Объединенный цифровой комплекс аппаратных и программных средств традиционно применяется в энергетической отрасли Республики Казахстан под названием «Автоматизированная система коммерческого учёта и контроля энергоресурсов». В странах СНГ этот комплекс сокращенно именуют как АСКУЭ. Он предназначен для сбора, передачи, обработки и анализа данных о потреблении энергии (преимущественно электричества).

Перечислим основные мотивы использования АСКУЭ в направлении энергетики РК:

— повышение точности и оперативности учёта электрической энергии;

— снижение трудозатрат в транспортировке электричества;

— обнаружение потерь, утечек и несанкционированного подключения к подстанциям энергетики;

— возможность анализа потребления энергии в реальном времени;

— дальнейшее прогнозирование развитие энергетической отрасли страны.

Таким образом, объектом исследования в предлагаемой статье являются автоматизированные системы и комплексы учета энергоресурсов, а именно электроэнергии. Технические средства АСКУЭ состоят из трансформаторов тока (ТТ), через эти устройства осуществляется подключение счетчиков учет электроэнергии. До настоящего времени все еще существуют проблемы выбора моделей ТТ для эксплуатации. Поэтому все более ужесточаются требования к монтажу и эксплуатации вторичных цепей ТТ [1].

Из-за всеобщего применения в учете электроэнергии более надежных в эксплуатации счетчиков, в энергетике наиболее широко распространены индукционные счетчики в системах АСКУЭ. В наш цифровой век активно используются микропроцессорные счетчики электроэнергии (например, счетчик Альфа — Фирма ABB — ASEA BROWN BOVERI).

До появления АСКУЭ привязка показаний счетчиков к реальному времени в значительной степени зависела от часов работы инспекторов (операторов) отделов энергетики акиматов областей РК и миллионных городов Астаны, Алматы и Шымкента. Именно они осуществляли учет времени электроэнергии на местах в виде записи показаний счетчиков.

Временная погрешность такого учета лежала в диапазоне от нескольких часов до нескольких суток, подчас в несколько раз превышая погрешность учета самим счетчиком. Фактор высокой стоимости энергоресурсов обусловил в последние годы кардинальные изменения в отношении к организации энергетического учета. Под давлением рынка потребители приходят к пониманию той простой истины, что первым шагом в экономии энергоресурсов и снижении финансовых потерь является точный учет энергии современными микропроцессорными счетчиками.

В свое время первый шаг в направлении создания продукта АСКУЭ был сделан в области систем технического и коммерческого учета электрической энергии, когда появились устройства формирования импульсов и сумматоры в виде устройств сбора данных, а также электронные счетчики импульсов. Так появилось первое поколение АСКУЭ.

Сейчас современные АСКУЭ в нашей стране являются масштабными системами, выполняющими одновременно измерение и учет количества энергии и энергоресурсов различного рода по территориально распределенным точкам учета и работающими в реальном времени с последующей передачей информации по иерархическому уровню.

Особую значимость АСКУЭ получила в электроэнергетике. В зависимости от требований современные цифровые счетчики должны в любой момент времени могут оперативно передавать необходимые данные по различным смарт-каналам телекоммуникации на диспетчерские пункты энергоснабжающих предприятий для оперативного контроля и экономических расчетов потребления электроэнергии.

Не менее важную роль играют всевозможные сервисные функции, такие как дистанционный доступ к счетчику, к информации о потребленной энергии и многие другие [2].

Наличие цифрового дисплея, управляемого от микроконтроллера, позволяет программным образом устанавливать различные интеллектуальные режимы вывода информации, например, выводить на дисплей информацию о потребленной энергии за каждый месяц, по различным тарифам.

Первые счётчики электроэнергии для переменного тока разработаны в 1888 году. На основании этой разработки в 1899 году был усовершенствованы индукционные счётчики электроэнергии. Вследствие возрастающей надёжности и малой себестоимости, данные счетчики до сих пор массово изготовляются, именно с их помощью производят большую часть измерений электроэнергии.

С изобретением динамо-машины (1867) появилась возможность вырабатывать электроэнергию в больших количествах. Первой областью массового применения электричества стало освещение. Когда этот новый продукт под названием «электроэнергия» начали продавать, возникла необходимость определить цену. Однако было неясно, в каких единицах следует вести учет и какие принципы измерения были бы наиболее удобными.

С момента появления первого электромеханического счетчика электрической энергии ее учет осуществлялся путем записи показаний счетных механизмов и занесения их в соответствующий документ [3–5].

Идея технических средств автоматизированного дистанционного считывания давно известна, но практическая реализация началась в промышленно развитых странах только в 70–80-е годы ХХ века, когда появились интегральные технологии, позволившие сделать технические решения экономически приемлемыми для массового применения.

В дальнейшем волна компьютеризации вычислительных процессов привела к появлению и быстрой смене новых поколений АСКУЭ. С распадом плановой экономики в СССР закончилась эпоха практически неограниченных и дешевых энергоресурсов, когда их доля в себестоимости продукции составляла всего лишь несколько процентов.

На сегодняшний день из-за многократного удорожания энергоресурсов их доля в себестоимости продукции для многих промышленных предприятий резко возросла и составляет 20–30 %, а для наиболее энергоемких производств достигает 40 % и более.

Под давлением рынка потребители приходят к пониманию, что первым шагом в экономии энергоресурсов и снижении финансовых потерь является точный учет электроэнергии. На рисунке 1 представлена архитектура и принцип функционирования приборов учета электроэнергии в использовании микропроцессорных систем учета показателей таких приборов.

Рис. 1. Архитектура и принцип функционирования цифровых приборов учета электроэнергии

Сейчас в обычном режиме выделяют 3 уровня системе АСКУЭ: нижний, средний и верхний. Нижний уровень — интеллектуальные электрические счётчики. Средний уровень — устройства сбора и передачи данных (УСПД, модемы, преобразователи интерфейсов). Верхний уровень — центр сбора и обработки (сервер или серверный комплекс).

В такой архитектуре счётчики регистрируют параметры потребления, устройства сбора опрашивают их и передают данные на сервер. На сервере данные обрабатываются, формируются отчёты, прогнозы и сигналы тревоги при превышении лимитов (рисунок 2).

Рис. 2. Условия функционирования счетчиков в многоквартирном жилом доме

Рассмотрим преимущества и сложность внедрения такой архитектуры. К преимуществам относятся: точность и автоматизация учёта, экономический эффект, оперативность реагирования, аналитика и прогнозирование, масштабируемость. Однако имеются и сложности реализации такой архитектуры: высокие начальные затраты, сложность интеграции, кибербезопасность, зависимость от качества каналов телекоммуникации, несовместимость стандартов по учету электроэнергии, длительная окупаемость на малых объектах предпринимательства.

На промышленных предприятиях внедрение АСКУЭ показывает значительный экономический эффект за счёт контроля пиковых нагрузок и энергопотребления. Системы могут внедряться как на отдельных объектах, так и на уровне целых районов (рисунок 3) области страны.

Рис. 3. Стандартный вид организации каналов телекоммуникации для функционирования АСКУЭ

Современные достижения Интернета вещей (IoT), искусственного интеллекта и машинного обучения для прогнозирования нагрузки, и обнаружения наличия аномалий в энергетической отрасли, а также блокчейна для обеспечения достоверности данных учёта энергии, интеграции систем энергоменеджмента позволят еще более улучшить требования стандартов в отраслях электроэнергетики.

Современная цивилизованная торговля энергоресурсами основана на использовании автоматизированного приборного энергоучета, сводящего к минимуму участие человека на этапе измерения, сбора и обработки данных и обеспечивающего достоверный, точный, оперативный и гибкий, адаптируемый к различным тарифным системам учет как со стороны поставщика энергоресурсов, так и со стороны потребителя. Сейчас поставщики и потребители стараются создавать на своих объектах автоматизированные системы контроля и учета энергоресурсов (АСКУЭ). При наличии современной АСКУЭ потребитель полностью контролирует весь свой процесс энергопотребления и имеет возможность по согласованию с поставщиками энергоресурсов гибко переходить к разным тарифным системам, приведя затраты по энергоресурсам на минимум.

Отметим, что развитие тарифных систем в Казахстане, гармонизирующих противоречивые интересы поставщика и потребителя энергоресурсов, соответствует мировой практике. Сейчас применяется от трёх до шести уровней оплаты, потребленной электроэнергию. К примеру, в Гонконге три уровня, в Шанхае — четыре, в Южной Корее — пять, в Казахстане — три.

Новейшие разработки позволяют снимать показания без участия потребителя и контролёра, все эти операции производит компьютер. В настоящее время имеется возможность производить сбор данных одним вводно-распределительным устройством сразу с 1000 счетчиков.

На рисунке 4 приведен способ сбора данных от счетчиков сети 0,4 кВ. Здесь представлены 2 вида организации учета электроэнергии. В первом случае у потребителей установлены счетчики с радиомодемами и передача информации на УСПД проходит путем беспроводного соединения по каналу радиосвязи, далее по каналу радиосвязи данные передаются в базу компании сбыта электрической энергии. Во втором случае у потребителей установлены счетчики с GSM модемом, передача данных на УСПД и сервер компании проходит по кабельной линии. В обоих случаях АСКУЭ обеспечивает точный и достоверный учет отпущенной электроэнергии, контроль баланса полученной и отпущенной электроэнергии.

Рис. 4. Сбор данных от счетчиков по радиоканалу и сети 0,4кВ

В завершение статьи сделаем вывод, что АСКУЭ призвана помочь современному потребителю электроэнергии (и физическому, и юридическому лицу), а именно комплекс может обеспечивать [6]:

— достоверность учёта электроэнергии и мощности;

— контроль качества получаемой и потребляемой электроэнергии

— анализ результатов и выработку решений;

— проведение различных мероприятий по рациональному расходу электроэнергии и выравниванию потребляемых мощностей в определённые периоды времени;

— оптимизацию и управление нагрузкой потребителей;

— снижение платежей за потребляемую электроэнергию [7].

Одним из факторов снижения затрат на оплату электроэнергии, связанных с внедрением АСКУЭ, является повышение класса точности счётчиков электроэнергии (например, 0,2 вместо 2).

Внедрение АСКУЭ в составе электроэнергетики является необходимым условием перехода к оплате по дифференцированным тарифам за электроэнергию и является стратегическим направлением повышения эффективности энергетического потенциала страны.

Таким образом, создание информационной системы АСКУЭ является необходимым инструментом современного учёта электроэнергии и управления энергопотреблением даже в масштабе энергетической отрасли Казахстана. При гармоничном внедрении и эксплуатации в современной цифровое экономическое развитие Казахстана АСКУЭ способна приносить существенный экономический эффект. Однако такие мероприятия требует решения ряда современных технических, экономических и организационных задач.

Литература:

1. Счетчик электрической энергии переменного тока статический «Гран-Электро СС-301». Руководство по эксплуатации СТРЭ 31.00.000 РЭ. Гран-Система-С. — Минск, 2009. — 35 с.
2. Автоматизированная система контроля и учета электроэнергии АСКУЭ «Гран-Электро»: перечень оборудования // Вып. № 1. — Минск, 2010.
3. Зайцев С. А. Метрология, стандартизация и сертификация в энергетике: учебное пособие для студ. сред. проф. образования / С. А. Зайцев, А. Н. Толстов, Д. Д. Грибанов, Р. В. Меркулов. — М: Издательский центр «Академия», 2009. — 224 с.
4. СТБ 2096–2010. Государственный стандарт Республики Беларусь. Автоматизированные системы контроля и учета электрической энергии. Общие требования. — Минск: БелГИСС, Госстандарт, 2010. — 32 с.
5. Филиппенко К. А. Автоматизированная самоорганизующаяся беспроводная система контроля и учета электроэнергии АСКУЭ «Гран-Электро»-RF с передачей данных по радиоканалу на частоте 868 МГц и возможностью доступа к системе через сеть Интернет / К. А. Филиппенко // Энергия и менеджмент. — 2013. — № 1. — С. 28–31.
6. Забелло, Е. П. Информационное обеспечение коммерческого и технического учета электрической энергии при ее генерации, передаче, распределении и потреблении / Е. П. Забелло, А. Н. Евсеев // Промышленная энергетика. — 2007. — № 12. — С. 7–12.
7. Гуртовцев А. Л. Современные принципы приборного учета электроэнергии. / А. Л. Гуртовцев // Промышленные АСУ и контроллеры. — 2008. — № 1. — С. 11–17.