ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Рост цен на энергоресурсы обусловил в последние годы резкое изменение отношения к организации энергоучета в промышленности и других энергоемких отраслях (транспорт и жилищно-коммунальное хозяйство. Сформированные еще в период плановой экономики организационные принципы и инфраструктура сферы учета энергоресурсов на сегодня остались практически без перемен. При существовавшей до 2000 года системе учета энергоресурсов, имели место сверхнормативные их потери. Основная часть потерь складывалась из потерь от разворовывания, бесхозяйственности, неэффективного использования оборудования и оплачивались потребителем через систему тарифов, субсидий или дотаций, которые финансировались из государственного и местных бюджетов.

В связи с переходом экономики страны на рыночные условия работы, важное значения приобретают вопросы достоверного учета электроэнергии на всех уровнях ее производства, передачи и потребления. В промышленного развитых странах с рыночной экономикой энергоресурсы рассматриваются как любой другой товар – объект покупки-продажи, на которую распространяются все действующие правила коммерческого учета относительно их количества и качества. поэтому наличие всестороннего коммерческого учета энергоресурсов рассматривается как неотъемлемый элемент, присущи принципам построения рыночных экономических отношений, который предопределяет и техническое обеспечение такого учета. Учет охватывает все звенья производства и потребления энергоресурсов, однако коммерческий учет касается исключительно сферы покупки-продажи, то есть регулирует взаимоотношения между продавцами и покупателями (как субъектами хозяйствования, так и физическими лицами. Внутренний (технический) учет энергоресурсов, который охватывает собственно технологические процессы предприятий-субъектов рынка энергоресурсов, остается прерогативой предприятий. До последнего времени в Украине отсутствовали предприятия с производством необходимого спектра измерительной техники, средств сбора, передачи и обработки информации. Отсутствовала также нормативная база и концепция создания таких устройств. Поэтому в 2000 году было принято решение о разработке отраслевой программы и концепции развития автоматизированных систем учета электроэнергии в условиях Энергорынка – государственного предприятия, осуществляющего руководство оптовым рынком электрической энергии [1]. Использование автоматизированных систем управления в любых областях жизни и деятельности позволяет осуществлять точный и быстрый контроль за потреблением энергоресурсов, повышая достоверность учета, оптимизируя затраты на энергоресурсы.

1. Актуальность темы

Помимо существующих в энергетике Украины проблем, связанных с удорожанием энергоресурсов, а также с большими сверхнормативными потерями электроэнергии, существовала еще одна немаловажная проблема, а именно – неравномерность суточных графиков нагрузки по регионам [2]. Возникла необходимость в принятии мер, способствующих выравниванию этих графиков. Решение этих проблем являются актуальными в нашей стране и по всему миру, персперктивной является реализация системы, которая позволила бы объединить локальные узлы учета для создания единого измерительно-информационного пространства для единовременного, непрерывного, автоматического контроля над технологическими процессами генерации, транспортировки и потребления энергоресурсов, а также организации коммерческих расчетов между поставщиками и потребителями энергоресурсов.

Применение автоматизированных систем коммерческого учета электроэнергии позволяет свести к минимуму участие человека на этапе измерения, сбора и обработки данных и обеспечивает достоверный, оперативный и гибкий, адаптированный к различным тарифным системам учет энергии.

2. Постановка цели работы

Цель моей магистерской работы заключается в рассмотрении принципа работы современных автоматизированных систем коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ) на базе многофункциональных высокоточных микропроцессорных электросчетчиков, анализ работы действующих систем учета и перспективы создания новых АСКУЭ, как необходимого звена для функционирования электроэнергетики Украины.

3. Современные приборы учета электроэнергии

Для учёта активной и реактивной электроэнергии переменного тока раннее применялись индукционные одно- и трёхфазные приборы, для учёта расхода электроэнергии постоянного тока (электрический транспорт, электрифицированная железная дорога) — электродинамические счётчики [3]. В электрическом счётчике индукционной системы подвижная часть (алюминиевый диск) вращается во время потребления электроэнергии, расход которой определяется по показаниям счётного механизма. Индукционные (механические) счётчики электроэнергии постоянно вытесняются с рынка электронными счетчиками из-за о недостатков: отсутствие дистанционного автоматического снятия показаний, однотарифность, погрешности учёта, плохая защита от краж электроэнергии, а также низкой функциональности, неудобства в эксплуатации по сравнению с современными электронными приборами. Основными достоинствами электронных электросчетчиков является возможность учёта электроэнергии по дифференцированным тарифам (двух- и более тарифный), то есть возможность запоминать и показывать количество использованной электроэнергии в зависимости от запрограммированных периодов времени. Многотарифный учёт достигается за счет набора счетных механизмов, каждый из которых работает в установленные интервалы времени, соответствующие различным тарифам. Сегодня тарифы на электроэнергию в Украине формируются по затратной методике (затраты + норма рентабельности) и жестко регулируются Национальной комиссией регулирования энергоресурсов (НКРЭ). Исключение составляют энергогенерирующие компании ТЭС, которые продают электроэнергию по почасовым ценовым заявкам, и независимые поставщики.

Как уже отмечалось, в энергетики Украины существовала проблема, а именно – неравномерность суточных графиков нагрузки по регионам. В связи с этим, в мае 1995 года в электроэнергетике Украине были разрешены к использованию так называемые зонные тарифы на электроэнергию, суть которых заключается в том, что сутки разбиваются на отдельные части (зоны) и стоимость электроэнергии различна в зависимости от зоны суток. Следует отметить, что цель внедрения зонных тарифов — это экономически заинтересовать потребителей внедрять мероприятия по выравниванию суточных графиков загрузок, то есть смещать работу энергоемких потребителей с пиковой зоны (максимальная цена на электроэнергию) в ночную зону (минимальная цена на электроэнергию).

Для реализации зонных тарифов на электроэнергию появилась необходимость в электросчетчиках, которые бы имели возможность работать в реальном режиме времени, то есть снабженные часами и календарем. В это время в Украине появились и были разрешены к применению многофункциональные высокоточные микропроцессорные электросчетчики АЛЬФА и «Евро-АЛЬФА», предназначенные для учета потребления и генерации активной и реактивной электроэнергии в режиме многотарифности (одновременно вычисляется до 64 параметров электропотребления). Данные счетчики позволяют хранить в своей памяти до 70 суток все измеренные данные и через свои интерфейсы по различным цифровым каналам передавать эти данные на сервера энергосберегающих компаний и отдела главного энергетика.

История создания счетчика АЛЬФА уникальна. Счетчик АЛЬФА должен был стать образцом измерительного устройства, который наиболее полно отвечал бы требованиям заказчиков. Основная идея, заложенная при создании счетчика АЛЬФА — это возможность значительного расширения функций счетчика по отношению к базовой модели. Это достигается при помощи установки дополнительных электронных плат в корпус счетчика.

Счетчик АЛЬФА — универсальный счетчик с одинаковой технологией изготовления (и с одинаковой точностью) для любого применения, трансформаторного или прямого включения. Счетчик трансформаторного включения работает в диапазоне токов от 1,0 мА до 2 А, IНОМ= 5 А - от 5,0 мА до 10 А. Специально разработанный для него микроконтроллер ведёт весь процесс измерения и обработки данных в цифровой форме, позволяя сохранять заданную точность измерения во всём диапазоне рабочих температур от - 40°С до+60°С при максимальной нагрузке и минимальной нагрузке.

Микропроцессорное исполнение счетчика АЛЬФА делает его программируемым, что позволяет использовать счетчик с широким набором разнообразных функций. Программирование счётчиков Альфа осуществляется программным пакетом «АЛЬФА-ЦЕНТР».

Для счёта времени календаря используется кварцевый генератор. Время в счётчике может автоматически корректироваться во время считывания информации со счетчика при помощи компьютера с использованием специального программного обеспечения.

Во время перерывов в подаче питания все ключевые данные счетчика и данные о его конфигурации хранятся в неразрушаемой памяти ПЗУ микроконтроллера. Данные многотарифного режима хранятся в ОЗУ микроконтроллера и в ОЗУ дополнительной платы А+ до тех пор, пока на счетчик поступает питание. В период отключения основного питания, литиевая батарея (если она предусмотрена модификацией счётчика) обеспечивает питание генератора импульсов 32768 Гц, поддерживающего работу внутреннего календаря для сохранения правильного счёта времени. Параллельно батарее через блокирующий диод включен суперконденсатор. Первоначально энергия при перерывах в подаче питания поступает от суперконденсатора, который имеет достаточную ёмкость для поддержки работы памяти и календаря в течение нескольких часов. После разрядки конденсатора батарея обеспечивает подачу питания для хранения данных в течение длительного срока до 3 лет в зависимости от температуры окружающей среды.

Измерительные датчики напряжения и тока, основная электронная плата с микропроцессорной схемой измерения и быстродействующий микроконтроллер располагаются в корпусе и электронном блоке. Измеряемые величины и другие требуемые данные отображаются на дисплее счётчика, выполненного на жидких кристалла. На дисплее счётчика высотой 25 мм, поочерёдно с длительностью от 1 до 15 секунд отображаются измеряемые параметры. Последовательность и длительность отображаемых параметров определяются с помощью программного обеспечения [4].

Для примера рассмотрим многофункциональный микропроцессорный счетчик АЛЬФА A1800 трансформаторного включения предназначен для учета активной и реактивной энергии и мощности в трехфазных сетях переменноготока в режиме многотарифности, хранения измеренных данных в своей памяти, а также передачи их по цифровым и импульсным каналам связи на диспетчерский пункт по контролю, учету и распределению электроэнергии.

Электросчетчик Альфа А1800

Рисунок 1 – Электросчетчик Альфа А1800

Счетчик АЛЬФА А1800 предназначен для установки на перетоки, генерацию, высоковольтные подстанции, в распределительные сети и на промышленные предприятия.

Функциональные возможности счетчиков АЛЬФА А1800:

1. Измерение активной и реактивной энергии и мощности с классом точности 0.2S, 0.5S в режиме многотарифности.

2. Измерение параметров электросети с нормированными погрешностями.

3. Фиксация максимальной мощности нагрузки с заданным усреднением.

4. Фиксация даты и времени максимальной активной и реактивной мощности для каждой тарифной зоны.

5. Запись и хранение данных графика нагрузки и параметров сети в памяти счетчика.

6. Передача результатов измерений по цифровым и импульсным каналам связи.

7. Автоматический контроль нагрузки и сигнализация о выходе параметров сети за установленные пределы.

Счетчик АЛЬФА А1800 обладает увеличенной памятью, что позволяет ему вести запись трех независимых массивов профиля нагрузки по энергии и мощности с разными интервалами усреднения (1, 2, 3, 5, 6, 10, 15, 30 и 60 мин.) А также до 32 различных графиков параметров сети с двумя различными интервалами. На ПС устанавливаются счётчики АЛЬФА на отходящих линиях. Так как на некоторых подстанциях невозможна передача мощности в систему, то на отходящих линиях 10 кВ устанавливаются счётчики АЛЬФА, учитывающи

Трёхфазная четырёхпроводная сеть с подключением через трансформаторы тока (трёхэлементные счётчики).

Рисунок 2 – Трёхфазная четырёхпроводная сеть с подключением через трансформаторы тока (трёхэлементные счётчики).

4. Назначение и структурная схема АСКУЭ

Возможности современных электросчетчиков и эволюция коммуникационных технологий позволила упростить задачу объединения множества коммерческих электросчетчиков в единую автоматизированную систему коммерческого учета электропотребления на предприятиях (АСКУЭ).

АСКУЭ – это инструмент, позволяющий потребителю в реальном режиме времени контролировать и управлять электропотребление. При наличии современной АСКУЭ промышленное предприятие полностью контролирует весь свой процесс энергопотребления и имеет возможность по согласованию с поставщиками энергоресурсов гибко переходить к разным тарифным системам, минимизируя свои энергозатраты.

Несмотря на обилие трактовок системы АСКУЭ, их авторы, в большинстве своем, подразумевают систему, позволяющую автоматизировать:

• учет потребления электроэнергии с высокой точностью, используя соответствующие технические средства с высоким классом точности – электронные электросчетчики, измерительные трансформаторы тока и напряжения;

• сбор, хранение и передача данных о потребленной электроэнергии посредством УСПД;

• ведение единого системного времени с возможностью его корректировки;

• передачу полученных данных на другие информационные уровни – в базы данных серверов как самого объекта учета (АРМ энергетика и диспетчеров), так и энергосбытовых организаций (АРМ инспекторов, системных инженеров) и общереспубликанских центров хранения и анализа данных, используя при этом различные каналы и среды для передачи данных, в том числе и резервные;

• анализ и выработку управляющих воздействий на другие технические средства, при выходе учитываемых параметров электроэнергии за заданные пределы (лимиты).

Задачи систем контроля и учета:

• точное измерение параметров потребления энергоресурсов с целью обеспечения расчетов за них в соответствии с реальным объемом их поставки/потребления и минимизации непроизводственных затрат на энергоресурсы, в частности, за счет использования более точных измерительных приборов или повышения синхронности сбора первичных данных;

• диагностика полноты данных с целью обеспечения расчетов за энергоресурсы в соответствии с реальным объемом их потребления за счет повышения достоверности данных, используемых для финансовых расчетов с поставщиками энергоресурсов и субабонентами предприятия и принятия управленческих решений;

• комплексный автоматизированный коммерческий и технический учет энергоресурсов и контроль их параметров по предприятию, его инфра- и интраструктурам (цеха, подразделения, субабоненты) по действующим тарифным системам с целью минимизации производственных и непроизводственных затрат на энергоресурсы;

• контроль энергопотребления по всем точкам и объектам учета в заданных временных интервалах (5, 30 минут, зоны, смены, сутки, декады, месяцы, кварталы и годы) относительно заданных лимитов, режимных и технологических ограничений мощности, расхода, давления и температуры с целью минимизации затрат на энергоресурсы и обеспечения безопасности энергоснабжения;

• сигнализация (цветом, звуком) об отклонениях контролируемых величин от допустимого диапазона значений с целью минимизации производственных затрат на энергоресурсы за счет принятия оперативных решений;

• прогнозирование (кратко-, средне- и долгосрочное) значений величин энергоучета с целью минимизации производственных затрат на энергоресурсы за счет планирования энергопотребления;

• большинство действующих АСКУЭ промышленных предприятий в силу своих структурных и функциональных ограничений решают только часть рассмотренных задач.

На предприятиях выделяют системы коммерческого и технического учета [5]. Коммерческим или расчетным учетом называют учет потребления энергии предприятием для денежного расчета за нее (соответственно приборы для коммерческого учета называют коммерческими, или расчетными). Техническим, или контрольным учетом называют учет для контроля процесса поставки/потребления энергии внутри предприятия по его подразделениям и объектам (соответственно используются приборы технического учета).

Два вида учета, коммерческий и технический, имеют свою специфику. Коммерческий учет консервативен, имеет устоявшуюся схему энергоснабжения, для него характерно наличие небольшого количества точек учета, по которым требуется установка приборов повышенной точности, а сами средства учета нижнего и среднего уровня АСКУЭ должны выбираться из государственного реестра измерительных средств. Кроме того, системы коммерческого учета в обязательном порядке пломбируются, что ограничивает возможности внесения в них каких-либо оперативных изменений со стороны персонала предприятия.

Технический учет, наоборот, динамичен и постоянно развивается, отражая меняющиеся требования производства; для него характерно большое количество точек учета с разными задачами контроля энергоресурсов, по которым можно устанавливать в целях экономии средств приборы пониженной точности. Технический контроль допускает использование приборов, не занесенных в госреестр измерительных средств, однако, при этом могут возникнуть проблемы с выяснением причин небаланса данных по потреблению энергоресурсов от систем коммерческого и технического учета. Отсутствие пломбирования приборов энергосбытовой организацией позволяет службе главного энергетика предприятия оперативно вносить изменения в схему технического контроля энергоресурсов, в уставки первичных измерительных приборов в соответствии с текущими изменениями в схеме энергоснабжения предприятия и спецификой решаемых производственных задач. Учитывая эту специфику коммерческого и технического учета можно оптимизировать стоимость создания АСКУЭ и ее эксплуатации.

Решение проблем энергоучета на предприятии требует создания автоматизированных систем контроля и учета энергоресурсов , в структуре которых в общем случае можно выделить четыре уровня:

Структурная схема АСКУЭ

Рисунок 3 – Структурная схема АСКУЭ

• первый уровень – первичные измерительные приборы (ПИП) с цифровыми выходами, осуществляющие непрерывно или с минимальным интервалом усреднения измерение параметров энергоучета потребителей (потребление электроэнергии) по точкам учета (фидер, труба и т.п.);

• второй уровень – устройства сбора и передачи данных (УСПД), специализированные измерительные системы или многофункциональные программируемые преобразователи со встроенным программным обеспечением энергоучета, осуществляющие в заданном цикле интервала усреднения круглосуточный сбор измерительных данных с территориально распределенных ПИП, накопление, обработку и передачу этих данных на верхние уровни;

• третий уровень – персональный компьютер (ПК) или сервер центра сбора и обработки данных со специализированным программным обеспечением АСКУЭ, осуществляющий сбор информации с УСПД (или группы УСПД), итоговую обработку этой информации как по точкам учета, так и по их группам - по подразделениям и объектам предприятия, документирование и отображение данных учета в виде, удобном для анализа и принятия решений (управления) оперативным персоналом службы главного энергетика и руководством предприятия;

• четвертый уровень – сервер центра сбора и обработки данных со специализированным программным обеспечением АСКУЭ, осуществляющий сбор информации с ПК и/или группы серверов центров сбора и обработки данных третьего уровня, дополнительное агрегирование и структурирование информации по группам объектов учета, документирование и отображение данных учета в виде, удобном для анализа и принятия решений персоналом службы главного энергетика и руководством территориально распределенных средних и крупных предприятий или энергосистем, ведение договоров на поставку энергоресурсов и формирование платежных документов для расчетов за энергоресурсы [6];

Все уровни АСКУЭ связаны между собой каналами связи. Для связи уровней ПИП и УСПД или центров сбора данных, как правило, используется прямое соединение по стандартным интерфейсам (типа RS-485, ИРПС и т.п.). УСПД с центрами сбора данных 3-го уровня, центры сбора данных 3-го и 4-го уровней могут быть соединены по выделенными, коммутируемыми каналам связи.

Пример системы электроснабжения предприятия при внедрении АСКУЭ

Рисунок 4 – Пример системы электроснабжения предприятия при внедрении АСКУЭ
(анимация: 5 слайдов, 5 циклов повторений, 44,5 кбайт)

Для коммерческого учета необходимо поставить трансформаторы тока с классом точности не больше 0,5S.

Внедрение АСКУЭ позволяет провести целый комплекс мероприятий, результатом которых будет:

1. Повышение точности учета энергоносителей за счет использования современных интеллектуальных приборов учета.

2. Оперативное получение полной и достоверной информации о потреблении и распределении всех энергоресурсов по всему предприятию, цеху, участку.

3. Повышение уровня управленческих решений и своевременное выявление перерасходов в результате получения полной картины по энергопотреблению.

4. Расчет удельных норм электропотребления и планирование затрат на энергоресурсы.

5. Проведение анализа рациональности расходования энергоносителей и оценка энергоэффективности работы оборудования.

6. Экономия рабочего времени энергослужб по сбору и предоставлению отчетных документов, сведению балансов и т.п.

7. Задание цехам лимитов энергопотребления, осуществление контроля превышений установленных норм и сигнализация о превышении.

8. Контроль работоспособности первичных приборов учета энергоносителей [7].

5. Экономический эффект АСКУЭ

Основной целью внедрения автоматических систем коммерческого учета электроэнергии является снижение издержек и затрат на потребление энергоресурсов, минимизация потерь за счет повышения точности полученных данных и сокращения времени сбора обработки. Автоматизация учета электроэнергии на всех этапах, от производства до потребления, становится непременным условием эффективного функционирования современных энергосистем

Вопросы энергосбережения, а также оптимизации энергопотребления одинаково остро стоят как в промышленности, так и в быту (коттеджные поселки, дачные кооперативы, садовые товарищества

Смысл создания и использования АСКУЭ заключается в постоянной экономии энергоресурсов и финансов предприятия при минимальных начальных денежных затратах [8]. Величина экономического эффекта от использования АСКУЭ достигает по предприятиям в среднем 15-30% от годового потребления энергоресурcов, а окупаемость затрат на создание АСКУЭ происходит за 2-3 квартала. На сегодняшний день АСКУЭ предприятия является тем необходимым механизмом, без которого невозможно решать проблемы цивилизованных расчетов за энергоресурсы с их поставщиками, непрерывной экономии энергоносителей и снижения доли энергозатрат в себестоимости продукции предприятия.

По мере автоматизации технологических процессов предприятия, снижения степени человеческого участия в производстве и повышения уровня его организации АСКУЭ можно вводить в обратный контур управления энергопотреблением не через энергетика-диспетчера или руководителя, а через соответствующие устройства управления нагрузками-регуляторами. До тех пор, пока в технологии производства преобладает человек со своими случайными волевыми решениями, АСКУЭ сохранится как автоматизированная система, позволяющая, в первую очередь, выявлять все потери энергоресурсов.

6. Заключение

Сегодняшний день промышленных предприятий в области энергоучета связан с внедрением современных АСКУЭ. На ряде предприятий АСКУЭ функционируют уже не один год, на других предприятиях начинается их внедрение, а руководители третьих только размышляют, надо ли им это. Ход развития мировой энергетики и промышленности показывает, что альтернативы принципу «все надо учитывать и за все надо платить» нет. И если сегодня кому-то еще удается бесконтрольно пользоваться чужими энергоресурсами, то завтра это станет попросту невозможно, и преимущества будут у того, у кого все процессы энергопотребления будут уже под полным контролем. АСКУЭ – это мощный инструмент борьбы с энергетическим кризисом [9].

Величина экономического эффекта от использования АСКУЭ и зонных тарифов достигает по предприятиям сотен тысяч гривен в месяц, а окупаемость затрат на создание АСКУЭ возможна за 2-3 квартала, а именно окупаемость зонных АСКУЭ: шахта им. А.Ф. Засядько – 1,5 месяца, при среднемесячном потреблении 22 млн кВт-ч/мес, частная шахта «Горняк-95» – 1,5 месяца, при среднем потреблении 1,4 млн кВт-ч/мес. Таким образом На сегодняшний день АСКУЭ предприятия является тем необходимым механизмом, без которого невозможно решать проблемы цивилизованных расчетов за энергоресурсы с их поставщиками, непрерывной экономии энергоносителей и снижения доли энергозатрат в себестоимости продукции предприятия.

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: декабрь 2013 года.

Список источников

  1. Концепція побудови автоматизованих систем обліку електроенергії в умовах енергоринку / Затв. Спільним наказом Мінпаливенерго, НКРЕ, Держкоменергозбереження, Держстандарту, Держбуду та Держкомпромполітики України №32/28/28/276/75/54 від 17.04.2000р. - м.Київ.
  2. Шестеренко В.Е. Електроспоживання та електропостачання промислових підприємств. Підручник. – Вінниця: Нова книга, 2004.-656 с.
  3. Правила пользования электрической энергией. — НКРЭ Украины. — Киев. — 1996.
  4. АСКУЭ Альфа ЦЕНТР [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://metering.narod.ru/askue.html
  5. Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий: учебник для вузов – 2-е изд. – М.: Интермет Инжиниринг, 2006. – 672 с.
  6. Гельман Г.А. Автоматизированные системы управления электроснабжением промышленных предприятий. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 255 с.
  7. Гуртовцев А.В. Комплексная автоматизация энергоучета на промышленных предприятиях и хозяйственных объектах журнал "СТА" №3, 1999 г .
  8. АСКУЭ современного предприятия [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://esco-ecosys.com
  9. АСКУЭ двадцать первого века [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://esco-ecosys.narod.ru/2004_12/art01.htm