Системы интеллектуального учета электроэнергии (далее ИСУ) во всем мире набирают большую популярность. По данным компании Global Industry Analytics Inc. мировой рынок интеллектуальных счетчиков с текущих 11,4 мрд. долларов к 2026 году вырастет до 15,2 млрд. Такой рост не удивителен, системы интеллектуального учета электроэнергии обладают рядом значительных преимуществ.

Самые очевидные – снижение затрат на сбор показаний приборов учета и повышение точности расчетов за электроэнергию. Но если ограничиваться только этим, то существенные затраты на внедрение систем интеллектуального учета будут окупаться очень долго.

Немалые преимущества кроются в возможности ведения почасового или получасового учета электроэнергии. В первую очередь, это сулит выгоды потребителям, у которых появляется возможность выбрать более выгодный тариф на электроэнергию, особенно с учетом значительных скидок при потреблении вне пиковых часов. Так же есть плюсы и для других участников рынка электроэнергии: генерирующие компании могут выравнивать нагрузки за счет управления спросом, а предприятия электрических сетей получат возможность почасового анализа потерь электроэнергии, что позволит вовремя узнавать о их росте на любом из участков электрической сети. 

Пример посуточного баланса, на котором видно повышение потерь с 17-го числа. Подробнее тему формирования балансов мы разбирали в этой статье >> 

Еще одна выгода заключается в том, что умные счетчики фиксируют не только объемы потребления. Они могут передавать информацию о параметрах потребления – напряжении, силе тока, мощностях и т.п. Своевременное получение такой информации позволяет выявить неблагоприятные режимы работы оборудования и предотвратить аварии.

Наиболее продвинутые модели счетчиков способны осуществлять контроль качества электрической энергии. Такие счетчики дают возможность потребителям доказать случаи некачественного электроснабжения и даже вину энергоснабжающей организации в поломке оборудования.

Бесспорно, плюсов от внедрения систем интеллектуального учета достаточно много. Давайте теперь разберем вопросы выбора оборудования и рассмотрим, на каких каналах связи может быть построена ИСУ.

Выбор электросчетчика

Интеллектуальный счетчик должен иметь встроенный модем для удаленного считывания показаний или цифровой интерфейс для подключения внешнего модема. В настоящее время у электросчетчиков встречаются интерфейсы двух типов RS-232 или RS-485. При необходимости подключения к одному модему нескольких электросчетчиков следует выбирать с RS-485. В этом случае к одному модему может быть подключено минимум до 31 счетчика. А в зависимости от реализации интерфейса RS-485 количество подключенных к модему электросчетчиков может быть расширено до 127 устройств или до 255 (точная информация приведена в паспорте счетчика).

При выборе счетчика необходимо учитывать условия его эксплуатации. Счетчики в стандартном корпусе устанавливаются либо в помещениях, либо в шкафах уличного исполнения. А в энергоснабжающих компаниях получили популярность счетчики в корпусе «Split».

Такие счетчики могут устанавливаться прямо на опорах в разрыв проводов без дополнительной защиты от осадков, так как их корпус герметичен. Для контроля показаний потребителями счетчик оснащается выносным экраном, на который данные со счетчика передаются по радиоканалу.

Также необходимо обращать внимание на функциональность счетчиков. У различных моделей счетчиков могут быть доступны или нет следующие функции:

• Сбор показаний, как текущих (в момент опроса), так и архивных (по состоянию на начало часа/суток/месяца)
• Профили с фиксацией мощности усредненной за 30 мин. или 1 час. Обычно программой конфигурирования может изменяться период усреднения, при этом можно настроить получение данных о поминутной мощности. Однако в памяти счетчика хранится определенное число срезов. Поэтому, чем меньше период усреднения, тем чаще потребуется опрашивать счетчик, чтобы старые данные не успевали перезатираться более свежими значениями. Также необходимо учитывать, что есть модели счетчиков, которые могут хранить в своей памяти несколько профилей. При этом во втором профиле могут храниться данные по мощности с иным периодом интегрирования, или же усредненные данные по другим параметрам потребления (например, по напряжению)
• Параметры потребления (фазные токи, напряжения, активная, реактивная и полная мощности, коэффициенты мощности, частота и прочие)
• Журналы с показателями качества электрической энергии. Обычно у счетчиков фиксируются дата и время возникновения отклонений от нормативов по уровню напряжения и частоте. Некоторые модели счетчиков могут записывать гораздо больший набор параметров.
• Журналы по отключению электросчетчика от сети полностью или по любой из фаз. Этот функционал позволяет доказывать нарушение условий договоров с энергокомпаниями в части продолжительности перерывов электроснабжения.
• Журналы нарушения электронных или антимагнитных пломб. Счетчики с таким функционалом позволяют отправлять тревожные оповещения персоналу поставщиков электроэнергии о случаях вмешательства в работу приборов учета (вскрытие корпуса или клеммной крышки, воздействие сильным магнитным полем)
• Встроенное реле. Обеспечивает удаленное отключение и включение нагрузки, подключенной к счетчику. Некоторые модели счетчиков позволяют задавать максимальное значение мощности, при превышении которого реле электросчетчика отключается на некоторое время и включается вновь в работу при условии снижения нагрузки потребителем.
• Синхронизация времени. Вопросы поддержания точного времени становятся очень важными, при применении зонных тарифов или почасовых тарифов, а также для формирования точного пофидерного баланса, когда нужно быть уверенным в единовременной фиксации показаний по группе счетчиков.

Технологии связи и выбор модема

Приборы интеллектуального учета электроэнергии должны обеспечивать возможность удаленного считывания данных. Для этого применяются различного вида модемное оборудование. Модемы могут быть встроены в корпус счетчика или же подключаться к цифровому интерфейсу счетчика как отдельное устройство.

В настоящее время для удаленного считывания данных со счетчиков используются следующие технологии связи:

• GSM/GPRS, NB-IoT – передача данных по сетям сотовой связи;
• RF, ZigBee – беспроводная передача данных по радиоканалу;
• PLC – передача данных по силовым проводникам кабельных и воздушных линий;
• Wi-Fi, Ethernet – передача данных с подключением к сети Интернет;
• LPWAN, LoRaWAN - технологии интернета вещей с беспроводной передачей данных по радиоканалу.

У каждой технологии свои особенности, достоинства и недостатки, поэтому в последнее время стали появляться технологии сбора данных со счетчиков по двум каналам связи (например, PLC и радио).

При выборе технологии связи и модема необходимо учитывать множество параметров:

• количество счетчиков в системе;
• набор собираемых параметров;
• защищенность от посторонних вмешательств;
• расстояние между центром сбора данных и счетчиками;
• вероятность возникновения помех прохождению сигнала;
• стоимость модемного передающего и принимающего оборудования.

На количество счетчиков и набор собираемых параметров нужно обращать внимание, чтобы правильно подобрать оборудование по скорости обмена данными. Например, при использовании протокола LoRaWAN вы сможете успешно получать показания по нескольким тысячам приборов учета, но если потребуется собирать дополнительные параметры (например, профили мощности), то количество счетчиков придется снизить до нескольких сотен, иначе базовая станция не справится с получением всего объема данных по всем счетчикам.

Системы со встроенными в корпус счетчика модемами являются более защищенными от посторонних вмешательств. Именно такие системы рекомендуется устанавливать у населения в неблагополучных районах, отдавая предпочтение split-счетчикам.

При организации интеллектуального учета в городах и поселках целесообразно выбирать системы с устройствами сбора и передачи данных. Такие устройства обеспечивают получение данных со счетчиков по радиоканалу или PLC. Ориентируясь на сведения, предоставленные производителем оборудования, могут быть выбраны базовые станции LPWAN с охватом до 10 км., или LoRaWAN, собирающие данные в радиусе до 5км. Также могут быть выбраны технологии с ретрансляцией сигнала от счетчика к счетчику, например ZigBee или PLC, за счет чего может быть значительно увеличено расстояние между приемным оборудованием и самыми дальними счетчиками.

При выборе технологии также необходимо учитывать состояние сети и вероятность возникновения помех прохождению сигнала. Например, в условиях города радиочастоты 433 Мгц могут быть сильно загружены, что будет препятствовать прохождению сигнала. На изношенных электрических сетях могут плохо себя показывать PLC-технологии из-за сильного затухания сигнала в местах скруток и в перегруженных сетях. Также помехи могут генерироваться и у потребителей. Генерация помех радиосигналу встречается не так часто, а источники помех прохождения сигнала по силовой сети не являются редкостью. При установке радиопринимающих базовых станций также необходимо учитывать рельеф местности и многоэтажные строения, которые могут стать экраном для прохождения сигнала. В этом случае параметры по дальнодействию оборудования связи могут значительно сократиться.

При оценке стоимости модемов и устройств сбора и передачи данных необходимо учитывать не только прямые затраты, но и сопутствующие. Например, для полного покрытия населенного пункта может потребоваться строительство башни для размещения антенны на значительной высоте, либо установка нескольких базовых станций с учетом рельефа местности и застройки.

Рекомендации по выбору технологий связи

Программное обеспечение, выпущенное нашей компанией, работает с различными системами учета электроэнергии и поддерживает множество счетчиков разных производителей.  Поэтому мы имеем большой опыт в вопросах выбора оптимальной технологии связи и готовы поделиться своими соображениями.

При необходимости организации удаленного сбора данных по счетчикам, которые используются в коммерческом учете электроэнергии с применением почасовых тарифов на электроэнергию, следует выбирать надежные и скоростные каналы связи. Здесь себя хорошо показывают GSM-технологии (GPRS или 3G).

Также выбор в пользу GSM будет целесообразным при организации удаленного сбора на трансформаторных подстанциях, когда к одному модему необходимо подключить все расположенные здесь счетчики.

В скором времени технологии интернета вещей от сотовых операторов (NB-IoT) смогут заменить GSM, так как обладают рядом преимуществ (например, бóльшая безопасность при использовании сим-карт), но пока стоимость услуг данного вида связи превышает стоимость передачи данных по GPRS.

Технологии интернета вещей (LPWAN и LoRaWAN) хорошо себя показывают в поселках малоэтажной застройки. Но при выборе базовой станции и места ее размещения следует тщательно учитывать рельеф местности и целесообразно проведение «радио-разведки» с проведением измерений уровня радиосигнала в различных частях поселка.

При сборе показаний по многоквартирным жилым домам можно ориентироваться на применение ZigBee или технологий передачи данных, совмещающих PLC и радио. Также хорошо себя покажут технологии интернета вещей, но придется учитывать более частое размещение базовых станций с учетом того, что сигнал плохо проходит через бетонные стены высотных зданий.

Выбор программного обеспечения.

Компании, осуществляющие распределение электрической энергии, могут иметь счетчики, установленные у разных групп потребителей (пром.предприятия и население) и в сильно различающихся условиях (город и селькая местность). С учетом этого, специалисты компании не могут остановить свой выбор на какой-то одной технологии сбора данных и вынуждены применять различные системы для тех или иных условий.

Зачастую мы встречаемся с тем, что на предприятии используются десятки систем от различных производителей, и для сбора данных со счетчиков разворачивают программное обеспечение по каждому производителю в отдельности.

В таких условиях, нужно говорить не только о сложности и неудобстве сопровождения различных систем, а в первую очередь об ограничениях по ведению единой базы данных:

• нет возможности простой организации единого личного кабинета потребителей,
• возникают сложности формирования единого баланса электроэнергии для поиска потерь электрической энергии по участкам электрической сети.

Компаниям приходится выполнять интеграцию программ сбора данных с расчетной системой, чтобы свести все показания в единую базу данных, что влечет за собой увеличение затрат на приобретение и сопровождение ПО. В таких условиях лучше ориентироваться на программные решения, которые поддерживают множество технологий сбора данных, и осуществлять сбор данных по всем счетчикам из такой системы. А программное обеспечение от производителей использовать только для конфигурирования приборов учета и средств связи.