, что замена миллионов установленных индукционных
электросчетчиков электронными является длительным процессом, в ходе которого
новые системы учета должны будут работать как с телеметрическими выходами
индукционных счетчиков, так и с цифровыми интерфейсами электронных
счетчиков.
Уже
сегодня
интерфейсы
электронных
счетчиков
различных
изготовителей отличаются друг от друга (RS-232, RS-422, RS-485, CL, ИРПС и
другие), а поскольку маловероятна возможность построения масштабных АСКУЭ
энергосистем с применением счетчиков только одного изготовителя, то системы
учета будущего должны иметь возможность работы с различными электронными
счетчиками
и
с
различными
интерфейсами.
Вопрос физического преобразования одного интерфейса в другой может быть
сравнительно просто решен за счет использования стандартных микроэлектронных
преобразователей типа, например, RS-232/RS-485, RS-232/ ИПРС и других. Более
принципиален вопрос различия протоколов обмена для счетчиков разных
изготовителей.
Реальные
протоколы
обмена
по
цифровым
интерфейсам
электронных счетчиков различных изготовителей не стандартизированы, различны
и, более того, зачастую скрываются изготовителями в целях жесткой привязки
потребителей к своей продукции и создания технической и финансовой зависимости
потребителя от изготовителя или продавца изделий. Такая политика фирмы
оборачивается, в конце концов, ущербом для самого изготовителя: открытость
протоколов обмена является залогом широкого использования счетчиков, а их
закрытость, наоборот, тормозит применение счетчиков и сужает потенциальный
рынок сбыта.