Автоматизированная система мониторинга и учета электроэнергии на фидерах контактной сети постоянного тока

Размещено на http://www.allbest.ru/

Омский государственный университет путей сообщения

(ОмГУПС (ОмИИТ))

Кафедра «Автоматика и системы управления»

ОТЧЕТ

по производственной практике

Место прохождения производственной практики: ООО «Системы комплексной энергоэффективности»

Студент гр. 25 q

А.А. Терентьева

2017г.

Руководитель производственной практики

доцент кафедры АиСУ

А.Г. Малютин

2017 учебный год



Содержание

Введение

1. Структурная схема АСМУЭ

2. Функциональное назначение уровней системы

2.1 Информационно-измерительный комплекс

2.2 Информационно-вычислительный комплекс электроустановки

2.3 Информационно-вычислительный комплекс

2.4 АРМ и серверы

Заключение

Библиографический список



Введение

В связи с переходом к рыночной экономике, возникла необходимость повысить эффективность управления энергопотреблением. Одним из направлений решения данной задачи является точный контроль и учет электроэнергии.

Одним из самых важных компонентов рынка электроэнергии является его инструментальное обеспечение, которое представляет собой совокупность систем, приборов, устройств, каналов связи, алгоритмов и т. п. для контроля и управления параметрами энергопотребления. Базой формирования и развития инструментального обеспечения являются автоматизированные системы контроля и учета потребления электроэнергии. Развитие рынка электроэнергии на основе экономического метода управления потребовало создания полномасштабных иерархических систем: автоматизированных систем измерения электроэнергии (АСИЭ), учета потребления и сбыта электроэнергии (АСУПСЭ), диспетчерского управления (АСДУ), контроля и учета энергопотребления (АСКУЭ). Основная особенность экономического метода управления - рассмотрение энергопотребления как главного звена, управляющего рынком электроэнергии, который в свою очередь представляется совокупностью собственно технологического процесса (производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии), учетно-финансового процесса энергопотребления, а также политико-экономического (отражающего текущую политику в области энергоиспользования). Это и является предпосылкой для управления рынком электроэнергии посредством создания единой, интегрированной, системы управления энергопотреблением.

Целью производственной практики является рассмотрение одной из подобных иерархических систем - автоматизированной системы мониторинга и учета электроэнергии на фидерах контактной сети постоянного тока (АСМУЭ ФКС).

Общие характеристики

Современная цивилизованная торговля энергоресурсами основана на использовании автоматизированного приборного энергоучета, сводящего к минимуму участие человека на этапе измерения, сбора и обработки данных и обеспечивающего достоверный, точный, оперативный и гибкий, адаптируемый к различным тарифным системам учет, как со стороны поставщика энергоресурсов, так и со стороны потребителя. С этой целью, как поставщики, так и потребители создают на своих объектах автоматизированные системы контроля и учета энергоресурсов.

Внедрение автоматизированных систем учета энергоресурсов - это в первую очередь получение точных данных по энергопотреблению. Наличие полной, документированной, дифференцированной по структурным подразделениям и оперативной информации об энергопотреблении обеспечивает широкую поддержку программ энергосбережения за счет персонализации ответственности за энергопотребление и механизм их оперативного и объективного контроля.

Иными словами, энергосбережение начинается там, где гарантирован учет, причем учет автоматический как наиболее полный, точный и оперативный, позволяющий управлять потреблением энергоресурсов в диспетчерском режиме, проводить наиболее актуальные энергосберегающие мероприятия, контролировать соблюдение технологической дисциплины. Разобраться с потреблением энергоресурсов, научиться работать с минимальными затратами на их потребление можно только обладая необходимым инструментом - системой автоматического учета.

Внедрение автоматизированных систем технического учета позволяет снизить объем потребления за счет:

повышения оперативности управления энергопотреблением;

централизованного контроля потребления энергоресурсов;

документированного контроля потребления энергоресурсов отдельными подразделениями;

персонализированного контроля соблюдения технологической дисциплины и оптимизации режимов работы оборудования;

повышения оперативности выявления непроизводственных потерь энергоресурсов в виде аварийных режимов работы оборудования;

повышения оперативности выявления и ликвидации несанкционированных подключений;

повышения точности и оперативности сбора данных для внедрения на предприятии энергетического менеджмента.

В соответствии с техническими требованиями современного рынка электроэнергии АСМУЭ в рамках предприятия РЖД позволяет производить:

периодический автоматический сбор привязанных к единому календарному времени результатов измерений приращений электроэнергии с заданной дискретностью;

хранение результатов измерений в специализированной базе данных, отвечающей требованию повышенной защищенности от потери информации и от несанкционированного доступа;

диагностику и мониторинг функционирования технических программных средств АСМУЭ;

ведение системы единого времени в АСМУЭ.

Железнодорожные энергосети, как правило, четко иерархически структурированы, поделены на электрические части в границах дистанций, имеют единый центр управления и административную принадлежность. Большое количество и удаленность объектов энергоучета друг от друга и от центра сбора и обработки информации усложняют развертывание единой системы сбора информации.

Для таких масштабных по территории проектов становится крайне необходимым использование типовых решений для эксплуатирующихся в электрических сетях сотен трансформаторных подстанций, имеющих однотипные электрические параметры и условия установки. Ключевая задача, которую приходится решать при создании системы энергоучета на железнодорожных энергосетях - это развертывание инфраструктуры связи (доставка данных от точек измерения к центру обработки данных). От правильного ее решения зависит надежная работа всей системы. Эту задачу усложняют большие расстояния и сама структура железнодорожных энергосетей.

Автоматизированная система мониторинга и учета электроэнергии (АСМУЭ) на фидерах контактной сети постоянного тока может использоваться для широкого круга экспериментальных задач, связанных с изучением реальных процессов, происходящих в системе электроснабжения железных дорог. Для этого в режиме реального времени система выполняет измерение и сохранение сигналов токов и напряжений на всех выпрямителях и фидерах смежных тяговых подстанций. АСМУЭ предназначена для обеспечения контроля, управления и повышения энергетической эффективности системы электроснабжения за счет наличия функций измерений напряжений тока и передачи по беспроводной технологии технологической информации с датчиков в единое хранилище данных. К основным информативным параметрам относятся: электрический ток, мощность, напряжение на заданном интервале времени и др.



1. Структурная схема АСМУЭ

Система учета электроэнергии представляет собой территориально распределенную информационно-измерительную систему с многоуровневой организацией и иерархической системой обработки информации.

Количество уровней и архитектура построения системы определяются на стадии разработки технического задания и зависят от сложности и количества энергообъектов. В общем случае в структуре систем энергоучета можно выделить четыре уровня (рисунок 1):

Первый уровень - первичные измерительные приборы с телеметрическими или цифровыми выходами, осуществляющие непрерывно или с минимальным интервалом усреднения измерение параметров энергоучета по точкам учета. В данном случае измерительный уровень (информационно-измерительные комплекс - ИИК) включает в себя измерительные блоки на выпрямителях и фидерах контактной сети;

Второй уровень - уровень сбора и передачи данных в пределах тяговой подстанции (информационно-вычислительный комплекс электроустановки - ИВКЭ). ИВКЭ состоит из концентратора, устройства сбора и передачи данных (УСПД) и средств сопряжения устройства сбора и передачи данных и сети передачи данных. Оборудование на данном уровне как правило представляет собой специализированную измерительную систему или многофункциональные программируемые преобразователи со встроенным программным обеспечением энергоучета, осуществляющие сбор измерительных данных с территориально распределенных измерительных датчиков, накопление, обработку и передачу этих данных на верхние уровни;

Третий уровень - уровень сбора данных с нескольких подстанций (информационно-вычислительный комплекс - ИВК), состоит из: средства сопряжения устройства сбора и передачи данных и сети передачи данных, сервера системы сбора данных телеметрии (ССДТ) и сервера телеметрических приложений (СТП). Серверы ССДТ и СТП осуществляют сбор информации с УСПД, итоговую обработку этой информации как по точкам учета, так и по их группам - тяговым подстанциям, документирование и отображение данных учета в виде, удобном для анализа и принятия решений оперативным персоналом;

Четвертый уровень - уровень автоматизированных рабочих мест и серверов службы энергоснабжения, осуществляющих сбор информации с серверов обработки данных третьего уровня.

Рисунок 1 - Иерархическая структурная схема АСМУЭ

Отличительной особенностью мобильного варианта системы является возможность ее быстрого развертывания и монтажа оборудования измерительного уровня на тяговой подстанции, что позволяет с меньшими затратами выполнять масштабирование системы или ее перенос на новые участки системы электроснабжения для выполнения диагностики. Это делается за счет применения беспроводных технологий передачи данных и использования модуля питания, подключаемого непосредственно к шине высокого напряжения, благодаря чему исключается необходимость монтажа проводных соединений.

2. Функциональное назначение уровней системы

2.1 Информационно-измерительный комплекс

Одним из основных требований, предъявляемых к системе автоматического учета является обеспечение гибкости при выполнении различных плановых заданий. Значительные объемы используемой информации и большая размерность решаемых задач требуют пристального внимания к организации сбора данных. Сбор информации представляет собой ничто иное, как процесс измерений.

Первый уровень АСМУЭ - информационно-измерительный комплекс точки учета электрической энергии осуществляет преобразование аналоговых сигналов тока и напряжения в цифровой вид, обработку и дальнейшую передачу данных на верхний уровень.

Измерительные блоки, устанавливаемые на входных устройствах тяговой подстанции (выпрямителях) и выходных устройствах (фидерах), представляют собой измерительные преобразователи, выполняющие измерение тока и напряжения, вычисление мощности и накопленной энергии, оперативное хранение полученных показаний и их передачу на концентратор. Измерение тока осуществляется посредством токового шунта, установленного штатно на всех устройствах тяговых подстанций, измерение напряжения - посредством резистивного делителя (рисунок 2).

Дискретизация измеряемых сигналов выполняется с частотой 16000 Гц, что позволяет определять с высокой точностью не только действующие значения тока и напряжения, мощность и переданную энергию, но и выполнять гармонический анализ сигналов и анализировать форму сигналов токов и напряжений. Пример осциллограмм напряжений, измеренных на выпрямителе, показан на рисунке 3. Осциллограммы и полученные по ним спектральные характеристики могут быть использованы, например, для диагностики устройств электроснабжения железной дороги и определения показателей качества электрической энергии.

Рисунок 2 - Функциональная схема измерительного блока

Рисунок 3 - Осциллограммы напряжения на выпрямителе тяговой подстанции постоянного тока

В состав измерительного блока входят: аналого-цифровой преобразователь с цепями первичного преобразования и нормализации сигналов тока и напряжения; микропроцессорный контроллер обработки и обмена данными с концентратором; сегнетоэлектрическая оперативная память для хранения текущих показаний счетчика и его конфигурационных параметров; часы реального времени; модуль ZigBee для обмена данными с концентратором подстанции; индикатор состояния, отображающий результаты самодиагностики измерительного блока и позволяющий определять его состояние и возможные неисправности без вывода высоковольтных устройств подстанции из работы, и другие устройства. Существует возможность удаленного перепрограммирования для изменения функционального состава программного обеспечения измерительного блока без вывода высоковольтного устройства подстанции из работы.

На первом уровне обеспечивается:

Автоматическое выполнение измерений и первичной обработки значений тока, напряжения, мощности, полученной и отданной электроэнергии по всем контролируемым электрическим присоединениям с выбранным интервалом;

Автоматическое выполнение измерений величин времени и интервалов времени;

Автоматическая регистрация событий в «Журнале событий», сопровождающих процессы измерения;

Автоматическая коррекция времени в ИИК;

Хранение результатов измерений, информации о состоянии средств измерений в специализированной базе данных;

Синхронизация времени ИИК с единым календарным временем;

Безопасность хранения информации и программного обеспечения;

Предоставление доступа к измеренным значениям параметров и «Журналам событий» со стороны ИВКЭ;

Конфигурирование и параметрирование технических средств и ПО;

Диагностика работы технических средств.

2.2 Информационно-вычислительный комплекс электроустановки

В состав технических средств второго уровня входят: устройство сбора и передачи данных, передающее данные с ИИК напрямую на верхний уровень ИВК, также интерфейс пользователя через жидкокристаллический экран и технические средства приема-передачи данных (каналообразующая аппаратура).

УСПД в данном случае реализовано в виде концентратора, объединяющего промышленный компьютер и сенсорный LCD-монитор с высокой яркостью, широким углом обзора и большой наработкой на отказ.

Концентратор ИВКЭ является шлюзом для получения данных с ИИК и передачи полученных данных на сервер сбора данных ИВК. Концентратор реализуется на базе промышленного компьютера (ПК). ПК обладают повышенной надежностью и устойчивостью к неблагоприятным условиям эксплуатации и обеспечивают механическую защиту от ударов и вибраций, пыле- и влагозащищенность, расширенный температурный диапазон эксплуатации, устойчивость к помехам и наводкам различной природы. Промышленные компьютеры имеют нормированные показатели наработки на отказ (MTBF), достигающие сотен тысяч часов непрерывной работы, малым временем восстановления после сбоев (MTTR).

Конкретный вариант ПК также зависит от следующих аспектов:

соответствие производительности процессора, типа и объема памяти и аппаратных возможностей требованиям программного системного и прикладного обеспечения;

количество и виды поддерживаемых интерфейсов и каналов передачи данных и способов их организации;

вид человеко-машинного интерфейса;

диапазон входного напряжения электропитания и уровень энергопотребления;

наличие требований по отсутствию принудительного охлаждения (безвентиляторная система).

На рисунке 4 приведена структурная схема концентратора, в которой можно выделить следующие основные элементы:

промышленный компьютер (с соответствующими интерфейсами);

сенсорный LCD-монитор для отображения данных измерения и управления;

USB-модуль ZigBee для взаимодействия с измерителями;

USB-модуль GPS/Глонасс для обеспечения синхронизации времени и определения местоположения.

Рисунок 4 - Структурная схема концентратора

Взаимодействие концентратора с ИВК может быть осуществлено через сеть передачи данных ОАО «РЖД» (СПД).

На втором уровне обеспечивается:

Автоматический сбор в УСПД ИВКЭ результатов измерений со всех ИИК, входящих в состав данного ИВКЭ;

Автоматический сбор в УСПД ИВКЭ данных о состоянии средств измерений («Журналов событий») со всех ИИК, входящих в состав данного ИВКЭ;

Автоматический сбор с ИИК текущей информации о параметрах энергопотребления;

Автоматическая коррекция времени в ИВКЭ;

Автоматическое хранение результатов измерений, состояний средств и объектов измерений в памяти УСПД;

Ведение «Журнала событий»;

Синхронизация времени ИВКЭ с единым календарным временем;

Механическая защита от несанкционированного доступа;

Возможность визуального контроля информации на индикаторе УСПД;

Интерфейс доступа со стороны ИВК и автоматическая передача результатов измерений и информации о состоянии средств измерений в ИВК.

2.3 Информационно-вычислительный комплекс

Третий уровень - информационно-вычислительный комплекс системы энергоучета (ИВК) представляет собой сервер со специализированным программным обеспечением, осуществляющий сбор информации с информационно-вычислительного комплекса электроустановок подстанций, информационно-измерительных комплексов и итоговую обработку этой информации. Информационно-вычислительный комплекс (рисунок 5) состоит из следующих основных элементов:

- сервер системы сбора данных телеметрии (ССДТ);

- сервер телеметрических приложений (СТП);

- отказоустойчивый кластер СУБД и система хранения данных;

- маршрутизатор доступа и коммутатор.



Рисунок 5 - Структурная схема информационно-вычислительного комплекса

ИВК выполняет накопление данных с ИИК, ИВКЭ, обработку, архивацию, долговременное хранение и предоставление пользователям и эксплуатационному персоналу регламентированного доступа к результатам мониторинга энергетических показателей. ИВК является элементом верхнего уровня АСМУЭ. В состав ИВК может входить автоматизированное рабочее место диспетчера (АРМ), которое укомплектовано программным обеспечением, предназначенным для просмотра результатов измерений и энергетических показателей в табличном и графическом виде:

наименование подстанции;

перечень фидеров контактной сети, на которых установлены измерительные комплексы;

напряжение;

ток в прямом и обратном направлении;

усредненное значение активной мощности;

приращение активной энергии.

Главными элементами ИВК являются:

средство сопряжения устройства сбора и передачи данных и сети передачи данных;

сервер системы сбора данных телеметрии (ССДТ);

сервер телеметрических приложений (СТП);

элементы системы обеспечения единого времени (СОЕВ), которая обеспечивает единое время на всех элементах системы.

Серверы функционируют под управлением операционной системы (ОС). На серверах также установлено специализированное программное обеспечение, выполняющее основной функционал ИВК. Сервис сбора данных телеметрии выполнен в виде службы - программного приложения, запускающегося при старте операционной системы ССДТ, и работает в скрытом от пользователя режиме или в виде консольного приложения. Во время своей работы сервис ведет журналы различных событий и ошибок, произошедших в системе.

Сервер системы сбора данных телеметрии (сервис телеметрии) осуществляет непосредственное взаимодействие с концентратором ИВКЭ и прием от него данных телеметрии с ИИК. Также ССДТ выполняет функцию системы обеспечения единого времени (СОЕВ) с использованием сигналов точного времени от спутников GPS/ГЛОНАСС.

Сервер телеметрических приложений осуществляет обслуживание пользователей внешних систем по обеспечению доступа к данным телеметрии. Для этого в его составе действуют FTP-сервис и web-сервис, которые предоставляют услуги доступа к информации по протоколам FTP и HTTP. Прокси-сервис обеспечивает регламентированный доступ к сервисам, контроль и балансировку траффика приложений.

На третьем уровне обеспечивается:

Автоматический и/или по запросу сбор результатов измерений со всех ИВКЭ подстанций, входящих в состав системы;

Автоматический и/или по запросу сбор данных о состоянии средств измерений («Журналов событий») со всех ИВКЭ, входящих в состав системы;

Автоматическое хранение результатов измерений, журналов событий системы, журналов событий ИИК, журналов событий УСПД в базе данных не менее трех лет;

Резервное копирование базы данных и копирование ее архива на внешний носитель информации;

Автоматическая коррекция времени в ИВК;

Автоматическая передача результатов измерений, данных о состоянии средств измерений в ИВК;

Синхронизация времени ИВК с единым календарным временем;

Механическая защита от несанкционированного доступа и пломбирование серверов ССДТ и СТП ИВК;

Программная защита серверов данных ИВК при параметрировании установкой пароля;

Ведение нормативно-справочной информации;

Предоставление пользователям и эксплуатационному персоналу регламентированного доступа к визуальным, печатным и электронным данным.

ИВК характеризуется следующими основными эксплуатационными возможностями:

работа в реальном масштабе времени всей сетевой и серверной инфраструктуры в целом;

гарантированный прозрачный доступ к информации 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, 365 дней в году;

надежность и отказоустойчивость решения в рамках используемых, а также планируемых, ресурсов;

малое время отклика, адекватная пропускная способность, отсутствие узких мест, изоляция трафика без дополнительных задержек;

масштабируемость, гибкость и управляемость инфраструктуры, позволяющие дальнейшее развитие, как для увеличения количества клиентских приложений, так и для роста производительности всего комплекса.



2.4 АРМ и серверы

Четвертый уровень представляет собой совокупность внешних АРМ и серверов (основного и резервного сервера сбора данных, сервера управления) и выполняет следующие задачи:

Автоматический регламентный сбор результатов измерений и данных о состоянии средств измерений со всех ИВК центров энергоучета железных дорог;

Контроль достоверности данных;

Контроль восстановления данных;

Хранение результатов измерений, состояний объектов и средств измерений в специализированной базе данных;

Ведение нормативно-справочной информации;

Ведение журналов событий;

Формирование отчетных документов;

Агрегирование показаний счетчиков с учетом возможного изменения электрической схемы;

Обеспечение безопасности хранения данных и программного обеспечения;

Конфигурирование и параметрирование технических средств и программного обеспечения АСКУЭ;

Предоставление пользователям регламентированного доступа к визуальным, печатным и электронным данным;

Диагностика работы технических средств и программного обеспечения АСМУЭ.

Обеспечение единого времени в АСМЭ обеспечивается использованием автоматизированных систем обеспечения единого времени (СОЕВ) и осуществляется с привязкой к единой системе исчисления времени. В состав СОЕВ входит устройство синхронизации системного времени (УССВ), а также все средства измерений времени в АСКУЭ (таймеры счетчиков, устройства сбора и передачи данных, серверы). СОЕВ выполняет законченную функцию измерений времени, имеет нормированные метрологические характеристики и обеспечивает синхронизацию времени при проведении измерений количества электроэнергии с точностью не хуже 5,0 с/сутки. СОЕВ обеспечивает синхронизацию времени на всех уровнях системы.



Заключение

информационный вычислительный комплекс электроустановка

Производственная практика проходила с 13 февраля 2017 года по 12 марта 2017 года по направлению подготовки магистратуры «Управление в технических системах» на предприятии ООО «Системы комплексной энергоэффективности».

В ходе прохождения практики по получению профессиональных умений и опыта профессиональной деятельности была изучена автоматизированная система мониторинга и учета электроэнергии на фидерах контактной сети постоянного тока, рассмотрены структурная и функциональная схемы системы и ее отдельных элементов.



Библиографический список

1. В.А. Гапанович, В.Д. Авилов, Б.А. Аржанников. Энергосбережение на железнодорожном транспорте: учебник Э65 для вузов -М.: Изд. Дом МИСиС, 2012. - 620с.

2. АСКУЭ современного предприятия [Электронный ресурс] / Электрон. Текстовые дан. - Режим доступа: http://www.eu.sama.ru/askue.html

Размещено на Allbest.ru

...