Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Rozproszone systemy monitorowania - smart metering
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
EELT-2-218-AP-s
Wydział:
Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej
Poziom studiów:
Studia II stopnia
Specjalność:
Automatyka przemysłowa i automatyka budynków
Kierunek:
Elektrotechnika
Semestr:
2
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Prowadzący moduł:
dr inż. Firlit Andrzej (afirlit@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Od drugiej połowy lat dziewięćdziesiątych ma miejsce intensywny rozwój przyrządów do pomiaru parametrów jakości dostawy energii elektrycznej oraz dynamiczny rozwój środków technicznych przeznaczonych do ciągłego monitorowania parametrów pracy sieci elektroenergetycznych (SEE). Rozwój ten wymuszony został technicznymi i ekonomicznymi potrzebami energetyki zawodowej, przemysłu, instytucji regulujących rynki energii oraz zachodzącymi procesami (zmianami) rynkowymi, gospodarczymi i czynnikami biznesowymi. Coraz częściej pojawia się konieczność oszacowania wydajności i efektywności oraz jakości energii dla już pracujących, a także dla planowanych do zakupienia i wdrożenia systemów i urządzeń elektroenergetycznych oraz proponowanych różnych rozwiązań w tym obszarze. Wymienione wyżej zjawiska przyczyniły się do powstania nowej gałęzi nauki i techniki dotyczącej systemów pomiarowych przeznaczonych do monitorowania wskaźników jakości dostawy energii elektrycznej (JDEE). W publikacjach określana jest ona również jako rozproszone systemy monitorowania (RSM), inteligentne systemy monitorowania (ang. smart metering), systemy ciągłego monitorowania (SCM) itp. Obejmuje szerokie spektrum zagadnień związanych z procesem ciągłego kontrolowania stanu pracy sieci elektroenergetycznych, jakością energii elektrycznej (JEE, ang. power quality (PQ) monitoring systems), budową przeznaczonych do tego celu systemów i przyrządów pomiarowych oraz całą infrastrukturą teleinformatyczną niezbędną do transmisji danych pomiarowych, zdalnego zarządzania systemami i przyrządami pomiarowymi. Dopełniającymi i bardzo istotnymi zagadnieniami są metody, algorytmy i narzędzia do przetwarzania, analizy, prezentacji, interpretacji, oceny oraz wyciągania wniosków z pozyskiwanych danych pomiarowych.

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 Student zna i rozumie strukturę systemu pomiarowego dedykowanego do ciągłego monitorowania parametrów pracy sieci elektroenergetycznych. ELT2A_W01, ELT2A_W08, ELT2A_W06 Zaliczenie laboratorium
M_W002 Student zna i rozumie koncepcję przyrządów pomiarowych typu smart meter oraz typu open meter. ELT2A_W01, ELT2A_W06 Zaliczenie laboratorium
M_W003 Student zna i rozumie zagadnienia związanie z przewodową i bezprzewodową transmisją danych pomiarowych. ELT2A_W01, ELT2A_W06 Zaliczenie laboratorium
M_W004 Student ma wiedzę w zakresie parametrów opisujących stan pracy sieci zasilającej w obszarze jakości energii elektrycznej i efektywności energetycznej. ELT2A_W01, ELT2A_W06 Zaliczenie laboratorium
Umiejętności: potrafi
M_U001 Student potrafi zastosować i skonfigurować przyrząd pomiarowy typu smart meter. ELT2A_U10, ELT2A_U11 Zaliczenie laboratorium
M_U002 Student potrafi interpretować dane pomiarowe gromadzone w systemach monitorowana typu smart metering pod kątem analizy i oceny jakości energii elektrycznej i efektywności energetycznej. ELT2A_U10, ELT2A_U01, ELT2A_U08 Zaliczenie laboratorium
M_U003 Student potrafi zrealizować prosty system monitorowania parametrów pracy sieci elektroenergetycznej. ELT2A_U10, ELT2A_U11 Zaliczenie laboratorium
M_U004 Student potrafi skonfigurować i uruchomić zdalną przewodową komunikację z przyrządem pomiarowym typu smart meter z wykorzystaniem sieci internetowej. ELT2A_U10, ELT2A_U11 Zaliczenie laboratorium
M_U005 Student potrafi skonfigurować i uruchomić zdalną bezprzewodową komunikację z przyrządem pomiarowym typu smart meter z wykorzystaniem transmisji pakietowej. ELT2A_U10, ELT2A_U11 Zaliczenie laboratorium
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 Umiejętność pracy w zespole oraz odpowiedzialność za efekty pracy zespołowej. ELT2A_U10, ELT2A_U01, ELT2A_U11 Zaliczenie laboratorium
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
48 28 0 20 0 0 0 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
M_W001 Student zna i rozumie strukturę systemu pomiarowego dedykowanego do ciągłego monitorowania parametrów pracy sieci elektroenergetycznych. + - + - - - - - - - -
M_W002 Student zna i rozumie koncepcję przyrządów pomiarowych typu smart meter oraz typu open meter. + - + - - - - - - - -
M_W003 Student zna i rozumie zagadnienia związanie z przewodową i bezprzewodową transmisją danych pomiarowych. + - + - - - - - - - -
M_W004 Student ma wiedzę w zakresie parametrów opisujących stan pracy sieci zasilającej w obszarze jakości energii elektrycznej i efektywności energetycznej. + - - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student potrafi zastosować i skonfigurować przyrząd pomiarowy typu smart meter. + - + - - - - - - - -
M_U002 Student potrafi interpretować dane pomiarowe gromadzone w systemach monitorowana typu smart metering pod kątem analizy i oceny jakości energii elektrycznej i efektywności energetycznej. + - + - - - - - - - -
M_U003 Student potrafi zrealizować prosty system monitorowania parametrów pracy sieci elektroenergetycznej. + - + - - - - - - - -
M_U004 Student potrafi skonfigurować i uruchomić zdalną przewodową komunikację z przyrządem pomiarowym typu smart meter z wykorzystaniem sieci internetowej. - - + - - - - - - - -
M_U005 Student potrafi skonfigurować i uruchomić zdalną bezprzewodową komunikację z przyrządem pomiarowym typu smart meter z wykorzystaniem transmisji pakietowej. + - + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Umiejętność pracy w zespole oraz odpowiedzialność za efekty pracy zespołowej. + - + - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 75 godz
Punkty ECTS za moduł 3 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 48 godz
Przygotowanie do zajęć 15 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 12 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (28h):

1. Wprowadzenie do tematyki przedmiotu (2 godz.)

Definicja procesu monitorowania. Koncepcja systemów elektroenergetycznych typu smart grid oraz systemów pomiarowych typu smart metering. Zmiany zachodzące w systemie elektroenergetycznym w świetle platformy technologicznej smart grids. Jaka powinna być sieć elektroenergetyczna przyszłości (inteligentna, wydajna, elastyczna, motywująca, plug and play, wysokiej jakości, odporna, ekologiczna)?

2. Budowa rozproszonego systemu monitorowania parametrów pracy sieci elektroenergetycznych (2 godz.)

Omówienie warstw rozproszonego sytemu pomiarowego: warstwa 1 – pomiar i akwizycja danych pomiarowych, warstwa 2 – transmisja danych pomiarowych, warstwa 3 – centrum gromadzenia danych pomiarowych, warstwa 4 – centralne środowisko softwareowe. Systemy pomiarowe: AMR, AMRplus, AMI.

3. Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach elektroenergetycznych oraz problematyka jakości energii elektrycznej. Określenie podstawowego zbioru parametrów opisujący energię elektryczną. (4 godz.)

Omówienie warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego w świetle Rozporządzenia Ministra Gospodarki w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego oraz normy PN EN 50160 określającej parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach elektroenergetycznych. Repetytorium z jakości energii elektrycznej oraz zjawisk zachodzących w obwodach elektrycznych istotnych z punktu widzenia systemów monitorowania. Dwie grupy monitorowanych zaburzeń: (1) zmiany – małe odstępstwa od znamionowej lub pożądanej wartości (wolne zmiany napięcia, wahania, asymetria, harmoniczne i interharmoniczne itp.) i (2) zdarzenia – nagłe i znaczące odstępstwa od pożądanych, znamionowych przebiegów. Podstawowy zbiór parametrów opisujący energię elektryczną: częstotliwość, wartość skuteczna napięcia (prądu), asymetria napięcia (prądu), współczynniki migotania światła: PLT (PST), współczynnik odkształcenia napięcia THDU (prądu THDI), harmoniczne napięcia (prądu), współczynnik tg(φ), moce: P, Q, S, D, energie: EP, EQ, współczynniki mocy: DPF, PF.

4. Koncepcja przyrządów pomiarowych typu smart meter oraz typu open meter (2 godz.)

Omówienie cech charakterystycznych przyrządów pomiarowych stosowanych w smart meteringu: liczniki, analizatory, rejestratory, uniwersalne przyrządy pomiarowe itp. Przykładowe funkcjonalności: dwukierunkowa komunikacja miedzy miernikiem, a użytkownikiem danych pomiarowych za pomocą bezpiecznego protokołu o otwartym standardzie, zdalna kontrola prawidłowego montażu i pracy inteligentnego miernika, zdalna wymiana oprogramowania w urządzeniu, monitoring jakości energii elektrycznej, pomiar kilku mediów (np. energii elektrycznej, gazu, wody, ciepła), zdalna zmiana taryf, automatyczny odczyt zużycia mediów oraz sporządzanie rachunków i analizy np. charakteru zużycia, profilu itp., bieżące dostarczanie danych o aktualnym zużyciu mediów, dla podmiotów takich jak: dystrybutor, sprzedawca, użytkownik końcowy oraz dla automatyki zarządzającej systemem elektroenergetycznym, zmianę obciążenia u odbiorcy energii elektrycznej przez możliwość zdalnego wyłączania / włączania obwodów.

5. Analizator jakości energii elektrycznej (3 godz.)

Budowa, sposób działania, tryby pracy analizatora jakości energii elektrycznej. Koncepcja pomiarów w obszarze jakości energii elektrycznej. Rejestracja zaburzeń: zmiany napięcia i zdarzenia. Analiza, interpretacja i ocena danych pomiarowych pod kątem jakości energii elektrycznej.

6. Systemy typu smart metering (4 godz.)

Podział systemów monitorowania parametrów pracy sieci elektroenergetycznych. Systemy monitorowania dla energetyki zawodowej i przemysłu. Monitorowanie zużycia energii elektrycznej – energy consumption smart metering, monitorowanie jakości energii elektrycznej – power quality smart metering. systemy monitoringu w kontekście efektywności energetycznej. Analiza budowy oraz oferowanych funkcjonalności wybranych systemów pomiarowych. Omówienie wybranych rejestracji pod kątem analizy i oceny jakości energii elektrycznej i efektywności energetycznej. Omówienie różnego rodzaju systemów i mechanizów: DSM (Demand Side Management) – zarządzanie lub sterowanie popytem, DMS (Distribution Management Systems) – system zarządzania dystrybucją, MDM (Metering Data Management) – system odpowiedzialny za zbieranie, gromadzenie i przetwarzanie (udostępnianie w postaci przetworzonej) danych z inteligentnych liczników, jak również ich sterowanie, CFO (Calculation, Forecasting & Optimization) – system służący do prognozowania produkcji energii ze źródeł centralnych i rozproszonych oraz jej zużycia, CBM (Customer Behavior Management) – system służący do monitorowania i kształtowania zachowań konsumentów w celu optymalizacji zużycia, produkcji i kupna energii elektrycznej.

7. Przewodowe media transmisji danych (3 godz.)

Omówienie przewodowych mediów transmisji danych: DSL, ADSL, sieć Ethernet, PLC, BPL itp. Protokoły transmisji danych pomiarowych dedykowane do mediów przewodowych.

8. Bezprzewodowe media transmisji danych (3 godz.)

Omówienie bezprzewodowych mediów transmisji danych: GSM/GPRS, UMTS, WiFi, ZigBee, WiMax, Bluetooth, WirelessHART itp. Protokoły transmisji danych pomiarowych dedykowane do mediów bezprzewodowych.

9. Środowiska softwareowe dedykowane do zarządzania i analizy danych pomiarowych (4 godz.)

Budowa, właściwości, funkcjonalność. Wykorzystywane środowiska bazodanowe (relacyjne bazy danych SQL). Przykładowe zastosowania (profilowanie, bilans energetyczny, wirtualne bilansowanie, strażnik mocy, prognozowanie zużycia). Tworzenie raportów. Format zapisu danych pomiarowych: COMTRADE, PQDIF, PQZIP, CSV, TXT itp. Otwartość środowiska softwareowego. Omówienie platformy PQView.

10. Bezpieczeństwo funkcjonalne systemu inteligentnego opomiarowania (2 godz.)

Omówienie zagrożeń i ryzyk związanych z funkcjonowaniem sieci smart meteringowej . Zarządzanie dostępem do danych pomiarowych. Koncepcja modelu rynku opomiarowania w Polsce – dokumenty Urzędu Regulacji Energetyki.

Ćwiczenia laboratoryjne (20h):

1. Wprowadzenie do sytemu typu smart metering na przykładzie systemu ION Enterprise
2. Zapoznanie się z uniwersalnym przyrządem pomiarowym typu smart meter na przykładzie mierników: PM710, PM820, MA600
3. Komunikacja przewodowa – moduł komunikacyjny do transmisji z wykorzystaniem sieci internetowej na przykładzie modułu PM8ECC
4. Konfiguracja mierników PM710 i PM820 za pomocą aplikacji ION Setup
5. Konfiguracja środowiska ION Enterprise – definiowanie urządzeń pomiarowych, konfiguracja zdalnej komunikacji z przyrządem pomiarowym z wykorzystaniem aplikacji Management Console
6. Wprowadzenie do systemu monitorowania jakości energii elektrycznej na przykładzie systemu WinPQ
7. Zapoznanie się ze stacjonarnymi analizatorami jakości energii elektrycznej: ION7650, PQI-D/DA
8. Konfiguracja analizatora ION7650 w środowisku ION Enterprise
9. Konfiguracja analizatora PQI-D/DA w środowisku WinPQ
10. Komunikacja bezprzewodowa – moduł komunikacyjny do transmisji z wykorzystaniem transmisji pakietowej w technologii 3G na przykładzie modułu (routera) UR5 v2
11. Zapoznanie się z formatami zapisu danych: PQDIF, COMTRADE, CSV, TXT – wykorzystanie platformy PQView
12. Analiza i interpretacja danych pomiarowych na przykładzie wybranych rejestracji w środowisku ION Enterprise i WinPQ
13. Opracowanie raportów dotyczących zużycia energii elektrycznej i jakości energii elektrycznej w środowisku ION Enterprise i WinPQ
14. Opracowanie bilansu energetycznego dla wybranego systemu elektroenergetycznego

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Ćwiczenia laboratoryjne: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Ćwiczenia laboratoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu. Zaliczenie modułu jest możliwe po zaliczeniu wszystkich zajęć laboratoryjnych.
Sposób obliczania oceny końcowej:

1. Aby uzyskać pozytywną ocenę końcową niezbędne jest uzyskanie pozytywnej oceny z laboratorium oraz zaliczenie testu z części wykładowej.
2. Obliczamy średnią z ocen z zaliczenia laboratorium i testu uzyskanych we wszystkich terminach.
3. Wyznaczmy ocenę końcową na podstawie zależności:
if sr>4.75 then OK:=5.0 else
if sr>4.25 then OK:=4.5 else
if sr>3.75 then OK:=4.0 else
if sr>3.25 then OK:=3.5 else OK:=3

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Metrologia, elektroenergetyka

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1 Krajowy Raport Benchmarkingowy nt. jakości dostaw energii elektrycznej do odbiorców przyłączonych do sieci przesyłowych i dystrybucyjnych, Praca zrealizowana w ramach projektu nr 2006/018-180.02.04 finansowanego przez Unię Europejską ze środków Transition Facility PL2006/018-180.02.04 „Wdrażanie konkurencyjnego ynku energii” Nr ref. 2006/018-180.02.04.02 – Część B
2 R. C. Dugan, M. F. McGranaghan, S. Santoso: „Electrical Power Quality Systems, Second Edition”, The McGraw-Hill Companies, ISBN 0-07-138622-X, 2003
3 M.H.J. Bollen, J. Zhong et al.: „Power Quality aspects of Smart Grids”, International Conference on Renewable Energies and Power Quality (ICREPQ’10), Granada (Spain), 23th to 25th March, 2010.
4 A. Janjic, Z. Stajic, I. Radovic: „Power Quality Requirements for the Smart Grid Design”, INTERNATIONAL JOURNAL OF CIRCUITS, SYSTEMS AND SIGNAL PROCESSING, Issue 6, Volume 5, 2011.
5 M. Olofsson: „Power quality and emc in smart grid”, EPQU 2009 – Electrical Power Quality and Utilisation Conference in Lodz, Poland, 15 17 September 2009.
6 R. Neumann: „The importance of IEC 61000-4-30 Class A for the Coordination of Power Quality Levels”, 9th International Conference Electrical Power Quality and Utilisation, Barcelona, 09-11.10.2007
7 I. Wasiak: „Koncepcja inteligentnych sieci elektroenergetycznych”, cykl seminariów ISDEE, AGH Kraków, www.smartgrids.agh.edu.pl, 2009.
8 PN EN 50160 Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach elektroenergetycznych, www.pkn.pl.
9 Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 4 maja 2007 r. (wraz ze zmianami z 18.02.2008 oraz 21.08.2008) w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego, Dziennik Ustaw Nr 93, poz. 623, z dnia 29.05.2007.
10 Urząd Regulacji Energetyki: „Polska polityka energetyczna – wczoraj, dziś, jutro”, Biblioteka Regulatora, ISBN 978-83-929538-1-4, Warszawa 2010.
11 PN-EN 61000-4-30 Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC) - Część 4-30: Metody badań i pomiarów
– Metody pomiaru jakości energii, www.pkn.pl
12 Z. Hanzelka, A. Firlit, G. Błajszczak: „Syntetyczne miary jakości napięcia”, Automatyka, Elektryka, Zakłócenia – red. Zbigniew R. Kwiatkowski. – Gdańsk: INFOTECH, 2011. — ISBN-13 978-83-921711-8-8. — s. 118–126
13 G. Błajszczak G., A. Firlit: „Narzędzia do oceny i analizy jakości energii elektrycznej”, Energetyka 2009, nr 12, s. 787-793
14 A. Firlit: Ciągły monitoring i analiza jakości energii elektrycznej. Elektroenergetyka – Współczesność i Rozwój, nr 4(10)/2011, grudzień 2011
15 A. Firlit: „Platforma technologiczna smart grids, a jakość energii elektrycznej”, Automatyka, Elektryka, Zakłócenia INFOTECH 2012 – Inteligentne sieci elektroenergetyczne, inteligentne opomiarowanie, s. 30-37, Gdańsk 2012, ISBN 978-83934772-0-3
16 T. Szczepański, J. Rączka: „Monitorowanie jakości energii elektrycznej w sieci przesyłowej”, Elektroenergetyka – Współczesność i Rozwój, Numer 1(7)/2011, ISSN-2080-8593
17 A. Cieśla, Z. Hanzelka: „Inteligentne systemy elektroenergetyczne (ang.Smart Grid)”, www.smartgrid.ahg.edu.pl – portal poświęcony inteligentnym systemom elektroenergetycznym tzw. smart grids prowadzony w Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

Nie podano dodatkowych publikacji

Informacje dodatkowe:

brak