CC BY
16
Автоматизированная информационно-измерительная система коммерческого учета электроэнергии с использованием WEB
технологий
В.С. Щербаков, Е.А. Петухов, И.С. Щербаков, Е.В. Чумакова, А.С. Климов Сибирский федеральный университет, Красноярск
Аннотация: В статье приведены результаты исследования автоматизированной системы коммерческого учета энергоресурсов. Разработана и протестирована открытая архитектура программного обеспечения верхнего уровня автоматизированной информационно-измерительной системы коммерческого учета электроэнергии, на основе WEB-технологий, которая позволит проводить дальнейшие исследования и научную деятельность в области математической и программной обработки данных о потреблении электроэнергии. Разработан модуль планирования и управления ресурсами предприятия при внедрении АИИС КУЭ в МКД на основе разработанной диаграммы вариантов использования.
Ключевые слова: WEB-технология, автоматизированная информационно-измерительная система, электроэнергия, энергопотребление, автоматическое управление.
В настоящее время интерес к автоматизированным системам коммерческого учета энергоресурсов (АСКУЭ) увеличивается с каждым годом [1-3]. Это связано с глобальной тенденцией к энергоэффективным и энергосберегающим технологиям, а также с изменениями в законодательной и нормативно - правовой базе в энергетическом секторе (Положение о Министерстве промышленности, энергетики и жилищно-коммунального хозяйства Красноярского края утверждено Постановлением Правительства Красноярского края от 18.05.2010 № 270-п, приведено в редакции от 16.11.2021 № 802-п), которые стимулируют потребителей и поставщиков энергоресурсов к установке интеллектуальных приборов учета, автоматизированных информационно - измерительных систем (АИИС) и т.д. [4-5]. Растут объемы потребления энергоресурсов, растут и затраты на полученные услуги [6]. Одним из способов оптимизации энергозатрат специалисты называют автоматизацию учета энергопотребления [7-8].
Система АСКУЭ выполняет ряд функций, позволяющих повысить эффективность потребления электроэнергии [9]: точное измерение поставки
и потребления количества энергоресурсов; автоматизированный контроль потребления энергоресурсов в заданных интервалах; фиксация зон на объекте, имеющих энергопотребление, выходящее за рамки номинальных значений; оценка отклонений параметров энергопотребления; автоматическое управление энергопотреблением на основе заданных критериев и приоритетных схем включения/отключения потребителей; поддержание единого времени во всей системе.
В первой части разработки архитектуры были созданы модули авторизации «Login.php» и регистрации «Signup.php» пользователей для создания личного кабинета с функциональными возможностями с помощью языка PHP, HTML, библиотеки rb.php для администрирования базы данных и создании сессий. Стартовая страница askue.website представлена на рис. 1.
Автоматизированная информационно-измерительная система коммерческого учета электроэнергии
АИИС КУЭ
Вы не авторизованы
Регистрация потребителя на установку оборудования
Разработал студент ИКИТ СФУ Щербаков B.C. email: sherbacowlad@gmail.com.
Рис. 1. Стартовая страница askue.website Принцип регистрации в системе основан на записи данных, вводимых пользователем, в разработанную форму регистрации. Регистрация пользователей и приборов учета в системе осуществляется инженером по установке оборудования. Для этого необходимо ввести актуальные данные потребителя в разработанную форму (рис. 2).
и
Принцип авторизации в системе основан на сравнении данных, которые были записаны в базу данных при регистрации пользователя и данных, которые пользователь вводит при авторизации.
Для того, чтобы пользователь мог осуществить авторизацию в системе, необходимо ввести свое «Имя пользователя» и «Пароль» в разработанную форму, представленную на рис. 3.
О © Не защищено | а5кие.\леЬз^е/51дпир.рИр
Фамилия Имя Отчество потребителя:
Адрес установки счетчика:
Пароль личного кабинета:
Повторить пароль:
Рис. 2. Форма регистрации askue.website Стоить отметить, что в данных модулях системы применен алгоритм шифрования данных, по протоколу М05, что позволяет безопасно хранить пароль и другие необходимые личные данные в базе данных (рис. 4).
Имя пользователя
Пароль
Войти
Разработал студент ИКПТ СФУ Щербаков B.C. email: 5herbac0wlad@gmail.com.
Рис. 3. Форма авторизации askue.website
Т—► т id login email password address Rang
□ $ Изменить Копировать @ Удалить 1 energomeral energomera1@d 202сЬ962ас59075ЬЭ64Ь07152сЕ34Ь70 NULL admln
Рис. 4. Зашифрованный password по протоколу MD5 Следующем шагом была разработка средств управления содержимым с помощью HTML и CSS. На данном этапе было разработано меню «Index.php» автоматизированной системы и элементы управления (рис. 5).
Во второй части разработки были реализованы дополнительные функциональные требования, такие, как отображение графиков нагрузки (мощности) по данным потребления из базы данных «Grafday.php», форма для сбора заявок «Input.php» на подключение оборудования (рис. 6), экспорт данных в .csv формат для администратора (рис. 7), что в целом представляют собой модуль для планирования и управления ресурсами гарантирующего поставщика при внедрении в МКД, на основе разработанной диаграммы вариантов использования (рис. 8).
и
С Ф Не защищено | щкиелмеЬ£ОДдгаШлу,р1ф
Пользователь Щербаков Владислав Сергеевич
График потребления
Графах нагрузки по часам
График награнен по дням
График нагрузки по месяцам
Список устройств
Настройки
Экспорт дднньга счетчни
Заоки т подключение
Зона покрытия
Редактор карт
Выход, на системы
Рис. 5. Боковое меню и элементы управления WEB- интерфейса
О ф Не защищено | а5кие.шеЬ5йе/1при1:.рЬр
Фамилия Имя Отчество потребителя:
Адрес установки счетчика:
Номер телефона:
Рис. 6. Формы для сбора заявок на подключение оборудования
и
А Б D E F
1 con5umption_data_id data ■countersjd power en erigyjionsuiTi ption status
34CS0 12-12.202100:00:00 6120Э6433 31 6S 25424.4 0
3 340В1 12.12,20210:30 512096433 32,512 25424.B 0
Т 340S2 1212 20211:00 612096433 31.904 25425-2 0
5 34083 12.12.20211:30 512096433 32,416 25425.6 0
г 34CS4 12-12 20212:00 612096433 32.603 25426 0
7 340В 5 12.12.2021 2:30 612096433 32.192 25426.4 0
Е 34036 12.12.20213:00 612096433 32.364 3S426.S 0
9 34СВ7 12.12,20213:30 612096433 36,224 25427.3 0
10 3403S 12.12,2021 4:00 612096433 41.92 25427.6 0
11 34039 12.12,20214:30 612096433 43.576 25423,4 0
Рис. 7. Экспорт данных энергопотребления в CSV формат
Рис. 8. Диаграмма вариантов использования «АИИС КУЭ МКД» Также были реализованы средства управления и конфигурирования на основе методов POST и GET для отправки УСПД команд на основе его протокола обмена данными (рис. 9), средства экспорта данных «Export.php» для пользователя (рис. 10). На рис. 11 представлен экспорт данных почасовой нагрузки (мощности) в формате приема данных, стандартизированном энергосбытом.
С © Не защищено askue.websiteZsetting.php
Пользователь Щербаков Владислав Сергеевич Счетчик №612096433
График потребления Считывать параметры каждые 30 минут Отключить
Считывать параметры каждый час Отключить
График нагрузки по часам
График нагрузки по дням
График нагрузки по месяцам
Рис. 9. Средства управления и конфигурирования УСПД
С © Не защищено | askue.web5ite/export_data.php
Пользователь Щербаков Владислав Сергеевич Счетчик ЛГа612096433
Экспортировать данные счетчика в формате CSV Экспортировать данные мощности е формате CSV
График потребления
График нагрузки по часам
График нагрузки по дням
Рис. 10. Средства экспорта данных энергопотребления
■! tianifit»rtt_M1W5ia<2> *
Л А с D Е F G
1 data counters id 00:00:00 01:00:00 02:00:00 03:00:00 04:00:00
г 17.12,2021 612096433 31.68 31.904 32,608 32.864 41.92 £
3 18.12.2021 612096433 32.923 33-248 33-248 33056 40128 L
Рис. 11. Экспорт данных почасовой нагрузки (мощности) в формате, стандартизированном энергосбытом Для реализации построения графиков нагрузки (мощности) и потребления электроэнергии была использована бесплатная библиотека Morrisjs. Для того, чтобы построить график, необходимо подключиться к существующей базе данных с исходными данными и указать массив для
и
построения. Библиотека дает возможность строить графики с различными параметрами, такими, как период (час, день, месяц) и масштаб величины (автоматический или кратный). Также есть возможность выбирать тип графика (линейный, бары, круговая диаграмма и другие).
В третьей части были разработаны инструменты визуализация зоны покрытия «maps_edit.php» на основе экспериментальных данных протокола LPWAN NB-fi [10]. Для разработки использовались инструменты из API Яндекс. Карты. Итогом разработки стала реализованная функция для получения координат полигона, нарисованного пользователем системы, которые в дальнейшем можно использовать для построения зон покрытий (рис. 12).
Рис. 12. Реализованная функция для получения координат полигона В рамках тестирования были использованы реальные данные об энергопотреблении офиса за период с 12.12.2021 по 12.01.2022. Данные были импортированы в таблицу Сonsumption_data с помощью встроенной функции импорта phpMyAdmin.
График нагрузки (мощности), кВт на основе данных из базы данных представлен на рис. 13.
М Инженерный вестник Дона, №3 (2022) ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2022/7500
График нагрузки (мощности), кВт по показаниям счетчика №612096433
60
Рис. 13. График нагрузки (мощности), кВт, с 12.12.2021 по 12.01.2022 График потребления кВт*ч на основе данных из базы данных, представлен на рис. 14.
График потребления электроэнергии, кВт*ч по показаниям счетчика №612096433
26,200
Рис. 14. График потребления, кВт*ч, с 12.12.2021 по 12.01.2022 В рамках теста также были успешно протестированы функции сбора заявок и импорта данных пользователя об энергопотреблении в .csv файл.
Выводы. В результате исследования разработана архитектура автоматизированной системы коммерческого учета электроэнергии на базе web-технологий и протестирована на основе существующих данных энергопотребления. Разработанное программное обеспечение предоставляет набор минимальных функций интеллектуальной автоматизированной информационно-измерительной системы, таких, как: личный кабинет потребителя (пользователя) в web-интерфейсе; визуализации почасовой нагрузки (мощности) и потребления электроэнергии из базы данных с
помощью графиков на основе web-технологий; экспорт данных потребления и нагрузки (мощности) в формате .CVS в стандартизированном формате, принимаемом энергосбытовой организацией; онлайн - форма отправки заявки пользователя на подключение потребителя; элементы управления устройствами сбора и передачи данных реализованные в web-интерфейсе; возможность визуализации зоны покрытия LPWAN протокола, используемом для передачи данных в АИИС КУЭ с помощью современных web-технологий (API Яндекс.Карты).
В разработке использованы языки WEB - программирования, такие, как PHP, HTML, CSS, Java Script, PhpMyAdmin для администрирования базы данных, а также API Яндекс.Карт и библиотека morris.js.
Литература
1. Соснина Е.Н., Шалухо А.В., Бедретдинов Р.Ш., Липужин И.А. Нормирование энергопотребления образовательных учреждений на основе нейросетевого подхода // Инженерный вестник Дона, 2013, №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2013/1841.
2. Rosok J. M. Combining smart energy meters with social media: Increasing energy awareness using data visualization and persuasive technologies // International Conference on Collaboration Technologies and Systems (CTS), 2014, pp. 27-32.
3. Shah N. Smart Electric Meter Using LoRA Protocols and lot applications // Second International Conference on Electronics, Communication and Aerospace Technology (ICECA), 2018, pp. 1178-1180.
4. Cheng X. Smart Choice for the Smart Grid: Narrowband Internet of Things (NB-IoT) // IEEE Internet of Things Journal. - June 2018. vol. 5, no. 3, pp. 15051515.
5. Hyndman R. J Visualizing Big Energy Data: Solutions for This Crucial Component of Data Analysis // IEEE Power and Energy Magazine. - June 2018. vol. 16, no. 3, pp. 18-25.
6. Страхова Н.А., Лебединский П.А. Анализ энергетической эффективности экономики России // Инженерный вестник Дона, 2012, №3.. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n3y2012/999
7. Дягилев А.А. Автоматизированная система коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ) // Молодой ученый. Техника. Технологии. Инженерия. 2018, №7, с. 33-36.
8. Hosek, J. Universal smart energy communication platform // 2014 International Conference on Intelligent Green Building and Smart Grid (IGBSG). 2014, pp.1-4.
9. Щербаков В.С., Жариков М.К., Темербаев С.А. Разработка автоматизированной системы коммерческого учета энергоресурсов на базе микроконтроллера с применением облачных технологий // Научное сообщество студентов: междисциплинарные исследования: сб. статей по мат. LVII междунар. студ. науч.-практ. конф. № 22(57). URL: sibac.info/archive/meghdis/22 (57).pdf
10. Щербаков В.С., Бакин А.М. Экспериментальная проверка Nb-Fi LPWAN протокола в условиях плотной городской застройки // Проспект Свободный - 2019 «Электротехнологии, электротехника и робототехника». Красноярск. 2019, №1, С. 64-66. URL: bik.sfu-kras.ru/ft/LIB2/ELIB/u621/free/i-281032749.pdf
References
1. Sosnina E.N., Shalukho A.V., Bedretdinov R.S., Lipuzhin I.A. Inzhenernyj vestnik Dona, 2013, №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2013/1841.
2. Rosok J. M. International Conference on Collaboration Technologies and Systems (CTS), 2014, pp. 27-32.
3. Shah N. Second International Conference on Electronics, Communication and Aerospace Technology (ICECA), 2018, pp. 1178-1180.
4. Cheng X. IEEE Internet of Things Journal. - June 2018. vol. 5, no. 3, pp. 1505-1515.
5. Hyndman R. J. IEEE Power and Energy Magazine. - June 2018. vol. 16, № 3, pp. 18-25.
6. Strakhova N.A., Lebedinsky P.A. Inzhenernyj vestnik Dona, 2012, №3. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n3y2012/999.
7. Dyagilev A.A. Molodoj uchenyj Texnika. Texnologii. Inzheneriya. 2018, №7, pp. 33-36.
8. Hosek, J. 2014 International Conference on Intelligent Green Building and Smart Grid (IGBSG). 2014, pp.1-4.
9. Shherbakov V.S., Zharikov M.K., Temerbaev S.A. Nauchnoe soobshhestvo studentov: mezhdisciplinarnye issledovaniya: sb. statej po mat. LVII mezhdunar. stud. nauch.-prakt. konf. № 22(57). URL: sibac.info/archive/meghdis/22(57).pdf.
10. Shherbakov V.S., Bakin A.M. Prospekt Svobodnyj - 2019 «E'lektrotexnologii, elektrotexnika i robototexnika». Krasnoyarsk. 2019, №1, pp. 64-66. URL: bik.sfu-kras.ru/ft/LIB2/ELIB/u621/free/i-281032749.pdf.
