Г.А.Л._Изб. раб. по АСКУЭ

Здание управления РУП “ПО Беларуськалий” (здесь центром АСКУЭ) и вид на окраину Солигорска с терриконами пустой породы на заднем плане.

Автор в шахте на глубине 600 м. Пласты сильвинита (красный) и галита (бело-серый) – главная драгоценность предприятия

АСКУЭ КОТТЕДЖНЫХ ПОСЕЛКОВ

Гуртовцев А.Л., к.т.н., ведущий научный сотрудник РУП "БЕЛТЭИ", Киянко С.Ф., заместитель директора Лидских электрических сетей, Гржешкевич А.Ч., начальник службы автоматизированных систем ПСДТУ РУП «Гродноэнерго»

Создание у потребителей автоматизированных систем контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ) производится как в целях снижения коммерческих потерь электроэнергии энергоснабжающими организациями, так и для реализации условий режимного взаимодействия потребителей с энергосистемой на основе многоставочных тарифов.

ВРеспублике Беларусь доля бытовых потребителей в общем потреблении электроэнергии превышает 20 % и имеет тенденцию к росту. Существенен вклад их нагрузки

ввечерний максимум энергосистемы. Именно поэтому в стране в последние годы в рамках программы массовой модернизации расчетных средств приборного учета электроэнергии идет процесс создания АСКУЭ многоквартирных и одноквартирных жилых домов.

Расширение коттеджного строительства в городах и сельской местности (агрогородках) приводит как к дополнительному удельному росту электропотребления в быту в расчете на одного потребителя, так и к увеличению хищений электроэнергии, которые в территориально распределенных коттеджных поселках с протяженными и открытыми линиями электропередачи 10/0,4 кВ выполняются легче и проще, чем в многоквартирных жилых домах с защищенной и скрытой электропроводкой.

Создание первых экспериментальных АСКУЭ коттеджных застроек началось в республике только в последние два-три года с появлением относительно дешевых и эффективных средств связи для дистанционного сбора данных учета с электронных счетчиков электроэнергии по линиям электропередачи 10/0,4 кВ - PLC-модемов. Первая пробная такая АСКУЭ была реализована в 2005 г. в Пружанских электросетях РУП "Брестэнерго" для небольшой застройки из двух десятков коттеджей. Принципиально новым для этой белорусской АСКУЭ стало следование смоленскому опыту выноса шкафов вводных устройств (ШВУ) за границы домовладений и защиты кабелей спуска с воздушных линий электропередачи от несанкционированного доступа за счет использования для этого кабелей с изолирующей и защитной оболочками и их подземного ввода в ШВУ.

В ШВУ устанавливался электросчетчик совместно с устройством защитного отключения и PLC-модемом, а уже после счетчика подземный питающий кабель прокладывался непосредственно к распределительному устройству потребителя, установленному внутри домовладения. Такая схема реализации электроснабжения полностью исключала все варианты хищения электроэнергии потребителями, а дистанционный сбор данных со счетчиков через PLC-модемы и линии электропередачи обеспечивал контроль за работой учетов.

Внастоящее время наиболее крупная экспериментальная АСКУЭ для коттеджных застроек реализована недалеко от древнего города Лида (здесь еще сохранилась крепость Гедимина, построенная в первой половине четырнадцатого столетия, см. фото ниже, все фото Гуртовцева А.Л.) - районного центра Гродненской области, в поселке "Индустриальный" (см. фото ниже), расположенного в пяти км от Лиды. Поселок постоянно расширяется, имеет уже законченные и строящиеся коттеджи, строительные площадки, 67 из которых объединены в АСКУЭ. АСКУЭ поселка в максимальной степени использует пружанский опыт с вынесенными за пределы домовладений ШВУ и PLC-связью по линиям электропередачи 0,4 кВ, но, в отличие от той системы, полностью реализована на средствах приборного учета белорусских изготовителей. АСКУЭ смонтирована осенью 2006

г. и сдана в опытную эксплуатацию 10 января 2007 г. Ниже приводится краткое описание данной системы и рассматриваются вопросы ее экономической эффективности и дальнейшего развития.

На ТП на каждый питающий фидер установлен трехфазный балансный счетчик непосредственного подключения по напряжению и трансформаторного подключения по току типа "Гран-Электро СС-301" производства филиала ПСДТУ РУП "Гродноэнерго" (см. на фото ниже; выпускаются по лицензии первого изготовителя этого счетчика - минского частного предприятия НПООО "Гран-Система-С"). На ТП установлено и групповое устройство АСКУЭ, разработанное и выпускаемое вышеуказанной организацией, -

устройство сбора и обработки данных (УСПД) АИСЭ-1.03 в составе промышленного компьютера (ПК), коммуникаторов ШМ-16 (PLC-модемов) производства минской фирмы

ООО "РовалэнтСпецПром", преобразователя интерфейсов RS485/RS232, блока питания и GSM-модема (с антенной) фирмы Siemens МС-35i (см. фото ниже).

УСПД АИСЭ-1.03 изначально разработано для применения в составе АСКУЭ энергосистем и промышленных предприятий. Оно предназначено для преобразования входных сигналов от многофункциональных микропроцессорных счетчиков электроэнергии с цифровым выходом, хранения, отображения и передачи информации на верхний уровень АСКУЭ. Устройство имеет ряд модульно наращиваемых портов типа RS485 и RS232, к которым возможно подключение как счетчиков, так и других устройств, например, модемов. По каждому порту RS485 к УСПД можно подключать до 32 счетчиков. УСПД может опрашивать счетчики по любому их штатному параметру с периодом опроса, программируемым из группы времен 10 с, 3, 30 и 60 мин. Устройство в общем случае позволяет с верхнего уровня АСКУЭ, например, уровня центра сбора и обработки данных (ЦСОД), запрашивать как данные из базы данных (БД) самого УСПД, так и БД счетчиков, подключенных к УСПД. В АСКУЭ-быт, реализованном для коттеджного поселка "Индустриальный", использовано УСПД с усеченными аппаратными возможностями и функциями, с упрощенной базой данных (вместо встроенной в УСПД БД Oracle использована БД Access). Это устройство автоматически опрашивает счетчики каждые 6 часов, т.е. четырежды за сутки.

Возможности сбора данных по силовой сети 0,4 кВ существенно зависят от эффективности и надежности используемых PLC-модемов. Коммуникаторы ШМ-16 служат для передачи информации по силовой сети с использованием технологии шумоподобных сигналов (ШПС) в диапазоне частот 20-80 кГц. Они обеспечивают секретность передачи и приема сигналов, высокую помехоустойчивость и работу при уровне полезного сигнала значительно ниже уровня шума. Скорость передачи в полудуплексном режиме лежит в диапазоне 200-800 бит/с. Приборы обеспечивают дальность связи по воздушным линиям электропередачи на расстояние до 10 км, а по внутридомовым электросетям - до 4 км. К одной фазе питающего фидера можно подключать до 1500 коммуникаторов. Каждый прибор по своему цифровому интерфейсу (RS485 или токовой петле CL) прозрачен для

подключаемого цифрового устройства (например, УСПД или счетчика), и к одному коммуникатору можно подсоединять по цифровому интерфейсу до 16 устройств.

УСПД, установленное на ТП, собирает в автоматическом режиме данные с трех трехфазных балансных счетчиков, подключенных соответственно к трем питающим фидерам, и с трехфазных или однофазных счетчиков, установленных в ШВУ соответствующих коттеджей. В общей сложности в составе АСКУЭ использованы 51

трехфазный счетчик типа "Гран-Электро СС-301" (из них 3 счетчика трансформаторного включения по току на ТП и 48 счетчиков непосредственного включения по току на коттеджах) и 19 однофазных счетчиков типа "Гран-Электро СС-101" производства НПООО "Гран-Система-С" (все на коттеджах). Количество коммуникаторов ШМ-16 в АСКУЭ - 60 шт.

На каждый коттедж устанавливается один ШВУ, содержащий соответствующий электронный счетчик, устройство защитного отключения и коммуникатор ШМ-16 (см. фото ниже). В том случае, когда по условиям расположения соседних коттеджей можно рядом разместить два или три ШВУ, удается сэкономить один или два коммуникатора, используя лишь один прибор для передачи данных на УСПД с двух или трех соседних счетчиков.

Сбор данных учета на верхний уровень АСКУЭ в ЦСОД отдела сбыта энергии Лидских электросетей возможен несколькими способами: а) дистанционно через сотовую GSM-связь из БД УСПД, б) через переносной компьютер, в который предварительно переписываются данные из счетчика через его оптопорт при локальном подключении компьютера по месту установки счетчика (см. фото выше, справа), в) через переносной компьютер, в который предварительно переписываются данные из счетчиков при локальном подключении компьютера к УСПД по месту его установки на ТП. При дистанционном сборе необходимо оплачивать оператору сотовой связи время сбора данных, которое зависит от частоты опроса и объема запрашиваемых данных (в среднем сбор месячных данных занимает 3 минуты при скорости сбора 9600 бит/с; дистанционная репликация всей базы данных УСПД на верхний уровень АСКУЭ занимает около 15 минут).

Восьмимесячный опыт эксплуатации АСКУЭ коттеджного поселка "Индустриальный" с реконструированными на 67 коттеджах учетами (выносом их за пределы домовладений,

установкой электронных счетчиков и организацией дистанционного или локального сбора данных учета) показал, что по этим объектам зарегистрированное электропотребление выросло за последние 4 месяца 2006 г. и первые 4 месяца 2007 г. относительно сопоставимых прошлых периодов на 30-40% (см. графики ниже), что не может быть объяснено только внезапным ростом фактического потребления. Очевидно, что большая часть этого роста связана с тем, что потребление и в прошлом на этих же объектах было высоким, но не фиксировалось индукционными счетчиками: часть потребления шла мимо счетчиков (безучетное потребление, вызванное легким доступом к счетчику и к питающей линии 0,4 кВ), а другая часть не регистрировалась счетчиками в силу их малой

и 4 месяца 2007 г. (январь -апрель)

Опыт эксплуатации АСКУЭ коттеджного поселка показал правильность и надежность примененных технических решений и использованных устройств (отметим, что счетчики в ШВУ выдержали без подогрева зиму и весну с ее многократными перепадами температуры и влажности) и доказал ее экономическую эффективность. Вместе с тем стало ясно, что

АСКУЭ нуждается в дальнейшем совершенствовании, в первую очередь по своим функциям, заложенным в УСПД, и по пользовательскому интерфейсу верхнего уровня.

В создании АСКУЭ коттеджных поселков могут быть использованы не только счетчики, УСПД и модемы вышеперечисленных типов, но и других типов. Так, например, коммуникаторы ШМ-16 проверены в работе на реальных объектах учета совместно с трехфазными счетчиками EMS литовской фирмы ЗАО «Elgama Elektronika» (г.Вильнюс), трехфазными и однофазными счетчиками СТК3 и СТК1 украинской фирмы ООО «ТелекартПрибор» (г.Одесса), счетчиками ЦЭ6823М и ЦЭ6827М1 российского концерна «Энергомера» (г. Ставрополь), с УСПД «Конус-2000» белорусской фирмы ООО

«Автоматизация-2000» (г.Минск) и другими средствами учета. Помимо коммуникаторов ШМ-16 на объектах учета могут быть, в принципе, использованы PLC-модемы других типов и изготовителей, но выбор PLC-модемов, в отличие от выбора счетчиков и УСПД, в значительной степени влияет на качество и надежность связи.

Выводы

1.Вынос в коттеджных поселках шкафов вводных устройств за пределы домовладений с одновременной установкой в них электронных электросчетчиков снижает на 30-40% недоучет электроэнергии, обусловленный как ее хищениями, так и погрешностями работы индукционных счетчиков.

2.Электронные электросчетчики, устанавливаемые в шкафах вводных устройств, должны иметь оптопорт для локального съема информации с базы данных счетчика на переносной компьютер и цифровой интерфейс для дистанционного сбора данных учета на УСПД, устанавливаемое на трансформаторной подстанции, от которой запитывается коттеджный поселок.

3.Наиболее эффективным методом дистанционного сбора данных учета со счетчиков, устанавливаемых в шкафах вводных устройств, является PLC-связь с использованием встроенных в счетчики или выносных автономных PLC–модемов. При использовании автономного модема целесообразно его применять для дистанционного сбора данных учета с нескольких рядом расположенных коттеджей через спаренные или по-другому скомплексированные ШВУ.

4.Выбор автономных PLC-модемов (или счетчиков и УСПД со встроенными PLC– модемами) для реализации АСКУЭ коттеджных поселков должен производиться не по их паспортным данным, а опытным путем или по результатам их работы на аналогичных ранее реализованных объектах.

5.Использование надежных автономных PLC-модемов с цифровыми интерфейсами имеет то преимущество, что позволяет реализовывать АСКУЭ различных коттеджных поселков на базе средств учета разного типа и от различных изготовителей.

6.Сбор данных учета на верхний уровень в центр сбора и обработки данных возможен

вАСКУЭ коттеджных поселков как локально через переносной компьютер, подключаемый к счетчику (через оптопорт) или УСПД (через цифровой интерфейс), так и дистанционно через канал связи с УСПД. В качестве такого канала связи целесообразно использовать сотовую мобильную связь, а при ее отсутствии – другие виды связи (радиосвязь,

телефонную коммутируемую связь, PLC-связь по линиям электропередачи 6-10 кВ и т.п.).

Справка

Статья опубликована в журналах:

Энергетика и ТЭК, №3,2007 (Беларусь) Новости Электротехники, №3,2007 (Россия)

Приложение к разделу 6

УНИФИКАЦИЯ ИНТЕРФЕСОВ И ПРОТОКОЛОВ АСКУЭ

Гуртовцев А.Л., к.т.н., ведущий научный сотрудник РУП “БелТЭИ”

В АСКУЭ промышленности и быта от разных изготовителей используются, как правило, собственные счетчики, УСПД, протоколы и фирменное программное обеспечение этих изготовителей. В результате количество различных АСКУЭ превышает количество изготовителей и фирм системных интеграторов, которые комбинируют в конкретных АСКУЭ средства учета от разных изготовителей.

Сложившаяся реальность создает для энергоснабжающих организаций проблемы интеграции АСКУЭ отдельных потребителей, выполненных на разнородных средствах, в единую систему учета электроэнергии энергосистемы. Проблема усложняется и тем, что в процессе совершенствования средств учета даже одного и того же изготовителя меняются их характеристики, функции и протоколы, и, как следствие, теряется преемственность и информационная совместимость между различными моделями одного и того же средства учета.

Ниже рассматриваются общие подходы по обеспечению совместимости средств учета от различных изготовителей в рамках единой АСКУЭ энергосистемы. Поскольку АСКУЭ являются разновидностью измерительно-информационных систем, полезно проследить те исторически сложившиеся подходы к обеспечению совместимости разнородных средств, которые имеют место в области вычислительной техники, передачи цифровых данных и промышленной автоматизации (АСУ ТП, или SCADA-системах).

Из истории интерфейсов* и протоколов**

Унификация компонентов, интерфейсов и протоколов вычислительных, измерительных и информационных систем является краеугольным камнем технического прогресса. В доцифровую эру унифицированное взаимодействие компонентов таких

систем базировалась на использовании аналоговых сигналов 4-20 мА и нестандартных протоколов передачи данных. До сих пор многие датчики, например, температуры, давления, расхода имеют именно такой выходной сигнал. С созданием в начале 50-х годов первых серийных вычислительных машин и цифровых измерительно-информационных систем возник вопрос по стандартизации передачи цифровых данных как внутри таких систем, так и между ними. В переходной период от аналоговых сигналов к цифровым создавались различные гибридные коммуникационные технологии, представителем которых, в частности, является протокол HART известной американской фирмы FisherRosemount, созданный в середине 80-хх годов (гибридный протокол обмена данными с использованием цифрового сигнала для передачи информации, накладываемого поверх аналогового управляющего сигнала 4-20 мА).

В начале 60-х годов в рамках Международной организации по стандартизации (МОС/ISO), Международного консультативного комитета по телефонии и телеграфии (МККТТ/CCITT), Международной электротехнической комиссии (МЭК/IEC), Ассоциации электронной промышленности США (АЭП/EIА), Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике США (ИИЭР/IEEE), национальных организаций и институтов по стандартизации ANSI (США), DIN (Германия), ANFOR (Франция) и других начались процессы международной стандартизации в области вычислительной техники и передачи цифровых данных. Именно в те годы был создан известный стандарт интерфейса физической последовательной связи между оконечным оборудованием данных и

аппаратурой передачи данных EIA RS-232/V.24 (1962г.), усовершенствованный в 1969г. в стандарте EIA RS-232С/V.28. Позднее были разработаны новые стандарты интерфейсов физического уровня RS-423/V.10 и RS-422А/V.11 (1978г.), а также их усовершенствованный, ныне широко применяемый стандарт RS-485А (1983г.).

В 70-е годы МОС продолжила разработку протоколов более высокого, чем физический, канального уровня - бит-ориентированных протоколов управления каналами передачи данных. Эти работы велись в тесном контакте с МККТТ по сетям передачи данных общего пользования. Недостатком всей этой деятельности по разработке протокольных спецификаций, в которой участвовало много организаций из различных стран, было отсутствие единого плана, учитывающего все системные требования, в частности, разнородность и рассредоточенность систем пользователей, содержащих различные конфигурации, структуры и, характеристики технических средств. Как обеспечить взаимодействие столь разнородных систем? Какие стандарты необходимы для создания «среды открытых систем»?

Для решения этих вопросов технический комитет ТС97 МОС «Системы обработки информации» учредил новый подкомитет CS16 «Взаимосвязь открытых систем» (ВОС/OSI – Open Systems Interconnection), в задачу которого входила разработка эталонной модели, архитектуру которой можно было бы взять за основу при создании всех новых международных стандартов для систем распределенной обработки данных. Работы, начавшиеся в подкомитете в 1978г., завершились к 1983г. принятием международного стандарта ISO7498, которым была определена 7-уровневая архитектура ISO/OSI.

Эта модель получила одобрение в меж дународном масштабе и стала основой для разработки дальнейших стандартов в области обработки и передачи цифровых данных. В

модели ISO/OSI используется способ разделения сложных задач на ряд более простых подзадач, которые можно решать независимо друг от друга, с распределением их,

включая функции передачи данных, между рядом уровней, т.е. производится структурирование модели по уровням. Назначение модели - описание набора уровней и определения функций каждого из них, а цель - разработка протоколов для реализации функций каждого уровня. Архитектура протоколов, созданных на основе модели, состоит соответственно из протоколов нескольких уровней с одним или несколькими протоколами на каждом из них. Причина появления архитектур протоколов - простота разработки и внедрения их программной реализации, при которой функция большого пакета программного обеспечения распределяется по модулям (уровням), каждый из которых проектируется, кодируется и тестируется в отдельности.

В модели ISO/OSI самый нижний, первый, физический уровень (к нему относятся вышеупомянутые стандарты типа EIA RS-232С/V.28 и другие) устанавливает правила прохождения битов от одного устройства к другому, обеспечивает передачу неструктурированного потока битов по физической среде, а также определяет механические, электрические, функциональные и процедурные характеристики доступа к среде. Самый верхний, седьмой, прикладной уровень обеспечивает доступ пользователей к среде ISO/OSI, предоставляя им ресурсы распределенных информационных систем, а также реализует общие механизмы поддержки распределенных приложений. Между этими двумя уровнями находятся промежуточные - канальный, сетевой, транспортный, сеансовый и представительный. Каждый уровень обслуживает вышележащий, пользуясь услугами нижележащего уровня. Модель построена таким образом, что отдельные уровни, если исполняемая ими функция не нужна, могут отсутствовать. Тем самым 7-уровневая модель

может быть редуцирована в модель с меньшим количеством уровней.

При разработке модели ее авторы полагали, что ISO/OSI вместе со своими протоколами вытеснит существовавшие прежде фирменные одноуровневые протоколы, но этого не произошло. В рамках модели было разработано множество полезных протоколов, но

в целом 7-уровневая модель осталась незавершенной из-за своей сложности, больших затрат времени и накладных расходов на передачу данных между всеми уровнями (в