Вы не авторизованы...
Вход на сайт
Сегодня 17 декабря 2017 года, воскресенье , 18:57:57 мск
Общество друзей милосердия
Опечатка?Выделите текст мышью и нажмите Ctrl+Enter
 
Контакты Телефон редакции:
+7(495)640-9617

E-mail: nr@oilru.com
 
Сегодня сервер OilRu.com - это более 1271.12 Мб информации:

  • 536796 новостей
  • 5112 статей в 168 выпусках журнала НЕФТЬ РОССИИ
  • 1143 статей в 53 выпусках журнала OIL of RUSSIA
  • 1346 статей в 45 выпусках журнала СОЦИАЛЬНОЕ ПАРТНЕРСТВО
Ресурсы
 

Зарождение интеллекта

 
Алексей Батырь
Умные счётчики как основа умных сетей
30.04.2017

Забота об энергоэффективности, новые тенденции на рынках электроэнергии, устарелость существующей модели энергообеспечения, опасения насчёт изменения климата - вот основные факторы, побуждающие нас двигаться в сторону парадигмы умных сетей (Smart Grid). Тем более что без умных измерительных устройств (Smart Meters) в сетях нельзя контролировать всю совокупность ресурсов распределённой генерации с заметной долей ВИЭ.

Исторически потребность в учёте и контроле возникла практически одновременно с появлением распределительных электросетей. Электросчётчики прошли большой эволюционный путь от первого подобного устройства, запатентованного Сэмюэлом Гардинером в 1872 г. Фактически это были простые механические часы, запускавшиеся и останавливавшиеся электромагнитом при появлении и пропадании тока в цепи. Сила тока и напряжение измерялись отдельными приборами, вычислять количество энергии (перемножая эти два параметра и отсчитанное часами время) нужно было вручную. Современные же измерительные комплексы способны выполнять многочисленные задачи помимо собственно измерения количества отпущенной электроэнергии.

Первый коммерческий автоматический счётчик с удалённым считыванием показаний был разработан Т. Параскевакосом в 1977 г. Однако до реального внедрения концепции дистанционных измерений в электросетях было ещё очень далеко. Прошло более трёх десятков лет, прежде чем всё расширяющееся внедрение ВИЭ, распределённой генерации и систем распределённого хранения электроэнергии привело к необходимости поменять привычную модель энергообеспечения. Её эволюция в сторону сетей, объединяющих множество децентрализованных ресурсов генерации и хранения, привела к концепции умной сети, которая не может эффективно функционировать без не менее умных измерительных систем (УИС).

В 2012 г. Европарламент в своей директиве определил умное измерительное устройство, или просто умный счётчик (УС), как «электронное устройство для измерения количества потребляемой электроэнергии, предоставляющее больше информации, чем обычный счётчик, и способное тем или иным способом передавать и принимать данные». УС «общаются» между собой и с центрами сбора и обработки данных без вмешательства человека. Собранные ими данные посылаются по проводным или беспроводным каналам связи на серверы, занимающиеся их обработкой и передающие счётчикам определённые команды по её результатам. Таким образом, ключевым фактором эффективности УИС становится межмашинное (M2M) взаимодействие.

Получаемые от УС данные пригодятся не только для более эффективного контроля за сетью и управления ею. Они могут послужить основой для развёртывания систем предсказания отказов и управления нагрузками.

Умная измерительная система

Первые попытки автоматизации учёта привели к появлению так называемых автоматизированных систем коммерческого учёта электроэнергии (АСКУЭ). Они позволяют дистанционно считывать и обрабатывать показания о потреблённой энергии и другую информацию со счётчиков, установленных у потребителей. Будучи однонаправленными, такие системы ограничивались дистанционным считыванием показаний и не могли решать дополнительные задачи. Поэтому на смену АСКУЭ начали приходить УИС, обеспечивающие поставщикам электроэнергии двустороннюю связь с УС, другими умными датчиками и исполнительными устройствами. Как результат - возможность не только отслеживать состояние сети, но и управлять ею.

УИС подразумевает развёртывание гетерогенной инфраструктуры, включающей четыре вида основных элементов:
* умный счётчик (УС);
* устройство сбора данных‚ или концентратор данных (КД);
* система связи для передачи данных (CC);
* централизованная система управления и контроля‚ или центр управления (ЦУ).

Конкретные требования к УИС и её характеристики в большой степени зависят от вариантов её применения. Кроме того, сами измерения в УИС могут выполняться по-разному. Здесь можно выделить три основных способа:
* по требованию, когда данные измерений передаются из точек потребления в ЦУ по его запросу;
* по расписанию, когда данные передаются из точек потребления в ЦУ по заранее запрограммированному графику;
* постоянно, когда ЦУ непрерывно (по крайней мере несколько раз в сутки) собирает показания со всех УС.

Умный счётчик

В последнее время УС развиваются в сторону двунаправленности и последовательного расширения функциональности. Двунаправленность можно понимать с различных точек зрения: по энергии (протекание потока энергии как от поставщика к потребителю, так и в обратном направлении при использовании потребителем ВИЭ и систем хранения, способных отдавать в сеть излишки энергии) и по коммуникациям (данные передаются от УС на КД, но КД может также передавать данные и команды УС, имеющим встроенный коммуникационный узел).

Набор функций УС не ограничивается какими-либо нормативными актами, но, например, Европейская группа производителей умных счётчиков (European Smart Meters Industry Group, ESMIG) считает, что минимальный обязательный набор возможностей УС сводится к следующим четырём основным:
* удалённое считывание показаний;
* двунаправленная связь с КД;
* поддержка разнообразных тарифных и биллинговых систем;
* дистанционное управление подачей энергии.

Концентратор данных

Основное предназначение КД - собирать показания умных счётчиков. Кроме того, КД обычно представляет собой главный узел коммуникационной подсети, состоящей из него самого и «общающегося» с ним набора УС, в состав каждого из которых, в свою очередь, входит встроенный коммуникационный узел. КД обычно располагаются внутри трансформаторных подстанций.

Система связи

Передача данных между УС, КД и ЦУ должна быть надёжной, своевременной и защищённой. Ключевая роль в выполнении этих требований принадлежит технологиям связи, которые должны быть недорогими и при этом обеспечивать достаточные зону покрытия, полосу пропускания, защищённость и энергоэффективность. Системы связи в энергосетях в своей эволюции уходят от односторонних структур с радиальной топологией, двигаясь к двунаправленным схемам сетевой топологии.

Центр управления

ЦУ, или система управления данными (СУД), отвечает за приём и сохранение данных от КД для последующей обработки. ЦУ можно рассматривать как модульную систему, состоящую из системы управления данными счётчиков (СУДС) и дополнительных модулей, в число которых могут входить подсистемы обслуживания конечных потребителей, метео- и геоинформационные системы, управляющие приложения и системы управления нагрузкой.

В СУДС входят инструменты для организации взаимодействия всех модулей, валидации, обработки и редактирования данных УС. По мере развития ЦУ из простых систем сбора и хранения данных от счётчиков, какими они были во времена АСКУЭ, превращаются в интеллектуальные системы, способные принимать решения и управлять всей сетью сразу в реальном масштабе времени.

Массив данных, полученных от УС, - исключительно ценный ресурс для поставщиков. На основе машинного анализа этих «больших данных» в облачных системах появляется возможность делать разного рода предсказания (имеющихся запасов энергии, вероятности отключений, потребляемой клиентами мощности), а следовательно, принимать превентивные меры для недопущения разнообразных неприятных событий вместо того, чтобы, как раньше, просто реагировать на них после того как они произошли.

Сквозь тернии - к УИС

Процесс создания УИС состоит из трёх основных этапов: проектирования, развёртывания и запуска в эксплуатацию. Из-за огромного разнообразия требований и характеристик в каждом конкретном случае, а также множества разных технологий и сценариев проектирование УИС оказывается непростой задачей. Здесь можно выделить следующие аспекты:
* выбор наиболее подходящих технологических решений;
* выбор типа сети связи (проводная, беспроводная, гибридная), её зоны покрытия, пропускной способности, защищённости от вредоносных вторжений и перехвата данных;
* оценка стоимости оборудования, инфраструктуры коммуникационной сети и обслуживания;
* оценка состава услуг для клиентов, обеспечение им доступа к своим данным.

Этап развёртывания подразумевает выполнение всех необходимых мероприятий для замены входящих в проект счётчиков на умные. На этом этапе также строится коммуникационная инфраструктура, включающая все необходимые компоненты и устройства. Наконец, на этапе запуска проводятся начальная настройка устройств, установка и конфигурирование программного обеспечения ЦУ.

Применение УИС

Кроме контроля и управления умная измерительная система может использоваться для ряда различных целей, когда объединяются данные измерений и другая информация, а также используются дополнительные устройства, обеспечивая новые возможности для поставщиков и потребителей электроэнергии. Большинство подобных приложений находится сейчас в стадии разработки. Далее перечислим основные их задачи.

Обеспечение качества электроэнергии. В традиционных распределительных сетях контрольные приборы располагаются только на подстанциях. С переходом на умные сети сложность и количество контролируемого оборудования значительно возрастают, поэтому требуется более детальная, распределённая и чаще поступающая информация. Способность УС в реальном масштабе времени измерять напряжение и другие параметры, а также двунаправленная связь между потребителями и ЦУ открывают новые возможности по поддержанию стабильного напряжения в сети.

Управление распределённой генерацией (РГ) и средствами распределённого хранения (РХ). Когда речь идёт о малопредсказуемых ВИЭ, контролировать РГ и управлять ею значительно сложнее, чем системой традиционных источников энергии. Эти неопределённости затрудняют работу ЦУ и создают препятствия для использования распределённых ресурсов. Именно УС, предоставляя в реальном времени точные и часто обновляемые данные о генераторах (для РГ) и процессах зарядки/разрядки (для РХ), помогают преодолеть эти трудности и обеспечить «бесшовное» включение ВИЭ в состав распределённой сети.

Биллинг. УИС необходимы для организации современных биллинговых систем. Получая тарифную информацию в реальном времени или в процессе начального программирования, умные счётчики обеспечивают подсчёт стоимости потреблённой энергии. Кроме того, они способны по команде из ЦУ останавливать и возобновлять подачу энергии.

Регулирование потребления. Динамическая координация потребляемой клиентами мощности с возможностями генерации, или регулирование потребления, вносит заметный вклад в общую эффективность энергосистемы. Потребители начинают играть более важную роль в работе электросети, сокращая своё потребление в периоды пиковых нагрузок (читай: повышенных тарифов) и реагируя на другие формы финансового побуждения. Внедряя подобные системы, можно снизить стоимость электроэнергии на оптовых рынках и, следовательно, уменьшить розничные тарифы.

Оснащение умных домов. Роль УИС в частных квартирах и домовладениях трудно переоценить. Получая данные измерений, пользователь может отследить и скорректировать своё потребление. Сейчас появляется всё больше разнообразных услуг, таких как профилирование потребления, управление нагрузкой, дистанционное включение и выключение домашних электроприборов, дистанционный мониторинг потребления и др.

Борьба с мошенниками. Обход счётчиков, вмешательство в их работу и другие способы снизить оплату счетов за электроэнергию или вообще избежать её рассматриваются как мошенничество. Во многих странах разрабатываются или уже внедрены довольно сложные антимошеннические системы на базе УИС, способные в автоматическом режиме выявлять и предупреждать потребителей, идущих на фальсификации.

Связь для УИС

Работа УИС очень сильно зависит от применяемых технологий связи. Для правильного их выбора нужно учесть самые разные вопросы, в том числе особенности региона и топологию электросети. Существует множество различных технологий, на которых можно построить коммуникационную сеть УИС, однако пока ни одна из них не способна удовлетворить все потребности. Иногда в коммуникационной сети УИС приходится применять несколько разных технологий.

При выборе между беспроводными и проводными сетями нужно учесть, что развёртывание первых, как правило, обходится дешевле и выполняется быстрее. Они также лучше подходят для удалённых и труднодоступных мест. В свою очередь, проводные сети практически не подвержены радиопомехам, которые способны нарушить работу беспроводной связи.

Радиосвязь в УИС шире всего применяется в США и Канаде. Показания счётчиков и другие данные передаются между УС и КД по беспроводным радиоканалам, а затем тем или иным способом переправляются в ЦУ для обработки. Наиболее известна топология RF mesh, где УС «общаются» между собой, формируя локальную сеть для своего КД. Топология RF mesh обеспечивает приемлемые задержки и широкую полосу пропускания, используясь, как правило, в нелицензируемых диапазонах частот. Сеть обладает способностью к самовосстановлению: при отказе одного из узлов маршрут передачи меняется. Но mesh-сети строятся по заказу, кроме того, их сложно разворачивать в сельской и гористой местности.

В европейских странах используются в основном проводные технологии, а в некоторых случаях - сотовые сети, особенно с применением GPRS. Эта эффективная и надёжная технология, основанная на открытом стандарте, отличается невысокими скоростями передачи данных.

Другие беспроводные технологии, такие как ZigBee, 6LoWPAN и Bluetooth, основаны на стандарте IEEE 802.15. Они характеризуются низкими скоростями передачи, малым потреблением мощности и дешевизной. Широко известная технология ZigBee задействуется пока в основном для организации связи между УС и домашними электрическими приборами.

Беспроводная персональная сеть малой мощности (6LoWPAN, Low Power Wireless Personal Area Networks) использует версию 6 сетевого протокола IP и базируется на тех же стандартах, что и ZigBee. Основное преимущество 6LoWPAN - наличие у каждого узла собственного адреса IPv6.

Bluetooth - технология с малой мощностью передатчика и, соответственно, небольшим радиусом действия, принятая в основном для подключения отдельных устройств. Bluetooth обеспечивает связь как «точка - точка», так и «точка - многоточка», но обладает меньшей защищённостью, чем конкурирующие технологии.

Широко известное семейство стандартов IEEE 802.11 (Wi-Fi) предоставляет технологии, которые отличаются высокой надёжностью и доступностью. Но электромагнитные помехи влияют на скорость передачи таких сетей, а они, в свою очередь, создают радиопомехи для других устройств.

Наконец, сеть WiMAX, основанная на стандарте IEEE 802.16, может обслуживать тысячи пользователей на больших расстояниях и с более высоким качеством, чем IEEE 802.11. Но WiMAX - довольно дорогая технология.

По проводам

Из известных проводных решений для УИС в Европе и Китае широко используется передача данных по электропроводке - Power Line Communication (PLC). Её главное преимущество состоит в том, что не требуется прокладывать никаких дополнительных линий связи - средой для передачи данных служит сама электросеть. Кроме того, коммуникационные адаптеры не требуют батарейного питания - они работают от сети. Но сама электросеть не очень хорошо приспособлена для передачи информации: в ней возникают импульсные помехи и другие возмущения от подключённых устройств (инверторов, моторов, энергосберегающих ламп и др.). Диапазоны частот PLC в разных регионах разные. В целом есть две группы PLC-технологий: широкополосная (BB-PLC), использующая частоты до 30 МГц и обеспечивающая высокую скорость передачи данных, и узкополосная (NB-PLC), работающая на частотах до 500 кГц со средними скоростями передачи. NB-PLC сейчас получает всё более широкое распространение благодаря внедрению современных методов модуляции, например, OFDM. Тем более что для применения в УИС вполне достаточны средние скорости передачи.

Ещё одна популярная проводная технология - цифровая абонентская линия, Digital Subscriber Line (DSL), использующая в качестве коммуникационной среды провода телефонной сети. Основные преимущества DSL в том, что в большинстве случаев провода уже имеются, а скорость передачи получается достаточно большой. Но DSL дорога в обслуживании, а её эффективность падает с увеличением расстояния.

Также стоит упомянуть Euridis, недорогое и хорошо известное решение (оно появилось в начале 1990-х годов) с большой установленной базой - почти 6 млн УС в мире. Протокол Euridis обеспечивает одновременный доступ к не более чем 100 УС, подключённым к двухпроводной витой паре.

Наконец, волоконно-оптические линии связи (ВОЛС), обеспечивающие наиболее высокие скорости передачи и помехоустойчивость на расстояниях до десятков километров, распространены пока не очень широко из-за высокой стоимости прокладки. Поэтому их применение в УИС ограничивается сетями среднего напряжения и каналами связи между КД и ЦУ. Лучше всего для УИС подходят пассивные оптические сети Passive Optical Networks (PON), в которых используются оптические расщепители, причём одна ВОЛС может обслуживать нескольких пользователей.

В завершение отметим, что специалистов с практическим опытом построения умных сетей в нашей стране пока крайне мало, причём искать их нужно не в энергетике и не в связи, а, скорее, в компаниях - системных интеграторах.

Эта статья первоначально была опубликована в газете "Энерговектор", № 12/2016 здесь: http://www.energovector.com/files/ev12-2016.pdf



0

 

 
Рейтинг@Mail.ru   


© 1998 — 2017, «Нефтяное обозрение (oilru.com)».
Свидетельство о регистрации средства массовой информации Эл № 77-6928
Зарегистрирован Министерством РФ по делам печати, телерадиовещания и средств массовой коммуникаций 23 апреля 2003 г.
Свидетельство о регистрации средства массовой информации Эл № ФС77-51544
Перерегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи и массовых коммуникаций 2 ноября 2012 г.
Все вопросы по функционированию сайта вы можете задать вебмастеру
При цитировании или ином использовании любых материалов ссылка на портал «Нефть России» (http://www.oilru.com/) обязательна.
Точка зрения авторов, статьи которых публикуются на портале oilru.com, может не совпадать с мнением редакции.
Время генерации страницы: 0 сек.

Зарождение интеллекта

Алексей Батырь
Умные счётчики как основа умных сетей
30.04.2017

Забота об энергоэффективности, новые тенденции на рынках электроэнергии, устарелость существующей модели энергообеспечения, опасения насчёт изменения климата - вот основные факторы, побуждающие нас двигаться в сторону парадигмы умных сетей (Smart Grid). Тем более что без умных измерительных устройств (Smart Meters) в сетях нельзя контролировать всю совокупность ресурсов распределённой генерации с заметной долей ВИЭ.

Исторически потребность в учёте и контроле возникла практически одновременно с появлением распределительных электросетей. Электросчётчики прошли большой эволюционный путь от первого подобного устройства, запатентованного Сэмюэлом Гардинером в 1872 г. Фактически это были простые механические часы, запускавшиеся и останавливавшиеся электромагнитом при появлении и пропадании тока в цепи. Сила тока и напряжение измерялись отдельными приборами, вычислять количество энергии (перемножая эти два параметра и отсчитанное часами время) нужно было вручную. Современные же измерительные комплексы способны выполнять многочисленные задачи помимо собственно измерения количества отпущенной электроэнергии.

Первый коммерческий автоматический счётчик с удалённым считыванием показаний был разработан Т. Параскевакосом в 1977 г. Однако до реального внедрения концепции дистанционных измерений в электросетях было ещё очень далеко. Прошло более трёх десятков лет, прежде чем всё расширяющееся внедрение ВИЭ, распределённой генерации и систем распределённого хранения электроэнергии привело к необходимости поменять привычную модель энергообеспечения. Её эволюция в сторону сетей, объединяющих множество децентрализованных ресурсов генерации и хранения, привела к концепции умной сети, которая не может эффективно функционировать без не менее умных измерительных систем (УИС).

В 2012 г. Европарламент в своей директиве определил умное измерительное устройство, или просто умный счётчик (УС), как «электронное устройство для измерения количества потребляемой электроэнергии, предоставляющее больше информации, чем обычный счётчик, и способное тем или иным способом передавать и принимать данные». УС «общаются» между собой и с центрами сбора и обработки данных без вмешательства человека. Собранные ими данные посылаются по проводным или беспроводным каналам связи на серверы, занимающиеся их обработкой и передающие счётчикам определённые команды по её результатам. Таким образом, ключевым фактором эффективности УИС становится межмашинное (M2M) взаимодействие.

Получаемые от УС данные пригодятся не только для более эффективного контроля за сетью и управления ею. Они могут послужить основой для развёртывания систем предсказания отказов и управления нагрузками.

Умная измерительная система

Первые попытки автоматизации учёта привели к появлению так называемых автоматизированных систем коммерческого учёта электроэнергии (АСКУЭ). Они позволяют дистанционно считывать и обрабатывать показания о потреблённой энергии и другую информацию со счётчиков, установленных у потребителей. Будучи однонаправленными, такие системы ограничивались дистанционным считыванием показаний и не могли решать дополнительные задачи. Поэтому на смену АСКУЭ начали приходить УИС, обеспечивающие поставщикам электроэнергии двустороннюю связь с УС, другими умными датчиками и исполнительными устройствами. Как результат - возможность не только отслеживать состояние сети, но и управлять ею.

УИС подразумевает развёртывание гетерогенной инфраструктуры, включающей четыре вида основных элементов:
* умный счётчик (УС);
* устройство сбора данных‚ или концентратор данных (КД);
* система связи для передачи данных (CC);
* централизованная система управления и контроля‚ или центр управления (ЦУ).

Конкретные требования к УИС и её характеристики в большой степени зависят от вариантов её применения. Кроме того, сами измерения в УИС могут выполняться по-разному. Здесь можно выделить три основных способа:
* по требованию, когда данные измерений передаются из точек потребления в ЦУ по его запросу;
* по расписанию, когда данные передаются из точек потребления в ЦУ по заранее запрограммированному графику;
* постоянно, когда ЦУ непрерывно (по крайней мере несколько раз в сутки) собирает показания со всех УС.

Умный счётчик

В последнее время УС развиваются в сторону двунаправленности и последовательного расширения функциональности. Двунаправленность можно понимать с различных точек зрения: по энергии (протекание потока энергии как от поставщика к потребителю, так и в обратном направлении при использовании потребителем ВИЭ и систем хранения, способных отдавать в сеть излишки энергии) и по коммуникациям (данные передаются от УС на КД, но КД может также передавать данные и команды УС, имеющим встроенный коммуникационный узел).

Набор функций УС не ограничивается какими-либо нормативными актами, но, например, Европейская группа производителей умных счётчиков (European Smart Meters Industry Group, ESMIG) считает, что минимальный обязательный набор возможностей УС сводится к следующим четырём основным:
* удалённое считывание показаний;
* двунаправленная связь с КД;
* поддержка разнообразных тарифных и биллинговых систем;
* дистанционное управление подачей энергии.

Концентратор данных

Основное предназначение КД - собирать показания умных счётчиков. Кроме того, КД обычно представляет собой главный узел коммуникационной подсети, состоящей из него самого и «общающегося» с ним набора УС, в состав каждого из которых, в свою очередь, входит встроенный коммуникационный узел. КД обычно располагаются внутри трансформаторных подстанций.

Система связи

Передача данных между УС, КД и ЦУ должна быть надёжной, своевременной и защищённой. Ключевая роль в выполнении этих требований принадлежит технологиям связи, которые должны быть недорогими и при этом обеспечивать достаточные зону покрытия, полосу пропускания, защищённость и энергоэффективность. Системы связи в энергосетях в своей эволюции уходят от односторонних структур с радиальной топологией, двигаясь к двунаправленным схемам сетевой топологии.

Центр управления

ЦУ, или система управления данными (СУД), отвечает за приём и сохранение данных от КД для последующей обработки. ЦУ можно рассматривать как модульную систему, состоящую из системы управления данными счётчиков (СУДС) и дополнительных модулей, в число которых могут входить подсистемы обслуживания конечных потребителей, метео- и геоинформационные системы, управляющие приложения и системы управления нагрузкой.

В СУДС входят инструменты для организации взаимодействия всех модулей, валидации, обработки и редактирования данных УС. По мере развития ЦУ из простых систем сбора и хранения данных от счётчиков, какими они были во времена АСКУЭ, превращаются в интеллектуальные системы, способные принимать решения и управлять всей сетью сразу в реальном масштабе времени.

Массив данных, полученных от УС, - исключительно ценный ресурс для поставщиков. На основе машинного анализа этих «больших данных» в облачных системах появляется возможность делать разного рода предсказания (имеющихся запасов энергии, вероятности отключений, потребляемой клиентами мощности), а следовательно, принимать превентивные меры для недопущения разнообразных неприятных событий вместо того, чтобы, как раньше, просто реагировать на них после того как они произошли.

Сквозь тернии - к УИС

Процесс создания УИС состоит из трёх основных этапов: проектирования, развёртывания и запуска в эксплуатацию. Из-за огромного разнообразия требований и характеристик в каждом конкретном случае, а также множества разных технологий и сценариев проектирование УИС оказывается непростой задачей. Здесь можно выделить следующие аспекты:
* выбор наиболее подходящих технологических решений;
* выбор типа сети связи (проводная, беспроводная, гибридная), её зоны покрытия, пропускной способности, защищённости от вредоносных вторжений и перехвата данных;
* оценка стоимости оборудования, инфраструктуры коммуникационной сети и обслуживания;
* оценка состава услуг для клиентов, обеспечение им доступа к своим данным.

Этап развёртывания подразумевает выполнение всех необходимых мероприятий для замены входящих в проект счётчиков на умные. На этом этапе также строится коммуникационная инфраструктура, включающая все необходимые компоненты и устройства. Наконец, на этапе запуска проводятся начальная настройка устройств, установка и конфигурирование программного обеспечения ЦУ.

Применение УИС

Кроме контроля и управления умная измерительная система может использоваться для ряда различных целей, когда объединяются данные измерений и другая информация, а также используются дополнительные устройства, обеспечивая новые возможности для поставщиков и потребителей электроэнергии. Большинство подобных приложений находится сейчас в стадии разработки. Далее перечислим основные их задачи.

Обеспечение качества электроэнергии. В традиционных распределительных сетях контрольные приборы располагаются только на подстанциях. С переходом на умные сети сложность и количество контролируемого оборудования значительно возрастают, поэтому требуется более детальная, распределённая и чаще поступающая информация. Способность УС в реальном масштабе времени измерять напряжение и другие параметры, а также двунаправленная связь между потребителями и ЦУ открывают новые возможности по поддержанию стабильного напряжения в сети.

Управление распределённой генерацией (РГ) и средствами распределённого хранения (РХ). Когда речь идёт о малопредсказуемых ВИЭ, контролировать РГ и управлять ею значительно сложнее, чем системой традиционных источников энергии. Эти неопределённости затрудняют работу ЦУ и создают препятствия для использования распределённых ресурсов. Именно УС, предоставляя в реальном времени точные и часто обновляемые данные о генераторах (для РГ) и процессах зарядки/разрядки (для РХ), помогают преодолеть эти трудности и обеспечить «бесшовное» включение ВИЭ в состав распределённой сети.

Биллинг. УИС необходимы для организации современных биллинговых систем. Получая тарифную информацию в реальном времени или в процессе начального программирования, умные счётчики обеспечивают подсчёт стоимости потреблённой энергии. Кроме того, они способны по команде из ЦУ останавливать и возобновлять подачу энергии.

Регулирование потребления. Динамическая координация потребляемой клиентами мощности с возможностями генерации, или регулирование потребления, вносит заметный вклад в общую эффективность энергосистемы. Потребители начинают играть более важную роль в работе электросети, сокращая своё потребление в периоды пиковых нагрузок (читай: повышенных тарифов) и реагируя на другие формы финансового побуждения. Внедряя подобные системы, можно снизить стоимость электроэнергии на оптовых рынках и, следовательно, уменьшить розничные тарифы.

Оснащение умных домов. Роль УИС в частных квартирах и домовладениях трудно переоценить. Получая данные измерений, пользователь может отследить и скорректировать своё потребление. Сейчас появляется всё больше разнообразных услуг, таких как профилирование потребления, управление нагрузкой, дистанционное включение и выключение домашних электроприборов, дистанционный мониторинг потребления и др.

Борьба с мошенниками. Обход счётчиков, вмешательство в их работу и другие способы снизить оплату счетов за электроэнергию или вообще избежать её рассматриваются как мошенничество. Во многих странах разрабатываются или уже внедрены довольно сложные антимошеннические системы на базе УИС, способные в автоматическом режиме выявлять и предупреждать потребителей, идущих на фальсификации.

Связь для УИС

Работа УИС очень сильно зависит от применяемых технологий связи. Для правильного их выбора нужно учесть самые разные вопросы, в том числе особенности региона и топологию электросети. Существует множество различных технологий, на которых можно построить коммуникационную сеть УИС, однако пока ни одна из них не способна удовлетворить все потребности. Иногда в коммуникационной сети УИС приходится применять несколько разных технологий.

При выборе между беспроводными и проводными сетями нужно учесть, что развёртывание первых, как правило, обходится дешевле и выполняется быстрее. Они также лучше подходят для удалённых и труднодоступных мест. В свою очередь, проводные сети практически не подвержены радиопомехам, которые способны нарушить работу беспроводной связи.

Радиосвязь в УИС шире всего применяется в США и Канаде. Показания счётчиков и другие данные передаются между УС и КД по беспроводным радиоканалам, а затем тем или иным способом переправляются в ЦУ для обработки. Наиболее известна топология RF mesh, где УС «общаются» между собой, формируя локальную сеть для своего КД. Топология RF mesh обеспечивает приемлемые задержки и широкую полосу пропускания, используясь, как правило, в нелицензируемых диапазонах частот. Сеть обладает способностью к самовосстановлению: при отказе одного из узлов маршрут передачи меняется. Но mesh-сети строятся по заказу, кроме того, их сложно разворачивать в сельской и гористой местности.

В европейских странах используются в основном проводные технологии, а в некоторых случаях - сотовые сети, особенно с применением GPRS. Эта эффективная и надёжная технология, основанная на открытом стандарте, отличается невысокими скоростями передачи данных.

Другие беспроводные технологии, такие как ZigBee, 6LoWPAN и Bluetooth, основаны на стандарте IEEE 802.15. Они характеризуются низкими скоростями передачи, малым потреблением мощности и дешевизной. Широко известная технология ZigBee задействуется пока в основном для организации связи между УС и домашними электрическими приборами.

Беспроводная персональная сеть малой мощности (6LoWPAN, Low Power Wireless Personal Area Networks) использует версию 6 сетевого протокола IP и базируется на тех же стандартах, что и ZigBee. Основное преимущество 6LoWPAN - наличие у каждого узла собственного адреса IPv6.

Bluetooth - технология с малой мощностью передатчика и, соответственно, небольшим радиусом действия, принятая в основном для подключения отдельных устройств. Bluetooth обеспечивает связь как «точка - точка», так и «точка - многоточка», но обладает меньшей защищённостью, чем конкурирующие технологии.

Широко известное семейство стандартов IEEE 802.11 (Wi-Fi) предоставляет технологии, которые отличаются высокой надёжностью и доступностью. Но электромагнитные помехи влияют на скорость передачи таких сетей, а они, в свою очередь, создают радиопомехи для других устройств.

Наконец, сеть WiMAX, основанная на стандарте IEEE 802.16, может обслуживать тысячи пользователей на больших расстояниях и с более высоким качеством, чем IEEE 802.11. Но WiMAX - довольно дорогая технология.

По проводам

Из известных проводных решений для УИС в Европе и Китае широко используется передача данных по электропроводке - Power Line Communication (PLC). Её главное преимущество состоит в том, что не требуется прокладывать никаких дополнительных линий связи - средой для передачи данных служит сама электросеть. Кроме того, коммуникационные адаптеры не требуют батарейного питания - они работают от сети. Но сама электросеть не очень хорошо приспособлена для передачи информации: в ней возникают импульсные помехи и другие возмущения от подключённых устройств (инверторов, моторов, энергосберегающих ламп и др.). Диапазоны частот PLC в разных регионах разные. В целом есть две группы PLC-технологий: широкополосная (BB-PLC), использующая частоты до 30 МГц и обеспечивающая высокую скорость передачи данных, и узкополосная (NB-PLC), работающая на частотах до 500 кГц со средними скоростями передачи. NB-PLC сейчас получает всё более широкое распространение благодаря внедрению современных методов модуляции, например, OFDM. Тем более что для применения в УИС вполне достаточны средние скорости передачи.

Ещё одна популярная проводная технология - цифровая абонентская линия, Digital Subscriber Line (DSL), использующая в качестве коммуникационной среды провода телефонной сети. Основные преимущества DSL в том, что в большинстве случаев провода уже имеются, а скорость передачи получается достаточно большой. Но DSL дорога в обслуживании, а её эффективность падает с увеличением расстояния.

Также стоит упомянуть Euridis, недорогое и хорошо известное решение (оно появилось в начале 1990-х годов) с большой установленной базой - почти 6 млн УС в мире. Протокол Euridis обеспечивает одновременный доступ к не более чем 100 УС, подключённым к двухпроводной витой паре.

Наконец, волоконно-оптические линии связи (ВОЛС), обеспечивающие наиболее высокие скорости передачи и помехоустойчивость на расстояниях до десятков километров, распространены пока не очень широко из-за высокой стоимости прокладки. Поэтому их применение в УИС ограничивается сетями среднего напряжения и каналами связи между КД и ЦУ. Лучше всего для УИС подходят пассивные оптические сети Passive Optical Networks (PON), в которых используются оптические расщепители, причём одна ВОЛС может обслуживать нескольких пользователей.

В завершение отметим, что специалистов с практическим опытом построения умных сетей в нашей стране пока крайне мало, причём искать их нужно не в энергетике и не в связи, а, скорее, в компаниях - системных интеграторах.

Эта статья первоначально была опубликована в газете "Энерговектор", № 12/2016 здесь: http://www.energovector.com/files/ev12-2016.pdf



© 1998 — 2017, «Нефтяное обозрение (oilru.com)».
Свидетельство о регистрации средства массовой информации Эл № 77-6928
Зарегистрирован Министерством РФ по делам печати, телерадиовещания и средств массовой коммуникаций 23 апреля 2003 г.
Свидетельство о регистрации средства массовой информации Эл № ФС77-33815
Перерегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи и массовых коммуникаций 24 октября 2008 г.
При цитировании или ином использовании любых материалов ссылка на портал «Нефть России» (http://www.oilru.com/) обязательна.
Добро пожаловать на информационно-аналитический портал "Нефть России".
 
Для того, чтобы воспользоваться услугами портала, необходимо авторизоваться или пройти несложную процедуру регистрации. Если вы забыли свой пароль - создайте новый.
 
АВТОРИЗАЦИЯ
 
Введите Ваш логин:

 
Введите Ваш пароль: