Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP  LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG QUA ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN LỰC ỨNG DỤNG CHO HỆ THỐNG ĐỌC CÔNG TƠ ĐIỆN TỪ XA BÙI TRỌNG TUẤN Thái Nguyên, 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP  LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG QUA ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN LỰC ỨNG DỤNG CHO HỆ THỐNG ĐỌC CÔNG TƠ ĐIỆN TỪ XA Ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 605270 Học viên: Bùi Trọng Tuấn Người HD khoa học: PGS. TS. Nguyễn Hữu Công Thái Nguyên, 2010 Trang Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Học viên: Bùi Trọng Tuấn Lớp: Cao học - K11 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Hữu Công Ngày giao đề tài: 20 tháng 01 năm 2010. Ngày hoàn thành: … tháng … năm 2010. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Nguyễn Hữu Công HỌC VIÊN Bùi Trọng Tuấn BAN GIÁM HIỆU KHOA SAU ĐẠI HỌC Trang ii Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và là công trình nghiên cứu của riêng tôi, luận văn này không giống hoàn toàn bất cứ luận văn hoặc các công trình đã có trước đó. Thái Nguyên, ngày 25 tháng 8 năm 2010 Tác giả luận văn Bùi Trọng Tuấn Trang iii Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập và tốt nghiệp, tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo và tôi đặc biệt muốn cảm ơn Thầy giáo PGS. TS. Nguyễn Hữu Công, Trưởng khoa Điện tử, Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp- Đại học Thái Nguyên đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong thời gian thực hiện đề tài, cảm ơn sự giúp đỡ của gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp trong thời gian qua. Mặc dù đã cố gắng, song do điều kiện về thời gian và kinh nghiệm thực tế còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy, tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng như của các bạn bè, đồng nghiệp. Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn! Tác giả luận văn Bùi Trọng Tuấn Trang iv Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI NÓI ĐẦU Điện lực là ngành xương sống của xã hội hiện đại. Điện quyết định cho công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa của đất nước. Điện là thành phần khẩn yếu cho sự tăng trưởng kinh tế cho mỗi quốc gia. Ngoài việc cung cấp năng lượng, đường dây điện còn được sử dụng như một kênh truyền thông và được ứng dụng làm môi trường để giám sát, điều khiển các thiết bị điện gần cũng như từ xa. Chính vì vậy, việc tìm hiểu các đặc tính, phát huy các ưu điểm và khắc phục các nhược điểm của đường truyền thông điện lực, nhằm tiến tới xây dựng một mạng lưới viễn thông qua đường dây điện lực là một yêu cầu cấp thiêt. Để từ đó ta có thể ứng dụng để giám sát và điều khiển các thiết bị điện thông qua đường dây điện lực, thực hiện các giải pháp cho nhà thông minh và đặc biệt là triển khai ứng dụng đọc công tơ từ xa truyền thông ngay trên đường truyền điện lực. Được sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của thầy giáo PGS.TS.Nguyễn Hữu Công cùng các thầy cô giáo trong Khoa điện tử - Trường đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên, tôi xin hoàn thành luận văn tốt nghiệp cao học với nội dung: “Nghiên cứu công nghệ truyền thông qua đường dây điện lực ứng dụng cho hệ thống đọc công tơ điện từ xa”. Đề tài gồm các nội dung chính như sau: Chương 1: Hệ thống tự động đọc công tơ từ xa AMR – Chương này đưa ra các khái niệm cơ bản về hệ thống tự động đọc công tơ từ xa; Các phương pháp truyền thông khác nhau nhằm xây dựng hệ thống và đặc biệt là phương pháp truyền thông qua đường điện (PLC). Trên cơ sở đó nội dung chương cũng cập nhật các thành tựu đạt được trên thế giới về AMR-PLC, phân tích rõ hệ thống ColectricTM là hệ thống đã được triển khai nhiều nơi trên thế giới trong đó có Việt Nam. Chương 2: Tổng quan về công nghệ PLC – Trình bày nguyên lý cơ bản và sơ đồi khối của một hệ thống thông tin PLC bất kỳ; Chỉ ra các ứng dụng cơ bản của PLC; Phân tích rõ đặc điểm của kênh truyền điện lực với các yếu tố nhiễu và suy hao tác động. trên cơ sở đó chỉ ra những kỹ thuật cải tiến trên PLC như phối ghép lưới điện, mã hóa và điều chế thông tin. Chương 3: Thiết kế ứng dụng – Trên cơ sở các kiến thức có được từ chương 1 và 2 chương này ứng dụng vi điều khiển Pic thiết kế minh họa một hệ thống điều khiển thiết bị và đọc công tơ từ xa đơn giản truyền thông 2 chiều trên đường dây điện lực. Trang v Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Cuối cùng là những phân tích đánh giá nhằm rút ra kết luận và hướng phát triển của đề tài. Do đây là một đề tài còn mới, được hoàn thành trong một thời gian ngắn và điều kiện tiếp cận để nghiên cứu, cùng với năng lực bản thân còn hạn chế nên có thể chưa đề cập được hết các vấn đề liên quan đến đề tài một cách đầy đủ, sâu sắc và cũng không thể tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình nghiên cứu, trình bày. Kính mong các thầy, cô giáo và các bạn quan tâm đến nội dung của đề tài, góp ý kiến để tôi có điều kiện tiếp thu và phát triển đề tài cũng như bổ xung thêm kiến thức cho bản thân được đầy đủ, đúng đắn và để luận văn của tôi được hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên ngày 30 tháng 08 năm 2010 Người thực hiện Bùi Trọng Tuấn Trang vi Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC Nội dung Trang Thuyết minh luận văn thạc sỹ kỹ thuật i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Lời nói đầu iv Mục lục vii Danh mục các bảng biểu xii Danh mục các hình vẽ xiii Các thuật ngữ viết tắt xiv CHƢƠNG 1 HỆ THỐNG ĐỌC CÔNG TƠ TỰ ĐỘNG TỪ XA AMR (AUTOMATED METER READING SYSTEM) 1 1.1. Tổng quan hệ thống AMR 1 1.1.1. Lịch sử phát triển 1 1.1.1.1. Khái niệm AMR 1 1.1.1.2. Triển khai các hệ thống Smart IMS trên toàn thế giới 2 1.1.2. Kiến trúc chung của AMR 4 1.1.2.1. Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động 4 1.1.2.2. Các yêu cầu cần thiết cho hệ thống AMR 7 1.1.3. Các phần tử chính trong hệ thống AMR 10 1.1.3.1. Công tơ điện tử 10 1.1.3.2. Thiết bị giao tiếp truyền thông (Trong trạm biến áp) 10 1.1.3.3. Môi trƣờng truyền thông. 10 1.1.3.4. Thiết bị giao tiếp truyền thông (Trong trạm biến áp) 10 1.1.3.5. Máy tính với phần mềm điều khiển AMR 11 1.1.4. Lợi ích và những khó khăn khi triển khai công nghệ AMR 11 1.2. Phân loại các hệ thống AMR theo môi trƣờng truyền thông 13 1.2.1. Một số môi trƣờng truyền thông cho AMR 13 1.2.2. Các tiêu chí lựa chọn môi trƣờng truyền thộng cho AMR 14 1.2.2.1. Giá cả 14 1.2.2.2. Độ tin cậy của truyền thông 14 1.2.2.3. Chống can thiệp 14 1.2.2.4. Chống đƣợc ảnh hƣởng gây ra bởi môi trƣờng hay con ngƣời 14 Trang vii Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1.2.2.5 Bảo mật 15 1.2.2.6 Giao tiếp dễ dàng 15 1.2.3. Triển khai AMR dựa trên mạng điện thoại công cộng (PSTN) 15 1.2.3.1. Băng thông của mạng điện thoại 16 1.2.3.2.Thiết bị giao tiếp truyền thông: Modem 16 1.2.3.3. AMR dựa trên PSTN . 16 1.2.3.4. Chia sẻ đƣờng dây thoại cho AMR 17 1.2.3.5. Các yêu cầu chú ý khi xây dựng AMR trên PSTN 17 1.2.4. Triển khai AMR thông qua truy nhập di động GSM 18 1.2.4.1. Kiến trúc mạng GSM 18 1.2.4.2. Trạm di động 19 1.2.4.3. Phân hệ trạm gốc 19 1.2.4.4. Phân hệ mạng 19 1.2.4.5.Giao tiếp truyền thông cho AMR trên GSM 20 1.2.4.6. Lợi ích của việc lắp đặt AMR qua GSM 21 1.2.5. AMR trên kênh vô tuyến công suất thấp (Low power Radio) 21 1.2.5.1. Sơ đồ khối hệ thống AMR dựa trên LPR 21 1.2.5.2. Nguyên lý hoạt động 22 1.2.5.3. Các mô hình hoạt động 22 1.2.5.4. Lợi ích của hệ thống AMR dựa tên LPR 23 1.2.6. AMR trên kênh vô tuyến công suất lớn (High power Radio) 23 1.2.7. AMR qua kênh truyền thông điện lực Power line communications 25 1.2.7.1. Sơ đồ khối cơ bản 25 1.2.7.2. Quá trình thu thập dữ liệu đo. 26 1.3. Hệ thống AMR qua đƣờng dây điện lực hạ thế CollectricTM 27 1.3.1 Giới thiệu Công nghệ 27 1.3.2. Bộ Tập Trung – Concentrator 28 1.3.3 Thiết bị phát từ xa một chiều – RTU 29 1.3.4 Thiết bị đo xa 2 chiều PRTU 30 1.3.5 . Máy tính cầm tay 31 1.3.6. Main Computer 32 1.3.7 Các thiết bị khác 32 1.3.7.1. Thiết bị Khuyếch Đại - Amplifier 32 Trang viii Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1.3.7.2.Thiết bị Điều khiển tải - LC100MM 33 1.3.7.3. Đèn LED hiển thị 6 chữ số 0.1kWh (Lựa chọn). 34 1.3.7.4. Công tơ Điện tử 1 pha - RR1M 34 1.3.7.5.Công tơ Điện tử 3 Pha - RR3M 35 1.3.7.6.Thiết bị Hiển Thị Cầm Tay - Portable Display 36 1.4. Kết luận chƣơng 37 CHƢƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PLC 38 2.1. Lịch sử phát triển công nghệ PLC 38 2.1.1. Khái niệm PLC 38 2.1.2. Một số thành tựu đạt đƣợc của PLC 40 2.1.3. Phân loại công nghệ 41 2.1.3.1. Phân loại theo mức điện áp 41 2.1.3.2. Phân loại theo tốc độ bít 41 2.1.3.3. Phân loai theo phạm vi 42 2.1.3.4. Phân loại theo phƣơng thức điều chế 42 2.2. Nguyên lý cơ bản và sơ đồ khối của HTTT trên đƣờng cáp điện lực. 43 2.2.1. Nguyên lý cơ bản của hệ thống 43 2.2.2. Sơ đồ khối của hệ thống. 44 2.2.2.1. Khối cách ly (Power Line Isolation) 44 2.2.2.2. Khối điều chế tín hiệu (Signal Modulation) 45 2.2.2.3. Khuếch đại của bộ phát và bộ thu (Signal Amplification) 45 2.2.1.4. Khối giải điều chế tín hiệu (Signal Demodulation) 45 2.3. Một số ứng dụng thực tiễn của PLC 45 2.3.1. Ứng dụng trong các HT quản lý, giám sát lƣới điện và đồng hồ. 46 2.3.2. Truyền thông đƣờng dài tốc độ cao 46 2.3.3. Mạng truy cập Internet sử dụng công nghệ PLC 46 2.3.4. Ứng dụng trong gia đình – Intelligent home 47 2.4. Đặc tính kênh truyền đƣờng cáp điện 47 2.4.1. Sự giới hạn băng thông 49 2.4.2. Nhiễu trên đƣờng cáp điện 50 2.4.2.1. Nhiễu tần số 50Hz. 50 2.4.2.2. Nhiễu xung đột biến 50 [...]... 1.20 Công tơ Điện tử 3 Pha - RR3M 35 Hình 1.21 Thiết bị hiển thị cầm tay 36 Hình 2.1 Hệ thống truyền thông tin trên đường dây điện lực 38 Hình 2.2 Truyền thông tin qua đường dây điện 39 Hình 2.3 Ghép và tách tín hiệu ra khỏi đường dây điện 43 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Trang xiv Hình 2.4 Sơ đồ khối của hệ thống 44 Hình 2.5 Ứng dụng PLC trong quản lý điện. .. 1.20 Công tơ Điện tử 3 Pha - RR3M 35 Hình 1.21 Thiết bị hiển thị cầm tay 36 Hình 2.1 Hệ thống truyền thông tin trên đường dây điện lực 38 Hình 2.2 Truyền thông tin qua đường dây điện 39 Hình 2.3 Ghép và tách tín hiệu ra khỏi đường dây điện 43 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Trang xiv Hình 2.4 Sơ đồ khối của hệ thống 44 Hình 2.5 Ứng dụng PLC trong quản lý điện. .. http://www.lrc-tnu.edu.vn Trang 1 CHƢƠNG 1 HỆ THỐNG ĐỌC CÔNG TƠ TỰ ĐỘNG TỪ XA AMR (AUTOMATED METER READING SYSTEM) 1.1 Tổng quan hệ thống AMR 1.1.1 Lịch sử phát triển 1.1.1.1 Khái niệm AMR Hệ thống tự động đọc công tơ (AMR) đề cập đến việc thu thập từ xa các dữ liệu tiêu thụ từ người sử dụng điện với mục tiêu quy hoạch, kiểm soát và giám sát mức tiêu thụ điện của công ty phân phối Hệ thống của AMR cho phép tiết kiệm chi... nhau mà tiện ích không chỉ cho các nhà cung cấp điện, mà còn cho người sử dụng điện Hệ thống AMR hiện đại dựa trên thông tin hai chiều giữa các nhà phân phối và khách hàng của mình AMR có thể được phân loại theo các loại hình công nghệ chức truyền thông. AMR có thể sử dụng đường truyền cho điện thoại , radio, đường điện lực (PLC) 0.4/22 kV, 0,4 / 6 kV hoặc mạng GSM Các hệ thống thông tin liên lạc hai chiều... trong hệ thống AMR 1.1.3.1 Công tơ điện tử Các điều kiện tiên quyết cơ bản quy định chất lượng của hệ thống AMR là khả năng của các công tơ điện tử trong việc thực hiện các giao tiếp điện tử Đa số các công tơ điện tử có cấu tạo dựa trên quá trình truyền thông dưới khuôn dạng quang học giữa một cặp cô lập khối phát và khối thu Vì được ứng dụng với mục đích cụ thể nên công tơ điện tử phải lấy năng lượng từ. .. đại hệ thống có thể cho phép nhận được thông tin hữu ích hơn rất có lợi cho công ty phân phối và cho phép cung cấp dịch vụ bổ sung Công nghệ này được gọi là Smart Integrated Metering System – Hệ thống đo lường tích hợp thông minh (Smart IMS), nhưng ý tưởng cơ bản của phép đo điện từ xa là chung cho cả hai AMR và các hệ thống thông minh 1.1.1.2 Triển khai các hệ thống Smart Integrated Metering System... 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... 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... hiện AMR Các đồng hồ thông minh đo điện, khí đốt và giao tiếp thông qua PLC và GSM / GPRS (Gerwen, 2006) Tại Thụy Điển nghiên cứu đầu tiên liên quan đến AMR bắt đầu vào năm 2001 Năm 2003, để kích thích sự phát triển của công nghệ thông minh, chính phủ Thụy Điển bắt buộc các công ty lưới điện phải có kế hoạch đọc đồng hồ hàng tháng cho tất cả người sử dụng điện trước năm 2009 Kể từ đó, các khoản đầu... các trạm đo đọc và các đồng hồ mục tiêu Loại đầu tiên là AMR nội hạt trong đó cần có một công nhân kỹ thuật đi để đọc chỉ số công tơ với một thiết bị cầm tay Loại thứ 2 là AMR từ xa, trong đó công tơ được điều khiển từ văn phòng trung tâm bằng cách sử dụng modem thích hợp để thu thập dữ liệu từ khoảng cách xa Yếu tố phân biệt đầu tiên của hai loại AMR chính là khả năng truyền thông của công tơ AMR lần . THUẬT CÔNG NGHIỆP  LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG QUA ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN LỰC ỨNG DỤNG CHO HỆ THỐNG ĐỌC CÔNG TƠ ĐIỆN TỪ XA . THUẬT CÔNG NGHIỆP  LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG QUA ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN LỰC ỨNG DỤNG CHO HỆ THỐNG ĐỌC CÔNG TƠ ĐIỆN TỪ XA Ngành: Kỹ thuật điện. công nghệ truyền thông qua đường dây điện lực ứng dụng cho hệ thống đọc công tơ điện từ xa . Đề tài gồm các nội dung chính như sau: Chương 1: Hệ thống tự động đọc công tơ từ xa AMR – Chương này