Новые автоматизированные системы учета электроэнергии для
реклама
Новые автоматизированные системы учета электроэнергии для бытовых потребителей со сбором информации от электросчетчиков по силовой сети В.В. ТУБИНИС, Главгосэнергонадзор России 1. Экономическая потребителей. целесообразность внедрения АСУ у бытовых Преимущества организации учета при помощи автоматизированных систем общеизвестны и такие систем долгие годы применяются как за рубежом, так и в России на средних и крупных промышленных предприятиях. Кроме функций учета они обычно также осуществляют контроль и управление электропотреблением на этих предприятиях. Основной экономический эффект для потребителя от применения этих систем состоит в уменьшении платежей за используемую энергию и мощность, а для энергокомпаний в снижении пиков потребления и уменьшении капиталовложений на наращивание пиковых генерирующих мощностей. Относительно низкое потребление среднего бытового абонента и многочисленность этих абонентов делают экономически нецелесообразным простой перенос автоматизированных систем учета, используемых на промышленных предприятиях, даже в многоквартирные городские дома, не говоря уж о сельской местности. Они просто не окупают себя. Почти все мировые счетчикостроительные компании мира много лет работали над созданием простых, надежных и «дешевых» систем для бытовых потребителей, но большинство этих разработок так и не вышли за порог исследовательских центров. Правда в России Москва приняла решение об оснащении новых многоквартирных домов системами, когда каждый счетчик имеет датчик импульсов, от него по двум проводам эти импульсы собираются на УСД в каждом подъезде, а затем на центральный вычислительный блок с модемом и радиостанцией для связи с ВЦ. Все это для того, чтобы раз в месяц снять показания счетчиков и выписать счета абонентам! Московский Энергосбыт показывал мне в свое время расчеты, что такая система может окупиться, если на нее дополнительно подключить учет воды, газа, противопожарную и охранную сигнализацию квартир. Сейчас все это запускается только под учет электроэнергии. Очень дорогое решение, выгодное только производителям и наладчикам систем, от которого рано или поздно придется отказаться, если не по экономическим соображениям, то по соображениям низкой надежности. Представляете сохранность этих дополнительные жгутов сигнальных проводов в стояках наших домов и электронных устройств в щитовых, практически никем не эксплуатируемых! На Западе в последние годы ряд ведущих фирм в области учета («Шлюмберже», «Ландис и Гир» и др.) начали серийный выпуск специализированных ИИС для бытовых потребителей, отличающихся от промышленных целым рядом важных специфических особенностей, основным из которых является использование для передачи информации и команд управления на грузкой и тарифными механизмами счетчиков силовой сети. Начаты работы в этой области и в России. Очень перспективные на мой взгляд и интересные разработки ведутся в Энергосбыте Мосэнерго по системе сбора информации от электросчетчиков по силовой сети, которую поддерживает Московский завод электроизмерительных приборов (МЗЭП) и Мытищинский электротехнический завод (МЭТЗ). Уже начата опытная эксплуатация системы в двух московских жилых домах. 2. Итальянская оптимизированная система дистанционного снятия данных и телеуправления по силовой сети — MITOS (Meter Integrated Telemanagement Optimised System) Центром разработки систем дистанционного телеуправления энергопотреблением и заводом фирмы «Шлюмберже», расположенных в г. Милане (Италия), разработана и серийно выпускается оптимизированная система дистанционного снятия данных и телеуправления по силовой сети — MITOS (Meter Integrated Telemanagement Optimised System), представляющая собой новейший комплекс технических средств для энергосбытовых организаций, автоматизирующих их работу с бытовыми потребителями электроэнергии. При разработке системы MITOS использовались два основных подхода: система должна быть окупаемой и обеспечивать повышенную надежность функционирования. Она отвечает эти требованиям, представляя собой законченный ряд устройств модульной конструкции, приспосабливаемых под конкретные нужды энергосбытовой организации. Система обеспечивает двусторонний обмен данными по проводам электрической сети низкого напряжения (на одной ступени трансформации) между традиционными индукционными одно- и трехфазными счетчиками одно- и двухтарифной системы, дополненных специальными электронными компонентами, и элементами системы. Компоненты системы встраиваются в корпуса счетчиков только изготовления фирмы «Шлюмберже». Помимо дистанционного снятия показаний система обеспечивает такие функции, как выявление хищений электроэнергии, дистанционное отключение и подключение абонента, подключение тарифов, управление энергопотреблением абонента и т.п. Все элементы системы могут быть переконфигурированы дистанционно. Модульность системы позволяет оптимизировать ее архитектуру, обеспечивая наименьшие расходы при установке и эксплуатации. Варианты построения системы, удовлетворяющие различным нуждам пользователя: Централизованная архитектура, для густонаселенных районов. Включает в себя установленные в корпусах счетчиков интерфейсные модули, один концентратор на каждый распределительный трансформатор и центральное оборудование. Централизованная архитектура позволяет энергосбытовой организации управлять работой всей системы с центрального пункта, избегая необходимости нанесения визита в жилище абонента и к местам установки концентраторов. Полуцентрализованная архитектура, более удобная для работы с коммерческими абонентами (мелкомоторная группа). Может служить основой для создания полной системы телеуправления. Включая в себя установленные в корпусах счетчиков интерфейсные модули, необходимую инфраструктуру (один концентратор на каждый распределительный трансформатор). Функции управления и конфигурирования выполняются специальной программой портативного компьютера, соединенного с последовательным портом концентратора. Полуцентрализованная архитектура позволяет энергосбытовой организации производить измерения, минимизируя расходы на центральное оборудование, избегая необходимости нанесения визита в жилище абонента и посещая только места установки концентраторов с портативным компьютером. Децентрализованная архитектура, разработанная для применения в местах с низкой плотностью счетчиков электроэнергии. Включает в себя установленные в корпусах счетчиков интерфейсные модули и приставки. Функции управления и конфигурирования выполняются специальной программой портативного компьютера, соединенного с помощью специального интерфейса с любой доступной точкой электрической сети (подключение через любую розетку в той сети), где имеются счетчики, снабженные интерфейсными модулями. Децентрализованная архитектура позволяет производить дистанционное снятие показаний счетчиков и управление энергопотреблением, решая проблему доступа в жилища абонентов. Система имеет относительно низкую стоимость (от 60 долларов США на счетчик!). Думаю, что при производстве компонентов этой системы в России эта цена может быть уменьшена в 1,5-2 раза. По последней информации, полученной мною от фирмы «Шлюмберже», один из ее заводов в Португалии также начал выпуск систем типа «МИТОС». 3. Израильская система управления потреблением электроэнергии EPSM (фирмы «POWERCOM»). Израильская компания «POWERCOM» — член группы компаний DSI, занимается обслуживанием высокими технологиями как военного, так и гражданского потребительского рынка по всему миру. Разработанная ею система EPSM (система контроля и управления электроснабжением) дает возможность энергосбытовым организациям решить задачи автоматического считывания показаний счетчиков, управлению нагрузкой, обнаружению несанкционированного потребления энергии и внедрению схем многотарифной оплаты энергии у потребителей, оснащенных простейшими однотарифными счетчиками индукционной системы. Структурная организация системы EPSM аналогична структуре централизованной системы итальянского «МИТОСА», так как она состоит из тех же составных частей: центрального компьютера (СС), концентратора (CR) и блока дистанционного управления счетчиком (RMU). По особому заказу в случае необходимости система может быть дополнена блоком отключения нагрузки и образцовыми («спорными») счетчиками. Блоки дистанционного управления счетчиками (RMU) приспособлены к совместной работе с существующими электромеханическими счетчиками. PATU считывает показания, эти данные заносятся в ЗУ и затем передаются в концентратор по имеющимся проводам электросети с использованием специальных (PLC) модемов. Передача информации по проводам электросети основана на технологии широкополосной связи, которая была специально разработана для военных целей, чтобы обеспечивать надежную связь в условиях большой насыщенности электронными помехами. RMU принимает от концентратора команды, такие, как изменение тарифного периода шш цены на энергию, установку часов, отключение или включение квартирной сети или предварительно заданных нагрузок. Центральный компьютер собирает информацию от всех концентраторов и передает данные о периодах потребления энергии и объеме потребленной энергии на компьютер энерго сбытовой компании по линиям городской телефонной сети, по радио или линиям сотовой системы передачи цифровой информации (пейджерная связь). Система осуществляет следующие функции: накопление данных по потреблению энергии в различные тарифные зоны суток (TOU); накопление данных по спросу (потребности в электроэнергии); отключение потребителя (по отдельному заказу); обнаружение хищений энергии (по отдельному заказу); регистрация потребления по каждой фазе (по отдельному заказу); встроенный анализатор состояния (BIT), прибор диагностики; гибкая автоматическая установка пути связи; автоматическая установка связи. Среди функций системы, в основном аналогичных функциям «МИТОСА», особенно тщательно проработана функция «обнаружения хищений», которая может осуществляться по трем ступеням: 1-я ступень. Сравнение показаний трех контрольных RMU с суммой показаний всех RMU индивидуальных потребителей. Если разница этих двух величин слишком велика — это вызывает сигнал тревоги. 2-я ступень. Применение детектора хищения, встроенного в RMU — это укажет на потребителя, который ворует электроэнергию. Детектор хищения, это дифференциальный датчик, который обнаруживает обратное вращение диска счетчика. 3-я ступень. Применение сложного алгоритма, встроенного в RMU и концентратор, который позволит обнаружить другие случаи нелегального потребления энергии. Накопление данных по потреблению энергии в различные тарифные зоны суток (TOU) означает, что показания квалифицируются в зависимости от периода пользования энергией и позволяет применять многотарифный метод оплаты, при котором каждому периоду времени соответствует определенный тариф. В системе применяют различные тарифы в зависимости от дня недели (рабочие или нерабочие дни), вида потребителя (промышленный или бытовой) и т.п. Тарифы могут меняться с учетом инфляции или других изменениях политики цен. Таблицы тарифов внедряются в систему оператором центрального компьютера. В центральном компьютере находятся и главные часы системы, которые синхронизируют работу всех остальных элементов. Данные по потреблению подсчитываются и формируются в блоки каждые 5 минут. 4. Швейцарская система управления потреблением DATAGIR AMDES (фирмы «LANDIS & GYR») электроэнергии В швейцарском городе Цуг на заводе фирмы «Ландис и Гир» начато производство системы DATAGIR AMDES (Automatic Meter Data Exchange System — автоматизированная система обмена счетными данными) с двусторонней передачей информации по силовой сети, аналогичной системам «МИТОС» и «POWERCOM». Система может: переключать тарифы; управлять нагрузкой; дистанционно считывать показания счетчиков; сигнализировать о происходящих событиях. Возможно совместное оперативное управление для предприятий, обеспечивающих поставку электроэнергии, газа, вода и тепла. Система включает в себя устройства передачи данных со счетчиков (MCU) в точках учета и управления, расположенных по всей силовой сети одной ступени трансформации (0,4 кВ). Эти устройства используют сеть 0,4 кВ для передачи данных в региональные концентраторы (RC), которые, в свою очередь, передают данные различными способами (по телефонным линиям, радиоканалам, сети линий ВН) на центральную станцию С2000. Центральная станция рассылает информацию в MCU через RC, обеспечивая двустороннюю систему передачи данных. Устройства передачи данных со счетчиков (MCU) устанавливаются у потребителей энергии и подключаются к сети 0,4 кВ, т.е. к коммуникационному каналу. MCU считывает показания со счетчиков, переключает реле, обрабатывает и передает данные в RC. MCU может запоминать данные со счетчиков имеющих как цифровые, так и импульсные выходы. Оно может оснащаться тарифным модулем, что позволяет изменять тарифы дистанционно. Модульная конструкция MCU дает возможность адаптировать его для любых потребителей. Региональный концентратор (RC) является связующим элементом системы между центральной станцией и подсоединенным к нему MCU. Он обнаруживает и регистрирует новые MCU, добавляемые в сеть, и таким образом выполняет автоматическое формирование и корректировку конфигурации системы. Он автоматически распределяет задания, определенные центральной станцией; собирает данные, запрашиваемые из MCU, и сохраняет их до тех пор, пока они не будут считаны центральной станцией. RC регулярно синхронизирует время и дату для всех MCU. Различные RC могут выполнять свои функции как одновременно, так и независимо друг от друга. Центральная станция С2000 — это своего рода интерфейс между оператором и существующими системами обработки данных для одного или более вида энергии (электроэнергии, газа, воды и тепла). Она организует связь с RC, посылает им команды, запрашивает данные, собранные RC, обрабатывает их, сохраняет в базе данных и представляет результаты как графически, так и численно. В системе DATAGIR AMDES все данные защищены от фальсификации ввиду их важности (безопасность для платежных документов и т. п.). Все модули имеют ограниченный доступ (система паролей). Например, после запроса с центральной станции, RC сначала идентифицирует запрашивающего и проверяет его полномочия. 5. Российская автоматизированная система контроля и учета энергопотребления и электронная система платежей (АСКУЭ и ЭСП) для бытового потребителя (КТС «ЭМОС - МЗЭП») Энергосбыт Мосэнерго совместно с Московским заводом электроизмерительных приборов (МЗЭП) разработал комплекс технических средств АСКУЭ и ЭСП для бытового потребителя — КТС «ЭМОС-МЗЭП».' Структурная схема технических средств АСКУЭ и ЭСП для бытового потребителя во многом похожа на описанные ранее заграничные системы. Контроллеры счетчиков (КС) устанавливаются на клеммную крышку одного из счетчиков в этажных осветительных щитках многоквартирных жилых домов (по одному на щиток) и подключаются к одной из фаз сети 220 В. Телеметрические выходы счетчиков и выходы переключения тарифов соединяются с соответствующими выходами КС. Один КС рассчитан на работу с 4 счетчиками. Для организации учета дифференцированного по двум зонам суток в системе могут использоваться как двухтарифные, так и однотарифные счетчики, имеющие телеметрические датчики. В последнем случае несколько усложняется программное обеспечение КС, но удешевляется стоимость системы за счет использования более дешевых однотарифных счетчиков. Кроме этого на каждые четыре счетчика предусматривается установка индикатора для предоставления абонентам всех данных, необходимых для правильной оплаты за электроэнергию (номер квартиры, потребление по каждому из двух тарифов в рублях и киловатт-часах, время действия тарифов и их величина). Индикаторы устанавливаются рядом со щитками и кабелем связываются с соответствующим КС. В щитовой комнате дома, либо в трансформаторной подстанции (ТП) устанавливается контроллер сети — накопитель (КСН) и подключается к сети 220 В. КСН обеспечивает работу с 255 удаленными счетчиками через 64 КС. Кроме этого к КСН могут быть подключены до 8-ми счетчиков суммарного потребления энергии бытовыми абонентами (для обнаружения фактов хищения балансовым методом) и потребления на технические нужды дома (лифты, освещение подъездов и т. п.), если таковые имеются. Перед пуском системы в КСН с помощью переносного компьютера вводятся по каждому удаленному и прямоподключенному счетчику его коэффициент пересчета и начальные показания по двум тарифам. После подачи сетевого напряжения эти данные автоматически перезаписываются по проводам сети 220 В в соответствующие КС счетчиков. С данного момента в каждом КС по каждому счетчику производится пересчет телеметрических импульсов в киловатт-часы потребленной энергии и накапливаются в памяти КС В КСН от встроенных часов в соответствии с установками по проводам сети передаются сигналы переключения тарифов, которые принимаются всеми КС и отрабатываются на подключенных к ним счетчиках. Кроме того, каждые сутки в 0 часов, КСН производит последовательный запрос данных, накопленных по каждому счетчику в КС, и запись их в свою память. По истечении месяца с КСН передается сигнал, по которому производится фиксация в КС данных потребления за месяц и соответствующие данные фиксируются в памяти КСН. В памяти КСН регистрируются также различные события с фиксацией даты и времени: отключение—включение сетевого напряжения, прием сообщений с телесигнализацией от КС (открытие — закрытие дверей этажных осветительных щитков, обрыв — восстановление проводных линий связи КС со счетчиками), отключение—включение отдельных потребителей по командам, введенным в КСН, отказы в работе отдельных КС. При пропадании сетевого напряжения данные, хранимые в ОЗУ КС и КСН, сохраняются в течение нескольких лет. Для сбора данных энергоучета из КСН служат электронные сменные носители информации (СНИ) с емкостью на 510 абонентов каждый и сроком хранения данных до 10 лет. В городском отделении (участке) Энергосбыта организуется автоматизированное рабочее место (АРМ) контролера, оборудованное компьютером с базой данных по энергопотреблению и платежам бытовых абонентов. Перед выходом на объекты контролер подключает СНИ к компьютеру, с которого в СНИ записывается справочная информация об абонентах, инструкции контролеру и маршрут. Вся эта информация может быть просмотрена на дисплее электронной книжки контролера (ЭКК) при установке в него СНИ. При подходе к месту установки КСН контролер подключает к соответствующему разъему КСН «чистый» СНИ и в течение 10 секунд вся информация по энергопотреблению из КСН переписывается в СНИ. После этого контролер имеет возможность просмотреть считанные из КСН данные на индикаторе ЭКК. Контролер имеет возможность ввести в ЭКК с клавиатуры любую необходимую дополнительную информацию, но изменить данные он не может. После окончания сбора данных контролер возвращается в отделение (участок) и передает СНИ с записанной информацией старшему контролеру для ввода в компьютер, дальнейшей обработки и выписки счетов. В таком виде система уже эксплуатируется (опытно) в двух многоквартирных московских домах с кабельными сетями напряжением 220 В и одном коттеджном поселке в Ростовской области с воздушными сетями напряжением 220 В. Создатели системы видят ее дальнейшее совершенствование в следующем направлении. Каждый абонент оснащается персональной электронной книжкой абонента (ЭКА), по конструкции аналогичной СНИ. Подключив ее к соответствующему разъему индикатора, имеющегося на каждом этаже, абонент может просмотреть на подсвечиваемом ХСК-дисплее потребление по каждому из двух тарифов в рублях киловатт-часах, время действия тарифов и их величину, общую задолженность за предыдущий месяц. Список данных может быть легко расширен. Например, если будет введен блочный тариф, когда стоимость энергии зависит от объема ее потребления, это будет учтено. Одновременно в ЭКА производится запись всех этих данных, которые при дооснащении отделений банков несложной считывающей аппаратурой будут считываться в компьютер операциониста банка. После оплаты абонентом определенной суммы за израсходованную энергию в его ЭКА будет сделана соответствующая отметка, с которой он может легко удостовериться вернувшись домой и подключив свою ЗКА к индикатору. В индикаторе предусмотрено и звуковое оповещение потребителя о задержке с оплатой. Очевидно, что данная система легко позволяет перейти к режиму предварительной оплаты после выборочного дооснащения счетчиков потребителей, желающих оплачивать энергию в режиме предоплаты, устройствами отключения потребителя (УОП). Это устройство по команде с КСН произведет отключение потребителя в случае длительной неуплаты после не- однократных предупреждений или при значительном превышение им допустимой потребляемой мощности. Следует отметить, что данная система из полуцентрализованной по своей сути легко превращается в централизованную, если КСН дооснастить модемом для передачи данных к телефонным сетям на центр обработки информации Энергонадзора. Система легко может быть расширена путем подключения к ней счетчиков газа, воды, тепла. При централизованном варианте применения к ней может быть подключена и охранная сигнализация квартир. При этом ЭКА может быть использована в качестве единой книжки платежей за коммунальные услуга. По расчетам Энергосбыта Мосэнерго стоимость автоматизации в пересчете на одного абонента сегодня не превысит 50-70% стоимости двухтарифного счетчика. Затраты времени и средств на массовую автоматизацию при этом минимальные, так как линии связи — провода силовой сети уже существуют. Как видно из статьи отечественная система воплотила в себе весь положительный зарубежный опыт в этой области и будет стоить в 2-3 раза дешевле. Специалисты скажут, что технологии на западе более совершенны и их системы более надежны. С этим трудно не согласиться, но и здесь не все так плохо, как представляется. Сейчас на МЗЭП смонтирована и находится в наладке самая передовая технологическая линия поверхностного монтажа электронных плат, закупленная в США, так что на этом оборудовании все можно сделать на самом современном уровне. 6. Заключение По мнению Главгосэнергонадзора именно у систем с передачей информации от счетчиков по силовой сети большие перспективы, так как они позволяют успешно решать старые проблемы, существующие в области учета многие десятки лет, решаемые в разных странах по-разному, но нигде не решенные до конца. Например, проблема размещения самого счетчика таким образом, чтобы это было удобно и самому потребителю, и контролеру энергоснабжающей организации. У нас счетчики стоят в подъездах домов, в США счетчики ставят у входа в дом, что очень удобно контролерам, но неудобно «бережливым» потребителям, желающим почаще смотреть на него для обеспечения экономии. Во многих странах счетчики ставят внутри квартир, что очень удобно потребителям, но совсем неудобно контролерам. Учитывая, что квартира жителя развитых кап. стран оснащена несколькими счетчиками (газа, тепла, горячей и холодной воды, электричества), которые эксплуатируются зачастую разными энергокомпаниями, то проблема эта не совсем простая. По мере удорожания ТЭР и развития жилищно-коммунальной реформы она и у нас обострится. При наличии же устойчивого двустороннего канала связи по силовой сети от счетчика до устройства сбора данных, единственного для всех видов счетчиков, подключенных к сети одного силового трансформатора, все решается очень практично. Представьте, что все счетчики установленные в квартире, не имеют отсчетных устройств (почти как датчики), поэтому их можно установить где угодно, а не ставить их только в местах, удобных для обозрения. Все счетчики передают по силовой сети данные о расходе того или иного ТЭР в устройство сбора данных (УСД). На основании собранных контролерами энергокомпаний тем или иным способом данных от этих УСД (без посещения квартир) житель получает от них счета об оплате за потребленные энергоресурсы. Для желающих ежедневно контролировать собственное энергопотребление устанавливается «пользовательский дисплей», на который УСД по силовой сети передает интересующие потребителя данные о потреблении им всех видов ТЭР, действующих тарифах и т.д. и т.п. Такие разработки ведутся во многих ведущих компаниях мира— «Шлюмберже», «Лан-дис и Гир» и т.п. Тем более, что сейчас мировая печать пишет о новых открытиях и грядущей «революции» в области передачи информации по силовой сети. По материалам Интерфакса от 14 октября 1997 г. и Российской газеты от 24 октября 1997 г. революционный прорыв в области телекоммуникаций и информатики совершили британские ученые, разработавшие совместно с английской компанией «Норвес компьюникейшен» и канадской «Нортель» беспрецедентную технологию передачи информации по обыкновенным электрическим сетям. Связывание в единую информационно-энергетическую магистраль электрического и информационного сигналов не мешает их взаимному параллельному прохождению. Раздел сигналов происходит на входе в приемное устройство. Таким образом, существующая в любой стране разветвленная сеть электропередачи энергии автоматически становится и главной «информационной» магистралью будущего. Скорость такой передачи в 30 раз выше используемой сегодня телефонной связи. Уменьшается и стоимость «электрической связи». Как считают специалисты, принципиально новый способ передачи информации способен привести к краху многочисленных телефонных, телекоммуникационных компаний и вызвать жесточайшую конкуренцию среди новых фирм, которые начнут сражения за контроль над национальными и международными системами электрообеспечения. Уже в начале будущего года около 2 миллионов человек смогут пользоваться новой системой связи для работы на своих компьютерах. Это, как считают ученые, — революционный переворот.