SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Построение АИИС КУЭ бытового и мелкомоторного потребителя для филиала ОАО «МРСК Центра» – «Белгородэнерго»

В статье описывается внедрение АИИС КУЭ бытового и мелкомоторного потребителя «Нейрон» в филиале ОАО «МРСК Центра» – «Белгородэнерго». Приведены основные технические характеристики системы. 

ООО «Систел Автоматизация», г. Москва

Sistel_Avtomatizacia.gif

По мере либерализации рынка электроэнергии сокращение технических и коммерческих потерь в электросетях становится одним из ключевых факторов повышения экономической эффективности энергосбытовых и электросетевых предприятий. В целом по стране потери электроэнергии превышают 13% от объема отпуска в сеть, что составляет более 100 млрд кВт•ч в год. При этом небаланс, или коммерческие потери, составляют около 30 млрд кВт•ч, или около 60 млрд руб.

Статистические данные показывают, что существует зависимость между объемом коммерческих потерь и долей мелкомоторного и бытового потребления: чем выше доля мелкомоторной и бытовой нагрузки в сети, тем выше уровень относительных потерь. В целом по стране доля потерь, приходящихся на мелкомоторный и бытовой сектор, составляет более 30% от общего объема потерь.

Основными составляющими коммерческих потерь являются:
1) высокие погрешности измерений отпущенной в сеть и полезно отпущенной электроэнергии потребителям;
2) занижение полезного отпуска из-за недостатков энерго­сбытовой деятельности и хищений электроэнергии;
3) задолженность по оплате за электроэнергию.

Эффективно управлять потерями возможно только при их качественном и оперативном учете, что невозможно без применения автоматизированных информационно-измерительных систем коммерческого и технического учета электроэнергии. И если в сегменте оптовой торговли электроэнергией развертывание АИИС КУЭ ведется активно, что определено в первую очередь требованиями администратора торговой системы, то в сегменте розничной торговли, массовой автоматизации учета не наблюдается.


Особенности российского рынка автоматизации учета

Основными препятствиями для разворачивания АИИС КУЭ бытового и мелкомоторного потребителя являются проблемы, характерные для всего российского рынка автоматизированных систем.


Проблема «последней мили»

Автоматизация коммерческого и технического учета в бытовом и мелкомоторном секторе требует построения территориально-распределенных АИИС КУЭ с большим количеством точек учета, при этом в различных регионах (районах) доступность тех или иных каналов связи может быть различная. Технические требования к каналам связи для разных уровней АИИС КУЭ, как правило, также отличаются.

Учитывая, что среднее потребление электроэнергии одним бытовым или мелкомоторным потребителем относительно невысоко, то и стоимость передачи данных должна быть невысока. Требования к надежности передачи данных при этом не снимаются.

Соответственно возникает вопрос: какие каналы связи использовать для сбора данных учета?


«Лоскутная» автоматизация

Зачастую на одном предприятии, для автоматизации различных сфер его хозяйственной деятельности используются различные автоматизированные системы. Зачастую такие системы не интегрированы друг с другом. Такая ситуация осложняет управление предприятием, требует дополнительных финансовых ресурсов для поддержания работоспособности аппаратно-программных комплексов и интегрирования информации в виде, необходимом для принятия управленческих решений (зачастую в Excel).

Внедрение АИИС КУЭ не должно создавать дополнительный «лоскут» автоматизации – должна быть возможность интеграции ее с другими автоматизированными системами. В рамках интеграции АИИС КУЭ может выступать поставщиком данных учета для корпоративной интегрированной системы и ретранслятором управляющих команд (например, на ограничение потребления) и оповещений на уровень потребителя.


Внедрение АИИС КУЭ бытового и мелкомоторного потребителя «Нейрон» в филиале ОАО «МРСК Центра» – «Белгородэнерго»

В 2008 году ООО «Систел Автоматизация» приступило к реализации проекта по построению АИИС КУЭ бытового и мелкомоторного потребителя в филиале ОАО «МРСК Центра» – «Белгород­энерго». В рамках данного проекта должна быть построена автоматизированная система, включающая в себя более 150 тыс. точек учета в мелкомоторном и бытовом секторе.


Цели и задачи проекта

Заказчик определил следующие цели данного проекта:
1) увеличение полезного отпуска электроэнергии потребителям за счет оперативного получения достоверной информации о количестве потребленной электроэнергии путем автоматического сбора данных;
2) выявление очагов сверхнормативных потерь электроэнергии путем балансирования сетей 6(10) / 0,4 кВ;
3) контроль потребления абонентов за счет дистанционного введения полного или частичного ограничения подачи электроэнергии;
4) сокращение затрат на технологический расход электроэнергии за счет обновления парка приборов учета и реконструкции вводов 0,4 кВ и оплату услуг оператора коммерческого учета по съему контрольных показаний;
5) повышение уровня сервисного обслуживания клиентов.

Задачи сформулированы следующим образом:
1) расширение функциональности корпоративной информационной системы управления ресурсами в части учета транспорта электрической энергии по бытовым и мелкомоторным потребителям, точки учета которых оснащены приборами, включенными в АСКУЭ «Нейрон» г. Белгорода;
2) обеспечение информационной поддержки процесса планирования и учета отключений абонентов, взаимодействия с абонентами путем разработки и внедрения в системе SAP R/3 функциональности, автоматизирующей работу по ограничению энергопотребления абонентов и связанных с этим процессов;
3) обеспечение тесной интеграции систем КИСУР на базе SAP R/3 и АИИС КУЭ «Нейрон».

Цели и задачи данного проекта можно сформулировать языком экономических и управленческих выгод для Заказчика:
- увеличение полезного отпуска электроэнергии;
- сокращение технологических потерь;
- сокращение затрат на биллинг;
- полная интеграция с существующей корпоративной информационной системой.


АИИС КУЭ «Нейрон»

Для достижения целей и решения задач, сформулированных Заказчиком, была предложена АИИС КУЭ «Нейрон», специально разработанная нашим предприятием для учета электроэнергии в бытовом и мелкомоторном секторе.

Структура данной системы достаточно традиционная для АИИС КУЭ и состоит из трех уровней: уровня информационно-измерительного комплекса (ИИК), состоящего из приборов учета, уровня информационно-вычис­ли­тельного комплекса энерго­установки (ИВКЭ) и уровня инфор­ма­ционно-вычислительного комплекса (ИВК).

Уровень ИИК состоит из трехфазных и однофазных приборов учета «Нейрон», класса точности 1.0, установленных на фасадах жилых домов, опорах линий электропередачи, ВРУ (вводное распределительное устройство) многоквартирных жилых домов, у юридических лиц, на подстанциях и КТП (комплектная трансформаторная подстанция).

Уровень ИВКЭ состоит из устройств сбора и передачи данных «УСПД-Нейрон», установленных на подстанциях и КТП.

Верхний уровень – информа­ционно-вычислительный комплекс, выполняющий функции сбора, хранения, обработки и предоставления информации пользователям. Он включает в себя серверы сбора данных, серверы баз данных, расчетов, приложений, интеграции и автоматизированные рабочие места пользователей. 

Рассмотрим каждый из уровней подробнее. Начнем с уровня ИИК. Как сказано выше, уровень состоит из специально разработанных приборов учета «Нейрон». Данные приборы предназначены для измерения активной или активной и реактивной энергии и мощности в многотарифном режиме в однофазных и трехфазных цепях переменного тока. Однофазные счетчики подключаются к цепям тока и напряжения непосредственно, а трехфазные как непосредственно, так и через трансформаторы тока. Основным интерфейсом передачи данных является PLC. Для автономного считывания информации применяется оптический порт. Дополнительным интерфейсом может служить Ethernet. Отличительными особенностями данного прибора являются: наличие встроенного размыкателя нагрузки, быстросъемного клеммника для упрощения монтажа, журнала событий и формирования профилей нагрузки активной и реактивной мощности с периодом усреднения 30 минут, с фиксированием максимальных и минимальных напряжений на получасовых интервалах. 

Уровень ИВКЭ состоит из специализированных промышленных контроллеров «УСПД-Нейрон». Особенностями данного прибора являются: применение PLC-технологии, возможность применения в трехфазных и однофазных электросетях, дистанционное перепрограммирование УСПД с ограничением доступа. 
Уровень ИВК состоит из нескольких подсистем – подсистемы сбора данных, подсистемы обработки данных, подсистемы оперативного хранения данных.

Подсистема сбора данных осуществляет сбор расчетной информации с приборов учета, других АСКУЭ и содержит в себе следующие сервисы:
- сервис опроса по протоколу TCP/IP;
- сервис опроса по GSM;
- сервис интеграции с другими АСКУЭ.

Управление сервисами подсистемы сбора данных осуществляется диспетчером сбора данных. 

Алгоритмы информационного обмена (реализации протоколов) с приборами учета, УСПД, внешними АСКУЭ хранятся в соответствующих библиотеках, которые подгружаются динамически.

Подсистема обработки данных осуществляет алгоритмическое преобразование информации, полученной из подсистемы сбора и содержит:
- сервис информационного обмена с подсистемой сбора данных;
- вычислительный сервис;
- оперативное хранилище данных (кэш).

Подсистема обработки данных является ядром ИВК и содержит в себе исчерпывающий набор функций по управлению расчетными данными и построению отчетов по заранее сформированным шаблонам согласно заданному расписанию.

Подсистема оперативного хранения данных предназначена для хранения часто используемой информации. Характеризуется малым временем отклика на запрос информации. Может хранить промежуточные данные, используемые другими подсистемами и модулями через API-интерфейс.

pic1.jpg

Рис. Монтаж УСПД и прибора учета в шкафу учета на КТП


Реализация проекта

Работы в рамках данного проекта были начаты в конце 2007 года. Уже к маю 2008 года был развернут сервер АИИС КУЭ и осуществлен монтаж около 1000 приборов учета, то есть менее чем за полгода была разработана «с нуля» проектная документация, программное обеспечение ИВК, приборы учета электроэнергии, УСПД и программное обеспечение ИВКЭ. На текущий момент установлено около 12 тысяч приборов учета (из них в частном секторе около 6,5 тысячи), около 1000 УСПД, осуществлена интеграция АИИС КУЭ с корпоративной информационной системой SAP R/3. Развернуто около 100 автоматизированных рабочих мест. На момент завершения Проекта, в 2010 году, система будет включать в себя около 160 тысяч приборов учета и около 5 тысяч УСПД.

Учитывая инновационность и масштабность Проекта, ход его реализации контролируется на уровне ОАО «МРСК Центра». В рамках нашей компании в работы по Проекту вовлечены практически все подразделения, но играют ключевую роль и соответственно несут основной груз ответственности следующие подразделения:
- отделение проектирования автоматизированных систем, отвечающее за разработку ТЗ и проектной документации;
- научно-производственное отделение промышленных приборов учета;
- специально созданная группа внедрения данного Проекта, которая осуществляет взаимодействие с Заказчиком и подрядчиками. Специально открыт офис в г. Белгород. 


Решение проблем

Теперь рассмотрим решение проблем «последней мили» и «лоскутной автоматизации» в данном проекте. 

В результате изучения мирового опыта построения АИИС КУЭ бытового потребителя было принято решение об использовании технологии PLC на уровне ИИК – ИВКЭ. Используемое нами оборудование PLC позволяет передавать данные по линии 0,4 кВ до 2,2 км в нормальных условиях и до 700 метров в некачественной электропроводящей среде. Реализация функции ретранслятора в счетчиках «Нейрон» позволила решить проблему относительно небольшой дальности передачи данных через PLC. 

Учитывая большую зону покрытия и невысокую стоимость, для передачи данных с уровня ИВКЭ на уровень ИВК решили использовать GPRS. Применение GPRS для передачи данных на уровень ИВК себя оправдало – наиболее заметной проблемой является приоритет голосового трафика над передачей данных, и в моменты большой загрузки базовой станции телефонными переговорами GPRS замедляется. Но данная проблема решается подключением к специальным тарифам на передачу данных, с выделением фиксированных тайм-слотов и IP-адресов. Стоимость передачи данных с одного счетчика за один месяц не превышает 1 руб.

Перейдем к проблеме «лоскутной автоматизации». В рамках реализации «Системного проекта автоматизации МРСК ЦиСК» у Заказчика внедрена корпоративная информационная система управления ресурсами, так называемая КИСУР SAP R/3. Данная система позволяет осуществлять управление взаимоотношениями с клиентами – модуль mySAP CRM, а также несколько модулей автоматизации других сфер деятельности компании. Поэтому создавать подобный модуль в АИИС КУЭ «Нейрон» нецелесообразно. Было принято решение об интеграции АИИС КУЭ с SAP R/3.

Подсистема интеграции поддерживает следующие функции и режимы работы:
- обеспечение соответствия приборов учета электроэнергии между SAP IS-U и АИИС КУЭ;
- загрузку в SAP из АИИС КУЭ значений электроэнергии, накопленных за 30-минутные интервалы;
- транзит команд из SAP в АИИС КУЭ:
-- изменение тарифных зон в счетчике;
-- полное или частичное ограничение потребления;
-- оповещение потребителя отправкой текстового сообщения на счетчик электрической энергии;
- транзит из АИИС КУЭ в SAP подтверждений на отправленные в АИИС КУЭ команды;
- загрузку в SAP из АИИС КУЭ журнала событий за определенный период;
- загрузку в SAP из АИИС КУЭ активной, реактивной энергии, накопленной на конец суток, месяца;
- загрузку в SAP из АИИС КУЭ дополнительных параметров, измеряемых прибором учета (например: активная, реактивная, полная мощность, ток, напряжение по каждой фазе и суммарное или среднее);
- загрузку в SAP из АИИС КУЭ электроэнергии, накопленной по временным суточным тарифным зонам с учетом сезонов;
- запуск опроса внешних систем по заданному расписанию, по инициации от SAP IS-U;
- запуск передачи данных в SAP IS-U по заданному расписанию, по инициации от SAP IS-U;
- ручной запуск получения данных за заданный период времени (авторизированный пользовательский интерфейс) от измерительных систем;
- мониторинг и сигнализация отсутствия данных свыше заданного периода;
- повторное (с количеством повторений или циклическое) обращение при отсутствии связи с АИИС КУЭ;
- ведение журналов: 
-- успешно выполненных задач;
-- ошибок соединения с АИИС КУЭ;
-- ошибок импорта пакетов в SAP;
-- протокола пользовательских операций;
- автоматический контроль запросов успешной загрузки данных (защита от сбоев импорта данных);
- веб-доступ к информационным функциям и журналированию подсистемы интеграции.

Таким образом, в рамках SAP R/3 Заказчик может управлять практически всем функционалом АИИС КУЭ и получает единую корпоративную многофункциональную систему, позволяющую эффективно управлять практически всеми функциями предприятия: от закупки продукта до его поставки клиенту.


Заключение

Давайте подведем итог и кратко сформулируем способы решения задач Заказчика и учет российской специфики в рамках проекта по построению АИИС КУЭ БП «Нейрон».

Итак, увеличение полезного отпуска электроэнергии: 
- мы увеличили точность приборов учета;
- мы достоверно и оперативно собираем данные о потреблении; для решения задачи «последней мили» используем PLC;
- мы ограничиваем потребление должников;
- мы оперативно выявляем очаги сверхнормативных потерь и получаем возможность оперативно их локализовать.

Сокращение технологических потерь:
- обновили парк приборов учета, при обновлении парка реконструировали вводы;
- мы оперативно выявляем очаги сверхнормативных потерь и получаем возможность оперативно их локализовать.

Сокращение затрат на биллинг:
- мы дистанционно и оперативно снимаем показания с приборов учета без привлечения контролеров;
- показания доставляются в модуль CRM SAP R/3 и используются для автоматического выставления счетов;
- взаимодействуем с потребителем через прибор учета (отправка текстовых сообщений на счетчик).

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 3(23)_2009

С.П. Симонов, коммерческий директор,
ООО «Систел Автоматизация», г. Москва,
тел.: (495) 727-0834,