Поиск оптимальной технологии передачи данных автоматизированной системы коммерческого учета электроэнергии

Аннотация. Счетчики электроэнергии долгое время были привязаны к реальному времени и зависели от часов работы инспектора и времени проведения записи показаний счетчика. Временная погрешность такого учета лежала в диапазоне от нескольких часов до нескольких суток, иногда в несколько раз превышая погрешность учета самим счетчиком. Фактор высокой стоимости энергоресурсов обусловил в последние годы кардинальные изменения в отношении к организации энергоучета.

Ключевые слова: АСКУЭ, электроэнергия, технологии передачи данных

Для того, чтобы вести точный учет электроэнергии и отслеживать её качество была разработана автоматизированная система коммерческого учета электроэнергии (далее АСКУЭ) .

АСКУЭ должна соответствовать нескольким критериям: дешевизна, легкость монтирования, обслуживания, также пуско-наладка не должна вызывать трудностей и при этом такая система должна быть надежной и функциональной.

Для выявления подробных требований к АСКУЭ, обратимся к постановлению правительства РФ с целью постановки требований к процессу передачи информации.

В интеллектуальной системе учета для пользователей интеллектуальной системы учета должны быть реализованы следующие функции [1]:

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, а также возобновление 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 Росановление Правительства России от 29 октября 2021 г. N 1852

к) формирование и экспорт не чаще одного раза в месяц по запросу, направляемому организациями, профиля мощности в получасовой разбивке, полученного с прибора учета, определяющего объемы потребленной (произведенной) электрической энергии в отношении точек поставки розничного рынка, совпадающих с точками поставки, входящими в состав групп точек поставки на оптовом рынке электрической энергии и мощности. сийской Федерации;

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;

з) оповещение о возможных недостоверных данных, поступающих с приборов учета в случае срабатывания индикаторов вскрытия электронных пломб на корпусе и клеммной крышке прибора учета, воздействия магнитным полем на элементы прибора учета, неработоспособности прибора учета вследствие аппаратного или программного сбоя, его отключения (после повторного включения) , перезагрузки;

и) формирование и экспорт отчета в виде электронного документа, а также автоматизированное подписание указанного отчета в момент его формирования усиленной квалифицированной электронной подписью владельца интеллектуальной системы учета, подтверждающей корректность сведений, содержащихся в интеллектуальной системе учета;

Сформируем требования к АСКУЭ:

• регулярность подачи показаний должна составлять как минимум 1 раз в месяц. Но любой потребитель должен иметь возможность вне зависимости от времени посмотреть свои показания в личном кабинете;
• объемы переданной информации за 1 раз составляют от 30 байт в зависимости от использованной технологии;
• скорость передачи информации по запросу потребителя может не быть мгновенной. Возможность подать заявку на получение данных потребителем и обработка запроса в течении часа также имеет место быть.

На сегодняшний день встает вопрос, какая система может позволить АСКУЭ соответствовать данным критериям.

• Ethernet — Система (способ) передачи данных через локальное присоединение к сети Интернет. Используется Ethernet-конвертер.
• GSM(CSD) — Система (способ) передачи данных с приборов учета по сотовой сети мобильных операторов.
• GPRS/3G/4G — надстройка над технологией мобильной связи GSM, позволяющие осуществлять пакетную передачу данных.
• LoRaWAN — Система (способ) передачи данных по радиоканалу в сети «Интернет вещей» на локальную базовую станцию.
• NB-IoT — Система (способ) передачи данных по радиоканалу в сети «Интернет вещей», созданной мобильными операторами связи.
• PLC — передача данных по тем же самым силовым проводам, к которым подключен счетчик, т. е. передача данных в АСКУЭ происходит по электросети.
• ZigBee — Система (способ) канал связи передачи данных с приборов учета по технологии беспроводной передачи данных с возможностью построения самоорганизующейся сети.

GSM/GPRS

Достоинства.

Уже сформированная инфраструктура сотовой сети с достаточно большим покрытием территории, большой выбор оборудования.

Недостатки.

Взимаемая оператором сотовой связи плата за услугу передачи данных (за исключением закрытых абонентских групп и некоторых тарифных планов) , зависимость от работоспособности оборудования оператора сотовой связи, уровень GSM-сигнала в спец-помещениях (ТП, РП, Подвальные помещения и др.) зачастую низок, что требует дополнительных монтажных мероприятий по установке внешних антенн.

PLC

Достоинства.

Передача данных от счетчиков к УСПД осуществляется непосредственно по существующей силовой сети 0,4 кВ, что сокращает трудозатраты и стоимость внедрения системы, т. к. отпадает необходимость прокладывать всевозможные информационные кабели.

Недостатки.

На передачу данных в сети может повлиять любое устройство с реактивной составляющей в нагрузке — люминесцентные лампы, импульсные блоки питания (начиная от блоков питания мобильных телефонов, заканчивая бытовой техникой) , двигатели и др. При этом если система налажена и работает, то никто не даст 100% гарантии, что со временем (заселение жильцов дома, добавление оборудования в офисном здании и др.) передача данных в системе будет осуществляться как положено. Остается надежда на «ночные часы», когда бóльшая часть оборудования выключается, что позволяет системе собрать недостающие данные. Таким образом данную технологию следует применять лишь в системах, в которых своевременность поступления данных (оперативная информация) не критична. Также, стоит отметить, что данной технологией недовольны радиолюбители, т. к. PLC-оборудование дает помехи по коротковолновым радиовещательным и радиолюбительским диапазонам. Дальность передачи не более 500м (обычно — меньше и зависит от состояния сети) , скорость передачи (до 1000бод) .[2]

RADIO 433, 866 МГц

Достоинства.

Передача данных от счетчиков к УСПД осуществляется по радио-каналу, что сокращает трудозатраты и стоимость внедрения системы, т. к. отпадает необходимость прокладывать информационные кабели. [5]

Недостатки.

В системах со встроенными в счетчики радио-модемами есть необходимость в прокладке нескольких кабелей, соединяющих УСПД и радио-ретрансляторы. Радио-ретрансляторы устанавливаются в ключевых точках и к ним необходимо прокладывать информационный кабель. Данные точки расположены, как правило, на одной отметке с УСПД (подвал, первый этаж) и кабель прокладывается по существующим лоткам. [3]

ethernet, internet

Достоинства.

Передача больших объемов информации на большой скорости. Зачастую, инфраструктура Ehternet (в т. ч. с доступом в сеть Internet) уже существует на объекте автоматизации.

Недостатки.

Необходимость прокладки кабелей. Для подключения к промышленному оборудованию с последовательными интерфейсами необходимо устанавливать преобразователи интерфейсов. При построении сложнораспределенных систем необходимы специалисты с соответствующей квалификацией.

RS-485, RS-232, M-BUS

Достоинства.

Надежная передача данных между устройствами низкого, среднего и верхнего уровня. Параллельное объединение большого количества устройств с использованием малого количества проводов.

Недостатки.

Необходимость прокладки кабелей.

LPWAN

Достоинства.

• Сравнительно низкие затраты на приобретение оборудования;
• предельная простота и минимальное время установки;
• высокая энергоэффективность: срок службы батареи — до 10 лет;
• отличные проникающая способность дальность передачи сигнала — до 10 км в населенном пункте и до 50 км на открытом пространстве;
• простая масштабируемая архитектура сети. [4]

Недостатки.

Низкая скорость передачи информации в сравнении с беспроводными решениям

Каждая технология имеет свои достоинства и недостатки. Окончательный выбор нужной технологии зависит от области применения.

1.Проводные решения ethernet, internet актуальны для застройщиков: кабель прокладывается одновременно с установкой счетчиков. В результате, при сдаче дома, вводится и система диспетчеризации.

2.Беспроводные системы GSM/GPRS подойдут для предприятий, т. к. в этой технологии большая скорость и возможность работы с большими объемами информации.

3.Беспроводная АСКУЭ на основе LPWAN-технологии от «СТРИЖ» подходит для диспетчеризации небольшого города, потому что эта технология является самой простой и экономичной, но с низкой скоростью передачи данных.

Список использованных источников:

• Постановление Правительства РФ от 19.06.2020 N 890 (ред. от 28.12.2021) "О порядке предоставления доступа к минимальному набору функций интеллектуальных систем учета электрической энергии (мощности)"
• Быценко С. Г. Инструментальное обеспечение рынка электроэнергии. Концепция создания автоматизированной системы контроля и управления энергопотреблением. Промышленная энергетика № 1, 2, 3, 4., 1998.
• Гуртовцев А. Л. Комплексная автоматизация энергоучета на промышленных предприятиях и хозяйственных субъектах // Современные технологии автоматизации. 1999. №3.
• Данилин А.В, Захаров В.А. Принципы построения и работы АСКУЭ — Мир измерений. №1.- 2001 — с.12-17.
• Забелло Е.П., Гуртовцев А.Л. Экономическая эффективность АСКУЭ — Промышленные АСУ и контроллеры. №2.-2004. с.15 — 19.