Способ управления процессом отпуска электрической энергии на территориях с высокой концентрацией потребителей

Использование: в системах учета отпуска электрической энергии на территориях с высокой концентрацией потребителей. Технический результат заключается в снижении стоимости создания и эксплуатации системы учета. Способ отпуска электроэнергии заключается в том, что потребителей подключают к питающей электрической сети через устройства коммутации нагрузки, которыми управляют счетчики электроэнергии. Счетчики электроэнергии объединяют в группы (в пределах многоквартирного дома) и подключают к устройству управления группой, которое в свою очередь принимает по радиоканалу команды из центра управления. В команде указывается общее количество электрической энергии, которое оплатил абонент. Далее устройство управления транслирует команду по проводному каналу связи соответствующему счетчику. Счетчик вычисляет разность между оплаченным и потребленным количеством электроэнергии. По этой разнице определяется уровень допустимой потребляемой мощности и, если он превышен в текущий момент, нагрузка отключается от питающей электрической сети. 3 ил.

 

Изобретение относится к средствам распределения, контроля и учета расхода электроэнергии и управления средствами коммутации питающих сетей.

Изобретение может быть использовано региональными электроснабжающими организациями в системах учета отпуска электрической энергии на территориях с высокой концентрацией потребителей (например, жителям многоквартирных домов), с целью получения от них своевременных и полных платежей. Способ также позволяет выявлять и ликвидировать последствия несанкционированного вмешательства в процесс управления отпуском электрической энергии потребителям.

Известен способ централизованного дистанционного управления процессом отпуска электрической энергии, заключающийся в том, что потребителей электроэнергии подключают к подводящей электросети через абонентские контролирующие устройства, каждое из которых имеет свой идентификационный номер, измеряет количество потребленной электроэнергии, вычитает его от разрешенного к потреблению количества, отключает потребителя от подводящей электросети при уменьшении остатка разрешенного к потреблению количества электроэнергии до заранее заданного предела, выполняет команды управления, полученные из центра управления, отличающийся тем, что абонентскими контролирующими устройствами управляют из центра передаваемыми по радиоканалу командами, содержащими идентификационный номер устройства, код команды и данные о количестве разрешенной к потреблению электроэнергии, список команд как минимум состоит из команд подключения/отключения подводящей электросети и увеличения разрешенного к потреблению количества электроэнергии, потребители электроэнергии предварительно заказывают необходимое количество электроэнергии у поставщика (RU, C1, 2225011, МПК 7 G 01 R 21/00, 2004).

Известно также устройство, реализующее этот способ. Устройство для централизованного оперативного управления процессом отпуска и потребления электрической энергии в сетях переменного тока, содержащее измерительные преобразователи напряжения и тока, соединенные с аналогово-цифровыми преобразователями, выходы которых подключены к микроконтроллеру, энергонезависимую память, блок индикации, отключающее устройство, подключенные к микроконтроллеру, отличающееся тем, что команды управления, содержащие адрес абонентского устройства, код команды и данные о количестве отпускаемой электроэнергии, переданные по широковещательному радиоканалу, поступают в приемник команд управления, соединенный с микроконтроллером, который распознает команды, переданные в его адрес, уменьшает лимит отпускаемой электроэнергии на величину потребленной электроэнергии, рассчитанную за интервал времени между измерениями мгновенных значений напряжения и тока нагрузки, отключает цепь нагрузки при уменьшении остатка лимита отпускаемой электроэнергии до нуля, выполняет принятые команды увеличения лимита отпускаемой электроэнергии, включения и отключения цепи нагрузки (RU, C1,2193812. МПК 7 G 01 R 21/00, 2002).

Существенными признаками, совпадающими с заявляемым изобретением, являются следующие:

- контролирующими устройствами управляют из центра передаваемыми по радиоканалу командами, содержащими идентификационный номер устройства, код команды и данные (RU, C1, 2225011, МПК 7 G 01 R 21/00, 2004);

- команды управления, содержащие адрес абонентского устройства, код команды и данные, переданные по широковещательному радиоканалу, поступают в приемник команд управления, соединенный с микроконтроллером, который распознает команды, переданные в его адрес (RU, C1, 2193812, МПК 7 G 01 R 21/00, 2002).

К недостаткам данного способа отпуска электроэнергии можно отнести то, что стоимость абонентского контролирующего устройства довольно высока, так как оно содержит цифровой приемник радиокоманд. Так как каждого потребителя подключают к системе электроснабжения через это устройство, стоимость всей системы растет пропорционально количеству абонентов. Этот способ эффективен для организации системы энергоснабжения в районах с малой концентрацией абонентов на обслуживаемой территории (сельская местность, частный сектор небольших городов), так как не имеет альтернативы по количеству и качеству реализованных функций управления. В системах энергоснабжения с большой концентрацией абонентов на обслуживаемой территории (жилые районы городов и мегаполисов) этот способ также применим, но удельная стоимость затрат на создание системы учета энергоснабжения в расчете на одного абонента довольно высока.

Другим недостатком является наличие зон неуверенного радиоприема на нижних этажах зданий в районах с высотной городской застройкой (радиозатенение), это может потребовать установку дополнительных ретрансляторов радиосигнала, передаваемого центральным передатчиком системы, что также скажется на общей стоимости системы.

Основной задачей, на решение которой направлено изобретение, является снижение затрат, направленных на создание и эксплуатацию системы учета электроснабжения городских и районных электрических сетей с большой плотностью абонентов на обслуживаемой территории, которая в то же время будет стимулировать своевременную и полную оплату потребленной электроэнергии и не будет конфликтовать с действующим законодательством.

Постановка задачи заключается в следующем:

- имеется множество потребителей электрической энергии небольшой мощности (так называемые бытовые потребители), получающих электроэнергию от энергоснабжающего предприятия по подводящим цепям переменного тока напряжением 0,4 кВ;

- электрическая энергия может отпускаться этим потребителям как в кредит, так и по предоплате;

- требуется таким образом организовать отпуск электрической энергии потребителям, чтобы они были вынуждены оплачивать за потребленную электрическую энергию в соответствии с установленными тарифами полностью и своевременно;

- необходимо свести к минимуму возможность несанкционированного вмешательства в процесс электроснабжения с целью хищения электроэнергии или неполной ее оплаты и (или) выявлять такие попытки;

- необходимо также реализовать функции централизованного оперативного диспетчерского управления процессом электроснабжения с целью управления уровнем общей потребляемой мощности в распределительной электросети, в зависимости от уровня генерируемой мощности энергосистемы, с возможностью избирательно влиять на уровень потребления абонентов системы, по возможности не прерывая при этом их электроснабжение полностью.

Способ, описанный в RU, C1, 2225011, МПК7 G 01 R 21/00, 2004, решает данную задачу, но требует больших затрат.

Технический результат, ожидаемый от предлагаемого способа отпуска электроэнергии, заключается в снижении затрат, направленных на создание и эксплуатацию системы отпуска электрической энергии на территориях с большой плотностью абонентов (многоквартирные жилые дома городской застройки).

В предлагаемом способе для передачи команд управления так же как и в RU, C1, 2225011, МПК7 G 01 R 21/00, 2004 используется однонаправленный радиоканал с передачей управляющей информации от центра к абонентам, но в отличие от известного способа прием и обработку радиокоманд осуществляет устройство управления группой счетчиков многоквартирного дома. Электрические счетчики многоквартирного дома объединяют в группы и присоединяют проводными каналами связи к устройству управления группой счетчиков, которое располагается в этом же здании. Устройство управления группой счетчиков осуществляет прием и обработку радиокоманд, аналогично как и в абонентском контролирующем устройстве (RU, C1, 2193812, МПК7 G 01 R 21/00, 2002). Сам же счетчик электроэнергии не имеет в своем составе цифровой радиоприемник и за счет этого значительно дешевле описанного в RU, C1, 2193812, МПК7 G 01 R 21/00, 2002).

Предлагаемый способ отпуска электроэнергии реализуем в системе, состоящей из центрального пункта управления с радиопередающим устройством, устройств управления группой счетчиков многоквартирного дома, имеющих в своем составе приемник радиокоманд, переданных из центра управления, счетчиков электрической энергии, управляющих коммутатором нагрузки, соединенных проводным каналом связи с устройством управления группой счетчиков, заключается в следующем:

Каждый индивидуальный потребитель подключается к электрической сети через счетчик электрической энергии, управляющий устройством коммутации нагрузки. Устройство коммутации нагрузки может подключать нагрузку абонента к питающим цепям переменного тока напряжением 0,4 кВ или отключать ее в зависимости от сигнала управления, полученного от счетчика электрической энергии.

Счетчик измеряет мощность и количество электрической энергии, потребляемые нагрузкой, одним из известных методов, и с нарастающим итогом хранит общее количество потребленной электрической энергии в своей внутренней памяти (в регистре-накопителе потребленных кВт-часов).

В памяти счетчика существует также регистр-накопитель оплаченных кВт-часов. Сведения об оплаченных кВт-часах передаются в счетчик по проводному каналу связи от устройства управления группой счетчиков многоквартирного дома, для многотарифных счетчиков пара регистров-накопителей потребленных и оплаченных кВт-часов, существует отдельно для каждой тарифной шкалы (тарифной зоны).

Счетчик вычисляет разницу между количеством оплаченных кВт-часов и потребленных кВт-часов, эту разницу в дальнейшем назовем балансом (для многотарифных счетчиков вычисляется баланс по каждой тарифной шкале). Отрицательный баланс показывает величину еще неоплаченных кВт-часов (задолженность абонента), положительный - переплату, в кВт-часах.

В памяти счетчика имеется таблица выбора уровня допустимой потребляемой мощности, по которой в зависимости от величины долга абонента (отрицательный баланс), выбирается допустимый уровень потребляемой мощности. Причем чем больше величина долга, тем меньше уровень допустимой потребляемой мощности (конкретные значения определяются и записываются в эту таблицу энергоснабжающей организацией при заключении договора на электроснабжение).

Счетчик сравнивает измеренную величину мощности, потребляемой в данный момент нагрузкой, с выбранным из таблицы уровнем допустимой потребляемой мощности. Если уровень допустимой потребляемой мощности превышен, счетчик выдает устройству коммутации нагрузки сигнал отключения. Устройство коммутации нагрузки отключает входную цепь абонента от питающей сети 0,4 кВ. Возобновить подачу электроэнергии абонент сможет, только снизив потребляемую мощность, путем отключения "лишних" электроприборов. Таким образом, с возрастанием долга абонент все более ограничивает себя в допустимой мощности электропотребления.

Каждый счетчик электрической энергии имеет свой идентификационный номер, уникальный среди счетчиков своей группы, и соединяется по проводному каналу связи с устройством управления группой счетчиков многоквартирного дома.

Устройство управления группой счетчиков многоквартирного дома имеет свой идентификационный номер, уникальный в системе. Это устройство устанавливают в одном из доступных технических помещений дома, например в электрощитовой, на лестничной площадке, в чердачном помещении и др. Устройство имеет в своем составе цифровой радиоприемник команд.

Команда управления состоит как минимум из адресной части (идентификатора устройства управления группой счетчиков и идентификатора счетчика внутри группы), кода команды и данных. Команды передаются в эфир радиопередающим устройством, расположенным в центре управления.

Цифровые радиоприемники устройств управления группами счетчиков принимают команды и анализируют адресную часть команды. Если адрес в команде опознан как собственный идентификатор устройство обрабатывает команду и затем передает ее соответствующему счетчику электрической энергии по проводному каналу связи.

Для реализации заявляемого способа управления процессом отпуска электрической энергии необходимо в списке возможных команд иметь как минимум команду изменения значения регистра-накопителя оплаченных кВт-часов указанного счетчика. Идентификатор устройства управления группой счетчика и идентификатор счетчика внутри группы указываются в адресной части команды. Общее количество оплаченных кВт-часов указывается в части "данные". Дополнительно в список возможных команд можно внести команды синхронизации часов всех счетчиков в системе, команды централизованного диспетчерского управления, например установки в указанный счетчик временного ограничения уровня допустимой потребляемой мощности; программирование тарифного расписания счетчика и др.

Абонент оплачивает за электрическую энергию (возможна как пост-оплата, так и предоплата), центр управления вычисляет новое значение регистра-накопителя оплаченных кВт-часов для счетчика этого абонента, запоминает его в своей базе данных, формирует для этого счетчика команду изменения значения регистра-накопителя оплаченных кВт-часов на новое вычисленное значение и отправляет команду в эфир через радиопередающее устройство.

Устройство управления группой счетчиков хранит в собственной памяти копии регистров-накопителей оплаченных кВт-часов для каждого счетчика в подчиненной группе. Получив команду изменения регистра-накопителя оплаченных кВт-часов, устройство управления группой счетчиков изменяет в собственной памяти значение копии регистра-накопителя оплаченных кВт-часов для указанного в команде счетчика. После этого измененное значение регистра-накопителя оплаченных кВт-часов передается по проводному каналу связи соответствующему счетчику в группе. Такой алгоритм изменения регистров-накопителей позволит выявлять и устранять последствия несанкционированного вмешательства, так как счетчику всегда передается правильное значение регистра-накопителя оплаченных кВт-часов. Кроме того, через определенные интервалы времени устройство управления группой счетчиков может выполнять последовательный опрос по проводному каналу связи всех счетчиков группы и сравнивать содержимое регистров-накопителей счетчиков с соответствующими копиями в собственной памяти. При выявлении расхождений устройство управления группой счетчиков записывает информацию об этом событии в своей памяти и высылает счетчику правильное значение регистра-накопителя. Если кому-то удастся изменить значение регистра-накопителя в памяти счетчика, устройство управления обнаружит это и устранит последствия несанкционированного вмешательства.

Контрольную информацию с устройства управления группой счетчиков можно считывать любым известным способом (например, через интерфейс последовательного порта, модем и т.д.)

От наиболее близких аналогов данный способ отличается тем, что в центре управления на основании платежей абонента ведут учет общего количества оплаченных кВт-часов для каждого счетчика. Сведения об оплаченном количестве кВт-часов передают по радиоканалу в соответствующей команде, указав в ее адресной части идентификатор устройства управления группой счетчиков и идентификатор счетчика, а в части данных общее количество оплаченных кВт-часов. Устройства управления группой счетчиков принимают команды, переданные по радиоканалу, записывают и хранят в собственной памяти количество оплаченных кВт-часов для каждого счетчика подчиненной группы, далее передают полученное значение оплаченных кВт-часов по проводному каналу связи счетчику с идентификатором, указанным в адресной части команды. Счетчики электрической энергии получают по проводному каналу связи от устройства управления группой счетчиков общее количество оплаченной электрической энергии и записывают его в свой регистр-накопитель оплаченных кВт-часов. Счетчики вычисляют баланс как разность между регистром-накопителем оплаченных кВт-часов и регистром-накопителем потребленных кВт-часов. По вычисленному значению баланса в таблице, записанной в памяти счетчиков, выбирают допустимый уровень потребляемой мощности, и если измеренный счетчиком уровень потребляемой мощности превысил допустимый, выдают устройству коммутации нагрузки сигнал отключения нагрузки от питающей электрической сети.

Технический результат достигается за счет удешевления основного элемента системы, реализующей заявляемый способ отпуска электроэнергии (счетчика электрической энергии без цифрового радиоприемника команд). Экономия средств будет расти практически пропорционально количеству абонентов системы, особенно заметно это будет на территориях с высокой концентрацией абонентов (городская многоэтажная застройка).

Заявляемый способ решает все требования поставленной задачи с меньшими удельными затратами (стоимостью технических средств, в пересчете на одного абонента) по сравнению с ближайшим аналогом и другими известными способами.

Одним из достоинств заявляемого способа по сравнению с аналогами является еще и то, что устройство управления группой счетчиков можно разместить в любом из технических помещений многоквартирного дома, выбрав при этом место с наилучшими условиями радиоприема (например, чердачные помещения), что повысит надежность работы системы в целом.

На фиг.1 приведена блочная схема системы централизованного дистанционного управления процессом отпуска электрической энергии, реализующей заявленный спосо6, составляющие которой:

1 - центр управления;

2 - радиопередающее устройство;

3 - устройство управления группой электрических счетчиков;

4 - счетчики электрической энергии с устройством коммутации нагрузки;

5 - потребители электроэнергии;

6 - подводящая электросеть 0,4 кВ;

7 - проводной канал управления счетчиками.

Центр управления состоит из компьютера или компьютерной сети, в которой ведется учет платежей за потребленную электроэнергию. В качестве радиопередающего устройства используют цифровой радиопередатчик, например, для пейджинговой связи. Реализация этих составляющих такая же как и в RU, C1, 2225011, МПК 7 G 01 R 21/00, 2004.

Устройство управления группой электрических счетчиков состоит из центрального процессора, соединенного с радиоприемником команд, энергонезависимой памятью, интерфейсным блоком проводного канала связи.

Блочная схема устройства управления группой счетчиков приведена на фиг.2, состав блоков:

1 - центральный процессор;

2 - радиоприемник команд управления;

3 - энергонезависимая память;

4 - блок интерфейса проводного канала связи;

5 - шина проводного канала связи со счетчиками электроэнергии.

В качестве центрального процессора можно использовать любой из доступных микроконтроллеров.

В качестве радиоприемника команд управления можно использовать любой из миниатюрных цифровых радиоприемников, например радиоприемник обычного пейджера.

Энергонезависимая память нужной емкости набирается из стандартных выпускаемых промышленностью микросхем.

В качестве проводного канала связи можно использовать, например, канал стандарта, RS-485 (официальное название TIA/EIA-485-A), либо проводники силовой электрической сети 0,4 кВ. Соответственно в качестве интерфейсного блока выбирается либо стандартный интерфейс RS-485 либо PLC - модем (Power Line Communication), либо другие известные устройства.

В качестве счетчика электрической энергии можно использовать электронные микропроцессорные счетчики электрической энергии, выпускаемые промышленностью, соответствующие следующим требованиям: счетчик должен иметь выход управления устройством коммутации нагрузки; счетчик должен иметь соответствующий интерфейсный блок проводного канала связи. Этим требованиям удовлетворяет, например, счетчик СО-ЭТ-М3 ОАО Мытищинский электротехнический завод.

В качестве устройства коммутации нагрузки можно использовать стандартное устройство защитного отключения (УЗО), выпускаемые промышленностью в широкой номенклатуре.

Алгоритм приема и обработки команд управления, по которому работает центральный процессор устройства управления группой счетчиков, такой же, как и описанный в RU, C1, 2193812, МПК7 G 01 R 21/00, 2002.

Измерительная часть алгоритма работы счетчика электрической энергии остается без изменений, управляющая часть алгоритма работы приведена на фиг.3:

1 - начало;

2 - измеряется мощность и количество электроэнергии, потребленные за время выполнения одного цикла алгоритма, и добавляется к регистру-накопителю потребленных кВт-часов;

3 - вычисляется баланс как разность между регистром-накопителем кВт-часов оплаченной электроэнергии и регистром-накопителем кВт-часов потребленной электроэнергии;

4 - из таблицы, хранящейся в памяти, выбирается допустимый уровень потребляемой. мощности, соответствующий вычисленному балансу;

5 - если текущий уровень потребляемой мощности больше допустимого уровня (выбранного на предыдущем шаге), на устройство коммутации нагрузки выдается сигнал отключения нагрузки от подводящей электросети (6).

7 - если по проводному каналу связи принята команда изменения значения регистра-накопителя оплаченных кВт-часов, значение, переданное в команде, записывается в регистр-накопитель оплаченных кВт-часов (8).

Далее цикл алгоритма повторяется.

Предлагаемый способ также применим и для многотарифных счетчиков (с временными зонами действия тарифов). Отличие будет заключаться в том, что в таких счетчиках и в устройствах управления группой заводят отдельные пары регистров-накопителей потребленных и оплаченных кВт-часов для каждой тарифной зоны (шкалы). Для таких счетчиков в центре управления ведут отдельный учет общего количества оплаченных кВт-часов для каждой тарифной шкалы. При передаче количества оплаченных кВт-часов таким счетчикам в команде управления в части "данные" указывается номер соответствующей тарифной шкалы. При этом схема алгоритма управления работой счетчика не меняется.

Таким образом, предлагаемый способ управления процессом отпуска электрической энергии потребителям осуществим, реализуем с помощью известных стандартных элементов и эффективен на территориях с высокой концентрацией потребителей.

Способ управления процессом отпуска электрической энергии на территориях с высокой концентрацией потребителей, заключающийся в том, что команды управления передают из центра управления по радиоканалу, команда управления состоит из адресной части, кода команды и данных, потребителей электроэнергии подключают к подводящей электросети через устройства коммутации нагрузки, управляемые сигналами от счетчиков электрической энергии, которые измеряют мощность потребляемую нагрузкой и количество потребленной электрической энергии, накапливают его с нарастающим итогом в регистре-накопителе потребленных кВт-часов, счетчики электрической энергии объединяют в группы, подключают проводными каналами связи к устройствам управления группой счетчиков, каждому счетчику и каждому устройству управления группой счетчиков присваивают свой идентификатор, отличающийся тем, что в центре управления на основании платежей абонента ведут учет общего количества оплаченных кВт-часов для каждого счетчика, сведения об оплаченном количестве кВт-часов передают по радиоканалу в соответствующей команде, указав в ее адресной части идентификатор устройства управления группой счетчиков и идентификатор счетчика, а в части данных общее количество оплаченных кВт-часов, устройства управления группой счетчиков принимают команды, переданные по радиоканалу, записывают и хранят в собственной памяти количество оплаченных кВт-часов для каждого счетчика подчиненной группы, далее передают полученное значение оплаченных кВт-часов по проводному каналу связи счетчику с идентификатором, указанным в адресной части команды, а счетчики электрической энергии получают по проводному каналу связи общее количество оплаченной электрической энергии и записывают его в свой регистр-накопитель оплаченных кВт-часов, вычисляют баланс, как разность между регистром-накопителем оплаченных кВт-часов и регистром-накопителем потребленных кВт-часов, по вычисленному значению баланса в таблице, записанной в памяти счетчиков, выбирают допустимый уровень потребляемой мощности, если измеренный счетчиком уровень потребляемой мощности превысил допустимый, выдают устройству коммутации нагрузки сигнал отключения нагрузки от питающей электрической сети.