OBJETIVO DO SISTEMA

O sistema inteligente de medição elétrica tem como objetivo cumprir as seguintes funções:

• Coleta automática de dados dos medidores de energia elétrica por meio de diferentes canais de comunicação
• Possibilidade de os consumidores visualizarem as informações em sua conta pessoal.
• Geração de relatórios horários e resumos da contabilidade integrada de energia elétrica
• Cálculo do consumo e da energia elétrica
• Prevenção de emergências na rede elétrica
• Localização de perdas por meio da criação de um balanço energético

DESCRIÇÃO DAS TECNOLOGIAS DE PROGRAMAÇÃO

O sistema de medição elétrica inteligente “amivisor” consiste em duas partes: o servidor de coleta de dados e a plataforma da Web do usuário.

O servidor de coleta de dados é implementado com as seguintes tecnologias:

• Sistema operacional: CentOS 7.5
• Linguagem de programação: C++11
• Bibliotecas: Boost, Crypto++, pqxx
• Banco de dados: PostgreSQL
• Servidor de API: Nginix + PHP-FPM
• Servidor IoT: Servidor IOT Vega

A plataforma web do usuário é implementada com as seguintes tecnologias:

• Sistema operacional: CentOS 7.5
• Linguagem de programação: PHP 7.0
• Banco de dados: Mariadb 10.3
• Servidor da Web: Nginx
• Sistema de pesquisa: Elasticsearch 5.5.

A FUNCIONALIDADE DO SISTEMA INTELIGENTE

O sistema inteligente de medição elétrica tem as seguintes funções:

• Possui uma interface da Web para configuração e visualização de dados pelos usuários;
• Possui uma versão móvel do software para instalação em dispositivos móveis com sistema operacional Android;
• Oferece recepção remota de dados de consumo de eletricidade em modo automático ou manual;
• Suporta a série de modelos de medidores de eletricidade e dispositivos de coleta e transmissão de dados listados no Apêndice 1;
• Fornece cálculo do equilíbrio entre a entrada e o consumo de energia elétrica em objetos de energia separados, instalações elétricas e seções de rede elétrica para identificar perdas técnicas e comerciais de energia elétrica;
• Permite o monitoramento dos parâmetros de energia elétrica para detectar e registrar quaisquer desvios dos valores contratuais e normativos estabelecidos;
• Detecta casos de intervenção não autorizada na operação dos medidores ou alterações no esquema de medição de energia elétrica;
• Permite o monitoramento do término do período de calibração dos medidores e transformadores de medição;
• Analisa o status técnico e as falhas dos medidores e modems;
• Mantém uma contabilidade da energia e da potência elétrica (ativa e reativa);
• Fornece o cálculo da energia determinada nos horários de pico;
• Oferece coleta automatizada e processamento inicial de informações sobre o consumo de eletricidade;
• Permite a importação de leituras e perfis de carga de arquivos xls e xml;
• Permite a coleta manual de dados de medição por meio do aplicativo móvel “Readings” instalado em smartphones/tablets;
• Oferece suporte ao modo multiusuário com direitos de usuário diferenciados.

ARMAZENAMENTO DE INFORMAÇÕES

O sistema inteligente de medição elétrica tem uma estrutura modular e permite que as informações sejam mantidas em diferentes diretórios sobre:

• consumidores – no diretório Counterparts (Contrapartes)
• relações contratuais – no diretório Documents (Documentos)
• pontos de medição – na forma de Objeto
• medidores de eletricidade – na forma de Meter (medidor).

O banco de dados do sistema fornece a entrada e o armazenamento de informações sobre:

Consumidores:

• Escolha do tipo de consumidor (entidade legal ou pessoa física).
• Detalhes de contato, endereço e outras informações sobre os consumidores.

Pontos de medição:

• Nome e endereço;
• Nome do consumidor (à escolha do diretório de consumidores) ao qual pertence;
• Potência nominal máxima;
• Informações sobre os medidores instalados;
• Informações sobre os pontos de conexão indireta (pontos de medição de trânsito).

Medidores:

• Marca do medidor;
• Número de série;
• Datas de instalação e desinstalação;
• Coeficientes de medição do medidor e dos transformadores de corrente e tensão;
• Perdas na seção do limite da propriedade até o local do medidor (variáveis e constantes);
• Códigos de troca de informações para integração com o sistema de faturamento e para troca de informações com as distribuidoras de eletricidade;
• Características do fabricante;
• Informações de verificação e certificação (datas de início e término) para medidores e transformadores de medição;
• Localização dos medidores;
• Data da verificação instrumental;
• Data da verificação visual;
• Nome das zonas tarifárias para as quais o medidor está programado.

Parâmetros contratuais:

• Tipo de contrato (fornecimento de eletricidade, fornecimento de energia, venda de eletricidade);
• Fornecedor e consumidor do contrato;
• Data e número do contrato celebrado;
• Lista de pontos de medição associados a esse contrato;
• O sistema permite a configuração de vários contratos ativos para cada ponto de medição.

TIPOS DE COMUNICAÇÃO SUPORTADOS

O sistema inteligente de medição elétrica “amivisor” suporta todos os canais de comunicação populares para coleta de dados, incluindo:

• GSM (G4, G3, GPRS e CSD)
• PLC-I, PLC-II, PLC Prime, G3-PLC
• LoRaWan
• Zigbee
• Ethernet
• NB-IOT
• NB-FI
• XNB

A coleta de dados é realizada por meio de modems, medidores inteligentes, estações base, concentradores, gateways, coordenadores e outros equipamentos, de acordo com o tipo de comunicação. Para alguns modelos de equipamentos, o sistema recebe informações de serviço sobre o nível do sinal e outros dados que ajudam a resolver problemas emergentes.

O sistema permite estabelecer canais de comunicação principais e de backup para a leitura de medidores de energia.

No Apêndice nº 2, há exemplos de diferentes sistemas de coleta de dados dos medidores.

MÓDULOS DO SISTEMA DE MEDIÇÃO INTELIGENTE DE ELETRICIDADE

O programa tem uma estrutura modular. Dependendo das necessidades do cliente, módulos individuais podem ser conectados.

MÓDULO DE COLETA

A lista atual de dispositivos de medição e canais de comunicação suportados pode ser encontrada no Apêndice nº 1.

A coleta remota de dados de medição é realizada usando o equipamento do servidor da operadora de rede ou o servidor instalado no centro de dados. A coleta de dados de medição é realizada mediante solicitação do usuário ou no modo automático, de acordo com as programações configuradas pelos usuários.

Fornece coleta de dados de medidores de eletricidade:

• leituras atuais;
• leituras arquivadas no início do dia;
• leituras arquivadas no início do mês;
• perfis de carga;
• valores instantâneos de parâmetros de consumo (correntes de fase, tensões de fase, valores de potência ativa, reativa e total, fator de potência, frequência da rede);
• registro da ativação e desativação do medidor;
• registro da ativação dos selos eletrônicos do medidor;
• registro de violações dos parâmetros de qualidade de energia (desvio de tensão e frequência acima dos valores normalmente permitidos);
• registro da sincronização de horário do medidor;
• número de série, marca, data de fabricação do medidor de eletricidade, correntes nominais e outras informações de referência sobre o medidor;
• informações sobre erros do medidor;
• hora atual do relógio interno do medidor;
• status do relé (disjuntor) incorporado ao medidor.

Funcionalidade adicional do sistema de medição elétrica inteligente “amivisor”:

• Permite definir a frequência da leitura automática do medidor na página “Schedules” (Programações) do formulário do medidor.
• Permite definir valores-limite para os parâmetros de consumo. Os alertas de ultrapassagem de limites são enviados por e-mail para o cliente e também são duplicados na versão móvel do programa como notificações push.
• Garante a sincronização da hora do medidor com a hora exata atual. A sincronização dos relógios internos do medidor com a hora do servidor é feita por um comando do usuário ou de acordo com uma programação.
• Permite a importação de leituras e perfis de carga de arquivos xls e xml.
• Permite a desconexão remota (limitação) e a conexão de consumidores. Se o medidor tiver um relé embutido (interruptor), o sistema permite o controle remoto desse relé (liga/desliga).
• Limites de potência ativa podem ser definidos. É possível definir um valor máximo de potência ativa acima do qual o relé do medidor pode ser temporariamente desligado.

Com base nos dados coletados, o sistema permite a criação dos seguintes documentos, gráficos e relatórios:

• criação de um diagrama vetorial de correntes e tensões;
• geração de relatórios de aceitação de medidores em operação;
• download de leituras em arquivo xls;
• download de relatórios horários, de meia hora e de 15 minutos em arquivo xml;
• criação de tabelas com registros horários, de meia hora e de 15 minutos e download em arquivo xls;
• geração de relatórios e atas contábeis abrangentes;
• relatórios sobre a expiração dos prazos de verificação do medidor e do transformador de medição.

Para medidores que não têm a possibilidade de coleta remota de dados, os dados podem ser inseridos manualmente:

• Inserir novos dados no formulário do medidor;
• Importar dados de arquivos xls;
• Importar perfis de carga;
• Coletar dados com o aplicativo Android “Readings” (Leituras).

MÓDULO DE CÁLCULO

O sistema de medição elétrica inteligente “amivisor” realiza cálculos mensais dos volumes de consumo e da energia no horário de pico para cada ponto de medição. Os resultados dos cálculos podem ser resumidos por contratos aos quais esses pontos de medição pertencem.

O sistema fornece o cálculo do custo da eletricidade e dos serviços de transmissão de eletricidade de acordo com tarifas simples e duplas, tarifas reguladas e não reguladas. Todos os cálculos são feitos levando-se em conta a adição de perdas de eletricidade na seção do limite da propriedade até o local onde os medidores estão localizados. Os cálculos podem ser feitos levando-se em conta os consumidores em trânsito.

Os resultados dos cálculos são resumidos em uma tabela que é preenchida automaticamente à medida que os dados dos medidores chegam.

No final de cada mês, um resumo do consumo de energia (arquivo xls) pode ser gerado com informações detalhadas de cada medidor.

MÓDULO DE BALANÇO

Os balanços são gerados com base em um diagrama de conexão hierárquica de instalações e medidores. O layout pode ser modificado e as operações de comutação são possíveis. A data e a hora são registradas para todas as operações de comutação com precisão de 1 hora.

O sistema de medição elétrica inteligente “amivisor” fornece o cálculo de balanços de energia elétrica separados para vários objetos: subestações elétricas, linhas de energia aéreas e outras seções da rede elétrica.

Como os balanços são formados:

• Ao formar o balanço, são determinados os volumes de energia elétrica recebida e fornecida, bem como o cálculo das perdas de energia elétrica em quilowatts-hora e como uma porcentagem da energia elétrica recebida.
• É possível criar o balanço para qualquer elemento da rede elétrica.
• Os balanços são gerados automaticamente de hora em hora, à medida que os dados chegam dos medidores que participam do esquema.
• Ao calcular o saldo, todas as alterações no esquema são levadas em conta.
• Há a possibilidade de exibir graficamente o saldo com detalhes por horas, dias e meses.
• É garantido o controle do valor máximo da porcentagem de perda de energia elétrica da energia elétrica recebida.

As perdas de energia elétrica em vários centros de fornecimento podem ser analisadas em um único mapa de calor.

Mais informações sobre a formação do balanço patrimonial podem ser encontradas no artigo: https://amivisor.com/articulos/localizacion-de-perdidas-por-medio-de-los-balances/

MÓDULO DE NOTIFICAÇÃO

O sistema inteligente de medição elétrica “amivisor” fornece a distribuição de notificações sobre condições de emergência. Para isso, os limites superior e inferior devem ser configurados no sistema para diferentes parâmetros. Os seguintes tipos de notificações são suportados:

• a saída de valores de consumo instantâneo (U,I,P,Q,S,cos, etc.) além dos limites especificados;
• saída de energia além dos limites especificados com base no perfil de carga coletado;
• violação pelo consumidor das condições do contrato de conexão técnica, o que resultou em uma potência máxima permitida excedida;
• violação do limite de excedência da relação entre a energia ativa e reativa consumida;
• exceder o nível especificado de perdas de energia elétrica na seção monitorada da rede elétrica. O monitoramento é realizado por meio da formação de balanço.

As notificações são enviadas por e-mail para a equipe do cliente e também são duplicadas na versão móvel do programa (o aplicativo “amivisor” para Android) na forma de notificações push. Um membro diferente da equipe pode ser atribuído a cada uma das notificações.

MÓDULO DE RELATÓRIOS

O módulo foi projetado para a troca de informações de relatórios de medição de energia em intervalos.

O sistema de medição inteligente de eletricidade “amivisor” fornece o envio automático de relatórios sobre o consumo mensal, por hora, por meia hora, por 15 minutos etc. para os participantes do mercado de eletricidade. O envio é feito automaticamente no primeiro dia de cada mês se 100% da coleta de dados for garantida. O sistema registra a data e a hora do envio do relatório de consumo por hora, bem como o fato de seu recebimento pelos destinatários.

O sistema registra:

• a data e a hora do envio do relatório de consumo por intervalo;
• assunto e o texto do e-mail que o acompanha;
• os arquivos anexados ao e-mail;
• a data e a hora da entrega do relatório aos fornecedores de recursos energéticos.

Para controlar a entrega dos relatórios enviados aos provedores de recursos de energia, o sistema pode enviar uma notificação por e-mail correspondente ao cliente.

MÓDULO DE UPLOAD E DOWNLOAD DE DADOS

O sistema de medição inteligente “amivisor” permite o download em arquivos xls e xml de medições, perfis de carga, parâmetros de energia para um único medidor e para um grupo. Há construtores para download e também há muitos formulários predefinidos.

O upload de medições e perfis de carga de fontes externas é feito na forma de um construtor para processar arquivos xls arbitrários. O carregamento de estruturas é suportado tanto na forma de lista quanto de matriz.

O MÓDULO DE INTEGRAÇÃO

O sistema contém um conjunto de procedimentos e funções de API (interface de programação de aplicativos) para interação do software com o sistema e integração com outros sistemas. A interação com a API é feita por meio do protocolo JSON.

A API deve fornecer autenticação segura no sistema e retornar informações sobre:

• usuário atual
• fuso horário do usuário;
• medidores e objetos do usuário;
• leituras coletadas dos medidores;
• consumos dos medidores por dia, mês ou ano;
• parâmetros de consumo (valores instantâneos);
• perfis de carga do medidor;
• contratos com distribuidores de energia;
• cálculos de consumo e preços de energia para diferentes tarifas.

O sistema está em constante desenvolvimento e está se tornando cada vez mais funcional. Há uma documentação detalhada sobre como trabalhar com a API, com descrições de comandos, parâmetros de solicitação e exemplos.

O MÓDULO DE CONTA PESSOAL DO CONSUMIDOR

O sistema permite configurar o acesso para as seguintes categorias de usuários:

• Funcionários do próprio cliente;
• Funcionários do fornecedor de energia e organizações de rede relacionadas;
• Consumidores finais.

Quando um usuário acessa o sistema, é possível restringir a lista de objetos aos quais o acesso é fornecido e definir permissões para visualizar, criar e modificar dados.

Para cada usuário, é possível definir permissões de acesso pré-configuradas ou individuais para as seguintes informações

• leituras e perfis de carga coletados dos medidores;
• parâmetros de consumo;
• parâmetros de qualidade de energia;
• registros do medidor;
• configurações de sondagem remota do medidor, com ou sem a possibilidade de ajustá-las;

resultados do cálculo do volume de consumo.

O MÓDULO DE ANÁLISE DA QUALIDADE DA COLETA DE DADOS

O sistema tem vários tipos de mapas de calor e gráficos para visualizar o status da pesquisa durante um período prolongado em todos os medidores do sistema.

MÓDULO DE MAPA

O módulo Map é usado para a visualização de medidores e objetos para o serviço de despacho de forma clara e compreensível. O mapa mostra todos os objetos e seu status atual: se estão on-line ou não.

APLICATIVO “LEITURAS”.

Para a coleta manual de leituras de medidores, um aplicativo móvel especializado é fornecido para o controlador. O aplicativo é instalado em dispositivos móveis (tablets e smartphones) que executam o sistema operacional Android. A troca de tarefas entre o programa “amivisor” e o aplicativo “Readings” ocorre pela Internet. O acesso à Internet não é necessário para o aplicativo “Readings” durante a coleta de dados visuais.

A funcionalidade do aplicativo permite:

• inserir leituras do medidor;
• comparar o consumo de energia de acordo com os dados inseridos com as estatísticas de períodos de faturamento anteriores, marcando o consumo suspeito em vermelho;
• assinar as leituras no lado do consumidor;
• tirar fotos dos medidores;
• deixar comentários adicionais sobre as leituras coletadas;
• mostrar aos controladores tarefas adicionais para medidores específicos;
• registrar a data e a hora das leituras inseridas, bem como as coordenadas de GPS do local onde as leituras foram inseridas.

Funcionalidade do programa “amivisor” para trabalhar com o aplicativo “Leituras”:

• Permite o upload automático das leituras coletadas;
• Armazena assinaturas e fotografias associadas aos dados coletados;
• Permite que tarefas adicionais sejam enviadas aos controladores de inspeção para medidores específicos;
• Exibe a rota do controlador de inspeção com os dados coletados e as coordenadas de GPS salvas em uma visualização gráfica.

DISPOSIÇÕES FINAIS

SEGURANÇA DOS DADOS

Para garantir a segurança, o sistema de informações foi projetado para separar o acesso do usuário e do programa do usuário às seguintes operações:

• iniciar a coleta de leituras de medidores e inseri-las manualmente;
• modificar os dados do objeto, da contraparte e do contrato;
• modificar as configurações de conexão do equipamento;
• ligar e desligar os relés do medidor;
• visualizar as senhas do medidor.

O sistema de medição inteligente “amivisor” permite a identificação automática dos usuários ao acessar os recursos do sistema de informações (a partir de nomes de usuário/senhas emitidos pelo administrador do sistema de informações).

Os eventos dos logins dos usuários no sistema são registrados no banco de dados.

O trabalho com a conta pessoal é realizado por meio do protocolo https seguro com criptografia dos dados transmitidos.

BACKUP DE DADOS

O backup de dados é realizado por meio da mídia do banco de dados do sistema. O arquivamento de dados pode ser configurado de acordo com uma programação arbitrária, mas é recomendável arquivar pelo menos uma vez por dia. A compactação de dados pode ser completa ou incremental (adequada para bancos de dados grandes).

Se necessário, é possível implementar uma replicação on-line contínua dos dados em um servidor adicional, caso os requisitos de tempo de recuperação da capacidade do sistema sejam muito altos.

REQUISITOS DE INTEGRIDADE DAS INFORMAÇÕES EM CASO DE EMERGÊNCIAS

O sistema de informações garante a integridade e a preservação dos dados em caso de falha de energia, falha de módulo e de componente:

• Falha no hardware do equipamento do servidor (processador, discos rígidos). O problema é resolvido com a criação de matrizes RAID de dados nos servidores, o que garante a operação do sistema em caso de falha de um dos discos rígidos do conjunto geral.
• Falha de energia. O problema é resolvido com a instalação de fontes de alimentação de backup (UPS), usando servidores com várias fontes de alimentação com hot swapping.
• Falha no equipamento. Dependendo da importância do equipamento na estrutura geral do complexo, é usado equipamento de backup, que está permanentemente em operação ou é mantido em estoque para substituir componentes defeituosos.
• Falha nas linhas de comunicação e nos equipamentos de comunicação. Dois canais de comunicação independentes são usados no local de instalação do sistema de informações. Os canais principal e de backup são estabelecidos em todos os dispositivos de comunicação. Modems com suporte para vários cartões SIM de diferentes operadoras são usados para equipamentos GSM.

O sistema tem algoritmos que permitem a recuperação de dados perdidos devido à falta de conexão ou a outros problemas.

APÊNDICE Nº 1

O programa suporta a coleta de dados de dispositivos de medição dos seguintes fabricantes:

• Itron, Inc.
• Landis+Gyr AG
• Schneider Electric SE
• Holley Technology
• Elster Metronica
• Carlo Gavazzi Automation SpA
• Fineco Electric
• Tecnologias de Telecomunicações
• Gran-System-C
• SK Incotex
• Mirtek
• Iskra

Informações sobre modelos específicos de medidores estão disponíveis mediante solicitação.

O sistema também pode interrogar medidores de outros fabricantes por meio de protocolos:

• IEC 61107,
• DLMS,
• Modbus,
• ANSI C12.18, ANSI C12.21
• DLT645

APÊNDICE Nº 2

Layouts típicos para a implementação de um sistema de medição inteligente.

• Independentemente dos canais usados para se comunicar com os medidores, todos os dados são exibidos em um único programa.
• Os dados podem ser coletados no próprio servidor do cliente (requer a compra de uma versão em caixa do software).
• O número de usuários é ilimitado. É possível trabalhar com o software de qualquer lugar do mundo onde haja acesso à Internet.