книги / Микропроцессорные средства автоматизации энергетических систем. Микропроцессорные счётчики электрической энергии

зования в различных АСКУЭ предлагается широкий набор интерфейсов (CAN, RS-485, IrDA, встроенный PLС-модем).

СЭ трёхфазные «МЕРКУРИЙ 230AR»

Измерение и учет активной и реактивной энергии в одном направлении в трехфазных сетях переменного тока частотой 50 Гц. Счетчик измеряет параметры трехфазной сети (фазные токи, напряжения, мощности и др.). Возможно переключение тарифных зон и управление нагрузкой потребителя по сигналам интерфейса.

Класс точности A/R: 0,5S/1,0; 1,0S/2,0.

Номинальноефазноенапряжение: 57,7 В; 220 В. Номинальный ток: 5(50)А; 10(100)А. Интерфейсы: CAN, RS485, PLС-модем.

СЭ трёхфазные активной энергии «МЕРКУРИЙ 230AM»

Измерение и учет активной энергии в одном направлении в трехфазных сетях перемен. тока частотой 50 Гц.

Класс точности 0,5S; 1,0S. Номинальное напряжение 57,7 В; 220 В. Номинальныйток5А; 10А(макс. до100 А).

Антиреверсное электромеханическое отсчётное устройство.

Телеметрический канал.

СЭ трёхфазные активной энергии «МЕРКУРИЙ 231AM»

Измерение активной электроэнергии в трёхфазных сетях. Современный дизайн, малые габариты. Оснащён антиреверсным отсчётным устройством. Защищён от неправильного подключения. КрепитсянаDIN-рейку.

Класс точнocти 1,0S. Номинальный (макс.) ток 5(60) А. Телеметрический канал.

111

ПРИЛОЖЕНИЕ 6

Автоматизированная система коммерческого учёта энергоресурсов (АСКУЭ) «Меркурий PLC»

Количество имеющихся АСКУЭ достаточно велико. Подробно структуры АСКУЭ, их возможности и пути развития рассмотрены в [6]. В данном пособии приведена одна из перспективных систем для применения в ЖКХ, которые будут востребованы в связи с широким внедрением систем учета в этой сфере после принятия Федерального закона №161 от 23.11.09 «Об энергоэффективности…».

Концепция построения

«Меркурий PLC» – это современная АСКУЭ, ориентированная на применение в коммунальном и мелкомоторном секторах, коттеджных и дачных посёлках (рис. 1). Отличительной особенностью нашей системы от множества других является то, что контроль за потреблением электроэнергии осуществляется по силовой сети 220 В. Обеспечивая функциональность АСКУЭ, построенных на базе счётчиков с проводными цифровыми интерфейсами RS-485 или подобными, система «Меркурий PLC» за счёт отсутствия объединяющего интерфейсного кабеля резко удешевляет стоимость монтажных работ и последующую эксплуатацию системы, увеличивает надежность функционирования и вандалоустойчивость. Технические решения, применённые при разработке коммуникационного оборудования, являются уникальными среди подобных устройств и защищены двумя патентами РФ.

Состав системы

Оборудование системы состоит из концентратора данных «Меркурий 225», который является основным узлом системы и множества однофазных или трёхфазных счётчиков «Меркурий», оснащённых встроенными PLC-модемами. Концентратор устанавливается в любом подходящем месте трёхфазной сети, например, в электрощитовой жилого дома, а чаще на трансформаторной подстанции и подключаются ко всем трём фазам. Ос-

112

новные его функции – обеспечить синхронизацию передачи данных счётчиками и собрать информацию об энергопотреблении с её последующим сохранением в собственной энергонезависимой памяти. Кроме этого, он осуществляет раздачу сигналов точного времени и изменяет режимы работы счётчиков. Концентратор оснащён последовательными интерфейсами RS- 485 и RS-232 через которые подключаются дополнительные контроллеры и устройства передачи информации на компьютер центрального диспетчерского пункта. Это могут быть GSMшлюзы, радиомодемы, адаптеры сети Ethernet. Возможен съём накопленной информации на переносной компьютер инспектора непосредственно на месте установки концентратора.

Рис. 1. Структура автоматизированной системы коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ) в ЖКХ

Принцип работы

Обмен данными между счётчиками и концентратором происходит с помощью широкополосных сигналов с различной модуляцией. Сигнал концентратора использует модуляцию вида PSK с расширением спектра за счет скачков частоты, а сигнал встроенных модемов использует модуляцию вида OFDM. Все

113

данные в системе передаются строго периодическими пакетами по 64 бита, и в случае сильных помех концентратор может накапливать сигнал для повышения рабочего соотношения сигнал/шум.

Система сбора данных работает следующим образом. Концентратор периодически (раз в несколько секунд) излучает синхросигнал длительностью 2,5 секунд, принимаемый всеми подчинёнными узлами системы, которые интерпретируют факт приёма синхросигнала как команду на передачу одного бита своих данных. При этом узел № 1 передаёт свой бит сразу после окончания сигнала синхронизации, узел № 2 – с задержкой на 10 мс. Узел № 3 – с задержкой на 20 мс и т.д.

Передача данных производится всеми узлами в области пересечения нулевого уровня основным напряжением сети, так как эта область сетевого полупериода наиболее свободна от помех со стороны сетевых потребителей электроэнергии. Концентратор побитно принимает данные от счётчиков и сохраняет распознанные пакеты в энергонезависимой памяти, откуда их в любой момент можно считать через один из его последовательных ин-

терфейсов (RS-485, RS-232).

Сегмент сети, обслуживаемый одним концентратором, может включать до 1008 точек учёта. Периодичность передачи данных об энергопотреблении зависит от количества подчинённых узлов исоставляет от 3 минут (при 16 счётчиках) и до 14 минут (при 1000). Расстояние устойчивого приема от крайнего счетчика до концентратора не менее 500 метров при любом состоянии силовой сети и не зависит от времени суток. При хорошем состоянии связь обеспечиваетсяна расстоянии в 1000 иболееметров.

Монтаж и наладка

Развертывание системы в простейшем варианте сводится к установке индивидуальных счетчиков у абонентов, общедомовых счётчиков, обслуживающих лифты и освещение, балансных счетчиков на ВРУ домов, концентратора и балансных счётчиков на ТП. Несанкционированные подключения фиксируются путем анализа суммы показаний счетчиков, установленных у абонентов и общедомовых с показаниями трёхфазного балансного

114

счетчика, который имеет возможность учета энергопотребления по каждой фазе трехфазной сети. Перед установкой счётчиков необходимо присвоить сетевые адреса внутренним PLCмодемам. Для этого предназначен технологический модем «Меркурий 225». Программное обеспечение нижнего уровня, а именно, программы «ВMonitor.exe » и « TComm.exe » бесплатны и входят в состав поставки оборудования. Программа «ТСомм» используется совместно с технологическим модемом (T-модемом) Меркурий 223 для назначения индивидуального сетевого адреса счетчика. Программа «BМonitor» предназначена для задания параметров конфигурации концентратора Меркурий 225 и просмотра принятых пакетов, содержащих информацию об энергопотреблении абонентских счетчиков в сегменте сети, обслуживаемой данным концентратором.

Систему «Меркурий PLC» отличает от существующих аналогов: очень надёжная передача данных по силовой сети за счет применения модемов собственной конструкции, которые отличает от существующих очень низкое рабочее соотношение сигнал/шум в точке приёма (вплоть до минус 20 dB), а по затуханию – около 60 dB. Такие характеристики позволяют вести надёжный приём данных даже при превышении шумов над сигналом более чем в 10 раз (по амплитуде) и на расстояния более 500 метров в любое время суток.

Невысокая стоимость оборудования при высоких технических характеристиках.

Низкие затраты на внедрение, которые сводятся к монтажу счетчиков с заранее установленным сетевым адресом и концентратора. Причём наращивание количества абонентов сводится просто к установке очередного счетчика без перенастройки УСПД и программного обеспечения.

Полностью отсутствует необходимость в дополнительных проводах цифрового интерфейса связи, что даёт абсолютную защиту системы от вандализма.

Максимальное количество счетчиков, опрашиваемых одним концентратором, до 1008. Периодичность опроса от 3 до 15 минут при любом состоянии среды передачи.

115

Система универсальна. Имеет единую топологию с возможностью применения в частном, коммунальном, мелкомоторном секторах. Наилучшее применение во вновь возводимых жилых объектах. Поскольку счётчики с PLC-модемами не слишком отличаются по цене от обычных однотарифных или многотарифных, имеет смысл устанавливать именно их, а затем по мере необходимости оснащать трансформаторные подстанции концентраторами и организовывать дистанционный сборпоказаний со счётчиков.

Внедрение системы сбора данных «Меркурий PLC» имеет следующие приемущества:

–Расчетные и диспетчерские службы получат дистанционный доступ к актуальной учетной и аварийной информации по каждой квартире и по жилому дому в целом.

–Устраняется возможность хищения электроэнергии и других нарушений со стороны конечных потребителей за счёт оперативного контроля баланса потребления жилого дома.

–Предоставляется возможность введения многотарифной и гибкой системы расчетов за потребляемую электроэнергию.

–Отказ от системы выписки счетов за потреблённую электроэнергию самими жильцами и переход на выписку счетов энергоснабжающей организацией.

116

ПРИЛОЖЕНИЕ 7

Описание интегральных микросхем для электронных счетчиков электроэнергии

Фирма ANALOG DEVICES выпускает много интегральных микросхем по обработке аналоговых сигналов, в том числе для счетчиков электроэнергии. Возможности некоторых микросхем приведены в табл. 1. Все микросхемы могут работать от микроомного шунта по току и от трансформатора тока по напряжению, учитыватьактивнуюэнергию, имеют высокочастотный выход.

Счетчики имеют:

−низкочастотный импульсный выход;

−аппаратную калибровку.

Счетчики электроэнергии с последовательным SPI-интер- фейсом и прерыванием имеют:

–программную калибровку;

–определение переходов нулевого уровня;

–контроль повышения/понижения напряжения, cos и т.д.

Таблица 1 Счетчики электроэнергии с импульсным выходом

Структура интегральной микросхемы ADE7755 с импульсным выходом фирмы ANALOG DEVICES представлена на рис. 1.

Рис. 1. Структура интегральной микросхемы ADE7755

Аналоговая часть микросхемы ADE7755 включает лишь АЦП и источник опорного напряжения. Все дальнейшие преобразования сигнала, такие как перемножение и фильтрация, происходят с сигналом в цифровом виде. Такой подход обеспечивает очень высокую стабильность и точность при предельных значениях параметров окружающей среды и в течение длительного времени.

118

Микросхема ADE7755 выдает информацию о средней активной мощности на низкочастотных выходах Fl и F2. Эти импульсные выходы могут быть использованы непосредственно для управления электромеханическим счетным механизмом (управление от выходов F1 и F2 двухфазным шаговым двигателем) или могут подключаться к микроконтроллеру. Высокочастотный импульсный выход CF дает информацию о мгновенной активной мощности. Этот выход предназначен для калибровки или для подключения к микроконтроллеру.

Логический выход REVP можно использовать для индикации возможного неправильного подключения к сети (отрицательной мощности).

Усилитель с программируемым коэффициентом усиления в канале измерения тока позволяет использовать шунт с малой величиной сопротивления. С помощью входов G1, G2 можно задать 4 коэффициента усиления: 1, 2, 8, 16.

Собственные встроенные АЦП и цифровой сигнальный процессор обеспечивают высокую точность в широком диапазоне условий и долговременную стабильность.

Встроенная защита от самохода счетчика (имеется порог мощности нагрузки, начиная с которого счетчик работает). Внутренний пороговый детектор отсутствия нагрузки гарантирует, что счетчик не будет регистрировать потребление электроэнергии при отсутствии нагрузки.

Внутренняя схема совмещения фазы обеспечивает соответствие фаз сигналов в каналах измерения тока и напряжения. Эта схема работает независимо от того, включен или нет фильтр высокой частоты в канале Vl.

Встроенный источник опорного напряжения 2,5 B 8 % (типичный дрейф составляет 30·10-6/0С) с возможностью подключения внешнего источника опорного напряжения.

Один источник питания. AVDD = DVDD = 5 В ± 5 %, AGND = = DGND = GND. Токи АDD = 2 мА, DDD = 1,5 мА. Типичное значе-

ние потребляемой мощности 15 мВт. Встроенный контроль напряжения источника питания включает в себя схему контроля на-

119

пряжения питания на выводе AVDD. Микросхема ADE7755 остается в состоянии сброса до тех пор, пока напряжение источника питания не достигнет 4 В. Если напряжение источника питания падает ниже 4 В, ИС ADE7755 также переходит в состояние сброса, при этомимпульсы навыходах F1, F2 и CF отсутствуют.

Максимальные значения дифференциальных сигналов на входах V1P и V1N, V2N и V2P относительно АGND должны быть не более ±1 в. Максимальный уровень дифференциального сигнала по току 470 мВ, по напряжению ±660 мВ.

Тактовая частота CLKIN = 3,58 МГц, но может быть от 1 до 4 МГц.

Тmin – Tmax =–40 °C…+85 °C.

Микросхема обеспечивает высокую точность – ошибка менее 0,1 % при динамическом диапазоне 500:1.

Используется недорогая КМОП-технология.

ИС ADE7755 выпускается в корпусе SSOP с 24 выводами. Микросхема ADE7755 совместима по выводам с ИС AD7755. Единственное различие между микросхемами ADE7755 и AD7755 заключается в том, что выходы CF и F1/F2 микросхемы ADE7755 синхронны при любой нагрузке.

Описание выводов микросхемы

DVDD – вывод питания цифровой части ИС. Через этот вывод питаются цифровые схемы, входящие в ИС ADE7755. Чтобы ИС обеспечивала параметры, соответствующие техническому описанию, на этот вывод необходимо подать напряжение питания 5 В ± 5 %. Этот вывод должен быть развязан конденсатором емкостью 10 мкФ и параллельно подключенным керамическим конденсатором емкостью 0,1 мкФ.

АС/ DC – включение фильтра высокой частоты в канале измерения тока V1 (канале измерения тока). Фильтр высокой частоты включается подачей на данный вывод уровня логической единицы. Фазочастотная характеристика фильтра компенсирована в частотном диапазоне от 45 до 1 кГц. В устройствах измерения мощности фильтрвысокой частоты должен бытьвключен.

120