Особенности разработки программного обеспечения для систем контроля и диагностики информационно-измерительных комплексов учета электроэнергии на базе счетчиков электроэнергии производства АО "Нижегородское НПО имени М.В. Фрунзе"

Features of the software development for the control and diagnostics information and measuring complex accounting of electricity on the basis of electricity meters production of JSC "Nizhny Novgorod Frunze NPO"

Anton Soldatov

senior lecturer, FGBOU IN Chuvash State University IN Ulyanov, Russia, Cheboksary

Аннотация. Рассмотрена двухуровневая схема построения системы контроля и диагностики подстанционных информационно-измерительных комплексов учета электроэнергии. Описаны особенности внутреннего устройства счетчиков электроэнергии производства АО "Нижегородское НПО имени М.В. Фрунзе" для использования их в составе диагностических систем. Приведены преимущества использования приборов учета электроэнергии СЭТ-4ТМ и ПСЧ-4ТМ в составе подстанционного оборудования.

Abstract. We consider a two-tier scheme of the system of control and diagnostics of substation information and measurement systems of electricity metering. The features of the internal structure of meters of electricity production of JSC "Nizhny Novgorod Frunze NPO" for use as a part of diagnostic systems. The advantages of using electricity meters SET-4TM and PSCH-4TM composed of substation equipment.

Ключевые слова: Каналы связи прибора учета электроэнергии; фиксация данных вспомогательных режимов измерения; шаг команды устройства; внутреннее представление энергии и преобразование в физическую величину.

Keywords: Channels of communication device metering of electricity; fixing data supporting the measurement mode; the device commands step; the internal representation of energy and conversion into a physical quantity.

Введение правил оптового рынка электроэнергии в России в 2010 году [3] привело к появлению новых требований, предъявляемых к коммерческому учету электроэнергии, устанавливаемому на подстанциях распределительных сетевых компаний. В результате, на базовых подстанциях предприятий энергетики в ускоренном темпе получил развитие этап замены интегрального учета электроэнергии на интервальный. Наибольшее распространение в данных условиях получили многофункциональные приборы учета электроэнергии серий СЭТ-4ТМ и ПСЧ-4ТМ производства АО "Нижегородское НПО имени М.В. Фрунзе" [1]. Рассматриваемые счетчики имели ряд положительных особенностей перед другими:

1. большие вычислительные возможности по обработке измеряемых параметров электрической сети (ток, напряжение, угол сдвига между векторами тока и напряжения) с последующим определением величин активной, реактивной, полной мощности прямого и обратного направлений, благодаря чему, на электрических подстанциях эффективное определение межподстанционных перетоков и точность составления балансов электроэнергии стали обыденным делом;

2. высокая надежность работы аппаратно-программной начинки (выход из строя рассматриваемых приборов – крайнее редкое явление);

3. контроль качества электроэнергии в сети.

В счетчиках СЭТ-4ТМ и ПСЧ-4ТМ с заделом на будущее заложен широкий спектр возможностей для получения не только расчетной информации учитываемой электроэнергии (архив профиля мощности нагрузки с настраиваемым временем интегрирования от 1 до 60 минут, расчет потерь электроэнергии, многотарифность), но и измерения параметров электрической сети и вспомогательных параметров по каждой фазе и сумме фаз [5].

Большинство энергетиков используют возможности рассматриваемых приборов учета электроэнергии лишь на 40-50%. При этом открытым остается вопрос использования нижегородских счетчиков в системах контроля и диагностики режимов работы подстанционного учета электроэнергии. В работах [6-8] особая значимость отводилась вопросам необходимости проведения контроля и диагностики информационно-измерительных комплексов учета электроэнергии электрических подстанций.

У АО "Нижегородское НПО имени М.В. Фрунзе" существуют типовые решения создания автоматизированных систем коммерческого и технического учета электроэнергии (АСКТУЭ), схемы которого приведены в [9]. При этом, опять же, тематике контроля и диагностики рассматриваемого оборудования не придается значимости. Простую и эффективную схему построения системы контроля и диагностики на базе счетчиков СЭТ-4ТМ и ПСЧ-4ТМ, сочетающую в себе функционал АСКТУЭ возможно построить следующим образом.

В качестве первичных измерительных приборов (ПИП) используются счетчики электроэнергии ПСЧ-4ТМ и СЭТ-4ТМ, имеющие распространённый промышленный интерфейс связи RS-485. Данный интерфейс присутствует и в маршрутизаторе каналов связи, отличным решением которого является разработка компании ООО «СИМЭНЕРГО» GSM модем iRZ ATM2-485 [2].

Двухуровневая схема системы контроля и диагностики очень проста: на низшем уровне ПИП, на верхнем уровне – компьютер с программным обеспечением опроса ПИП, получения, обработки информации. Межуровневую связь обеспечивает упомянутый маршрутизатор каналов связи, с одной стороны подключенный ко всем счетчикам подстанции через интерфейс RS-485, а с другой стороны, подключаясь к сети интернет через gprs, виртуальный COM-порт, через который программа верхнего уровня осуществляет посылку и прием данных.

Разработка программного обеспечения диагностики и контроля предполагала учет множества особенностей приборов учета электроэнергии АО "Нижегородское НПО имени М.В. Фрунзе".

Система хранения измерений и доступа к ним в счетчиках ПСЧ-4ТМ и СЭТ-4ТМ сложная. Для получения доступа к данным, используется обращение не к конкретному адресу хранения, а выполнение специальной команды для получения этих данных. Формат команд и ответов приведен в [9]. Значения байтов шестнадцатеричного представления, полученных в результате запроса – величина переменная, к примеру, получение информации о мгновенном значении тока, напряжения, косинуса угла фазового сдвига, мощности составляет 3 байта, а значение энергии – 16, по 4 байта на активную и реактивную энергию прямого и обратного направлений. Для получения действительных значений запрашиваемого параметра требуется перевести шестнадцатеричное значение в десятичное, подставить полученное значение в специальную формулу (для каждого измеряемого параметра она своя). Внутреннее представление энергии и преобразование в физическую величину может показаться для непосвященных людей тяжелой работой.

В счетчиках электроэнергии обязательно должна стоять настройка «постоянно открытый канал связи» для команд первого уровня доступа, иначе прибор учета просто не будет отвечать на сетевые запросы. В инструкции сказано что, при закрытом канале связи прибор ни на что не реагирует, кроме команды теста (нулевой команды) и команды открыть канал, поэтому для доступа к данным необходимо на счетчик хотя бы один раз послать команду на открытие канала связи.

Логика созданной программы контроля и диагностики опирается на работу следующих шагов. Сначала происходит открытие цикла опроса счетчиков в сети по заданному набору сетевых адресов. В сеть посылается широковещательная команда «защелка», получив которую, счетчик электроэнергии фиксирует свое мгновенное состояние. Так как команда защелки рассылается всем участникам сети RS-485, то следует говорить, что данные опроса будут соответствовать одному единому для всех времени. Если набор счетчиков для опроса состоит из одного или более адреса, то на втором шаге определяется ПИП и в соответствии с массивом необходимых параметров съема, происходит чтение каждого параметра ПИП, путем посылки команд на счетчик и получения от него ответа. На третьем шаге, после опроса первого счетчика из списка, запускается 3-х секундный таймаут. Отсутствие данных в сети подтверждает окончание опроса счетчика. Далее следует опрос второго, третьего и т.д. ПИП. По окончании списка опрашиваемых счетчиков, цикл опроса завершается и после минутного таймаута начинается новый цикл.

В рамках сохраненных циклов съема в базе данных программного комплекса, производится диагностика состояния системы учета электроэнергии подстанции, согласно методик, описанных в [6,7] с отображением диагностической информации на экране оператора программы диагностики.