Многокритериальный выбор моделей приборов учета электрической энергии

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина»
Институт магистратуры и аспирантуры
Кафедра РУС
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине:
Многокритериальный синтез сигналов и устройств обработки
на тему:
«Многокритериальный выбор моделей приборов учета электрической энергии для
организации автоматизированной информационно-измерительной системы
коммерческого учета электрической энергии бытовых потребителей на базе
стандарта NB-IoT»
Выполнил:
магистрант группы 9018М
А.В. Васильченко
Проверил:
К.т.н., доцент
В.Т. Дмитриев
Рязань, 2019 г.
Оглавление
Введение .............................................................................................................................. 3
NB-IoT .................................................................................................................................. 4
Приборы учета электрической энергии для реализации АИИСКУЭ .................... 6
Определение и обоснование показателей качества исследуемых моделей ........... 7
Нормирование выбранных показателей качества ................................................... 11
Выбор весовых коэффициентов ................................................................................... 14
Сравнение рассматриваемых приборов учета .......................................................... 14
Анализ полученных результатов и вывод ................................................................. 15
Список литературы......................................................................................................... 16
2
Введение
27.12.2018 вступил в силу Федеральный закон от N 522-ФЗ "О внесении
изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации в связи с
развитием систем учета электрической энергии (мощности) в Российской Федерации"
(далее – Закон об ИСУ).
Указанным нормативным документом законодательно введено определение
интеллектуальной система учета электрической энергии (мощности) - совокупности
функционально объединенных компонентов и устройств, предназначенной для
удаленного сбора, обработки, передачи показаний приборов учета электрической
энергии, обеспечивающей информационный обмен, хранение показаний приборов
учета электрической энергии, удаленное управление ее компонентами, устройствами
и приборами учета электрической энергии, не влияющее на результаты измерений,
выполняемых приборами учета электрической энергии, а также предоставление
информации о результатах измерений, данных о количестве и иных параметрах
электрической энергии в соответствии с правилами предоставления доступа к
минимальному набору функций интеллектуальных систем учета электрической
энергии (мощности), утвержденными Правительством Российской Федерации.
Кроме того, Закон об ИСУ вводит понятие требований к минимальному набору
функций интеллектуальной системы учета электрической энергии (мощности).
В рамках реализации указанных требований Правительством РФ подготовлен
проект постановления «Об утверждении правил предоставления доступа к
минимальному набору функций интеллектуальных систем учета электрической
энергии (мощности) (далее – Правила). На сегодняшний день проект проходит
публичные слушания и консультации, и вероятность его принятия оценивается как
высокая.
Пунктом 9 Правил устанавливаются следующие обязательные функции
интеллектуальной системы учета:
а) передача показаний и результатов измерений прибора учета электрической
энергии, присоединенного к интеллектуальной системе учета;
б) предоставление информации о количестве и иных параметрах электрической
энергии;
в) полное и (или) частичное ограничение режима потребления электрической
энергии (приостановление или ограничение предоставления коммунальной услуги),
а также возобновления подачи электрической энергии;
г) установление и изменение зон суток (часов, дней недели, месяцев) по
которым прибором учета электрической энергии, присоединенным к
интеллектуальной системе учета, осуществляется суммирование объемов
электрической энергии, в соответствии с дифференциацией тарифов (цен),
предусмотренной законодательством;
д) передача данных о параметрах настройки и событиях, зафиксированных
прибором учета электрической энергии, присоединенным к интеллектуальной
системе учета;
е) передача справочной информации;
ж) передача архива данных;
3
з) оповещение о возможных недостоверных данных, поступающих с приборов
учета в случаях срабатывания индикаторов вскрытия электронных пломб на корпусе
и клеммой крышке прибора учета, факта события воздействия магнитных полей на
элементы прибора учета, неработоспособности прибора учета вследствие
аппаратного или программного сбоя, его отключения (после повторного включения),
перезагрузки.
Следует отметить, что Закон об ИСУ фактически перекладывает
ответственность за установку, обслуживание и сбор данных интеллектуальных
систем учета с потребителей на поставщиков энергоресурса (сетевые организации и
гарантирующие поставщики), что, в виду прямой заинтересованности последних в
полноте и корректности данных, в конечном итоге, положительно скажется как на
темпы реализации программы, так и на качестве применяемого оборудования.
Одним из наиболее перспективных направлений в реализации Закона об ИСУ
является
повсеместное
внедрение
автоматизированных
информационноизмерительных систем коммерческого учета электрической энергии (далее –
АИИСКУЭ) на базе стандарта NB-IoT.
NB-IoT
NB-IoT (Narrow Band Internet of Things) — стандарт сотовой связи для
устройств телеметрии с низкими объёмами обмена данными. Разработан
консорциумом 3GPP в рамках работ над стандартами сотовых сетей нового
поколения. Первая рабочая версия спецификации представлена в июне 2016 года.
Предназначен для подключения к цифровым сетям связи широкого спектра
автономных устройств. Например, медицинских датчиков, счетчиков потребления
ресурсов, устройств умного дома и т. п. В быту такие системы связи получили
обобщающее наименование интернет вещей (англ. Internet of Things (IoT)). NB-IoT
является одним из трех стандартов IoT, разработанных 3GPP для сотовых сетей связи:
eMTC (enhanced Machine-Type Communication), NB-IoT и EC-GSM-IoT[2]. eMTC
обладает наибольшей пропускной способностью и разворачивается на оборудовании
LTE. NB-IoT сеть может быть развернута как на оборудовании сотовых сетей LTE,
так и отдельно, в том числе поверх GSM. EC-GSM-IoT предоставляет наименьшую
пропускную способность и разворачивается поверх сетей стандарта GSM.
Среди достоинств NB-IoT:
гибкое управление энергопотреблением устройств (вплоть до 10 лет в сети от
батареи емкостью 5 Вт*ч)
огромная емкость сети (десятки-сотни тысяч подключенных устройств на одну
базовую станцию)
низкая стоимость устройств
оптимизированная для улучшения чувствительности модуляция сигнала.
Предполагается огромное распространение устройств Internet of Things с
возможностью мобильной связи. В связи с этим вопросы себестоимости и затрат на
обслуживание становятся критически важными. Один из путей экономии — отказ от
установки физической SIM-карты. Для этого консорциум GSMA в 2016 году принял
спецификацию Embedded SIM (eSIM) / Remote SIM Provisioning (RSP). Стандарт eSIM
позволяет интегрировать функциональность SIM карты в электронику модема, а RSP
4
описывает инфраструктуру и алгоритмы взаимодействия доверенных центров
эмиссии параметров SIM, оператора сотовой связи и потребителя услуг связи.
Первые тестовые сети развернуты в 2015 году в Европе компанией Vodafone.
Микросхемы сделал Huawei, модемы разработал u-Blox.
В России в декабре 2017 года принято решение ГКРЧ по выделению частот для
систем NB-IoT. Комиссия разрешила использование полос радиочастот
453—457,4 МГц и 463—467,4 МГц, 791—820 МГц, 832—862 МГц, 880—890 МГц,
890—915 МГц, 925—935 МГц, 935—960 МГц, 1710—1785 МГц, 1805—1880 МГц,
1920—1980 МГц, 2110—2170 МГц, 2500—2570 МГц и 2620—2690 МГц.
Технология NB-IoT многое унаследовала от LTE — начиная с физической
структуры радиосигнала и заканчивая архитектурой.
Рис. 1. Ресурсный блок и ресурсный элемент.
Для LTE сигнала используется принцип разделения каналов OFDM (англ.
Orthogonal frequency-division multiplexing — мультиплексирование с ортогональным
частотным разделением каналов) с разнесением поднесущих на 15кГц. В DL
(Downlink, направление от БС) используется OFDMA (доработанная версия OFDM,
получившей название множественного доступа с ортогональным разделением
частот), а в UL (Uplink, направление на БС) используется SC-FDMA (гибридная схема
передачи, которая сочетает низкие значения PAR, присущие системам с одной
несущей, таким как GSM и CDMA, с большой длительностью символа и гибким
распределением частот OFDM). Вся несущая в LTE разделена на ресурсные блоки
(Resource block, RB), каждый из которых состоит из 12 поднесущих и общей шириной
занимаемой полосы в 12х15кГц = 180кГц (рис.1). Каждый ресурсный блок разделен
на 12х7=84 ресурсных элемента (Resource element, RE).
Для достижения большой пропускной способности соты применяются высокие
порядки модуляции QAM256 (Quadrature Amplitude Modulation – Модуляция методом
Квадратичных Амплитуд) для DL и QAM64 в UL. В добавок с этой же целью
применятся технологии MIMO2x2 и MIMO4x4 ((Multiple Input Multiple Output;
множественные входы, множественные выходы) — метод пространственного
кодирования сигнала, позволяющий увеличить полосу пропускания канала, при
5
котором для передачи данных используются две и более антенны и такое же
количество антенн для приёма).
Самое важное в NB-IoT — возможность работы при более низких уровнях
сигнала и при высоком уровне шумов, а также экономия батареи. Также NB-IoT
предназначен для передачи коротких сообщений, и от него не требуется передача
аудио-видео контента, больших файлов и прочего.
Исходя из этого, на физическом уровне есть определенные особенности,
которые помогают обеспечить необходимые характеристики:
общая полоса для NB-IoT ограничена в один RB шириной в 180кГц;
радиотракт пользовательского устройства имеет всего одну антенну, приемник
и передатчик;
передача и прием разнесены по времени, т.е. это, по сути, полудуплексный
режим;
возможность передавать в направлении UL на одной поднесущей;
используемые типы модуляции ограничены BPSK и QPSK;
переповторы передаваемого сигнала (coverage enhancement).
Для NB-IoT могут использоваться практически все те же диапазоны частот, что
и для 2G/3G/4G в «низких» band. Это B20 (800МГц), B8(900МГц), B3(1800МГц).
Более «высокие» частоты смысла использовать нет из-за большего затухания сигнала.
Приборы учета электрической энергии для реализации АИИСКУЭ
Автоматизация учета энергоресурсов и, прежде всего, электроэнергии стала
возможной в том числе с появлением и совершенствованием электронных счетчиков.
В таких счетчиках используются твердотельные датчики, не имеющие подвижных
элементов. Датчики преобразуют проходящий ток в измерительные импульсы,
посредством которых определяется не только количество потребленной
электроэнергии, но и другие числовые параметры сети, что позволяет получать
важную аналитическую информацию. Ключевым элементом электронного счетчика
является микропроцессор, который обеспечивает высокоточное измерение
электрической энергии и множества параметров электрической сети: напряжения,
токов, частоты, сдвигов фаз и других, реализацию многотарифного учета. Счетчики
АСКУЭ обеспечивают автоматическую передачу информации на следующий уровень
системы, что исключает необходимость человеческого участия в сборе данных.
Счетчики для АСКУЭ могут быть одно– и трехфазными, последние —
непосредственного (прямого) и трансформаторного включения. Они могут иметь
различный класс точности, номинальное напряжение, а также могут отличаться по
другим ключевым параметрам. Это позволяет подобрать оптимальные устройства для
комплектации системы учета в каждом конкретном случае, исходя из требуемой
функциональности и экономической целесообразности.
В рамках данного проекта рассматривается система АИИСКУЭ с целью
контроля и учета энергоресурсов бытовых абонентов, в связи с чем пул исследуемых
в рамках проекта приборов учета ограничивается однофазными электросчетчиками с
возможностью подключения модуля NB-IoT к интерфейсному выходу ПУ, либо
наличием встроенного модуля.
6
Таким образом выбор оптимального устройства будет осуществляться из
следующих моделей:
1. СЭБ-1ТМ.02.Д производства АО «ННПО им. Фрунзе».
2. Меркурий 201.8TLO производства ООО «НПК Инкотекс».
3. AD11A.1(I)-BL-G-R-TW (1-2-1) производства ООО «Матрица»;
4. CE208-R5 IEC производства АО «Концерн Энергомера».
Определение и обоснование показателей качества исследуемых моделей
Основными группами показателей качества, по которым осуществляется выбор
оптимальной модели, являются технические характеристики и стоимостные
характеристики.
Таблица 1. Технические характеристики сравниваемых приборов учета
Меркурий AD11A.1(I)-BLХарактеристика
СЭБ-1ТМ.02.Д
CE208-R5 IEC
201.8TLO
G-R-TW (1-2-1)
Базовый (максимальный) ток, А
5(75)
5(80)
5(80)
5(60)
Ток чувствительности, А
0,02
0,02
0,02
0,02
Номинальное напряжение, В
230
230
230
230
Установленный диапазон
160-265
160-265
180-280
130-265
рабочих напряжений, В
Номинальная частота сети, Гц
50
50
50
50
Класс точности
1
1
1
1
Активная мощность,
потребляемая параллельной
2
2
1,3
3
цепью напряжения, не более, Вт
Число индицируемых разрядов
жидкокристаллического
8
8
8
8
индикатора
Передаточное число,
имп/(кВт·ч) в основном режиме
500
5000
1000
1000
(А)
Диапазон рабочих температур,
-40 - +55
-45 - +75
-30 - +70
-45 - +70
°С
Межповерочный интервал, лет
16
16
16
16
Гарантийный срок
3
3
2
2
эксплуатации, лет
Средняя наработка до отказа,
140000
220000
230000
220000
час
Наличие интерфейсного выхода
для подключения внешнего
Да
Да
Да
Да
модуля
Глубина хранения профиля (при
времени усреднения 60 мин.),
130
365
365
256
сутки
Сохранность данных при
40
10
25
30
перерывах питания, лет :
Степень защиты по ГОСТ
IP51
IP54
IP54
IP51
14254-96
Габаритные размеры, мм
108х113х66,5
128x90x65
213,5×127,5×62 110 х 89 х 72,5
Масса, кг
0,56
0,6
0,93
0,5
7
Таблица 2. Стоимость приборов учета
Меркурий AD11A.1(I)-BLСЭБ-1ТМ.02.Д
CE208-R5 IEC
201.8TLO
G-R-TW (1-2-1)
Средняя рыночная стоимость,
руб.
4595
4871
16798
6595
Далее необходимо выбрать из обозначенных выше характеристик те, которые
станут показателями качества в нашем исследовании.
1. Базовый (максимальный) ток, А. В виду того, что значение базового тока у у
всех рассмотренных моделей одинаково и составляет 5А, оценке подлежит лишь
значение максимального тока.
Техническим регламентом ГОСТ Р 52320-2005 определены параметры,
характеризующие счетчик. Так, максимальный ток – наибольшее значение тока, при
котором счетчик удовлетворяет требованиям точности.
Разрабатываемая система АИИСКУЭ подлежит внедрению как в
многоквартирных жилых домах, так и в отношении комплексов ИЖС (коттеджные
поселки, СНТ, ТСН и т.д.). Следует обратить внимание на то, что зачастую
максимальные значения токов нагрузки в индивидуальных жилых домах значительно
превышают нормальные. Известны прецеденты, когда на территории земельных
участков потребитель под видом бытового потребления вел предпринимательскую
или даже производственную деятельность. В связи с тем, что применение
измерительных трансформаторов тока с однофазными приборами учета невозможно,
высокое значение максимального тока является важным техническим параметром,
гарантирующим точность измерения всей потребленной электроэнергии даже при
высоких нагрузках.
Таким образом Максимальный ток является показателем качества
сравниваемых моделей. Чем выше данный параметр, тем лучше.
2. Ток чувствительности, А. Параметр одинаков у всех моделей и как
показатель качества использоваться не может.
3. Номинальное напряжение, В. Параметр одинаков у всех моделей и как
показатель качества использоваться не может.
4. Установленный диапазон рабочих напряжений, В. Ввиду общего износа и
неудовлетворительного состояния электросетевой инфраструктуры в РФ, параметры
качества электрической энергии, такие как частота и напряжение электрической сети,
зачастую не соответствуют установленным нормам. Широкий диапазон рабочих
напряжений позволяет прибору учета производить точные измерения даже в
условиях т.н. «скачков» напряжения.
Таким образом диапазон рабочих напряжений является показателем качества
сравниваемых моделей. В целях упрощения расчетов примем в качестве показателя
не сам диапазон, а разницу, между верхней границей диапазона и нижней:
∆U=Uверх.-Uнижн., В (1)
В результате получим:
- для ПУ СЭБ-1ТМ.02.Д: ∆U=265-160=105 В;
- для ПУ Меркурий 201.8TLO: ∆U=265-160=105 В;
- для ПУ AD11A.1(I)-BL-G-R-TW (1-2-1): ∆U=280-180=100 В;
- для ПУ CE208-R5 IEC: ∆U=265-130=135 В.
Для показателя качества ∆U чем выше значение, тем лучше.
8
5. Номинальная частота сети, Гц. Параметр одинаков у всех моделей и как
показатель качества использоваться не может.
6. Класс точности. Параметр одинаков у всех моделей и как показатель качества
использоваться не может.
7. Активная мощность, потребляемая параллельной цепью напряжения, не
более, Вт. Колебание значения данного параметра незначительно и полностью
соответствует требованиям ГОСТ - 52322—2005. Разницей, отличающей
рассматриваемые модели ПУ пренебрежем, т.к. она находится на уровне
погрешности расчетов самого ПУ.
8. Число индицируемых разрядов жидкокристаллического индикатора.
Параметр одинаков у всех моделей и как показатель качества использоваться не
может.
9. Передаточное число, имп/(кВт·ч) в основном режиме (А). Значение,
выражающее соотношение между энергией, зарегистрированной счетчиком, и
соответствующей величиной на испытательном выходе. Различия в значениях
данного параметра у различных моделей приборов учета охарактеризовано
конструктивными особенностями. Данный параметр не влияет на точность измерений
и им можно пренебречь.
10. Диапазон рабочих температур, °С. Как уже было обозначено выше,
предполагается развертывание системы АИИСКУЭ как в отношении
многоквартирных домов, так и в отношении индивидуальных жилых строений. В
соответствии с законодательством РФ, приборы учета электрической энергии
подлежат установке на границе балансовой принадлежности, которой для ИЖС
является граница земельного участка (если иное не определено в технической
документации). Таким образом установка приборов учета в отношении ИЖС
предполагается н улице. Однако, верхний и нижний предел рабочих температур
представленных моделей приборов учета значительно превышают даже
максимальные значения уличных температур в средней полосе РФ, в связи с чем
данным параметром можно пренебречь.
11. Межповерочный интервал, лет. Значение параметра одинаково для всех
исследуемых моделей. Пренебрегаем.
12. Гарантийный срок эксплуатации, лет. Срок службы приобретенного
прибора учета, в течении которого завод – изготовитель производит бесплатный
гарантийный ремонт, либо обмен вышедшего из строя изделия. Важный параметр с
точки зрения амортизационных затрат на реализацию системы.
Данный параметр принимаем как показатель качества. Чем он выше, тем лучше.
13. Средняя наработка до отказа, час. Фактический срок службы прибора учета.
Принимаем за показатель качества. Чем выше значение, тем лучше.
14. Наличие интерфейсного выхода для подключения внешнего модуля.
Значение параметра одинаково для всех исследуемых моделей. Пренебрегаем.
15. Глубина хранения профиля (при времени усреднения 60 мин.), сутки.
Профиль мощности – набор пиковых значений мощности, зафиксированных
прибором учета в каждый час месяца. В данный момент, в соответствии с
законодательством РФ, используется для определения нерегулируемой цены на
электрическую энергию для потребителей 3-6 ценовых категорий. На сегодняшний
день, подобный способ расчетов используется только в отношении потребителей –
9
юридических лиц, однако высока вероятность распространения подобной схемы и на
бытовых потребителей.
Принимая во внимание вышесказанное, а также длительный срок эксплуатации
рассматриваемых приборов учета, примем данный параметр в качестве показателя
качества с перспективой на будущее.
На сегодняшний день для потребителей 3-6 ценовых категорий законодательно
установлено требование к глубине хранения профилей в 90 дней, однако существуют
прецеденты, когда потребитель не был согласен с начислениями и в рамках судебных
заседаний запрашивались профили до трехлетней давности. Таким образом, чем
выше данный параметр, тем лучше.
16. Сохранность данных при перерывах питания, лет. Значения параметра для
всех исследуемых моделей приборов учета значительно превышают установленные
законодательством РФ сроки исковой давности (3-5 лет для общих случаев), в связи
с чем данным параметром пренебрегаем при сравнении.
17. Степень защиты по ГОСТ 14254-96. Степень защиты IP (International/Ingress
Protection Rating) - классификатор степеней защиты, регламентирующий
проникновение посторонних объектов - пыли и воды в соответствии с
международным стандартом IEC 60529 (DIN 40050, ГОСТ 14254-96).
Первая характеристика системы IP - защита от посторонних твердых тел, пыли,
вторая характеристика системы IP - защита от воды.
IP51:
5 – пылезащищённое, некоторое количество пыли может проникать внутрь,
однако это не нарушает работу устройства. Полная защита от контакта.
1 - вертикальные капли, вертикально капающая вода не должна нарушать
работу устройства.
IP54:
5 – пылезащищённое, некоторое количество пыли может проникать внутрь,
однако это не нарушает работу устройства. Полная защита от контакта.
4 – брызги, защита от брызг, падающих в любом направлении.
Параметр двухсоставный. Первая часть у всех сравниваемых моделей
одинаковая и ей можно пренебречь. Вторую часть, защиту от воды, используем как
показатель качества, т.к. приборы учета подлежат установке в том числе на улице.
Чем выше уровень параметра, тем лучше.
18. Габаритные размеры, мм. Важный параметр особенно в условиях зачастую
ограниченного пространства щитов и шкафов многоквартирных домов. Имеет смысл
разделить его на 3 составляющих – высоту, ширину и глубину и сравнивать модели
отдельно по каждому из параметров.
Параметр
Высота, мм
Ширина, мм
Глубина, мм
Таблица 3. Габаритные размеры
Меркурий AD11A.1(I)-BLСЭБ-1ТМ.02.Д
CE208-R5 IEC
201.8TLO
G-R-TW (1-2-1)
108
128
213,5
110
113
90
127,5
89
66,5
65
62
72,5
Чем ниже значение каждого из параметров, тем лучше.
19. Масса, кг. Также как и предыдущий, является важным параметром в
условиях плохого (зачастую аварийного) состояния мест установки приборов учета в
многоквартирных домах. Чем ниже значение, тем лучше.
10
20. Средняя рыночная стоимость, руб. Наиболее важный параметр. Если
технические характеристики различаются, но так или иначе находятся в пределах
требований реестра средств измерений, что гарантирует соответствии приборов учета
нормам действующего законодательства, то его стоимость ничем не
регламентирована. Экономическая составляющая от внедрения системы АИИСКУЭ
является едва ли не основной, в связи с чем затраты на реализацию системы
необходимо минимизировать там, где это возможно без ущерба для качества.
Параметр принимается за показатель качества и чем он ниже, тем лучше.
Таким образом, в рамках работы над проектом были выделены следующие
показатели качества:
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Таблица 4. Показатели качества сравниваемых устройств
AD11A.1(I)СЭБМеркурий
Показатель качества
BL-G-R-TW
1ТМ.02.Д
201.8TLO
(1-2-1)
А
B
C
Максимальный ток Imax, А
75
80
80
∆U
105
105
100
Гарантийный срок эксплуатации, лет
3
3
2
Средняя наработка до отказа, час
140000
220000
230000
Глубина хранения профиля (при
130
365
365
времени усреднения 60 мин.), сутки
Уровень влагозащиты по шкале IP
1
4
4
Высота, мм
108
128
213,5
Ширина, мм
113
90
127,5
Глубина, мм
66,5
65
62
Масса, кг
0,56
0,6
0,93
Средняя рыночная стоимость, руб.
4595
4871
16798
CE208-R5
IEC
D
60
135
2
220000
256
1
110
89
72,5
0,5
6595
Нормирование выбранных показателей качества
Нормирование показателей качества производится по следующим формулам:
для показателей, которые необходимо минимизировать:
ПК𝑖
ПК∗𝑖 =
(2);
ПК𝑖 𝑚𝑎𝑥
для показателей, которые необходимо максимизировать:
ПК𝑖
ПК∗𝑖 = (1 −
) (3).
ПК𝑖 𝑚𝑎𝑥
Применяя формулы (2) и (3) для каждого параметра каждой модели, получаем:
ПК𝐴1
∗
ПК𝐴1
= (1 −
) = (1 – 75/80) = 0,0625;
ПК
1 𝑚𝑎𝑥
ПК∗𝐵1
= (1 −
ПК∗𝐶1 = (1 −
ПК∗𝐷1 = (1 −
∗
ПК𝐴2
= (1 −
ПК𝐵1
ПК1 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐶1
ПК1 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐷1
) = (1 – 80/80) = 0;
ПК1 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐴2
ПК2 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐵2
ПК∗𝐵2 = (1 −
ПК
) = (1 – 80/80) = 0;
) = (1 – 60/80) = 0,25;
) = (1 – 105/135) = 0,2222;
2 𝑚𝑎𝑥
) = (1 – 105/135) = 0,2222;
11
ПК∗𝐶2 = (1 −
ПК∗𝐷2 = (1 −
∗
ПК𝐴3
= (1 −
ПК∗𝐵3 = (1 −
ПК∗𝐶3 = (1 −
ПК∗𝐷3 = (1 −
∗
ПК𝐴4
= (1 −
ПК∗𝐵4 = (1 −
ПК∗𝐶4 = (1 −
ПК∗𝐷4 = (1 −
∗
ПК𝐴5
= (1 −
ПК∗𝐵5 = (1 −
ПК∗𝐶5 = (1 −
ПК∗𝐷5 = (1 −
∗
ПК𝐴6
= (1 −
ПК∗𝐵6 = (1 −
ПК∗𝐶6 = (1 −
ПК∗𝐷6 = (1 −
∗
ПК𝐴7
=
ПК∗𝐵7 =
ПК∗𝐶7 =
ПК∗𝐷7 =
∗
ПК𝐴8
=
ПК∗𝐵8 =
ПК𝐶2
ПК2 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐷2
) = (1 – 100/135) = 0,2593;
ПК2 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐴3
ПК3 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐵3
) = (1 – 3/3) = 0;
ПК3 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐶3
ПК3 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐷3
ПК4 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐵4
ПК5 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐵5
ПК6 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐵6
ПК7 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐵7
ПК7 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐶7
ПК7 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐷7
ПК7 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐴8
ПК8 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐵8
ПК8 𝑚𝑎𝑥
) = (1 – 4/4) = 0;
) = (1 – 4/4) = 0;
ПК6 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐴7
) = (1 – 256/365) = 0,2986;
) = (1 – 1/4) = 0,75;
ПК6 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐶6
ПК6 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐷6
) = (1 – 365/365) = 0;
) = (1 – 365/365) = 0;
ПК5 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐴6
) = (1 – 220000/230000) = 0,0435;
) = (1 – 130/365) = 0,6438;
ПК5 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐶5
ПК5 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐷5
) = (1 – 220000/230000) = 0,0435;
) = (1 – 230000/230000) = 0;
ПК4 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐴5
) = (1 – 2/3) = 0,3333;
) = (1 – 140000/230000) = 0,3914;
ПК4 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐶4
ПК4 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐷4
) = (1 – 3/3) = 0;
) = (1 – 2/3) = 0,3333;
ПК3 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐴4
) = (1 – 135/135) = 0;
) = (1 – 1/4) = 0,75;
= 108/213,5 = 0,5059;
= 90/213,5 = 0,4215;
= 213,5/213,5 = 1;
= 110/213,5 = 0,5152;
= 113/127,5 = 0,8863;
= 90/127,5 = 0,7059;
12
ПК∗𝐶8 =
ПК∗𝐷8 =
∗
ПК𝐴9
=
ПК∗𝐵9 =
ПК∗𝐶9 =
ПК∗𝐷9 =
ПК𝐶8
ПК8 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐷8
ПК8 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐴9
ПК9 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐵9
ПК9 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐶9
ПК9 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐷9
ПК9 𝑚𝑎𝑥
∗
ПК𝐴10
=
ПК∗𝐵10 =
ПК∗𝐶10 =
ПК∗𝐷10 =
∗
ПК𝐴11
=
ПК∗𝐵11 =
ПК∗𝐶11 =
ПК∗𝐷11 =
= 127,5/127,5 = 1;
= 89/127,5 = 0,698;
= 66,5/72,5 = 0,9172;
= 65/72,5 = 0,8966;
= 62/72,5 = 0,8552;
= 72,5/72,5 = 1;
ПК𝐴10
ПК10 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐵10
ПК10 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐶10
ПК10 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐴10
ПК10 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐴11
ПК11 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐵11
ПК11 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐶11
ПК11 𝑚𝑎𝑥
ПК𝐷11
ПК11 𝑚𝑎𝑥
= 0,56/0,93 = 0,6022;
= 0,6/0,93 = 0,6452;
= 0,93/0,93 = 1;
= 0,5/0,93 = 0,5376;
= 4595/16798 = 0,2735;
= 4871/16798 = 0,29;
= 16798/16798 = 1;
= 6595/16798 = 0,3926.
Полученные нормированные показатели качества заносим в таблицу.
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Таблица 5. Нормированные показатели качества
AD11A.1(I)СЭБМеркурий
Показатель качества
BL-G-R-TW
1ТМ.02.Д
201.8TLO
(1-2-1)
А
B
C
Максимальный ток Imax, А
0,0625
0
0
∆U
0,2222
0,2222
0,2593
Гарантийный срок эксплуатации, лет
0
0
0,3333
Средняя наработка до отказа, час
0,3914
0,0435
0
Глубина хранения профиля (при
0,6438
0
0
времени усреднения 60 мин.), сутки
Уровень влагозащиты по шкале IP
0,75
0
0
Высота, мм
0,5059
0,4215
1
Ширина, мм
0,8866
0,7059
1
Глубина, мм
0,9172
0,8966
0,8552
Масса, кг
0,6022
0,6452
1
Средняя рыночная стоимость, руб.
0,2735
0,29
1
13
CE208-R5
IEC
D
0,25
0
0,3333
0,0435
0,2986
0,75
0,5152
0,698
1
0,5376
0,3926
Выбор весовых коэффициентов
Следующим этапом является выбор весовых коэффициентов в зависимости от
степени важности показателя качества.
Для того, чтобы выбор веса того или иного параметра был объективным, я
условно разделю выделенные показатели качества на 3 группы:
1. ПК, так или иначе влияющие на экономическую составляющую проекта (3,
4, 11). Это, по моему мнению наиболее важные параметры и их суммарный вес
составляет более половины. Предлагается следующее распределение: α3 = 0,1;
α4 = 0,1; α11 = 0,3.
2. Параметры, обеспечивающие стабильную работу ПУ в неблагоприятных
условиях (1, 2, 6). Эта группа вторая по важности, поэтому предлагается следующее
распределение весов: α1 = 0,1; α2 = 0,1; α6 = 0,1.
3. Третья группа – массогабаритные показатели (7,8,9,10). Распределение
коэффициентов следующее: α7 = 0,05; α8 = 0,05; α9 = 0,05; α10 = 0,04.
Показатель 5 на сегодняшний день не является приоритетным и включен в
список исключительно на перспективу. Его вес α5=0,01.
Занесем полученные данные в таблицу:
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Таблица 6. Распределение весовых коэффициентов.
Показатель качества
Весовой коэффициент, α
Максимальный ток Imax, А
0,1
∆U
0,1
Гарантийный срок эксплуатации, лет
0,1
Средняя наработка до отказа, час
0,1
Глубина хранения профиля (при
0,01
времени усреднения 60 мин.), сутки
Уровень влагозащиты по шкале IP
0,1
Высота, мм
0,05
Ширина, мм
0,05
Глубина, мм
0,05
Масса, кг
0,04
Средняя рыночная стоимость, руб.
0,3
Сравнение рассматриваемых приборов учета
Для сравнения выбранных устройств используем формулу:
∑𝑛𝑖=1 α𝑖 ПК𝑖 (4).
Используя формулу (4) получаем:
Для прибора учета СЭБ-1ТМ.02.Д:
∑11
𝑖=1 α𝑖 ПК𝑖 = (0,1 × 0,0625) + (0,1 × 0,2222) + (0,1 × 0) + (0,1 × 0,3914) +
+ (0,01 × 0,6438) + (0,1 × 0,75) + (0,05 × 0,5059) + (0,05 × 0,8866) + (0,05 × 0,9172) +
+ (0,04 × 0,6022) + (0,3 × 0,2735) = 0,00625 + 0,02222 + 0 + 0,03914 + 0,006438 +
+ 0,075 + 0,025295 + 0,04433 + 0,04586 + 0,024088 + 0,08205 = 0,370671.
Для прибора учета Меркурий 201.8TLO:
∑11
𝑖=1 α𝑖 ПК𝑖 = (0,1 × 0) + (0,1 × 0,2222) + (0,1 × 0) + (0,1 × 0,0435) +
+ (0,01 × 0) + (0,1 × 0) + (0,05 × 0,4215) + (0,05 × 0,7059) + (0,05 × 0,8966) +
+ (0,04 × 0,6452) + (0,3 × 0,29) = 0 + 0,02222 + 0 + 0,00435 + 0 + 0 + 0,021075 +
+ 0,035295 + 0,04483 + 0,025808 + 0,087 = 0,240578.
14
Для прибора учета AD11A.1(I)-BL-G-R-TW (1-2-1):
∑11
𝑖=1 α𝑖 ПК𝑖 = (0,1 × 0) + (0,1 × 0,2593) + (0,1 × 0,3333) + (0,1 × 0) +
+ (0,01 × 0) + (0,1 × 0) + (0,05 × 1) + (0,05 × 1) + (0,05 × 0,8552) +
+ (0,04 × 1) + (0,3 × 1) = 0 + 0,02593 + 0,03333 + 0 + 0 + 0 + 0,05 + 0,05 + 0,04276 +
+ 0,04 + 0,3 = 0,54202.
Для прибора учета CE208-R5 IEC:
∑11
𝑖=1 α𝑖 ПК𝑖 = (0,1 × 0,25) + (0,1 × 0) + (0,1 × 0,3333) + (0,1 × 0,0435) +
+ (0,01 × 0,2986) + (0,1 × 0,75) + (0,05 × 0,5152) + (0,05 × 0,698) + (0,05 × 1) +
+ (0,04 × 0,5376) + (0,3 × 0,3926) = 0,025 + 0 + 0,03333 + 0,00435 + 0,02986 + 0,075 +
+ 0,02576 + 0,0349 + 0,05 + 0,021504 + 0,11778 = 0,417484.
Занесем обобщенные показатели качества в таблицу.
Таблица 6. Обобщенные показатели качества.
СЭБ-1ТМ.02.Д
Обобщенный показатель качества
0,370671
Меркурий AD11A.1(I)-BL- CE208-R5
201.8TLO G-R-TW (1-2-1)
IEC
0,240578
0,54202
0,417484
Анализ полученных результатов и вывод
Как видно из таблицы 6, устройством с
наименьшим обобщенным показателем качества
является прибор учета электроэнергии Меркурий
201.8TLO производства ООО «Инкотекс», Россия.
Данный электросчетчик является наиболее
привлекательным по совокупности экономических
показателей, обеспечивает надежную работу
системы при неблагоприятных параметрах сети, а
также имеет приемлемые массо-габаритные
параметры.
В рамках данного курсового проекта для
выбора модели прибора учета была применена
методика многокритериального выбора на
конечном множестве альтернатив.
Работа над данным курсовым проектом
показала, что метод многокритериального выбора
имеет широкую область применения и может
использоваться для определения наилучшего решения в условиях наличия более
одного параметра сравнения.
15
Список литературы
1. Многокритериальный синтез сигналов и устройств обработки: учеб. пособие/
С.Н. Кириллов; Рязан. гос. радиотехн. ун-т. Рязань, 2019. 48 с.
2. О внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской
Федерации в связи с развитием систем учета электрической энергии (мощности) в
Российской Федерации [Текст]: Федеральный закон от 27 дек. 2018 г. № 522-ФЗ //
Собрание законодательства РФ. –2018. - № 53, (31 дек.). – часть I (ст. 8448).
3. Об утверждении правил предоставления доступа к минимальному набору
функций интеллектуальных систем учета электрической энергии (мощности) Проект
Постановления Правительства РФ [Электронный ресурс]: режим доступа:
http://www.consultant.ru/cons/cgi/online.cgi?req=doc&base=PNPA&n=47922&dst=1000
59& дата обращения=30.12.2019.
4. NB IoT // Википедия. [2019—2019]. Дата обновления: 22.11.2019. URL:
https://ru.wikipedia.org/?oldid=103466579 (дата обращения: 22.11.2019).
5. Тихвинский, В.О, Терентьев, С.В., Юрчук, А.Б. Сети мобильной связи LTE.
Технология и архитектура. - М.: Эко-Трендз, 2010.
6. LoRaWAN и NB-IoT: соперники или соратники? // https://habr.com/ URL:
https://habr.com/ru/post/472028/ (дата обращения: 30.12.2019).
7. СЭБ-1ТМ.02Д // https://www.nzif.ru/ URL: https://www.nzif.ru/schetchikielektroenergii/odnofaznye/mnogofunktsionalnye-seb/seb-1tm-02d.html (дата обращения:
30.12.2019).
8. СЧЁТЧИК
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
ЭНЕРГИИ
СТАТИЧЕСКИЙ
ОДНОФАЗНЫЙ «Меркурий 201.8 TLO» Руководство по эксплуатации
АВЛГ.411152.049
РЭ
//
https://www.incotexcom.ru/
URL:
https://www.incotexcom.ru/files/em/docs/mercury-201-8tlo-um.pdf (дата обращения:
30.12.2019).
9. AD11A.1(I)-BL-G-R-TW
(1-2-1)
//
http://matritca.ru/
URL:
http://matritca.ru/produktsiya/oborudovanie/odnofaznye-schetchiki/ad11a-1-i-bl-g-r-tw-12-1 (дата обращения: 30.12.2019).
10. Счетчик электрической энергии однофазный многофункциональный СЕ 208
Руководство по эксплуатации САНТ.411152.110.01 РЭ // http://www.energomera.ru/
URL: http://www.energomera.ru/documentations/ce208_s7_r5_re.pdf (дата обращения:
30.12.2019).
16