С 1 января 2022 года новые счетчики электроэнергии, устанавливаемые в домах жителей России, должны иметь возможность автоматической передачи данных о потреблении. Для реализации этого метода необходимо построить надежный канал связи от счетчика до диспетчерской, предпочтительно без прокладки дополнительных линий. В этой статье мы рассмотрим, каким требованиям должна отвечать технология передачи информации для нужд учета электроэнергии в доме.
Внедрение автоматизированной системы коммерческого учета (АСКУЭ) удобно для клиентов энергетических компаний. Им не нужно тратить время на ежемесячную подачу информации в энергетические компании. Конечно, это выгодно и коммунальным предприятиям. Он предоставляет им мгновенную и достоверную информацию о потреблении электроэнергии, в то время как при традиционном методе у злоумышленников была возможность фальсифицировать передаваемые данные во время снятия показаний счетчика, проводимого два раза в год. ASCMS также позволяет клиентам, которые не оплачивают счета за электроэнергию в течение длительного периода времени, индивидуально ограничить потребление или отключить их от сети, чтобы не беспокоить соседей.
Однако для внедрения ASCE может существовать другой контекст, более важный, чем устранение человеческого фактора при снятии показаний счетчиков. Она призвана решить проблему потери счетчиков в электрических сетях, которые не принадлежат поставщику электроэнергии.
В жилищных комплексах внутренняя сеть, подающая электроэнергию в квартиры, находится в совместной собственности домовладельцев. В садовых и многих коттеджных поселках сети на территории также являются общей собственностью домовладельцев. Поэтому домовладелец несет ответственность за состояние сети в доме или районе.
К сожалению, ухудшение состояния сетей внутри многоквартирных домов и садовых товариществ является серьезной проблемой в России. По мере износа сетей увеличиваются потери энергии. Чрезмерные потери из-за отсутствия инвестиций в ремонт сетей приходится оплачивать владельцам. С момента введения капитализации вопрос о том, как определяются и покрываются эти убытки, стал предметом дебатов между поставщиками, клиентами, местными властями и даже политиками на федеральном уровне.
До внедрения AHCCS потери в сети домохозяйства или деревни определялись на основе некоторого среднего коэффициента или путем вычитания суммы показаний счетчика абонента из суммы показаний счетчика всего домохозяйства (или деревни). Первый метод очевиден и по своей сути ошибочен. Однако второй метод не дает надежных результатов при сборе данных вручную, так как некоторые жители могут забыть или намеренно не предоставлять свои данные.
Кроме того, расчет является менее точным из-за 12-дневного периода, в течение которого клиенты должны предоставлять показания счетчиков. Наиболее точные данные о потерях в сети в жилых и дачных поселках можно получить, снимая показания общего счетчика и всех индивидуальных счетчиков одновременно. Поэтому системы передачи данных должны быть достаточно надежными и устойчивыми к помехам, чтобы принимать информацию от всех абонентов одновременно.
Технология PLC
Эта технология использует линии электропередачи для передачи данных; это наиболее распространенный метод передачи данных в системах AMR. Помимо своей основной функции, кабель питания также выполняет функции коммуникационного кабеля. Это возможно потому, что частота для передачи электроэнергии составляет 50 Гц, а для связи используется более высокая частота (обычно 30-90 кГц).
G3 Пример сети передачи данных на основе технологии ПЛК. Источник Энергомера (Energomera.ru).
Преимущество PLC заключается в том, что, в отличие от радиоволн, на распространение сигналов по силовым кабелям не влияет несущая конструкция здания. Основным недостатком является то, что связь возможна только до ближайшей подстанции. Помимо трансформаторов, существуют и другие электрические устройства, которые не переносят или подавляют высокие частоты, что может препятствовать распространению сигнала.
Пример построения беспроводной сети с использованием технологии LoRaWAN. Источник Энергомера (Energomera.ru).
Еще одной проблемой является влияние помех в электрических сетях. В настоящее время эта проблема значительно усугубляется использованием импульсных источников питания, которые генерируют высокочастотный шум, близкий к рабочему диапазону систем ПЛК. самым большим врагом ПЛК, вероятно, является сварочный аппарат. Сеть, к которой подключен сварочный аппарат, может полностью прервать связь по этой технологии во время работы.
Новая версия, названная G3 PLC, в значительной степени решает проблему помех за счет использования модуляции OFDM. Эта версия ПЛК способна передавать данные со скоростью до 45 кбит/с и может одновременно обслуживать до 1 000 устройств в одной сети.
Данные передаются из основной точки сети, за пределы которой сигнал ПЛК попасть не может, в диспетчерскую через специально проложенный кабель Ethernet или мобильную сеть LTE.
Беспроводные системы, работающие в диапазоне субгигагерц
В качестве более современного подхода каждый счетчик оснащен модулем беспроводной связи, который передает данные на расстояние около 10 км. Это позволяет собирать данные по беспроводной связи для целого города или деревни.
Использование полноценной мобильной линии LTE для каждого счетчика является дорогостоящим решением. Кроме того, одновременное использование большого количества счетчиков перегружает мобильную сеть. Поэтому используются специальные беспроводные технологии, разработанные для Интернета вещей. Используется топология "звезда", где каждый счетчик напрямую подключен к базовой станции. Скорость передачи данных обычно низкая, до 50 кбит/с. Это позволяет увеличить расстояние соединения с базовой станцией, снизить стоимость и энергопотребление оборудования на стороне абонента. В настоящее время наблюдается тенденция выхода на рынок специализированных операторов, в том числе и в России, для обеспечения беспроводной передачи данных для домашних хозяйств и муниципалитетов.
Системы, используемые для сбора данных, работают в диапазоне частот до 1 ГГц, обычно называемом суб-ГГц.
Стандарт LoRaWAN (сокращенно LoRa) широко распространен во всем мире. В России устройства, соответствующие этому стандарту, работают в полосе частот 864-870 МГц. Он имеет радиус действия до 5 км в городских районах и до 15 км на открытой местности.LoRaWAN уже используется в нашей стране для передачи показаний с интеллектуальных счетчиков.
Российская компания WAVIoT ("Телематические решения") разработала технологию NB-Fi, которая превышает дальность передачи данных LoRaWAN до 10 км в городских районах и до 50 км в условиях прямой видимости (но падает до 0,3 кбит/с на максимальном расстоянии). Частотный диапазон, используемый для связи, составляет 868 МГц. Технология NB-Fi уже широко используется и часто называется WAVIoT по имени компании, которая ее разработала. NB-Fi используется в качестве основы для многих систем сбора энергетических данных. Также с 1 апреля 2022 года вводится в действие ГОСТ Р 70036-2022 "Информационная технология. Протокол беспроводной передачи данных Интернета вещей на основе узкополосного модулированного радио (NB-Fi)".
Важным преимуществом NB-Fi в современных условиях является возможность использования встроенных алгоритмов шифрования. Однако устройства NB-Fi основаны на чипах иностранного производства с отечественным программным обеспечением; WAVIoT представляет облачный сервис учета электроэнергии для пользователей технологии.
NB-IoT.
Этот стандарт передачи данных основан на существующей инфраструктуре общественной мобильной сети: чтобы избежать перегрузок сети во время передачи данных IoT, пропускная способность ограничена по сравнению с традиционными WAN-соединениями, так что одна базовая станция может поддерживать десятки тысяч счетчиков без ущерба для основной деятельности. Модули связи NB-IoT дешевле аналогичных устройств в традиционной мобильной связи; NB-IoT не требует физического присутствия SIM-карты, что снижает дополнительные расходы. Скорость передачи данных в базовой версии составляет 250 кбит/с. Услуги NB-IoT в России предоставляют все три крупных оператора связи.
Базовая станция системы NB-Fi VAVIOT NB-300 может поддерживать до 2 миллионов абонентских терминалов в радиусе до 10 км в городах и до 30 км на открытой местности.
Базовая станция VAVIOT NB-300 NB-Fi может поддерживать до 2 миллионов абонентов в радиусе до 10 км в городских районах и до 30 км на открытой местности.
NB-IoT не требует отдельной инфраструктуры, но цена абонентского оборудования для NB-IoT несколько выше, чем для LoRa и NB-Fi. Следует также отметить, что диапазон суб-ГГц характеризуется высокой надежностью связи в городских условиях. Наконец, использование NB-IoT зависит от тарифной политики операторов связи, что означает, что энергетические компании не могут строить собственные сети NB-IoT и нуждаются в лицензии на частоты мобильной связи, получение которой нецелесообразно. С другой стороны, для создания сети LoRaWAN или NB-Fi не требуется лицензия на частоты, поэтому это могут сделать как энергетические компании, так и операторы рынка.
Заключение.
В недавно построенных домах, где силовые кабели находятся в хорошем состоянии и не установлены электрические устройства, создающие помехи для радиочастотного сигнала, новая версия технологии PLC, основанная на модуляции OFDM, остается лучшим вариантом.
В сложившихся городских районах, где технические условия электрической сети и используемое оборудование очень разнообразны, предпочтительнее система в субгигагерцовом диапазоне: выбор между LoRaWAN и NB-Fi зависит от стратегии бизнеса: в случае LoRaWAN существует большой выбор оборудования (включая отечественную продукцию), а в В случае с NB-Fi риск, связанный с политической ситуацией, меньше, поскольку стандарт определен ГОСТом на основе криптографической технологии отечественного производства.
Связь NB-IoT выгодна в районах с низкой плотностью населения, поскольку затраты на создание отдельной беспроводной сети связи для передачи показаний счетчиков не оправдывают себя. В долгосрочной перспективе стандарты мобильной связи 5G могут стать основным источником передачи данных со счетчиков. Кроме того, через несколько десятилетий цифровизация энергетического сектора приведет к тому, что само понятие "счетчик электроэнергии" уйдет в прошлое, а бытовые приборы будут передавать информацию о собственном энергопотреблении.
