Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
Современные принципы приборного учета электроэнергии (со структурными схемами АСКУЭ и фотогалереей электросчетчиков)
АСКУЭ (Беларусь) и АИИС КУЭ (Россия) - казалось бы, близкие понятия, но за ними стоят принципиально различные подходы к организации современного учета электроэнергии. Первый термин делает упор на контроль и учет электроэнергии, а второй - на ее измерение. В первом случае измерение рассматривается только как часть главной задачи - учета, а во втором случае главным является средство измерения, а учет становится второстепенной функцией: средство измерения используется для учета. Разные акценты, но они порождают существенно различное понимание процессов. Происхождение этих терминов и причины их расхождения исследованы в работах [1,2]. Следствия же этих различий излагаются ниже.
Выбор базовой терминологии
Термин "учет" является базовым понятием. Рассмотрим его содержание, объем и вариации трактовок. Согласно [3], понятие "учет" имеет три значения: 1) установление наличия, количества чего-нибудь путем подсчетов (например, учет товаров), 2) регистрация с занесением в списки лиц, состоящих где-нибудь, 3) принятие во внимание чего-нибудь. В [4] автономное понятие "учет" отсутствует, но приводятся понятия учета векселей (покупка банком векселей), учета населения (сбор сведений об изменениях в численности и структуре населения путем регистрации демографических процессов, ведения соответствующих списков и книг), учетного процента (платы, взимаемой банком в операциях с ценными бумагами), бухгалтерского учета (вид хозяйственного учета, непрерывное взаимосвязанное отражение средств и хозяйственных операций в денежной форме, основанное на документах). Владимир Даль разъясняет понятие бухгалтерии (дословно с нем. - "держание книг") как "счетоводство, отчетность, умение вести счетные книги в порядке", а Сергей Ожегов добавляет, что это - "теория и практика счетоводства и учета; двойная бухгалтерия - метод учета, при котором операции записываются дважды в разных книгах" [3,5]. Наконец в [6] рассмотрено такое понятие как "учет народнохозяйственный - система измерения и отражения процессов планомерного развития народного хозяйства…путем количественного выражения этих процессов и явлений выясняется и качественная их сторона…".
Электроэнергия в условия Беларуси, как показано в [7], может, согласно действующего законодательства (хотя оно и не дает прямого определения правового статуса электроэнергии), косвенно трактоваться, как движимое имущество (вещь, товар, товарная продукция), поставка которого потребителю может осуществляться как в форме продажи товара, так и в виде возмездной услуги. В России с ее рыночными преобразованиями в электроэнергетике такая трактовка электроэнергии вполне приемлема. Поэтому, обобщая вышеприведенные определения, учет электроэнергии можно рассматривать как учет товара в процессах его измерения (счета), сбора, регистрации, хранения, накопления, отражения и документирования (правда, не в счетных книгах, а в современных базах данных, в том числе и в базах с двойным учетом) в целях использования учетных данных в процессах технологического (производство, передача, распределение и сбыт электроэнергии) и коммерческого (расчеты между субъектами хозяйствования по электроэнергии) оборота электроэнергии.
Уже из этого определения учета электроэнергии видно, что сам по себе процесс ее измерения является пусть и важной первичной операцией, но составляет малую долю всего процесса учета. В российской же терминологической действительности измерение "царствует" в учете (например, в виде термина АИИС, исключающего АСКУЭ), хотя на самом деле в реальном учете электроэнергии вытесняется на последнее место. Из рассмотренных определений общего понятия учета следует вариативность его трактовок. Это и хозяйственный учет, и бухгалтерский учет, и учет векселей, и списочный учет, и учет товара посредством счетоводства (подсчетов, расчетов) и т.п. Эта общая, до последнего времени размытая трактовка понятия учета широко эксплуатируется в российской электроэнергетике, где методы нормативных расчетов и подсчетов (нормативного учета) в коммерческом и технологическом обороте электроэнергии доминируют над методами ее прямого измерения. Такое положение существует, с одной стороны, из-за неправильной исходной технической политики в учете электроэнергии, а, с другой стороны, определяется господствующими интересами электроэнергетической отрасли в отношениях с потребителями. В отсутствие эффективного учета электроэнергии (например, при безучетном или нормативном потреблении) проще диктовать свои условия потребителям, "навешивать" на них все свои нерациональные издержки и ошибки, оплачивая их средствами потребителей [8]. В результате выигрывают локальные интересы поставщика (производителя) электроэнергии, проигрывает потребитель, а вместе с ним государство и общество в целом.
Поскольку, как известно, электроэнергия является товаром особого рода (см. соответствующую статью в Разделе 6 настоящего сборника), то при ее учете необходимо фиксировать особые учетные данные, к которым в первую очередь относятся количественные показатели - количество электроэнергии за расчетный и контрольные периоды времени (например, сутки, месяц), а также мощность электроэнергии, усредненная за другие, более короткие расчетные и контрольные интервалы (например, минута, час). В общем случае учет мощности можно не выделять и вести речь только об учете электроэнергии (поскольку мощность представляет собой количество электроэнергии в единицу времени, то меняя эту единицу для различных временных накоплений электроэнергии, можно по их отношению получить любую усредненную мощность). В связи с развитием рыночных отношений в ранг учетных данных начинают попадать показатели сети (напряжение, ток, частота) и стандартизованные параметры качества электроэнергии. Объективная регистрация этих и других учетных данных по электроэнергии в принципе невозможна без приборов учета. Поэтому следующим базовым понятием должно стать понятие приборного учета электроэнергии.
Прибор учета электроэнергии (ПУЭ) - это метрологическое аттестованное техническое средство для измерения и учета электроэнергии и получения промежуточных или результирующих учетных данных с заданной точностью и достоверностью. К ПУЭ могут быть отнесены различные технические средства, но целесообразно их список сделать минимальным (в первую очередь по метрологическим соображениям). Отбор ПУЭ должен проводиться по системным принципам (об этом ниже) и исходить из доступных современных технологий приборного учета. Сейчас, например, только начинают появляться цифровые измерительные трансформаторы тока и напряжения (ИТ). Если бы они были общедоступны, то список ПУЭ можно было бы ограничить только этими приборами. Исходя же из сегодняшних реалий, минимальный вариант списка ПУЭ должен содержать, на мой взгляд, ИТ тока и напряжения и электронные электросчетчики с цифровыми интерфейсами. Этого с метрологических позиций, как показано в [9], достаточно для создания современного полноценного приборного учета электроэнергии. Но, конечно, список средств приборного учета не может ограничиться только ПУЭ. В него, кроме ПУЭ, должны войти и другие средства: коммуникационные, вычислительные, программные и прочие. Важно, что все эти другие средства в принципе должны быть освобождены от ярлыка средств измерений, который ныне на них навешивается: они выполняют операции не измерительного, а иного характера (вычисления, преобразования, передачу, хранение данных и т.п.).
Итак, в основу учета электроэнергии в обществе для всех объектов и субъектов хозяйствования должны быть положены некие единые системные принципы приборного учета электроэнергии (именно учета, а не измерения, и именно приборного учета, а не какого-либо иного!), которые рассматриваются ниже.
Эволюция приборного учета электроэнергии
Более 70 лет приборный учет электроэнергии развивался в СССР, а позже и в СНГ, на основе массового применения однофазных и трехфазных однотарифных индукционных электросчетчиков и методов локального визуального съема их показаний с ручной обработкой результатов учета (см. Фотоприложение 1; за рубежом, прежде всего в Германии, еще с довоенной поры использовались и двухтарифные индукционные электросчетчики с платой за потребленную электроэнергию в зависимости от времени суток: по высокому тарифу в часы пик и по низкому тарифу в часы ночного провала графика энергосистемы). В 70-х годах прошлого столетия, с появлением двухставочных тарифов (платой за потребленную электроэнергию и заявленную мощность для предприятий с присоединенной мощностью выше 750 кВА), введенных с целью регулирования экономическими методами графиков потребителей в часы пика Единой Энергетической Системы СССР, стали создаваться автоматизированные системы контроля и учета электроэнергии - АСКУЭ (в СССР первые системы появились в 1974 г.) [10].
Индукционные электросчетчики не позволяли регистрировать, в силу своей примитивной конструкции и монофункциональности, максимумы мощностей нагрузки потребителей. Поэтому основным идеологическим путем развития АСКУЭ на протяжении последних тридцати лет стал метод оснащения индукционных счетчиков датчиками импульсов с дистанционным съемом и автоматической обработкой импульсных приращений энергии от этих счетчиков-датчиков на вторичных средствах учета - сумматорах или других специализированных вычислительных системах. В этом направлении были разработаны и освоены в серийном производстве десятки типов различных систем, а производство средств АСКУЭ с числоимпульсным сбором данных учета стало самостоятельной отраслью техники.
В начале 70-х годов прошлого столетия в Европе появились первые электронные электросчетчики), которые, в отличие от индукционных, имели “встроенный интеллект” для реализации более сложных функций, чем простой накопительный учет электроэнергии (аналогичные счетчики стали создаваться тогда же и в СССР, например, на Вильнюсском заводе электроизмерительной техники, в Ставропольском НПО "Квант", на Ленинградском ЛЭМЗ и др.). Почти одновременно с этим событием в США появились первые микропроцессоры [11]. Но, потребовалось еще более двадцати лет для того, чтобы микропроцессорная технология, объединившись с методами измерения электроэнергии, привела к созданию многофункциональных микропроцессорных программируемых электронных электросчетчиков массового применения (см. Фотоприложение 2). Такие счетчики появились на просторах СНГ в начале 90-х годов прошлого столетия как продукты западных технологий, но уже с середины 90-х годов началось их производство на российских заводах, таких как ФГУП “Нижегородский завод имени М.В.Фрунзе” (1994г. - первые российские серийные электронные однофазные счетчики) и ставропольский концерн “Энергомера” (1996 г. - первые российские серийные электронные трехфазные счетчики) [12].
Появление на рынке средств приборного учета электроэнергии различных однофазных и трехфазных многотарифных электронных счетчиков поставило перед разработчиками АСКУЭ дилемму: идти ли дальше привычным путем создания систем с дистанционным числоимпульсным сбором данных учета от индукционных счетчиков-датчиков или электронных счетчиков с телеметрическими выходами, либо перейти на новые принципы организации учета электроэнергии, выбрать которые позволяют современные электронные счетчики. Новые важные свойства электронных счетчиков, оказывающие влияние на формирование новых принципов создания АСКУЭ, – это, прежде всего: а) “интеллект”, или многофункциональность, позволяющая объединить в одном счетчике учет как активной, так и реактивной энергии, причем сразу в двух направлениях (прием-отдача), измерение показателей сети и параметров качества электроэнергии, фиксацию различных событий и другие функции; б) “чувство времени”, или встроенные часы и календарь, дающие возможность синхронизировать данные учета конкретного счетчика с данными учета других счетчиков, работающих в АСКУЭ; в) “память”, или цифровое запоминающее устройство, позволяющее длительно хранить информацию в базе данных счетчика за различные интервалы времени и использовать ее в качестве единственного аттестованного источника измерений и учета для поставки информации различным ее потребителям.
Полное использование этих открывшихся возможностей становилось доступным только при отказе от принципа числоимпульсного сбора данных (на основе которого в странах СНГ, и, прежде всего, Беларуси и России, уже были реализованы в энергосистемах и на промышленных предприятиях тысячи АСКУЭ) и переходу к принципу сбора данных по цифровым интерфейсам. Только цифровой интерфейс с соответствующим протоколом обмена позволяет адресоваться к той или иной разнородной информации внутри счетчика, в полной мере использовать все его функциональные возможности и, кроме того, существенно повысить достоверность дистанционного приема данных учета на верхних уровнях АСКУЭ (ведь при любых ошибках в каналах связи появляется возможность неограниченного количества повторных запросов информации из базы данных счетчика). Новые принципы развития АСКУЭ были сформулированы в 2001-2002 гг. [13], а позднее на их базе в Беларуси была разработана и утверждена Министерством энергетики “Концепция приборного учета электроэнергии в Республике Беларусь”, ставшая основой модернизации существующего, но устаревшего приборного учета электроэнергии в энергосистемах и у потребителей [14]. Типичные схемы современных АСКУЭ приведены в Приложении к статье.
Современные принципы приборного учета электроэнергии
Современный учет электроэнергии должен базироваться на системе принципов, которые обязаны определить долгосрочные перспективы его развития и неуклонно проводиться в жизнь как на уровне технических и нормативно-правовых актов, так и на уровне его практической реализации на объектах хозяйствования.
Первый принцип провозглашает доминирование приборного учета над всеми иными видами учета электроэнергии, прежде всего заявительными, расчетными и нормативными. "Непосредственно измерять и учитывать все, что необходимо и экономически целесообразно, и там, где это надо и можно сделать" - вот девиз этого принципа. Известно, что в энергосистемах и у потребителей электроэнергия измеряется далеко не во всех тех точках, в которых это следовало бы делать (например, часто не совпадают друг с другом точки измерения и точки учета). В результате многие важные величины, например, такие, как потери в линиях электропередачи, в силовых трансформаторах и в других элементах электрических сетей не измеряются или не учитываются приборным способом, а рассчитываются по утвержденным методикам, которые содержат много условных допущений. При желании, манипулируя различными расчетными коэффициентами, можно получить любые, якобы обоснованные, величины потерь или полезного отпуска электроэнергии потребителям. И этим энергосистемы пользуются, "загоняя" в полезный отпуск все свои обоснованные и необоснованные энергопотери (причем как по электрической, так и по тепловой энергии). Но стоит перейти к прямым балансным измерениям потерь и отпуска электроэнергии по высокоточным электронным приборам учета, как появляются совсем другие цифры, отличающиеся от расчетных иногда в разы (такой опыт в энергосистемах России, Украины и других странах общеизвестен). Не имея результатов прямого измерения и учета электроэнергии трудно оценить реальное положение дел в электроэнергетике и сделать правильные выводы.
Традиционно в приборном учете электроэнергии главным и единственным средством учета оставался электросчетчик. Второй принцип – это системное и глобальное проведение идеи автоматизированного учета электроэнергии, в рамках которого счетчик теряет свою автономность и становится только элементом соответствующей системы учета - АСКУЭ. Важным, но всего лишь элементом. Помимо счетчиков, как средств первичного учета электроэнергии (к этим средствам относятся также масштабные преобразователи – ИТ тока и напряжения), в АСКУЭ появляются вторичные средства учета – специализированные (типа, например, устройств сбора и передачи данных - УСПД) и универсальные (компьютеры и компьютерные сети с соответствующим программным обеспечением АСКУЭ). Системы учета таким образом приобретают распределенную многоуровневую структуру. Интеграция всех указанных средств в единую систему учета осуществляется с применением цифровых интерфейсов и соответствующих каналов связи. Важно то, что подход к приборному учету электроэнергии с позиций систем учета позволяет по-новому рассмотреть традиционно сложившиеся распределение функций и свойств между средствами учета, например, измерительными трансформаторами, счетчиками, УСПД.
Становится возможным перераспределение функций и свойств ее элементов по уровням системы учета. Например, счетчик в системе учета многоквартирного жилого дома можно освободить от функций индикации данных учета (если убрать с него электромеханическое или электронное табло, превратив его тем самым в "черный ящик") или приема индивидуальных платежей с электронного носителя (магнитной карты или твердотельного ключа для счетчиков с предоплатой), перенеся их на общедомовой или общеподъездный монитор. Такой перенос части функций с приборов индивидуального учета на приборы группового учета может резко удешевить массовое производство индивидуальных приборов учета, снизив в целом издержки общества на организацию приборного учета электроэнергии.
Третий принцип, тесно связанный с предыдущим, предусматривает массовую модернизацию существующего приборного учета электроэнергии путем замены электромеханических средств учета (в первую очередь индукционных счетчиков) электронными. На смену устаревшей жесткой технологии учета электроэнергии посредством монофункциональных индукционных счетчиков должна прийти гибкая информационная технология, основанная на программируемых электронных компонентах, в частности, на микропроцессорах. Базовым элементом новых систем учета должен стать электронный микропроцессорный счетчик со встроенными часами, календарем, энергонезависимой памятью и цифровым интерфейсом для доступа к данным учета, хранящимся длительное время в этой памяти. База данных электронного счетчика должна стать если не единственным, то главным источником измерительных и учетных данных по электроэнергии. Такой подход позволит обеспечить единство измерений, их требуемую точность и достоверность, обеспечит различных потребителей учетной информацией из одного и того же метрологического аттестованного источника.
Информационный подход к новой технологии учета электроэнергии позволит ее максимально адаптировать под быстро меняющиеся условия современного мира, обеспечить преемственность методов и средств учета в будущем на необозримую перспективу. Дальнейшее развитие информационной технологии приборного учета электроэнергии будет уже связано с ее эволюционными изменениями как по отдельным элементам систем учета, так и по их уровням. Эти изменения можно будет проводить уже локально, не меняя принципов построения систем в целом. Одно из возможных направлений будущего развития новой технологии приборного учета реализуется, видимо, путем замены электромагнитных аналоговых ИТ цифровыми со встроенными часами, календарем, энергонезависимой памятью и цифровым интерфейсом доступа к ней. Такой переход сделает ненужным использование в ряде систем электронных счетчиков: их функции "перетекут" на цифровые ИТ.
Следующий, четвертый принцип - это принцип открытого взаимодействия в системах учета первичных и вторичных (специализированных и универсальных) средств учета на основе цифровых интерфейсов и протоколов. В прежних системах учета использовался числоимпульсный метод сбора данных с уровня счетчиков на верхний уровень АСКУЭ - уровень УСПД или компьютера. При этом могли использоваться совершенно различные счетчики (как индукционные, так и электронные), поскольку они имели стандартизованный телеметрический выход, к приему импульсов с которого были рассчитаны как УСПД, так и специализированные платы ввода компьютеров. Электронные же счетчики различных изготовителей имеют, как правило, различные цифровые интерфейсы и протоколы и, следовательно, требуют индивидуальной схемотехнической и программной поддержки, что затрудняет их интеграцию в единую систему учета. Если унифицированное сопряжение по цифровым интерфейсам еще можно обеспечить за счет стандартных преобразователей интерфейсов (типа, например, ИРПС/RS232 или RS232/RS485 и т.п.), то протоколы требуют индивидуальной программной поддержки. Именно поэтому важно иметь для счетчиков, УСПД и компьютеров, применяемых в системах учета, открытые цифровые протоколы с полным и непротиворечивым описанием, позволяющим их программно встраивать в соответствующие системы учета.
При интеграции удаленных компонентов в территориально распределенные системы учета продолжением интерфейсов становятся соответствующие каналы связи. Протоколы интерфейсов средств учета (цифровых ИТ, счетчиков, УСПД, компьютеров) должны позволять использовать для передачи данных в общем случае любые каналы связи, начиная от выделенных и коммутируемых телефонных каналов и оканчивая каналами сотовой мобильной и спутниковой связи. Такие условия использования в системах учета интерфейсов и протоколов предъявляют к последним противоречивые требования по форматам, объемам и скоростям передачи данных, что приводит к необходимости их локальной адаптации и программирования.
Следующий, пятый принцип - это принцип функциональной полноты элементов системы учета (измерительных трансформаторов, электронных счетчиков, УСПД). Так, например, для измерительных трансформаторов, устанавливаемых в электросетях на крупных и ответственных перетоках, могут потребоваться две вторичные измерительные обмотки для раздельного подключения к ним основного и дублирующего счетчиков, а электронный счетчик, предназначенный для установки в той или иной точке учета или измерения электроэнергии, должен соответствовать комплексу учетных требований, предъявляемых к этой точке. Если в ней необходимо учитывать как активную, так и реактивную электроэнергию, причем в обоих направлениях, то в этой точке следует устанавливать не четыре монофункциональных счетчика, но один с четырьмя указанными функциями. Если точка измерения, отличается от точки учета, то в точку измерения следует устанавливать счетчик с функциями измерения (расчета) потерь в участке сети между этими двумя точками. Для совокупности других дополнительных требований необходимо использовать соответствующие полнофункциональные приборы учета, адекватные этой совокупности. Такой подход требует от изготовителей приборов учета оперативного реагирования на требования рынка и потребителей, выдвигаемых к приборам учета. Спокойная жизнь изготовителей приборов учета, при которой их изделия функционально и конструктивно не менялись десятилениями, безвозвратно уходит в прошлое.
Следующий, шестой принцип - это принцип тарифной полноты приборов и систем учета. Рост затрат на производство электроэнергии на тепловых электростанциях, связанный с истощением и удорожанием общемировых запасов углеводородного топлива, с каждым годом обостряет для каждого региона любой страны решение дилеммы: безгранично наращивать генерирующие мощности региональной энергосистемы или управлять нагрузкой потребителей, стимулируя их к разумному ограничению этой нагрузки и режимному взаимодействию с энергосистемой. В ходе такого взаимодействия потребители переносят часть своей нагрузки с одних часов суток (часов максимальной нагрузки энергосистемы, или пиковых часов) на другие часы (часы минимальной нагрузки, или часы ночного провала), что позволяет выровнять обычно неравномерный график энергосистемы и тем самым исключить создание дорогих пиковых генерирующих мощностей. Такое режимное взаимодействие энергосистемы с потребителями возможно на основе либо административных, либо экономических мер. Многоставочные зонные тарифы являются основой регулирования графика нагрузки энергосистемы экономическими методами, а системы учета призваны обеспечить реализацию этих возможностей.
Кроме того, современное развитие рыночных отношений в коммерческом обороте электроэнергии требует установления новых, партнерских отношений между поставщиками и потребителями электроэнергии. Монополизм производителя должен не сегодня-завтра закончиться. Реализация новых рыночных отношений должна производиться в первую очередь через создание развитых тарифных систем, в максимальной степени учитывающих специфику той или иной группы потребителей электроэнергии. В развитых странах мира потребителям предлагается в настоящее время меню более чем из десятка различных тарифных систем. Поскольку срок службы электронных приборов учета составляет от 20 до 30 лет, то уже сегодня устанавливаемые приборы и системы учета должны иметь возможность реализации не одной, а различных тарифных систем (например, в Беларуси принято решение о том, что любой вновь устанавливаемый прибор учета должен позволять реализовать не менее четырех тарифов).
Следующий, седьмой принцип - это принцип синхронизации измерений электроэнергии в реальном масштабе поясного или директивного времени. Все измерения электроэнергии в рамках одной или различных систем учета по их сечениям учета должны выполняться с минимальным допустимым отклонением от точного времени. Величина этого отклонения устанавливается обычно с учетом хода встроенных часов приборов учета в рабочих условиях и допустимой погрешности измерения мощности электроэнергии. Если в качестве минимального интервала усреднения мощности выбирается, например, 3-минутный интервал (180 с), то отклонение в 1 с может вызвать относительную погрешность измерения 3-минутной мощности более 0,5%. Если коммерческой величиной является получасовая мощность и точность ее измерения не должна превысить 0,2%, то очевидно, что уход времени в системе учета относительно точного времени не должен превысить 3,6 с. Для примера, точность хода лучших электронных счетчиков составляет 0,5-1,0 с/сут в нормальных условиях (при +220С) и 4-5 с/сут в условиях эксплуатации. Поэтому в системах учета необходимо обеспечить синхронизацию часов различных средств учета от единого легитимного источника точного времени [15] .
Восьмой принцип - это принцип защиты информации в приборах и системах учета по всем их элементам и уровням, включая каналы связи. Для обеспечения требуемой достоверности учета электроэнергии в системах учета должна быть обеспечена защита информации как от различных помех и других технических факторов (например, при отключении питания, пропадании канала связи и т.п.), так и от несанкционированного доступа. Эта защита организуется как на уровне конструктивных (энергонезависимая память, защитные крышки и экраны, механические пломбы и т.п.), так и программно-технических решений (дублирование баз данных счетчиков на верхних уровнях системы учета, использование методов помехоустойчивого кодирования, шифрования, системы паролей и т.п.). Для выявления действия различных влияющих факторов системы учета должны снабжаться соответствующими механическими и электронными датчиками (выключателями, датчиками температуры, магнитного поля и т.д.). Все нарушения в работе системы учета, влияющие на достоверность результатов учета, должны фиксироваться в журнале событий элементов системы учета (счетчиков, УСПД, компьютеров) и быть доступны для анализа на любом ее уровне.
Девятый принцип - это принцип разумной метрологической достаточности приборов и систем учета. Сегодня в России каждая уникальная система учета (АИИС КУЭ) должна регистрироваться в качестве единичного типа средства измерения. При этом аттестация и периодические поверки таких систем требуют значительных затрат времени и средств, не гарантируя, тем не менее, единство измерений из-за использования устаревших технологий автоматизированного учета электроэнергии (в частности, применения электромеханических счетчиков и систем с числоимпульсным сбором данных), постоянного развития и аппаратно-программной модернизации существующих систем учета. В [9] показано, что в цифровых АСКУЭ (системах на электронных компонентах со связью между ними по цифровым интерфейсам) результат измерения локализуется на цифровом выходе электронного электросчетчика и далее в системе учета на ее более высоких уровнях происходят уже не процессы измерения, а иные процессы (вычисление, хранение, передача, преобразование), не требующие метрологической аттестации. Точность производства всех дополнительных операций в цифровых АСКУЭ на несколько порядков превышает точность измерения электроэнергии. При обеспечении оптимального выбора разрядной сетки, в которой должны храниться цифровые учетные данные на верхних уровнях АСКУЭ (в УСПД и компьютерах), и методов симметричного округления результатов преобразований, сохранность точности результатов всегда будет гарантирована.
Десятый принцип - это принцип самотестирования элементов и системы учета в целом. Система учета должна не только обеспечивать получение необходимых учетных данных по электроэнергии, но и выявлять все сбои и отклонения в своей собственной работе. При этом оператор системы учета получает возможность срочного реагирования на нарушения в системе и восстановления в сжатые сроки ее работоспособности. Для реализации этого принципа все элементы системы учета должны иметь режимы самотестирования, выполняемые периодически и автоматически с фиксацией отклонений в журнале событий. Общий анализ работоспособности систем учета должен выполнять с помощью специальных программ на их верхних уровнях (УСПД и компьютерах) с привлечением для этих целей различных данных, в том числе и учетных балансных данных. В целях оперативного отслеживания состояния системы учета сбор данных с ее нижних на верхние уровни должен осуществляться не реже одного раза в сутки, хотя с точки зрения только коммерческих отношений такая оперативность может и не требоваться (расчетный период, как правило, составляет для многих групп потребителей один месяц).
Суммируя вышесказанное, кратко перечислим основные современные принципы приборного учета электроэнергии: 1) прямое измерение, 2) система учета, 3) электронные и информационные технологии, 4) открытые цифровые интерфейсы и протоколы, 5) функциональная полнота, 6) тарифная полнота, 7) синхронность измерений, 8) защита информации, 9) метрологическая достаточность, 10) самотестируемость.
В заключение этого раздела необходимо отметить, что АСКУЭ не может и не должна решать задачи автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) и телемеханических систем диспетчерского управления (ТСДУ). АСКУЭ и указанные системы, хотя и являются в целом родственными системами реального (псевдореального) времени, но существенно различаются помимо своих целей и задач дискретностью этого времени и интервалами контроля: 3-60 мин для АСКУЭ и 3-10 с для технологических систем. Вместе с тем АСКУЭ могут давать дополнительную учетную информацию и в системы АСУТП и ТСДУ. Эти возможности определяются прежде всего пропускной способностью каналов связи от счетчиков или УСПД к последним системам.
Возвращаясь к различиям между АИИС КУЭ и АСКУЭ еще раз отметим их противоположные подходы к измерению и учету: первые проводят линию измерения по всем элементам системы учета, вызывая неоправданную метрологическую экспансию в сферы, которые не имеют фактически отношения к метрологии (это резко удорожает создание и эксплуатацию систем учета, создавая только видимость "единства измерений"), а вторые ограничивают измерение принципом разумной метрологической достаточности на уровне цифрового выхода счетчика, рассматривая дальнейший учет в его первоначальном значении как вычисление, счет. Такой подход освобождает приборный учет электроэнергии от мелочной и дорогой опеки метрологии, позволяя ему совершенствоваться с минимальными затратами.
Опыт Беларуси
Системный подход к созданию современного приборного учета сложился в Беларуси в начале 2001-2002 гг. в преддверии намечавшейся по образу соседних стран реструктуризации Белорусской энергосистемы. Однако впоследствии процессы рыночного преобразования электроэнергетики в республике были заторможены, что, тем не менее, не повлияло на развитие новых идей в области учета. Для проведения нового похода в жизнь была вначале разработана "Концепция приборного учета электроэнергии в Республике Беларусь" (утверждена Министерством энергетики республики осенью 2005 г.), затем издано постановление Совета министров о создании в республике АСКУЭ (как совокупности систем), разработана и утверждена Программа мер по реализации данного постановления, что дало официальный старт процессам массовой модернизации средств приборного учета электроэнергии в республике (спонтанно, без какого-либо единого отраслевого руководства эти процессы развивались в стране с 1996 г.).
Системный подход требовал единого управления процессом создания нового приборного учета электроэнергии в стране и жесткого отбора средств для его реализации. Государственный реестр средств измерений был перенасыщен как устаревшими, так и новыми приборами учета электроэнергии, которые не могли удовлетворить современные требования энергетиков к учету. Первым делом в 2004 г. были сформированы и утверждены отраслевые требования к АСКУЭ разных видов (национальной, региональной, промышленных предприятий, быта) и к их элементам (измерительным трансформаторам, электронным счетчикам, УСПД, программному обеспечению верхнего уровня АСКУЭ). Эти требования легли в основу отраслевых испытаний средств приборного учета электроэнергии и формирования "Отраслевого рекомендуемого перечня средств приборного учета электроэнергии для целей применения в АСКУЭ". Непросто было достичь при формировании этого перечня взаимопонимания с Госстандартом, так как новый документ шел как бы вразрез с Госреестром. Тем не менее процесс пошел.
За истекшие 3 года были проведены отраслевые испытания более ста типов измерительных трансформаторов тока, однофазных и трехфазных электронных счетчиков, сформированы три редакции указанного перечня, которые поставили заслон "плохой" технике и заставили как отечественных, так и зарубежных изготовителей внести в свои изделия существенные изменения. Некоторые результаты испытаний отражены в работах [16-18]. Было разработано и утверждено техническое задание на разработку национальной АСКУЭ межгосударственных, межсистемных перетоков и генерации (АСКУЭ ММПГ), по которому в настоящее время выполняется ее архитектурный проект. Заканчивается разработка "Правил приборного учета электроэнергии в Республике Беларусь", которая обобщила и развила опыт создания цифровых АСКУЭ всех видов. Реализуются многочисленные проекты создания АСКУЭ на промышленных предприятиях и в многоквартирных жилых домах.
Новый приборный учет электроэнергии соответствует всем вышерассмотренным современным принципам и будет пригоден как в условиях нынешней вертикально интегрированной структуры объединенной энергосистемы Беларуси, так и в условиях ее грядущей реструктуризации. Появятся новые субъекты хозяйствования (генерирующие, сетевые и сбытовые компании), новые сечения учета, но основные принципы и средства нового приборного учета сохранятся еще на десятилетия без существенных изменений.
Литература
1. Гуртовцев А.Л. О происхождении и значениях термина "АСКУЭ". - Промышленные АСУ и контроллеры, №7, 2003.
2. Гуртовцев А.Л. Размышления участника. Новая конференция по АСКУЭ - проблемы старые. - Измерение RU, №12, 2006.
3.Ожегов С.И. Словарь русского языка. - М., Русский язык, 1988.
4.Большой российский энциклопедический словарь. - М.. Большая российская энциклопедия, 2003.
5. Владимир Даль. Толковый словарь живого великорусского языка. Т.1. - М., Русский язык, 1981.
6. Малая советская энциклопедия.Т.9. - М., Советская энциклопедия, 1960.
7.Гуртовцев А.Л., Толок И.Е. О правовом статусе электроэнергии в Республике Беларусь. - Электрика, №12, 2006.
8. Забелло Е.П., Евсеев А.Н. Анализ рыночных преобразований в электроэнергетике - - Промышленная энергетика, №11, 2006.
9. Гуртовцев А.Л. О метрологии цифровых АСКУЭ и границах метрологической экспансии. - Энергорынок, №6, №7, 2006.
10. Гуртовцев А.Л. Комплексная автоматизация энергоучета на промышленных предприятиях и хозяйственных объектах. - СТА, №3,1999.
11. Баумс А.К., Гуртовцев А.Л., Зазнова Н.Е. Микропроцессорные средства. - Рига, Зинатне, 1977.
12. Гуртовцев А.Л. Производители электронных электросчетчиков. - Электрика, №8, 2005.
13. Гуртовцев А.Л. Современные принципы автоматизации энергоучета в энергосистемах. - Новости электротехники, №1, №2, 2003 (впервые статья опубликована в 2001-2002 гг. в белорусском журнале "Автоматизация от А до Я").
14. Гуртовцев А.Л., Забелло Е.П. Приборный учет электрической энергии. Система новых взглядов. - Энергетика и ТЭК, №3, №4, 2003.
15. Гуртовцев А.Л. Синхронизация в АСКУЭ. - Энергетика и ТЭК, №9, 2006.
16. Гуртовцев А.Л., Бордаев В.В., Чижонок В.И. Испытания, выбор и применение низковольтных однофазных измерительных трансформаторов тока. - Электрические станции, №7, 2004.
17. Гуртовцев А.Л., Бордаев В.В., Чижонок В.И. Электронные счетчики. Доверять или проверять. - Новости электротехники, №2, №3, 2005.
18. Гуртовцев А.Л. Электронные электросчетчики. Исследование и оценка. -Новости электротехники, №1, 2007.
Справка
Статья опубликована в журналах:
Энергетика и ТЭК, №11, 2007 (Беларусь)
Промышленные АСУ и контроллеры, №1, 2008 (Россия)
Приложение.
Типовые структурные схемы АСКУЭ
Фотоприложение 1 (фото автора)
Индукционные электросчетчики 1918-1954 гг. зарубежных (Германия, Польша, Венгрия, Китай) и советских (Вильнюс, Львов) изготовителей
Фотоприложение 2 (фото автора)
Гибридные (с электронной схемой измерения и с электромеханическим табло) и полные электронные (с электронной схемой измерения и с электронным табло) электросчетчики зарубежных и отечественных изготовителей
Гибридные электросчетчики
Полные электронные электросчетчики
