giải pháp tự động thu thập và khai thác số liệu công tơ đo đếm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Hữu Mạnh GIẢI PHÁP TỰ ĐỘNG THU THẬP VÀ KHAI THÁC SỐ LIỆU CÔNG TƠ ĐO ĐẾM Chuyên ngành: Công nghệ thông tin LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Tuấn Dũng Hà Nội – Năm 2015 MỤC LỤC Lời cam đoan .4 Lời cảm ơn Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt .6 Danh mục bảng .7 Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU 10 CHƯƠNG I – ĐẶT VẤN ĐỀ 12 1.1 Cơ sở thực tiễn trạng 12 1.2 Sự cấp thiết đề tài 12 1.3 Phạm vi áp dụng .13 CHƯƠNG II – NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐỌC SỐ LIỆU CÔNG TƠ ĐIỆN TỬ .14 2.1 Giới thiệu phương pháp nghiên cứu 14 2.1.1 Giới thiệu công tơ điện tử .14 2.1.2 Phương pháp nghiên cứu .15 2.2 Các loại số liệu thu thập 15 2.2.1 Thông số vận hành thời (Current values) 15 2.2.2 Thông số biểu đồ phụ tải (Load profile) 17 2.2.3 Thông số số chốt (Historical value) 17 2.2.4 Thông số lịch sử (Instrumentation profile) .18 2.2.5 Thông số kiện (Events log) 19 2.3 Công cụ giao tiếp với công tơ 19 2.4 Đọc liệu từ công tơ theo giao thức IEC 62056-21 19 2.4.1 Sơ tiêu chuẩn IEC 62056-21 19 2.4.2 Đọc số liệu từ công tơ A1700 hãng Elster 20 2.5 Đọc liệu từ công tơ theo giao thức IEC 62056/DLMS .26 2.5.1 Sơ chuẩn DLMS 26 2.5.2 Đọc liệu từ công tơ ZxD hãng Landis & Gyr 28 2.6 Đọc liệu từ công tơ nhà sản xuất không công bố giao thức giao thức riêng .29 CHƯƠNG III – XÂY DỰNG GIẢI PHÁP THU THẬP SỐ LIỆU TỰ ĐỘNG 30 3.1 Mô hình chung thu thập số liệu tự động 30 3.2 Giải pháp kết nối truyền thông 31 3.3 Mô hình xây dựng tổng thể hệ thống 34 3.4 Hệ thống đọc số liệu công tơ .35 3.4.1 Mô tả chung 35 3.4.2 Các chức 36 3.5 Hệ thống giám sát khai thác số liệu 38 3.5.1 Mô tả chung 38 3.5.2 Các chức 40 CHƯƠNG IV – KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 43 5.1 Hệ thống thu thập số liệu công tơ đo đếm .43 5.1.1 Giao diện .43 5.1.2 Giao diện đọc số liệu .44 5.1.3 Giao diện cấu hình 45 5.2 Hệ thống giám sát khai thác số liệu công tơ đo đếm .46 5.2.1 Màn hình đăng nhập 47 5.2.2 Màn hình quản lý kết nối với IP Modem 48 5.2.3 Màn hình chức cấu hình hệ thống 49 5.2.4 Màn hình chức biểu đồ sản lượng tiêu thụ điện ngày 51 5.2.5 Màn hình báo cáo số liệu số chốt tháng 52 5.2.6 Màn hình chức giám sát thông số thời 54 5.2.7 Màn hình chức lập lịch đọc số liệu công tơ 56 5.3 Kết triển khai 57 KẾT LUẬN .60 6.1 Kết mặt nghiên cứu 60 6.2 Kết mặt ứng dụng .60 6.3 Hướng phát triển đề tài 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tôi xin cam đoan thông tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Lời cảm ơn Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy cô giáo Viện Công nghệ thông tin Truyền thông – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, người tận tình giảng dạy, truyền đạt cho chúng em kiến thức làm tảng cho việc thực luận văn hoàn thành công việc giao Em xin gửi lời cảm ơn đến Ban lãnh đạo Công ty Cổ phần giải pháp quản lý lượng (E-SOLUTIONS) tạo điều kiện cho em phát triển dự án “Giải pháp tự động thu thập khai thác số liệu công tơ đo đếm” thành luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kĩ thuật trường Đại học Bách khoa Hà Nội Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến T.S Nguyễn Tuấn Dũng, thầy hướng dẫn, dạy tận tình để em hoàn thành luận văn Cuối cùng, em vô biết ơn toàn thể gia đình, bạn bè, đồng nghiệp quan tâm, động viên em trình thực luận văn Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Đầy đủ Viết tắt IEC Ý nghĩa International Electrotechnical Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế Commission DLMS/COSEM Device Language Message Specification/COmpanion Chuẩn giao thức truyền thông với công tơ điện tử Specification for Energy Metering HHU Hand Held Unit Thiết bị cầm tay Bd Baudrate Tốc độ truyền tin (Nếu truyền nhị phân Baudrate = Bitrate) PMU Power Master Unit Phần mềm hãng giao tiếp với công tơ Elster A1700 HDLC High-Level Data Link Giao thức liên kết liệu theo Control bit định nghĩa OSI LAN Local Area Network Mạng nội WAN Wide Area Network Mạng diện rộng TCP/IP Transmission Control Giao thức truyền tin qua mạng Protocol/Internet Protocol internet GPRS General Packet Radio Service CSDL Cơ sở liệu CMIS Customer Management Hệ thống thông tin quản lý Information System khách hàng E-SOLUTIONS Công ty Cổ phần giải pháp ES quản lý lượng TNHH Trách Nhiệm Hữu Hạn Danh mục bảng Bảng 1: Thống kê loại công tơ điện tử pha Việt Nam 14 Bảng 2: Các số liệu cần thu thập thông số vận hành 16 Bảng 3: Các số liệu cần thu thập Biểu đồ phụ tải 17 Bảng 4: Các số liệu cần thu thập Chỉ số chốt 18 Bảng 5: Các số liệu cần thu thập Thông số lịch sử 18 Bảng 6: Các số liệu cần thu thập Thông số kiện 19 Bảng 7: Trình tự giao tiếp với công tơ theo chuẩn IEC 62056-21 21 Danh mục hình vẽ, đồ thị Hình 1: Phạm vi áp dụng thu thập số liệu đo đếm 13 Hình 2: Trình tự giao tiếp với công tơ theo chuẩn IEC 62056-21 21 Hình 3: Các bước giao tiếp với công tơ theo chuẩn DLMS/COSEM .27 Hình 4: Mô hình tổng quát giải pháp thu thập số liệu tự động 30 Hình 5: Sơ đồ kết nối truyền thông nhiều công tơ .31 Hình 6: Sơ đồ kết nối truyền thông công tơ 32 Hình 7: Hình ảnh thực tế kết nối IP modem với công tơ ZxD/Landis & Gyr 33 Hình 8: Lưu đồ hệ thống thu thập khai thác số liệu đo đếm 34 Hình 9: Sơ đồ tổng quát ESMR Server .35 Hình 10: Sơ đồ chi tiết ESMR Server 36 Hình 11: Các phân hệ ES Metering 39 Hình 12: Luồng trao đổi liệu chi tiết ES Metering 40 Hình 13: Giao diện ESMR Server 44 Hình 14: Giao diện trình trao đổi số liệu với công tơ .45 Hình 15: Giao diện cấu hình hệ thống ESMR Server .46 Hình 16: Giao diện đăng nhập ES Metering 47 Hình 17: Giao diện đăng nhập Web khai thác số liệu 48 Hình 18: Giao diện quản lý kết nối với IP Modem ES Metering 48 Hình 19: Giao diện quản lý kết nối với IP Modem Web khai thác số liệu 49 Hình 20: Giao diện chức cấu hình hệ thống ES Metering .50 Hình 21: Giao diện chức cấu hình hệ thống Web khai thác số liệu 50 Hình 22: Giao diện chức báo cáo sản lượng ngày ES Metering .51 Hình 23: Giao diện chức báo cáo sản lượng ngày Web khai thác số liệu 52 Hình 24: Giao diện chức báo cáo số chốt tháng ES Metering 53 Hình 25: Giao diện chức báo cáo số chốt tháng Web khai thác số liệu 54 Hình 26: Giao diện giám sát thông số U-I-F ES Metering .55 Hình 27: Giao diện giám sát biểu đồ P-Q ES Metering 55 Hình 28: Giao diện giám sát thông số thời Web khai thác số liệu .56 Hình 29: Giao diện chức lập lịch đọc tự động ES Metering 57 Hình 30: Giao diện chức lập lịch đọc tự động Web khai thác số liệu .57 Hình 31: Mô hình đề xuất giải pháp 61 Hình 17: Giao diện đăng nhập Web khai thác số liệu 5.2.2 Màn hình quản lý kết nối với IP Modem Hiển thị trạng thái kết nối IP modem đến máy chủ: Địa IP động, tình trạng kết nối, số lần kết nối, trạng thái đọc số liệu - Trên ES Metering Hình 18: Giao diện quản lý kết nối với IP Modem ES Metering 48 - Trên Web khai thác số liệu Hình 19: Giao diện quản lý kết nối với IP Modem Web khai thác số liệu 5.2.3 Màn hình chức cấu hình hệ thống Cấu hình thông tin: Điện lực, trạm, khách hàng, hợp đồng, điểm đo, công tơ, kênh truyền thông, cấu hình kênh truyền thông - công tơ Các thông tin phục vụ việc lập danh sách công tơ cần đọc cho Hệ thống thu thập số liệu công tơ đo đếm - Trên ES Metering 49 Hình 20: Giao diện chức cấu hình hệ thống ES Metering - Trên Web khai thác số liệu: Hình 21: Giao diện chức cấu hình hệ thống Web khai thác số liệu 50 5.2.4 Màn hình chức biểu đồ sản lượng tiêu thụ điện ngày Hiển thị số liệu sản lượng theo chu kỳ tích phân 30 phút điểm đo, ngày tháng Đưa biểu đồ số liệu sản lượng theo kênh giao nhận để đánh giá tình hình tiêu thụ điện theo 30 phút ngày - Trên ES Metering Hình 22: Giao diện chức báo cáo sản lượng ngày ES Metering - Trên Web khai thác số liệu 51 Hình 23: Giao diện chức báo cáo sản lượng ngày Web khai thác số liệu 5.2.5 Màn hình báo cáo số liệu số chốt tháng Hiển thị số chốt tháng kênh giao nhận điểm đo theo biểu (Bình thường, cao điểm, thấp điểm, tổng, vô công) Hiển thị giá trị tổng công suất giao/tổng công suất nhận theo biểu giá Đưa biểu đồ đánh giá mức độ sử dụng điện khách hàng theo khung - Trên ES Metering 52 Hình 24: Giao diện chức báo cáo số chốt tháng ES Metering - Trên Web khai thác số liệu 53 Hình 25: Giao diện chức báo cáo số chốt tháng Web khai thác số liệu 5.2.6 Màn hình chức giám sát thông số thời Màn hình hiển thị giá trị thông số mạch theo pha (U, I, F, Cos, góc pha); Giá trị công suất thời theo kênh biểu (công suất giao, nhận bình thường, cao điểm, thấp điểm); Đưa biểu đồ để đánh giá sản lượng tiêu thụ điện khách hàng ngày; Đưa biểu đồ đánh giá chất lượng cung cấp điện cho khách hàng ngày 54 - Trên ES Metering Hình 26: Giao diện giám sát thông số U-I-F ES Metering Hình 27: Giao diện giám sát biểu đồ P-Q ES Metering - Trên Web khai thác số liệu 55 Hình 28: Giao diện giám sát thông số thời Web khai thác số liệu 5.2.7 Màn hình chức lập lịch đọc số liệu công tơ - Trên ES Metering 56 Hình 29: Giao diện chức lập lịch đọc tự động ES Metering - Trên Web khai thác số liệu Hình 30: Giao diện chức lập lịch đọc tự động Web khai thác số liệu 5.3 Kết triển khai 57 Cho đến thời điểm tại, hệ thống triển khai thực tế cho nhiều đơn vị, khối Công ty Điện lực khối Nhà máy phát điện Cụ thể sau: STT Đơn vị Số lượng điểm Chủng loại công tơ A1700/Elster Công ty TNHH thành viên Điện lực Ninh Bình 73 Công ty Điện lực Thái Nguyên 33 Công ty Điện lực Lào Cai 14 A1700/Elster Nhà máy Thủy điện Hòa Bình 39 A1700/Elster Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại 57 A1700/Elster Nhà máy Nhiệt điện Hải Phòng 23 A1700/Elster 12 A1700/Elster A1700/Elster ZxD/Landis & Gyr A1700/Elster Nhà máy Nhiệt điện Mông Dương Nhà máy Nhiệt điện Mông Dương ZxD/Landis & Gyr Nhà máy Nhiệt điện Phú Mỹ 78 A1700/Elster 10 Nhà máy Thủy điện Thác Bà 19 A1700/Elster 11 Nhà máy Thủy điện Thác Mơ 10 A1700/Elster 12 Nhà máy Nhiệt điện Vĩnh Tân 15 ZxD/Landis & Gyr 13 Nhà máy Thủy điện Ngòi Phát 10 ZxD/Landis & Gyr 14 Nhà máy Nhiệt điện Formosa Hà 10 Tĩnh A1700/Elster Qua trình triển khai thực tế, theo đánh giá hệ thống đạt kết khả quan: - Số liệu đọc đầy đủ, xác so với số liệu đọc từ phần mềm hãng kèm công tơ 58 - Tỷ lệ đọc thành công công tơ thuộc khối Công ty Điện lực cao (trên 90%) công tơ thuộc khối Nhà máy điện gần 100% - Các số liệu phân tích, bảng biểu, báo cáo có ý nghĩa thực tế cao trình quản lý, giám sát, vận hành điều độ hệ thống Tuy nhiên, hệ thống số vấn đề cần giải quyết: - Chưa đọc tất loại công tơ pha điện tử lưới điện Việt Nam - Thời gian đọc số liệu dài (trên phút) - Đối với công tơ thuộc khối Công ty Điện lực, tỷ lệ đọc thành công cần phải cải thiện Tỷ lệ thấp số nguyên nhân khách quan chủ quan:  Quá trình truyền nhận liệu phụ thuộc vào kết nối liệu mạng di động Do điều kiện thời tiết xấu, trình truyền nhận bị gián đoạn không thực  Tối ưu hóa việc đọc số liệu, làm giảm thời gian truyền nhận liệu giúp phụ thuộc vào độ ổn định mạng di động 59 KẾT LUẬN Như trình bày phía trên, việc thu thập đánh giá tình hình tiêu thụ điện điểm đo đếm vô quan trọng, giúp Công ty chủ động hoạt động sản xuất kinh doanh, dự báo phụ tải, quản lý giảm tổn thất điện Một hệ thống đọc số từ xa công tơ đo đếm vận hành tự động xác hỗ trợ nhiều công tác quản lý, kịp thời phát xử lý trường hợp bất thường cố hệ thống đo đếm điện năng, đảm bảo cung ứng điện ổn định, liên tục, an toàn góp phần nâng cao chất lượng dịch vụ khách hàng cho Công ty Điện lực Do việc nghiên cứu xây dựng hệ thống để phục vụ cho công tác quản lý giám sát trình tiêu thụ điện Công ty Điện lực trở nên vô cần thiết 6.1 Kết mặt nghiên cứu Qua trình làm luận văn thạc sỹ, tác giả đạt số kết sau:  Nắm cách thức giao tiếp với thiết bị phần cứng, thiết lập kết nối điều khiển thiết bị từ xa  Xây dựng mô hình thu thập số liệu công tơ đo đếm từ xa  Hiểu ý nghĩa thông số thu thập việc quản lý giám sát điện công ty Điện lực  Nắm số giao thức đọc số liệu công tơ điện tử pha, chế truyền thông 6.2 Kết mặt ứng dụng - Xây dựng hệ thống phần mềm chạy môi trường hệ điều hành Windows:  Phần mềm thu thập số liệu đo đếm  Phần mềm giám sát khai thác số liệu đo đếm  Trang web khai thác số liệu đo đếm - Bước đầu xây dựng hệ thống liệu công tơ đo đếm dùng chung chạy hệ quản trị CSDL Oracle 60 - Đã triển khai hệ thống cho đơn vị: Công ty Điện lực Ninh Bình, Công ty Điện lực Thái Nguyên, Công ty Điện lực Lào Cai, nhiều nhà máy điện nước 6.3 Hướng phát triển đề tài Luận văn đạt số kết có ứng dụng thực tiễn, nhiên trình nghiên cứu, tác giả thấy nhiều vấn đề cần cải tiến:  Tính ổn định trình đọc số liệu: Với việc đọc số liệu qua IP modem dùng liệu mạng di động bị gián đoạn, kết nối đến thiết bị  Với số lượng công tơ cực lớn hàng chục nghìn điểm, hệ thống không xử lý kịp Do đó, máy chủ đọc số liệu cần phải có cấu hình mạnh Với vấn đề trên, tác giả đề xuất giải pháp sau:  Sử dụng thiết bị IP modem lập trình được, lập trình toàn giao thức đọc số liệu công tơ cấu hình đọc số liệu lên thiết bị Thiết bị tự động thu thập, xử lý số liệu theo cấu hình trước  Các số liệu lưu trữ thiết bị vài ngày để dự phòng, đồng thời truyền máy chủ xử lý số liệu  Máy chủ số liệu làm nhiệm vụ thu nhận liệu quản lý thiết bị từ IP modem Do đó, không cần cấu hình mạnh số lượng điểm đo lớn Hình 31: Mô hình đề xuất giải pháp 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO International Electrotechnical Commission (2002), IEC 62056-21: Electricity metering - Data exchange for meter reading, tariff and load control - Part 21: Direct local data exchange International Electrotechnical Commission (2002), IEC 62056-42: Electricity metering - Data exchange for meter reading, tariff and load control - Part 42: Physical layer services and procedures for connection-oriented asynchronous data exchange DLMS User Association (1997-2009), COSEM Identification System and Interface Classes, Blue book 9th edition GuruX (2015), GuruX DLMS/COSEM, http://www.gurux.fi/index.php?q=GXDLMSCOSEMForum E-SOLUTIONS (2013), Hướng dẫn sử dụng chương trình Power Master Unit E-SOLUTIONS (2013), Hướng dẫn sử dụng chương tình Datalink Wikipedia (2015), IEC 62056, http://en.wikipedia.org/wiki/IEC_62056 62 ... loại công tơ điện tử khác nhau, xuất file số liệu đẩy số liệu vào sở liệu - Máy chủ sở liệu: Lưu trữ số liệu thu thập - Máy chủ khai thác số liệu: Làm nhiệm vụ vận hành, giám sát khai thác số liệu. .. 4: Mô hình tổng quát giải pháp thu thập số liệu tự động Tất công tơ cần thu thập số liệu, kết nối đến hệ thống máy chủ: - Máy chủ đọc số liệu: Làm nhiệm vụ đọc số liệu công tơ, tích hợp nhiều giao... Đọc liệu từ công tơ nhà sản xuất không công bố giao thức giao thức riêng .29 CHƯƠNG III – XÂY DỰNG GIẢI PHÁP THU THẬP SỐ LIỆU TỰ ĐỘNG 30 3.1 Mô hình chung thu thập số liệu tự động