Uwarunkowania techniczne i organizacyjne smart meteringu Adam Babś Instytut Energetyki Oddział Gdańsk Warszawa 23.03.2010 IEn Gdańsk 2010 Uwarunkowania techniczne Urządzania końcowe: liczniki terminale Sieć transmisji danych Systemy informatyczne Użytkownicy www.ien.gda.pl e-mail: ien@ien.gda.pl 2
Inteligentny system pomiarowy AMI www.ien.gda.pl e-mail: ien@ien.gda.pl 3 Technika realizacji a funkcja celu Funkcjonalność liczników w systemie AMI dopasowana do funkcji celu Powszechne wdrożenie inteligentnych systemów pomiarowych przy minimalizacji kosztów i zachowaniu możliwości rozbudowy systemu w przyszłości Podstawowe przeznaczenie AMI: źródło danych pomiarowych i narzędzie do oddziaływania na odbiorcę: bezpośrednio (zał/wył) na polecenie OSD/OSP i sprzedawcy pośrednio - przekazywanie informacji handlowych od sprzedawcy Funkcja analityczna: wykrywanie kradzieży energii Systemy informatyczne sprzedawców energii realizują funkcje różnicowania cen energii w czasie (taryfikacja). Systemy informatyczne OSD i OSP (SCADA lub wspomagania ruchu) funkcje bezpieczeństwa systemu elektroenergetycznego www.ien.gda.pl e-mail: ien@ien.gda.pl 4
Inteligentne liczniki - funkcjonalność Podstawowa Dodatkowa Pomiar i rejestracja energii czynnej. Zdalne odłączanie /załączanie odbiorcy inicjowane przez OSD/OSP Ograniczanie mocy czynnej pobieranej przez odbiorcę. Synchronizacja czasu. Wykrywanie i rejestracja zdarzeń klasy 1 - odczyt na żądanie. Zdarzenia klasy 2 spontaniczna transmisja Funkcje komunikacyjne. Wyświetlanie pomiarów na wyświetlaczu własnym lub zewn. Funkcje systemowe Pomiar energii czynnej w zadanych strefach czasowych -niezależne liczydła strefowe (maks. 24 strefy/liczydła taryfowe) dla dwóch niezależnych kalendarzy. Dodatkowe interfejsy: do terminala odbiorcy do urządzeń pomiarowych innych mediów do sieci domowej HAN Opcjonalna Pomiar energii biernej Pomiar energii w obu kierunkach dla rozproszonej generacji (prosument), Rejestracja dobowych profili zużycia energii czynnej z uśrednianiem 15 min Pomiar parametrów jakościowych Funkcjonalność liczników przedpłatowych www.ien.gda.pl e-mail: ien@ien.gda.pl 5 Liczniki funkcjonalność podstawowa (1) Pomiar i rejestracja energii czynnej Rejestracja dobowych profili zużycia energii czynnej z uśrednianiem 1 godz. Rejestracja dobowego zużycia energii czynnej. Rejestracja zużycia energii narastająco od pierwszego uruchomienia licznika. Rejestracja mocy maksymalnej 15-minutowej w ciągu doby Wykrywanie i rejestracja zdarzeń klasa 1 - odczyt na żądanie : Aktualizacja nastaw funkcji lub jej aktywacja/deaktywacja, zmiana trybu pracy licznika - kredytowy/przedpłatowy wymiana/aktualizacja oprogramowania licznika klasa 2 transmisja spontaniczna Wykrycie zaniku/powrotu zasilania detekcja włamań do licznika i kradzieży energii, wył/zał. odbiorcy w wyniku interwencji OSD/OSP lub ograniczenia poboru mocy czynnej funkcja przedpłatowa www.ien.gda.pl e-mail: ien@ien.gda.pl 6
Liczniki funkcjonalność podstawowa (2) Zał/wył przez OSD/OSP Ponowne załączanie możliwe przez podmiot, który zażądał usługi wyłączenia. Elementy wyłączające zabudowane w liczniku (min 80A/fazę). Ograniczanie mocy czynnej Realizowane na podstawie zdalnie wprowadzonych nastaw: wartości progowej pobieranej mocy, czasu pobudzenia (ostrzegania) przed wyłączeniem, czasu ponownego samoczynnego załączenia. www.ien.gda.pl e-mail: ien@ien.gda.pl 7 Liczniki funkcjonalność podstawowa (3) Funkcje komunikacyjne Obecność 2 interfejsów: 1- do dwukierunkowej komunikacji z systemem odczytowym, 2- do komunikacji z terminalem obsługi. Zapewnienie bezpieczeństwa transmisji danych: autentykacja i szyfrowanie Funkcje systemowe Wyświetlanie na wyświetlaczu własnym lub zewnętrznym stan liczydeł - dobowego i ciągłego zużycia energii, informacji o wyłączeniu zdalnym (przyczyna przekroczenie mocy, wyłączenie awaryjne/systemowe, płatności - opcja), informacji o zarejestrowanych zdarzeniach, czas i data. Detekcja obecności licznika w systemie AMI (funkcjonalność Plug&Play). Możliwość zdalnej zmiany oprogramowania licznika www.ien.gda.pl e-mail: ien@ien.gda.pl 8
Liczniki technika transmisji PLC Radio - bliski zasięg Przewód miedziany + Dostępność w miejscu instalacji licznika + Duża niezawodność + Szybki rozwój techniki PLC Przepustowość < 2,4 kb/s, spodziewany postęp (modulacja ODFM) Trudność stosowania rozbudowanych standardów transmisji Podatność na zakłócenia od sprzętu domowego Możliwe wydłużenie procedur komunikacyjnych Częstotliwości: 433MHz, 868MHz i 2,4 GHz + Łatwość instalacji i niska cena + Brak ograniczeń prawnych + Bezpieczeństwo transmisji Trudność stosowania rozbudowanych standardów transmisji Podatność na zakłócenia od innych urządzeń + Niska cena + Polecany w zabudowie miejskiej wielomieszkaniowej + Niewrażliwość na zakłócenia Konieczność instalacji dodatkowej infrastruktury www.ien.gda.pl e-mail: ien@ien.gda.pl 9 PLC jak to działa Płytka drukowana montowana w liczniku Procesor sygnałowy odpowiedzialny za analizę sygnałów w sieci elektroenergetycznej Publikacja za zgodą producenta - ADDAX www.ien.gda.pl e-mail: ien@ien.gda.pl 10
Sieć teletransmisyjna - wymagania Dopasowanie przepustowości do spodziewanego ruchu telekomunikacyjnego na różnych poziomach Szacunek ruchu na poziomie MDM dla 1 mln liczników - założenia Odczyt profili obciążenia raz na dobę w czasie 5 godzin Standardy Standard EDIFACT, Norma IEC 61986, XML (plain), PTPiREE znakowe bez kompresji Generowany ruch od 0,5 do 2 Mb/s -możliwość podziału na strumienie - różne punkty dostępu do sieci (NAP Network Access Point) Możliwość redukcji ruchu o 10 razy przy założeniu prostej struktury danych (100 bajtów na profil z 1 licznika 25 x 4 bajty FP) Kompresja plików możliwość redukcji objętości pliku 10 x Szacunek ruchu na poziomie koncentratora dla 1000 liczników Odczyt profili obciążenia raz na dobę w czasie 5 godzin Standard komunikacji DLMS/COSEM Generowany ruch 1kb/s Koszty eksploatacyjne przewidywalny (niski) poziom www.ien.gda.pl e-mail: ien@ien.gda.pl 11 Sieć teletransmisyjna Medium: sieć elektroenergetyczna SN Własność OSD System radiowy: TETRA + Możliwość dotarcia do punktów dostępu sieci LAN/WAN w stacjach 110/SN + Wykorzystanie dla innych celów np. sterowanie łącznikami, oświetleniem + Szybki rozwój spodziewane zwiększenie przepustowości poprzez komercyjne zastosowanie modulacji typu OFDM (ang. Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) jednoczesna transmisji wielu strumieni danych na ortogonalnych częstotliwościach Ograniczona przepustowość do 2,4 kb/s (przy modacji FSK) + Niskie koszty eksploatacji (przy założeniu wykorzystania dla innych celów) Ograniczenia przepustowości do 19,2kb/s (konieczność oszczędnej struktur danych 100B/profil) Koncesjonowanie kanałów radiowych W żadnym OSD nie wdrożony duże nakłady inwestycyjne www.ien.gda.pl e-mail: ien@ien.gda.pl 12
Sieć teletransmisyjna Dzierżawa Sieć telefonii komórkowej + Powszechność terytorialna usługi GPRS + Przewidywalny koszt malejący w sytuacji konkurencji + Wystarczająca przepustowość możliwość wielu punktów dostępu do sieci Niska ale wystarczająca pewność usługi Niedostępność w sytuacji awarii katastrofalnej systemu elektroenergetycznego www.ien.gda.pl e-mail: ien@ien.gda.pl 13 System informatyczny - wymagania Najważniejszy element systemu AMI Skalowalność do kilku milionów odbiorców Czas reakcji na zdarzenie z licznika < 1min Możliwość przekazania polecenia na wyłącz w czasie < 5min Dokładna specyfikacja interfejsów na etapie projektu Do systemów odczytowych Do systemu bilingowego SCADA lub/i EMS Systemy zarządzania majątkiem Publikacja/udostępnienie danych Konieczność uruchomienia przed rozpoczęciem instalacji liczników Architektura zorientowana na usługi SOA (Service Oriented Architecture) Korporacyjna Magistrala Usług (ang. Enterprise Service Bus) - dodatkowa warstwa pośrednia w wielowarstwowej architekturze systemów informatycznych umożliwiająca zastosowanie koncepcji SOA w środowisku korporacyjnym tj. przyłączanie i odłączanie usług korporacyjnego systemu informacyjnego. www.ien.gda.pl e-mail: ien@ien.gda.pl 14
System informatyczny przykład www.ien.gda.pl e-mail: ien@ien.gda.pl 15 System informatyczny - scentralizowany Żródło: Prezentacja ENERGA Płock 11-03-2010 Centralny system zarządzania pomiarami MDM bezpośrednia wymiana danych z koncentratorami lub licznikami www.ien.gda.pl e-mail: ien@ien.gda.pl 16
System informatyczny struktura rozproszona Struktura rozproszona terytorialnie systemy odczytowe obsługujące po kilkadziesiąt tysięcy odbiorców wymieniające dane z systemem centralnym www.ien.gda.pl e-mail: ien@ien.gda.pl 17 System AMI - standaryzacja Cel standaryzacji: minimalizacja kosztów poprzez wybór rozwiązań konkurencyjnych ale identycznych z punktu widzenia określonej cechy np. wymiany danych, funkcji użytkowych i innych Standard niewłaściwe dobrany lub w złym miejscu może znacznie podrożyć koszty. Racjonalna standaryzacja na tym poziomie, gdzie medium komunikacyjne nie wnosi istotnych ograniczeń. Praktycznie dostępne standardy: Funkcjonalność COSEM wg IEC 62056-62, kody danych OBIS wg IEC 62056-61, protokół warstwy aplikacji DLMS wg IEC62056-53 SML (Smart Message Language) planowana normalizacja przez IEC Ekwiwalent standaryzacji specyfikacja na poziomie dostępu do innego systemu API (ang. Application Programming Interface) interfejs programowania aplikacji, interfejs programu użytkownika www.ien.gda.pl e-mail: ien@ien.gda.pl 18
System AMI źródło danych i ich udostępnianie Podmioty zainteresowane danymi pomiarowymi OSD i jego systemy informatyczne w celu: zarządzanie siecią, wykrywanie i minimalizowanie strat, zarządzanie jakością, fakturowanie sprzedawców, zmiany dostawców przez konsumentów, prognozowanie Konsumenci (odbiorcy) - racjonalizacja konsumpcji, Sprzedawcy (fakturowanie, handel, prognozowanie, zamówienia), Producenci energii - planowanie produkcji Regulator rynku energii (zapewnienie jakości usług na rynku, statystyka, ochrona konsumenta, ochrona konkurencji), Agendy rządowe, instytucje naukowe itp. Sposób udostępnienia danych OSD ma obowiązek umożliwienia elektronicznej wymiany danych w jednolitym, publicznie dostępnym formacie przy zachowaniu poufności danych Format danych i sposób ich wymiany powinien umożliwiać w pełni automatyczne dalsze przetwarzanie w systemach informatycznych podmiotów zainteresowanych pozyskiwaniem danych Obowiązek stworzenia niezbędnej infrastruktury telekomunikacyjnej i informatycznej dla wymiany danych z OSD spoczywa na podmiocie zainteresowanym pozyskaniem danych. www.ien.gda.pl e-mail: ien@ien.gda.pl 19 System AMI a Smart Grid (1) Opomiarowanie dochodzące do odbiorcy a w przyszłości producenta (prosument) jest podstawowym warunkiem wdrożenia sieci inteligentnej Konieczność opracowania i instalacji w sieci nn i/lub SN urządzeń (sterowników) pełniących funkcję RTU i wykorzystujących sieć elektroenergetyczną do wymiany informacji Opracowanie algorytmów i miejsca ich aplikacji sterowanie lokalne vs sterowania scentralizowane. www.ien.gda.pl e-mail: ien@ien.gda.pl 20
System AMI a Smart Grid (2) System AMI źródłem danych dla aplikacji z dziedziny sieci inteligentnej takich jak: Inteligentny system regulacji napięcia w sieci nn Optymalizacja pracy sieci SN Ładowanie pojazdów elektrycznych. Praca wyspowa podobszarów Wykorzystanie agregatów prądotwórczych dla automatycznego odciążenia sieci elektroenergetycznej Zarządzanie obciążeniem sieci (urządzenia grzewcze, oświetlenie uliczne) Optymalizacja pracy sieci Wydzielanie uszkodzonego odcinka linii SN współpraca z inteligentnymi budynkami zawierającymi mikrogeneracje. GK Energa we współpracy z IEn uruchamia programy pilotażowe dla wybranych funkcji Smart Grid www.ien.gda.pl e-mail: ien@ien.gda.pl 21 Uwarunkowani organizacyjne Organizacja wdrożenia Szacunek zasobów ludzkich Ilość liczników instalowanych: rocznie 0,5 mln Czas instalacji licznika: 30 min Ilość instalatorów: 150 Ilość osób zaplecza: 100 Uwarunkowania Wcześniej wdrożony i uruchomiony system odczytowy Sprawny system łączności ekipy instalatorskie centrum logistyki Demontaż i utylizacja starych liczników Zapewnienie ciągłości dostaw w sytuacji spodziewanego boom instalacji liczników w Europie www.ien.gda.pl e-mail: ien@ien.gda.pl 22
Uwarunkowania organizacyjne Skala projektu: objęcie całej populacji ludności w kraju dwukierunkową wymianą informacji z OSD a pośrednio z wieloma podmiotami (sprzedawcy, operatorzy, organy administracji) Korzyści możliwe do osiągnięcia przez odbiorców przy obecnie proponowanych rozwiązaniach (wyświetlacz, terminal domowy itp.) trudne do oszacowania Rozważyć powszechne wprowadzenie metodą nakazową przy jednoczesnym powszechnym informowaniu o koszcie energii w danej chwili za pomocą mediów Standardy: Czy korzyść, potanienie rozwiązań i ułatwienie przy wdrażaniu czy ochrona interesów producentów urządzeń? Możliwość rozbudowy funkcjonalnej systemu poprzez wymianę firmware w licznikach jako gwarancja otwartości systemu na przyszłe potrzeby. www.ien.gda.pl e-mail: ien@ien.gda.pl 23 Opracowa: Adam Babś tel. 58 349 8100; Kierownik Zakładu e-mail: a.babs @ien.gda.pl www.ien.gda.pl e-mail: ien@ien.gda.pl 24