Современные автоматизированные информационно-измерительные системы коммерческого учета электроэнергии (АИИС КУЭ) представляют собой комплекс контрольно-измерительной аппаратуры (счётчики электрической энергии, контроллеры - устройства сбора и передачи данных), коммуникаций связи (модемы, кабели и т.д.) и компьютеры с установленным на них специализированным программным обеспечением (ПО).

Внедрение автоматизированных информационно-измерительных систем коммерческого учёта электроэнергии  для розничного и оптового рынков электрической энергии требует разработки устройств сбора и передачи данных  (УСПД) для концентрации данных с первичных приборов учёта и передачи их на вышестоящие уровни [1].

УСПД АТ-860 предназначено для сбора результатов измерений от счётчиков с цифровыми интерфейсами и импульсными выходами типа «сухой контакт», сбора сигналов состояния объекта или средств измерений (теле-сигнализации), обработки результатов измерений, синхронизации времени
в счётчиках электроэнергии, передающих информацию в данное УСПД,
а также выполнения функций контролируемого пункта (КП) телемеханики.

УСПД AT-860 обладает переменным составом функциональных блоков, необходимых для создания требуемых конфигураций каналов измерений и реализации конкретных функций и задач.

УСПД AT-860 выполняет следующие функции [1]:

●  сбор результатов измерений от счётчиков электрической энергии
с цифровыми интерфейсами и от счётчиков электрической энергии с телеметрическими импульсными выходами типа «сухой контакт»;

●  обработка результатов измерений в соответствии
с параметрированием УСПД;

●  предоставление интерфейса доступа к собранной информации;

●  синхронизация времени как в самом УСПД, так и в счётчиках электроэнергии, передающих информацию в данное УСПД;

●  самодиагностика с фиксацией в «Журнале событий»;

●  ввод, вывод и обработка сигналов телемеханики.

УСПД может быть использовано на объектах энергетики, промышленных предприятиях, а также в других организациях, осуществляющих самостоятельные взаиморасчёты с поставщиками или потребителями электроэнергии.

УСПД АТ-860 представляет собой специализированный промышленный контроллер, в состав которого входят следующие компоненты:

●  программируемый контроллер типа MIC или MIRage;

●  источник (источники) вторичного электропитания;

●  клеммное оборудование.

Контроллер типа MIC имеет модульную конструкцию на основе крейта ASM3-MIC стандарта «Евромеханика» формата 3U, в котором установлены блок питания, процессорное устройство MIC-860, модули-носители MIC-CB субмодулей стандарта ModPack. Контроллер типа MIRage содержит процессорное устройство MIRage-CPU и модуль-носитель MIRage-CPU-Ext интерфейсных субмодулей.

Процессорные устройства MIC-860 и MIRage-CPU выполнены на единых программно-технических средствах. Субмодули обеспечивают построение требуемой конфигурации коммуникационных каналов, а также могут быть использованы для реализации каналов телемеханики непосредственно в УСПД.

УСПД AT-860 рассчитано на работу с многофункциональными микропроцессорными счетчиками электрической энергии с цифровыми интерфейсами и со счётчиками с телеметрическими импульсными выходами типа «сухой контакт».

УСПД AT-860 поддерживает следующие типы микропроцессорных счётчиков электрической энергии с цифровыми интерфейсами: Альфа А1, Альфа-Плюс, А1300, А1600, А1700, СЭТ-4ТМ.02, СЭТ-4ТМ.03, ПСЧ-4ТМ.05,
Меркурий 230.

УСПД АТ-860 обеспечивает опрос счётчиков электрической энергии указанных в табл. 1.1.3.2 типов, имеющих интерфейсы RS-232, RS-422, RS-485. Опрос счётчиков возможен также через преобразователи интерфейсов
RS-232/RS-422/RS-485 - Ethernet. Подключение интерфейсных сигналов счётчиков к преобразователям интерфейсов производится согласно схемам, приведённым в технической документации на применяемое оборудование.

При подключении импульсных счётчиков электрической энергии их телеметрические выходы должны обеспечивать следующие характеристики:

●  в состоянии «замкнуто» сопротивление выходной цепи не более 100 Ом при амплитуде тока не менее 2,5 мА;

●  в состоянии «разомкнуто» сопротивление выходной цепи
не менее 5 кОм при остаточной амплитуде тока (при отсутствии сигнала) не более 1 мА;

●  длительность импульсов не менее 25 мс при частоте следования не более 10 Гц.

При частоте следования входных импульсов менее 10 Гц и скважности импульсов от 0,1 до 0,9 вероятность пропуска единичного импульса -
не более 10^-3.

Разработанное программное обеспечение (ПО) УСПД АТ-860 состоит из системного и прикладного ПО.

Системное ПО УСПД АТ-860 - многозадачная операционная система (ОС) реального времени для встраиваемых приложений OS-9 компании
Microware Systems. Операционная система OS-9 выполняет задачи в соответствии с приоритетами, обеспечивает гибкое взаимодействие между программными модулями, осуществляет динамическое распределение памяти, использует развитые средства межзадачного взаимодействия и быстрые процедуры обслуживания прерываний с гарантированным временем реакции.

Прикладное ПО УСПД АТ-860 состоит из двух основных частей:

●  ПО коммерческого и технического учёта электроэнергии;

●  ПО телемеханики.

Прикладное ПО УСПД АТ-860 реализовано в виде программных модулей, предназначенных для выполнения в среде операционной системы OS-9.

Для обеспечения дистанционного сбора информации об учёте электроэнергии и для задач диспетчеризации используются различные каналы связи.

Все каналы можно разделить на 4 основные группы:

●  выделенные каналы;

●  каналы на основе технологии GSM;

●  каналы сотовой сети CDMA;

●  каналы на основе PLC технологий.

Передача данных по выделенным линиям связи многими ведущими специалистами мира признана наиболее перспективной, так как при этом резко увеличивается достоверность и скорость передачи информации, исключаются радиопомехи в жилых помещениях и вредное воздействие токов высокой частоты на здоровье жителей, значительно уменьшается стоимость оборудования и, кроме того, организуется постоянный стационарный канал связи.

Организация таких каналов для существующих объектов сопряжена
с большими затратами, а при строительстве нового здания монтаж линий связи не требует больших трудозатрат, так как в современных жилых домах и промышленных объектах предусмотрены межэтажные каналы для слаботочных линий и линии АИИС КУЭ прокладываются вместе с другими линиями (телефон, телевидение, радиотрансляция, пожарная сигнализация и т.п.). Всё оборудование АИИС КУЭ может устанавливаться в слаботочной части этажного шкафа. Эксплуатация выделенных линий связи так же является более простой и безопасной (на линиях связи отсутствует напряжение опасное для человека).

У выделенных каналов есть большое преимущество в том, что они
позволяют создавать не только системы учёта электроэнергии, но и полноценные системы диспетчеризации.

Однако, следует отметить очень ограниченное применение выделенных каналов связи: такие каналы встречаются в посёлках с развитой инфраструктурой связи, некоторых городских электрических сетях.

В сотовой связи GSM (от названия группы Groupe Spécial Mobile - 1982 г., в 1990 г. переименован в Global System for Mobile Communications - глобальный цифровой стандарт для мобильной сотовой связи) при организации каналов связи используется стандарт TDMA (Time Division Multiple Access - множественный доступ с разделением по времени) - способ использования радиочастот, когда в одном частотном интервале находится несколько абонентов, разные абоненты используют разные временные слоты (интервалы) для передачи.

Каналы сотовой связи GSM часто используются ввиду широкого распространения сетей GSM, доступности оборудования и невысокой стоимости организации канала связи и его последующей поддержки. Особенно это стало актуальным после исключения оплаты входящих звонков.

Также есть возможность дистанционно получать информацию
в несколько центров сбора данных.

Стандарт GSM гарантирует защиту от несанкционированного доступа к передаваемой информации третьими лицами: при установлении связи, информация в линии связи передается в зашифрованной форме. Конфиденциальность каждого абонента защищена и гарантирована тем, что его личность и местоположения защищены путём назначения для каждого пользователя временного идентификатора подвижного абонента (Temporary Mobile Subscriber Identity - TMSI), который изменяется от звонка к звонку.

Оптимально использование связи GSM для решения задач учёта
на трансформаторных подстанциях с прямым опросом одного-двух счётчиков или использованием УСПД при большом количестве точек учёта [2].

Сотовая связь стандарта CDMA (Code Division Multiple Access - множественный  доступ с кодовым разделением), предлагаемая оператором Skylink, изначально ориентирована на передачу данных по постоянному каналу (описана стандартом IS-95). Опытная эксплуатация в течение года показала уверенную связь и высокую скорость, что позволяет с успехом использовать этот вид связи как для учёта электроэнергии, так и для задач телемеханики и диспетчеризации в реальном масштабе времени. Актуально применение канала CDMA для автоматизации средних объектов типа РТП и городских ТП, когда нет возможности организации выделенных каналов. Недостаток сетей CDMA - небольшое по сравнению с GSM распространение, более высокая стоимость оборудования.

PLC (Power Line Communication) - технология передачи данных по силовой сети, в настоящее время развивающаяся для решения задач учёта в сетях 0,4 кВ. Основное преимущество данного вида связи - минимальная стоимость создания канала. Недостатки связаны с конкретным реализациями и существующими ограничениями на длины линий сети 0,4 кВ. Также данная технология ограничена задачами диспетчеризации только в том объёме, который был предусмотрен разработчиком той или иной системы PLC. Оптимально использование технологий PLC для организации учёта в жилом секторе (многоквартирные жилые дома, посёлки) с установкой концентраторов PLC в комплектных шкафах внутри трансформаторных подстанций [2].

На первый взгляд передача данных по силовым сетям очень удобна. Однако, отечественные электросети отличаются в худшую сторону большим износом силовых кабелей и распределительных устройств, устаревшей аппаратурой. Всё это резко повышает требования к помехозащищённости канала связи, что в свою очередь отражается на его стоимости. Кроме того, необходимо учитывать, что в больших многоэтажных и многоподъездных зданиях неэкранированной электропроводкой "окутаны" все помещения и появление в ней высокочастотных электромагнитных излучений может отрицательно повлиять на здоровье жителей [2].

Так как все устройства, работающие в канале передачи данных, подключены к силовой сети, то они являются электроустановками, что значительно повышает требования к квалификации обслуживающего их персонала. При всём этом, стоимость оборудования, необходимого для осуществления такого вида передачи данных гораздо выше, нежели стоимость оборудования и кабеля при передаче данных по выделенным каналам.

Исходя из проведённого анализа работы каналов связи, сформулированы предпочтения по использованию каналов связи для передачи данных между УСПД и контролирующей организацией для каждого типа объектов учёта
(табл. 1).

Таблица 1.

В результате научно-исследовательской работы получены следующие результаты.

1.     Проведен анализ требований к устройствам сбора и передачи данных.

2.     Разработано программное и аппаратное обеспечение устройства сбора и передачи данных.

3.     Произведен анализ каналов связи, используемых для передачи данных между УСПД и контролирующей организацией.

4.     По результатам проведённого анализа определены возможности
использования различных каналов связи для объектов каждого типа.

Опытный образец разработанного УСПД установлен в АИИС КУЭ
ЗАО «Дедовский Хлеб» Истринского района Московской области.

В настоящий момент ООО «АВИАТЭКС» планирует серийное производство разработанного УСПД для установки его на объектах учета энергоресурсов своих заказчиков.

Литература

1.      Волокитин Д.А., Резник Ю.О., Соловьёв С.Ю. Программно-технический комплекс «ТопИнфо-АТ»: учёт электроэнергии на розничном и оптовом рынках // ИСУП. - №2. - 2007.