Сетевые технологии учета электроэнергии повышают эффективность ее использования

06.11.2023 |

В статье рассмотрены новые технологии уче­та электроэнергии, позво­ляющие повысить эффек­тивность ее использова­ния.

А. Харни

Для повышения эффективности использо­вания электроэнергии необходимо не только уменьшать энергопотребление оборудования и приборов, но и совершенствовать технологии измерения и учета электроэнергии.

На рис. 1 приведен электромеханичес­кий счетчик, кото­рый уже более 100 лет успешно исполь­зуется для учета электроэнергии. Пер­вым шагом эволюции такого счетчика была замена электромеха­нического измери­тельного механизма интегральной мик­росхемой. Инте­гральные микросхе­мы счетчиков энер­гии для бытового и промышленного при­менения достаточно давно и успешно выпуска­ет компания Analog Devices — это семейства ИМС ADE516x, ADE556x, AD716x, ADE 756x и ADE77xx. ИМС счетчиков энергии кодируют мгновенные значения напряжений и токов c использованием сигма-дельта преобразовате­лей и вычисляют мгновенную мощность в ки­ловатт-часах с помощью встроенных процессо­ров. Результаты измерений могут быть отобра­жены на ЖК-дисплее.

Рис. 1. Электромеханический счетчик электроэнергии

 

Электронные счет­чики (рис. 2) имеют ряд преимуществ по сравнению с электро­механическими. Кро­ме мгновенной мощ­ности они измеряют косинус фи (cos9) и реактивную мощ­ность. Измеренные данные хранятся в памяти ИМС счетчи­ка, позволяя учиты­вать время использования потребляемой электроэнергии.

Рис. 2. Электронный счетчик электроэнергии

 

Это дает возможность пользо­вателям распределять потребление энергии та­ким образом, чтобы в пиковый период, когда стоимость электроэнергии выше, оно было ми­нимальным. Электронные счетчики надежнее электромеханических, их работа не зависит от внешних магнитных полей и других влияю­щих факторов. Отметим, что к настоящему времени компания Analog Devices выпустила и поставила потребителям более 225 млн ИМС счетчиков энергии. Поэтому в том, что в 2007 году в мире было продано 75% электрон­ных счетчиков энергии, а электромеханичес­ких — всего 25% , большая заслуга и компании Analog Devices.

Наличие в электронном счетчике памяти, в которой хранятся цифровые данные расхода электроэнергии, позволяет автоматически считывать их через стандартный интерфейс.

Производители счетчиков энергии используют разные технологии для считывания данных. К ним относятся технологии drive-by (считы­вание данных с помощью движущегося авто­мобиля) и сетевые. Пример использования тех­нологии drive-by приведен на рис. 3, при этом счетчики укомплектованы радиопередатчика­ми, а проезжающий автомобиль по радиокана­лу считывает с них данные. Сетевые техноло­гии предполагают установку базовых станций в микрорайонах, городских кварталах, посел­ках и т.п.

Рис. 3. Технология drive-by съема данных со счетчиков электроэнергии

Удаленное считывание данных счет­чиков энергии позволяет энергогенерирую­щим компаниям или коммунальным службам повысить качество обслуживания потребите­лей, в том числе, устанавливать стоимость электроэнергии в реальном масштабе времени, фиксировать время аварий и компенсировать потребителю вынужденные потери, выявлять обрыв нейтрали, уменьшение косинуса фи и другие факторы, влияющие на качество пос­тавляемой электроэнергии.

Дальнейшая эволюция учета электроэнер­гии привела к созданию новых сетевых инфор­мационных технологий. Съем данных обеспе­чивается в ISM-диапазоне частот (ISM — Indus­trial Scientific Medical) или через бытовую электропроводку (PLC-технология).

Компания Analog Devices выпускает ИМС, обеспечивающие передачу данных счетчиков электроэнергии как по радиоканалу (ISM-тех­нология), так и через бытовую электропровод­ку. Семейство узкополосных приемопередат­чиков для ISM-диапазона представлено ИМС ADF7xxx. Семейство ИМС SALEM, выполнен­ное на базе DSP Blackfin, поддерживает съем данных счетчика электроэнергии через быто­вую электропроводку. Каждая из рассмотрен­ных технологий имеет свои преимущества и недостатки. Если для учета расхода газа или воды предпочтительной является беспровод­ная технология, так как наличие бытовой электропроводки вблизи коммуникаций газа или воды может привести к взрыву или КЗ, то съем данных о расходе электроэнергии можно осуществлять по любой из перечисленных тех­нологий. PLC-технология более экономична при учете энергии, поступающей от одного трансформатора в отдельно стоящие здания, что характерно для небольших поселков или дачных участков.

Коммунальные счетчики с радиоканалом, как правило, расположены в местах с большим количеством беспроводных устройств. Обеспе­чить надежную радиосвязь таких счетчиков с диспетчерскими пунктами достаточно сложно. Радиоканалы этих счетчиков должны иметь высокую чувствительность и избирательность. Коммунальные счетчики с радиоканалом, как правило, работают от батарейного питания, поэтому к ним предъявляются жесткие требо­вания по энергопотреблению. Отметим, что счетчики с радиоканалом могут работать в сле­дующих нелицензируемых частотных диапа­зонах: 900 МГц, 2.4 и 5.8 ГГц. Большинство производителей счетчиков с радиоканалом ис­пользуют полосу 900 МГц. В этой полосе пот­ребление счетчиков минимально. Кроме того, в данной полосе работает стандартная беспро­водная шина М-Bus (Европейский стандарт EN13757). Для полосы частот 900 МГц компа­ния Analog Devices разработала ИМС приемо­передатчиков ADF7020 (выпускается серийно) и ADF7023 (подготовлена к серийному произ­водству). Структурная схема счетчика энергии семейства ADE51xx c приемопередатчиком ADF7023 приведена на рис. 4. Производители счетчиков энергии, как правило, останавлива­ют свой выбор на приемопередатчиках семей­ства ADE702x по следующим причинам: ИМС этого семейства легко сопрягаются со стан­дартными микроконтроллерами, чувствитель­ность приемника -120 дБм при скорости пере­дачи данных 1 кбод/с, ослабление сигналов помехи составляет 70 дБ, ослабление пере­крестной помехи — 40 дБ.

Рис. 4. Структурная схема счетчика электроэнергии c радиоканалом

В скором времени счетчики с радиоканалом будут устанавливаться непосредственно в до­мах и квартирах потребителей электроэнер­гии. Как только грид-технологии (интеллекту­альные сети) будут доступны каждому потре­бителю энергоресурсов, энергогенерирующие компании смогут регулировать стоимость и уровень потребления энергии в реальном масштабе времени. Так, например, при повы­шении суммарного потребления электроэнер­гии в микрорайоне или городе такая компания сможет предложить отдельным потребителям временно уменьшить потребление или увели­чить на этот период стоимость электроэнергии, предупредив об этом пользователя. В дальней­шем грид-технологии позволят энергогенери­рующим компаниям не только передавать со­общения потребителям через счетчики энер­гии, но и регулировать температуру в доме, уп­равлять подающим воду насосом и т.п. И хотя это пока отдаленная перспектива, в разработ­ку интеллектуальных домашних сетей (рис. 5) уже сегодня включились ведущие телекомму­никационные компании во всем мире.

Рис. 5. Архитектура интеллектуальных домашних сетей

 

ВЫВОДЫ

Эволюция счетчиков электроэнергии в недалеком будущем приведет к созданию но­вых беспроводных сетевых технологий, кото­рые позволят потребителям более эффективно использовать электроэнергию.

Компания VD MAIS поставляет не только ИМС для построения счетчиков элект­роэнергии, но и микросхемы, поддерживаю­щие работу перспективных домашних сетей и грид-технологий и обеспечивающие оптималь­ное взаимодействие энергогенерирующих ком­паний с потребителями электроэнергии.