Современная тенденция к применению энергосберегающих технологий совместно с требованиями различных правовых актов в области топливно-энергетического комплекса (ТЭК) России требует от промышленных предприятий установки автоматизированных информационно-измерительных систем (АИИС) для учета потребления и/или генерации энергоресурса, такого как электричество, газ, вода и другие.
Исторически процесс измерений на отечественных предприятиях сводился к тому, что с определенной периодичностью сотрудники организации собирали показания с приборов учета (с некоторой погрешностью), передавали данные в отдел обработки, где по определенным формулам, полуавтоматически формировались учетные показатели. Учетные показатели в дальнейшем использовались для различных целей, таких как финансовые расчеты, проведение прогнозирования и другие.
Основной целью внедрения АИИС является автоматизация учета энергоресурсов и повышения уровня доверия к данным. За данной формулировкой скрываются следующие основные функции:
- Опрос измерительного оборудования;
- Сохранение результатов и параметров измерений системе хранения данных;
- Формирование и представление отчетов на основе данных имеющихся данных.
Сложность процесса внедрения АИИС для отечественных предприятий связан как с удручающим состоянием оборудования, в том числе измерительного, так и с отсутствием готовых программных продуктов решающих прикладные хозяйственно-экономические задачи.
Для некоторых предметных областей, таких, каких как электроэнергетика, мировое сообщество выработало международные стандарты по вопросам организации информации, интерфейсов и форматов передачи данных, такие как МЭК 61970, 61968 и другие.
Сегодня на рынке учета энергоресурсов представлены программные решения как отечественного, так и иностранного производства.
Программные системы иностранного производства стараются максимально удовлетворять этим стандартам и не реализовывать функциональность, которая бы потребовала создания нестандартных решений.
В отличие от продуктов иностранного производства, российские системы только подходят к частичному воплощению требований международных стандартов, в первую очередь для решения задач интеграции с другими системами. Отечественным разработчикам изначально приходится адаптировать и расширять международные стандарты для российских условий.
Стоимость внедрения АИИС иностранного производства значительно превышает стоимости внедрения российских аналогов. Общие затраты времени, денежных средств, а так же усилий специалистов на внедрения систем как правило очень высоки. При этом высокая стоимость иностранного продукта не гарантирует решения всех пользовательских задач. Ориентация только на международные стандарты не позволяет иностранным продуктам выполнять функции сопутствующие процессу измерений, такие как расчет потерь, расчет составных показателей, что могло бы полностью замкнуть процесс измерения, по этому в российских условиях такие системы не находят широкого распространения. Здесь доминируют либо системы с полуавтоматической дообработкой данных, либо системы с частичной реализацией международных стандартов, адаптированных к российским условиям.
В ходе внедрения АИИС энергетические подразделения предприятия и энергохозяйство в целом претерпевает существенные изменения. По окончанию внедрения в организации появляется новая техника, а у персонала - новые возможности и новая ответственность. Внедренная система предоставляет доступ к большим объемам данных (десятки и сотни гигабайт). У пользователей возникает закономерные вопросы: "Как сделать эти данные полезными?".
Полезными данные может сделать только аналитический слой обработки данных. При этом параметры настройки встроенных алгоритмов работы должны быть очень гибкими, а возможность внесения новых алгоритмов максимально проста.
Мы предлагаем строить аналитический слой на следующей базе понятий:
- Совокупность точек учета (СТУ) представляет собой множество точек энергетической сети предприятия, которое представляет собой универсальный источник данных. Данная сущность представляет собой абстракцию высокого уровня. Иерархически СТУ является предком для точек изменений и учетных показателей. СТУ может предоставлять такие данные как ручной ввод показателей измерений, прогнозируемые значения, результаты измерений контрольных или внешних систем, а так же линейную комбинацию других совокупностей точек учета с произвольными весовыми коэффициентами. Таким образом, следует установить, что СТУ является логическим источником данных любого рода;
- Точка измерений (ТИ) является непосредственным источником данных - показания измерений;
- Учетный показатель (УП) является производным показателем. На основе алгоритма и онтологии предметной области производится преобразование данных реального измерительного прибора установленного физически в одном узле к показаниям виртуального измерительного прибора установленного в другом узле.
Логическая схема обработки данных
Алгоритм расчета СТУ является ни чем иным, как реализацией расчета по коэффициентам аргументов входящих в линейную комбинацию определяющую СТУ. Структура СТУ, коэффициенты вхождения аргументов хранятся в БД - часть информационной модели расчета учетных показателей. Программная реализация на основе информационной модели производит вычисления над хранящимися в БД данными. Результаты расчетов также сохраняются в БД для последующего повторного использования.
Алгоритм расчета потерь тесно связан с физическими законами транспорта энергоресурса и состоит из двух частей.
- Первая, это построение формулы для расчета потерь по топологии. Например, расчет потерь в электрической цепи от точки поставки то точки учета состоит из расчета потерь в силовых трансформаторах, в кабельных или воздушных линиях, потерях на оборудовании ЗРУ;
- Вторая, это непосредственный расчет полученной формулы путем подстановки неизвестных - значений физических параметров конкретного оборудования. Непосредственное вычисление формулы тесно связано и информационной моделью расчетного участка цепи. Здесь важно отметить, что фиксация входных переменных в расчетные алгоритмы влечет проблемы эксплуатации системы, которая должна осуществляться на протяжении десятков лет. Выходом служит привязка параметров расчетной формулы к онтологии предметной области - информационной моделью сети. В таком случае, даже если в ходе эксплуатации системы произошло изменение параметров оборудования от его замены или поверки алгоритм расчета будет верен, так как входной информацией для расчета будет информация их информационной модели.
Отличительной особенностью расчетных моделей является полнота, то есть если какой либо аргумент не определен: нет данных или их состояние не известно, то алгоритм расчета не производится. Данное поведение обусловлено дополнительной проверкой качества работы системы снизу вверх. В противном случае система всегда сможет производить расчеты, но за качество результатов расчета никто не может ручаться и смысл существования автоматизированной информационно-измерительной системы ставиться под сомнение.
Если развивать идею повышения эксплуатационных свойств системы, то имеет смысл автоматизировать первый шаг алгоритма расчета - построение формулы расчета по топологии сети передачи энергоресурса, опять же на основе информационной модели. Для решения этой задачи в первую очередь необходимо наложить ограничения на схему измерений. Информационная модель, описывающая измерения, должна иметь древовидную структуру. В таком случае генерация алгоритмов УП может производиться на основании формального описания физического процесса потерь и онтологии предметной области. Где формальное описание потерь строится на базе методик описанных в государственных стандартах по расчету потерь.
Пользователи АИИС столкнувшиеся с огромным количеством данных требует реализации перехода от количества информации к ее качеству. Аналитический слой является обязательной составляющей любой современной АИИС способный выполнить этот переход. Автоматизация процесса обработки информации на основе различных математических алгоритмов позволяет сделать шаг по направлению получения дополнительных знаний из данных в промышленных системах. Мощность аналитического слоя, в ближайшее время, будет определяющим фактором выбора потребителем той или иной системы. Способность системы анализировать данных и вовремя сообщать эксплуатирующему персоналу о выходе технологического процесса за установленные пределы позволит получить экономический эффект от снижения расходов как на различные штрафы по невыполнению договорных обязательств, так и ремонт и замену оборудования которое быстрее выходит из строя, если вынуждено работать в не корректных режимах.
Модель организации аналитического слоя в данной статье опробована в области электроэнергетики в системах класса АИИС КУЭ функционирующих на ОРЭ РФ и используется для расчета различных учетных показателей и произвольных показателей, задаваемых пользователем.
(с) 2007, Андрюшкевич С.К.
