Автоматизация систем электроснабжения и энергосбережение

Автоматизированной называют систему управления, которая в основных эксплуатационных режимах обеспечивает эффективную работу объекта автоматизации без вмешательства оператора. Сбор, обработка, передача и хранение информации, задействованной для обеспечения управления, происходит при помощи вычислительной техники и средств автоматизации.

При помощи программного обеспечения и технических средств, в результате работы системы формируются сообщения для работников, различные отчёты, графики или иная документация.

На основе сводных данных по системе диспетчеризации появляется возможность выработки рекомендаций для владельцев здания по уменьшению энергопотребления здания в целом без ущерба для производственного процесс.

Общая интегрированная система автоматизации подразделяется на локальные системы, которые управляют процессами в рамках одной подсистемы здания, в частности, одной из таких подсистем является система электроснабжения.

Система электроосвещения является таким же потребителем электричества, как, например, система кондиционирования и требует отдельного решения по автоматизации. Поэтому разрабатывать автоматизацию электроосвещения в рамках автоматизации электроснабжения не корректно, но если автоматизация минимальна, то иногда проекты совмещают.

Система автоматизации электроснабжения решает следующие задачи:

• Автоматический ввод резервных источников электроснабжения. Контроль состояния сети, и при выходе ее из заданных параметров, переключение на другой источник питания. Обычно, АВР оснащаются все здания, в которых есть потребители 1-й категорий электроснабжения, но в стандартном исполнении, максимум, что отображается у диспетчера – какой источник питания используется, основной или резервный. В индивидуальных проектах, к АВР могут быть выставлены дополнительные требования по удаленному управлению или распределению энергии;
  
  
• Балансировка электроэнергии между потребителями различных уровней важности. Систему можно настроить таким образом, чтобы в случае нехватки электроэнергии, система автоматически отключала бы потребители с низшим приоритетом, это продлит работу потребителей с более высоким;
• Мониторинг качества электроэнергии в распределительной сети здания по заданным параметрам (технический учет), ведение журнала параметров. Для реализации этой возможности потребуется установка дополнительного (в целом лишнего для работы системы) оборудования, т.е. прямых затрат без прямой целесообразности. Данные затраты будут целесообразны при изучении причин и последствий аварийных ситуаций в системе, для определения конкретных виновных в случившемся. При заданных параметрах, система сможет отключать определенные потребители, с целью их защиты;
  
  
• Отображение информации и возможность удаленного управления устройствами с диспетчерского пульта. Возможность телеуправления распределительными щитами отличает обычную систему диспетчеризации электроснабжения с простым отображением состояния некоторых устройств на мониторе, от автоматизированной. Применение телемеханики существенно удорожает стоимость оборудования, поэтому если принято решение об их применение, целесообразно понести дополнительные затраты на разработку алгоритмов управления, максимально исключив влияние человеческого фактора.
  
  

Основные функции системы автоматизации электроснабжения

Диспетчерское, дистанционное или автоматическое управление электроснабжением разрабатывается для решения следующих задач:

• Повышения оперативности в управлении;
• Повышения надежности электроснабжения;
• Контроль состояния кабельных линий электроснабжения;
• Снижение нецелевых затрат энергоресурсов;
• Аналитическое информирование, позволяющее своевременно планировать ремонт оборудования, проводить оптимизацию системы;
• Обеспечение потребителей непрерывным бесперебойным питанием;
• Контроль качества электроэнергии в нормальном, и аварийном режимах;
• Экономия денежных средств на диагностике и ремонте;
• Ведение учета электроэнергии;
• Своевременное оповещение о неполадках в работе системы.

При наличии диспетчерского, автоматического или дистанционного управления электроснабжением обеспечивается работоспособность оборудования в моменты отключения централизованного электроснабжения.

Энергосбережение в автоматизированных системах управления электроснабжением

Одна из наиболее важных задач, решаемых при внедрении любой системы автоматизации – сбережение энергоресурсов и экономия на владении зданием.

Сбережение энергии с учетом данных АСУ может осуществляться в пассивном и активном режимах.

Пассивные меры предполагают применение фундаментальных законов физики в конструкции здания, в принципах действия применяемого оборудования, в частности пассивное сбережение представлено рядом мероприятий:

• Для освещения использовать светильники, у которых большая светоотдача при меньшем потреблении энергии (светодиодные, галогенные, ртутные светильники, энергосберегающие лампы накаливания);
• Установка датчиков освещенности для управления освещением;
  
• Использование современных теплоизоляционных материалов;
• Утепление оконных проемов;
• Выбор энергетических устройств с максимальным КПД;
• Применение возобновляемых источников электроэнергии;
• Другие, неотъемлемые от системы мероприятия.

Активное управление энергосбережением

Активное управление электроснабжением в здании направлено на разработку алгоритмов работы всей системы с целью реализации максимального энергосбережения. Например, одновременная работа батареи и кондиционера возможна только при взаимном информационном обмене в рамках единого алгоритма управления. Такая система включает следующие мероприятия:

• Оптимизация и синхронизация режимов работы ИТП, теплового оборудования и тепловыделяющего оборудования;
  
  
• Синхронизация работы топливных генераторов и АКБ с повышением КПД использования выработанной электроэнергии;
  
  
• Установка датчиков присутствия или интеграция с системой СКУД для управления освещением и отоплением;
• Использование датчиков «спящего режима»;
• Управление отоплением помещения по таймеру, в режимах «день/ночь», с зонированием помещения;
• Контроль электрического оборудования через ПК;
• Балансировка нагрузок в электросетях посредством системы компенсации реактивной мощности;
  
  
• Сопоставление данных о состоянии систем здания с целью выявления причин повышенного энергопотребления;
  
  a
• Как результат указанных мероприятий – корректировка алгоритмов управления зданием.

Первый этап активного энергосбережения подразумевает анализ профиля электропотребления систем, совместно с профилями работы инженерных систем здания.

Второй этап – установка причинно-следственных связей.

Третий этап – выдвижение гипотез и разработка новых алгоритмов взаимодействия систем.

Четвертый этап – внедрение алгоритмов и проверка гипотез и переход на первый этап.

Этапы приведены условно. Существует мнение, активное энергосбережение – это то ради чего и разрабатывается проект любой интеграции инженерных систем. Если отсутствует ежедневная работа в направлении снижения энергопотребления «при прочих равных», то система используется не полностью.

Аппаратная часть автоматизации электроснабжения

Основу системы автоматизации и диспетчеризации электроснабжения составляют свободно программируемые контроллеры и сервера автоматизации (программное обеспечение). Совместимость между компонентами обеспечивается едиными протоколами взаимодействия, специальными шлюзами и OPC-серверами. В качестве простого аналога можно привести преобразователи RS-485 – USB и т.п.

Полевыми исполнительными устройствами являются управляемые автоматические выключатели, магнитные пускатели, реле. Каждая значимая ветвь токоприемников дополняется контрольно-измерительной аппаратурой.

Наиболее широко распространенные протоколы, применяемые в автоматизации систем электроснабжения общественных и промышленных зданий – LonWorks, ModBus и BackNet. Объединение распределенных систем часто осуществляется через TCP/IP сети.

Итак, автоматизированная система диспетчеризации и управления системой электроснабжения это аппаратно-программный комплекс, включающий в себя контроллеры, полевые устройства, средства для сбора данных, каналы связи, программы их обработки на ПЭВМ.

Основные задачи, выполняемые АСДУ:

• Автоматическое управление;
• Мониторинг, контроль, оперативное ручное управление;
• Учёт и контроль качества электроэнергии.

Наиболее часто, внедрение систем АСДУ для электроснабжения происходит в ограниченном режиме. Это связано с тем, что электроэнергия относительно дешева, а стоимость системы высока.

Проект автоматизации и диспетчеризации системы электроснабжения

В гражданском строительстве, по определенным причинам, для системы электроснабжения обычно выполняется проект автоматического ввода резерва и диспетчеризации. Это связано с дороговизной оборудования, ограничением бюджета и дешевизной труда специалиста в РФ.

При строительстве промышленных объектов от качества электроснабжения зависит качество выпускаемой продукции, ущерб от репутационных потерь может значительно превысить затраты на внедрение системы, особенно с учетом того, что при строительстве сложных производственных процессов вкладываются значительные суммы в организацию резервирования по питанию, в этом случае, стоимость автоматизации получается относительно не высокой.