Контрольные вопросы

1 Классификация системы телемеханики в энергетике.

2 Что означает понятие «телемеханика»?

3 Что означает сокращение SCADA?

4 Назначение автоматизированные системы диспетчерского управления в электроэнергетике.

5 Комплекс технических средств автоматизированные системы диспетчерского управления используемых в электроэнергетике.

6 Структуры ОИУК.

Лекция 27 Тема: Измерительные информационные системы.

Цель: Формирование у студента компетенции ПК-10, ПК-19, ПК-20.

Вопросы для изучения.

1. Автоматизированные системы коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ).

1. Автоматизированные системы коммерческого учета электроэнергии (аскуэ).

Потери электроэнергии в электрических сетях являются основным показателем экономичности их работы, который наглядно показывает состояние системы учета электроэнергии, эффективность энергосбытовой деятельности энергоснабжающих организаций.

Принято выделять следующие виды потерь электроэнергии в электрических сетях.

Абсолютные потери электроэнергии – разность между отпущенной в электрическую сеть электроэнергией и оплаченной потребителями.

Технические потери электроэнергии – потери, обусловленные физическими процессами передачи, распределения и трансформации электроэнергии, определяются расчетным путем. Технические потери делятся на условно-постоянные и переменные (зависящие от нагрузки).

Коммерческие (нетехнические) потери электроэнергии – потери, определяемые как разность абсолютных и технических потерь.

По оценкам отечественных и зарубежных экспертов максимально допустимые общие потери электроэнергии в электрических сетях не должны превышать 9–10 % (в том числе нетехническая составляющая, включающая и потери от задержки оплаты, которая в передовых энергокомпаниях составляет не более 1,5–2%). Наблюдающийся в последние годы рост потерь до 25–40% можно объяснить лишь одной причиной – ростом доли коммерческой составляющей (нетехнических потерь). По оценкам специалистов эта доля от суммарных потерь электроэнергии в среднем по энергосистеме достигает 50 % и имеет явную тенденцию к росту. Следовательно, контроль потребляемой электроэнергии населением и повышение достоверности систем коммерческого учёта в регионе – одна из важнейших функций электросетевых компаний.

Для реализации указанной функции могут быть использованы автоматизированные информационно-измерительные системы коммерческого учёта электроэнергии АИИС КУЭ (или АСКУЭ).

АСКУЭ представляет собой совокупность аппаратных и программных средств, обеспечивающих дистанционный сбор, хранение и обработку данных об энергетических потоках в электросетях. Кроме того, такие системы могут использоваться: для автоматизации торговли электроэнергией, для выполения технических функций контроля за режимами работы электрооборудования. Среди разработчиков АИИС КУЭ принято условное деление системы на нижний и верхний уровень. К нижнему уровню относится оборудование и микропрограммы, работающие непосредственно на объекте учёта. К верхнему уровню относится остальная часть системы, расположенная, как правило, в центре обработки данных и офисах контролирующей организации.

Нижним уровнем АСКУЭ являются информационно-измерительный комплекс (ИИК) или информационно-вычислительный комплекс (ИВК). В состав информационно-измерительного комплекса входят трансформаторы тока, трансформатор напряжения и электропроводка, соединяющая трансформаторы со счётчиком. АИИС КУЭ, как правило, содержит несколько информационно-измерительных каналов.

К измерительно-вычислительным комплексам относятся:

– устройства сбора и передачи данных (УСПД);

– каналы связи между электросчётчиками и УСПД;

– серверы верхнего уровня;

– коммуникационная среда и каналы связи между УСПД и серверами верхнего уровня (переход с нижнего уровня на верхний);

– система обеспечения единого времени (СОЕВ);

– автоматизированные рабочие места (АРМ) диспетчеров;

– автоматизированные рабочие места администраторов системы;

– каналы связи верхнего уровня в том числе между серверами и АРМ смежных пользователей информации;

– программное обеспечение верхнего уровня;

Коммуникационной средой между счетчиком и УСПД может являться интерфейс RS-485, интерфейс RS-232, CAN интерфейс, GSM, радиоэфир, PLC – сеть 0,4кВ.

Коммуникационной средой между УСПД и серверами верхнего уровня может являться структурированная кабельная сеть, телефонная сеть с коммутируемыми каналами, Ethernet, GSM, волоконно-оптическая связь, радиосвязь, или Интернет.

Организация канала связи в коммуникационной среде осуществляется программными или аппаратными методами.

Под смежными пользователями информации о количестве потреблённой электроэнергии подразумеваются физические или юридические лица, имеющие право доступа к этой информации (например, потребитель и энергосбыт, сетевая и генерирующая организация и т.п.).

Функции АСКУЭ.

– Автоматический сбор данных коммерческого учета потребления (отпуска) электроэнергии по каждой точке (группе) учета на заданных коммерческих интервалах.

– Хранение параметров учета в базе данных.

– Обеспечение многотарифного учета потребления (отпуска) электроэнергии.

– Обеспечение контроля за соблюдением лимитов энергопотребления.

– Контроль параметров электроэнергии (токов, напряжений, cos(φ), частоты) на заданном интервале опроса.

– Вывод расчетных параметров на терминал и/или на устройство печати по требованию оператора.

– Ведение единого системного времени с возможностью его корректировки.

– Сведение баланса электроэнергии по расчетной группе (секция, система шин и т.д) на этапе наладки системы и в процессе ее эксплуатации.

Области применения АСКУЭ.

На предприятиях-потребителях.

Крупным потребителям электроэнергии (фабрикам, заводам и т.п.) АИИС КУЭ даёт следующие преимущества:

– отсутствие необходимости в ручном снятии показаний множества электросчётчиков;

– облегчение ведения многотарифного учёта электроэнергии;

– облегчение прогнозирования затрат на электроэнергию;

– контроль качества электроэнергии (не сертифицирован);

– 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 потреблённой электроэнергии в энергосбытовую организацию;

– возможность выхода на оптовый рынок электроэнергии и мощности.

В сетевых организациях.

Сетевые организации с помощью АИИС КУЭ ведут учёт потерь энергии в трансформаторах и линиях электропередачи. Анализ данных, предоставляемых АИИС КУЭ, полезен также для определения перегруженных участков электросети и принятия решения об увеличении их пропускной способности.

В генерирующих организациях.

Некоторые организации-производители электроэнергии предъявляют повышенные требования к частоте снятия показаний с электросчётчиков. Эти требования обоснованы необходимостью поддерживать оптимальные режимы работы оборудования и не допускать перерасхода энергоносителей. В том случае, приемлемым решением проблемы становится внедрение АИИС КУЭ.

В энергосбытовых организациях.

АИИС КУЭ может быть использована не только для автоматизации выставления потребителям счетов за электроэнергию, но и для предотвращения конфликтов. Так как АИИС КУЭ может предоставлять одни и те же учтённые данные энергосбыту и потребителю одновременно. Таким образом, появляется возможность устранить разногласия до их перехода в конфликт.

Общая структура систем АСКУЭ представлена на рисунке 27.1.

Рисунок 27. 1 – Общая структура систем АСКУЭ

В качестве примера приведем автоматизированные системы учета электроэнергии, эксплуатируемые в ОАО «МРСК Северного Кавказа».

В ОАО «МРСК Северного Кавказа» эксплуатируются три системы АСКУЭ: «АльфаЦентр»; «Пирамида-2000»; «Энергомера».

АСКУЭ Альфа ЦЕНТР.

Измерительно-вычислительные комплексы (ИВК) АСКУЭ Альфа ЦЕНТР предназначены для измерения и учета электрической энергии и мощности, а также автоматического сбора, обработки и хранения данных со счетчиков электроэнергии и отображения полученной информации в удобном для анализа виде.

Измерительно-вычислительные комплексы (ИВК) Альфа ЦЕНТР используются для коммерческого и технического учета электроэнергии на электростанциях, подстанциях, промышленных предприятиях и организациях, поставляющих и потребляющих электрическую энергию.

Система в параллельном режиме (одновременно) производит полностью автоматические: сбор данных с счетчиков и контроллеров через выделенные и коммутируемые каналы связи; самодиагностику и диагностику компонентов нижнего уровня; проведение расчетов; анализ полноты данных и проведение дорасчетов и досбора недостающих данных.

ИВК Альфа ЦЕНТР строятся на базе центров сбора и обработки данных, которые могут объединяться в иерархические многоуровневые комплексы. Альфа ЦЕНТР может поставляться в виде: 

• однопользовательских, одноуровневых ИВК; 

• многопользовательских, одноуровневых ИВК; 

• многопользовательских, многоуровневых ИВК. 

На любом из центров сбора и обработки могут быть сформированы расчетные группы счетчиков. Группы имеют период действия и составляются с упреждением (заранее). ПО позволяет формировать расчетные группы из счетчиков, установленных на разных объектах. ПО расчетного сервера производит автоматические расчеты по группам счетчиков с учетом полноты пришедших данных и автоматические дорасчеты.

Для обеспечения высокой степени работоспособности комплекс осуществляет встроенный контроль работоспособности и фиксирует все случаи неисправности в собственном журнале событий. Для защиты измерительных данных и параметров комплекса от несанкционированных изменений предусмотрена многуровневая система защиты.

В ОАО «МРСК Северного Кавказа» в рамках системы выделяются 3 варианта автоматизации объектов.

1. Объекты со счетчиками, объединенными по интерфейсу RS-485.

Счетчики, объединенные по интерфейсу на общую шину по RS-485. Между счетчиками и центром сбора нет связи. Опрос производится с помощью программы, размещенной на переносном компьютере, которая формирует файл результатов опроса. На сервере сбора данных необходимы программные модули, формирующие файл-задание на опрос и загружающие информацию в основную БД. Синхронизация времени счетчиков происходит в процессе опроса со временем переносного компьютера. Синхронизация времени компьютера производится со временем сервера БД в момент приема файлов заданий на опрос счетчиков. Пример системы со счетчиками, объединенными по интерфейсу RS-485 представлены на рисунке 27.2:

Рисунок 27.2 – Объекты со счетчиками, объединенными по интерфейсу RS-485

2. Узел сбора и обработки данных со счетчиков по прямым линиям на базе ПЭВМ.

Связь с объектом отсутствует. На локальной ПЭВМ происходит сбор данных с заданным периодом. На ней же происходит их обработка. В зависимости от количества пользователей, количества счетчиков и интервалов их профиля, квалификации пользователей, сложности математической обработки и т.д. Сбор данных в центральную БД происходит периодически. Первичная информация для центральной БД считывается напрямую со счетчиков по варианту 1. Синхронизация времени на счетчиках осуществляется либо по часам переносного компьютера, либо по часам локальной ПЭВМ.

3. Центр сбора и обработки данных с ЛВС и АРМ пользователей.

Есть каналы связи с объектами, на которых размещены счетчики.

Основная конфигурация программного комплекса Альфа ЦЕНТР позволяет организовать параллельный сбор данных по 4, 8, 16, 32 каналам связи. При 16, 32 каналах необходимо вынести коммуникационный сервер на отдельную ЭВМ. Каналы связи могут быть выделенными, коммутируемыми, с прямым соединением.

Параметры каждого канала настраиваются индивидуально, в зависимости от типа линии и ее характеристик. В системе может параллельно работать несколько коммуникационных серверов. При этом, описание всей параметризации системы сбора данных, описание всех электрических и расчетных схем объектов, а также все первичные и расчетные данные хранятся только на сервере БД и приложений.

АСКУЭ Пирамида 2000.

Обобщённая архитектура информационной системы, построенной на базе ПО «Пирамида 2000», представляет собой адаптированную трёхзвенную структуру (рисунок 27.3), в которой уровень представления реализован набором автоматизированных рабочих мест, за бизнес-логику отвечает сервер сбора и обработки данных, а хранение данных обеспечивает сервер баз данных.

Рисунок 27.3 – Обобщённая архитектура информационной системы, построенной на базе ПО «Пирамида 2000»

Взаимодействие между звеньями системы организовано по протоколу TCP/IP в корпоративной сети Ethernet или (при достаточной пропускной способности каналов связи) глобальной сети Internet. Для большинства приложений АРМ основным источником информации является набор сервисов, предоставляемых сервером сбора.

Сервер сбора и обработки данных производит сбор информации с устройств (счётчики, УСПД, контроллеры и т.п.) через среду передачи данных, которую в общем случае можно представить как совокупность каналов связи (выделенные линии, коммутируемые телефонные линии, GSM-каналы и пр.). Собранные данные помещаются на долговременное хранение в базу данных. Нередко сервер сбора выполняет также функции веб-сервера, но, в зависимости от масштаба системы, веб-сервер может быть выделен в качестве отдельного сетевого ресурса.

Автоматизированные рабочие места обеспечивают возможность оперативному и диспетчерскому персоналу использовать возможности контроля и управления.

АСКУЭ «Энергомера».

ЗАО «Электротехнические заводы «Энергомера» выпускает широкий спектр оборудования и программного обеспечения для создания автоматизированных систем коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ) в любом секторе электроэнергетики [4].

Варианты построения: АСКУЭ для энергоснабжающих организаций, АСКУЭ для промышленных предприятий, АСКУЭ для коммунального потребителя.

Контрольные вопросы

1 Что такое АСКУЭ?

2 Какие виды потерь вам известны?

3 Области применения АСКУЭ.

4 Общая структура систем АСКУЭ.

5 Перечислите функции АСКУЭ.

6 Какие системы АСКУЭ вам известны?

Список рекомендуемой литературы

Основная литература

1. Информационно-измерительная техника и электроника: учебник для студ. высш.учеб. заведений / [Г.Г. Раннев, В.А. Сурогина, В.И. Калашников и др.]; под ред. Г.Г. Раннева. – М.: Издательский центр «Академия», 2009. – 512 с.

Дополнительная литература

2. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи: Учебник. – 10-е изд. – М.: Гардарики, 2002. – 638 с.

3. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника: Учебник для вузов / Под ред. В.А. Лабунцова. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 320 с.

4. Забродин Ю.С. Промышленная электроника: Учебник для вузов. – М.: Высшая школа, 1982. – 496 с.

5. Лачин В.И. Электроника: учебник / В.И. Лачин, Н.С. Савелов. – Ростов н/Д.: Феникс, 2000. – 440 с.

6. Сборник задач и упражнений по электрическим и электронным измерениям: Учеб. пособие для втузов / Атамалян Э.Г., Аствацатурьян Е.Р., Бодряшова О.Н. и др.; Под ред. Э. Г. Атамалян. – М: Высш. школа, 1980. –117 с.

7. Полещук В.И. Задачник по электронике: практикум для студ. сред. проф. образования / В.И. Полещук. – М: «Академия», 2008. –160 с.