Автоматизированные системы учета электроэнергии

80
Автоматизированные информационно-измерительные системы коммерческого учета электроэнергии предназначены для сбора, обработки и хранения данных со счетчиков

Автоматизированные информационно-измерительные системы коммерческого учета электроэнергии (далее – АИИС КУЭ)  — совокупность аппаратных и программных средств, обеспечивающих дистанционный сбор, хранение и обработку данных об энергетических потоках в электросетях. 

Три основные составляющих системы АИИС КУЭ:

– средства измерения;

коммуникационные средства, устройства сбора и передачи данных (далее – УСПД);

программное обеспечение (далее – ПО).

Средства измерения

Требования к масштабным преобразователям (измерительным трансформаторам тока и напряжения) приведены в Электросетевых правилах, утвержденных постановлением Правительства Республики Казахстан от 19 июня 2013 года № 625.

Требования к средствам измерения в первую очередь вытекают из требований крупных систем в большой энергетике. Многие из них стали стандартом, во многих счетчиках есть соответствующая функциональность.

Позиции, характеризующие аппаратные составляющие системы

1. Поддержка стандартных протоколов. Пока рано ожидать, что все счетчики будут работать по одному протоколу связи. Разработаны специальные протоколы для организации связи счетчиков с внешними устройствами (компьютерами, УСПД, маршрутизаторами). Раньше применяли протокол ГОСТ Р МЭК 61107-2001,ориентированный на связь через оптическую головку (сейчас не действует), протокол ГОСТ Р МЭК 61142-2001 (не действует), DLMS получил дальнейшее развитие – COSEM. Протокол DLMS/COSEM не только ставит своей целью стандартизацию процесса обмена (правила запросов, шифрование и т. д.), но и описывает форматы данных и методы кодирования информации. DLMS/COSEM протокол – это единственный международный стандарт, обеспечивающий согласование между разными приборами учета, программным обеспечением и широким спектром среды связи.

На DLMS/COSEM перешли уже такие производители, как Siemens/Landis&Gyr, Actaris (Schlumberger industries), Iskra, идет процесс интеграции в счетчики у компаний Elgama Elektronika (Литва) и Power Measurement (теперь подразделение Schneider Electric). Сужается использование протокола Modbus как недостаточно защищенного в части параметрирования.

2. Обязательное наличие нескольких интерфейсов. Данное требование уже принято практически всеми крупными производителями счетчиков. Появляется возможность независимо включить счетчик в АИИС КУЭ и SCADA, в две смежные системы, в систему электросетей и локальную систему.

Основными интерфейсами для подключения счетчиков в УСПД и аппаратуру SCADA по-прежнему остаются RS 232 и RS 485; значительно уступая им по распространенности, присутствует интерфейс «токовая петля» (current loop – CL).

3. Новые интерфейсы. Кроме ставших давно привычными, активно внедряются в область сбора информации со счетчиков принципиально новые, не требующие прокладки дополнительных проводов и в связи с этим более гибкие для инсталляции и более защищенные от злоумышленника системы (особенно это актуально в быту). Среди них – PLC, Bluetooth, Wi-Fi и Zig-Bee. Первое решение подразумевает передачу информации по силовым сетям 0,4 кВ, три других основываются на радио. Все они направлены на решение проблемы «последней мили» – коммуникации внутри жилого дома, бизнес-центра, супермаркета.

4. Параметры качества энергии. О качестве энергии в последнее время говорится много: низкое качество – это и потери энергии, и старение оборудования, и нестабильность работы аппаратуры потребителя, и связанные с этим финансовые потери. Приняты международные стандарты, стандарты стран, однако не оговорена юридическая ответственность поставщиков и потребителей, система штрафов. Но если конструируется система на будущее, требование качества неоспоримо.

5. В случае встроенных средств коммуникаций – наличие функций «ворот» (gateway). При наличии нескольких интерфейсов в счетчике, а особенно высокотехнологических и дорогих, возникает вопрос об их коллективном использовании. Примером может служить встроенный GSM/GPRS-модем, LAN-адаптер. Счетчики с такими коммуникационными средствами рационально использовать в отдельно стоящих сооружениях, а также небольших изолированных объектах. Но трудно представить себе многоквартирный дом или крупную подстанцию, каждый счетчик которой снабжен GSM-модемом. Это как минимум неразумно. Существуют разработки (в частности счетчик ION компании Schneider Electric), через счетчик со встроенным модемом или адаптером Ethernet (LAN) обеспечивающие доступ к другим счетчикам, соединенным с ведущим по некоторому вторичному интерфейсу (например RS-485). Ведущий счетчик выполняет функцию ворот к остальным счетчикам на объекте.

6. Возможность подключения резервного питания. Подключение резервного питания дает гарантию считывания информации из счетчика в любых ситуациях и устраняет неопределенность в функционировании системы в связи с неответом счетчика.

7. Возможность нескольких различных профилей нагрузки. Требование наличия в счетчике коммерческого профиля нагрузки (15; 30 или 60 мин.) ни у кого не вызывает сомнения. Даже в бытовых устройствах такая информация помогает в анализе и выявлении случаев хищения. Но счетчик при наличии второго, более детального, профиля дает возможность прогнозирования потребления электроэнергии организации, например, компенсации реактивной энергии. Двух-, трехминутный (а в некоторых счетчиках еще меньший – от 30 сек. в счетчике EPQS «Elgama Elektronika») интервал незаменим для диспетчерского использования, оперативного управления и для анализа энергетиком предприятия структуры потребления. Высокая энергетика может требовать и еще более мелкого профиля (в 2–5) параметров и их глубины.

Любое устройство имеет свои определенные ресурсы. Например, в счетчике – ограниченная память для хранения архива данных. Возможность управлять ее использованием – очень удобна. Так, в ряде счетчиков вполне осуществимо определение параметров для архивирования с указанием необходимой глубины архивов.

8. Фильтруемый журнал событий. Эта позиция, как и ряд других, ориентирована на создание условий для организации скоростного сбора и обработки данных из счетчика. При возможности считывания статуса событий, произошедших за последний интервал времени, событий определенного типа есть вероятность значительно разгрузить сеансы связи. Группировка параметров должна быть ориентирована на потребности системы, а не на внутреннюю структуру данных или программы.

9. Выдача измерений в именованных величинах (с учетом коэффициентов трансформации). Одним из спорных моментов здесь может быть использование коэффициентов трансформации в счетчиках. Есть и ряд аргументов «против».

Во-первых, сложнее обслуживать систему, когда в одних счетчиках есть возможность ввода, а в других ее нет. Так пришлось бы отказаться от преимуществ электронных счетчиков в системах, где есть индукционные, импульсные или электронные счетчики без профиля нагрузки; нельзя равняться по самому слабому звену.

Во-вторых, некоторые счетчики недостаточно хорошо и точно выполняют такие вычисления. Подобный аргумент неубедителен,  поскольку это действие было использовано еще в импульсных системах, и с хорошим результатом; если теперь некоторые счетчики это выполняют плохо, то вопрос к сертификации счетчика, погрешности выдаваемых им показаний и отношению к использованию таких устройств в наших системах.

В-третьих, усложняется замена счетчиков, так как появляется необходимость во введении коэффициентов. Коэффициенты трансформации – далеко не единственный параметр, который необходимо ввести в счетчик. Могут вводиться различные тарифные зоны, наименование/код пользователя, различные лимиты на энергию и мощность и пр. Это достигается загрузкой полного массива конфигурации для данного счетчика.

Аргументы «за». Допустим, вводится понятие единства измерения, причем все программы и системы оперируют одним и тем же показанием, в противном случае понятие единства измерения отсутствует, ведь умножение может происходить как в УСПД при его использовании, так и в программе верхнего уровня, с различной точностью ввода коэффициента, различной погрешностью вычисления, и может отличаться в смежных системах.

10. Мультинапряженческие счетчики. Такие устройства уже появились. Это удобно: тот же счетчик на любые напряжения, с большей гибкостью в использовании, и меньшей номенклатурой.

Коммутационные средства (УСПД)

При разработке и внедрении систем АИИС КУЭ – это вторая составляющая, без которой построение системы невозможно. Исключение составляют небольшие локальные системы, где счетчик подключается непосредственно в порт компьютера. При любой более крупной системе необходимы средства, выполняющие функции конвертации интерфейсов и протоколов, буферирования данных, распределения доступа к различным счетчикам, с использованием одних и тех же каналов связи. Однако с течением времени требования к таким средствам тоже меняются.

Ключевые требования, соответствующие современным системам:

– обязательное наличие достаточного количества интерфейсов;

– перспективное использование Ethernet;

– беспроводные решения;

– функция контроля модема (канала);

– широкий диапазон напряжения питания – 100–250 AC/DC (возможности подключения резервного питания);

– поддержка механизмов синхронизации времени, а также инициативной передачи данных;

– интеграция протоколов связи SCADA-систем;

– использование стандартных протоколов.

Развитые средства защиты

При построении распределенной системы должна быть уверенность в аутентичности получаемых данных. Для защиты от фальсификации данных в аппаратных средствах системы необходим набор средств. В первую очередь – многоуровневая система паролей. Однако при инициативной передаче данных (например в формате XML) необходимы иные методы, одним из которых может быть электронная подпись посылаемого документа. Разработки такого рода уже появляются в УСПД некоторых производителей.

Вторым очень важным элементом, защищающим от взламывания механизм удаленного параметрирования УСПД (и счетчика), будет протокол с шифрованием параметрируемых данных, реализованным без передачи ключа в явном виде. Примером такого решения может стать протокол ГОСТ IEC 61142-2011,  в котором применяется DES-шифрование записываемой информации (DES широко применяется даже в банковских системах).

При разработке современных систем одним из важных параметров, характеризующих их качество, считается быстродействие – умение оперативно и при необходимости с большой частотой осуществлять сбор информации. Это зависит от умения разработчика организовать в рамках протокола удобную реализацию параметров запроса. Продуманная разбивка параметров может иногда многократно ускорять процесс сбора при той же пропускной способности канала.

Неоспоримым желанием пользователя остается возможность через УСПД в «прозрачном» режиме обращаться к любому выбранному счетчику. Это необходимо для прямого запроса данных учета в случае возникновения сомнений относительно данных в УСПД, проверки конфигурации счетчика (с целью обнаружения несанкционированного факта перепараметризации), самой параметризации счетчика.

Современные счетчики имеют более глубокие архивы, чем УСПД. Наличие сквозного канала открывает доступ к более полному объему архивных данных.

Программное обеспечение верхнего уровня

Требования к программному обеспечению верхнего уровня и к системе – самые важные, потому что наличие мощных многофункциональных счетчиков и УСПД не гарантирует не только качества и стабильности системы, но и приемлемого количества функций в ней. Пусть пользователь будет иметь лишь столько функций, возможностей и удобства работы с системой, сколько ему это дает программное обеспечение верхнего уровня. А при сохранении тех же функций пользователю становится «не интересно», какого типа счетчики и УСПД стоят (или заменяются) в системе. Программное обеспечение и будет тем лицом системы, по которому судят о ее возможностях и преимуществах.

Первое требование – надежность функционирования программного обеспечения. Это зависит от стабильности используемых счетчиков и УСПД, наличия качественных каналов связи, версий операционных систем и компьютерной техники. Программное обеспечение негативно реагирует именно  на нестандартные, нештатные ситуации: практически любые «зависания» систем вызваны «непредвиденным стечением обстоятельств» (даже если мы говорим о продуктах высокого качества и не рассматриваем варианты выпуска неоконченного и неаттестованного ПО).

Одна из основ фундаментального понятия систем – создание системы классификаторов, моделей объектов и моделей измерения. В этой области начат процесс стандартизации. Приняты новые международные стандарты, в частности IEC (МЭК) 61970-301-2013, Energy management system application program interface (EMS-API) – Part 301:Common information model (CIM) base. Данный стандарт описывает принципы создания моделей объектов и моделей измерений, сначала разбивая каждый объект на фрагменты, а затем трансформируя каждый из них в соответствующую структурную схему. В результате создается формализованное описание объекта конечным набором символов, которые легко поддаются классификации.

Опыт построения крупных масштабируемых систем выявляет серьезную проблему: чем больше пользователей системы, тем выше составляющая затрат на инсталляцию и поддержку специального программного обеспечения АИИС КУЭ.

Повсеместное внедрение WEB-технологий, функционирующих на базе как корпоративных сетей, так и Интернета, – ключ к решению таких проблем. Создав портал АИИС КУЭ, можно сосредоточить все системы в одном месте. Это:

– ускоряет инсталляцию – необходимо инсталлировать ПО в одном месте (центре);

– упрощает обслуживание – необходимо отслеживать версионность и актуальность всего одного центра; версии обновляются одновременно для всех пользователей; легче анализировать работоспособность большей части ПО;

– повышает мобильность пользователей – они могут подключиться к порталу с любого свободного компьютера, попасть в «свою» среду (точки учета, группы, отчеты, формы и права);

– уменьшает количество обслуживающего персонала, ведет к снижению количества необходимых центров сбора (серверов) и прочей аппаратуры.

Поддержка различных протоколов и принципов сбора говорит о том, что уходят в прошлое времена, когда каждый производитель средств учета предлагал свое ПО, работающее только со счетчиками собственного производства. Для систем верхнего уровня это неприемлемо, так как представить систему регионального или национального уровня, целиком построенную на счетчиках одного производителя, достаточно сложно (если говорить о системах локального уровня, для которых становится важным учет различных энергоносителей, это неприемлемо). Это обстоятельство стимулировало появление независимых системных интеграторов (к которым в том числе относится и фирма Sigma Telas) с одной стороны и расширение списка поддерживаемых устройств системами производителей – с другой.

Программное обеспечение АИИС КУЭ тем универсальнее, чем большее количество устройств оно поддерживает; иногда необходима возможность для пользователя верхнего уровня обращаться и к первому пломбированному уровню, и к счетчику.

В рассредоточенных многоуровневых системах важен механизм репликации драйверов в иерархических системах, облегчающий введение новых устройств в систему и распространение исправлений драйверов между серверами.

Даже в многоуровневых системах, в которых данные передаются между системами различными протоколами, бывают ситуации, в которых пользователь верхнего уровня имел бы возможность обращения и к первому пломбированному устройству (чаще УСПД), и к счетчику. Требуется технологический канал связи. Реализация его в общем случае – довольно непростая задача.

Связь со SCADA-системами – актуальный вопрос, который больше поднимается как вопрос передачи данных АИИС КУЭ в диспетчерские системы. Для этого используются как протоколы межсистемной связи, сервисы межпрограммного обмена/взаимодействия (COM/ DCOM/OPC-серверы), так и различные SCADA-протоколы – МЭК 870-5-101/-104, DNP3. Получение системой АИИС КУЭ данных из SCADA-системы также актуально как источник данных для механизмов проверки достоверности и замещения данных.

Дистанционное тестирование очевидно для всех, а параметрирование аппаратуры воспринимается неоднозначно. Однако они ведут к серьезному удешевлению эксплуатации системы и расширению ее функциональности, в отдельных же случаях просто незаменимы. Допустим, появилась потребность в изменении, например, тарифных зон. И появляется потребность в перепараметрировании всех электронных счетчиков.

Основная функция АИИС КУЭ

Какие бы функции ни выполняла система, основная среди них – сбор данных (или предупреждение об их некорректности или неполноте). Поэтому необходимо выполнение требования резкого увеличения функций обеспечения полноты и достоверности данных. В крупных системах пользователь не в состоянии зафиксировать наличие некорректных данных. Эти функции должно взять на себя ПО. Как в случае с поддерживаемыми устройствами – чем больше методов реализовано, тем лучше.

Система должна иметь полный журнал событий. Это касается не только журналов счетчиков и УСПД, но журналов функционирования связи и ПО, аудита всех действий всех пользователей системы.

Чтобы облегчить работу с таким обширным журналом, необходимо требование тематического и функционального группирования событий – событий в средствах учета, событий связи, нештатные ситуации ПО и аудит действий пользователей и т. д.

Чтобы увеличить оперативность реагирования, требуется поддержка новейших технологий и извещение ответственных лиц различными способами. Необходимо иметь возможность гибкого определения условий рассылки извещений.

В распределенных системах с большим числом пользователей особую актуальность приобретает требование защиты информации от несанкционированных изменений и фальсификации. Каждое из показаний должно сохраняться в системе отдельно и без перезаписи. Также должна быть предусмотрена защита от взлома. Эти требования вполне естественны по отношению к любой коммерческой системе.

Источник: электронная система «ACTUALIS: Кадровое дело», получить бесплатный демо-доступ



Участвуй в наших семинарах

Школа

Проверь свои знания и приобрети новые

Записаться

Самое выгодное предложение

Самое выгодное предложение

Воспользуйтесь самым выгодным предложением на подписку и станьте читателем уже сейчас

Живое общение с редакцией

© 2007–2017  «Кадры и охрана труда  МЦФЭР - Казахстан» 

Все права защищены. Полное или частичное копирование любых материалов сайта возможно только с письменного разрешения редакции  «Кадры и охрана труда МЦФЭР - Казахстан». Нарушение авторских прав влечет за собой ответственность в соответствии с законодательством РК.

По вопросам подписки обращайтесь:        +7 (727) 323-62-12/13

По вопросам клиентской поддержки:          +7 (727) 237-77-04


  • Мы в соцсетях
Сайт предназначен для специалистов по кадровому делу, охране труда и делопроизводству

Чтобы продолжить чтение, пожалуйста 
зарегистрируйтесь.
Это бесплатно и займет всего минуту, а вы получите:
  • доступ к 1 500+ полезным статьям
  • 2 500+ актуальных ответов от ведущих экспертов
  • шаблоны документов, пошаговые инструкции
  • ежедневно обновляемая информация
  • приглашение на участие в семинарах и вебинарах 

У меня есть пароль
напомнить
Пароль отправлен на почту
Ввести
Я тут впервые
И получить доступ на сайт Займет минуту!
Введите эл. почту или логин
Неверный логин или пароль
Неверный пароль
Введите пароль