BG1485U1

BG1485U1 - Система за дистанционно отчитане, обработка на данните и управление на потреблението на електрическа енергия

Info

Publication number: BG1485U1
Application number: BG1974U
Authority: BG
Inventors: Красимир КУЗМОВ; Стефан ДИКАРЛО; Бисер ФИЛИПОВ; Живко ИВАНОВ
Original assignee: "Адд България" Оод
Priority date: 2011-04-18
Filing date: 2011-04-18
Publication date: 2011-08-31

Abstract

Системата включва крайни устройства (1), представляващи електромер, монофазен или трифазен, които измерват потреблението и параметрите на електрическата енергия и чрез комуникация по съществуващата електроразпределителна мрежа (11, 12) или чрез безжична комуникация ги предава на междинно комуникационно устройство (2, 4) или на центъра за управление (3). Комбинирането на жични и безжични технологии за комуникация позволява да се използват максимално съществуващите инфраструктури, което изключително намалява разходите за внедряване. Инструментите на системата и директното управление на потреблението позволяват и локализиране на загубите, както и намаляването или прекратяването им, повишаване на ефективността, намаляване и оптимизиране на разходите. Решението е гъвкаво и мащабируемо и позволява да се избегнат недостатъците на съществуващите до момента такива системи.

Description

Област на техниката

Полезният модел се отнася до система за дистанционно отчитане, обработка на данните и управление на потреблението на електрическа енергия, която ще намери приложение в промишлеността и бита. На базата на анализа и обработката на данните, системата може да изпраща сигнали към устройствата за отчитане и контрол на потреблението на електрическа енергия по предварително зададени критерии.

От това следва, че системата може да намери приложение във всички сфери, където е необходим пренос на данни от показания, за състояния на устройства, за параметри на измервани величини от всякакви измервателни устройства, управление на контролни и изпълнителни органи, вградени в измервателни устройства, пренос и обработката на данните от измерването и за дистанционно управление на процеси.

Предшестващо състояние на техниката

Известна е система за дистанционно отчитане на електрическа енергия, разкрита в патент US 2004/0059585 А1, която се състои от 30 крайно устройство, представляващо електромеханичен електромер, свързано чрез телефонни жични или безжични линии за комуникация към обществената световна мрежа от компютри и интернет за предаване на данните до център за управление. Центърът за управление се състои от комуникационен сървър, база данни за съхранение на данните от отчитането и конфигурации на крайните устройства, и потребителски модул, осигуряващ достъп на потребителите от 40 електроразпределителната компания до данните за обработка, анализи и експортиране към други системи.

Електромеханичният електромер преобразува аналогова информация в цифрова инфор- 45 мация, която се предава в центъра за управление.

но на тока във фазовата верига, напрежението и съответно на потребената електрическа енергия.

Когато настъпи предварително дефинираното време за предаване на данни в центъра, електромерът посредством вграден модем, избира центъра, използвайки телефонната линия на абоната и при осъществяване на връзка изпраща данни в центъра, а центъра изпраща информация предназначена за електромера (ако има такава), като например конфигурации и тарифни планове.

Така изградена системата се използва за дистанционно отчитане на електромери през обИзвестни са стандарти за комуникация по електроразпределителната мрежа IEC 61334, за измерване на електрическа енергия IEC 62056 DLMS/COSEM.

Известни са също така и изцяло електронни електромери с вградени комутиращи релета и датчици за диференциален ток.

Техническа същност на полезния модел

Задачата е да се създаде система, за дистанционно отчитане, обработка на данните и управление на потреблението на електрическа енергия, с която да се избегнат недостатъците на съществуващите до момента такива, като например необходимостта от наличие на телефонна линия на мястото на отчитане, което ги прави неприложими в някои случаи. В същото време максимално се използва съществуващата инфраструктура (електроразпределителната мрежа), което прави изграждането и поддръжката на системата по-лесно, по-ефективно и намалявало минимум разходите.

Задачата е решена чрез система, включваща крайни устройства, които могат да бъдат електромер (монофазен или трифазен), контролер за управление на улично осветление, контролер за управление на големи консуматори и др. Крайното устройство измерва потреблението и параметрите на електрическата енергия и чрез комуникация по електроразпределителната мрежа или чрез безжична комуникация ги предава на междинно комуникационно средство или директно на центъра за управление.

Системата за дистанционно отчитане на потреблението на електрическа енергия и обработка на данните и управление на потреблението на електрическа енергия са показани в следните вариантни изпълнения.

В едно от вариантните изпълнения систе

1485 Ul мата за дистанционно отчитане, обработка на данни и управление на потреблението на електрическа енергия, включва крайни устройства с вградени модеми, които са свързани посредством комуникационно средство към център за управление. Модемите на крайните устройства включват вградено комутиращо реле за дистанционно включване и изключване, датчик за диференциален ток и устройство за обработка, предаване и приемане на цифров или аналогов сигнал. Комуникационното средство съдържа поне едно устройство за приемане и предаване на данни, а центъра за управление съдържа модем за връзка.

При втория вариант на изпълнение на система за дистанционно отчитане, обработка на данни и управление на потреблението на електрическа енергия, крайните устройства са свързани към поне едното устройство за приемане и предаване на данни, чрез мрежа ниско напрежение. Между центъра за управление и устройството за приемане и предаване на данни е разположено второ устройство за приемане и предаване на данни, като връзката между двете устройства за приемане и предаване на данни е осъществена посредством мрежа средно напрежение. При този случай устройството за приемане и предаване на данни има вградени модеми за връзка, а връзката между устройството за приемане и предаване на данни и центъра за управление е осъществена посредством локална мрежа.

При третия вариант на изпълнение, на системата крайните устройства са свързани към поне едното устройство за приемане и предаване на данни чрез мрежа ниско напрежение, като връзката между устройството за приемане и предаване на данни и центъра за управление е осъществена посредством мобилна връзка.

Крайното устройство, което може да представлява монофазен или трифазен електронен електромер, контролер за управление на улично осветление, контролер за управление на големи консуматори и др. такива, което устройство измерва потреблението и параметрите на електрическата енергия, а в него могат да бъдат вградени елементи за контрол на достъпа (като например датчик за отваряне на капака на електромера) и елементи за контрол на потреблението (датчик за диференциален ток). В зависимост от конк ретната реализация крайното устройство има вграден модем за жична или безжична комуникация за връзка с междинно комуникационно средство или с центъра за управление. Комуникационното средство има вградени модеми за жична или безжична връзка, или комбинация от двете, за връзка с крайните устройства от една страна и центъра за управление от друга страна. То изпраща данни между крайните устройства и центъра за управление и уплътнява многото на брой нискоскоростни връзки с крайните устройства, осъществявани чрез комуникация по съществуващата електропреносна мрежа за ниско напрежение, във високоскоростната връзка с центъра. Центърът за управление е изграден от комуникационни модули, които могат да бъдат различни като тип за поддръжката на различните комуникационни интерфейси (жични и безжични) и като брой в зависимост от броя на крайните и междинните комуникационни устройства, които са включени в системата, база данни за съхранение на данните от крайните устройства и потребителски модул за достъп, обработка и анализ на данните и управление на системата.

Така изградената система позволява двупосочна комуникация, в реално време, между центъра за управление и крайните устройства. Потребителите на системата, каквито например са електроразпределителните предприятия, получават веднага снимка на /информацията за/ цялата система, с други думи информация за параметрите и състоянието на системата в едно и също време. Това изключително улеснява взимането на решение относно управлението на стопанисваната от електроразпределителното предприятие инфраструктура.

С предложеното решение се избягват ограниченията на съществуващите подобни системи, като например необходимостта от наличност на телефонна линия, което в определени случаи налага изграждането на допълнителна инфраструктура, а в други случаи ги прави неприложими. В същото време се използва оптимално съществуващата инфраструктура (електропреносната мрежа) и се ограничават до минимум разходите към външни доставчици (на телефонни и интернет услуги или на мобилни комуникации) и зависимостта от тях. С използването на междинни комуникационни устройства, концен

1485 Ul триращи данните от много крайни устройства, намалява изключително натоварването върху комуникационните модули на центъра за управление и позволява разрастване на мащабите на системата до милиони крайни устройства.

Наличието на вградено комутиращо реле позволява при необходимост абонатът да бъде включен или изключен към електроразпределителната мрежа. На база на данните за потреблението и параметрите на електрическата енергия е възможно оператор или самата система, на базата на предварително дефинирани критерии от електроразпределителната компания или от самия клиент, да предприемат действия по включване или изключване. Това от една страна позволява бърза и гъвкава реакция, подобрява услугата, предоставяна от електроразпределителната компания на клиентите. От друга страна премахва необходимостта от посещение на служител на място и намалява разходите особено в случаите, когато електромерното табло е трудно достъпно (на стълб) и е необходимо използването на вишки.

Вграденото комутиращо реле също така предоставя възможност за защита на потребителя от електропреносната мрежа, както и на електропреносната мрежа от потребителя при аварийни и извънредни ситуации. Това гарантира предоставянето на качествена услуга на потребителя и допълнително разширява възможностите на електроразпределителната компания.

Пояснение на приложените фигури

Примерно изпълнение на системата, предмет на полезния модел, е показано на приложените фигури, където:

Фигура 1 представлява блокова схема на система за дистанционно отчитане, при която се използва електроразпределителната мрежа за средно и ниско напрежение;

фигура 2 - блокова схема на система за дистанционно отчитане, при която се използва електроразпределителната мрежа за ниско напрежение и мобилна мрежа за комуникации;

фигура 3 - блокова схема на система за дистанционно отчитане, при която се използва мобилна мрежа за комуникации.

Примери за изпълнение на полезния модел

Системата за дистанционно отчитане на потреблението на електрическа енергия и обра ботка на данните и управление на потреблението на електрическа енергия са показани в следните вариантни изпълнения.

При първия вариант за примерно изпълнение, представен на фиг. 1, системата за дистанционно отчитане, обработка на данни и управление на потреблението на електрическа енергия, включва крайни устройства с вградени модеми, като крайните устройства са свързани посредством комуникационно средство към център за управление 3. Модемите на крайните устройства 1 включват вградено комутиращо реле 5 за дистанционно включване и изключване, датчик за диференциален ток 6 и устройство за обработка, предаване и приемане на цифров или аналогов сигнал 7. Комуникационното средство съдържа поне едно устройство за приемане и предаване на данни 2, а центърът за управление 3 съдържа модем за връзка 9'.

При втория вариант на изпълнение на система за дистанционно отчитане, обработка на данни и управление на потреблението на електрическа енергия, крайните устройства 1 са свързани към поне едното устройство за приемане и предаване на данни 2, чрез мрежа ниско напрежение 10. Между центъра за управление 3 и устройството за приемане и предаване на данни 2 е разположено второ устройство за приемане и предаване на данни 4, като връзката между двете устройства за приемане и предаване на данни 2 и 4 е осъществена посредством мрежа средно напрежение 11. При този случай второто устройство за приемане и предаване на данни 4 има вградени модеми за връзка 8', 9, а връзката между устройството за приемане и предаване на данни 4 и центъра за управление 3 е осъществена посредством локална мрежа 12.

При третия вариант на изпълнение на системата крайните устройства 1 са свързани към поне едното устройство за приемане и предаване на данни 2 чрез мрежа ниско напрежение 10, като връзката между устройството за приемане и предаване на данни 2 и центъра за управление 3 е осъществена посредством мобилна връзка 14.

Приложение на полезния модел

Системата за дистанционно отчитане и обработка на данните и управление на потреблението на електрическа енергия служи за измер

1485 Ul ване потреблението на електрическа енергия и параметрите на доставяната електрическа енергия, на базата на анализа и обработката на данните, като системата изпраща сигнали към устройствата за отчитане и контрол на потреблението на електрическа енергия по предварително зададени критерии.

При настъпване на конфигурирания период на отчитане, например на всеки 15 min, крайните устройства 1, например електромерите записват данните от измерванията в паметта си и чрез вградения модем 7 за комуникация по електропреносната мрежа ниско напрежение 10 ги предават на устройството за приемане и предаване на данни 2, разположен в трафопоста. Това позволява устройството за приемане и предаване на данни 2 да събере данните от всички електромери 1 захранвани от трафопоста, измерващи електрическата енергия, консумирана от абонати на ниско напрежение. Устройството за приемане и предаване на данни 2 след това, чрез вграден модем за комуникация по електропреносната мрежа средно напрежение 8 изпраща по съществуващата електропреносна мрежа средно напрежение 11 данните от електромерите второто устройство 4, който е разположен в подстанцията. Подстанцията винаги има комуникационна свързаност със седалището на електроразпределителната компания, където се разполага центъра за управление 3 (наети линии, оптични кабели, Ethernet). Второто устройство за приемане и предаване на данни за мрежа средно напрежение 4 събира данните от няколко концентратора за мрежа ниско напрежение 2 /например от всички трафопостове, които се захранват от подстанцията/ и ги изпраща през модема 9 в центъра за управление 3 по локалната мрежа на електроразпределителната компания 12. По този начин за преноса на данните се използва изцяло съществуващата инфраструктура, без необходимост от разходи към доставчици на външни услуги.

Ако електроразпределителната компания няма собственост върху подстанцията или мрежата за средно напрежение 8, устройството за приемане и предаване на данни за мрежа ниско напрежение 2 може да използва модем за мобилна услуга за данни GPRS 13 за директна връзка с центъра за управление 3 през мобилна мрежа за комуникации 14. По този начин на це ната на една услуга, предоставена от мобилната мрежа за комуникации, могат да се управляват стотици крайни устройства, комуникиращи със съответните устройства за приемане и предаване на данни и ако възникне проблем с мобилната мрежа е достатъчно просто да се замени СИМ картата.

В същото време, по този начин могат да се изградят две напълно независими инфраструктури за отчитане и управление на потреблението на електрическа енергия, управлявани от един център 3 на системата. Например една мрежа за отчитане на електрическа енергия, използваща комуникация по захранващата мрежа и друга мрежа за управление на улично осветление, използваща безжична комуникация. Това е изключително предимство за големи компании, които доставят и управляват различни енергоресурси и структури, като позволява оптимизиране на инвестициите, ресурсите и разходите по поддръжката. В редки случаи на изолирани точки на отчитане, където липсва или е неефективно използването на съществуващата инфраструктура може да се използва крайно устройство с модем за мобилна услуга за данни GPRS 13 за директна комуникация с центъра за управление 3.

Данните от електромерите се записват и съхраняват в базата данни на центъра за управление 3. Потребителският модул позволява достъп до тях на операторите на система за анализи, справки и експорт на данните и достъп на абонатите на компанията за проверка на потреблението.

На базата на събраната информация могат да се предприемат действия чрез изпращане на команди към изпълнителни механизми в крайните устройства или насочване на персонала за под дръжка за предприемане на конкретни действия. Наличието на вградено комутиращо реле позволява при необходимост абонатът да бъде включен или изключен към електроразпределителната мрежа - директно управление на потреблението.

На база на данните от потреблението е възможно оператор или самата система, на базата на предварително дефинирани критерии, да предприемат действия спрямо абонат, който е достигнал зададен лимит за потребление 100 кВ. В този случай системата изпраща команда до

1485 Ul изпълнителния орган на електромера - комутиращо реле, да изключи абоната от захранващата мрежата. Обратното включване към захранващата мрежа също е възможно по команда от центъра за управление 3.

Наличието на вградено комутиращо реле 6 също така предоставя възможност за защита на потребителя от електропреносната мрежа, както и на електропреносната мрежа от потребителя. Системата позволява да се зададат критерии, свързани с качеството на електрическата енергия, които системата да следи и предприема съответни действия. Например при спадане или повишаване на напрежението извън допустимите стойности, токови удари в мрежата и др., абонатът да бъде изключен от мрежата.

Системата проверява след определено време дали причината за възникналото събитие е отпаднала и включва отново абоната към мрежата. Това гарантира предоставянето на качествена услуга на потребителя и допълнително разширява възможностите на електроразпределителната компания.

Освен електромери и контролери за улично осветление, като крайни устройства в системата могат да се използват и контролери за управление на големи консуматори. Електроразпределителната компания може да предложи на клиентите си преференциални цени на електрическата енергия срещу съгласието да включат големите си консуматори (бойлер, климатик) към такъв контролер. Контролерът отчита потреблението на консуматора и има вграден изпълнителен орган (комутиращо реле). Контролерът посредством вграден модем за комуникация по електропреносната мрежа ниско напрежение има връзка с концентратора в трафопоста и оттам - с центъра за управление. Така електроразпределителната компания може в момент на пиково натоварване да изключи определени консуматори в даден район за определено време /времето за пиково натоварване/ и така да избегне сривове в захранващата мрежа. Това по никакъв начин не нарушава комфорта на потребителите и качеството на доставяната услуга (жилището е захранено с електрическа енергия). По този начин електроразпределителната компания може да участва в националния баланс на електрическа енергия.

Поставянето на допълнителни електроме ри на ключови места в инфраструктурата позволява сравняването на доставена потребена електроенергия, което е много важен инструмент за локализиране на загуби и кражби. Друг такъв инструмент е използването на крайни устройства с датчици за диференциален ток, които при разлика между тока във фазовия и нулевия проводник (признак за нередност и съмнение за манипулация и опит за кражба) изпраща веднага аларма в центъра за управление 3. Това предоставя много големи възможности на електроразпределителните компании, като позволява намаляване на загубите на електрическа енергия.

Крайното устройство, което може да представлява монофазен или трифазен електронен електромер, контролер за управление на улично осветление, контролер за управление на големи консуматори и др. такива, което устройство измерва потреблението и параметрите на електрическата енергия, а в него могат да бъдат вградени елементи за контрол на достъпа (като например датчик за отваряне на капака на електромера) и елементи за контрол на потреблението (датчик за диференциален ток). В зависимост от конкретната реализация крайното устройство има вграден модем за жична или безжична комуникация за връзка с междинно комуникационно средство или с центъра за управление. Комуникационното средство има вградени модеми за жична или безжична връзка, или комбинация от двете, за връзка с крайните устройства от една страна и центъра за управление от друга страна. То изпраща данни между крайните устройства и центъра за управление и уплътнява многото на брой нискоскоростни връзки с крайните устройства, осъществявани чрез комуникация по съществуващата електропреносна мрежа за ниско напрежение, във високоскоростната връзка с центъра. Центърът за управление е изграден от комуникационни модули, които могат да бъдат различни като тип за поддръжката на различните комуникационни интерфейси (жични и безжични) и като брой в зависимост от броя на крайните и междинните комуникационни устройства, които са включени в системата, база данни за съхранение на данните от крайните устройства и потребителски модул за достъп, обработка и анализ на данните и управление на системата.

Claims

Претенции

1. Система за дистанционно отчитане, обработка на данни и управление на потреблението на електрическа енергия, включваща крайни устройства с вградени модеми, като крайните устройства са свързани посредством комуникационно средство към център за управление, характеризираща се с това, че модемите на крайните устройства (1) включват вградено комутиращо реле (5) за дистанционно включване и изключване, датчик за диференциален ток (6) и устройство за обработка, предаване и приемане на цифров или аналогов сигнал (7), при което комуникационното средство съдържа поне едно устройство за приемане и предаване на данни (2), а центърът за управление (3) съдържа модем за връзка (9’).
2. Система за дистанционно отчитане, обработка на данни и управление на потреблението на електрическа енергия съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че крайните устройства (1) са свързани към поне едното устройство за приемане и предаване на данни (2) чрез мрежа ниско напрежение (10), като между центъра за управление (3) и устройството за приемане и предаване на данни (2) е разположено второ устройство за приемане и предаване на данни (4), като връзката между двете устройства за приемане и предаване на данни (2 и 4) е осъществена посредством мрежа средно напрежение (11), при което устройството за приемане и предаване на данни (4) има вградени модеми за връзка (8¹, 9), а връзката между устройството за приемане и предаване на данни (4) и центъра за управление (3) е осъществена посредством локална мрежа (12).
3. Система за дистанционно отчитане, обработка на данни и управление на потреблението на електрическа енергия съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че крайните устройства (1) са свързани към поне едното устройство за приемане и предаване на данни (2) чрез мрежа ниско напрежение (10), като връзката между устройството за приемане и предаване на данни (2) и центъра за управление (3) е осъществена посредством мобилна връзка (14).