Mentinerea Si Imbunatatirea Parametrilor Energiei Electrice

Introducere

Prezenta lucrare are ca temă principală echipamentele inteligente (,,Smart”) de măsurare și analiză a parametrilor energiei electrice. Acest tip de echipamente sunt o parte din rețelele electrice inteligente existente și care doresc a fi implementate in urmatorii ani. Metodele moderne de măsurare a energiei electrice au ca principal avantaj eliminarea, aproape în totalitate, a erorii umane.

Prin inteligența unui echipament se înțelege aptitudinea acestuia de a se autoanaliza în raport cu factori (condiții) interni și externi și de a găsi și adopta cea mai potrivită / eficientă procedură de realizare a funcției / funcțiilor pentru care a fost creat – programat.

 Sistemele de măsurare inteligentă a energiei electrice sunt sisteme electronice care măsoară consumul de energie electrică, asigură transmiterea bidirecțională securizată a informațiilor, furnizează mai multe informații decât un sistem convențional, folosind forme de comunicare electronică. Sistemele de măsurare inteligentă cuprind:

a) subsistemele de măsurare care conțin cel puțin contorul, transformatoarele de măsură și echipamentele de securizare a accesului la contor;

b) subsistemele de transmitere a informațiilor;

c) subsistemele de gestiune a informațiilor din contoare.

1. Sisteme ,,SmartMetering” –echipamente inteligente de măsură și analiză a energiei electrice.

Măsurare este definită ca fiind un ansamblul de operații experimentale prin care o mărime de măsurat x este comparată cu valorile unei scări de măsurare, exprimată în unități de măsură um, pentru a identifica valoarea din scară cea mai apropiată de valoarea reală a mărimii de măsurat, sub forma raportului:

, (1.1)

care exprimă echivalentul valoric al mărimii măsurate.

Efectuarea unei măsurări implică următoarele operații:

Precizarea/definirea mărimii de măsurat (măsurandului);

Alegerea scării de măsurare și a unității de măsură adoptate;

Adoptarea și aplicarea unei proceduri / metode de măsurare;

Precizarea mijloacelor tehnice (echipamentelor) necesare pentru efectuarea măsurării;

Prelucrarea rezultatelor primare pentru a obține un rezultat final cât mai exact și sub formă convenabilă utilizatorului;

Afișarea / înregistrarea rezultatului măsurării;

O marime de masurat poate fi oricare propietate comuna, oricare manifestare sau element de caracterizare a unei clase de obiecte, de fenomene ori de procese reale, care in diverse circumstante pot avea mai multe stari, mai multe valori, iar rezultatul măsurării măsurandului se numește măsură sau valoarea acestuia și se exprimă printr-un numar.

Oricât de performante ar fi metodele și mijloacele de măsurare, rezultatul măsurarii va fi întotdeauna diferit de valoarea reală a mărimii măsurate iar diferența dintre valoarea reală și cea dată de aparatul de măsurare se numește eroare de măsurare și constitue principalul indicator al calității măsurării.

Pentru a măsura mărimi electrice precum tensiunea, curentul, frecvența, ș.a., se folosesc aparate de măsurare și vizualizare directă voltmetre, ampermetre, frecvențmetre, ș.a..

Măsurarea nu este scopul principal, aceasta făcând parte dintr-un ansamblu de operații mai ample în care măsurarea constituie o componentă foarte importantă, deoarece în toate celelalte operații se folosesc rezultatele măsurării.

Deoarece în prezent proiectarea și realizarea obiectivelor se face după cele mai noi concepte, folosind echipamente moderne evoluate, inteligente, rezultă că și echipamentele de măsurare trebuie să se situeze la același nivel de inteligență.

Despre un aparat putem spune că este inteligent dacă este capabil să îndeplinească funcțiile pentru care a fost conceput cu suficientă inteligentă și dacă poate contribui direct prin conexiune cu alte echipamente inteligente.

Prin inteligența unui echipament se înțelege aptitudinea acestuia de a se autoanaliza în raport cu factori (condiții) interni și externi și de a găsi și adopta cea mai eficientă procedură de realizare a funcțiilor pentru care a fost creat sau programat.

În general inteligența unui echipament se apreciază după o serie de prorpietăți ale acestuia dintre care mai importante sunt următoarele:

Capacitatea de a recunoaște și folosi un limbaj sau un mod de comunicație cu elementele sistemului de masurare. Astfel zis să recunoască simbolurile alfabetului limbajului și semnificația acestuia precum și semnificația semnalelor asociate acestor simboluri și cuvintelor alcătuite din simboluri. Un astfel de atribut îl au cele mai multe din echipamentele numerice de ultima generație, îndeosebi cele programabile, dotate cu microprocesor și programe corespunzătoare;

Capacitatea de a executa o mulțime de operații /acțiuni precizate prin anumite comenzi (instrucțiuni) formulate în conformitate cu regulile limbajului adoptat pentru a îndeplini anumite funcții programabile: operații logice / aritmetice, evaluări de funcții, raționamente, clasificări, ș.a. adica niste prelucrari similare cu cele din calculatoare;

Să dețină o structură și funcționare automată flexibilă și adaptabilă și posibilitatea de a se reconfigura și da a-și modifica algoritmul de funcționare astfel încât să îndeplinească sarcinile programate în condiții optime;

Să deține mijloace moderne de comunicație pentru a comunica direct sau prin intemediul unor interfețe cu entități de la același nivel ierarhic și de la nivel inferior și/sau superior. Este vorba de comunicații prin magistrale de date, de adrese și de comenzi, realitate din conductori optici sau metalici sau de comunicație prin radio. Relativ recent au apărut și se comercializează echipamente de comunicație prin canale radio pe frecvențe foarte înalte. Comunicația prin aceste canale ca și comunicație prin conductori se face după reguli stricte stabilite prin standarde și prin protocoale de comunicație.

Să realizeze comunicarea interactiv cu operatorul prin mijloace cât se poate de simple și prietenești, asemănătoare cu cele utilizate în domeniul calculatoarelor: tastatură. Diplay-uri cu LED-uri, cu LCD-uri sau cu tub catodic, imprimante, plotere etc..

Să atenționeze utilizatorul asupra cauzelor care fac imposibilă măsurarea, inclusiv asupra eventualelor disfuncționalități ale sistemului de măsurare și să asiste utilizatorul în rezolvarea situației;

Sistem de măsurare programabil

Un sistem performant de măsurare programabil cuprinde în general următoarele tipuri de echipamente:

un calculator coordonator, denumit controller, CC;

echipamente emitente, EE (vorbitoare);

echipamente receptoare, ER (ascultătoare);

echipamente emitente și receptoare, EER;

magistrala de comunicație standard, MS;

interfețele cu echipamentele periferice ale sistemului;

echipamente de indicare, de inregistrare, de semnalizare de arhivare sa.

Măsurarea energiei electrice (Wh)

Măsurarea energiei electrice este necesară în toate ramurile industriale, constituind o ,,piesă” importantă în procesele de producție, în controlul calității materiilor prime, a produselor intermediare și finale, în dezvoltarea cercetării în toate domeniile.

De-a lungul anilor au fost realizate și folosite o mare varietate de tipuri de mijloace de măsurare. Unele dintre acestea, cele care și-au dovedit eficiența, se folosesc și în prezent, ele devenind tradiționale, clasice.

Alegerea unor mijloace de măsurare tradiționale este tentantă deoarece nu implică probleme de implementare de noi tipuri de aparate, pe când alegerea unor mijloace noi inovative este și ea atractivă prin performanțele superioare ale acestora, deși prezintă unele dificultăți și chiar riscuri de implementare, schimbări de gândire, implicații economice, ș.a.

Putem spune că și consumurile de energie electrică sunt real înregistrate dacă aparatele utilizate în acest scop nu introduc erori de măsurare, lucru care este posibil dacă, periodic, acestea sunt verificate și reglate.

Energia reprezintă puterea consumată în unitatea de timp. Dacă puterea rămâne constantă într-un anumit interval de timp t2–t1, se poate considera energia consumată în intervalul respectiv de timp ca fiind:

(1)

În practică puterea nu rămâne constantă. În acest caz, se poate împărți intervalul de timp t2–t1 în intervale mici de timp Δt, în care să se considere că puterea rămâne constantă. În această ipoteză, energia activă consumată în intervalul de timp t2–t1 se poate considera a fi egală cu suma energiilor active elementare consumate în intervalele Δt. Deci:

(2)

unde

(3)

În mod analog se poate defini energia reactivă ca fiind:

(4)

Unitatea de măsură pentru energia activă este wattsecunda, iar pentru energia reactivă este varsecunda. În practică se folosesc multiplii wattoră și kilowattoră și respectiv varoră și kilovaroră.

Energia electrică se măsoară cu echipamente numite contoare. Contoarele sunt alcătuite dintr-un dispozitiv wattmetric al cărui cuplu activ este proporțional cu puterea și un mecanism integrator care însumează energiile elementare într-un anumit interval de timp.

În funcție de mărimea măsurată, contoarele pot fi de energie activă sau de energie reactivă.

În funcție de principiul de funcționare, contoarele pot fi electrodinamice, de inducție sau electronice. Cel mai răspândit contor este contorul de inducție. El funcționează însă numai în curent alternativ. Pentru măsurarea energiei în curent continuu se folosesc contoare electrodinamice.

Pentru a reduce cât mai mult erorile contoarelor cu inducție s-au dezvoltat contoarele electronice, acestea reușind să măsoare atât energia activă, cât și energia reactivă.

În lucrarea aceasta se vor prezenta contoarele inteligente care folosesc metode ,,smart” de măsurare a energiei electrice, integrând modul de bază a măsurării în module electronice pentru a reduce eroarea contoarelor cu inducție și eroarea umană.

1.1.1. Masurarea energiei active in circuitele de curent alternativ trifazat

Masurarea energiei active in circuitele de curent alternativ trifazat se face cu ajutorul contoarelor trifazate , care pot fi aparate cu inductie sau contoare electronice numerice.

1.1.1.1. Contorul electronic numeric

Contorul electronic numeric este in principiu format dintr-un wattmetru electronic si un integrator si un bloc de afisare numeric. Dupa modul cum se prelucreaza semnalul in diversele blocuri ale contorului distingem:

contorul cu multiplicare si integrare analogica;

contorul cu multiplicare analogica si integrare numerica;

contorul cu multiplicare si integrare numerica.

1.1.1.2. Contorul cu multiplificare si integrare analogical

Contorul cu multiplicare si integrare analogica este alcatuit dintr-un wattmetru electronic, un integrator cuantificator operational conectat la iesirea wattmetrului, un convertor tensiune- timp / frecventa, un numerator si un ecran de afisare cu cristale lichide (etalonat in kWh).

1.1.1.3. Contorul cu multiplificare si integrare numerica

Contoarele cu multiplicare analogica si integrare numerica au in component lor wattmetre electronice, la iesirea carora se introduce etaje de digitizare (convertor tensiune-timp/frecventa). Semnalul numeric se insumeaza (digital) si se afiseaza pe un ecran cu cristale lichide (etalonat in kWh).

Afisajul cu cristale lichide permite citirea tuturor datelor masurate impreuna cu unitatea de masura a parametrilor ce caracterizeaza aceste date, precum si a tuturor datelor programate. Afisajului i se pot asocia doua secvente de afisare alese prin programare , una pentru derularea automata a datelor si una pentru afisarea pas cu pas prin intermediul butonului de pe contor.Afisarea unor simboluri special permite recunoasterea usoara a unor evenimente aparute (de exemplu lipsa unei faze.)

Securitatea datelor in contor pe durata caderilor de tensiune este asigurata de o memorie nevolatila care nu necesita baterii (EPROM), unde sunt inregistrate, in momentul intreruperii tensiunii, datele din configuratie ale contorului si datele cheie de facturare. Cand tensiunea revine, datele sunt reincarcate in memoria RAM activa si colectarea datelor este reluata.

Interfata optica permite utilizatorului introducerea de programe sau citirea datelor fara indepartarea capacului de protective a contorului. O sonda optica cu doua elemente este atasata temporar pe o ridicatura turnata a capacului contorului. Prin micile ferestre sonda optica transmite si receptioneaza semnale optice de la portul de comunicatie optic montat direct pe placa de baza a contorului. Toate comunicatiile sunt protejate cu parole specificate de utilizator.

Optional, contoarele pot fi dotate cu interfata RS 232 necesara pentru programare si citire de la distanta, calibrare si corectare a erorilor. Contoarele electronice care au configuratie de masurare avansata pot inregistra mai multe curbe de sarcina, pot masura puterea activa in patru cadrane si pot fi programate sa asigure multitarifarea si pentru energia reactiva. De asemenea, se poate masura si afisa factorul de putere mediu.

Din categoria contoarelor electronice ce indeplinesc asemenea functii se poate aminti contorul ALPHA, produs de firma ABB, care are o precizie de 0,2% si A1800, produs de Elster, care are o precizie de 1%.

1.2 Utilizarea echipamentelor inteligente

Noțiunea ,,Smart Meters” – Contorizare inteligentă

,,Smart Meter” (măsurare inteligentă) este prezentat ca fiind un termen generic pentru contoarele electronice care au o legatură de comunicație. Conform acestei definiții, un contor electronic cu funcționalitate de bază devine inteligent doar prin faptul că poate comunica. Comunitatea tehnică percepe însă contorul inteligent ca ceva mai mult.

Conceptul de contor inteligent este atât larg cât și ambiguu, fiind un termen de piață, în spatele căruia există numeroase abordări. Ca atare, diverșii fabricanți înțeleg diferit implementarea acestui tip de contor cu funcții extinse.

Înainte de a începe descrierea contorului inteligent, mai trebuie accentuat faptul că funcționalitatea suplimentară – inteligentă, mai trebuie clarificată și din punct de vedere al scopului urmărit sau al entității care o dorește. De exemplu, contoarele care pot citi prin intermediul unor bus-uri locale (cum ar fi M-bus) și contoarele altor utilități (gaze, caldură, apă) sunt prezentate de unii producători ca fiind facilități de contor inteligent. Vom vedea în continuare în ce măsură acest gen de facilitate este indicat a fi implementată în contor și în ce măsură această caracteristică îndreptățeste „titlul” de contor inteligent.

Descrierea contoarele inteligente și rolul lor în multitudinea de sensuri a Smart Grid.

Pentru a putea face diferența, prezentăm mai întâi funcționalitatea de bază a contoarelor clasice electronice:

– măsoara energia electrică activă (+ eventual și -) și eventual și cea reactivă (+ / – sau în cele 4 cadrane), cu înregistrare prin încrementarea unuia sau mai multor indecși interni;

– înregistrează indecșii interni (sau cantitățile de energie față de momentul înregistrării anterioare) într-o memorie nevolatilă, la intervale de timp prestabilite (lunar, zilnic, orar și/sau la 15 minute) în așa numitele curbe de sarcină (engl. Load Profiles – LP);

– întreține un ceas de timp real pentru declanșarea diverselor acțiuni;

– întreține un jurnal de evenimente;

– deține o interfață de parametrizare și de citire a indecșilor, evenimentelor și parametrilor actuali.

Contoare inteligente

Definiție.

„Sistem de contorizare inteligentă” înseamnă un sistem electronic care poate măsura consumul de energie, adăugând mai multe informații decât un contor convențional, și care poate primi și transmite date utilizând un anumit tip de comunicare electronic.

Sistemele de contorizare inteligentă permit prelucrarea datelor, în principal, a datelor cu caracter personal. În plus, utilizarea rețelelor inteligente și a sistemelor de contorizare inteligentă ar trebui să le permită furnizorilor și operatorilor de rețele să treacă de la o imagine de ansamblu a comportamentului în materie de consum de energie, la informații detaliate cu privire la comportamentul în materie de energie al consumatorilor finali individuali.

Funcționalitatea de bază a contoarelor inteligente, adițională celei standard – descrisă mai sus, este dată de următoarele caracteristici:

– contorul inteligent are cel puțin o interfață de comunicație, prin care sunt disponibile, pe baza unui protocol pentru comunicație la distanță, mărimile interne ale contorului. Această facilitate este o opțiune și pentru contorul clasic (neinteligent) dar este o obligativitate pentru contorul inteligent. Unele contoare inteligente posedă mai multe interfețe de comunicație, de obicei două sau, mai rar, trei. Există o tendință de realizare a comunicației acestor contoare prin intermediul IP (engl. IP meters), adică fie prin interfețe Ethernet, fie prin tehnologie GPRS – ambele asigurând comunicare cu contorul pe bază de socket-uri IP;

– contorul inteligent trebuie să poată furniza prin intermediul căii de comunicație la distanță și mărimile sale de instrumentație, adică mărimile de timp real p(t), q(t), u(t), i(t) pe faze și/sau trifazat, precum și alte eventuale mărimi (factor de putere, unghiul dintre tensiuni și curenți – pentru eventuale diagrame fazoriale, factor de distorsiune, armonice etc).

Considerăm că acestea sunt funcționalități minime ale unui contor inteligent, pentru că ele sunt extensii directe ale funcționalității de bază – cea de măsurare:

a) prin interfața de comunicație la distanță informațiile de energie sunt disponibile și remote;

b) mărimile interne de instrumentație utilizate pentru funcția de bază – p(t), q(t), i(t), u(t) – sunt la rândul lor disponibile remote.

Măsurarea inteligentă marchează o nouă evoluție în direcția unei mai mari responsabilizări a consumatorilor, a unei mai bune integrări în rețea a echipamentelor inteligente și a unei eficiențe energetice sporite și aduce o contribuție semnificativă la reducerea erorilor umane, precum și la dezvoltarea tehnologică.

Una dintre principalele sarcini și condiții prealabile pentru utilizarea sistemelor de măsurare inteligente este de a găsi soluții tehnice și juridice adecvate care să garanteze protecția datelor cu caracter personal ca drept fundamental înscris la articolul 8 din Carta drepturilor fundamentale a Uniunii Europene și la articolul 16 din Tratatul privind funcționarea Uniunii Europene. Statele membre și părțile interesate ar trebui să asigure, în special în faza inițială de introducere a contoarelor inteligente, monitorizarea aplicațiilor aferente sistemelor de contorizare inteligentă și respectarea drepturilor și libertăților fundamentale ale persoanelor.

Fiecare sistem de contorizare inteligentă a energiei electrice ar trebui să ofere cel puțin toate funcționalitățile enumerate mai jos:

Pentru client:

(a) să furnizeze citiri direct clientului și oricărui terț desemnat de consumator. Această funcționalitate este esențială pentru un sistem de contorizare inteligentă, deoarece feedbackul direct din partea consumatorilor este esențial pentru a asigura economii energetice pe partea de cerere. Există un puternic consens privind furnizarea unor interfețe standardizate care să permită identificarea unor soluții de gestionare a energiei în „timp real”, cum ar fi domotica (home automation) și diverse sisteme de răspuns la cerere, precum și să faciliteze furnizarea de informații sigure direct clientului.

Se recomandă furnizarea clientului și oricărui terț desemnat de acesta, în timp util, a unor citiri precise și ușor de utilizat provenind direct din interfața aleasă de consumator, deoarece acestea sunt esențiale pentru funcționarea serviciilor de răspuns la cerere, pentru luarea de decizii „online” privind economisirea de energie și pentru integrarea eficientă a surselor de energie distribuite. Pentru a stimula economisirea de energie, statelor membre li se recomandă să se asigure că acei consumatori finali care folosesc sisteme de contorizare inteligentă dispun de o interfață standardizată care îi permite consumatorului vizualizarea de date individuale privind consumul;

(b) să actualizeze citirile menționate la litera (a) cu o frecvență suficientă pentru a permite ca informațiile să fie utilizate în vederea realizării de economii de energie. Această funcționalitate privește exclusiv partea de cerere, și anume consumatorul final. Pentru ca întreaga gamă de consumatori să se bazeze pe informațiile oferite de sistem, aceștia trebuie să poată vizualiza informațiile corespunzătoare acțiunilor lor. Frecvența trebuie adaptată la timpul de răspuns al produselor consumatoare sau producătoare de energie.

Conform consensului general, este necesară o actualizare la intervale de cel puțin 15 minute. Se așteaptă ca evoluțiile ulterioare și noile servicii energetice să ducă la mijloacele de comunicare mai rapide. De asemenea, se recomandă ca sistemul de contorizare inteligentă să fie prevăzut cu capacitatea de a stoca datele privind consumul înregistrat de clienți pentru o perioadă de timp rezonabilă, pentru a-i permite clientului și oricărui terț desemnat de consumator să consulte și să extragă datele privind consumul anterior. Astfel ar trebui să fie posibil să se calculeze costurile legate de consum.

Pentru operatorul responsabil cu contorizarea:

(a) să permită citirea de la distanță a contoarelor de către operator. Această funcționalitate vizează partea de ofertă (operatori responsabili cu contorizarea). Conform consensului general, aceasta este o funcționalitate cheie;

(b) să furnizeze o comunicare bidirecțională între sistemul de contorizare inteligentă și rețelele externe de întreținere și control al sistemului de contorizare. Această funcționalitate vizează contorizarea. Conform consensului general, aceasta este o funcționalitate cheie;

c) să permită citiri suficient de frecvente pentru ca informațiile să poată fi utilizate la planificarea rețelei. Această funcționalitate vizează atât partea de cerere, cât și partea de ofertă.

(d) să prevină și să detecteze fraudele. Această funcționalitate vizează partea de ofertă: securitatea și siguranța în caz de acces. Consensul puternic demonstrează importanța acordată acestei funcționalități. Acest lucru este necesar pentru protecția consumatorilor, de exemplu împotriva piratajului informatic.

Arhitectura unui program de contorizare inteligentă

Una dintre cele mai mari probleme ale companiilor de electricititate este „ultimul metru” de acces la consumator. Zonele aflate la distanțe mari, consumatorii ce nu permit accesul, fac din citirea contoarelor o adevărată provocare.

Tendințele Europene de a reduce consumurile de combustibili au avut ca rezultat modificări în legislația anumitor țări. În aceste țări factura de energie trebuie să fie lunară și bazată pe consumul real. Astfel s-a introdus o presiune în plus asupra companiilor de electricitate.

O altă mare provocare pentru companiile de electricitate este de a reduce pierderile din sistem, în special pierderile datorate furturilor de energie. Astfel este nevoie de analize comprehensive ale punctului de măsură și în consecință de mult mai multe date decât energia consumată. În vederea analizei, datele de calitate a energiei, datele de protecție la furturi și diferite jurnale de evenimente, trebuie să își găsească calea către rețeaua informatică a companiilor de electricitate.

Deconectarea consumatorilor rău platnici este o altă mare problemă ce trebuie rezolvată de către companiile de electricitate. Reconectarea rapidă și cu costuri minime a consumatorilor este și ea o importantă prioritate.

Sistemele care ajuta la utilizarea contoarelor inteligente sunt o soluție de comunicație bidirecțională pe liniile de alimentare ce rezolvă problemele mai sus amintite. Un astfel de program este o soluție fiabilă, scalabilă, ușor de instalat, ușor de folosit, eficientă economic, realizată cu tehnologii de ultimă oră.

Arhitectura unui program de utilizare a contoarelor inteligente este bazată pe tehnologia rețelelor LonWorks. Contoarele de energie electrică inteligente instalate în rețeaua de joasă tensiune devin dispozitive LonWorks. Punctul de intrare în rețea este „Gateway-ul” (iesirea), care comunică IEC62056-21 și IEC62056-61 cu punctul central, respectiv ANSI/CEA 709.1 cu contoarele de energie electrică. Gateway-ul se comportă, în anumite cazuri, ca un buffer, pentru a reduce timpul de comunicație, reținând datele cele mai recente de la contoarele de energie electrică. De asemenea Gateway-ul se comportă, în alte cazuri, ca un router pentru comenzi imediate, ce vor fi transmise la contoare. Un Gateway poate să gestioneze până la 500 de contoare de energie electrică de pe linia de alimentare. Orice contor poate să acționeze ca și repetor pentru alte contoare. Un număr maxim de 7 repetoare pot fi declarate pentru a ajunge de la Gateway la un anumit contor.

● Sistemul de achiziție a datelor, raportare și conectarea/deconectarea

Funcțiile avansate ale unui astfel de sistem permit utilizatorului să automatizeze achiziția, stocarea, validarea, analiza și prezentarea datelor în scopul simplificării proceselor, asigurării consistenței, a scăderii costurilor și a îmbunătățirii productivității. Datele achiziționate de la contoare pot fi analizate folosind funcțiile de analiză a datelor oferite de sistem sau pot fi exportate către alte sisteme în scopuri de analiză sau prelucrare.

Prin utilizarea orarelor de citire, contoarele pot fi citite lunar, săptămânal sau zilnic. Aceasta permite reducerea duratei ciclului de facturare, a erorilor de citire și a costurilor legate de citirea contoarelor. Contoarele pot fi citite de la distanță folosind linii comutate din rețelele de telefonie fixă sau mobilă, linii închiriate, legături directe (RS-232, RS-485, bucla de curent) sau medii de comunicație care suportă protocolul TCP/IP (rețele de calculatoare, GPRS). Prin citirea contoarelor se pot citi și stoca mai multe tipuri de date precum indexuri, curbă de sarcină, evenimente și mărimi de instrumentație.

Sistemul suportă până la 32 de porturi de comunicație serială pentru achiziția datelor de la contoare și preia ora exactă de la receptoare GPS sau alte referințe de timp de precizie în scopul sincronizării contoarelor.

Prin intermediul unui navigator se poate accesa sistemul în mod direct, folosind rețeaua de calculatoare a companiei în care își desfășoară activitatea, prin Internet sau prin conexiuni seriale. Rezultatul prelucrării datelor este prezentat sub formă de rapoarte care pot fi tipărite, salvate sau trimise prin e-mail altor utilizatori.

Sistemul poate funcționa într-o arhitectură compactă, ca un sistem de sine stătător, sau distribuită, într-o structură ierarhică de sisteme.

Elemente constitutive și caracteristici ale contoarelor inteligente

Contorul inteligent este un contor de utilități cu procesor electronic încorporat și capacități de conectare la rețea. Acesta combină contorizarea electronică cu un terminal de comunicare programabil care poate interacționa cu mai multe rețele și dispozitive. De regulă există trei tehnologii diferite în acest sens, fiecare cu propriile funcții și caracteristici:

– AMR (en. automated meter reading) – citire la distanță a contoarelor (citire automată a contoarelor), care comunică într-o singură direcție; oferă posibilitatea de a citi contoarele în mod automat și de la distanță, fără a fi nevoia de deplasare pe teren a angajaților

– AMM (en. advanced metering management) – managementul contorizării inteligente

– AMI (en. advanced metering infrastructure)– infrastructură contorizării inteligente, care include contoare capabile să comunice în ambele direcții, între clienți, furnizori și operatori. AMI poate înlesni citirea de la distanță a contoarelor. Acest schimb de informații cu clientul poate îmbunătăți

În general, sistemele de contorizare inteligentă sunt formate din trei niveluri: infrastructura IT, comunicarea și contoarele inteligente, cum se arată în figura 10. Contoarele inteligente pot fi conectate și cu dispozitive din rețeaua casnică.

● Sistemele și infrastructura IT reprezintă primul nivel – sau baza – sistemului de contorizare inteligentă. Principala sa caracteristică este modularitatea, răspândită în întreaga bază de date, managementul datelor de contorizare și interfața cu utilizatorul.

● Zona de comunicare asigură interfața dintre infrastructura IT și contoarele inteligente prin orice rețea, fie că este vorba despre un distribuitor de energie electrică, gaze naturale sau energie termică. Există diferite tehnologii de comunicare, în funcție de prezența concentratorilor de date, ca elemente de legătură. Concentratorul de date face legătura dintre contoare și sistemele IT. Dacă acesta nu există, legătura se face direct (o variantă de comunicare fără element delegătură este mai potrivită pentru piețele gazelor naturale și de energie termică și mai puțin recomandată pentru piața energiei electrice), sau printr-o combinație a celor două nivele, caz în care un contentrator de date intervine numai în anumite conexiuni, în funcție de caracteristicile rețelei, iar conexiunile suplimentare dintre contoare și dispozitivele casnice și alte contoare sunt realizate. comportamentul de consum și îl poate face să ia măsuri pentru eficientizarea consumului de energie electrică.

● Contoarele inteligente sunt doar o parte a infrastructurii de contorizare, făcând conexiunea între primele două nivele ale sistemului și rețeaua casnică. În cazuri avansate, rețeaua casnică include mai mult de un dispozitiv instalat la domiciliul clientului. Rețeaua casnică face parte din structura, mai avansată, a rețelei inteligente, și în cazul unei posibile introduceri a contoarelor inteligente va trebui să se țină cont de extinderea, pe viitor, a acestei infrastructuri la rețele inteligente mai avansate (inclusiv rețeaua casnică).

Soluții de comunicare disponibile.

1.3.Tipuri de contoare electronice utilizate în România

1.3.1. Contorul A100C

Contorul static monofazat A100C produs de Elster Rometrics asigură o soluție eficientă de măsurare, pe un tarif, a energiei electrice active pentru consumatorii casnici. Precizia ridicată, posibilitatea măsurării unidirecționale și opțiunile de securitate, asigură reducerea pierderilor de energie și depistarea posibilelor fraude din rețeaua de alimentare. Contorul A100C este proiectat să reziste la posibilele defecte de nul ale rețelei electrice.

Caracteristici generale

Clasă de exactitate 1 sau 2 pentru energie activă

kWh import, kWh import/export sau unidirecțional

Memorarea unor importante date de securitate și stare

IP53 în concordanță cu EN 60529:1991

Port de ieșire în infraroșu (IrDA – Infrared Data Association) pentru transmisia datelor de facturare, securitate și stare

Unul sau două tarife controlate prin utilizarea unui dispozitiv de comutare extern

A100C memorează următoarele date de securitate și stare:

Numărul evenimentelor de funcționare în sens invers

Energie totală consumată la funcționare în sens invers

Detectare funcționare în sens invers (indicator pe afișaj)

Timp de funcționare pe fiecare tarif (pentru contoarele cu două tarife)

Numărul căderilor de tensiune

Timpul de funcționare de la ultima cădere de tensiune

Timpul total de funcționare în gol

Durata totală de funcționare a contorului

1.3.2. Contorul A1100

Contorul static trifazat A1100 cu conectare directă, produs de Elster Rometrics, asigură o soluție eficientă de măsurare, a energiei electrice active pentru consumatorii trifazați casnici. Transmiterea datelor de stare și securitate prin portul IrDA asigură posibilitatea depistării fraudelor de energie electrică. Afișarea indexului de energie se poate face pe afișajul cu cristale lichide sau pe un afișaj mecanic antrenat de un motor pas cu pas.

Caracteristici generale

Clasă de exactitate 1 sau 2 pentru energie activă

Memorarea unor importante date de securitate și stare

Port de ieșire IrDA (Infrared Data Association) pentru transmisia datelor de facturare, securitate și stare

Rezistență la tensiune de impuls de 12 kV

Carcasă (tip DIN) dublu-izolată din policarbonat, ranforsată cu fibră de sticlă

IP53 în concordanță cu EN 60529:1991

Afișaj cu cristale lichide (LCD) sau registru mecanic cu motor pas cu pas

Înregistrare kWh import sau import/export (varianta LCD)

Unul sau două tarife controlate prin utilizarea unui dispozitiv de comutare extern (doar pentru varianta cu afișaj LCD)

A1100 memorează următoarele date de securitate și stare:

Numărul evenimentelor de funcționare în sens invers

Energie totală consumată la funcționare în sens invers

Detectare funcționare în sens invers (indicator pe afișaj)

Timp de funcționare pe fiecare tarif (pentru contoarele cu două tarife)

Numărul căderilor de tensiune

Timpul de funcționare de la ultima cădere de tensiune

Timpul total de funcționare în gol

Durata totală de funcționare a contorului

Prezența tensiunilor

1.3.3. Enerlux TL

Contoarele Enerlux TL fac parte din categoria mijloacelor de mãsurare de lucru și sunt destinate contorizãrii energiei electrice active și reactive pentru consumatorii casnici și agenții comerciali și industriali ce utilizeazã sisteme monotarifare pentru facturarea energiei electrice în rețelele trifazate de joasã, medie sau înaltã tensiune.

CARACTERISTICI TEHNICE

Valori nominale:

– Tensiunea nominalã Un (V): 3×58/100 V…3×240/416 V; 3×100 V…3×416 V

– Curentul nominal In (A): 1 A, 5 A pentru contorul cu conectare prin transformatoare de curent

– Curentul de bazã Ib (A): 5 A, 10 A pentru contorul cu conectare directã

– Curentul maxim Imax (A): – 6 A, 10 A, 20 A pentru contor cu conectare prin transformatoare de curent – 40 A, 60 A, 80 A, 100 A pentru contor cu conectare directã

– Frecvența nominalã fn (Hz): 50 Hz or 60 Hz

– Domeniu de frecvențã (Hz): 45…65

– Constanta contorului (imp/kWh): 1000/5000/10000

Caracteristici de precizie și influențe:

– clasa 0,5 S, pentru energie activã, pentru contorul cu conexiune prin transformatorul de curent conform IEC 62053-22;

– clasa 1, 2, pentru energie activã, conform IEC 62053-21;

– clasa 2, 3, pentru energie reactivã, conform IEC 62053-23.

Caracteristici climatice:

o – Domeniul de temperaturã: -25…+55 C

o – Limitele domeniului de temperaturã: -40…+70 C

o – Temperatura de transport și depozitare: -40…+70 C

Caracteristici mecanice și constructive:

– Dimensiuni de gabarit: conform fig. 2

– Dimensiuni de prindere în 3 puncte: conform fig. 2

– Afișaj: LCD custom design 42×12 mm conform fig. 1

– Schemã conexiuni: L1L1L2L2L3L3NN

– Port optic și opțional buclã de curent: conform IEC 62056-21

– Grad de protecție: IP 51

– Dispozitiv de testare: LED pentru imp/kWh + LEDpentru imp/kvarh

Variante de echipare:

D – Buton de Reset; G – Generatoare de impulsuri sau

I – Interfațã bucla de curent conform IEC 62056-21

M – Port RS232 pentru interfațã serialã.

Toate variantele de echipare sunt opționale.

• Comunicația

Pe port optic și bucla de curent conform IEC 62056-21:

Direct local data exchange (3d edition of IEC 61107).

• Funcții suplimentare

Contorul este capabil sã diagnosticheze punctul de mãsurã și sã transmitã prin portul optic:

1. Numãrul întreruperilor tensiunii de alimentare

2. Numãrul de conectãri inverse

3. Timpul total de funcționare (ore)

4. Timpul de la ultima cãdere de tensiune

5. Timpul de funcționare fãrã sarcinã (ore)

Caracteristici funcționale:

• Contorizarea energiei electrice se face în urmãtorii regiștri:

a). energie activã importatã (W+) sau unidirecțional (W+)

c). energie reactivã importatã inductivã (cadran I);

d). energie reactivã exportatã capacitivã (cadran IV);

e). energie activã înregistratã în situația depãșirii unui prag de putere programat.

• Înregistrarea maximului puterii:

Contorul înregistreazã maximul de putere activã. Modul de calcul este de tip alunecãtor. Intervalul de timp pentru calculul maximului de putere este programabil la 15, 30, 60 min. cu subintervalul de 5 min.

1.3.4. Enerlux M

Enerlux M este un contor de ultimã generație, utilizând cele mai noi componente și tehnologii în domeniu.

• contoare de ultimã generație, cu 4 tarife, multifuncționale;

• suprasarcinã maximã 1600%, clasã 1 (SREN 62053-21);

• posibilitãți de comunicare (SREN 62056-21).

CARACTERISTICI TEHNICE

Valori nominale:

– Dimensiunea terminalelor: conform DIN 43857

– Diagrama de conexiuni: LLNN

– Clema de scurtcircuit: internã

– Tipul contorului: monofazat, un sistem, 2 fire

– Tensiune nominalã: 230V (220V; 240V), +15 … -20%

– Frecvența nominalã:45 … 65 Hz

– Curent de bazã: 5; 10 A

– Curent maxim: 30; 60; 80 A

– Suprasarcinã maximã: 1600%

La cerere, pot fi oferite si alte valori ale tensiunii si ale curentului

Precizie:

– Clasa: 1(2) ( SR EN 62053-21)

– Baza de timp: max. 0,5 s/zi (SR EN 62052-21)

Caracteristici climatice:

– Domeniu de temperaturã operațional: -40…60°C

– Temperatura de transport și depozitare: -40…80°C

Caracteristici mecanice și constructive:

– Dimensiuni de gabarit: 127×137(155*)x54 mm (* cu ureche superioarã aparentã)

– Dimensiuni de montaj (HxV): 105×75(95*) (* cu ureche superioarã aparentã)

– Sigilarea capacului principal: 1 buc., sigiliu aparent

– Sigilarea capacului blocului de borne: 1 buc., sigiliu aparent

– Afișaj LCD: 8 cifre/8 mm & 5 cifre/5 mm & simboluri speciale (simboluri de tarifare T1,…, T4),

– Buton de afișare: Da

– Buton de reset: Da (opțional)

– Port optic: SR EN 62056-21

– Buclã de curent: SR EN 62056-21(opțional)

– Impulsuri de ieșire: Da, opțional

– Grad de protecție: IP 51 (exceptând bornele) EN 62052-11,

Mãrimi mãsurate și afișate:

– energia activã (4 tarife și totalã);

– putere maximã;

– ceas intern și calendar;

– schimbarea automatã a orei de iarna / varã, în conformitate cu regulile europene (ultima duminicã din martie / octombrie), cu programarea orei și a sensului schimbãrii, cu posibilitatea de deselectare a acestei funcții, calendar cu ani bisecți.

Mãrimi afișate:

Mãrimile afișate se programeazã dintr-o listã, din 28 de mãrimi, din care cele mai importante sunt:

– energia activã totalã;

– energia activã în tarifele T1…T4

– puterea maximã

– data curentã (AALLZZ)

– timpul curent (HHMMSS)

– energia activã totalã la ultima autocitire

– energia activã în tarifele T1…T4 la ultima autocitire

– numãrul programãrilor prin portul optic

– data ultimei programãri

– seria contorului (2×8 caractere)

Facilitãți de tarifare

• 4 tarife și total

• programarea tarifelor:

– 8 tipuri de zile: Luni…Duminicã, special;

– 8 tipuri de sãptãmâni programabile;

– 12 tipuri de sezoane programabile;

– 12 segmente de comutare/zi, 30 min. rezoluție;

– 24 perioade de sãrbãtori de la 1 la 4 zile consecutiv, programabile anual, periodic sau neperiodic, în una din cele 8 tipuri de zile. Minim 10 ani programabili.

Autocitiri:

– Automat la ora 00, cu programarea zilei (1…28).

– Memorarea a 12 autocitiri (total energie activã, T1…T4,Pmax pe registrul total de energie, cu data și ora înregistrãrii).

Alte caracteristici:

– Semnalizare baterie descãrcatã

– Semnalizare eroare de memorie

– Indicarea sensului energiei

– Înregistrare unidirecționalã

1.3.5 Contorul A1800 Alpha

Familia de contoare A1800 ALPHA ofera o baza ce suporta o gama larga de cerinte de contorizare. Contorul A1800 ALPHA este un contor in totalitate electronic, trifazat, un dispozitiv de inregistrare integrala ce poate fi folosit in aplicatiile comerciale si industriale. Contorul este disponibil in configuratiile cu 3 si 4-fire pentru 2 sau 3 faze.

Aceasta familie de contoare colecteaza, proceseaza si stocheaza energia si puterea atat pentru tarifarea normala cat si pentru tarifarea diferentiata.

figura 1-1. Contorul A1800 ALPHA

Alimentarea contorului A1800 ALPHA se realizeaza de pe oricare faza disponibila. Un contor cu configuratie 4-fire, trifazat, se mentine operational daca linia de nul sau oricare una sau doua linii de tensiune se deconecteaza.

Contorul A1800 ALPHA poate folosi oscilatorul intern sau frecventa retelei pentru mentinerea datei si orei. Oscilatorul intern va fi folosit atunci cand se cunoaste faptul ca frecventa retelei este prea instabila pentru mentinerea cu precizie a datei si orei.

Contorul A1800 ALPHA a fost astfel proiectat incat sa asigure durata de viata mare a bateriei. Datorita curentului de nivel scazut, viata bateriei poate sa depaseasca durata de viata a contorului.

Contorul A1800 ALPHA foloseste memorie nevolatila pentru stocarea datelor referitoare la tarifare si a altor date critice. Daca alimentarea contorului este intrerupta, datele contorului nu se pierd.

Standard de comunicatie ANSI si DLMS/COSEM

Contoarele A1800 ALPHA indeplinesc cerintele standardelor ANSI C12.18, C12.19, C12.21 si DLMS/COSEM. Aceste standarde includ protocoale de comunicatie pentru o gama larga de contoare. Acestea reprezinta baza pentru structurile de date industriale si protocoalele obisnuite pentru transportul structurilor de date. Faptul ca aceste contoare indeplinesc standardele ANSI si DLMS/COSEM usureaza adaugarea de noi produse la sistemul existent si in acelasi timp asigura un standard deschis pentru comunicatiile intre contoare.

Securitate

Contorul A1800 ALPHA prezinta o functie de control anti frauda. Contorul poate fi parolat, pentru prevenirea accesului neautorizat la datele contorului. Functia standard TRueQ ™ sau curba de sarcina a valorilor de instrumentatie ,optionala, (sau ambele), pot fi folosite pentru detectarea posibilelor incercari de fraudare a masurarii energiei.

Contorul A1800 ALPHA are capacitatea de autocontrol pentru indicarea unei potentiale incercari de fraudare. De exemplu, detectia deschiderii capacului bornelor de conexiune si inregistrarea caderii fazelor.

Caracteristici standard ale contorului A1800 ALPHA

Contorul A1800 ALPHA prezinta o serie de optiuni ce fac din el un contor puternic:

programabil integral

pre-programat din fabrica

domenii largi de operare pentru tensiune, curent, temperatura si factor de putere

memoria de pe circuitul de baza al contorului de 128 KB

complet compatibil cu protocolul ANSI C12

complet compatibil cu protocolul DLMS

contorizare diferentiata pe mai multe tipuri de tarif-imbunatatita

4 tarife

132 intervale de timp comutabile

12 sezoane

4 tipuri de zile

peste 50 de valori de instrumentatie ce pot fi afisate, printre care:

kW, kVA(vectorial), si kvar pe faza

tensiunea si unghiul dintre tensiuni pe faza

curentul si unghiul dintre curenti pe faza

factorul de putere si unghiul dintre factorii de putere pe faza

frecventa de linie

distorsiunile armonice totale pentru tensiune si pentru curent pe faza

distorsiunea totala a puterii in functie de curent pe faza

kW, kVA(vectorial) si kvar din sistemul de masura

tensiunea din sistem

curentul din sistem

factorul de putere din sistem

frecventa din sistem

factorul de putere mediu

controlul anti frauda si monitorizarea calitatii (TRueQ™ )

monitorizare legata de securitate

sursa de alimentare trifazata

ceas intern de inalta precizie

carcasa a contorului din policarbonat

upgradare usoara a contorului prin software sau optional prin harware

baterie din litiu instalata la fabricatie (pentru contoarele cu tarifare diferentiata-TOU)

accesul usor la bateria contorului

interfete de comunicatie seriala independente, selectabile pentru protocolul RS-232 si RS-485.

1.3.6 Contorul AS220

Caracteristici esențiale ale contorului Alpha AS220

Precizie mare de măsurare

Mărimile sunt măsurate și procesate digital de către un DSP cu o frecvență mare de eșantionare pentru o măsurare flexibilă și precisă

în toate cele patru cadrane.

Modul de comunicație integrat

Cu modulul de comunicație integrat, contorul AS220 poate fi folosit pentru aplicații Smart Metering. Cu acest modul se poate realiza o comunicație GSM/GPRS de la distanță. Opțional cu o comunicație wireless M-Bus se pot citi și contoarele de gaz sau de apă folosind frecventa de 868MHz.

Curbă de sarcină integrată

Contorul oferă o curbă de sarcină integrată cu până la 8 canale.

Citire în timpul întreruperii alimentării principale

Prin activarea butonului de display contorul poate afișa pe ecran datele de facturare și deasemenea poate fi citit prin intermediul interfeței optice.

Facilități anti-furt

Contorul dispune de mai multe caracteristici anti-furt, cu ștampilă de timp, cum ar fi:

detecția înlăturării capacului de borne

detecția înlaturării carcasei contorului

Parametri ai contorului AS220 care se pot modifica:

Data și ora (comandă tip)

Trecerea de la ora de vară la ora de iarnă (comandă tip)

Resetul maximului de putere (comandă tip)

Durata de dezactivare a resetului

Intrările pentru ceasul intern

Timpii de comutare

Zile speciale, serbători

Sezon

Trecere vară/iarnă

Activarea schimbării tarifelor prin:

Ceasul intern

Terminalele de tarife externe

Activarea resetului maximului de putere prin:

Ceasul intern

Terminalele de tarife externe

Controlul afișajului

Timpul de derulare al mărimilor pe afișaj

Durata maximă de menținere a valorii pe afișaj

Toți parametrii celei de-a doua liste standard de afisare „Abl-dAtA”

Parolă de pornire

Seria contorului specifică beneficiarului

Adresa contorului și identificatorul contorului conform EN 62056-21

Rata de comunicație

prin portul optic

prin interfețele electrice

Activarea modului de setare

prin protejare cu parolă

Pragurile pentru suprasarcină

Parole:

pentru modul de setare prin interfața de date

pentru comenzi de scriere tip OBIS (comenzi tip “W5”)

Baza de timp a contorului

oscilator intern

Mărimile de instrumentație (cunreți, tensiuni, …)

Activare / dezactivare parametrii

Includere parametrii în lista de service

Curbă de instrumentație

Activare / dezactivare parametrii

Setare opțiuni citire date

Avantaje și perspective in utilizarea echipamentelor inteligente de măsurare a energiei electrice

Eficiența energetică și conservarea energiei ar trebui să fie primele obiective în proiectarea rețelelor inteligente, asigurând o mai bună fiabilitate a acestora. În plus, se reduc și costurile, deoarece într-o asemenea abordare unitară eforturile de reducere a consumului costă mai puțin decât construirea unor noi unități de generare.

Unul din mijloacele prin care se poate atinge acest obiectiv, aducând multe alte avantaje, este proiectarea unui sistem inteligent de contorizare, comandă și control la nivel de consumator a sistemelor de alimentare cu energie electrică, termică, gaze naturale, apă și alte utilități. Pe plan internațional, acest sistem poartă denumirea de Advanced Metering Infrastructure (AMI). Lucrarea de față propune o aprofundare a acestui concept. Studiile propuse vor trata diferite aspecte ale AMI prin prisma eficienței energetice și dezvoltării durabile.

Avantajele echipamentelor de măsurare inteligentă

● Achiziția, practic în timp real, a datelor privind consumurile de energie electrică ceea ce permite dezvoltarea unor procese inovative în ceea ce privește managementul energiei. Acest lucru este posibil datorită protocolului deschis SML (Smart-Message-Language protocol) care a fost dezvoltat în vederea optimizării procesului de achiziție a datelor din contoare.

● Eficiență ridicată prin reducerea costurilor directe și indirecte legate de instalarea, configurarea, punerea în funcție, mentenanța contoarelor și echipamentelor de comunicație. Astfel, modulul de bază, construit din punct de vedere mecanic astfel încât să standardizeze și să optimizeze procedurile de instalare, conține doar funcțiile de bază ale unui contor de energie electrică: măsurarea energiei electrice active și reactive în patru cadrane și memorarea curbei de sarcină. Partea de comunicație de date și toate funcțiile suplimentare ale contorului sunt dezvoltate în module externe, ce pot fi conectate în mod standardizat, la modulul de bază prin intermediul unei interfețe de comunicație.

● Creșterea fiabilității sistemului datorită conceptul modular. În conceptul integrat o eroare a unei componente implică necesitatea înlocuirii întregului sistem. În conceptul modular, o eroare a unui modul nu afectează funcționalitatea celorlate.

Avantaje ale contorului inteligent – care asigură suportul necesar ce stă la baza sistemului de achiziție / comandă specific Smart Grid.

Contorizarea inteligentă oferă numeroase beneficii, cel mai important fiind o mai mare conștientizare din partea consumatorilor privind consumul de energie. Instalarea de contoare inteligente îi va face să își adapteze consumul de energie, reducând consumurile la vârf, emisiile de CO2, pierderile tehnologice și comerciale (așa cum sa întâmplat în țări ca Polonia, Italia, și câteva țări din America Latină). Reducerea pierederilor tehnologice și comerciale duc la scăderea costurilor de exploatare ale operatorilor de distribuție, și aduc numeroase alte beneficii pentru consumatori și furnizori.

Dintre funcțiile contorului ce sunt utile în Smart Grid se pot enumera:

– Funcția de citire la distanță, implementată prin intermediul a cel putin unei interfețe de comunicație pentru accesul remote la datele din contor.

– Funcția de „interval metering”, executată și azi prin memorarea energiilor pe 15 minute sau o oră, fie sub forma de cantități pe interval, fie sub formă de index la sfârșitul oricărui interval; aceste profile trebuie să poată fi citite de diverșii participanți interesați. Ca o previziune, se poate spune că intervalele de decontare pe energie se vor putea reduce de la actualele valori de 60 sau 30 minute, la intervale de până la 5 minute. Contorul inteligent trebuie să fie pregătit pentru această dinamică atât ca perioade ce pot fi programate cât și ca lungime a buffer-ului, astfel încât să îndeplinească anumite condiții de timp de memorare internă fără suprascriere (de ex. în România cerința este ca indecșii să fie păstrați în contor cel puțin 45 de zile).

– Funcția de furnizare la cerere a mărimilor de timp real măsurate intern, așa numitele mărimi de instrumentație (u(t), i(t), p(t), q(t), f(t) – trifazat și / sau eventual pe faze, unghiuri între curenți și tensiuni etc.); aceste mărimi sunt esențiale pentru Smart Grid, pentru că ele pot fi utilizate pentru diverse decizii locale sau centralizate de îmbunătățire a funcționării după anumite criterii (de exemplu reducerea dezechilibrelor, reglajul secundar de tensiune utilizând resurse distribute etc.); se estimează că dinamica obținerii acestor date de timp real trebuie să fie de cel mult 1 minut, cu posibilitatea citirii datelor de instrumentație cu un refresh chiar de 5 sau 10 secunde, corespunzător unui concept extins de „timp real”.

– Funcția de comandă prin ieșiri binare (relee sau statice). Acestă funcție sprijină implementarea unor comenzi locale fără a fi necesar un echipament de câmp suplimentar (tip RTU SCADA). Astfel, cu TEI (care este un calculator, ce asigură comunicația și ruleză agenții) și cu contorul inteligent se pot activa funcții de conectare / deconectare, utile de exemplu pentru implementarea unor consumatori cu sarcina flexibilă (aplicarea tehnologiilor de tip Demand Response);

– Funcția de citire intrări binare. În anumiți algoritmi ai agenților Smart Grid este necesară validarea unor acțiuni prin considerarea și a unor stări binare (citirea de exemplu a unuei stări de echipament). Ca și în cazul ieșirilor binare, extensia de intrări binare evită utilizarea unor echipamente de tip RTU, pentru un număr mic de intrari numerice.

– Integrarea unor facilități de măsurare a calității energiei electrice care să poată fi disponibile pe interfața de comunicație și care să aibă sens în condițiile Smart Grid (de exemplu un tabel de „voltage dips” poate ajuta la luarea unor decizii de configurare a rețelei astfel încât căderile temporare a nivelului de tensiune să fie limitate mai mult).

● Pentru piața de energie electrică, contorizarea inteligentă poate aduce într-adevăr valoare adăugată, dacă modelul conține un nivel intermediar (en. Middleware layer: concentratori de date și contoare de echilibrare) și comunicarea informațiilor este făcută prin PLC (comunicare pe linii electrice; en. power line communication) de la contoare la concentratori și prin diferite modalități de comunicare de la concentratoare la aplicația centrală.

● Alte arhitecturi tehnologice pot fi luate în considerare dacă aduc valoare adăugată.

● Cele mai mari beneficii aduse de contorizarea inteligentă sectorului energiei electrice provin din reducerea pierderilor comerciale și a costurile de citire a contoarelor.

● Rezultatul analizei de oportunitate în cazul energiei electrice este pozitiv, dar implică anumite riscuri. Am considerat, pe baza altor informații din piață, că în cazul contorizării inteligente se obține o reducere cu 60% a pierderilor comerciale până la finalul perioadei de implementare. Credem că acest scenariu este realist dar, totuși, este extrem de sensibil din următoarelor cauze:

– o reducere a pierderilor comerciale cu numai 30% (scenariul pesimist) face ca rezultatul analizei de oportunitate să fie doar ușor pozitiv.

– pe lângă derularea propriu-zisă, companiile trebuie să se asigure că vor fi implementate procesele cele mai moderne, și că se fac eforturi suplimentare în privința transformărilor necesare în modelele organizaționale actuale.

Analiza parametrilor energiei electrice

Măsurarea și monitorizarea parametrilor electrici (curenți, tensiuni, puteri, factor de putere, energii) în retele de tip smart grid trebuie să țină cont de modul de constituire al rețelei, de posibilitățile de alimentare precum și de eventualele surse de perturbații ce apar în rețea.

Pentru asigurarea calității energiei în asemenea rețele, parametrii de semnal ce trebuie monitorizati in conformitate cu standardele internationale EN – 50160 – 1994; IEC 61000 – 4 – 15; IEC 61000 – 4 – 7; IEC 868; IEEE 519 – 1992; IEEE 1159 – 1995 sunt următorii:

Frecvența

Variații ale tensiunii de alimentare (rapide, lente)

Goluri si intreruperi (scurta si lunga durata)

Supratensiuni temporare si tranzitorii

Nesimetria tensiunii

Armonici si interarmonici

Semnale suprapuse peste tensiunea de alimentare

Standardul SR EN 50160 definește și prezintă principalele caracteristici ale tensiunii in punctele de conectare a instalațiilor utilizatorilor la rețelele de distribuție de joasă și de medie tensiune, in condiții normale de funcționare. Unele fenomene care afectează calitatea energiei in rețeaua electrică au caracter imprevizibil și din acest motiv valorile specificate in acest standard pentru astfel de fenomene, cum ar fi golurile de tensiune și intreruperile tensiunii de alimentare, trebuie interpretate in mod corespunzător.

Intrucât există o diversitate foarte mare in structura rețelelor de distribuție a energiei electrice in diferite zone, rezultată din diferențele de densitate de sarcină, din dispersia populației, din topografia locală etc., mulți clienți vor constata variații considerabil mai mici ale caracteristicilor tensiunii decat valorile cuprinse in acest standard.

Măsurători ale calității energiei sunt adesea necesare în apropierea surselor distribuite, în special în cazul în care nivelul de energie produsă este mare în comparație cu impedanța rețelei. În general calitatea energiei electrice și măsurarea acesteia sunt mai importante în interiorul amplasamentului clientului companiei de generare distribuită decât în rețeaua de distribuție publică. Astfel, clientul, fie generator local sau consumator are nevoie de rezultate privind măsurătorile calității puterii.

Măsurarea / monitorizarea nivelului de tensiune, ale întreruperilor de tensiune și ale golurilor de tensiune sunt foarte necesare. Menținerea nivelurilor de tensiune între anumite valori poate solicita limitarea temporară a funcționării producției de energie distribuită. Aceasta poate stabili, de asemenea, constrângeri cu privire la funcționarea rețelei de distribuție a energiei electrice.

O vedere adecvată, de ansamblu asupra calității tensiune poate fi obținută prin măsurători permanente în anumite puncte critice ale rețelei de distribuție a energiei electrice. Nu este nevoie să se instaleze instrumente specifice de monitorizare a calității energiei electrice pentru un număr mare de unități.

Strategiile de monitorizare a parametrilor electrici ai unei rețele de tip SMART GRID trebuie să țină seama și de posibilitatea asigurării calității energiei. Unul dintre aspectele relevante în acest caz este obținerea de informații despre conținutul de armonici și interarmonici. Aceasta presupune calcule destul de laborioase utilizând transformata Fourier rapidă, ceea ce duce la o bună putere de calcul a sistemului de achiziție cuplat la calculator. In multe situații, dacă sistemul de calcul nu e suficient de rapid pentru a prelucra datele, trebuie să se treacă la optimizarea acestuia, fie prin scăderea rangului armonicilor monitorizate, fie prin calculul și afișarea parțială a parametrilor energetici. In oricare dintre situații însă, flexibilitatea soluției depinde de proiectarea judicioasă a acesteia în mediul de programare utilizat.

2.1 Analizoare de rețea

2.1.1 Analizorul ION 7650

Un analizor de calitate a energiei electrice cu funcționalități de neegalat pentru punctele cheie de distribuție și pentru sarcinile sensibile.

Aplicații

● Puncte de delimitare

● Verificarea conformității cu noile standarde de calitate

● Analiza și izolarea problemelor legate de calitatea energiei electrice

● Dezvoltarea automatizării în stații și substații

CARACTERISTICI CHEIE

● Analiza calității energiei electrice

● Monitorizarea conformității: CBEMA/ITIC, IEEE 519 / 1159, EN 50160

● Standarde de măsură: IEC 61000-4-30 clasă A ed.2, IEC 61000-4-7, IEC 61000-4-15

● Captură evenimente tranzitorii (20 μs @ 50 Hz), goluri și supratensiuni cu capacitate de învățare

● Detecția perturbațiilor împreună cu forma de undă

● Înregistrare forme de undă: 1024 eșantioane/perioadă

● Module I/O, alarme și control

● Permit integrarea altor consumuri: apă, gaz, aburi, etc

● Monitorizare și control echipamente

Comunicație

● Integrare în softuri automate de proces, sisteme de facturare și SCADA

● Porturi concurente: Ethernet (RJ 45 sau Fibră optică) – Serial – Modem – Infraroșu

● Funcție Gateway (Ethernet, Modem)

● Protocoale: ION, DNP 3.0, IEC 61850, Modbus RTU și TCP master/slave, MV-90

● Web server, FTP Server, SMTP (email) data push, dial-out when memory is near full

Avantaje ale acestui analizor:

● Se integrează în software-ul SCADA și permite automatizări în stații și substații:

● Monitorizarea feeder-ilor și a altor echipamente PLC/RTU

● Comunicație Ethernet, fibră optică, modem, seriale și port optic

● Protocoale multiple: ION, DNP 3.0, Modbus RTU master/slave, și Modbus TCP master/slave, DLMS, MV90 (Itron)

● WebMeter (onboard web server) și Meterm@il

● Securitatea informațiilor

● 16 nivele

● Funcție Web Server încorporată

● poate fi accesat de oriunde din lume prin Internet

● Monitorizare în conformitate cu EN50160

● Analiza/troubleshoot bazat pe IEC 61000-4-30 Clasa A Ediția 2

● Flicker în conformitate cu IEC 61000-4-15; armonici/interarmonici – CEI 61000-4-7

● Înregistrare defect cu 1024 eșantioane/ciclu

● Detecția evenimentelor tranzitorii de 17/20μs (60/50Hz)

● INTEGRAREA IN SISTEME DE MONITORIZARE A CALITATII ENERGIEI ELECTRICE

2.1.2 Analizorul Mawowatt

Caracteristicile PowerVisa

Funcțiile ecranului sensibil la atingere

Toate funcțiile unității PowerVisa descrise mai jos sunt utilizabile folosind tehnologia ecranului color LCD sensibil la atingere. Utilizatorul poate folosi degetul și/sau un creion pentru PDA pentru a apăsa ecranul LCD. Afișajul sensibil la atingere poate fi utilizat și cu mănușile liniorului. Butoanele de pe ecranul sensibil la atingere vor fi afișate cu culori inversate pentru un feedback visual împreună cu un feedback sonor. Pentru a reduce consumul de energie, iluminarea ecranului LCD se dezactivează automat după un timp specificat programabil dacă nu există activitate din partea utilizatorului. Iluminarea se reactivează prin apăsarea oricărei părți a ecranului.

Modul osciloscop

Modul osciloscop face unitatea să funcționeze ca un osciloscop, afișând în timp real formele de tensiune și curent pentru până la opt canale simultan, cu o rată de actualizare de o dată pe secundă. Culorile formelor de unde afișate sunt pogramabile decătre utilizator. Modul osciloscop oferă deasemenea textual valorile RMS, valorile diviziunilor axei și frecvența.

Modul multimetru

Modul multimetru funcționează ca un voltmetru true RMS și un ampermetru clește true RMS. Măsurătorile de tensiune și curent, împreună cu alți parametrii de putere calculați, sunt afișate pe ecranul modului multimetru atât în format text cât și în format grafic.

Armonice

Modul armonice afișează amplitudinea și faza fiecărei armonice până la ordinul 63, atât în format text cât și în format grafic.

Diagramă de fazori

Acest mod afișează un grafic care indică relațiile de fază între tensiune și curent bazat pe unghiurile la frecvența fundamentală, determinate de analiza Fourier. Diagrama de fazori afișează fazorii de tensiune și curent pentru toate canalele. Funcționând ca un instrument de măsurare a unghiurilor de fază, unitatea poate afișa condițiile de dezechilibru ale sistemului și oferă aceste informații și în format text. Acest mod poate deasemenea verifica dacș au fost efectuate corect conexiunile pentru monitorizare. Pot fi afișate grafice de fazori animate demonstrative pentru a prezenta sarcini rezistive, inductive sau capacitive.

Pâlpâire (Flicker)

Pâlpâirea (Flicker) este un fenomen datorat în principal fluctuațiilor mici, rapide de tensiune. Sarcinile care prezintă variații rapide, continue în curentul de sarcină, în particular componentele reactive, pot produce variații de tensiune denumite adesea pâlpâiri. Pâlpâirea este caracterizată modularea la o frecvență mai mică de 25 Hz. Mărimi ale semnalului modulator chiar și numai de 0.5% din fundamentală, la frecvențe între 5 și 10 Hz, pot produce

pâlpâiri perceptibile ale luminii.

Eveniment

Un eveniment apare când este traversat un prag limită programat. Un eveniment constă din perioadele pre-declanșare, perioadele de declanșare și perioadele post-declanșare.

Monitorizare

PowerVisa poate monitoriza următoarele configurații:

● O singură fază ● 3 faze 2-Wattmetru Triunghi

● Fază auxiliară ● Generic

● 3 Faze Triunghi ● 2 ½ Element fără VB

● 3 Faze Stea ● 2 ½ Element fără VC

În timpul monitorizării oricărei configurații de mai sus, PowerVisa poate fi deasemenea conectat pentru a monitoriza tensiunea dintre neutru și măsă și curentul prin neutru sau masă.

Vizualizarea datelor în timp real

PowerVisa permite utilizatorului să vizualizeze în timp real calitatea puterii. Instrumentul poate captura și procesa datele în timp real, și permite utilizatorului să le vizualizeze în modul Osciloscop, Multimetru, Armonice și Fazor.

2.1.3 Analizorul Janitza UMG 511

Analizorul de energie UMG 511 este folosit în special pentru a monitoriza calitatea energiei conform standardului EN 50160. Toti parametrii de calitate a energiei sunt stocati si analizat, ex. Flicker, intreruperi de scurta durata, armonici pana la ordinal 63 și curenți de pornire etc. Posibilitățile estinse de comunicație: RS 485, TCP/IP, BACnet, HTTP, FTP, SMTP, SNTP, DNS etc., permit un cost eficient și integrare rapida in rețelele de comunicație existente. Acces general la serverul încorporat poate fi dobândit prin intermediul unui browser web. Soft-ul GridVis asigura analiza datelor din analizor la apasarea unui buton.

Funcții

Monitorizare continuă a calității conform standardului EN 50160. Acaasta are ca scop monitorizarea calitații energiei furnizate din funct de vedere a furnizorului, însa poate fi folosit si pentru a monitoriza perturbațiile din rețea. Un sistem de comunicație rapid, cu costuri optime si sigur poate fi dezvoltat cu ajutorul legaturii de Ethernet. Echipamentul deține o pagină de start care oferă posibilitatea interogării datelor sau configurarea acestora direct de pe serverul încorporat.

Numărul mare de intrări și ieșiri digitale și analogice oferă multiple posibilități de comunicare și permit conexiunea la sistemul PLC. Softul analizorului (GridVis) permite o analiză online a datelor atât în timp real cât și un istoric.

Analizorul, care este echipat cu 4 intrări de curent și tensiune, colectează și digitalizează valorile efective (True RMS) din curenți și tensiuni în rețea de 40-70 HZ ( 15-440Hz). Microprocesorul integrat calculează parametrii electrici din valorile colectate. Tensiunea poate fi definită ca faza-nul (LN) sau fază-fază (LL) pentru a măsura un system trifazat. Tensiunea e folosită de analizor ca și referință pentru măsurarea armonicilor, evenimente tranzitorii și pentru măsurarea flicker-ului. Un curent nominal poate setat utilizândul pe acesta pentru a verifica evenimentele ce apar. Cea de a 4 a intrare de curent și tensiune reprezintă un sistem separat de măsurare. Aceasta este folosită în general pentru măsurarea curentului din conductorul de nul sau conductorul de protectie PE sau diferențele de tensiune dintre N și PE.

Exemple de afișaj

Aplicație

Metode folosite pentru menținerea și îmbunătățirea parametrilor energiei electrice

În general analiza parametrilor energiei electrice urmărește monitorizarea calității acesteia. În prezent există numeroase echipamente inteligente destinate spre analiza parametrilor energiei electrice.

Calitatea energiei electrice – se apreciaza prin indicatori de calitate a mărimilor electrice specifice, tensiune, frecvență și respectiv ai serviciului de furnizare a energiei electrice prin duratele de întrerupere a alimentarii.

Indicatorii de calitate se stabilesc în punctele de delimitare între instalațiile electrice ale furnizorului și consumatorului constituind sarcina:

furnizorului pentru: frecventa, amplitudinea tensiunii, golurile de tensiune, supratensiunile temporare si tranzitorii,durata intreruperilor;

consumatorului pentru: armonice si interarmonice, fluctuatii de tensiune, nesimetrii.

Valorile admise pentru majoritatea indicatorilor de calitate sunt reglementate prin standarde si prescriptii energetice.

Conform Standardului de performanta pentru serviciul de furnizare a energiei electrice la tarife reglementate, aprobat prin Decizia ANRE nr. 34/1999, furnizorul are obligatia respectarii urmatorilor parametric de calitate ai energiei electrice:

a) frecventa: in 95% din saptamana, frecventa trebuie sa se incadreze in banda de 50 Hz ± 1% si in 100% din saptamana, in banda 50 Hz + 4% pana la 50 Hz – 6%;

b) tensiunea: in 95% din saptamana, tensiunea nu trebuie sa aiba abateri mai mari de ± 10% din tensiunea contractata.

În cazul in care sunteti nemultumit de calitatea energiei electrice, aveti dreptul de a reclama acest fapt furnizorului, care are obligatia a verifica parametrii de calitate, de a analiza impreuna cu distribuitorul solutii de incadrare in nivelul prevazut si de a va raspunde, in termen de 15 zile de la data inregistrarii reclamatiei, comunicandu-va rezultatele analizei efectuate si masurile luate.

In cazul unor abateri ale tensiunii mai mari de ±10% din tensiunea contractata, in 95% din durata unei saptamani, precum si in cazul in care frecventa contractata depaseste banda de 50 Hz ± 1%, in 95% din durata unei saptamani, si banda de 50 Hz + 4% pana la 50 Hz – 6%, in 100% din saptamana, aveti dreptul la reducerea tarifului.

Valoarea reducerilor tarifare pentru consumatorii casnici este de 1% pentru fiecare procent de abatere in afara limitelor de calitate prevazute.

Reducerea tarifara se aplica la cererea dumneavoastra, scrisa, care se  depune in maximum 3 zile lucratoare de la constatarea evenimentului, furnizorul avand obligatia de a o solutiona  in termen de maximum 10 zile lucratoare de la data depunerii.

Analizoarele de rețea sunt echipamentele care ajută la monitorizarea acestor parametrii de calitate pentru a putea fi menținuți la standardele impuse de ANRE.

Perturbații ale parametrilor electrice

● Perturbații ale tensiunii

– scurtă durată

Golurile de tensiune includ scăderile cu 10 % ale tensiunii nominale pentru o perioadă de timp care nu depășește un minut. Sunt cauzate de regulă de defecte ale sistemului de distribuție a energiei electrice sau echipamente defecte.

Căderile de tensiune sunt scăderi ale valorilor tensiunii sau ale curentului cuprinse in intervalul 2 ms–1minut. Ele pot fi cauzate de defecte in sistemul de alimentare cu energie electrică (o linie căzută la pămant – defect care va persista pană nu va fi inlăturat), pornirea-oprirea unor sarcini foarte mari (motoare), sarcini care iși modifică impedanța cu tensiunea de alimentare.

Supracreșterile de tensiune sunt creșteri ale valorii efective ale tensiunii sau ale curentului pentru intervale de timp cuprinse intre 0.5 cicluri ale frecvenței fundamentalei și un minut. Amplitudinea tipică a acestor perturbații este cuprinsă intre 110 și 180 % din valoarea tensiunii nominale a rețelei. Cuplarea și decuplarea de la rețeaua electrică a unei sarcini mari sau a unei baterii de condensatoare poate cauza astfel de perturbații.

– de lungă durată

Supratensiunile sunt creșteri ale valorii efective (la frecvența nominală) pentru intervale mai lungi de un minut. Amplitudinile tipice ale acestor perturbații sunt cuprinse intre 110 % și 120 % din valoarea tensiunii nominale a rețelei. Printre cauzele care generează astfel de perturbații se numără: decuplarea unor sarcini mari, variații in compensarea reactivă a sistemului sau reglarea defectuoasă a regulatoarelor de tensiune.

Subtensiunile sunt scăderi ale valorii efective nominale (la frecvența nominală) pentru intervale mai lungi de un minut. Amplitudinile tipice ale acestor perturbații sunt cuprinse intre 80 % și 90 % din valoarea nominală a tensiunii rețelei. Sunt produse de conectări ale unor sarcini mari, variații ale compensării reactive a sistemului, alegerea neinspirată a unui anumit tip de transformator, regulatoare de tensiune ajustate incorect, supraincărcarea liniei de transmisie a energiei electrice.

Intreruperile susținute de tensiune (golurile de tensiune) sunt definite ca fiind scăderi la zero a valorii tensiunii de alimentare pentru o durată mai mare de un minut. Sunt provocate (cel mai frecvent) de accidente care afectează liniile de transmisie, transformatoarele sau sursele de tensiune alternativă.

● Fluctuațiile de tensiune (flicker) sunt variații sistematice ale anvelopei semnalului sau o serie de schimbări aleatoare ale tensiunii, magnitudinea acestora nedepășind limita de 105 % din valoarea nominală a tensiunii rețelei. Orice sarcină care prezintă variații semnificative ale curentului, respectiv a valorii elementului reactiv cum ar fi arcurile electrice, poate provoca astfel de fluctuații . Flickerul produce variații ale iluminării in cazul utilizării surselor de iluminat incandescente, efectul fiind foarte deranjant pentru ochi dacă frecvența fluctuațiilor este de 8,8 Hz.

● Variațiile frecvenței sunt in directă legătură cu schimbările vitezei generatoarelor rotative datorită dezechilibrului intre sarcină și capacitatea respectivului generator. Printre cauze poate fi amintită cuplarea / decuplarea unor sarcini foarte mari. Scăderea frecvenței rețelei are ca efect creșterea pierderilor in transformatoare și creșterea uzurii generatoarelor, ca efect al apropierii de frecvența de rezonanță a acestora.

Conoscând cauzele care intervin în perturbarea calității parametrilor electrici se pot alege metode de îmbunătățire și menținere a calității conform standardelor. Standardul EN 50160 prevede că, in general, supratensiunile tranzitorii nu trebuie să depășească 6 kV valoare de varf, dar ocazional pot să apară valori mai mari. Durata acestora acoperă un interval de la câteva milisecunde pană la mai puțin de o microsecundă. Energia conținută de supratensiunea tranzitorie variază considerabil in funcție de locul de origine al perturbației. O supratensiune indusă de trăsnet are, in general, o amplitudine mai mare, dar conține o energie mai mică decat o supratensiune cauzată de comutație, datorită in general, duratei mai mari a supratensiunilor de comutație. Dispozitivele de protecție la supratensiune in instalațiile consumatorilor trebuie alese ținand seama, cu mai multă exigență, de supratensiunile de comutație. In acest fel se acoperă atat domeniul supratensiunilor de trăsnet cat și al celor de comutație.