GRID TRÊN THẾ GIỚI
4.3. Kiến trúc đo lường (AMI)
AMI là một cơ sở hạ tầng quan trọng cho sự phát triển của lưới điện thông minh. Chức năng chính của nó là trao quyền cho người sử dụng được phép để thiết lập hệ thống liên lạc giao tiếp và kiểm soát để tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng và cho phép người sử dụng để hỗ trợ các hoạt động mạng lưới điện. AMI giúp cho lợi ích tài chính, cải thiện dịch vụ và cơ hội cải thiện các vấn đề môi trường. AIM có cơ sở hạ tầng giao tiếp hai chiều giữa người tiêu dùng và các nhà cung cấp điện, lưu trữ
các thông tin sử dụng năng lượng, truyền dữ liệu đến các tiện ích, kết nối dịch vụ và ngắt kết nối chuyển mạch do có khả năng dự đoán các sự cố điện. AMI bao gồm đồng hồ đo thông minh, cơ sở mạng diện rộng, mạng trong nhà, hệ thống quản lý dữ liệu đo đếm và các trạm kiểm soát hoạt động [46]. Hình 4.5 thể hiện tổng quan về hệ thống AMI.
Hình 4.5 Tổng quan về hệ thống AMI [46]
4.3.1. Máy đo thông minh - Smart Meter
Smart Meter đo và ghi lại lượng điện được sử dụng vào những giờ giấc khác nhau trong ngày và trong tuần. Không như công nghệ đo cũ mà các Smart Meter đang thay thế, Smart Meter là các hệ thống liên lạc kỹ thuật số, hai chiều, ghi lại việc sử dụng điện mỗi 30 phút đồng hồ và và sau đó gửi thông tin cho Trung tâm quản lý
dữ liệu đo bằng hệ thống thông tin liên lạc hai chiều cho các mục đích theo dõi và thanh toán. Cách này sẽ gần như làm chấm dứt các hóa đơn ước tính, hàng quý và các kết quả đọc đồng hồ theo lối thủ công. Smart Meter sử dụng mạng lưới liên lạc để từng lúc liên lạc các kết quả đọc đồng hồ với các công ty phân phối điện. Đó là một cách trực tiếp để thấy lợi ích của lưới điện thông minh cho nhà cung cấp năng lượng và khách hàng bằng cách sử dụng thời gian thực và độ chính xác thu thập dữ liệu [47]. Như là mạng trục của công nghệ lưới điện thông minh, hệ thống đo thông minh là một chủ đề thu hút nhiều sự chú ý trên toàn thế giới do các chức năng chính và các tính năng của nó.
Smart Meter cho phép khách hàng đưa ra những lựa chọn về mức độ năng lượng họ sử dụng, bởi các đồng hồ đo này có thể cung cấp thông tin chính xác, của thời gian thực tế về việc tiêu thụ điện [48]. Bao nhiêu năng lượng đang được sử dụng tại thời điểm đó và tín hiệu giá cả thời gian thực được hiển thị trên đồng hồ thông minh trong nhà hoặc kinh doanh. Các hệ thống tự động sử dụng thông tin này để kiểm soát hệ thống sưởi ấm, chiếu sáng, thiết bị thông minh và tải khác theo tín hiệu giá theo thời gian thực và giảm tải của khách hàng. Sử dụng một cổng mạng và một hiển thị trong nhà được kết nối với Smart Meter của mình, khách hàng sẽ có thể tiếp cận được đến các thông tin chính xác và chi tiết hơn về việc sử dụng điện của mình.
Sự lựa chọn của khách hàng về việc tiêu thụ năng lượng một cách tối ưu có thể được thực hiện dựa trên sử dụng thông tin thời gian thực. Thêm vào đó, những đồng hồ đo này có năng lực đo được lưu lượng hai chiều của điện, cho phép các hộ gia đình có hệ thống năng lượng có thể tái tạo được, như các tấm hấp thu năng lượng mặt trời, có thể được tính tín dụng cho lượng điện mà họ cấp trở lại vào hệ thống đường dây.
Hơn nữa, Smart Meter còn có chức năng xác định vị trí của các sự cố cúp điện, ngắt kết nối từ xa và kết nối lại, theo dõi điện áp và đọc đồng hồ thời gian thực từ xa. Smart Meter có thể thông báo cho công ty phân phối điện của khách hàng biết là điện của họ không có vào thời gian thực tế. Các lệnh báo cho biết sự cố cúp điện này có thể làm cho việc kết nối điện trở lại diễn ra nhanh chóng hơn bởi nguồn gốc của vấn đề có thể được xác định ngay tức thì. Đồng hồ đo mới sau đó có thể xác
nhận liệu xem điện đã được khôi phục trở lại tới tất cả các đồng hồ đo hay chưa.
Hình 4.6 minh họa cấu trúc của đồng hồ đo lường thông minh [49].
Hình 4.6 Cấu trúc hệ thống đo thông minh
4.3.2. Truyền thông không dây
Thiết bị truyền thông hai chiều tương tác thông tin giữa các công ty điện lực và những người sử dụng. Các phương tiện truyền thông chính bao gồm vận chuyển, chế độ truyền thông không dây và phương pháp truyền thông RS-485 [46].
Có rất nhiều công nghệ truyền thông và các ứng dụng đo lường thông minh đã có mặt trên thị trường nhằm phục vụ cho mạng lưới SG. Hệ điều hành LonWorks được tạo ra bởi tổng công ty Echelon vào năm 1988 như là giải pháp cho đa truyền thông và tự động hóa hệ thống điện [50]. Vào tháng 12 năm 2008, tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế và Ủy ban Kỹ thuật điện Quốc tế đã công nhận nền tảng công nghệ LonWorks là một tiêu chuẩn toàn cầu. Liên minh ZigBee là một nhóm các công ty cung cấp các sản phẩm giám sát và kiểm soát kết nối không dây đáng tin cậy, hiệu quả chi phí, tiêu thụ ít năng lượng dựa trên một tiêu chuẩn mở toàn cầu [51]. Họ công bố tiêu chuẩn mạng không dây ZigBee dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.15.4 dành cho mạng cá nhân không dây tốc độ thấp LR-WPAN. ZigBee là một mạng không
dây tiêu thụ điện năng thấp, tuổi thọ pin dài và lưới không dây chuẩn kết nối mạng an toàn. Chi phí thấp của ZigBee làm cho nó được sử dụng rộng rãi trong truyền thông không dây và các ứng dụng giám sát.
Vào cuối năm 2009, tập đoàn Công nghiệp Đo lường thông minh Châu Âu (ESMIG) hợp tác với Liên minh ZigBee tạo ra một định nghĩa của tiêu chuẩn truyền thông tương thích phục vụ cho hệ thống đo lường thông minh trong Khối Liên minh châu Âu EU. ZigBee là một tiêu chuẩn công nghiệp dành cho các liên kết không dây trong nhà với các máy đo thông minh trong EU [51].
Các mạng trong nhà HAN sử dụng cổng thông tin tương tác để liên kết cho các công tơ điện thông minh và các thiết bị điện điều khiển trong nhà nhằm đạt được các mục đích sử dụng điện hợp lý và giảm tiêu thụ năng lượng. Công nghệ HomePlug và công nghệ ZigBee là những phương pháp truyền thông phù hợp cho việc đo lường và các thiết bị trong nhà.
4.3.3. Hệ thống quản lý dữ liệu đo đếm (MDMS)
MDMS là một cơ sở dữ liệu phân tích có khả năng tương tác với các hệ thống thông tin khác. Chức năng chính của nó là để thực hiện việc xác thực tính hợp pháp, chỉnh sửa và đánh giá các dữ liệu AMI để đảm bảo rằng dữ liệu AMI đưa vào hệ thống đã được hoàn tất và chính xác.
MDMS là hệ thống chương trình gồm các 3 module chính. Module MDMSComms thực hiện kết nối để thu thập dữ liệu trực tiếp theo thời gian thực đến từng công tơ (Elster, LandisGyr, EDMI,..) bằng các đường truyền khác nhau như:
ADSL, cáp quang, GSM, GPRS, EDGE, 3G Network. Module MDMSAnalyze thực hiện chức năng phân tích số liệu mà module MDMSComms thu thập về để đưa vào cơ sở dữ liệu lưu trữ. Module MDMS quản lý và khai thác số liệu đo đếm.
MDMS bao gồm các tính năng chính như xem các thông số vận hành như công suất phản kháng, dòng, áp, cos theo thời gian thực; khai báo điểm đo và lập yêu cầu để lấy số liệu của điểm đo; kết nối với hệ thống CMIS2 để đưa chỉ số vào hệ thống tính hóa đơn; đặc biệt là chức năng cảnh báo của chương trình theo các sự kiện công tơ ghi nhận được và cảnh báo theo thông số vận hành và được gửi đến người có trách nhiệm qua Email, SMS, qua chương trình; cung cấp cho khách hàng giao diện
web để xem thông số vận hành, biểu đồ phụ tải theo thời gian 30’, chỉ số chốt tháng;
các báo cáo của chương trình trên thông tin sản lượng, công suất.
Tóm lại, cơ sở hạ tầng AMI là một yếu tố quan trọng trong lưới điện thông minh là hệ thống thông tin liên lạc tự động, hai chiều giữa công tơ điện thông minh và công ty điện. Công tơ điện thông minh là một đồng hồ đo tiên tiến trong đó có chức năng xác định mức tiêu thụ điện năng chi tiết hơn so với một đồng hồ đo thông thường và truyền đạt thông tin thu thập hai chiều để theo dõi tải và mục đích thanh toán. Người tiêu dùng có thể được thông báo bao nhiêu năng lượng đã được sử dụng để họ có thể kiểm soát điện năng tiêu thụ và khí thải carbon dioxide. Bằng cách quản lý phụ tải đỉnh thông qua sự tham gia của người tiêu dùng, các công ty điện có khả năng sẽ cung cấp điện ở mức giá thấp và thậm chí một giá cho tất cả. AMI đã đạt được sự hấp dẫn rất lớn trong ngành công nghiệp, với những lợi thế về độ chính xác và cải thiện quá trình đọc đồng hồ trực tuyến và kiểm soát. Trong nghiên cứu của D.
Backer về quản lý tài sản và chất lượng điện [52], đã xác định vai trò của AMI trong việc quản lý chất lượng điện năng và quản lý tài sản. Tuy nhiên, vấn đề an ninh mạng cho hệ thống AMI được cần được nghiên cứu giải quyết [53]. Các công nghệ AMI đòi hỏi một cơ sở hạ tầng thông tin liên lạc để cung cấp kết nối liên thông. Do đó, các lỗ hổng dễ bị tấn công trong hệ thống liên mạng khác sẽ dẫn đến các mối đe dọa an ninh cho hệ thống AMI.