Ứng dụng IoT trong giám sát đường dây truyền tải điện

Bài viết ứng dụng các cơ sở nền tảng truyền dữ liệu không dây và phần mềm lập trình LabVIEW để xây dựng một hệ thống thu thập dữ liệu trực tuyến của đường dây, thiết lập chương trình, ứng dụng trên các thiết bị di động để giám sát đường dây qua Internet, làm giảm khối lượng công việc của người công nhân đường dây.

Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Kĩ thuật Công nghệ, 2(SI2):SI80-SI94 Bài nghiên cứu Open Access Full Text Article Ứng dụng IoT giám sát đường dây truyền tải điện Trần Ngọc Huy Thịnh1,* , Lâm Hồng Cát Tiên2 , Huỳnh Quang Minh3 TĨM TẮT Use your smartphone to scan this QR code and download this article Hiện Việt Nam, việc kiểm tra đường dây truyền tải điện cấp điện áp 220kV – 500kV chủ yếu thực nhân lực cách thủ công Tuy nhiên, cường độ lao động cao, người công nhân kiểm tra đường dây cịn gặp nhiều khó khăn phải di chuyển hàng chục, hàng trăm kilomet qua nhiều khu vực có địa hình phức tạp đến điểm cố để khai thác liệu liên quan ngăn chặn nguy gây an toàn đường dây Hiệu chất lượng kiểm tra đường dây phụ thuộc vào nhiệt tình kinh nghiệm người cơng nhân Nhu cầu phát triển lưới điện không ngừng tăng nhanh để giải tỏa hết công suất từ nhà máy lượng mặt trời, nhà máy lượng gió làm cho đường dây ln vận hành tình trạng q tải Một số cố gây việc trồng lớn nhanh vi phạm khoảng cách an toàn đường dây truyền tải điện cao áp Vì việc ứng dụng Internet of things (IoT) để xây dựng hệ thống giám sát trực tuyến đường dây truyền tải điện cơng cụ hữu ích cho việc nâng cao khả quản lý vận hành đường dây Trong đề tài ứng dụng sở tảng truyền liệu khơng dây phần mềm lập trình LabVIEW để xây dựng hệ thống thu thập liệu trực tuyến đường dây, thiết lập chương trình, ứng dụng thiết bị di động để giám sát đường dây qua Internet, làm giảm khối lượng công việc người cơng nhân đường dây Từ khố: IoT, đường dây truyền tải điện, hệ thống giám sát trực tuyến, thiết bị di động, ZigBee, LabVIEW, ARDUINO, Data DashBoard-LabVIEW GIỚI THIỆU Tổng công ty Điện lực Tp.HCM Trường Cao đẳng Kỹ thuật Cao Thắng Tp.HCM Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG-HCM Liên hệ Trần Ngọc Huy Thịnh, Tổng công ty Điện lực Tp.HCM Email: thinhtnh@hcmpc.com.vn Lịch sử • Ngày nhận: 25-2-2019 • Ngày chấp nhận: 27-6-2019 • Ngày đăng: 31-12-2019 DOI : 10.32508/stdjet.v2iSI2.452 Bản quyền © ĐHQG Tp.HCM Đây báo công bố mở phát hành theo điều khoản the Creative Commons Attribution 4.0 International license Tính đến tháng 7/2018, Tổng Cơng ty Truyền tải điện Quốc gia (EVNNPT) quản lý vận hành tổng cộng 22.423 km đường dây (gồm 7.503 km đường dây 500kV 16.920km đường dây 220kV) Hệ thống Truyền tải điện Quốc gia vươn tới hầu hết tỉnh, thành phố nước bước kết nối với lưới truyền tải điện nước khu vực với công nghệ ngày đại Nhiệm vụ nặng nề thế, song, hệ thống đường dây truyền tải điện lại qua địa bàn khó khăn đồi núi cao, sơng suối Bên cạnh việc kiểm tra đường dây chủ yếu thực cách thủ công cách dọc đường dây hàng trăm kilomet, hiệu kiểm tra đường dây chưa cao Mục đích nghiên cứu đề tài tìm giải pháp để nâng cao hiệu suất việc kiểm tra đường dây, nâng cao khả vận hành đường dây truyền tải điện, góp phần giảm cố đường dây, giảm tổn thất điện Giảm chi phí quản lý vận hành giảm khối lượng công việc cho người lao động lĩnh vực quản lý vận hành đường dây truyền tải điện khiếm khuyết số đường dây truyền tải điện 220kV – 500kV Trong trình thử nghiệm, Flycam đáp ứng số công tác quản lý vận hành Tuy nhiên mặt hạn chế chưa đáp ứng thu thập liệu đường dây liên tục cách trực tuyến Nghiên cứu giới Hiện giới có nhiều đề tài nghiên cứu Robot tự động kiểm tra trực tuyến đường dây truyền tải điện Các Robot di chuyển đường dây mang điện trang bị camera chuyên dụng, loại cảm biến để thu thập số liệu đường dây điển Robot LineScout tổ chức nghiên cứu Hydro – Québec thực hiên hay Robot Expliner Viện Công nghệ Tokyo thực Các Robot thu thập liệu đường dây sau đưa phân tích, đánh giá, dự báo đưa cảnh báo cho người quản lý vận hành kịp thời xử lý PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu nước Hiện EVNNPT đưa vào vận hành thử nghiệm Flycam (máy bay điều khiển từ xa) để kiểm tra Việc thực đề tài bao gồm khảo sát yêu cầu quản lý vận hành đường dây thực tế Công ty Truyền tải điện 4; nghiên cứu phần mềm LabVIEW, Trích dẫn báo này: Thịnh T N H, Tiên L H C, Minh H Q Ứng dụng IoT giám sát đường dây truyền tải điện Sci Tech Dev J - Eng Tech.; 2(SI2):SI80-SI94 SI80 Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Kĩ thuật Công nghệ, 2(SI2):SI80-SI94 Data DashBoard LabVIEW hãng Nationnal Instrument để xây dựng giao diện giám sát, thu thập liệu; nghiên cứu giao thức giao tiếp, truyền thơng số cấu hình giao tiếp mạng ZigBee, mạng cảm biến không dây & thu thập liệu Arduino; xây dựng sở lý thuyết, lựa chọn mơ hình tối ưu cho số lượng, vị trí module di động; xây dựng chương trình, giải thuật xử lý ảnh, phân tích tín hiệu cảm biến, truyền liệu nhằm tự động phân tích, phát sai khác, khiếm khuyết đường dây vận hành để kịp thời đưa dự báo, cảnh báo cố đường dây Cơ sở kỹ thuật phương pháp giải đề xuất Cấu trúc mạng tuyến tính đường dây Hình mơ tả trực quan trụ truyền tải điện trạm biến áp hai phía Các loại cảm biến khác lắp đặt trụ Tất trụ bố trí tuyến tính với bề mặt trái đất tạo thành đường thẳng tuyến tính Đề tài giả định tất trụ có khoảng cách Tổng khoảng cách đo hai trạm biến áp 220kV 50km Mặt khác, khoảng cách hai trụ liền kề không 0,5 - 1km, có 30 - 100 trụ hai trạm biến áp Các công nghệ truyền thông không dây sử dụng nguồn truyền thông hai trụ lân cận Giao tiếp không dây dạng giao tiếp hiệu quả, tin cậy, chi phí thời gian lắp đặt ngắn Nhiều công nghệ giao tiếp khơng dây có sẵn thị trường phân loại phạm vi truyền dẫn chúng, tổng mức tiêu thụ điện năng, phí dịch vụ thuê bao tính cạnh tranh kênh khơng dây Để truyền tín hiệu qua khoảng cách dài cần có kênh chuyên dụng nhiễu cao gây cảm ứng đường dây có điện áp cao Bảng bên mô tả số phương thức truyền liệu không dây với tầm truyền dung lượng truyền dẫn có mặt thị trường Chúng ta lựa chọn phương thức truyền nhiệm vụ cụ thể để tối ưu kinh tế đáp ứng kỹ thuật Để cảm nhận, theo dõi, thu thập truyền liệu từ môi trường thời gian thực, ta đặt nút cảm biến đường dây truyền tải điện trụ để chuyển tiếp liệu đến trung tâm điều khiển Hiện công nghệ ZigBee chuyên nghiệp hỗ trợ giao tiếp từ 10m-1,5km Do đề tài áp dụng công nghệ giao tiếp ZigBee chuyên nghiệp cho giao tiếp khoảng cách dài nút cảm biến hay hai trụ lân cận Đối với công nghệ giao tiếp ZigBee ứng dụng cho phép giao tiếp điểm – điểm, điểm – đa điểm SI81 Do dùng ZigBee hệ thống 01 trụ vừa Router (nút chuyển tiếp) làm Coordinator (nút cộng liệu phối hợp với module di động) để truyền liệu Trung tâm điều khiển Mơ hình cấu trúc truyền liệu 01 trụ chuyển tiếp liệu sang trụ lân cận mơ tả mơ tả Hình Với thiết lập giao tiếp ZigBee với điểm – điểm, điểm – đa điểm Hình bố trí cảm biến, nút chuyển tiếp trụ điện Hình 3, liệu thu từ cảm biến gửi đến nút chuyển tiếp, nút chuyển tiếp tiếp tục gửi liệu tổng hợp trụ đến nút Coordinator để tiếp tục truyền liệu trung tâm, chi tiết việc thiết lập truyền liệu mô tả Hình Trạm biến áp kết nối đến Trung tâm điều khiển thông qua liên kết cáp quang tốc độ cao Một số lượng lớn liệu chuyển đến Trung tâm điều khiển Do giao tiếp với số lượng lớn nút chuyển tiếp nên nút chuyển tiếp mạnh nút cảm biến cơng suất tính tốn, phạm vi truyền dẫn, tuổi thọ mạng… Hình mơ tả làm việc cấu trúc mạng tuyến tính Nó rõ số nút chuyển tiếp không kết nối trực tiếp với trạm biến áp gửi liệu cảm biến thu chúng đến nút lân cận gần trạm biến áp Ví dụ Nút chuyển tiếp gửi liệu đến Nút chuyển tiếp 2, Nút chuyển tiếp nối thêm liệu với liệu nhận từ Nút chuyển tiếp gửi liệu đến Nút chuyển tiếp Sau Nút chuyển tiếp thêm tất liệu nhận từ Nút chuyển tiếp trước vào với liệu gửi tất liệu đến trạm biến áp 1, quy trình tương tự cho trạm biến áp Hiệu suất cấu trúc mạng tuyến tính Trong mục này, tiếp tục đánh giá hiệu suất cấu trúc mạng tuyến tính với thời gian trễ truyền liệu Nhiều cảm biến triển khai vị trí khác để giám sát thơng số đường dây truyền tải điện Xem xét số giả định n = 100 trụ hai trạm biến áp, trụ có khoảng cách có khoảng cách chỉnh tuyến tính Để chuyển tiếp liệu nút chuyển tiếp, nửa phía trụ (chẳng hạn trụ 50 đến trụ 1) xem xét Giả sử nút cảm biến gửi Hd Bytes tương ứng nút chuyển tiếp Như nút chuyển tiếp trụ 50 gửi Bytes đến nút chuyển tiếp trụ 49 nút chuyển tiếp trụ 49 gửi 2Hd Bytes đến nút chuyển tiếp trụ 48 Trong cách này, kết luận nút chuyển tiếp trụ gửi Bytes đến nút chuyển tiếp trụ Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Kĩ thuật Cơng nghệ, 2(SI2):SI80-SI94 Hình 1: Sơ đồ cấu trúc mạng tuyến tính đường dây Bảng 1: Đặc điểm cơng nghệ khơng dây có sẵn thị trường Đặc tính Module di động ZigBee WLAN Bluetooth Tầm truyền 100m-10km 10m-1.5km 100m-250m 10m-100m Dung lượng truyền dẫn 64kbps (2G)384kbps (3G) 20kbp-250kbps 11Mbps-54Mbps 3Mbps Tiêu thụ lượng Cao 1mW 4-5mW 50mW 10mW Trả phí dịch vụ Có Khơng Khơng Khơng Hình 2: Chức cơng nghệ giao tiếp ZigBee cấu trúc mạng giao tiếp SI82 Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Kĩ thuật Cơng nghệ, 2(SI2):SI80-SI94 Hình 3: Sơ đồ bố trí cảm biến phương thức truyền liệu trụ điện Hình 4: Cấu trúc mạng tuyến tính SI83 Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Kĩ thuật Công nghệ, 2(SI2):SI80-SI94 Vì vậy, thể mối quan hệ tổng số Bytes truyền từ nút chuyển tiếp trụ j đến nút chuyển tiếp trụ j-1 [n/1-(j-1)]Hd , j thuộc khoảng từ 1≤ j ≤ 50 Biểu thị tầm truyền liệu cho liên trụ chuyển tiếp Zi Do đó, tổng thời gian truyền liệu nút chuyển tiếp trụ 50 đến trạm biến áp đưa (51 − j)Hd = ∑ Zi j=1 50 50 ∑ j=1 jHd = Zi 50 × 51Hd Zi Tỷ lệ tạo liệu cảm biến trụ biểu thị Zi tốc độ phát 4kBytes Để tìm độ trễ, đề tài sử dụng công nghệ truyền thông ZigBee để truyền liệu nút chuyển tiếp hỗ trợ tốc độ liệu lên đến 31,25kBytes/s Hd = kBytes Tuy nhiên, tổng thời gian để đạt liệu nút chuyển tiếp trụ 50 50 × 51 × 4/(2 x 31,25) = 163,2 giây So với quy định độ trễ truyền liệu đầu cuối tín hiệu SCADA kết không chấp nhận Cấu trúc mạng liên kết trực tiếp Trong cấu trúc mạng tuyến tính, độ trễ khía cạnh ảnh hưởng đến hiệu cấu trúc mạng tuyến tính cấu trúc mạng tuyến tính bị ảnh hưởng cân khối lượng liệu cần giải Các nút chuyển tiếp gần với trạm biến áp cần phải giải nhiều thơng tin Vì cần thiết để tìm cách khác để gửi thơng tin cách hiệu đến Trung tâm điều khiển Trong phần đề xuất cách thức thiết lập số liên kết trực tiếp để chuyển thông tin từ nút chuyển tiếp trực tiếp tới Trung tâm điều khiển Trong cách này, thông tin gửi trực tiếp từ nút chuyển tiếp đến Trung tâm điều khiển mà khơng phụ thuộc vào nút chuyển tiếp lân cận Hình nêu lên tất nút chuyển tiếp gửi thông tin trực tiếp đến Trung tâm điều khiển Một Trung tâm điều khiển đặt khoảng cách xa so với trụ điện Để truyền tải liệu, liên kết trực tiếp dựa công nghệ di động GPRS, GSM 3G Ví dụ tầm liệu GSM khoảng 8kBytes/s, tổng thời gian để truyền thông tin giảm đáng kể 4kBytes/8kBytes/s = 0.5s Nếu dùng 3G thay cho GSM độ trễ tiếp tục giảm thêm Bằng cách sử dụng công nghệ GSM trụ, thời gian trì hỗn gửi thơng tin giảm đáng kể cân khối lượng liệu cải thiện Tuy nhiên, mạng liên kết trực tiếp tốn lắp đặt chi phí th bao Ngồi ra, tiêu thụ lượng tăng thêm yếu tố làm giảm hiệu suất cấu trúc liên kết trực tiếp Để làm cho mạng cân hơn, thay cho phép tất trụ có liên kết trực tiếp, nên cho phép số chúng có khả di động Những trụ không liên kết trực tiếp với Trung tâm điều khiển gửi liệu giám sát chúng đến trụ có liên kết với module di động Vấn đề quan trọng có liên kết trực tiếp thiết lập để đạt yêu cầu độ trễ thời gian mong muốn Tuy nhiên với lựa chọn số lượng vị trí tối ưu làm giảm đáng kể thời gian trễ Đề tài phát triển mạng lưới giám sát lai ba giai đoạn để giám sát trạng thái thời gian thực đường dây truyền tải điện Mơ hình đề xuất đề tài bao gồm thiết lập mạng cảm biến không dây, cáp quang mạng di động tầm rộng với yêu cầu tất trụ tuyến tính có khoảng cách trụ Mơ hình hệ thống lai giai đoạn Trong Hình mơ tả sở hạ tầng mơ hình hệ thống bao gồm số lượng trụ truyền tải điện, hai trạm biến áp hai mặt trụ truyền tải Trung tâm điều khiển Chia tất trụ thành bốn nhóm khác G1, G2, G3, G4 Trong G1 G4 gần với trạm biến áp tương ứng trạm biến áp Đề tài lựa chọn đại diện nhóm có tên r1, r2, r3, r4 Hình Những đại diện kết nối trực tiếp với Trung tâm điều khiển qua đường dây công nghệ di động Cả hai trạm biến áp gọi đại diện chúng kết nối trực tiếp với Trung tâm điều khiển Tất cảm biến tồn nhóm G1 G4 gửi liệu chúng thông qua trụ đến r1 r4 tương ứng nút G2 G3 không trực tiếp kết nối với nút đại diện gửi liệu chúng đến r2 r3 tương ứng Giai đoạn bao gồm số lượng cảm biến nút chuyển tiếp Để giám sát trạng thái theo thời gian thực, kiểu cảm biến khác đặt vị trí khác đường dây truyền tải điện Do phạm vi giao tiếp ngắn cảm biến nút chuyển tiếp, cảm biến lắp đặt gần trụ truyền tải, nút chuyển tiếp đặt đỉnh trụ Cảm biến đo lường tốt thơng số khác sử dụng công nghệ truyền thông tầm ngắn để truyền liệu Khoảng cách cảm biến nút chuyển tiếp nhỏ 100m công nghệ Bluetooth đủ để truyền liệu Cuối cùng, nút chuyển tiếp nén liệu nhận gửi đến giai đoạn thứ hai Giai đoạn thứ hai có nhiệm vụ truyền liệu giám sát từ trụ đến trạm biến áp Những trụ gần trạm SI84 Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Kĩ thuật Cơng nghệ, 2(SI2):SI80-SI94 Hình 5: Cấu trúc liên kết trực tiếp Hình 6: Mơ hình hệ thống lai giai đoạn biến áp gửi liệu giám sát chúng cho trạm biến áp tương ứng Như biểu diễn Hình 6, nhóm G1 đại cho nhóm trụ nơi mà trụ gửi liệu chúng đến trụ thông qua kết nối khơng dây ZigBee sau trụ ghép thêm liệu giám sát riêng với liệu nhận từ trụ gửi đến trạm biến áp Giai đoạn thứ ba bao gồm hai trạm biến áp cuối đường dây truyền tải, Trung tâm điều khiển SI85 trụ kích hoạt di động Trạm biến áp sử dụng liên kết sợi quang sẵn có gửi liệu tích lũy đến Trung tâm điều khiển Những trụ gửi liệu chúng đến trạm biến áp khoảng cách dài băng thơng liên kết có giới hạn sử dụng mạng diện rộng gửi liệu giám sát trực tiếp đến Trung tâm điều khiển Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Kĩ thuật Cơng nghệ, 2(SI2):SI80-SI94 1.1.1 Phân tích thời gian trễ truyền liệu Với giả định cảm biến tạo lượng liệu số lượng nút G2 G3 nút G1 giống G4 Tuy nhiên để đơn giản hóa vấn đề giả định t1 = t4 t2 = t3 Trong nhóm di động trực tiếp, thời gian trễ tính tốn hai thành phần Thời gian bao gồm chuyển tiếp tất liệu nhóm đến nút đại diện từ nút đại diện đến Trung tâm điều khiển, thể phương trình (1) (2): t21 = Hd (1 + + + + k) Hd k + Zi Zi (1) Hd (2k + 1) Zd (2) t22 = t2 = t21 + t22 (3) Mặt khác nhóm G1, thời gian trễ tính tốn hai thành phần Một chuyển tiếp tất liệu nhóm đến nút đại diện r1 từ r1 đến Trung tâm điều khiển thể phương trình (4) t1 = Hd {1 + + + + [l − (2k + 1)]} Zi (4) Trong t1 t2 đại diện cho tổng thời gian G1 G2 tương ứng, k số nút nhóm, l=n/2 đại diện cho vị trí nút chuyển tiếp cuối G2 Hd tốc độ liệu cảm biến Hơn nữa, Zi tốc độ truyền liệu ZigBee Zd đại diện cho tốc độ liệu di động Để giảm tối đa thời gian trễ hai nhóm G1 G2, ta xem xét độ trễ hai nhóm t1 = t2 thiết lập phương trình bậc bên dưới: [ ] Hd 3k2 − (1 − 4l)k + (l − l) 2Zi (5) H (2k + 1) − d =0 Zd Và chuyển đổi thành dạng phương trình bậc tiêu chuẩn sau: ( ) ( ) 3Hd Hd (1 + 4l) 2Hd k2 − + k 2Zi 2Zi Z)d ( (6) Hd (l − l) Hd − =0 + 2Zi Zd Tất nhiên, k nên số ngun, vế phía bên trái phương trình khơng xác khơng Vì vậy, nói hơn, phải sử dụng tìm kiếm để tối ưu vế trái phương trình Mặt khác, để giảm bước tính tốn, xem k số nguyên giải xấp xỉ giải phương trình cách sử dụng giải pháp cho phương trình bậc hai Ví dụ: Đặt l = 50, Hd = kBytes, Zi = 31,25 kBytes/s, tMA =41ms (thời gian truy cập kênh), rd =8 kBytes/s (tốc độ truyền liệu GSM), tính tốn k khoảng 14,2 57,9 K phải nhỏ 50, lấy giải pháp Hơn k số nguyên, chọn k khoảng 14 15 Khi k = 14, ta tính t1 = 30,429s t2 = 28,514s Tương tự ta tính tốn t1 t2 k = 15 Nó k = 14 giải pháp tối ưu max{ti } 30,429s Sau biết k, xác định vị trí r2 r3 Vì k đại diện cho số lượng nút bên trái bên phải r2, ta tính tốn kích cỡ nhóm G2 2k+1 Đối với mạng có nhiều nhóm giao tiếp khơng dây, việc tính tốn kích cỡ nhóm xác định 2k+1 nút phân thành nhóm diễn giải chi tiết Hình 7, ta tính nhóm G2 có 29 nút Sau G1 có 50-29 = 21 nút Do chắn r2 nút (21+14+1) = 36 Do r3 thu kết tương tự Chúng ta mở rộng ý tưởng có nhiều hai nút chuyển tiếp thiết lập liên kết trực tiếp không dây Việc xác định số nút nhóm thơng qua việc xác định số l (vị trí số cuối cùng) để tìm số k sau tìm vị trí nút module di động Cuối cùng, nhận thấy có ràng buộc vật lý việc có nút đưa vào nhóm sử dụng liên kết khơng dây trực tiếp Vì liệu tạo theo định kỳ, nên tốc độ liệu liên kết không dây trực tiếp phải nhanh tốc độ tạo liệu nhóm Cụ thể hơn, cần: rd × tr > (2k + 1)Hd (*) Với tr khoảng thời gian hai báo cáo liền kề Mặt khác, hai nhóm G1 G2, ràng buộc tương ứng tốc độ liệu là: Zi × tr > n − g(2k + 1) Hd (**) Hai công thức (*) (**) tạo thành ràng buộc tập hợp khả thi (k,g) Ví dụ dùng GSM liên kết không dây trực tiếp, tần số báo cáo 4s/lần, Hd = kBytes, sau ràng buộc k < 3.5 (hoặc tương đương nhóm cách sử dụng liên kết khơng dây trực tiếp có tối đa nút) Đặt k = vào (**), ràng buộc tương ứng g g > 5.3 Những ràng buộc làm giảm tính linh hoạt việc lựa chọn cân số lượng nhóm độ trễ tối đa Nếu muốn nhiều SI86 Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Kĩ thuật Công nghệ, 2(SI2):SI80-SI94 Hình 7: Mạng với nhiều nhóm giao tiếp khơng dây lựa chọn việc chọn số nút nhóm, dùng cơng nghệ khơng dây với tốc độ truyền lớn Ví dụ dùng mạng 3G, rd1 = 48kBytes/s Điều tăng số lượng nút nhóm Đề tài nâng cao ý tưởng số lượng nhóm di động lớn Đó hiển nhiên việc tăng số lượng nút ảnh hưởng đến vị trí nút cuối PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG Ở ta xem xét kỹ lưỡng ảnh hưởng công nghệ 3G GSM thời gian trễ tối đa Khi có hai nhóm di động rõ ràng có nhiều số nút tồn nhóm Khi số lượng nút tăng, liệu chuyển tiếp nhóm tăng lên nhiều thời gian gian để chuyển liệu đến trung tâm điều khiển Trong đề tài sử dụng Matlab để thực mô kết thời gian trễ lượng tiêu thụ từ Hình 8, 9, 10 11 Thực so sánh hiệu suất thời gian trễ mạng 3G so với GSM liên kết di động Với tầm truyền 3G, GSM 48 kB/s kB/s Số nút sử dụng mô tăng dần từ 1-1000 nút, số lượng nhóm di động g từ 2-20, tốc độ truyền liệu Zigbee 31.25kB/s, thời gian chuyển liệu nút liền kề với kích thước kB 4s.Từ Hình 8, suy luận rõ ràng công nghệ GSM cho thấy thời gian trễ lớn đáng kể so với 3G tốc độ liệu GSM thấp 3G Đối với hiệu suất cân bằng: Như Hình 8, có cân bẳng thời gian trễ tối đa so với số nhóm di động Khi số lượng nhóm di động tăng, thời gian trễ Nhưng sau thời điểm định, cải tiến số lượng nhóm di động để lại ảnh hưởng cận biên việc giảm thời gian trễ tối đa Hình mơ tả độ trễ thời gian tối đa so với số lượng trụ ZigBee sử dụng để chuyển tiếp liệu SI87 hai trụ lân cận mạng 3G GSM sử dụng cho liên kết không dây trực tiếp Từ hình, mở rộng số lượng trụ tăng dẫn đến thời gian trễ tăng Đối với số lượng trụ, mạng GSM cho thấy độ trễ lớn đáng kể so với 3G Nó tốc độ liệu GSM nhỏ nhiều so với 3G Về tính tốn lượng tiêu thụ, có hai thành phần cần phải xác định lượng tiêu thụ chuyển tiếp liệu hai nút liền kề lượng tiêu thụ cho liên kết di động diện rộng So sánh mức lượng tiêu thụ mạng di động GSM, 3G sau thực tính tốn trình bày kết mơ phỏng, ta thấy mạng GSM có ưu điểm đáng kể tiêu thụ lượng tốc độ liệu nhỏ mạng bao gồm trụ mạng GSM tiêu thụ lượng để truyền toàn liệu so với mạng 3G Từ Hình 10 số lượng nhóm di động tăng lên, mức tiêu thụ lượng nhóm di động bắt đầu chiếm tổng lượng tiêu thụ thời gian trễ tối đa giảm đáng kể Do đó, kết mơ tả rõ ràng cân thời gian trễ tối đa tổng mức tiêu thụ lượng Tổng mức tiêu thụ lượng so với thời gian trễ tối đa mơ tả Hình 11 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Xây dựng hệ thống giám sát thu thập liệu cho máy chủ Nhóm tác giả lên ý tưởng xây dựng giao diện giám sát thu thập liệu cho máy chủ phần mềm LabVIEW Giao diện giám sát thiết bị di động thiết kế phần mềm Data Dashboard LabVIEW , việc giao tiếp máy chủ thiết bị di động cấu hình thơng qua biến Variable Shared Tags Về phần lập trình nhóm tác giả thiết lập thêm liên kết với đồ đường dây ứng dụng Google map mà nhóm thực trước thực tế để quản lý vận hành đường dây đơn Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Kĩ thuật Cơng nghệ, 2(SI2):SI80-SI94 Hình 8: Thời gian trễ tối đa số nhóm sử dụng liên kết trực tiếp vị Kết thuật tốn lập trình, giao diện giám sát thể Hình 12, 13, 14 15 Hệ thống hiển thị giá trị liệu theo thời gian thực thông qua số, biểu đồ Dữ liệu so sánh với liệu giới hạn đưa cảnh báo cho người quản lý vận hành Sau xem cảnh báo, người quản lý vận hành nhấp vào nút “xem vị trí trụ” để di chuyển đến trang đồ trực tuyến đường dây Google Map thiết lập thực tế quản lý vận hành Công ty Truyền tải điện Hệ thống giám sát trực tuyến đường dây thiết bị di động (Client) Data Dashboard LabVIEW ứng dụng xây dựng hãng National InStrument (hãng xây dựng phần mềm LabVIEW) cho phép tạo giao diện người dùng tùy chỉnh giám sát điều khiển ứng dụng LabVIEW từ xa trực tuyến Data Dashboard LabVIEW cho phép sử dụng thiết bị di động với hệ điều hành iOS, Android Windows để kết nối với giá trị biến chia sẻ internet web services cách sử dụng nút, nhập văn hiển thị, biểu đồ, đồng hồ đo đèn LED KẾT LUẬN Trong nghiên cứu này, chúng tơi đề xuất mơ hình giám sát lai ba giai đoạn cho giám sát trạng thái trụ đường dây truyền tải điện theo thời gian thực Chúng phát triển số thuật tốn để xác định thời gian trễ mơ hình Mơ hình đề xuất dường có ý nghĩa việc cung cấp thông tin kịp thời Cải tiến so với mơ hình nêu trước nhằm tối ưu kỹ thuật kinh tế Nghiên cứu rõ việc tăng số lượng liên kết trực tiếp làm giảm thời gian trễ Tuy nhiên, nhiều liên kết trực tiếp không cần thiết dẫn đến tăng lượng tiêu thụ toàn hệ thống dẫn đến làm giảm suất tổng thể Bên cạnh đề tài khai thác hiệu việc ứng dụng mạng cảm biến công nghệ giao tiếp di động lĩnh vực truyền tải liệu cách sử dụng loại cảm biến mới, giao thức truyền thơng Ngồi ra, đề tài khai thác hiệu phần mềm LabVIEW phần mềm ứng dụng giám sát từ xa Data Dashboard LabVIEW để xây dựng ứng dụng cụ thể phục vụ nhu cầu công tác thực tế người làm việc lĩnh vực truyền tải điện cao áp Ứng SI88 Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Kĩ thuật Cơng nghệ, 2(SI2):SI80-SI94 Hình 9: Thời gian trễ tối đa số trụ dụng hoạt động thiết bị di động có kết nối internet để nhận cảnh báo từ đường dây gửi đến cách kịp thời để đưa giải pháp nâng cao khả vận hành đường dây truyền tải điện, góp phần giảm cố đường dây, giảm tổn thất điện năng, giảm chi phí quản lý vận hành giảm khối lượng công việc cho người lao động lĩnh vực Truyền tải điện thời đại công nghiệp 4.0 LỜI CẢM ƠN Nhóm tác giả xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy cô Trường Đại học Bách Khoa TPHCM, đồng nghiệp Công ty Truyền tải điện Tổng công ty Điện lực TPHCM tạo điều kiện hỗ trợ trình hình thành viết DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT EVNNPT: National Power Transmission Corporation-Tổng công ty Truyền tải điện Quốc gia SCADA: Supervisory Control and Data AcquisitionHệ thống giám sát thu thập liệu GPRS: General Packet Radio Service GSM: Global System for Mobile Communications 3G: Third-generation technology SI89 XUNG ĐỘT LỢI ÍCH Tác giả xin cam đoan khơng có xung đột lợi ích cơng bố báo ĐĨNG GĨP CỦA CÁC TÁC GIẢ Huỳnh Quang Minh Trần Ngọc Huy Thịnh đưa ý tưởng viết bài, đóng góp diễn giải phương thức thực hiện, kết mơ phỏng, phân tích, thảo luận nghiên cứu viết thảo Lâm Hoàng Cát Tiên tham gia hỗ trợ thu thập liệu, kiểm tra viết, đóng góp phần tổng quan kết luận viết, tham gia thực mơ tính tốn số liệu, góp ý xây dựng giao diện giám sát TÀI LIỆU THAM KHẢO PTC1 Ứng dụng FlyCam kiểm tra đường dây truyền tải điện 2016;Available from: http://nangluongvietnam.vn/news/vn/ khoa-hoc-va-cong-nghe/ung-dung-flycam-kiem-tra-duongday-truyen-tai-dien.html Pouliot N, Richard PL, Montambault S LineScout Technology Opens the Way to Robotic Inspection and Maintenance of High-Voltage Power Lines IEEE Power and Energy Technology Systems Journal 2015;Available from: https://doi.org/10.1109/ JPETS.2015.2395388 Debenest P, Guarnieri M, Kensuke K, et al Expliner - Robot for inspection of transmission lines 2008 IEEE International Conference on Robotics and Automation 2008;Available from: https://doi.org/10.1109/ROBOT.2008.4543822 Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Kĩ thuật Công nghệ, 2(SI2):SI80-SI94 Hình 10: Tổng lượng tiêu thụ thời gian trễ cực đại Yang Y, Divan D, Harley RG, Habetler TG Design and implementation of power line sensornet for overhead transmission lines In Power & Energy Society General Meeting IEEE 2009;Available from: https://doi.org/10.1109/PES.2009.5275363 Wu YC, Cheung LF, et al Efficient communication of sensors monitoring overhead transmission lines IEEE Transactions on Smart Grid 2012;Available from: https://doi.org/10.1109/TSG 2012.2186596 Kadu V, Sayawan AV Review of Energy Consumption in Mobile Netwworking Technology 2016; National Instrument Getting Started with Data Dashboard for LabVIEW 2014;Available from: http://www.ni.com/tutorial/ 13757/en/ SI90 Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Kĩ thuật Cơng nghệ, 2(SI2):SI80-SI94 Hình 11: Tổng lượng tiêu thụ số trụ Hình 12: Chương trình lập trình hệ thống SI91 Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Kĩ thuật Cơng nghệ, 2(SI2):SI80-SI94 Hình 13: Trang hình giám sát Hình 14: Giao diện đồ đường dây Google Map SI92 Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Kĩ thuật Công nghệ, 2(SI2):SI80-SI94 Hình 15: Dữ liệu hiển thị đồng máy tính Server Ipad Client SI93 Science & Technology Development Journal – Engineering and Technology, 2(SI2):SI80-SI94 Research Article Open Access Full Text Article Application of IoT in power transmission line monitoring Tran Ngoc Huy Thinh1,* , Lam Hoang Cat Tien2 , Huynh Quang Minh3 ABSTRACT Use your smartphone to scan this QR code and download this article Nowaday in Vietnam, the verification and maintenance of 220kV - 500kV transmission lines is mainly done by manual labor However, this task is quite hard, the workers have many difficulties such as the long moving distance (hundreds of kilometers) through many areas of complex terrain to verify the data and prevent the widespread problems The efficiency and quality of line check also depends on the enthusiasm and experience of the workers The demand to develop the power grid is constantly increasing to release full capacity from solar power plants, wind power plants, making the line always operating in overload state Some problems are caused by the rapid growth of plants violating high voltage transmission line safety distances.Therefore, an online transmission line monitoring system will be a useful tool for improving the line operation and reduce the pressure for workers In this paper, the application of the wireless data transmission platform and LABVIEW programming software to build a system for online data collection of lines, program settings, applications on mobile devices Dynamic monitoring of lines over the Internet reduces the workload of workers Key words: IoT, transmission line, online monitoring system, mobile device, ZigBee, LabVIEW, ARDUINO, Data DashBoard-LabVIEW Ho Chi Minh City Power Corporation Cao Thang Technical College HoChi Minh City University of Technology, VNU-HCM Correspondence Tran Ngoc Huy Thinh, Ho Chi Minh City Power Corporation Email: thinhtnh@hcmpc.com.vn History • Received: 25-2-2019 • Accepted: 27-6-2019 • Published: 31-12-2019 DOI :10.32508/stdjet.v2iSI2.452 Copyright © VNU-HCM Press This is an openaccess article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International license Cite this article : Thinh T N H, Tien L H C, Minh H Q Application of IoT in power transmission line monitoring Sci Tech Dev J – Engineering and Technology; 2(SI2):SI80-SI94 SI94 ... trực tuyến đường dây Google Map thiết lập thực tế quản lý vận hành Công ty Truyền tải điện Hệ thống giám sát trực tuyến đường dây thiết bị di động (Client) Data Dashboard LabVIEW ứng dụng xây dựng... cách sử dụng nút, nhập văn hiển thị, biểu đồ, đồng hồ đo đèn LED KẾT LUẬN Trong nghiên cứu này, đề xuất mơ hình giám sát lai ba giai đoạn cho giám sát trạng thái trụ đường dây truyền tải điện theo... phát triển mạng lưới giám sát lai ba giai đoạn để giám sát trạng thái thời gian thực đường dây truyền tải điện Mơ hình đề xuất đề tài bao gồm thiết lập mạng cảm biến không dây, cáp quang mạng