Пристрій для вимірювання, обліку та керування споживанням електроенергії

Номер патенту: 19052

Опубліковано: 15.12.2006

Автор: Михайлов Сергій Володимирович

Є ще 4 сторінки.

Дивитися все сторінки або завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Пристрій для вимірювання, обліку та керування споживанням електроенергії, що включає лічильники, роутери та Центр керування, який відрізняється тим, що лічильники використовують прямого включення - однофазні (одноканальні і багатоканальні) і трифазні (з базовими функціями та з розширеними функціями), а також трифазні лічильники трансформаторного включення (з базовими функціями та з розширеними функціями), причому усі лічильники належить до сімейства лічильників Smart IMS, оснащені вмонтованими модемами з можливістю підтримувати функцію PLC та вести багатотарифний облік, двосторонній зв’язок між центром і лічильниками забезпечують роутери - це автономні комутаційні пристрої, на базі яких будується мережа передачі даних в Smart IMS з можливістю накопичення і тимчасового зберігання даних, що передаються, не виконуючи ніяких перетворень інформації, до складу Центру входять: комутаційний сервер, сервер баз даних, АРМ "Адміністратор Smart IMS", АРМ "Диспетчер", АРМ "Біллінг", АРМ системного адміністратора Центру, принт-сервер.

2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що роутери першої групи підтримують цифрову PL (VL)-магістраль, фізичним середовищем якої є існуючі проводи передачі електроенергії 3x240/400V, по цій магістралі здійснюється обмін інформацією з лічильниками, а також передача облікової інформації від лічильників відповідним зовнішнім дисплеям (транзитом через роутер), передача даних здійснюється частотно-модульованими цифровими пакетами, роутери цієї групи забезпечують також інформаційний обмін з Центром або по каналах стільникової мережі зв'язку, або по стаціонарній телефонній сітці, або по середньовольтовій PL (MV) електромережі, роутери першої групи мають наступні функції: автоматична реєстрація пристроїв (лічильників), підключених до PL, підтримка конфігурації мережи передачі даних рівня VL, підтримка двостороннього обміну даними по PL, передача даних у вигляді частотно-модульованих цифрових пакетів, перенаправлення (routing) спожитої інформації з лічильників, не обладнаних пристроєм відображення даних, на зовнішні дисплеї, збір і зберігання даних в енергонезалежній пам'яті (до 15 останніх діб), підтримка годинника (точність 5 секунд/доба), синхронізація лічильників; підтримка двостороннього зв'язку з Центром (один із трьох можливих варіантів).

3. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що роутери другої групи встановлені на підстанції більш високого рівня (HV/MV) і підтримують зв'язок по PL MV з відповідними роутерами, встановленими на трансформаторній підстанції, крім того для зв'язку з Центром ці роутери мають вихід або в стільникову мережу зв'язку, або в локальну мережу Ethernet.

4. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що Центр Smart IMS розташований на верхньому ієрархічному рівні системи.

Текст

1. Пристрій для вимірювання, обліку та керування споживанням електроенергії, що включає лічильники, роутери та Центр керування, який відрізняється тим, що лічильники використовують прямого включення - однофазні (одноканальні і багатоканальні) і трифазні (з базовими функціями та з розширеними функціями), а також трифазні лічильники трансформаторного включення (з базовими функціями та з розширеними функціями), причому усі лічильники належить до сімейства лічильників Smart IMS, оснащені вмонтованими модемами з можливістю підтримувати функцію PLC та вести багатотарифний облік, двосторонній зв’язок між центром і лічильниками забезпечують роутери - це автономні комутаційні пристрої, на базі яких будується мережа передачі даних в Smart IMS з можливістю накопичення і тимчасового зберігання даних, що передаються, не виконуючи ніяких перетворень інформації, до складу Центру входять: комутаційний сервер, сервер баз даних, АРМ "Адміністратор Smart IMS", АРМ "Диспетчер", АРМ "Біллінг", АРМ системного адміністратора Центру, принт-сервер. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що роутери першої групи підтримують цифрову PL (VL)-магістраль, фізичним середовищем якої є існуючі проводи передачі електроенергії 3 240/400V, по цій магістралі здійснюється обмін U 2 (11) 1 3 19052 4 го пристрою, виходи (якого) яких через комунікалогічного елемента, що виключає або, до другого ційний модуль об'єднані з центральним процесовходу якого підключений вихід формувача знака ром. У відомому автономному пристрої кожний потужності. лічильник електроенергії формує імпульсні сигнаУ цьому пристрої за рахунок аналогового і лоли, кількість яких за даний термін часу пропорційгічного сигналів, які утворює формувач знака пона спожитій електроенергії, які накопичуються в тужності, і які відповідають величині і напрямку автономному запам'ятовуючому пристрої і посту(знаку) активної потужності забезпечується перетпають через комунікаційний модуль до центральворення в частоту імпульсного сигналу, що пропоного процесора [United States Patent №52707004 рційна модулю середньої (активної) потужності в "Autonomus Pulst Reading and Recording System", ланцюзі, що вимірюється, при будь-якому з двох Dec.14, 1993, G01D4/00]. можливих напрямків. (Способ измерения электриНедоліком вказаного автономного пристрою є ческой энергии в многофазных сетях с защитой от обмежені функціональні можливості у зв'язку з хищений и устройство для его осуществления (их тим, що у ньому використовуються тільки лічильварианты) [Патент РФ №2094809, опубл. ники електроенергії за різними тарифними зонами, 27.10.97]. а також необхідність програмно налагоджувати Недоліком даного пристрою є некоректність систему при заміні тарифних зон. Крім того, у віроботи при малих рівнях активної (середньої) подомому пристрої низька надійність функціонувантужності, а також його підвищена складність. ня у зв'язку з неможливістю проведення у процесі Технічна задача - створити спосіб вимірюванроботи тестового контролю, а також у зв'язку з ня, обліку та керування споживанням електроененеоднорідністю архітектури низька живучість та ргії, шляхом створення комплексу технічних засопогіршені експлуатаційні характеристики. бів обліку електроенергії з можливістю Відомі також лічильники електричної енергії, вимірювання електричної енергії, автоматизованощо містять вхідні клеми напруги, вхідні клеми го обліку, збирання і дистанційного передавання струму, перемножувач, керований інвертор, інтегоблікових даних в єдиний інформаційний центр, ратор, комутатор нульового рівня, фільтр низьких простого в експлуатації, малогабаритного який частот, логічний елемент або компаратор та блок використовував існуючу мережу 0,4кВ як канал обробки інформації Цей пристрій дозволяє виміпередачі даних та сигналів керування. рювати електричну енергію в багатофазних ланПоставлена технічна задача вирішується споцюгах змінного струму відповідно до різних, що собом вимірювання, обліку та керування спожизустрічаються в практиці алгоритмів урахування її ванням електроенергії, який має трьохрівневу напрямку (знака): роздільний вимір потоків електструктуру, причому перший рівень системи утворичної енергії обох напрямків по мережі (наприрюють лічильники, встановлені в точках обліку, клад, для між системного обліку), вимір середньоі/або контролю балансу, вони ведуть облік викориго потоку електричної енергії для споживачів з стовуваної електроенергії і управляють подачею можливою її рекуперацією і, нарешті, вимір модуля останньої споживачам, другий рівень утворюють електричної енергії, яка пройшла через ланцюг, роутери, які встановлюються на підстанціях і викощо вимірюється, для споживачів, у яких відсутня нують комунікаційні функції, на третьому рівні розможливість її рекуперації. [Соклоф С. Аналоговые ташований Центр системи, в котрому на основі интегральные схемы: Пер.с англ.- М.: Мир, 1988, зібраної облікової інформації вирішуються прикс.264-271]. ладні задачі, пов'язані з обліком електроенергії та Недоліками цього пристрою також являються керуванням енергоспоживанням. Крім того в сисскладність і некоректність роботи при малих рівнях темі підтримується двохсторонній обмін даними трифазної активної потужності в ланцюзі, що виміміж лічильниками і Центром, а роутери виступають рюється. як проміжні комутаційні пристрої. Організація обНайбільш близьким по технічній сутності є пеміну даними між лічильниками і роутером здійснюретворювач потужності в частоту. Він містить, поється через існуючі силові мережі 0,4кВ, на ділянці перше, формувач струму і формувач модуля наміж лічильником і трансформаторною підстанцією пруги, входи яких з'єднані відповідно з вхідними дані завжди передаються безпосередньо по елекклемами струму і напруги, по-друге, перемножутромережі (PL LV). Для підтримки зв'язку роутера з вач, перший і другий, входи якого підключені відЦентром в залежності від конкретних можливостей повідно до виходів формувача модуля струму і реалізується один із трьох варіантів організації формувача модуля напруги, а вихід з'єднаний з системи, а саме: першим входом керованого інвертора, вихід якого 1) для обміну даними між роутером і Центром підключений до входу інтегратора, по-третє, комвикористовується мережа стільникового зв'язку паратор і формувач знака потужності, причому (GSM, CDMA), роутер оснащено модемом відповідругі виходи першого та другого формувачів модного типу (див. Фіг.1.); дуля підключені, відповідно, до перших і других 2) роутер обладнано TL-модемом, що працює входів першого логічного елемента, що виключає на комутуючій телефонній лінії. Стаціонарна теабо, вихід якого з'єднаний з першим входом друголефонна мережа виступає в якості більш дешевої го логічного елемента, що виключає або, другий альтернативи до стільникової мережі зв'язку, одвхід якого підключений до виходу третього логічнак, практична реалізація цього варіанту можлива ного елемента, що виключає або, а вихід з'єднатільки в тому випадку, якщо на трансформаторну ний з другим входом керованого інвертора. Вхід підстанцію підведена телефонна лінія (див. Фіг.2); компаратора з'єднаний з виходом інтегратора, а 3) обмін даними на ділянці між трансформатойого вихід підключений до першого входу третього рною підстанцією і підстанцією більш високого 5 19052 6 рівня здійснюється по середньо вольтовому вих даних (до 15-ти діб); підтримка як вмонтовано(6...20кВ) кабелю -Power Line Middle Voltage (PL го, так і зовнішнього РКІ-дисплея; керування споML) (див. Фіг.3). живанням (вкл/викл); обмеження споживання по Роутер наступного рівня підтримує двохстопотужності з дискретністю 100ват; обмін даними ронній зв'язок з Центром або через локальну мепо Power Line; ретрансляція по PL даних від інших режу (Ethernet), або через стільникову мережу лічильників; контроль різниці „нуль‖/‖фаза‖; підтзв'язку. римка повірочного цифрового/імпульсного виходу; Пристроями, що використовуються у заявледистанційна настройка і синхронізація лічильника; ному способі вимірювання, обліку та керування самоконтроль. споживанням електроенергії є лічильники прямого До складу сімейства лічильників Smart IMS включення - однофазні (одноканальні і багатокаокрім лічильників з базовими функціями входять нальні) та трифазні (з базовими функціями та з також лічильники з розширеними функціями. Крім розширеними функціями) та трьохфазні лічильнибазових функцій вони виконують: ки трансформаторного включення (з базовими - вимірювання прямої і зворотної активної елефункціями та з розширеними функціями) (див. ктроенергії; Фіг.4). - вимірювання прямої і зворотної реактивної Всі згадані вище лічильники належать до сіелектроенергії в чотирьох квадрантах; мейства лічильників Smart IMS, яке включає в се- вимірювання параметрів, що характеризують бе достатньо широкий спектр варіантів виконання. якість електромережі по кожній фазі; Типи і варіанти виконання лічильників відрізняють- накопичення даних і статистики за вибраний ся один від одного призначенням, функціональнісперіод часу; тю і вартістю, що дозволяє підбирати оптимальне - обмін даними і підтримку повірочного імпультехнічне рішення для кожного конкретного випадсного виходу через інтерфейс RS-485 та інше. ку. Всі лічильники сімейства Smart IMS - це електЛічильники трансформаторного включення ронні пристрої, в котрих використовуються сучасні призначені для обліку електроенергії на підстанціметоди вимірювання і передові технології. Всі ліях і інших енергетичних об'єктах, для контролю чильники оснащені вмонтованими модемами, які балансу на заданих ділянках електророзподільнидозволяють підтримувати функцію PLC. Всі лічиків мережі, а також для роботи з „потужними‖ прольники здатні вести багатотарифний облік. мисловими споживачами. Оснащення лічильника: Лічильники прямого включення орієнтовані на процесор; аналого-цифровий перетворювач; транроботу з побутовими одно і трьохфазними кінцесформатори струму; енергонезалежна пам'ять вими споживачами. Лічильники здатні вести облік великої ємності; PL-модем; повірочний цифровикористовуваної електроенергії, а також управлявий/імпульсний вихід; дворядковий РКІ-дисплей. ти споживанням в двох режимах - PREPAYMENT і Функції лічильника: вимірювання прямої і зворотCREDIT. Лічильники прямого включення складаної електроенергії; вимірювання прямої реактивної ються із процесора, аналого-цифрового перетвоі зворотної електроенергії в чотирьох квадрантах; рювача, енергонезалежної пам'яті великої ємності, вимірювання параметрів електромережі на кожній РКІ-дисплея, відключаючого реле (65А) на кожній фазі; накопичення даних і статистики за вибраний фазі, батареї живлення для автономного годинниперіод часу; багатотарифний (4 зони) облік спожика лічильника, PL-модема, повірочного цифрововання; вивід даних на дисплей; обмін даними по го/імпульсного виходу, датчиків різниці струмів в Power Line; обмін даними і підтримка повірочного „фазному‖ і „нульовому‖ проводах. Причому, рідкоімпульсного виходу через інтерфейс RS-485; дискристалічний дисплей може бути вмонтований в танційна настройка і синхронізація лічильника; лічильники (одноканальні та багатоканальні, трьосамоконтроль. Слід відзначити, що лічильники з хфазні лічильники), або виконаний як окремий розширеними функціями (інтелектуальні лічильнипристрій (виносний дисплей) для використання з ки) виконують весь спектр вказаних функцій, лічиоднофазними лічильниками одно та багатьох кальники з базовими функціями мають ряд обменальними, і який дозволяє відображувати інфоржень. мацію як для одного так і для декількох споживаРоутери — це автономні комунікаційні причів. В деяких варіантах виконання лічильників реле строї, на базі яких будується мережа передачі даможе бути відсутнє, оскільки пластини реле задіяні них в Smart IMS. Роутери забезпечують двохстоу схемі передачі струму споживачам, вони можуть ронній зв'язок між Центром і лічильниками, в тому бути замінені на перемичку. Якщо конструкція не числі - накопичення і тимчасове зберігання даних, передбачає батарею живлення, то необхідна періщо передаються. Самі роутери будь-яких перетодична синхронізація часу вбудованого годинника ворень інформації не виконують. лічильника з роутером. Кожен лічильник прямого Роутери першої групи підтримують цифрову включення, незалежно від типу і варіанту виконанPL (VL) - магістраль, фізичним середовищем якої ня, оснащений датчиком різниці струму у „фазноявляються існуючі провода передачі електроенерму‖ і „нульовому‖ проводах, що забезпечує надійгії 3 240/400V. По цій магістралі здійснюється обний захист від крадіжок і втрат електроенергії. мін інформацією з лічильниками, а також передача Основні (базові) функції лічильників: облік активної облікової інформації від лічильників відповідним електроенергії, можливість багатотарифного (4 зовнішнім дисплеям (транзитом через роутер). зони) обліку; підтримка режимів PREPAYMENT і Передача даних здійснюється частотноCREDIT; енергонезалежне зберігання даних про модульованими цифровими пакетами. Роутери спожиту електроенергію (наростаючим підсумком цієї групи забезпечують також інформаційний обдо 30 років); зберігання добових, годинних облікомін з Центром або по каналах стільникової мережі 7 19052 8 зв'язку, або по стаціонарній телефонній мережі, ється таким чином, що для кожного лічильника або по середньовольтовій PL (MV) електромережі. підбирається оптимальний шлях до роутера. Роутери першої групи мають наступні функції: авДля передачі облікової інформації від лічильтоматична реєстрація пристроїв (лічильників), підників до зовнішніх дисплеїв також використовуєтьключених до PL; підтримка конфігурації мережі ся PL. При цьому в процесі передачі обов'язково передачі даних рівня VL; підтримка двохсторонприймає участь роутер, який маршрутизує і ренього обміну даними по PL; передача даних в виді транслює пакети, що передаються, Фіг.8. частотно-модульованих цифрових пакетів; переЗв'язок з Центром можливий при наступних направлення (routing) споживчої інформації з лічиваріантах побудови мережі, Фіг.9. льників, не обладнаних пристроєм відображення Варіант 1. Для організації зв'язку між роутером даних, на зовнішні дисплеї; збір і зберігання даних і Центром використовується стільникова мережа в енергонезалежній пам'яті (до 15 останніх діб); зв'язку (GSM, CDMA). В цьому випадку підтримупідтримка годинника (точність 5 секунд/доба), синються два режими обміну даними: хронізація лічильників; підтримка двохстороннього - режим „передача даних‖ - для відправки резв'язку з Центром (один із трьох можливих варіангулярних повідомлень; тів). - режим SMS - для відправки термінових повіРоутери першої групи, як правило розміщудомлень. ються на трансформаторній підстанції (MV/VL) по Варіант 2. Передача даних по PL MV на ділянодному на кожній підстанції — і підключаються до ці між трансформаторною підстанцією і підстанціодно, двох і трьохфазних фідерів. єю більш високого рівня. Далі вихід або в локальну Роутери другої групи встановлюються на підсмережу, або в стільникову мережу зв'язку. танції більш високого рівня (HV/MV) і підтримують Варіант 3. Для організації зв'язку між роутером зв'язок по PL MV з відповідними роутерами, встаі Центром використовується стаціонарна теленовленими на трансформаторній підстанції. Крім фонна мережа. Реалізується тільки в тому випадтого, для зв'язку з Центром ці роутери мають вихід ку, якщо на трансформаторній підстанції є вихід на або в стільникову мережу зв'язку, або в локальну телефонну лінію. мережу Ethernet. На „верхньому‖ ієрархічному рівні системи роРоутери другої групи по своїх функціональних зташовано Центр Smart IMS. Тут на підставі обліконструктивних і технічних характеристиках близькової інформації, яка надходить вирішуються всі кі до роутерів першої групи. завдання, пов'язані з постачанням електроенергії Організація мережі передачі даних. кінцевим споживачам. У складі Smart IMS використовується багаторіСклад Центру в загальному виді показаний на внева (двох- або трьохрівнева) мережа передачі Фіг.10. До складу Центру входять: даних. При побудові мережі завжди використову- Комунікаційний сервер; ються вже існуючі комунікації, тому прокладання - Сервер баз даних; будь-яких додаткових інформаційних магістралей - АРМ „Адміністратор Smart IMS‖; не вимагається. Це дозволяє звести до мінімуму - АРМ „Диспетчер‖; монтажні роботи при створенні системи. - АРМ „Біллінг‖; В залежності від доступності існуючих комуні- АРМ системного адміністратора Центру; кацій і можливості їх використання, користувач - Принт-сервер. системи в кожному конкретному випадку має можВсі компоненти системи об'єднані в локальну ливість вибрати один із трьох можливих варіантів мережу (LAN), котра може мати вихід розподілену організації мережі, як показано на Фіг.5. Для реалімережу передачі даних (WAN). зації того чи іншого варіанту мережі використовуКомунікаційний сервер підтримує актуальну ються роутери, оснащені модемами відповідних конфігурацію системи, забезпечує зв'язок з роутетипів. ром, „роздає‖ отриману інформацію у відповідності „Нижній‖ рівень мережі. з її призначенням і запитами, що поступають. Незалежно від варіанту виконання, „нижній‖ Сервер баз даних забезпечує довготривале і рівень мережі (зв'язок „лічильники- розтер‖) завнадійне зберігання облікової інформації. жди реалізується на базі електропроводки 0,4кВ. АРМ'и, „Адміністратор Smart IMS‖, „ДиспетВсі пристрої цього рівня оснащені спеціальними чер‖, „Біллінг‖ використовується для рішення всьоPL-модемами і підтримують двохсторонній обмін го комплексу прикладних задач, пов'язаних з посданими по PL. Передача даних здійснюється частачанням електроенергії споживачам. тотно-модульованими цифровими пакетами Фіг.6 Принт-сервер роздруковує звіти та інші доку- швидкість передачі - 1200bps менти. - несучі частоти - 43,49kHz В якості комунікаційного сервера, принт- дальність передачі - до 750м (без ретранссервера, сервера баз даних і АРМ'ів можуть виколяції). ристовуватися комп'ютери різних виробників. ВкаКожен лічильник здатен також виконувати фузані комп'ютери можуть бути придбані користуванкції ретранслятора, обслуговуючи інші лічильничами системи самостійно, з врахуванням ки, розташовані або на значному віддаленні від специфікацій і рекомендацій, що надаються виророутера (більше 750м), або на більш „низьких‖ бником Smart IMS. Обов'язкова умова - відповідієрархічних рівнях електромережі. Кількість допусність мінімальним вимогам, необхідним для нортимих рівнів ретрансляції - до семи, Фіг.7. мального функціонування Smart IMS. У випадку зміни конфігурації самої електромеФункції Центру: режі, дерево ретрансляції також динамічно зміню 9 19052 10 - збір, обробка і довготривале зберігання обліту (від Центра - до лічильника) і ін. Для таких повікової інформації; домлень гарантується доставка адресату протягом - передбілінгова підготовка даних; однієї години. - інтерфейс з білінговою системою; Екстрені повідомлення на ділянці „роутер- підтримка режимів PREPAYMENT і CREDIT; Центр‖ передаються наступним чином: - керування споживанням електроенергії; - у випадку використання GSM, CDMA - в виді - керування тарифною політикою; SMS; - контроль балансу активної енергії на заданих - у випадку використання PL MV - в виді пакеділянках мережі; тів з високим пріоритетом; - аварійний нагляд; - у випадку використання TL - в режимі теле- дистанційна настройка лічильників; фонного з'єднання, але позачергово. - підтримка конфігурації системи; Використовуваний в системі протокол обміну - формування звітів різних типів. даними базується на загальноприйнятій моделі Функції системи реалізуються прикладним взаємодії двох об'єктів „клієнт-сервер‖ („запитпрограмним забезпеченням, котре входить до відповідь‖), див. Фіг.13. складу системи. Прикладні програми володіють Одна із сторін (А) посилає другій стороні (В) дружнім користувальним інтерфейсом, виконаним запит, що містить код деякої команди і супровов стилі Windows, Фіг.11. джуючу інформацію (якщо вона необхідна). У відЯк правило, Центр територіально розташовуповідь (В) посилає повідомлення з тим же кодом ють в офісі компанії-постачальника електроенергії. команди і відповідною супроводжуючою інформаУ складі однієї системи допускається існування цією. кількох проблемно-орієнтованих Центрів, віддалеОдна із сторін може посилати „відповіді‖ без них один від одного. запиту другої сторони. Наприклад, таким чином Схема інформаційного обміну в системі Smart лічильник може передавати Центру облікову інфоIMS в загальному вигляді показана на Фіг.12. Факрмацію, зібрану за добу. тично двохсторонній обмін даними відбувається На всіх рівнях системи повідомлення передаміж Центром і кожним окремим лічильником. Роуються у вигляді інформаційних пакетів. Повідомтери відіграють роль проміжних комунікаційних лення може містити в собі коди команд, дані, доланок і в перетвореннях інформації не приймають поміжну і службову інформацію. участі. На Фіг.14 показано формат пакету, використоІнформаційний обмін здійснюється наступним вуваний в Smart IMS. Пакет складається із пакетів чином. трьох рівнів — фізичного, канального, мережевого 1. Кожен лічильник здатен накопичувати і збе— вкладених один в одного і захищених загальрігати в своїй енергозалежній пам’яті облікову і ною CRC. аварійно-технічну інформацію за останні 15 діб. Пакет мережевого рівня містить поле адреси 2. Роутер постійно опитує всі зареєстровані у приймача, поле повідомлення, що передається і нього лічильники в циклічному режимі, отримуючи CRC* мережевого рівня. В захищеному (шифровавід них облікову і аварійно-технічну інформацію. ному) виді передається тільки частина мережевого Кожні 10 хвилин відбувається автоматична синхпакету, яка має прикладне призначення. Решта ронізація всіх лічильників, а також реєстрація ноінформації, в тому числі адреса приймача перевих лічильників, що появились в „полі зору‖ роутедаються у відкритому вигляді. ра. На Фіг.15 показано в загальному виді формат 3. Кожен роутер здатний накопичувати і зберіполя повідомлення, що передається (запит або гати в своїй енергозалежній пам’яті інформацію від відповідь). Повідомлення в обов'язковому порядку усіх зареєстрованих у нього лічильників за останні містить код команди (1 байт) і номер транзакції (1 10 діб. байт). Крім того, повідомлення може містити до 24 4. Один раз на добу (вночі) роутер передає всі байт супроводжуючої інформації - даних. накопичені дані в Центр. Smart IMS 5,0 - це система комерційного приз5. Комунікаційний сервер підтримує зв'язок з начення. Тому в ній передбачені спеціальні міри роутерами і накопичує отриману від них інформаінформаційної безпеки, що забезпечують повноту і цію. достовірність даних, що передаються. 6. Комунікаційний сервер „роздає‖ отримані Для захисту найбільш слабкої ланки системи дані по призначенню у відповідності з поступаюканалу зв'язку „лічильник-Центр‖ - використовуєтьчими від робочих місць і серверів запитами. ся класична схема шифрування повідомлень з 7. Робочі місця обробляють інформацію, що симетричними ключами. На її основі одночасно надходить, вирішуючи, таким чином, прикладні вирішуються спочатку дві важливих задачі інфорзадачі. маційного захисту. Центр може формувати додаткові завдання (1) ідентифікація відправника повідомлення; для окремого лічильника або для групи лічильни(2) ідентифікація самого повідомлення; ків. Наприклад: отримання додаткової інформації, Використовувана система захисту приведена зміна режиму роботи і т.д. Лічильники виконують на Фіг.16 завдання і інформують Центр про результати. Позначення: Деякі види повідомлень передаються в екстm - повідомлення (відкритий текст); реному порядку у виді пріоритетних запитів. НаС - Криптограма, яка передається по каналу приклад: аварійне повідомлення (від лічильника зв'язку; в Центр), повідомлення про проведену передоплаЕ, D - шифруюче, дешифруюче перетворення; 11 19052 12 К - секретний ключ, котрим володіють обидві можуть залишатися в режимі „CREDIT‖, в той час, легальні сторони (і тільки вони!). як інша частина (порушники, боржники) перевоРоутер, який являється проміжною комунікадяться в режим „PREPAYMENT‖. ційною ланкою системи в перетвореннях інформаПо-четверте, для керування режимами не потції не приймає участі. Він „прозорий‖ для крипторібно значних експлуатаційних затрат, так як переграфічної схеми захисту і тому на фігурі не ключання режимів здійснюється дистанційно, в показаний. напівавтоматичному режимі. Це дозволяє операКожне повідомлення (m), що передається між тивно міняти режим роботи з кожним конкретним лічильником і Центром, шифрується. споживачем кожного разу, коли в цьому виникає Для шифрування (дешифрування) повідомнеобхідність. лень, що передаються, лічильник використовує По-п'яте, на відміну від інших відомих систем, свій індивідуальний секретний ключ К, котрий „зав Smart IMS для підтримання режиму шивається‖ в нього на етапі виготовлення і недо„PREPAYMENT‖ не використовують пластикових ступний для зловмисників. карток. Інформаційний обмін між Центром і лічиОбмінюючись даними з конкретним лічильнильником здійснюється по каналах зв'язку системи. ком, Центр використовує для дешифрування (шиЗа рахунок цього досягається достатня „спостерефрування) прийнятих від нього (переданих йому) жливість‖ процесу споживання, забезпечується повідомлень аналогічний ключ К, відповідний саме більш висока надійність і оперативність роботи цьому лічильнику і збережений в закритій базі дасистеми, а також її захищеність від можливих злоних Центру. Цей ключ прописується в базі даних вживань. Центру на етапі інсталяції відповідного лічильника. Фігури 17 і 18 ілюструють роботу системи в В процесі експлуатації системи доступ до закритої обох режимах. Режим „CREDIT‖ розглядається як бази строго регламентований. окремий випадок режиму „PREPAYMENT‖, коли В якості шифруючого/дешифруючого перетвоспоживачу електроенергії надається необмежений рення вибрано відомий практично стійкий алголіміт. ритм IDEA, оперуючий ключами довжиною в Режим „PREPAYMENT‖ - режим передоплати 128bit. Алгоритм простий в реалізації, достатньо це основний режим роботи системи. На відміну від надійний і добре зарекомендував себе в багаторіінших систем з передоплатою, в Smart IMS для чній практиці. передачі в лічильник даних про проведену передПо відкритому каналу зв'язку передаються оплату не використовується пластикова карточка. тільки криптограми (С), захищені від будь-яких Для підтримки оперативного двохстороннього результативних маніпуляцій зі сторони зловмиснизв'язку між лічильником і Центром використовуків. ються канали зв'язку системи. Не маючи секретного ключа, зловмисник не Робота в режимі „PREPAYMENT‖ організована зможе створити криптограму, яка була б сприйнянаступним чином. та отримувачем як легальна. Повідомлення, що Спочатку споживач закуповує деяку кількість містяться „всередині‖ нелегальної криптограми електроенергії, виражену в умовних одиницях розглядаються системою як неправдиві і до викоімпульсах. Система повідомляє про це лічильнику, нання не приймаються. що обслуговує даного споживача. Лічильник підтВикористовувана схема забезпечує надійний римує сальдо споживача, і при надходженні повізахист від таких загроз як фабрикація неправдивих домлення про чергову покупку це сальдо збільшуповідомлень, модифікація легальних повідомлень, ється на відповідну кількість імпульсів. повторне використання легальних повідомлень, Відпускаючи електроенергію споживачу, лічиперенаправлення легальних повідомлень, тобто льник відповідним чином зменшує його сальдо. від усього спектру інформаційних загроз, характеДопустимі технічні межі значень сальдо + 99999 рних для даної предметної області. імпульсів. Однак, на практиці в режимі Прийнята в Smart IMS технологія роботи має „PREPAYMENT‖ негативне допустиме значення ряд важливих особливостей, котрі дозволяють сальдо лімітується. Порогове дозволене негативне компанії-постачальнику електроенергії проводити значення сальдо (ліміт) гнучко задається систегнучку і ефективну політику при проведенні розрамою, але воно не повинно перевищувати -64000 хунків із споживачами. імпульсів. По-перше, Smart IMS здатна підтримувати два Докладна інформація про споживання - іденвідомих режими розрахунків із споживачем тифікатор споживача, поточне значення спожитої PREPAYMENT і CREDIT, залишаючи кінцевий виенергії, сальдо, ліміт - постійно відображається на бір за користувачем системи. дисплеї лічильника. Крім того, лічильник звуковим По-друге, Smart IMS здатна уже в процесі екссигналом попереджує споживача, якщо його сальплуатації „плавно‖ переходити від одного режиму до наближається до „небезпечної зони‖. до другого, що дозволяє, зокрема, поетапно і безЛічильник автоматично відключає від електболісно впроваджувати технологію ромережі споживача, ліміт якого вичерпаний. Піс„PREPAYMENT‖ там, де вона раніше не викорисля отримання повідомлення про оплату, лічильник товувалась. відповідно збільшує сальдо і підключає споживаПо-третє, Smart IMS здатна підтримувати обича. два режими одночасно, що дозволяє вистроювати Лічильник періодично (1 раз на добу) направвибіркову і гнучку політику розрахунків по відноляє в Центр докладну інформацію про споживання шенню до різних категорій споживачів. Наприклад, електроенергії, стану сальдо і інше. частина споживачів (дисципліновані споживачі) 13 19052 14 Режим „CREDIT‖ є окремим видом режиму В процесі експлуатації системи з допомогою „PREPAYMENT‖, коли ліміт споживача взагалі невідповідних команд, що посилаються з Центру, обмежений (unlimited). У цьому випадку система можна оперативно і гнучко міняти діючі тарифіказдійснює тільки автоматичний облік спожитої елеційні параметри. ктроенергії і періодично (один раз на добу) повіКерування енергоспоживанням. домляє результати в Центр. По результатах обліку Постачанням електроенергії споживачу керує раз в місяць система представляє споживачу звіт лічильник. Цю функцію здатні виконувати як одпро оплату. Крім того, система веде в Центрі облік нофазні, так і трьохфазні лічильники прямого заборгованості споживача. Якщо це передбачено включення, що входять до складу Smart IMS. В правилами поставки електроенергії, система здатлічильник вмонтовано реле, котре здатне здійснюна відключити споживача боржника, відправивши вати кероване підключення/відключення споживавідповідну команду на його лічильник. ча, комутуючи при цьому струм до 85А. Лічильник Можливість послідовного вводу відключає споживача в двох випадках: „PREPAYMENT‖- системи в експлуатацію в три 1) якщо ліміт вичерпано; етапи. 2) якщо від Центру поступила команда на відЗдатність Smart IMS одночасно підтримувати ключення. обидва режими роботи із споживачами дозволяє З метою дотримання прав споживача і забезпоетапно без зупинки технологічного циклу постапечення прав електробезпеки передбачена можвки електроенергії вводити систему з передоплаливість завдання в кожному лічильнику певної потою там, де вона раніше не використовувалась. літики відключень/підключень. Лічильник може 1). Режим „CREDIT‖. Smart IMS виступає як бути настроєний таким чином, щоб не відключати традиційна AMR-system. Вона здійснює індивідуаспоживача в темний час доби, а також у вихідні і льний облік електроенергії і періодично (наприсвяткові дні. Можуть бути також встановлені строклад, 1 раз в місяць) формує дані для розрахунків го визначені інтервали часу, протягом яких дозвоіз споживачами. лено відключення/підключення. Також щоб запобі2). Режим „CREDIT‖. Перехідний етап. Вклюгти можливості ураження струмом споживача при чається механізм підтримки сальдо. Встановлюнежданій подачі лічильником струму в кола нагрується початкове значення сальдо, і контролюютьзки (комутації реле), можливо відконфігурувати ся його зміни, але розрахунок із споживачами як і лічильник таким станом, що реле може замкнутись раніше здійснюється на підставі рахунків. Спожитільки у випадку коли споживач натисне відповідну вачі наперед сповіщаються про необхідність погакнопку на передній панелі лічильника. сити заборгованість до встановленого терміну — Контроль балансу електроенергії на ділянці початку 3-го етапу. мережі. 3). Режим „PREPAYMENT‖. Вводиться певний За допомогою додатково встановлених трьоліміт для від'ємного значення сальдо і Smart IMS хфазних лічильників може здійснюватися контроль починає функціонувати як повноцінна балансу електроенергії на заданих ділянках елекPREPAYMENT- system. Споживачі, ліміти котрих тромережі. „Балансний‖ лічильник встановлюється до даного моменту вичерпались автоматично відтаким чином, щоб його показники співпадали з ключаються. сумарними показниками всіх лічильників, встановДалі система функціонує в режимі лених в точках споживання на заданій ділянці ме„PREPAYMENT‖ як в основному, але при необхідрежі. Різниця показників, що перевищують деяке ності дозволяє перевести кого-небудь із споживадопустиме значення, вказує на наявність технічних чів в режим „CREDIT‖. Для цього достатньо надати втрат або розкрадань електроенергії на даній ділічильнику даного споживача необмежений ліміт. лянці. Багатотарифний облік. Система підтримує баОтримання більш точної облікової інформації. гатотарифний облік електроенергії Фіг.19. При необхідності в лічильниках можуть бути Система використовує 8 тарифних планів, які встановлені режими отримання і відправки в відрізняються значеннями тарифних коефіцієнтів. Центр більш детальної інформації, наприклад добових, погодинних та 30 хвилинних витрат електТарифні плани (4 2 варіантів) дозволяють відрізроенергії. Такі карти дозволяють проводити більш няти пори року (4 варіанти), а також вихідні і роботонкий аналіз на основі отриманого профілю спочі дні (2 варіанти). живання. Протягом доби може бути задано до 4-х тариБоротьба з розкраданням електроенергії. фних зон, які відрізняються одна від одної тарифВ Smart IMS передбачено комплекс мір, що ними коефіцієнтами, тобто кількістю тарифних забезпечують надійний захист від технічних втрат і імпульсів, що приходяться на одну кіловат-годину розкрадань електроенергії. Будь-які некоректні електроенергії. підключення, спроби споживання в обхід лічильниГраниці тарифних зон допускають гнучку нака або несанкціоновані підключення до лінії фіксустройку з дискретністю в 1 годину. Границі тарифються системою як аварійні події (див. Фіг.20). У них зон і тарифні коефіцієнти можуть мінятися випадку їх появи лічильник формує аварійні повідистанційними командами із Центру прямо в продомлення, які в екстреному порядку передаються цесі експлуатації системи. в Центр, пред'являються оператору і фіксуються в В процесі роботи на дисплеї лічильника відоспеціальних електронних журналах. бражається „Розкладка‖ спожитої електроенергії Для порівняння на Фіг.21 показано коректне по тарифних зонах, а також позначення (A,B,C,D) включення лічильника, при якому не виробляється актуальної на даний момент тарифної зони. 15 19052 16 аварійний сигнал, так як струми в „фазному‖ і „нуНа виході підстанції встановлений трьохфазльовому‖ проводах рівні. ний „балансний лічильник‖, який дозволяє контроПриклад конкретного виконання. лювати баланс активної електроенергії на фідері На Фіг.22 показано типовий приклад викорис(окремо по кожній фазі). тання Smart IMS для обліку спожитої електроенерРозглянута схема має кілька переваг. гії в сільській місцевості з щільно прилягаючими По-перше, вона не порушує прав споживача, котеджами. Приклад наглядно ілюструє особлидозволяючи отримати доступ до облікових даних в вість використання Smart IMS у порівнянні з „тразручному місці в будь-який час. диційними‖ системами обліку. По-друге, вона забезпечує надійний захист від В сільській місцевості та в приватному секторі втрат і розкрадань електроенергії. із щільною забудовою доцільно використовувати - будь-які втрати на фідері виявляються за добагатоканальні лічильники. Лічильники в необхідпомогою балансного лічильника, що дозволяє конній кількості встановлюються в спеціальному захитролювати баланс окремо по кожній фазі. сному корпусі який розташовується на опорі лінії - Розкрадання на ділянці між опорою і будинелектропередач. Таке розташування дозволяє ком втрачають смисл, бо вони фіксуються індивіобмежити доступ до лічильників для потенціальдуальним лічильником і враховуються в рахунок них зловмисників. споживача. Щоб забезпечити доступ кожного споживача - Лічильник, встановлений на опорі, недоступдо облікової інформації, в кожному котеджі встаний для потенціального зловмисника, а отже зановлюється індивідуальний зовнішній дисплей. хищений від будь-яких неправомірних дій з боку Система конфігурується таким чином, щоб на кожостаннього. ному конкретному дисплеї відображались дані По-третє, така схема надає цілий ряд переваг тільки від відповідного лічильника. в процесі експлуатації, так як кожен лічильник Облікова інформація поступає на дисплей завжди „доступний‖ для двохстороннього дистанбезпосередньо по лінії 220В, що відходить від ційного інформаційного обміну з Центром. опори до будинку. Щоб одержати доступ до неї, Промислове застосування. споживачу достатньо просто включити дисплей в Фактом промислового застосування заявленоелектромережу 220В в будь-якому зручному для го пристрою для вимірювання, обліку та керування нього місці. споживанням електроенергії є впровадження даної Для обміну даними з Центром лічильники висистеми, наприклад, на ЗАТ „Прикарпаттяобленекористовують лінію 0,4кВ, яка йде від трансфоррго‖ в Івано-Франківській області. маторної підстанції (Фіг.23). 17 19052 18 19 19052 20 21 19052 22 23 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 19052 Підписне 24 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП ―Український інститут промислової власності‖, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

System for measuring, recording, and monitoring power consumption

Автори англійською

Mykhailov Serhii Volodymyrovych

Назва патенту російською

Система для измерения, учета и контроля потребления электроэнергии

Автори російською

Михайлов Сергей Владимирович

МПК / Мітки

МПК: H03K 23/00, G01R 11/00

Мітки: пристрій, вимірювання, обліку, споживанням, електроенергії, керування

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/12-19052-pristrijj-dlya-vimiryuvannya-obliku-ta-keruvannya-spozhivannyam-elektroenergi.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Пристрій для вимірювання, обліку та керування споживанням електроенергії</a>

Подібні патенти