Nghiên cứu và đánh giá hiệu quả sử dụng đồng hồ đo điện thông minh trong lưới điện

Tên và bố cục đề tài Căn cứ mục đích nghiên cứu, đề tài được đặt tên như sau: “NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG ĐỒNG HỒ ĐO ĐIỆN THÔNG MINH TRONG LƯỚI ĐIỆN” Bố cục đề tài chia

- -

NGUYỄN QUANG HUY

NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG ĐỒNG HỒ ĐO ĐIỆN THÔNG MINH TRONG LƯỚI ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS LÊ VIỆT TIẾN

Hà Nội – Năm 2014

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn “NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ

SỬ DỤNG ĐỒNG HỒ ĐO ĐIỆN THÔNG MINH TRONG LƯỚI ĐIỆN” là

công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được

ai công bố trong bất kỳ luận văn nào trước đây

Hà Nội, tháng 3 năm 2014 Tác giả luận văn

Nguyễn Quang Huy

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới các tác giả của các công trình nghiên cứu, các tác giả của các tài liệu nghiên cứu mà tôi đã trích dẫn và tham khảo để hoàn thành luận văn này Đặc biệt tôi vô cùng cảm ơn TS Lê Việt Tiến, người đã tận tình hướng dẫn tôi trong quá trình thực hiện luận văn Và tôi xin chân thành cảm ơn tất

cả các thầy cô đã giảng dạy và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập vừa qua

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CDMA/3G/GSM Mạng điện thoại không dây

Smart Grid Lưới điện thông minh

Smart Meter Đồng hồ đo điện thông minh

AMR Automatic meter reading/Đọc tự động chỉ số đồng hồ điện AMI Advanced metering infrastructure/Cơ sở hạ tầng đo chỉ số

đồng hồ tiên tiến

tải điện

HHU Hand Held Unit /Thiết bị đọc chỉ số cầm tay

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 4.1 Bản chào giá lập lịch Nhà máy điện Nhơn Trạch 1 ngày 08/4/2013 Bảng 4.2 Lệnh điều độ của Nhà máy điện Nhơn Trạch 1 ngày 08/4/2013 Bảng 4.3 Giá điện năng thị trường ngày 08/4/2013

Bảng 4.4 Số liệu đo đếm Nhà máy điện Nhơn Trạch 1 ngày 08/4/2013

Bảng 4.5 Công suất tính giá SMP của các tổ máy Nhà máy điện Nhơn Trạch

1 ngày 08/4/2013 Bảng 4.6 Sản lượng điện năng thanh toán theo giá chào của các tổ máy Nhà

máy điện Nhơn Trạch 1 ngày 08/4/2013 Bảng 4.7 Sản lượng điện năng thanh toán theo giá chào Nhà máy điện Nhơn

Trạch 1 ngày 08/4/2013 Bảng 4.8 Khoản thanh toán sản lượng điện năng thanh toán theo giá chào

Nhà máy điện Nhơn Trạch 1 ngày 08/4/2013 Bảng 4.9 Sản lượng và khoản thanh toán sản lượng điện năng phát tăng

thêm Nhà máy điện Nhơn Trạch 1 ngày 08/4/2013 Bảng 4.10 Sản lượng điện năng huy động và sản lượng điện năng phát sai

khác Nhà máy điện Nhơn Trạch 1 ngày 08/4/2013 Bảng 4.11 Khoản thanh toán sản lượng điện năng phát sai khác Nhà máy điện

Nhơn Trạch 1 ngày 08/4/2013 Bảng 4.12 Sản lượng điện năng thanh toán theo giá điện năng thị trường các

tổ máy Nhà máy điện Nhơn Trạch 1 ngày 08/4/2013 Bảng 4.13 Sản lượng điện năng thanh toán theo giá điện năng thị trường Nhà

máy điện Nhơn Trạch 1 ngày 08/4/2013 Bảng 4.14 Khoản thanh toán sản lượng điện năng thanh toán theo giá điện

năng thị trường Nhà máy điện Nhơn Trạch 1 ngày 08/4/2013 Bảng 4.15 Tổng hợp điện năng thanh toán theo giá điện năng thị trường Nhà

máy điện Nhơn Trạch 1 ngày 08/4/2013

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc lưới điện thông minh

Hình 1.2 Mô hình sử dụng đồng hồ đo điện thông minh tại một hộ tiêu thụ

lớn Hình 1.3 Cấu trúc biểu giá của đồng hồ đo điện thông minh

Hình 1.4 Cài đặt đồng hồ thời gian thực và đồng bộ thời gian trong đồng hồ

đo điện thông minh Hình 1.5 Chỉ số chốt đọc từ đồng hồ đo điện thông minh

Hình 1.6 Biểu đồ phụ tải đọc từ đồng hồ đo điện thông minh

Hình 1.7 Thông tin bảo mật đồng hồ đo điện thông minh

Hình 1.8 Ghi nhận cảnh báo lỗi trong đồng hồ đo điện thông minh

Hình 1.9 Cấu hình kết nối thông tin của đồng hồ đo điện thông minh

Hình 1.10 Sơ đồ đấu dây vận hành của đồng hồ đo điện trên lưới

Hình 1.11 Sơ đồ đấu nối mạch nhị thứ của đồng hồ đo đếm tự dùng 0,4kV đo

đếm gián tiếp Hình 2.1 Mô hình thu thập số liệu đo đếm từ xa qua giao diện RS485

Hình 2.2 Mô hình thu thập số liệu đo đếm từ xa qua đường dây tải điện Hình 2.3 Mô hình thu thập số liệu đo đếm từ xa qua sóng vô tuyến

Hình 2.4 Mô hình thu thập số liệu đo đếm từ xa bằng các thiết bị cầm tay Hình 2.5 Mô hình thu thập số liệu đo đếm từ xa qua mạng điện thoại

Hình 2.6 Mô hình thu thập số liệu đo đếm từ xa qua mạng điện thoại di động

và mạng Internet Hình 2.7 Mô hình thu thập số liệu đo đếm từ xa qua giao thức mạng

Hình 2.8 Mô hình hệ thống thu thập số liệu của EVN phục vụ thị trường phát

điện cạnh tranh Hình 2.9 Mô hình hệ thống thu thập số liệu của EVN phục vụ điều hành hệ

thống điện tại các TBA 500/220/110kV

Hình 2.10 Mô hình hệ thống thu thập số liệu của EVN phục vụ điều hành hệ

thống điện tại các TBA 110/35/22kV Hình 2.11 Mô hình hệ thống thu thập số liệu của EVN đối với khách hàng lớn Hình 2.12 Mô hình hệ thống thu thập số liệu của EVN đối với khách hàng

nhỏ, tập trung Hình 2.13 Sơ đồ kết nối thông tin của hệ thống thu thập số liệu đồng hồ đo

điển hình của TBA, nhà máy điện Hình 4.1 Sơ đồ kết lưới Nhà máy Nhiệt điện Nhơn Trạch 1

Hình 4.2 Sơ đồ kết nối hệ thống thu thập số liệu đo đếm Nhà máy Nhiệt điện

Nhơn Trạch 1 Hình 4.3 Biểu đồ công suất tổ máy GT11 Nhà máy Nhiệt điện Nhơn Trạch 1

ngày 08/4/2013 Hình 4.4 Biểu đồ công suất tổ máy GT12 Nhà máy Nhiệt điện Nhơn Trạch 1

ngày 08/4/2013

Hình 4.5 Quá trình tính sản lượng điện năng thanh toán theo giá chào

Hình 4.6 Quá trình tính sản lượng điện năng phát sai khác so với sản lượng

huy động theo lệnh điều độ

Hình 4.7 Quá trình tính sản lượng điện năng thanh toán theo giá điện năng

thị trường

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 3

DANH MỤC BẢNG BIỂU 4

DANH MỤC HÌNH VẼ 5

MỞ ĐẦU 10

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN CHUNG 12

1.1 Lưới điện thông minh 12

1.1.1 Lưới điện thông minh 12

1.1.2 Đặc điểm chung của lưới điện thông minh 14

1.1.3 Cấu trúc của lưới điện thông minh 16

1.2 Đồng hồ đo điện thông minh 17

1.2.1 Tổng quan 18

1.2.2 Đặc điểm chung của đồng hồ đo điện thông minh 20

1.2.2.1 Cấu tạo của đồng hồ đo điện thông minh 20

1.2.2.2 Chức năng cơ bản của đồng hồ đo điện thông minh 20

1.2.2.3 Kết nối, vận hành đồng hồ đo điện thông minh 27

1.2.3 Lợi ích sử dụng đồng hồ đo điện thông minh 29

1.3 Kết luận 29

CHƯƠNG 2 - HỆ THỐNG THU THẬP SỐ LIỆU ĐỒNG HỒ 30

ĐO ĐIỆN THÔNG MINH 30

2.1 Mục đích, ý nghĩa 30

2.2 Giải pháp công nghệ thu thập số liệu đồng hồ đo điện thông minh 30

2.2.1 Giải pháp thu thập số liệu đo đếm từ xa qua giao diện RS485 30

2.2.2 Giải pháp thu thập số liệu đo đếm từ xa qua đường dây tải điện 31

2.2.3 Giải pháp thu thập số liệu đo đếm từ xa qua sóng vô tuyến 32

2.2.4 Giải pháp thu thập số liệu đo đếm từ xa qua mạng điện thoại có dây hoặc mạng di động 33

2.2.5 Giải pháp thu thập số liệu đo đếm từ xa qua giao thức mạng 35

2.3 Đặc điểm của hệ thống thu thập số liệu đồng hồ đo điện thông minh hiện đang áp dụng trong Tập đoàn Điện lực Việt Nam 35

2.3.1 Hệ thống đo đếm điện năng và truyền số liệu từ xa phục vụ thị trường phát điện cạnh tranh 36 2.3.2 Hệ thống đo đếm điện năng và truyền số liệu từ xa phục vụ điều hành hệ thống điện của Tập đoàn và các đơn vị 37 2.3.3 Hệ thống đo đếm điện năng và truyền số liệu phục vụ tính toán giá bán điện theo cơ chế thị trường 39

2.4 Kết luận 42 CHƯƠNG 3 - TÍNH TOÁN THANH TOÁN ĐIỆN NĂNG CÁC NHÀ MÁY THAM GIA THỊ TRƯỜNG PHÁT ĐIỆN CẠNH TRANH 43 3.1 Nguyên tắc tính toán các khoản thanh toán điện năng trong thị trường điện 43

3.1.1 Khoản thanh toán cho phần sản lượng được thanh toán theo giá điện năng thị trường của nhà máy điện trong chu kỳ thanh toán 44 3.1.2 Khoản thanh toán cho phần sản lượng được thanh toán theo giá chào đối với nhà máy nhiệt điện có giá chào lớn hơn giá trần thị trường trong chu kỳ thanh toán 45 3.1.3 Khoản thanh toán cho sản lượng điện năng phát tăng thêm của nhà máy điện trong chu kỳ giao dịch 46 3.1.4 Khoản thanh toán cho sản lượng điện năng phát sai khác so với sản lượng huy động theo lệnh điều độ của nhà máy điện trong chu kỳ giao dịch 47

3.2 Tính toán sản lượng điện năng phục vụ thanh toán trong thị trường điện 48

3.2.1 Sản lượng điện năng thanh toán theo giá chào đối với nhà máy nhiệt điện có giá chào lớn hơn giá trần thị trường 48 3.2.2 Sản lượng điện năng phát tăng thêm của nhà máy điện trong chu kỳ giao dịch

49 3.2.3 Sản lượng điện năng phát sai khác so với sản lượng huy động theo lệnh điều

độ của nhà máy điện trong chu kỳ giao dịch 51 3.2.4 Sản lượng điện năng thanh toán theo giá điện năng thị trường của nhà máy điện trong chu kỳ giao dịch 52

3.3 Kết luận 53

CHƯƠNG 4 - ỨNG DỤNG ĐỒNG HỒ ĐO ĐIỆN THÔNG MINH TRONG TÍNH TOÁN ĐIỆN NĂNG NHÀ MÁY ĐIỆN NHƠN TRẠCH 1 THAM GIA THỊ

TRƯỜNG ĐIỆN 54

4.1 Giới thiệu Nhà máy Nhiệt điện Nhơn Trạch 1 54

4.2 Tính toán điện năng thị trường điện Nhà máy Nhiệt điện Nhơn Trạch 1 58

4.2.1 Các số liệu đầu vào 58

4.2.1.1 Bản chào giá lập lịch 58

4.2.1.2 Lệnh điều độ 59

4.2.1.3 Giá điện năng thị trường 59

4.2.1.4 Số liệu đo đếm, công suất tính toán sau vận hành 60

4.2.2 Tính toán các khoản thanh toán điện năng khi tham gia thị trường điện Nhà máy Nhiệt điện Nhơn Trạch 1 65

4.2.2.1 Thanh toán sản lượng điện năng theo giá chào khi giá chào lớn hơn giá trần thị trường 65

4.2.2.2 Thanh toán sản lượng điện năng phát thêm trong chu kỳ giao dịch 70

4.2.2.3 Thanh toán sản lượng điện năng phát sai khác so với sản lượng huy động theo lệnh điều độ 72

4.2.2.4 Thanh toán sản lượng điện năng thanh toán theo giá điện năng thị trường

77

4.2.2.5 Tổng hợp sản lượng điện năng thanh toán trong thị trường điện 82

4.3 Kết luận 83

CHƯƠNG 5 - KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ 84

5.1 Kết luận 84

5.2 Kiến nghị 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

MỞ ĐẦU

1 Lý do lựa chọn đề tài

Đảm bảo chất lượng điện năng để cung cấp dịch vụ điện với chất lượng ngày càng cao, liên tục, an toàn và hiệu quả là mối quan tâm thường xuyên và cấp thiết đối với ngành Điện Với định hướng phát triển ngành Điện theo hướng đa dạng hóa

sở hữu, hình thành thị trường điện trong nước, trong đó nhà nước giữ độc quyền ở khâu truyền tải và chi phối khâu sản xuất và phân phối điện, chất lượng cung cấp điện là yếu tố quyết định hàng đầu đối với các Công ty Điện lực khi tham gia vào thị trường bán buôn điện cạnh tranh

Với sự phát triển của khoa học công nghệ trong thời gian gần đây, đặc biệt là các tiến bộ trong việc ứng dụng các thiết bị điện tử đã mang lại rất nhiều sự thuận tiện trong công nghệ cũng như các lợi ích về kinh tế Nhưng song song với các ưu điểm đó thì các tiến bộ công nghệ trên cũng có những tác động không nhỏ đến việc đảm bảo cung cấp điện an toàn & tin cậy, đòi hỏi phải nghiên cứu tìm hiểu và khắc phục những ảnh hưởng đó

Do đó việc đánh giá ảnh hưởng sử dụng đồng hồ đo điện thông minh, một thiết bị điện tử thông minh trong vận hành hệ thống điện là vấn đề cần được quan tâm nghiên cứu

2 Mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan về đồng hồ đo điện thông minh, lưới điện thông minh

- Nghiên cứu cách thức kết nối giữa các đồng hồ đo điện thông minh góp phần xây dựng hệ thống điện thông minh

- Nghiên cứu cách thức tính toán điện năng nhà máy tham gia thị trường điện,

áp dụng đồng hồ đo điện thông minh trong tính toán

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đồng hồ đo điện thông minh, hệ thống thu thập số liệu đo đếm

- Áp dụng đồng hồ đo điện thông minh trong tính toán, thanh toán điện năng Nhà máy điện Nhơn Trạch 1 tham gia thị trường điện

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Nghiên cứu tổng quan về lưới điện thông minh, đồng hồ đo điện thông minh, lợi ích đem lại của việc sử dụng đồng hồ đo điện thông minh trong lưới điện

Nghiên cứu cách thức kết nối giữa các đồng hồ đo điện thông minh để tạo nên mạng lưới thu thập số liệu tại chỗ và từ xa góp phần xây dựng mạng lưới điện thông minh

Nghiên cứu cách thức tính toán, thanh toán điện năng thị trường điện, ứng dụng đồng hồ đo điện thong minh trong thanh toán điện năng nhà máy điện tham gia thị trường điện

Đề xuất hướng nghiên cứu sử dụng đồng hồ đo điện thông minh trong vận hành hệ thống điện, cải thiện chất lượng điện

5 Tên và bố cục đề tài

Căn cứ mục đích nghiên cứu, đề tài được đặt tên như sau:

“NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG ĐỒNG HỒ ĐO ĐIỆN THÔNG MINH TRONG LƯỚI ĐIỆN”

Bố cục đề tài chia làm 5 chương như sau:

 Chương 1: Tổng quan chung

 Chương 2: Hệ thống thu thập số liệu đồng hồ đo điện thông minh

 Chương 3: Tính toán thanh toán điện năng các nhà máy tham gia thị trường phát điện cạnh tranh

 Chương 4: Ứng dụng đồng hồ đo điện thông minh trong tính toán điện

năng nhà máy điện Nhơn Trạch 1 tham gia thị trường điện

 Chương 5: Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN CHUNG

Như chúng ta đã biết, hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đường dây truyền tải và phân phối điện được nối với nhau thành hệ thống làm nhiệm vụ sản xuất, truyền tải, phân phối và tiêu thụ điện năng Nhà máy điện là xí nghiệp công nghiệp có nhiệm vụ sản xuất ra điện năng để cung cấp cho các hộ tiêu thụ điện thông qua đường dây tải điện và các trạm biến áp Điện năng do nhà máy điện phát ra được truyền tải theo đường dây trên không hay dây cáp của mạng điện với những chiều dài khác nhau, điện áp khác nhau tùy thuộc vào khoảng cách từ nhà máy đến hộ tiêu thụ Các trạm biến áp có nhiệm vụ tăng áp để tải điện đi xa và giảm

áp để cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ

Ngày nay HTĐ phát triển không ngừng trong không gian và thời gian để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của phụ tải Tùy theo mục đích nghiên cứu, HTĐ được phân chia thành các phần hệ thống tương đối độc lập nhau

1.1 Lưới điện thông minh (Smart Grid)

1.1.1 Lưới điện thông minh

Lưới điện xoay chiều đang sử dụng trên thế giới hiện nay ra đời năm 1896, một phần dựa trên thiết kế của Nikola Tesla đã được công bố từ năm 1888 Nhiều ý tưởng thiết kế ngày nay vẫn sử dụng dựa trên những công nghệ còn giới hạn cách đây hơn 120 năm Nhiều giả định và đặc điểm lỗi thời của lưới điện (ví dụ như nguồn điện tập trung, truyền tải điện, phân phối điện theo một hướng và điều khiển theo phụ tải) thể hiện quan điểm từ thế kỷ 19 về những gì có thể thực hiện được Điều này một phần là do các công ty điện lực cảm thấy ngần ngại không muốn sử dụng các công nghệ chưa được thử thách cho một cơ sở hạ tầng tối quan trọng mà

họ có trách nhiệm phải duy trì

Lưới điện của thế kỷ 20 ban đầu được xây dựng ở dạng lưới điện địa phương, nhưng rồi theo thời gian, chúng được liên kết với nhau vì như vậy có lợi hơn về kinh tế và độ tin cậy Một trong những hệ thống điện lớn nhất từ trước tới nay đã được xây dựng là lưới điện liên kết, đã chín muồi của cuối những năm 1960 được thiết kế nhằm “phân chia và phân phối” sản lượng lớn điện năng, từ một số tương

đối nhỏ “nhà máy điện trung tâm” tới các trung tâm phụ tải lớn, và từ đó đến một số lượng lớn các hộ tiêu thụ cá nhân lớn và nhỏ Bản chất của công nghệ phát điện trong 75 năm đầu của thế kỷ 20 là càng lớn thì hiệu suất càng cao và phụ thuộc vào địa điểm (nhà máy thủy điện gần các đập nước lớn, các nhà máy nhiệt điện than, khí đốt, dầu gần nguồn nhiên liệu, nhà máy điện hạt nhân gần nơi có nguồn nước làm mát), và do nhiều lý do khác nhau, tất cả các nhà máy điện này phải đặt xa các trung tâm dân cư trong điều kiện đảm bảo tính kinh tế của nhà máy Vì ngành điện tiếp tục sản xuất ngày càng nhiều điện năng với giá cả hợp lý cho một lượng khách hàng ngày càng tăng nên vào cuối những năm 1960, đường dây điện đã vươn tới hầu như mọi gia đình, mọi doanh nghiệp ở các nước phát triển Tuy nhiên, năng lực thu thập

và xử lý dữ liệu thời đó chỉ đạt tới trình độ các số liệu thống kê, lấy bình quân nên việc truyền các tín hiệu về giá, về cung và cầu qua hệ thống là rất hạn chế Đồng thời, quan ngại về môi trường ngày một tăng kết hợp với sự phụ thuộc chính trị xã hội vào điện khí hóa ngày càng cao đã gây trở ngại cho việc phát triển theo qui mô Cuối thế kỷ 20, giá thành điện năng tại các khu vực đô thị lớn leo thang đến mức khó chấp nhận Các công nghệ tương tự như thời những người sáng lập ra ngành điện cách đây một thế kỷ giờ đây không còn phù hợp với nền kinh tế dựa trên thông tin và dịch vụ

Trong 50 năm qua, lưới điện không còn theo kịp với các thách thức mới như:

 An ninh năng lượng, từ phía người cung cấp năng lượng hoặc do tấn công mạng

 Nhiều nước đưa ra các chỉ tiêu sử dụng các nguồn điện phân tán khiến cho việc duy trì điện ổn định trở nên phức tạp hơn đáng kể

 Để đạt mục tiêu cân bằng năng lượng, cần giảm phụ tải đỉnh ban ngày, giảm tổn thất năng lượng, đảm bảo mức dự phòng nguồn hợp lý

 Yêu cầu cao về nguồn điện phân tán

 Dụng cụ điện điều khiển bằng số có thể thay đổi bản chất của phụ tải điện (cho phép công ty điện tắt thiết bị điện trong nhà bạn nếu họ thấy phù hợp), kết quả

là nhu cầu điện không còn tương thích với hệ thống điện vốn được xây dựng để

phục vụ “nền kinh tế analog” Một ví dụ: Chương trình vô tuyến được nhiều người

ưa thích có thể gây tăng đột ngột phụ tải bởi vì các máy vô tuyến được bật lên gần như cùng lúc Gia tăng sử dụng những thiết bị như vậy mà không có sự điều phối của lưới điện thông minh, sẽ dẫn đến các vấn đề về độ tin cậy cung cấp điện, giảm chất lượng điện, mất điện, và cắt điện luân phiên

Mặc dầu các luận điểm về lưới điện thông minh có xu hướng ngày một trở nên quen thuộc hơn, thế nhưng tầm quan trọng của chúng cũng là vấn đề còn phải bàn Trong khi đó, các tiến bộ về tự động hóa, truyền dữ liệu, và nguồn điện phân

bố bắt đầu tỏ ra phù hợp để hỗ trợ ý tưởng về lưới điện thông minh, có thể đáp ứng nhu cầu của người cung cấp và hộ tiêu thụ trong một rải rộng các tình huống, năng lực lớn hơn trong việc tiên liệu và đáp ứng các điều kiện vận hành thay đổi, và hiệu quả kinh tế cao hơn

1.1.2 Đặc điểm chung của lưới điện thông minh

Thuật ngữ lưới điện thông minh được sử dụng ít nhất là từ năm 2005, khi mà bài viết “Tiến tới lưới điện thông minh” của các tác giả S Masoud Amin và Bruce

F Wollengerg đăng trên tạp chí IEEE P&E số tháng 9/tháng 10 Rất nhiều định nghĩa đã được đưa ra, một số dựa vào góc độ chức năng, một số dựa vào công nghệ hoặc lợi ích Yếu tố chung cho phần lớn các định nghĩa là ứng dụng xử lý và truyền thông số vào lưới điện, khiến cho việc quản lý dòng dữ liệu và truyền thông trở thành trung tâm của lưới điện thông minh Sử dụng tích hợp sâu công nghệ số vào lưới điện đem lại nhiều khả năng khác nhau và việc tích hợp các dòng thông tin mới

về lưới điện vào qui trình xử lý và các hệ thống của lưới điện là một trong những vấn đề then chốt trong thiết kế lưới điện thông minh

Lưới điện thông minh là một giải pháp nhằm tối ưu hóa chất lượng, hiệu suất truyền tải và phân phối của lưới điện hiện tại, đồng thời ưu tiên hỗ trợ khai thác các nguồn điện thay thế Lưới điện thông minh dựa trên các ứng dụng công nghệ thông tin tiên tiến cho phép sử dụng 2 đường truyền tải và điều phối thông tin thời gian thực giữa các nhà máy phát điện, nguồn phân phối và nhu cầu của các thiết bị đầu cuối Giải pháp này được đưa ra nhằm đáp ứng các nhu cầu ngày càng bức thiết về

việc phân phối điện năng, quản lý/giám sát điện năng tiêu thụ, cũng như mong muốn sử dụng hiệu quả năng lượng trên toàn cầu

Một lưới điện thông minh bao gồm việc hiện đại hóa truyền tải và phân phối lưới điện Về truyền tải, hệ thống hiện đại hóa hạ tầng, tạo môi trường cạnh tranh thuận lợi cho các nhà cung cấp, cho phép sử dụng nhiều hơn các nguồn năng lượng thay thế, năng lượng sạch, thiết lập khả năng tự động hóa và giám sát cần thiết cho

sự truyền dẫn trên khu vực rộng lớn và ưu tiên sử dụng các nguồn lực lượng cho việc bảo tồn năng lượng Về phân phối, hệ thống lưới điện thông minh tích hợp nhiều tính năng hữu ích cho người tiêu dùng chẳng hạn như đồng hồ thông minh phục vụ cho quản lý hiệu quả năng lượng, cho phép các nhà cung cấp tối ưu hóa việc phân phối, đặc biệt trong thời gian cao điểm

Lưới điện thông minh sử dụng nhiều ứng dụng công nghệ khác nhau nhưng chủ yếu là các ứng dụng sau: Hệ thống truyền thông tích hợp cho phép thu thập thông tin, kiểm soát và trao đổi dữ liệu theo thời gian thực để tối ưu hóa độ tin cậy của hệ thống, sử dụng tài sản, và an ninh Hệ thống cảm biến và đo lường là hệ thống quan trọng tích hợp nhiều công nghệ điều khiển có nhiệm vụ giám sát và đánh giá sự ổn định của lưới điện, phòng chống trộm cắp năng lượng bao gồm nhiều công nghệ tiên tiến: hệ thống giám sát diện rộng, hệ thống cảm biến phân phối thông minh kết hợp với hệ thống đánh giá nhiệt theo thời gian thực, công nghệ

đo thời gian sử dụng và tính hóa đơn tự động, các thiết bị điện và đường dây hiện đại, công nghệ theo dõi và lập lịch biểu, kiểm soát các phụ tải như máy nạp điện cho xe chạy điện, mạng hộ gia đình Quan trọng nhất là đồng hồ đo điện thông minh kết nối thông tin dữ liệu giữa các nhà máy điện và thiết bị điện thông minh và bộ cảm biến tốc độ cao Phasor – quản lý phân phối điện, giám sát chất lượng điện, tự động xử lý khi có sự cố xảy ra trên mạng lưới

Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc lưới điện thông minh [theo tạp chí IEEE P&E số tháng 10/2005]

Lưới điện thông minh đã thể hiện được tính ưu việt của nó với rất nhiều lợi ích như: Tạo điều kiện tốt hơn cho việc nối lưới và vận hành các nguồn điện thuộc mọi công suất và công nghệ; cho phép hộ tiêu thụ có vai trò trong việc tối ưu hóa vận hành lưới điện; cung cấp cho hộ tiêu thụ nhiều thông tin và nhiều phương án hơn về lựa chọn người cung cấp điện; giảm đáng kể tác động của toàn hệ thống cung cấp điện đối với môi trường; duy trì hoặc thậm chí nâng cao hơn nữa độ tin cậy hiện có của hệ thống, chất lượng và an ninh cung cấp điện; công cụ cơ bản của vận hành thị trường điện rộng rãi

1.1.3 Cấu trúc của lưới điện thông minh

Cho đến hiện nay, chưa một ai hoặc một tổ chức nào khẳng định chắc chắn về các công nghệ sẽ được sử dụng trong lưới điện thông minh của tương lai Tuy nhiên, chúng ta có thể chỉ ra được các đặc tính chính của lưới điện thông minh sẽ bao gồm:

 Khả năng tự động khôi phục cung cấp điện khi có sự cố xảy ra mất điện đối với khách hàng

 Chống được sự tấn công cố ý đối với hệ thống cả về mặt vật lý và mạng máy tính

 Trợ giúp sự phát triển các nguồn điện phân tán (phát điện, dự trữ năng lượng, cắt giảm nhu cầu…)

 Trợ giúp sự phát triển các nguồn năng lượng tái tạo

 Cung cấp khả năng nâng cao chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện

 Tối ưu hóa vận hành HTĐ để giảm chi phí sản xuất, truyền tải và phân phối

kể cả giảm chi phí đầu tư mới và nâng cấp hệ thống điện

 Công cụ cơ bản của vận hành thị trường điện rộng rãi

Về cơ bản, hệ thống điện thông minh bao gồm hệ thống truyền tải, cung cấp điện năng hiện tại nhưng được áp dụng công nghệ thông tin và truyền thông, số hóa

dữ liệu và áp dụng các công nghệ hiện đại vào việc điều khiển, kiểm tra, giám sát Nhằm đảm bảo an toàn, ổn định và nâng cao hiệu suất làm việc của hệ thống điện

Từ mô hình ta thấy rằng hệ thống điện thông minh gồm:

 Hệ thống điện có sẵn:

o Cơ sơ hạ tầng (nhà máy điện, trạm biến áp, trạm điều khiển )

o Hệ thống truyền tải (đường dây dẫn, cột điện, rơle bảo vệ, máy biến

áp )

o Các hộ tiêu thụ điện (hộ gia đình, nhà máy, cơ quan )

 Hệ thống điều khiển lấy công nghệ thông tin làm trung tâm: gồm cơ sở dữ liệu được số hóa, các thành phần trong hệ thống được liên kết với nhau chặt chẽ thành một thể thống nhất có thể vận hành ổn định, tự khắc phục khi có

sự cố xảy ra

1.2 Đồng hồ đo điện thông minh (Smart Meter)

Công nghệ lưới điện thông minh khởi đầu khá sớm với các ý tưởng về điều khiển, đo lường và theo dõi bằng điện tử Trong thập niên 1980, công nghệ đọc tự động chỉ số đồng hồ điện (AMR) được sử dụng để theo dõi phụ tải các hộ tiêu thụ lớn Tới những năm 1990, công nghệ này phát triển thành cơ sở hạ tầng đo chỉ số đồng hồ tiên tiến (AMI), theo đó đồng hồ đo điện có thể lưu trữ dữ liệu về tiêu thụ điện năng tại các thời điểm khác nhau trong ngày Đồng hồ thông minh có thêm khả

năng truyền thông nhờ đó cho phép theo dõi theo thời gian thực, và từ đó mở đường tới các thiết bị nhận thức được nhu cầu và “ổ điện thông minh” trong hộ gia đình Dạng ban đầu của các công nghệ quản lý phụ tải (DSM) là các thiết bị nhận thức nhu cầu động, có khả năng cảm nhận thụ động phụ tải lưới điện bằng cách theo dõi các thay đổi về tần số nguồn điện Các thiết bị như máy điều hòa nhiệt độ, máy lạnh

và máy sưởi dùng trong công nghiệp và trong các hộ gia đình tự chúng điều chỉnh chu kỳ làm việc để tránh kích hoạt vào thời điểm lưới điện ở tình trạng phụ tải đỉnh

Nhìn nhận dưới góc độ một “tòa nhà” có hai loại đồng hồ đo điện: Một loại sử dụng để giám sát và đo điện cho toàn bộ tòa nhà Một loại là những chiếc đồng hồ con, được sử dụng để đo mức sử dụng của những không gian cụ thể, các hộ thuê nhà hay các mạch điện, chủ yếu được phân bổ hay hỗ trợ việc tính giá công suất điện cho những ai sử dụng nó

Hình 1.2 Mô hình sử dụng đồng hồ đo điện thông minh tại một hộ tiêu thụ lớn

Đồng hồ tổng và các đồng hồ con cho phép khách hàng có thể thực hiện những thay đổi trong hoạt động của mình để giảm sự tiêu thụ năng lượng Ví dụ, nếu dữ liệu được cung cấp bởi một đồng hồ tổng chỉ cho biết một tải điện lớn đang tồn tại khi một tòa nhà đang bị bỏ không thì có thể có thiết bị đang chạy và cần được ngắt Dữ liệu này cũng có thể chỉ cho thấy việc thay đổi các danh mục thiết bị nào đó sẽ làm giảm chi phí từ các công ty bằng việc giảm nhu cầu sử dụng điện trong suốt thời gian cao điểm Các chỉ số sử dụng năng lượng (EUIs), như kWh được sử dụng trên mỗi phút vuông (kWh/SF) có thể được so sánh giữa các tòa nhà tương tự nhau để xác định xem nếu một toà nhà đang sử dụng nhiều năng lượng hơn mức bình thường EUIs cũng có thể được so sánh với dữ liệu trước đó để biết được khi nào việc sử dụng năng lượng của một tòa nhà tăng lên Do hiệu suất thiết bị có

xu hướng giảm dần theo thời gian nên những theo dõi về việc sử dụng năng lượng

có thể cho thấy khi nào thiết bị cần được bảo hành hay thay thế Ứng dụng phần mềm quản lý sẽ chuyển dữ liệu đo được thành thông tin để cung cấp dữ liệu xu

hướng, các khả năng hỗ trợ tính giá xác định các nguồn phí yêu cầu cao các vấn đề chất lượng công suất Các doanh nghiệp như Triacta sẽ đọc các số đo từ xa và cung cấp cho những người chủ nhà hay trang bị cho các nhà quản lý sự truy nhập trên nền web vào những công cụ theo dõi chi phí năng lượng và dữ liệu liên quan do vậy loại bỏ được nhu cầu bảo trì phần cứng và phần mềm

Có thể coi hệ thống điện thông minh gồm có hai lớp: lớp 1 là hệ thống điện thông thường và bên trên nó là lớp 2, hệ thống thông tin, truyền thông, đo lường Tại lớp thứ 2 này đồng hồ đo điện thông minh là thành phần quan trọng nhất với những kết nối truyền thông góp phần tạo nên một lưới điện thông minh

1.2.2 Đặc điểm chung của đồng hồ đo điện thông minh

1.2.2.1 Cấu tạo của đồng hồ đo điện thông minh

Cấu hình của đồng hồ đo điện thông minh: theo dạng module cho phép thay

đổi cũng như nâng cấp một cách dễ dàng và đơn giản

 Đầu vào số (DI/ Digital input): được sử dụng theo dõi trạng thái hoạt động của một công tắc điện hoặc như một bộ đếm xung

 Đầu vào tương tự (AI/ Analog input): chuyển đổi bất kỳ tín hiệu tương tự tiêu chuẩn thành một tín hiệu số và truyền đến trung tâm điều khiển Các tín hiệu không điện như: nhiệt độ, áp suất hoặc tốc độ dòng chảy là một vài

ví dụ ứng dụng tương thích với tính năng này

 Nguồn cấp cho module đầu vào số (Power supply for DI)

 Rơle đầu ra (RO/ Relay output): được sử dụng để kiểm soát chuyển mạch điện áp hoặc cảnh báo vượt quá giới hạn

 Đầu ra số (DO/Digital output): được sử dụng để cảnh báo quá giới hạn hoặc một cung năng lượng ở đầu ra

1.2.2.2 Chức năng cơ bản của đồng hồ đo điện thông minh

Đồng hồ đo điện thông minh được cấu tạo bởi các

module độc lập cho phép người sử dụng tùy theo nhu

cầu thực tế mà phát triển, cài đặt sử dụng Tuy nhiên

đối với một đồng hồ đo điện thông minh, mặc định của

nhà sản xuất cũng như nhu cầu thực tế tại Việt Nam đang sử dụng những chức năng chính sau:

 Đo lường các đại lượng điện cơ bản:

o Giá trị điện áp pha, điện áp dây, điện áp trung bình;

o Dòng điện pha, dòng điện trung bình;

o Góc lệch pha; Góc lệch pha trung bình;

o Công suất tác dụng tức thời, công suất phản kháng tức thời;

o Tần số

 Các bộ ghi điện năng tổng:

o Điện năng tác dụng tổng theo chiều giao và nhận;

o Điện năng phản kháng của các góc phần tư

 Các bộ ghi công suất:

o Công suất tác dụng tổng theo hai chiều giao và nhận;

o Công suất phản kháng của các góc phần tư

 Các bộ ghi điện năng theo thời gian sử dụng (bộ ghi biểu giá): Có các thanh ghi điện năng theo thời gian sử dụng được định nghĩa theo nhu cầu của người sử dụng

 Các bộ ghi công suất tác dụng cực đại theo thời gian sử dụng: Có các thanh ghi công suất tác dụng cực đại được định nghĩa theo nhu cầu của người sử dụng

 Biểu giá theo thời gian trong ngày: Có khả năng lập trình được biểu giá thời gian trong ngày, theo mùa, ngày chuyển mùa, ngày đặc biệt Thời gian bắt đầu và kết thúc của mỗi biểu giá được ấn định bằng giờ, phút bất kỳ trong ngày

Hình 1.3 Cấu trúc biểu giá của đồng hồ đo điện thông minh

 Biểu giá thay thế: Có khả năng thay thế biểu giá cũ bằng biểu giá mới tại một thời điểm trong tương lai được lập trình bởi người sử dụng (trong thời gian chờ biểu giá mới được kích hoạt, biểu giá cũ vẫn có hiệu lực)

 Khoảng thời gian tích phân: Có thể lập trình được khoảng thời gian tích phân

 Đồng hồ thời gian thực: Đồng hồ thời gian thực trong đồng hồ đo điện được cấp nguồn nuôi bằng pin dự phòng

Hình 1.4 Cài đặt đồng hồ thời gian thực và đồng bộ thời gian trong đồng hồ đo

điện thông minh

 Chỉ số chốt và lưu trữ số liệu hóa đơn:

Hình 1.5 Chỉ số chốt đọc từ đồng hồ đo điện thông minh

o Đồng hồ thông minh có khả năng tự động chốt chỉ số vào cuối mỗi chu kỳ tính hóa đơn và được lập trình bởi người sử dụng;

o Lưu trữ được số liệu của các hóa đơn gần nhất;

o Hóa đơn ghi được các số liệu: Thời điểm bắt đầu và kết thúc chu kỳ tính hóa đơn; Điện năng tác dụng theo hai chiều giao nhận; Điện năng phản kháng của các góc phần tư; Điện năng của từng biểu giá theo hai chiều giao nhận; Công suất tác dụng cực đại của từng biểu giá và thời điểm xảy ra tương ứng của từng giá trị theo hai chiều giao nhận

 Có khả năng lưu trữ biểu đồ phụ tải, nhu cầu phụ tải tính toán dựa theo chu

kỳ tích phân công suất theo thời gian

Hình 1.6 Biểu đồ phụ tải đọc từ đồng hồ đo điện thông minh

 Thông tin bảo mật: Đồng hồ thông minh ghi được sự kiện lập trình thay đổi thông số, cấu hình đồng hồ, thời điểm xảy ra sự kiện: Số lần lập trình và thời gian lập trình lần cuối, số lần thiết lập reset giá trị thanh ghi điện năng, công suất cực đại và thời điểm reset, sự kiện về thay đổi thời gian của đồng hồ và thời điểm thay đổi

Hình 1.7 Thông tin bảo mật đồng hồ đo điện thông minh

 Mật khẩu đồng hồ thông minh: phân thành các mức khác nhau để thực hiện độc lập các tác vụ Trong trường hợp các mật khẩu được thiết lập bằng khóa phần cứng thì các khóa phần cứng này có vị trí niêm phong kẹp chì đảm báo tránh can thiệp trái phép

 Ghi nhận và báo hiệu các sự kiện:

Hình 1.8 Ghi nhận cảnh báo lỗi trong đồng hồ đo điện thông minh

o Báo lỗi hư hỏng phần cứng;

o Mất nguồn cung cấp;

o Báo điện áp thấp, điện áp cao;

o Báo quá dòng điện;

o Báo mất cân bằng dòng điện giữa các pha;

o Báo ngược chiều công suất;

o Báo sai thứ tự pha điện áp;

o Báo lỗi pha;

o Báo pin sắp hết thời gian sử dụng hoặc pin yếu;

o Báo tràn bộ ghi

 Khả năng hiển thị, phân tích thành phần sóng hài (tùy chọn cài đặt): đo tỷ

lệ sóng hài ba pha điện áp, dòng điện và sóng hài bậc 2 đến bậc 31; Ghi nhận các giá trị điện áp, dòng điện không cân bằng Khi giá trị các thành phần này vượt quá giá trị đặt, đồng hồ sẽ cảnh báo và ghi lại sự kiện

 Giao tiếp thông tin với đồng hồ đo điện thông minh

o Có thể có cổng giao tiếp quang điện, RS232, RS485, ethernet;

o Có khả năng truyền thông với máy tính hoặc modem truyền số liệu;

o Có khả năng kết nối theo chuỗi thông qua cổng truyền thông RS232

và RS485

Hình 1.9 Cấu hình kết nối thông tin của đồng hồ đo điện thông minh

 Việc cài đặt và đọc số liệu đồng hồ thông minh tại chỗ hoặc từ xa được thực hiện thông qua các phần mềm có khả năng tương thích cao

 Số liệu đọc từ đồng hồ thông minh có thể xuất ra thành file có định dạng phù hợp cho phép kết nối với chương trình bảng tính và quản lý cơ sở dữ

liệu Đồng hồ thông minh có thể có chức năng cấp nguồn ngoài dự phòng

để đọc số liệu khi mất điện áp lưới

1.2.2.3 Kết nối, vận hành đồng hồ đo điện thông minh

Trong hệ thống đo đếm điện năng ngoài đồng hồ đo còn có các thiết bị phụ trợ khác cho phép đồng hồ đo hoạt động một cách chính xác, tin cậy Tùy theo cấp điện

áp, dòng điện phụ tải sử dụng tại hộ tiêu thụ mà đồng hồ đo có thể sử dụng phương pháp đo trực tiếp hay đo gián tiếp thông qua các biến điện áp và biến dòng điện đo lường

a Sơ đồ đấu nối trực tiếp b Sơ đồ đấu nối gián tiếp qua TU, TI

Hình 1.10 Sơ đồ đấu dây vận hành của đồng hồ đo điện trên lưới

Về giao tiếp, kết nối thông tin: đồng hồ có thể thực hiện giao tiếp qua cổng quang điện, có khả năng truyền thông với máy tính hoặc modem truyền số liệu; kết nối theo chuỗi thông qua cổng truyền thông RS232 và RS485

Hình 1.11 Sơ đồ đấu nối mạch nhị thứ của đồng hồ đo đếm tự dùng 0,4kV đo đếm gián tiếp

1.2.3 Lợi ích sử dụng đồng hồ đo điện thông minh

Trên cơ sở những đặc tính kỹ thuật của một đồng hồ đo điện thông minh chúng ta

có thể nhìn thấy những lợi ích mà đồng hồ đo điện thông minh đem lại:

Đồng hồ đo điện thông minh có ba chức năng cơ bản đó là:

- Đo lường các đại lượng điện;

- Điều khiển & giám sát điện từ xa;

- Kiểm soát mức tiêu thụ năng lượng

Nói một cách cụ thể, đồng hồ đo điện thông minh có khả năng ghi nhận điện năng sử dụng theo thời gian thực hoặc gần với thời gian thực, cho phép đọc dữ liệu tại chỗ hoặc từ xa theo yêu cầu thông qua kết nối mạng và dịch vụ, trong một số điều kiện nào đó có thể điều khiển cắt giảm phụ tải, xác định & khắc phục sự cố

Đồng hồ đo điện thông minh mang lại sáu lợi ích:

- Giảm chi phí, tiết kiệm năng lượng cho khách hàng;

- Nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, tùy chọn hạn chế năng lượng;

- Thay đổi phương án giá điện từ đó điều chỉnh cao điểm, thấp điểm;

- Dễ dàng phát hiện gian lận;

- Đo đếm, điều khiển từ xa;

- Dữ liệu thu thập phục vụ lập kế hoạch bảo trì, dự đoán nhu cầu phụ tải

1.3 Kết luận

Tại chương 1, tác giả đã đưa ra những luận điểm về lưới điện thông minh, đồng hồ đo điện thông minh với những đặc điểm về cấu tạo, chức năng, cách thức vận hành, kết nối Qua đó thấy được rằng các đồng hồ đo điện thông minh muốn tiến gần đến với lưới điện thông minh thì cần phải có sự kết nối, liên hệ với nhau thành một hệ thống thống nhất Qua chương 2, tác giả sẽ tập trung nghiên cứu các giải pháp công nghệ cho phép đồng hồ đo điện thông minh sử dụng kết nối, truyền thông và các mô hình đang được áp dụng tại Việt Nam

CHƯƠNG 2 - HỆ THỐNG THU THẬP SỐ LIỆU ĐỒNG HỒ

ĐO ĐIỆN THÔNG MINH

chấp về điện năng

2.2 Giải pháp công nghệ thu thập số liệu đồng hồ đo điện thông minh

Để đáp ứng được các mục tiêu đã đề ra, các đồng hồ đo đếm không thể hoạt động độc lập mà phải có sự tương tác, kết nối với nhau thành một hệ thống hoàn chỉnh với đầy đủ cơ sở dữ liệu lưu trữ Với mục đích đó, tác giả sẽ đi sâu xem xét giải pháp để các đồng hồ đo điện thông minh kết nối với nhau thành một hệ thống hoàn chỉnh

2.2.1 Giải pháp thu thập số liệu đo đếm từ xa qua giao diện RS485

Trong công nghệ này, các đồng hồ đo điện thông minh được nối với nhau và nối với bộ thu thập tập trung thông qua giao diện RS485, khoảng cách kết nối có thể lên tới 1,2km Đường từ bộ thu thập tập trung về trung tâm thu thập số liệu có thể sử dụng mạng điện thoại công cộng có dây hoặc mạng thông tin di động CDMA/GSM

Hình 2.1 Mô hình thu thập số liệu đo đếm từ xa qua giao diện RS485

Ưu điểm: kỹ thuật áp dụng đơn giản và hiệu quả ở các tòa nhà cao tầng, khoảng cách tin khá lớn, triển khai lắp đặt nhanh gọn

Nhược điểm: phải quản lý vận hành và bảo dưỡng thêm mạng lưới cáp thông tin

2.2.2 Giải pháp thu thập số liệu đo đếm từ xa qua đường dây tải điện

Công nghệ này chủ yếu áp dụng để thu thập số liệu đo đếm điện năng của các khách hàng mua điện đấu nối trực tiếp vào lưới điện hạ thế Trong công nghệ này, mỗi đồng hồ đo được tích hợp thêm một module PLC (Power Line Communication) Số liệu đo đếm của các đồng hồ đo được thu thập về bộ thu thập tập trung tới trung tâm thu thập số liệu đo đếm có thể sử dụng mạng điện thoại có dây (PSTN) hoặc mạng điện thoại không dây (CDMA/3G/GSM)

Hình 2.2 Mô hình thu thập số liệu đo đếm từ xa qua đường dây tải điện

Ưu điểm: áp dụng rất hiệu quả ở lưới điện hạ thế vì tận dụng được hạ tầng lưới điện để làm đường dây, khoảng cách tin khá lớn có thể từ 1km đến 2km, triển khai lắp đặt đơn giản và nhanh gọn

Nhược điểm: chất lượng tin phụ thuộc nhiều vào kết cấu và chất lượng lưới điện

hạ thế Qua áp dụng thực tế cho thấy khi số lượng đồng hồ đo tăng nhiều (khoảng trên

10000 chiếc) thì số liệu về không đầy đủ, lỗi phải kiểm tra lại

2.2.3 Giải pháp thu thập số liệu đo đếm từ xa qua sóng vô tuyến

Công nghệ này có thể áp dụng để thu thập số liệu đo đếm điện năng của các khách hàng mua điện đấu nối trực tiếp vào lưới điện hạ thế hoặc cao thế Trong công nghệ này, mỗi đồng hồ đo được tích hợp thêm một module tần số sóng vô tuyến (RF) Mỗi bộ thu tập trung chỉ có thể thu thập được số liệu của một nhóm nhỏ khách hàng với khoảng cách giữa các đồng hồ đo với bộ thu thập tập trung trong vòng từ 50-100m

Do vậy, trong một trạm biến áp (hoặc một lộ trình ghi chỉ số) sẽ có nhiều bộ thu thập tập trung Dữ liệu thu thập của các bộ tập trung được về trung tâm thu thập số liệu đo đếm qua mạng điện thoại có dây hoặc mạng điện thoại không dây (CDMA/3G/GSM)

Hình 2.3 Mô hình thu thập số liệu đo đếm từ xa qua sóng vô tuyến

Ưu điểm: không phụ thuộc vào kết cấu và điện áp của lưới điện nên áp dụng được cho cả lưới điện hạ thế và cao thế, triển khai lắp đặt nhanh gọn

Nhược điểm: khoảng cách tin ngắn do bị ràng buộc trong việc sử dụng tần số vô tuyến, không hiệu quả đối với địa bàn dân cư có nhiều ngõ ngách và có nhiều che khuất, mất nhiều thời gian cho việc tối ưu vị trí lắp đặt các bộ thu thập tập trung để đảm bảo thu thập đầy đủ số liệu của toàn bộ đồng hồ đo

Ngoài việc sử dụng các bộ thu thập tập trung cho từng nhóm khách hàng, người

ta còn có thể sử dụng các thiết bị đọc chỉ số cầm tay (HHU-Hand Held Unit) để thay thế cho các bộ thu thập tập trung Hằng ngày, sau khi thu thập xong chỉ số các đồng hồ

đo người công nhân mới thực hiện cập nhật số liệu vào máy tính cơ sở dữ liệu tại trung tâm

Hình 2.4 Mô hình thu thập số liệu đo đếm từ xa bằng các thiết bị cầm tay

Ưu điểm: không phụ thuộc vào vị trí lắp đặt các bộ thu thập tập trung nên khắc phục được nhược điểm phụ thuộc vào địa bàn dân cư của giải pháp sử dụng bộ thu thập tập trung nêu trên

Nhược điểm: không tự động hóa hoàn toàn mà vẫn phải tốn nhân công để đi đến tận nơi ghi chỉ số đồng hồ đo

2.2.4 Giải pháp thu thập số liệu đo đếm từ xa qua mạng điện thoại có dây hoặc mạng di động

Tại mỗi đồng hồ đo gắn một modem có dây hoặc modem không dây Tại trung tâm thu thập số liệu cũng được gắn modem để thu thập số liệu đo đếm của đồng hồ đo thông qua mạng điện thoại có dây hoặc mạng điện thoại di động không dây (CDMA/3G/GSM) Giải pháp này kết nối trực tiếp với đồng hồ đo để thu thập số liệu

đo đếm mà không qua bộ thu thập tập trung và thường áp dụng để thu thập số liệu đo đếm của từng khách hàng tiêu thụ điện lớn

Hình 2.5 Mô hình thu thập số liệu đo đếm từ xa qua mạng điện thoại

Ngoài ra, còn có thể kết hợp giữa mạng thông tin di động và mạng Internet để thu thập số liệu đo đếm Các đồng hồ đo kết nối với trung tâm thu thập số liệu thông qua mạng thông tin di động, sau đó truy cập vào Internet và nối với máy chủ đặt tại trung tâm thu thập số liệu Giải pháp này có thể áp dụng cho các khách hàng tiêu thụ điện lớn hoặc các nhà máy điện, trạm biến áp

Hình 2.6 Mô hình thu thập số liệu đo đếm từ xa qua mạng điện thoại di động

và mạng Internet

2.2.5 Giải pháp thu thập số liệu đo đếm từ xa qua giao thức mạng (WAN hoặc Internet)

Trong giải pháp này, các đồng hồ đo được kết nối với mạng WAN/Internet thông qua module Ethernet hoặc module chuyển đổi Ethernet/RS485 (RS232) Số liệu đo đếm từ đồng hồ đo về máy chủ cơ sở dữ liệu tại trung tâm thu thập số liệu thông qua mạng WAN/Internet Giải pháp này thường áp dụng tại các nhà máy điện hoặc trạm biến áp vì tại các địa điểm này thường có sẵn kết nối WAN/Internet hoặc các đồng hồ

đo thường tập trung trong một tủ hoặc một gian phòng

Hình 2.7 Mô hình thu thập số liệu đo đếm từ xa qua giao thức mạng

2.3 Đặc điểm của hệ thống thu thập số liệu đồng hồ đo điện thông minh hiện đang áp dụng trong Tập đoàn Điện lực Việt Nam

Căn cứ Quyết định số 26/2006/QĐ-TTg ngày 26/01/2006 của Thủ tướng Chính phủ về việc phê duyệt lộ trình, các điều kiện hình thành và phát triển các cấp độ thị trường điện lực Việt Nam, Tập đoàn Điện lực Việt Nam đã đề ra 3 mục tiêu nhằm trang bị và quản lý hệ thống đo đếm điện năng phục vụ vận hành thị trường điện và bán điện cho khách hàng trong đó có nêu rõ vai trò cũng như cách thức hoạt động của

hệ thống thu thập số liệu đồng hồ đo điện thông minh, cụ thể:

Mục tiêu 1: Hiện đại hóa hệ thống đo đếm điện năng và truyền số liệu từ xa phục

vụ thị trường phát điện cạnh tranh;

Mục tiêu 2: Hiện đại hóa hệ thống đo đếm điện năng và truyền số liệu từ xa phục

vụ điều hành hệ thống điện của Tập đoàn và các đơn vị;

Mục tiêu 3: Hiện đại hóa hệ thống đo đếm điện năng và truyền số liệu phục vụ giá bán điện theo cơ chế thị trường

Đối với mỗi mục tiêu EVN đã đề ra các giải pháp công nghệ dựa trên cơ sở hạ tầng hiện có của các đơn vị

2.3.1 Hệ thống đo đếm điện năng và truyền số liệu từ xa phục vụ thị trường phát điện cạnh tranh

Căn cứ hiện trạng về hạ tầng Công nghệ thông tin và viễn thông hiện có tại

NMĐ, TBA và trung tâm công nghệ thông tin của EVN triển khai phương thức thu thập số liệu đồng hồ đo từ xa sẽ kết hợp sử dụng đồng thời hai đường: Tại các NMĐ sẽ

sử dụng mạng WAN và mạng điện thoại 05 số nội bộ ngành điện sẵn có của NMĐ và tại các TBA sẽ sử dụng mạng WAN và mạng CDMA Đối với một số địa điểm hiện chưa có kết nối mạng WAN hoặc không có phủ sóng CDMA thì sẽ kết nối tạm thời mạng Internet Sau khi có mạng WAN hoặc phủ sóng CDMA thì sẽ thay thế cho Internet Tại các vị trí đo đếm ranh giới nằm ngoài các TBA sẽ không trang bị máy tính thu thập tại chỗ mà chỉ lắp đặt modem CDMA và thu thập số liệu đồng hồ đo qua mạng CDMA Mô hình thu thập số liệu đo đếm từ xa được mô tả như hình vẽ dưới đây

Hình 2.8 Mô hình hệ thống thu thập số liệu của EVN phục vụ thị trường phát điện

cạnh tranh

2.3.2 Hệ thống đo đếm điện năng và truyền số liệu từ xa phục vụ điều hành hệ thống điện của Tập đoàn và các đơn vị

Phương thức truyền dẫn để thu thập số liệu sử dụng mạng WAN, CDMA hoặc

3G Một số địa điểm hiện chưa có mạng WAN hoặc chưa có phủ sóng CDMA/3G sẽ kết nối tạm thời qua mạng Internet Sau khi có mạng WAN hoặc có phủ sóng CDMA/3G thì sẽ thay thế cho Internet

Tại các TBA 500-220kV và các ranh giới giữa các TCTĐL: Đối với các TBA 500-220kV và các ranh giới giữa các TCTĐL nằm tại các TBA 110kV, thực hiện thu thập số liệu theo hai phương thức tại chỗ và từ xa như tại các NMĐ tham gia thị trường phát điện Riêng đối với các ranh giới giữa các TCTĐL nằm ngoài TBA, chỉ thực hiện phương thức thu thập từ xa thông qua modem CDMA gắn trực tiếp vào đồng hồ đo

Hình 2.9 Mô hình hệ thống thu thập số liệu của EVN phục vụ điều hành hệ thống

điện tại các TBA 500/220/110kV

Tại các TBA 110-35-22kV và ranh giới giữa các CTĐL tỉnh/thành phố: Đối với các TBA 110kV sẽ thực hiện thu thập tập trung bằng máy tính tại các TBA, sau đó số liệu đo đếm được về máy tính chủ cơ sở dữ liệu tại trung tâm thu thập số liệu qua mạng WAN/CDMA để tổng hợp số liệu Đối với các TBA 35-22kV và các ranh giới giữa các CTĐL tỉnh/thành phố không nằm trong TBA, thực hiện phương thức thu thập

từ xa thông qua modem CDMA gắn trực tiếp vào đồng hồ đo mà không trang bị máy tính đọc tại chỗ

Tại các TBA phân phối 0.4kV: thực hiện phương thức thu thập từ xa thông qua modem CDMA kết nối thông tin chung với các đồng hồ đo khác được cấp điện từ TBA

Mô hình thu thập số liệu đo đếm của các TBA 110-35-22kV và các TBA phân phối 0.4kV được mô tả như hình dưới

Hình 2.10 Mô hình hệ thống thu thập số liệu của EVN phục vụ điều hành hệ

thống điện tại các TBA 110/35/22kV

2.3.3 Hệ thống đo đếm điện năng và truyền số liệu phục vụ tính toán giá bán điện theo cơ chế thị trường

Đối với các khách hàng thuộc đối tượng áp dụng 3 giá: áp dụng giải pháp công nghệ thu thập số liệu đồng hồ đo trực tiếp qua mạng di động, trong đó ưu tiên sử dụng CDMA hoặc 3G

Hình 2.11 Mô hình hệ thống thu thập số liệu của EVN đối với khách hàng lớn

Đối với các khách hàng còn lại:

+ Đối với các tòa nhà chung cư cao tầng: các đồng hồ đo điện của khách hàng được lắp đặt tập trung, khoảng cách của các đồng hồ đo ngắn, dây dẫn đảm bảo chất