HỆ THỐNG ĐỌC CÔNG TƠ TỰ ĐỘNG TỪ XA AMR (AUTOMATED METER READING SYSTEM)
1.1.2. Kiến trúc chung của AMR
1.1.2.1. Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động
Hệ thống AMR được thiết kế giao tiếp với khách hàng đầu cuối trong môi trường mạng điện lưới 0,4 kV một pha hoặc ba pha. Hệ thống được dùng để thu thập các dữ liệu điện tiêu thụ từ các tòa nhà riêng biệt khu dân cư (ví dụ như một gia đình và nhà chung cư), văn phòng, công nghiệp các doanh nghiệp và các cơ sở công cộng cho các trung tâm quản lý tiêu thụ điện. Hình 1.1 minh họa nguyên lý cơ bản của quá trình truyền thông giữa một công ty phân phối và khách hàng thông qua hệ thống AMR.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 1.1: Nguyên lý cơ bản của quá trình truyền thông giữa một công ty phân phối và khách hàng thông qua hệ thống AMR (Tele Tec. Co, General description, 2009)
Phạm vi sử dụng của AMR bị hạn chế bởi kích thước của trung tâm hành chính, thị xã, khu vực nông thôn, hoặc khu vực. Các lĩnh vực ứng dụng có thể được mở rộng bằng cách tăng số đơn vị đồng hồ. Một bộ điều khiển có thể xử lý và lưu trữ dữ liệu cho khoảng một triệu đơn công tơ. Một số đơn vị điều khiển có thể được tích hợp bên trong bộ điều khiển ở một mức cao hơn.
Các công tơ chuyển dữ liệu đo được đến một bộ định tuyến trong trạm biến áp thông qua các liên kết thông tin liên lạc, ví dụ thông qua PLC. Router thực hiện chức năng dữ liệu thu thập và lưu trữ tạm thời và nó có thông tin hai chiều với một bộ điều khiển nhằm thu thập dữ liệu và lưu trữ lâu dài được cài đặt trong trạm biến áp. Dựa trên thông tin này các nhà cung cấp điện có thể đưa ra các quyết định nhằm tự động hóa quá trình phân phối. Phương thức truyền tải dữ liệu giữa một công tơ và bộ điều khiển được thể hiện trong hình 1.2.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 1.2. Phương thức truyền tải dữ liệu trong AMR
Trong một số cấu trúc mạng, phạm vi hoạt động của một router là không đủ, trong trường hợp như vậy thông tin liên lạc giữa đồng hồ và router phải được dựa trên một nguyên tắc định địa chỉ nhiều mức như trong hình 1.3.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Trong các công tơ được trang bị với công nghệ AMR, các tín hiệu analog của dòng điện và điện áp được chuyển thành tín hiệu số. Công suất, năng lượng tiêu thụ và một số các thông số khác được tính toán dựa trên thông tin này. Tất cả các dữ liệu được được lưu trữ trong một bộ nhớ không mất dữ liệu và có thể được đọc từ xa. Căn cứ vào việc thiết lập giá điện và dịch vụ giá trị gia tăng, các đồng hồ có thể tính toán giá trị điện cho mỗi đầu cuối. Các đồng hồ điện có thể có một màn hình hiển thị cung cấp một giao diện người dùng thân thiện giữa các hệ thống và khách hàng, cho thông tin về mức tiêu thụ điện trong cả theo dạng kWh và theo tiền mặt. Hơn nữa, tùy theo tình hình, đồng hồ có thể cắt điện phân phối cho một khách hàng bởi một rơ le tích hợp bên trong. Các tình huống này có thể là:
- Người tiêu dùng đã phá vỡ các điều kiện của hợp đồng tiêu thụ điện với nhà cung cấp
- Các điều kiện của mạng không cho phép phân phối điện do các tình huống khẩn cấp.
- Bộ điều khiển đã gửi một tín hiệu để cắt điện (TeleTec.Co, Mô tả kỹ thuật và hướng dẫn hoạt động, 2009).
Trong các đồng hồ đo điện cũng có một phương pháp đo lường dòng lệch pha. Dòng lệch pha là sự chênh lệch giữa giá trị dòng điện khi không dẫn và giá trị dòng điện trong pha dẫn. Nhờ các công tơ ba pha phương pháp này cho phép quản lý cân bằng tải. Đo lường dòng lệc pha và quản lý cân bằng công suất là hai cách có thể phát hiện hành vi trộm cắp điện (Tele Tec Co,. Mô tả chung, 2009).
1.1.2.2. Các yêu cầu cần thiết cho hệ thống AMR
Tại thời điểm hiện tại các tiêu chuẩn giao tiếp cụ thể cho AMR chưa được thiết lập. Điều này có nghĩa là ít nhất các trang thiết bị được lắp đặt tại các đầu cuối sử dụng điện phải có một chức năng tải về phần mềm để cung cấp một cơ hội cho các tiêu chuẩn cập nhật trong tương lai. Đó là lý do tại sao có một số khuyến nghị cho các yếu tố khác nhau của AMR, được trình bày dưới đây.
a. Khuyến nghị cho mạng truyền thông
Cấu trúc của mạng truyền thông phụ thuộc mạnh mẽ vào môi trường truyền là lựa chọn để kết nối các thành phần của hệ thống AMR. Các môi trường truyền thông như đường dây điện thoại, Mạng GSM hoặc Internet cần yêu cầu bổ sung hệ thống dây điện tại cơ sở khách hàng và trong trường hợp mạng GSM các modem
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
vô tuyến đặc biệt với anten phù hợp sẽ được sử dụng. Hơn nữa các loại phương tiện truyền thông thông tin liên lạc không được bảo vệ chống lại các truy cập của khách hàng có liên quan làm thay đổi các thông số của mạng và có thể dẫn đến các kết nối bị gián đoạn và không thể quản lý được một hệ thống AMR. (Schenk, 2005).
Để tránh những vấn đề trên, việc truyền thông qua đường dây điện lực PLC được khuyến khích sử dụng. Quá trình truyền thông này được cung cấp bởi mạng điện phân bố hiện tại do đó mạng lưới hỗ trợ một thiết bị thay thế 1:1. Tuy nhiên, hiện tượng suy hao đường truyền và một mức độ nhiễu là thích hợp để phân phối trên mạng điện áp thấp. Các kết quả đo đạc chi tiết và các thử nghiệm trong lĩnh vực này đã chỉ ra rằng hiệu quả tốt nhất của truyền thông PLC có thể đạt được nếu: - Sử dụng các công nghệ trải phổ cho phép có được các phép điều chế dư thừa và ổn định.
- Sử dụng băng tần giữa 9 và 95 kHz để tránh hiện tượng suy giảm tín hiệu (EN50065 tiêu chuẩn châu Âu (CENELEC): tín hiệu trên lưới điện áp thấp được ấn định dải tần từ 3 đến 148,5 kHz.
- Mỗi thiết bị đầu cuối được sử dụng như là một repeater cho thiết bị đầu cuối khác (Hình 3.3);
- Trạm biến áp điện lực (hoặc một số trạm tương đương) được sử dụng như là một lớp tập trung dữ liệu thứ 2. (Schenk, 2005).
b. Khuyến nghị cho các thiết bị đầu cuối
Các đồng hồ đo điện và các đơn vị chuyển mạch tải thuộc về các thiết bị đầu cuối trong hệ thống AMR. Các đơn vị chuyển mạch tải cung cấp một chức năng tích hợp giám sát điện áp đầu ra và điện áp đầu vào cho các rơ le và phát ra các tín hiệu cảnh báo tương ứng trong các tình huống có lỗi. Như đã đề cập trước đó, thiết bị đầu cuối phải cho phép cung cấp một cơ hội để được hiệu chuẩn và để có thể để cập nhật các chức năng từ xa. Các chức năng sau được khuyến nghị cho đồng hồ đo điện như một phần của hệ thống AMR:
- Có một số thanh ghi chứa biểu giá cho hoạt động tiêu thụ năng lượng tùy thuộc vào thời gian, ngày hoặc / và tiêu chuẩn tải thực tế;
- Có một số thanh ghi cho việc phân phát năng lượng, điều này có thể hữu ích trong trường hợp tạo ra các mạng phân bố;
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Thanh ghi lưu giữ công suất tiêu thụ /công suất phân phát;
- Tạo ra các cơ cấu tải nhằm thực hiện các phân tích sâu về hành vi tiêu thụ; - Ghi lại các trường hợp suy giảm điện áp và gián đoạn nguồn cung cấp ; - Cần có một cầu dao để ngắt kết nối khách hàng với lưới điện trong trường hợp vượt quá công suất tiêu thụ giới hạn hoặc không ký hợp đồng; - Có các khe cắm bổ sung trong đồng hồ cho các ứng dụng trong tương lai. (Schenk, 2005)
Việc thiết kế các đồng hồ đo điện được sử dụng trong hệ thống AMR phải dựa trên những tiêu chuẩn quốc tế sau đây (Bảng 1.1).
Bảng 1.1. Các tiêu chuẩn quốc tế cho công tơ điện tử của hệ thống AMR
c. Khuyến nghị cho các bộ tập trung dữ liệu trong các trạm biến áp
Các bộ tập trung dữ liệu giám sát các đồng hồ đo điện theo nguyên tắc “chủ-tớ” và dành một băng tần cụ thể cho mục đích này trong trường hợp sử dụng đường truyền PLC . Bộ tập trung dữ liệu phải cung cấp các kết nối giữa bộ phát hiện ngắn mạch và phát hiện lỗi mát và kiểm soát các thiết bị chuyển mạch dựa trên một cấp kỹ thuật số. Nó có để xử lý các giá trị analog đầu vào của các thiết bị đo dòng điện và điện áp. Việc đo lường chất lượng của một tải phải được thực hiện theo tiêu chuẩn EN50160 châu Âu (CENELEC): Các đặc điểm điện áp của lưới điện được cung cấp bởi hệ thống phân phối công cộng. Bộ tập trung dữ liệu phải phát hiện hành vi trộm cắp và sau đó ngắt kết nối này của khách hàng khỏi lưới điện (Schenk, 2005).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn