Исполнитель: студентка группы 742-об1 Сазонова Н.Е.
Руководитель: доктор технических наук, профессор Скрипко О.В.
ОЦЕНКА СОВРЕМЕННЫХ ТЕНДЕНЦИЙ УЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Повышение эффективности управления энергопотреблением отвечает экономическим интересам поставщиков и потребителей электроэнергии. Одним из направлений является точный контроль и учет электроэнергии, которые должны обеспечить значительную часть общего энергосбережения.
Роль учета электроэнергии возрастает в силу одновременности процессов производства и потребления электроэнергии. Допущенная ошибка в учете не поддается исправлению методом повторного измерения и может быть исправлена косвенным, т.е. расчетным путем. Требуемую точность измерения электрических параметров должен обеспечивать приборный учет электроэнергии. Учет электроэнергии служит для определения технико-экономических показателей работы энергопредприятий и потребителей; для расчетов потребителей с энергоснабжающей организацией; для контроля расхода электроэнергии внутри электроустановки потребителя. При этом счетчики потребителей используются не только для определения технико-экономических показателей, но и для расчета за потребленную электроэнергию.
Решение проблем энергоучёта на предприятии требует создания автоматизированных систем контроля и учета энергоресурсов (АСКУЭ). Автоматизированная информационно-измерительная система коммерческого учета электроэнергии (АИИС КУЭ) предназначена для автоматизации учета и контроля потоков электроэнергии и мощности. Суть ее действия заключается в том, что информация о почасовом потреблении поступает от счетчиков на устройства сбора и передачи данных, там обрабатывается, хранится и в дальнейшем передается в центры сбора и обработки информации [1].
1. История развития счётчиков электрической энергии
Оливер Шелленбергер
Рис. 1 Первый счётчик электроэнергии переменного тока (1888 г.)
Вследствие высокой надёжности и малой себестоимости, индукционные счётчики до сих пор массово изготовляются, именно с их помощью про-изводят большую часть измерений электроэнергии. Так, например, счётчики СО-ЭАРХ модификации СО-ЭАРХ-2, зарегистрированные в государственном реестре средств измерений в 2010 году, класса точности 2 являются модернизацией счётчика СО-И446 с классом точности 2,5. Также в качестве примеров можно привести счётчики СА4-514, зарегистрированные в государственном реестре средств измерений в 2004 году; счётчики СА4-518, зарегистрированные в государственном реестре средств измерений в 2001 году; счётчики СО-ЭЭ6705, зарегистрированные в государственном реестре средств измерений в 2005 году; счётчики СА4-ИБ60, зарегистрированные в государственном реестре средств измерений в 2006 году. Несмотря на все свои достоинства, индукционные счётчики имеют такие недостатки, как недостаточная точность и ограниченные функциональные возможности, что проявилось при переходе на многотарифные системы, вводе предоплаты, а также с введением, в процессе развития информационных технологий, автоматизированных систем учета потребления электроэнергии и организации дистанционного сбора показаний счётчиков. Поэтому появилась потребность в создании качественно нового прибора для учёта потребления электроэнергии электронного счетчика (рис. 3), который был бы совместим с другими элементами системы учета и обладал бы более высокой точностью. Электронные счётчики имеют во многом похожие схемы, в качестве примера, дающего общие представления об их строении можно привести блок-схему простейшего электронного счётчика электроэнергии (рис. 3).
Рис. 2 Схема устройства электронного счётчика
Рис. 3 Блок-схема простейшего электронного счётчика электроэнергии
Принцип действия измерительной схемы счётчика основан на измерении мощности, потребляемой нагрузкой, путём перемножения входных сигналов от датчиков тока (шунт) и напряжения. Перемножение производится специализированной микросхемой, формирующей импульсную последовательность, пропорциональную потребляемой мощности. Импульсы поступают на электромеханическое отсчётное устройство, отображающее величину потреблённой электроэнергии, а также на светодиодный индикатор и телеметрический выход, используемый при поверке счётчика [2].
2. Прибор учёта электроэнергии
Прибор учета электроэнергии (ПУЭ) - это метрологическое аттестованное техническое средство для измерения и учета электроэнергии и получения промежуточных или результирующих учетных данных с заданной точностью и достоверностью [3].
3. Умные счётчики
Умные счётчики - это прибор с функцией автоматического снятия показаний расхода соответствующих ресурсов. Он передаёт эти данные через интернет в единую информационную систему в целях осуществления учёта и проведения расчётов с потребителем [4].
С 1 июля 2019 года в Российской Федерации установка приборов учета пользования коммунальными услугами нового поколения, станет обязательной. В первую очередь данное новшество коснется новостроек и капитально отремонтированных помещений. Все требования и правила пользования прописаны в законопроекте № 139989-7. В период с 2019 года по 2021 год планируется полный переход на использование новых счетчиков с функцией дистанционной передачи данных.
На данный момент в России запущены пилотные проекты в некоторых российских городах. На протяжении определенного отрезка времени специалисты тестируют приборы и вносят коррективы. Также, параллельно, разрабатывается мобильное приложение контроля над счетчиками нового поколения. Счетчики с дополнительными возможностями упростят оплату коммунальных услуг.
Введение приборов учета показаний с дополнительными возможностями вызвано усилением контроля над оплатой коммунальных услуг. Не редки случаи, когда показания поквартирные и обще домовые за пользование коммунальными услугами имеют разные числа. К сожалению, встречаются случаи, когда недобросовестные хозяева стараются, при помощи всевозможных ухищрений, изменить показания приборов учета показаний. И тогда повышенная оплата за полученные блага падает на плечи добросовестных жильцов.
Законопроект № 139989-7, после его полного принятия и внесения дополнений в результате тестирования, которые проходят в некоторых российских городах, очень своевременный. Введение со второго квартала 2019 года обязательную установку счетчиков с возможностью передачи данных на диспетчерские пункты, сделает оплату за услуги более своевременной и честной. Люди будут платить только за то, что использовали. Это же требование будет применено ко всем организациям и предприятиям. Постепенный переходной период установки приборов нового поколения, позволит учесть все требования и правила эксплуатации. Новые умные приборы разработаны по современным технологиям.
Многих российских жителей интересует, что это за приборы и будет ли удерживаться дополнительная плата за их установку. Замена существующих счетчиков на новые приборы с дополнительными возможностями, является государственной программой. Это значит, что установлены они будут за средства государственных учреждений. На данный момент цена за одну единицу составляет около 12 тыс. рублей. Коммунальными хозяйствами будут разработаны соответствующие графики, и жильцы будут предупреждены.
Счетчик с возможностью передачи данных на диспетчерский пункт является обыкновенным счетчиком учета показаний с одним дополнением. В данном приборе находится, разработанное по последним технологиям устройство, позволяющее в режиме онлайн передавать сведения о показаниях счетчика на расстояние до 10 км. Данные передаются на диспетчерский пункт и фиксируются. На самом деле все просто и понятно. При оплате коммунальных услуг, в квитанции будут прописаны показания, полученные диспетчерами. Умные счетчики можно будет контролировать при помощи мобильных приложений.
Приборы учета показаний с функцией дистанционной передачи данных широко используются во многих странах мира. Это является обыденным и необходимым. Каждый пользователь коммунальными услугами должен быть уверен на 100% в правильности и честности, предоставленных для оплаты счетов. Россия, в ближайшее время, приобщится к мировому опыту передовых стран.
Помочь производить контроль над использованием и экономией коммунальных услуг сможет специальное мобильное приложение. При помощи смартфона можно будет всегда быть в курсе, и иметь четкую информацию по использованию электроэнергии, тепла или воды. Также в приложении будут отображаться все данные, которые получит диспетчер со счетчиков нового поколения [5].
4. Современные принципы приборного учёта электроэнергии
Современный учет электроэнергии должен базироваться на системе принципов, которые обязаны определить долгосрочные перспективы его развития и неуклонно проводиться в жизнь как на уровне технических и нормативно-правовых актов, так и на уровне его практической реализации на объектах хозяйствования.
Первый принцип провозглашает доминирование приборного учета над всеми иными видами учета электроэнергии, прежде всего заявительными, расчетными и нормативными. "Непосредственно измерять и учитывать все, что необходимо и экономически целесообразно, и там, где это надо и можно сделать" - вот девиз этого принципа.
Второй принцип - это системное и глобальное проведение идеи авто-матизированного учета электроэнергии, в рамках которого счетчик теряет свою автономность и становится только элементом соответствующей систе-мы учета - АСКУЭ. Помимо счетчиков, как средств первичного учета элек-троэнергии (к этим средствам относятся также масштабные преобразователи - ИТ тока и напряжения), в АСКУЭ появляются вторичные средства учета - специализированные (типа, например, устройств сбора и передачи данных - УСПД) и универсальные (компьютеры и компьютерные сети с соответствующим программным обеспечением АСКУЭ). Интеграция всех указанных средств в единую систему учета осуществляется с применением цифровых интерфейсов и соответствующих каналов связи. Важно то, что подход к приборному учету электроэнергии с позиций систем учета позволяет по-новому рассмотреть традиционно сложившиеся распределение функций и свойств между средствами учета, например, измерительными трансформаторами, счетчиками, УСПД. Становится возможным перераспределение функций и свойств ее элементов по уровням системы учета.
Третий принцип, тесно связанный с предыдущим, предусматривает массовую модернизацию существующего приборного учета электроэнергии путем замены электромеханических средств учета (в первую очередь индукционных счетчиков) электронными. На смену устаревшей жесткой технологии учета электроэнергии посредством монофункциональных индукционных счетчиков должна прийти гибкая информационная технология, основанная на программируемых электронных компонентах, в частности, на микропроцессорах. Базовым элементом новых систем учета должен стать электронный микропроцессорный счетчик со встроенными часами, календа-рем, энергонезависимой памятью и цифровым интерфейсом для доступа к данным учета, хранящимся длительное время в этой памяти. База данных электронного счетчика должна стать если не единственным, то главным ис-точником измерительных и учетных данных по электроэнергии. Такой подход позволит обеспечить единство измерений, их требуемую точность и достоверность, обеспечит различных потребителей учетной информацией из одного и того же метрологического аттестованного источника.
Четвертый принцип - это принцип открытого взаимодействия в системах учета первичных и вторичных (специализированных и универсальных) средств учета на основе цифровых интерфейсов и протоколов. В прежних системах учета использовался числоимпульсный метод сбора данных с уровня счетчиков на верхний уровень АСКУЭ - уровень УСПД или компьютера. При этом могли использоваться совершенно различные счетчики (как индукционные, так и электронные), поскольку они имели стандартизованный телеметрический выход, к приему импульсов с которого были рассчитаны как УСПД, так и специализированные платы ввода компьютеров. Электронные же счетчики различных изготовителей имеют, как правило, различные цифровые интерфейсы и протоколы и, следовательно, требуют индивидуальной схемотехнической и программной поддержки, что затрудняет их интеграцию в единую систему учета. Если унифицированное сопряжение по цифровым интерфейсам еще можно обеспечить за счет стандартных преобразователей интерфейсов (типа, например, ИРПС/RS232 или RS232/RS485 и т.п.), то протоколы требуют индивидуальной программной поддержки. Именно поэтому важно иметь для счетчиков, УСПД и компьютеров, применяемых в системах учета, открытые цифровые протоколы с полным и непротиворечивым описанием, позволяющим их программно встраивать в соответствующие системы учета.
При интеграции удаленных компонентов в территориально распределенные системы учета продолжением интерфейсов становятся соответствующие каналы связи. Протоколы интерфейсов средств учета (цифровых ИТ, счетчиков, УСПД, компьютеров) должны позволять использовать для передачи данных в общем случае любые каналы связи, начиная от выделенных и коммутируемых телефонных каналов и оканчивая каналами сотовой мобильной и спутниковой связи.
Пятый принцип - это принцип функциональной полноты элементов системы учета (измерительных трансформаторов, электронных счетчиков, УСПД). Так, например, для измерительных трансформаторов, устанавливаемых в электросетях на крупных и ответственных перетоках, могут потребоваться две вторичные измерительные обмотки для раздельного подключения к ним основного и дублирующего счетчиков, а электронный счетчик, предназначенный для установки в той или иной точке учета или измерения электроэнергии, должен соответствовать комплексу учетных требований, предъявляемых к этой точке. Если в ней необходимо учитывать, как активную, так и реактивную электроэнергию, причем в обоих направлениях, то в этой точке следует устанавливать не четыре монофункциональных счетчика, но один с четырьмя указанными функциями. Если точка измерения, отличается от точки учета, то в точку измерения следует устанавливать счетчик с функциями измерения (расчета) потерь в участке сети между этими двумя точками. Для совокупности других дополнительных требований необходимо использовать соответствующие полнофункциональные приборы учета, адекватные этой совокупности. Такой подход требует от изготовителей приборов учета оперативного реагирования на требования рынка и потребителей, выдвигаемых к приборам учета.
Шестой принцип - это принцип тарифной полноты приборов и систем учета. Рост затрат на производство электроэнергии на тепловых электростанциях, связанный с истощением и удорожанием общемировых запасов углеводородного топлива, с каждым годом обостряет для каждого региона любой страны решение дилеммы: безгранично наращивать генерирующие мощности региональной энергосистемы или управлять нагрузкой потребителей, стимулируя их к разумному ограничению этой нагрузки и режимному взаимодействию с энергосистемой. В ходе такого взаимодействия потребители переносят часть своей нагрузки с одних часов суток (часов максимальной нагрузки энергосистемы, или пиковых часов) на другие часы (часы минимальной нагрузки, или часы ночного провала), что позволяет выровнять обычно неравномерный график энергосистемы и тем самым исключить создание дорогих пиковых генерирующих мощностей. Такое режимное взаимодействие энергосистемы с потребителями возможно на основе либо административных, либо экономических мер. Многоставочные зонные тарифы являются основой регулирования графика нагрузки энергосистемы экономическими методами, а системы учета призваны обеспечить реализацию этих возможностей.
Седьмой принцип - это принцип синхронизации измерений электро-энергии в реальном масштабе поясного или директивного времени. Все из-мерения электроэнергии в рамках одной или различных систем учета по их сечениям учета должны выполняться с минимальным допустимым отклонением от точного времени. Величина этого отклонения устанавливается обычно с учетом хода встроенных часов приборов учета в рабочих условиях и допустимой погрешности измерения мощности электроэнергии. Если в качестве минимального интервала усреднения мощности выбирается, например, 3-минутный интервал (180 с), то отклонение в 1 с может вызвать относительную погрешность измерения 3-минутной мощности более 0,5%. Если коммерческой величиной является получасовая мощность и точность ее измерения не должна превысить 0,2%, то очевидно, что уход времени в системе учета относительно точного времени не должен превысить 3,6 с. Для примера, точность хода лучших электронных счетчиков составляет 0,5-1,0 с/сут в нормальных условиях (при +220С) и 4-5 с/сут в условиях эксплуатации. Поэтому в системах учета необходимо обеспечить синхронизацию часов различных средств учета от единого легитимного источника точного времени.
Восьмой принцип - это принцип защиты информации в приборах и системах учета по всем их элементам и уровням, включая каналы связи. Для обеспечения требуемой достоверности учета электроэнергии в системах учета должна быть обеспечена защита информации как от различных помех и других технических факторов (например, при отключении питания, пропадании канала связи и т.п.), так и от несанкционированного доступа. Эта защита организуется как на уровне конструктивных (энергонезависимая память, защитные крышки и экраны, механические пломбы и т.п.), так и программно-технических решений (дублирование баз данных счетчиков на верхних уровнях системы учета, использование методов помехоустойчивого кодирования, шифрования, системы паролей и т.п.). Для выявления действия различных влияющих факторов системы учета должны снабжаться соответствующими механическими и электронными датчиками (выключателями, датчиками температуры, магнитного поля и т.д.). Все нарушения в работе системы учета, влияющие на достоверность результатов учета, должны фиксироваться в журнале событий элементов системы учета (счетчиков, УСПД, компьютеров) и быть доступны для анализа на любом ее уровне.
Девятый принцип - это принцип разумной метрологической достаточности приборов и систем учета. Сегодня в России каждая уникальная система учета (АИИС КУЭ) должна регистрироваться в качестве единичного типа средства измерения. При этом аттестация и периодические поверки таких систем требуют значительных затрат времени и средств, не гарантируя, тем не менее, единство измерений из-за использования устаревших технологий автоматизированного учета электроэнергии (в частности, применения электромеханических счетчиков и систем с числоимпульсным сбором данных), постоянного развития и аппаратно-программной модернизации существующих систем учета. В цифровых АСКУЭ (системах на электронных компонентах со связью между ними по цифровым интерфейсам) результат измерения ло-кализуется на цифровом выходе электронного электросчетчика и далее в системе учета на ее более высоких уровнях происходят уже не процессы измерения, а иные процессы (вычисление, хранение, передача, преобразование), не требующие метрологической аттестации. Точность производства всех дополнительных операций в цифровых АСКУЭ на несколько порядков превышает точность измерения электроэнергии. При обеспечении оптимального выбора разрядной сетки, в которой должны храниться цифровые учетные данные на верхних уровнях АСКУЭ (в УСПД и компьютерах), и методов симметричного округления результатов преобразований, сохранность точности результатов всегда будет гарантирована.
Десятый принцип - это принцип самотестирования элементов и систе-мы учета в целом. Система учета должна не только обеспечивать получение необходимых учетных данных по электроэнергии, но и выявлять все сбои и отклонения в своей собственной работе. При этом оператор системы учета получает возможность срочного реагирования на нарушения в системе и восстановления в сжатые сроки ее работоспособности. Для реализации этого принципа все элементы системы учета должны иметь режимы самотестирования, выполняемые периодически и автоматически с фиксацией отклонений в журнале событий. Общий анализ работоспособности систем учета должен выполнять с помощью специальных программ на их верхних уровнях (УСПД и компьютерах) с привлечением для этих целей различных данных, в том числе и учетных балансных данных. В целях оперативного отслеживания состояния системы учета сбор данных с ее нижних на верхние уровни должен осуществляться не реже одного раза в сутки, хотя с точки зрения только коммерческих отношений такая оперативность может и не требоваться (расчетный период, как правило, составляет для многих групп потребителей один месяц).
Суммируя вышесказанное, кратко перечислю основные современные принципы приборного учета электроэнергии: 1) прямое измерение, 2) система учета, 3) электронные и информационные технологии, 4) открытые цифровые интерфейсы и протоколы, 5) функциональная полнота, 6) тарифная полнота, 7) синхронность измерений, 8) защита информации, 9) метрологическая достаточность, 10) самотестируемость [6].
Заключение
Таким образом, давая оценку современным тенденциям учёта электрической энергии, можно выделить из них наиболее перспективные:
1. Постепенный переход на электронные отсчетные устройства взамен морально устаревших электромеханических. Этот переход уже сей¬час экономически оправдан для многофункциональных счетчиков.
2. Применение специализированных БИС и микропроцессоров, что позволяет, с одной стороны, повысить класс точности и надежность счетчиков, а, с другой стороны, без увеличения аппаратурных затрат существенно увеличить функциональные возможности счетчиков, например: фиксировать максимумы потребления мощности, организовать «электронный архив», обеспечить алгоритм предоплаты и т.д.
3. Создание технических средств, позволяющих внедрить наиболее эффективную систему расчетов за пользование электроэнергией с предоплатой и льготным кредитованием.
4. Создание модульных блоков питания, в том числе с литиевыми источниками тока, обеспечивающих сохранение информации суммирующими устройствами в обесточенном со¬стоянии и переходных процессах в сети.
5. Создание модулей связи, обеспечивающих передачу измерительной информации по силовому кабелю, что позволит наиболее эффективно решить проблему дистанционного сбора показаний счетчиков.
Библиографический список
1. iubpe.sfu-kras.ru/assets/content/files/1454081867_OTsENKA_PREIMUShchESTV_ISPOLZOVANIYa_AIIS_KUE.pdf
2.
https://revolution.allbest.ru/radio/00573271_0.html3.
https://monographies.ru/en/book/section?id=165944.
https://umnii-schetchik.ru/5.
https://news.rambler.ru/other/41188014-s-1-iyulya-2019-goda-v-rossii-umnye-schetchiki-budut-obyazatelnymi/6.
https://monographies.ru/en/book/section?id=16594