Автоматизированная система коммерческого учета электроэнергии

АННОТАЦИЯ

Данная работа содержит описание разработки системы визуализации автоматизированной информационно-измерительной системы коммерческого учета электроэнергии (АИИС КУЭ).

В работе рассматриваются технологии, с помощью которых реализована  система: Delphi, MySQL, Microsoft Excel.

Данная работа выполнена по заказу предприятия ОАО «Ижмашэнерго».

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Термин «автоматизированная информационно-измерительная система коммерческого учета электроэнергии» — АИИС КУЭ (АСКУЭ) — появился сравнительно недавно и пришел на смену понятию АСКУЭ1, так как в последнем отсутствует слово «измерение», а следовательно, он находится вне правового поля ключевых нормативных актов. На сегодняшний день наличие АИИС КУЭ в соответствии с договором о присоединении к торговой системе оптового рынка электроэнергии является обязательным требованием для работы на рынке.

Благодаря внедрению  подобных систем предприятие может  значительно снизить расходы  на электроэнергию, что особенно актуально для энергоемких производств с высокой долей затрат на электроэнергию в себестоимости продукции.

Экономический эффект достигается  посредством повышения точности учета электроэнергии и его автоматизации, позволяющих эффективно заниматься энергосбережением на предприятии.

К примеру, благодаря АИИС КУЭ можно  точно определить наиболее энергоемкие  технологические процессы и перенести  работу соответствующего оборудования на ночные часы либо снизить потребление  электроэнергии, изменяя технологию данных процессов. Кроме того, автоматизированные информационно-измерительные системы позволяют выявить места хищения электроэнергии и, главное, работать на рынке, т. е. покупать электроэнергию не по установленным тарифам, а по рыночной цене.

Современные автоматизированные информационно-измерительные системы коммерческого учета электроэнергии создаются для коммерческого учета потребляемой или отпускаемой электрической энергии. Главной задачей при построении подобных систем является работа на оптовом рынке или розничном рынке электроэнергии, при этом необходимо обеспечить передачу информации смежным субъектам (сетевым компаниям, региональным диспетчерским управлениям, энергоснабжающим организациям или генерирующим компаниям) [1].

Целью создания и функционирования АИИС КУЭ является измерение количества электрической энергии, позволяющее определить величины учетных показателей, используемых в финансовых расчетах.

Автоматизированная информационно-измерительная  система коммерческого учета предприятия ОАО «Ижмашэнерго» создана в соответствии с требованиями Оптового рынка электроэнергии (ОРЭ) (мощности) и предназначена для автоматизации коммерческого учета электроэнергии (мощности), потребляемой (отдаваемой) технологическими объектами предприятия ОАО «Ижмашэнерго», а также предоставления в соответствии с правилами Оптового рынка достоверной легитимной информации заинтересованным организациям как на регулируемом, так и конкурентном секторе ОРЭ.

1. ОБЗОР АНАЛОГОВ

1.1. Комплекс программного обеспечения  «Пирамида 2000»

В настоящее время наибольшее распространение получило программное обеспечение компании «ЗАО инженерно-техническая фирма «Системы и технологии». Данная компания предлагает комплекс программного обеспечения под общим названием «Пирамида 2000», которое позволяет реализовывать АИИС КУЭ с помощью большинства доступных аппаратных средств. В состав данного программного обеспечения входят следующие продукты:

1. «Пирамида 2000. Сервер» поддерживает современные системы управления базами данных, такие как Microsoft SQL Server и Oracle Database. Имеет поддержку большинства коммутируемых и некоммутируемых информационных каналов: как проводных, так и беспроводных (радио, GSM, GPRS, спутниковая связь). Обеспечивает работу с основными типами УСПД: СИКОН Сxx, RTU-325, ЭКОМ-3000, СПЕ542.

Пакет программ «Пирамида 2000. Сервер» предназначен для:

• организации сбора с УСПД (ИВКЭ) данных о потреблении и выработке электрической энергии, параметров качества электрической энергии, состояний средств и объектов измерений — журналов событий (регистраторов) средств измерений, устройств телесигнализации и телеуправления;
• организации надежного долговременного хранения собранных данных с помощью мониторинга состояния базы данных;
• обработки собранной информации: достоверизации, расчета групп, потерь, лимитов и небалансов;
• автоматизации обходных выключателей с помощью организации интегральных каналов;
• предоставления данных прикладному программному обеспечению автоматизированных рабочих мест (АРМ);
• визуализации собранных и рассчитанных данных посредством веб-интерфейса;
• взаимодействия с внешними системами с использованием средств и протоколов обмена данными: XML (80020, 80030 и т.д.), АСКП, МЭК 60870-5-101, МЭК 60870-5-104, OPC DA.

2. «Пирамида 2000. АРМ» служит для организации в рамках АИИС автоматизированных рабочих мест (АРМ). Каждое рабочее место представляет собой персональный компьютер, связанный с сервером сбора и сервером баз данных локальной сетью предприятия (intranet) или высокоскоростными каналами связи internet.

Пакет имеет  несколько версий (редакций), различающихся набором инструментов, включаемых в поставку. Инструменты сгруппированы по различным версиям таким образом, что каждый пакет является достаточным для решения определенного круга задач, характерных для конкретного объекта внедрения. Совокупность АРМ образует верхний уровень АИИС предприятия, обеспечивая возможность оперативного контроля состояния АИИС и объектов энергосистемы, построения отчетности любой степени сложности, обмена информацией со смежными системами.

1.2. АИИС «Телеучет»

Автоматизированная информационно-измерительная система «Телеучет» позволяет осуществлять автоматизированный коммерческий учет электроэнергии субъектов оптового рынка электроэнергии (ОРЭ), а также технический учет и контроль качества электроэнергии. АИИС «Телеучет» применяется в электрических сетях различных уровней, на генерирующих предприятиях, у крупных и средних промышленных потребителей.

АИИС «Телеучет» может использоваться как отдельная  самостоятельная автоматизированная система коммерческого / технического учета и контроля качества электроэнергии (АИИС КУЭ / АСКУЭ, АИИС ТУЭ / АСТУЭ), так и в качестве подсистемы коммерческого, технического учета и контроля качества электроэнергии в составе автоматизированной системы оперативного диспетчерского управления и энергоучета (АСОДУЭ).

АИИС «Телеучет» обеспечивает:

• многотарифный учет вырабатываемой и потребляемой энергии;
• учет возникающих потерь;
• расчет баланса мощности;
• контроль показателей качества электроэнергии;
• контроль состояния объектов, средств измерений, технических и программных средств системы;
• прогнозирование и регулирование потребления и выработки электроэнергии;
• формирование учетных показателей для ОРЭ и предоставление их в Финансово-расчетную систему Администратора Торговой Системы, а также для собственных внутренних расчетов.

АИИС «Телеучет» является основой для создания различных  систем учета и контроля энергоресурсов:

• АИИС КУЭ (АСКУЭ) – автоматизированные информационно-измерительные системы коммерческого учета электроэнергии, решающие задачи учета полученной / выработанной предприятием и отпущенной субабонентам электроэнергии и автоматизации расчетов с поставщиками и потребителями;
• АИИС ТУЭ (АСТУЭ) – автоматизированные информационно-измерительные системы технического учета электроэнергии, решающие задачи контроля внутренних потребителей, расчета баланса мощности и энергии, выявления перерасхода электроэнергии;
• АИИС КЭ (АИИС ККЭ) – автоматизированные информационно-измерительные системы качества электрической энергии, обеспечивающие контроль за соблюдением норм качества электроэнергии системы электроснабжения общего назначения и электросетей предприятия, потребителя, и пр.

Отличительной чертой предлагаемых решений является возможность организации на базе созданной АИИС комплексной автоматизированной системы оперативного диспетчерского управления и энергоучета (АСОДУЭ).

Результаты  применения АИИС «Телеучет» в системах учета и контроля энергоресурсов:

• при решении задач коммерческого учета электроэнергии – АИИС КУЭ (АСКУЭ), обеспечивающая субъекту выход на ОРЭ;
• при решении задач технического учета электроэнергии – АИИС ТУЭ (АСТУЭ), обеспечивающая контроль потребления электроэнергии подразделениями (цехами) предприятия и субабонентами;
• при решении задач контроля качества электроэнергии – АИИС КЭ (АИИС ККЭ), осуществляющая контроль за соблюдением норм качества электрической энергии в системе электроснабжения и в электрических сетях предприятия или потребителя [6].

1.3. АИИС КУЭ компании Энсис Технологии

Компания Энсис Технологии на стадии формирования ОРЭ по заказу РАО «ЕЭС России» разработала «Концепцию АСКУЭ конкурентного оптового рынка электроэнергии», впоследствии реализовав масштабный в России проект по внедрению автоматизированной системы коммерческого учета электроэнергии ОАО «ФСК ЕЭС», охватывающий более 145 подстанций напряжением 330 кВ и выше.

1.3.1. Основные функции

АИИС КУЭ обеспечивает выполнение следующих основных функций:

• Измерение, сбор, обработку и хранение результатов измерений информации о состоянии объектов и средств измерений, контроль их достоверности, формирование учетных показателей и предоставление их в финансово-расчетную систему НП «АТС».

Внедрение АИИС КУЭ позволит:

• повысить точность учета электроэнергии.

При этом предприятие  получает более достоверную информацию об энергопотреблении. В результате производится точное сведение балансов, нахождение потерь, контроль качества электроэнергии и выявление неучтенных потребителей;

• перейти на расчет за электроэнергию с энергоснабжающей организацией по дифференцированным тарифам.

За счет установки счетчиков, учитывающих электроэнергию по 4 тарифным зонам в сутки (утро, день, вечер, ночь), 4 типам дней недели и 4 сезонам, производящих автоматический переход на летнее и зимнее время. Существенная экономия оплаты за потребленную предприятием электроэнергию может достигаться при переносе выполнения части работ на время суток с более дешевым тарифом электроэнергии перейти на расчет по фактически потребляемой мощности за счет оптимизации энергопотребления и управления производством, т.е. снизить потребляемую мощность на предприятии в часы пиковых нагрузок энергосистемы, спрогнозировать нагрузку и уменьшить заявленную мощность на следующий расчетный период, защититься от штрафов, отключить электроприемники, работающие вхолостую;

• компенсировать затраты на разницу тарифов для Абонентов и Субабонентов при расчете тарифа на потребляемую электроэнергию с       энергосбытовой компанией;
• повысить надежность энергоснабжения предприятия;
• автоматизировать процесс коммерческого учета;
• автоматизировать финансово-банковские операции и расчеты с потребителями.

1.3.2. Уровни АИИС КУЭ

В общем случае АИИС КУЭ включает следующие уровни:

1. измерительно-информационные комплексы точек учета (ИИК ТУ) – измерительные трансформаторы тока и напряжения, электронные счетчики;

2. информационно-вычислительные комплексы электроустановок (ИВКЭ) – промышленные контроллеры, обеспечивающие сбор, хранение и передачу данных с ИИК;

3. информационно-вычислительный комплекс (ИВК) – сервер АИИС, обеспечивающий общее управление системой и взаимодействующий с ИАСУ КУЭ в НП «АТС».

Дополнительно выделяется уровень  Автоматизированных рабочих мест (АРМ) пользователей системы.

Существенным является наличие  каналов связи между всеми  уровнями системы, с ИАСУ КУЭ, местным  энергосбытом и диспетчерским управлением.

Передача данных коммерческого учета происходит ежедневно, данные предоставляются в получасовой разбивке.

АИИС выполняется на базе серийно  выпускаемых технических средств  и лицензионного программного обеспечения.

1.3.3. Состав технических средств

В состав технических средств АИИС КУЭ входят:

• измерительные трансформаторы напряжения и тока с кабелями связи;
• микропроцессорные электронные счетчики с цифровым интерфейсом;
• устройства сбора и передачи данных;
• каналы передачи данных;
• резервные каналы связи;
• каналообразующее оборудование;
• сервер опроса;
• сервер базы данных;
• источники бесперебойного питания;
• устройство синхронизации системного времени;
• автоматизированные рабочие места;
• портативный компьютер;
• модули грозозащиты;
• специализированное программное обеспечение.

Помимо решения основной задачи по обеспечению функционирования АИИС, данные ЭВМ способны обеспечивать решение ряда прикладных задач по оценке состояния электроэнергетических  систем и повышения достоверности  измерений, например, выявление потерь энергии и локализацию мест этих потерь.

1.3.4. Реализация проекта по созданию АИИС КУЭ

В зависимости от конкретной реализации проект создания системы  может включать такие направления, как устройство электротехнического  оборудования, вторичная коммутация, радио и кабельные линии связи, программное обеспечение, значительный блок метрологических работ. Энсис Технологии выбрала лучшие проектные организации в каждом из данных направлений.

Предлагаемые решения по созданию АИИС КУЭ базируются на использовании  оборудования верхнего уровня (УСПД, связь, системы единого времени, серверы, программное обеспечение и т. д.) от различных поставщиков (на данный момент – 8 компаний). Выбор оборудования нижнего уровня (трансформаторы, счетчики) также определяется Заказчиком и уточняется проектом.

В зависимости от масштабности реализуемой  системы срок внедрения составляет от 5 до 10 месяцев [8].

Выводы

АИИС является очень дорогой системой, поэтому не каждое предприятие может позволить себе эту программу.

Данные системы требуют большого количества времени для установки, также необходимы финансы и время для обучения персонала для работы с системой.

У каждой организации  свои особенности в организации  труда, поэтому необходимы дополнительные функции к уже разработанным системам. Со временем потребности предприятий меняются, и за новыми функциями необходимо снова обращаться к поставщику АИИС, что требует снова затрат большого количества финансов и времени.

Учитывая все минусы систем, предприятию легче самому написать свою собственную АИИС, которая будет выполнять все необходимое с возможностью добавления новых функций.

2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

2.1. АСКУЭ

Автоматизированная Система Коммерческого Учета Электроэнергии— АСКУЭ (в соответствие новому стандарту ОАО «АТС»— автоматизированная информационно-измерительная система — АИИС) обеспечивает коммерческий учет электроэнергии (мощности).

Дополнение к определению  «АИИС КУЭ». У ОАО АТС нет стандартов, у ОАО АТС есть наборы регламентов (которые постоянно меняются). Термин АИИС КУЭ входит в набор «новой» терминологии, которую пытались ввести. «Новая терминология» (ИИК, ИВКЭ, и т.п., АИИС) оказалась крайне неудачной - в ней перемешаны понятия из разных областей — энергетики, коммерческих расчетов, информационных технологий.

Дополнение к определению «АСКУЭ». Расшифровка Аббревиатуры АСКУЭ, как «Автоматизированная измерительная система контроля и учета энергоресурсов», не совсем верно. Дело в том, что так аббревиатура расшифровывается некоторыми фирмами-производителями АПК АИИС, в случае, отсутствия необходимого функционала и сертификации АИИС для коммерческого учета электроэнергии и добавлении в АИИС функций сбора данных с измерительных устройств учета различных энергоресурсов. Т.е. имеет место подмена понятия и «вольная» трактовка сокращения «АСКУЭ». Для коммерческого учета иных ресурсов используются другие АИИС, например: АСКУГ (газ), АСКУТ (тепло) и т.д.

Возможны также и интегрированные системы учета, совмещающие учет различных ресурсов, общепринятого обозначения для которых пока не существует. АСКУЭ (АИИС КУЭ) применяемые на территории РФ, как правило, должны иметь действующий сертификат утверждения типа средств измерения, т.е. являться измерительным устройством как с технической, так и с юридической точек зрения.

2.1.1. Функции системы

АИИС включает в себя следующие функции:

• Автоматический сбор данных коммерческого учета потребления (отпуска) электроэнергии по каждой точке (группе) учета на заданных коммерческих интервалах (согласно ОАО АТС - 30 мин.).
• Хранение параметров учета в базе данных.
• Обеспечение многотарифного учета потребления (отпуска) электроэнергии.
• Обеспечение контроля за соблюдением лимитов энергопотребления.
• Вывод расчетных параметров на терминал и/или на устройство печати по требованию оператора.
• Ведение единого системного времени с возможностью его корректировки.

2.2. АСКУЭ КУЭ

Автоматизированная информационно-измерительная система коммерческого учета электроэнергии (АИИС КУЭ, АСКУЭ) — совокупность аппаратных и программных средств, обеспечивающих дистанционный сбор, хранение и обработку данных об энергетических потоках в электросетях.

АИИС КУЭ необходима для автоматизации торговли электроэнергией. Также АИИС КУЭ выполняет технические  функции контроля за режимами работы электрооборудования.

2.2.1. Состав системы

Среди разработчиков АИИС КУЭ принято условное деление системы на нижний и верхний уровень. К нижнему уровню относится оборудование и микропрограммы, работающие непосредственно на объекте учета. К верхнему уровню относится остальная часть системы, расположенная, как правило, в центре обработки данных и офисах контролирующей организации.

Информационно-измерительный  комплекс

Информационно-измерительный комплекс (ИИК) — часть системы от проводника электроэнергии до электросчетчика. Трансформаторы тока, трансформатор напряжения и электропроводка, соединяющая трансформаторы со счетчиком, входит в состав информационно-измерительного комплекса.

АИИС КУЭ, как правило, содержит несколько информационно-измерительных  каналов. Информационно-измерительный  комплекс относится к нижнему  уровню АСКУЭ. Коммуникационной средой между счетчиком и УСПД (Устройство сбора и передачи данных) может являться интерфейс RS-485 , интерфейс RS-232, CAN интерфейс , GSM, радиоэфир, PLC - сеть 0,4кВ. Организация канала связи в коммуникационной среде осуществляется программными и аппаратными методами.

Информационно-вычислительный комплекс

Информационно-вычислительный комплекс (ИВК) — часть системы от электросчетчика до контролирующей организации. К ИВК относятся:

• устройства сбора и передачи данных (УСПД);
• каналы связи между электросчетчиками и УСПД;
• серверы верхнего уровня;
• коммуникационная среда и каналы связи между УСПД и серверами верхнего уровня (переход с нижнего уровня на верхний);
• система обеспечения единого времени (СОЕВ);
• автоматизированные рабочие места (АРМ) диспетчеров;
• автоматизированные рабочие места администраторов системы;
• каналы связи верхнего уровня, в том числе между серверами и АРМ смежных пользователей информации;
• программное обеспечение верхнего уровня.

Коммуникационной средой между  УСПД и серверами верхнего уровня может являться структурированная кабельная сеть, телефонная сеть с коммутируемыми каналами, радиосвязь, или Интернет. Организация канала связи в коммуникационной среде осуществляется программными или аппаратными методами.

Под смежными пользователями информации о количестве потребленной электроэнергии подразумеваются физические или юридические лица, имеющие право доступа к этой информации (например, потребитель и энергосбыт, сетевая и генерирующая организация и т. п.).

2.2.2. Функции системы

В функции системы входит:

• Автоматический сбор данных коммерческого учета потребления (отпуска) электроэнергии по каждой точке (группе) учета на заданных коммерческих интервалах (согласно НП АТС - 30 мин.).
• Хранение параметров учета в базе данных.
• Обеспечение многотарифного учета потребления (отпуска) электроэнергии.
• Обеспечение контроля за соблюдением лимитов энергопотребления.
• Вывод расчетных параметров на терминал и/или на устройство печати по требованию оператора.
• Ведение единого системного времени с возможностью его корректировки.

2.2.3. Области применения

АИИС КУЭ применяется в следующих  отраслях:

1. На предприятиях-потребителях

Крупным потребителям электроэнергии (фабрикам, заводам, портам и т. п.) АИИС КУЭ дает следующие преимущества:

• отсутствие необходимости в ручном снятии показаний множества электросчетчиков;
• облегчение ведения многотарифного учета электроэнергии;
• облегчение прогнозирования затрат на электроэнергию;
• контроль качества электроэнергии (не сертифицирован);
• запись в журнале событий УСПД событий по отключению-включению фидеров, перекосам по токам и напряжению (данную информацию собирает счетчик электроэнергии и передает УСПД);
• возможность автоматической передачи данных о количестве потребленной электроэнергии в энергосбытовую организацию;
• возможность выхода на оптовый рынок электроэнергии и мощности.

2. В сетевых организациях

Сетевые организации с помощью  АИИС КУЭ ведут учет потерь энергии в трансформаторах и линиях электропередачи. Анализ данных, предоставляемых АИИС КУЭ, полезен также для определения перегруженных участков электросети и принятия решения об увеличении их пропускной способности.

3. В генерирующих организациях

Некоторые организации-производители  электроэнергии предъявляют повышенные требования к частоте снятия показаний  с электросчетчиков. Эти требования обоснованы необходимостью поддерживать оптимальные режимы работы оборудования и не допускать перерасхода энергоносителей. В том случае, когда невозможно ручное снятие показаний с требуемой частотой, единственным решением проблемы становится внедрение АИИС КУЭ.

4. В энергосбытовых организациях

АИИС КУЭ может быть использована энергосбытом не только для автоматизации  выставления потребителям счетов за электроэнергию, но и для предотвращения конфликтов. Так как АИИС КУЭ может  предоставлять одни и те же учтенные данные энергосбыту и потребителю одновременно, разногласия можно устранить до их перехода в конфликт [5].

2.2.4. Юридический аспект

АИИС КУЭ обязательно должна быть сертифицирована и внесена  в государственный реестр средств  измерений. Информация, учтенная системой, имеет статус коммерческой и может быть использована для разрешения финансовых споров в суде.

2.3. Оптовый рынок электроэнергии (ОРЭ)

Основой для построения АИИС КУЭ  являются «Технические требования»  оптового рынка электроэнергии. Технические  требования ОРЭ сформулированы в  приложениях к «Положению о порядке получения статуса субъекта оптового рынка и ведения реестра субъектов оптового рынка», разработанных Администратором торговой системы оптового рынка электроэнергии (ОАО «АТС»).

«Технические требования» оптового рынка выдвигают комплекс требований к метрологическому обеспечению создаваемых систем, обеспечению единого времени на всех уровнях системы, надежности применяемых компонентов системы.

Важным этапом создания АИИС КУЭ  оптового рынка электроэнергии является разработка и экспертиза технического задания, технорабочего проекта, программы и методики испытаний и эксплуатационной документации в ОАО «АТС».

В ходе создания АИИС КУЭ необходимо также выполнить комплекс работ  по сертификации системы (внесении ее в Госреестр средств измерений), поверке системы, разработке методики выполнения измерений (МВИ), экспертизе МВИ с ОАО «АТС» и внесение МВИ в федеральный реестр МВИ.

2.4. Розничный рынок электроэнергии (РРЭ)

Аналогичные требования в части  метрологического обеспечения предъявляются и к АИИС, создаваемым для розничного рынка электроэнергии. Необходимо учитывать, что в настоящее время для РРЭ формируется нормативная база (Правила РРЭ, технические требования и другие нормативные документы), поэтому технические требования к таким АИИС могут согласовываться в договорах между поставщиком и потребителем электроэнергии. В части метрологического обеспечения, в соответствии с Федеральным Законом «Об обеспечении единства измерений», требования аналогичны требованиям, предъявляемым к АИИС КУЭ ОРЭ.

На данный момент основным нормативным  документом, в котором регламентируются основные требования к созданию АИИС КУЭ (АСКУЭ) розничного рынка, является Постановление правительства РФ № 530 от 31 августа 2006 г. «Об утверждении  правил функционирования розничных рынков электрической энергии в переходный период реформирования энергетики».

2.4.1. Рынок мощности

В настоящее время на территории Российской Федерации действует  двухуровневый (оптовый и розничный) рынок электроэнергии и мощности. На оптовом рынке продавцами и покупателями являются генерирующие компании, операторы экспорта/импорта электроэнергии, сбытовые организации, сетевые компании (в части приобретения электроэнергии для покрытия потерь при передаче), крупные потребители.

Субъекты оптового рынка могут выступать в роли как продавцов, так и покупателей электроэнергии и мощности. Для получения статуса участника оптового рынка организация должна удовлетворять требованиям, изложенным в утвержденных постановлением Правительства РФ от 24 октября 2003 № 643 Правилах оптового рынка электрической энергии (мощности) и в Договоре о присоединении к торговой системе оптового рынка.

Оптовый рынок электроэнергии и  мощности функционирует на территории регионов, объединенных в ценовые  зоны. В первую ценовую зону входят территории Европейской части России и Урала, во вторую – Сибирь. В неценовых зонах (Архангельская и Калининградская области, Республика Коми, регионы Дальнего Востока), где по технологическим причинам организация рыночных отношений в электроэнергетике пока невозможна, реализация электроэнергии и мощности осуществляется по особым правилам.