Hợp tác nghiên cứu thử nghiệm sử dụng đường dây hạ áp phục vụ cho việc xây dựng lưới điện thông minh

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO







BÁO CÁO TỔNG HỢP
KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ NHIỆM VỤ NGHỊ ĐỊNH THƯ
VIỆT NAM-CHLB ĐỨC


HỢP TÁC NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM SỬ DỤNG
ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN HẠ ÁP PHỤC VỤ CHO VIỆC XÂY
DỰNG LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH
MÃ SỐ 07/2009/HĐ-NĐT



Cơ quan chủ trì Nhiệm vụ Trường Đại học Bách khoa Hà nội
Chủ nhiệm Nhiệm vụ TS. Phạm Văn Bình


9495


HÀ NỘI 03/2012

1
THÔNG TIN CHUNG VỀ NHIỆM VỤ

1. Tên Nhiệm vụ: Hợp tác nghiên cứu thử nghiệm sử dụng đường dây điện hạ áp
phục vụ cho việc xây dựng lưới điện thông minh.
2. Thời gian thực hiện: Theo Hợp đồng đã ký kết từ 19/3 /2010 đến 19/3/2012
3. Thuộc Chương trình: Nhiệm vụ HTQT về KHCN theo Nghị định thư Việt
Nam-CHLB Đức
4. Chủ nhiệm Nhiệ
m vụ
Họ và tên: Phạm Văn Bình
Học hàm, học vị: Tiến sỹ
Chuyên môn: Kỹ thuật điện tử
Chức vụ: Trưởng bộ môn Mạch và XLTH – Viện Điện tử Viễn thông .Đại học Bách
khoa Hà nội
Điện thoại cơ quan: 043 8682161
Email:

Địa chỉ cơ quan: 1 Đại Cổ Việt, Hai Bà Trưng, Hà Nội
5. Cơ quan chủ trì Việt Nam
Tên tổ chức chủ trì đề tài: .Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Điện thoại: 04.38692136 Fax: 04.38692006
E-mail:

Website:
Địa chỉ: Số 1 Đại Cồ Việt, Hai Bà Trưng, Hà Nội
Họ và tên thủ trưởng tổ chức: GS Nguyễn Trọng Giảng
Số tài khoản: 931.01062
Ngân hàng: Kho bạc Hai Bà Trưng, Hà Nội
Tên cơ quan chủ quản đề tài: Bộ Giáo dục và Đào tạo

6. Đối tác nước ngoài:
• Họ và tên chủ nhiệm đối tác nước ngoài: Ralf Lehnert
Học hàm, học vị, chuyên môn : Giáo sư, Tiến sỹ.
Chứ
c danh khoa học: Trưởng bộ môn
Điện thoại cơ quan: +49 351 463-33945
Email:


2
• Cơ quan đối tác nước ngoài:
- Khoa Điện tử và kỹ thuật tin học. TU Dresden
Technische Universitaet Dresden, 01062 Dresden. Germany
Điện thoại: +49 351 463-33942
Fax: +49 351 463-37163
Website:
-ELCON Systemtechnik GmbH
Obere Hauptstrasse 10, D-09232 Hartmannsdorf – Germany
Website www.elcon-system.de/

Tel.: +49 (0) 3722 / 7351 - 441
Fax.: +49 (0) 3722 / 7351 – 450

7. Mục tiêu và nội dung của đề tài:
• Nội dung nghiên cứu trong nước:
Nội dung nghiên cứu bao gồm các nội dung chính:
-Nghiên cứu về mạng lưới điện thông minh, vai trò của mạng hạ áp trong
lưới điện thông minh. Lưới điện và mạng lưới điện thông minh tại Việt Nam.
-Nghiên cứu và đo đạc các thông số của mạng hạ áp phục vụ cho việc xây
dự

ng mạng truyền dẫn thông : -các thông số vật lý; -các thông số lớp MAC.
-Lựa chọn giải pháp, thiết kế, và xây dựng thử nghiệm mạng thông tin sử
dụng đường dây hạ áp phục vụ cho việc xây dựng lưới điện thông minh.
• Nội dung và kế hoạch hợp tác với đối tác nước ngoài
-Trao đổi thông tin khoa học và kinh nghiệm của phía bạn trong lĩnh vực
thông tin qua đường dây điện (PLC), đặc biệt là ở
phần xây dựng và phát
triển giao thức mạng.
-Tận dụng một số thiết bị, kinh nghiệm đo đạc và xử lý kết quả của đối tác
nước ngoài để tiến hành đo đạc các thông số đường truyền điện hạ áp.
-Các công cụ mô phỏng phần mềm và thử nghiệm thực tế sẽ được phía
bạn giúp đỡ triệt để.
-Giúp đỡ cách thức, kinh nghiệm ch
ế tạo thử nghiệm các modem.
-Các kết quả nghiên cứu dưới dạng bài báo khoa học hay bằng sáng chế sẽ
được hai bên hợp tác để cùng xuất bản.


3
-Đào tạo, bồi dưỡng cán bộ khoa học trình độ cao tiếp cận với công nghệ tiên
tiến của Đức và thế giới.

KẾT QUẢ CỦA NHIỆM VỤ
Sản phẩm (dạng I, II)
T
T
Tên sản phẩm và
chỉ tiêu chất lượng
chủ yếu
Đơn vị Mức chất lượng

theo kế hoạch
Thực tế đạt
được
1
Hệ thống thử
nghiệm: đo đạc tự
động các thông số
điện của mạng hạ áp
(công xuất tiêu thụ )
và điều khiển đóng
ngắt phụ tải từ xa sử
dụng việc truyền
thông tin qua mạng
hạ áp. Lắp đặt thử
nghiệm trong khu
dân cư nhỏ. Số lượng
10 nút mạng và 1 bộ
tập trung.
Hệ
thống
-Tuân theo chuẩn
CENELEC
-Độ tin cậy cao
-Họat động được
trong điều kiện nhiễu
mạnh.
-Minh chứng cho
các kết quả nghiên cứu,
giải pháp về việc
truyền dẫn thông tin

trên mạng hạ áp phục
vụ cho việc xây dựng
mạng thông minh.
-1 hệ thống, tự
thiết kế và chế tạo:
gồm 1 MS, 10
modem có tích hợp
công tơ và đóng
ngắt ( tự chế t
ạo)
-1 hệ thống
modem băng rộng
16 modem UPA (
cùng với đối tác)
2
Phương pháp đo
các thông số của
mạng hạ áp ảnh
hưởng đến việc
truyền dẫn thông tin
băng hẹp (suy hao,
nhiễu )
Quyển Phương pháp đo,
cách xử lý số liệu.

3
Phương pháp đo
các thông số lớp
mạng, truyền dẫn
thông tin trên mạng

hạ áp (tỷ lệ lỗi )

Quyển Phương pháp đo,
cách xử lý số liệu.




4
Sản phẩm (dạng III)
Yêu cầu khoa học đối với sản phẩm tạo ra (dạng kết quả III)
Tên sản phẩm Số lượng Thực tế đạt được
Ít nhất 2 bài báo đăng tại
Kết quả mới, được đăng ở
các hội thảo, tạp chí
2
• Bài báo 1: Measurement And
Evaluation Of Impulse noise on low
voltage.
Đăng tại: “Tạp chí Khoa học
Công nghệ các Trường Đại học các
Trường Đại học kỹ thuật” số
83/2011
• Bài báo 2: Automatic Meter
Reading with PLC Technology-
Field Trials and Initial
Measurement Results.
Đăng tại: “Tạp chí Khoa học
Công nghệ các Trường Đại học các
Trường Đại học kỹ thuật”s88

Bảng số liệu về các
thông số của mạng điện hạ
áp ảnh hưởng đế truyền dẫn
thông tin trong 1 khu vực
dân cư nhỏ. Số liệu trung
thực, chính xác
01 Bảng số liệu về các thông số của
mạng điện hạ áp ảnh hưởng đế truyền
dẫn thông tin: Trở kháng, suy hao,
nhiễu đo tại khu vực Trạm biến áp
TỪ SƠN 6
Bảng số liệu về các
thông số lớp mạng trong 1
khu vực dân cư nhỏ. Số
liệu trung thực, chính xác
01 Bảng số liệu về các thông số lớp
mạng:
-Băng hẹp: tỷ lệ mất gói, tỷ lệ lỗi
đường lên và đường xuông đo tại
Trạm biến áp 2-TỪ SƠN 8
-Băng rộng: tốc độ đo tại Trạm
biến áp TỪ SƠ
N 2
Phần mềm điều khiển
trung tâm. Lưu trữ và xử lý
các thông tin: công
xuất…Điều khiển đóng ngắt
phụ tải
. 02

-01 chương trình Dùng để đo các
thông số, và thiết lập trạng thái cho
các phần tử mạng, điều khiển đóng
ngắt
-01 chương trình dùng để thu
thập số liệu đo một cách tự động
Hỗ trợ đào tạo sau đại
học trong nước thạc sĩ
0 2.
• Thạc sỹ 1: Đỗ Minh Sơn,
“Thiết kế và cân chỉnh công tơ điện
tử”
Đã bảo vệ tại Trường Đại học
Bách khoa Hà nội
• Học viên cao học 2: Nguyễn


5
Văn Quân, “ điều chế OFDM trong
PLC”
Đang làm luận văn: bảo vệ thạc
sỹ vào tháng 9/2012.


CÁC VĂN BẢN HÀNH CHÍNH TRONG QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN NHIỆM
VỤ
Số TT Số, Thời gian ban
hành
Tên văn bản Ghi chú

1
Số 4-50/BKHCN-
XHTN
Điều chỉnh nội dung, kinh
phí nhiệm vụ hợp tác KHCN
theo nghị định thư
Điều chỉnh số
kinh phí đoàn ra
sang nội dung lắp
đặt, bảo trì, thử
nghiệm thiết bị tại
hiện trường



6

MỤC LỤC
PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG PLC 21
I.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng của truyền thông PLC trên thế giới
21

I.1.1. Phân loại theo băng thông: 22
I.1.2. Phân loại theo mức điện áp lưới 24
I.1.3. Phân loại theo phạm vi lưới 25
I.2. Sự phát triển mạng lưới và nhu cầu ứng dụng công nghệ trong ngành
điện Việt Nam 27

I.2.1. Smart Grid là gì? 27
I.2.2. Tình hình chung 28

I.2.3. Quy mô phát triển lưới điện Việt nam hiện nay 30
I.2.4. Các công nghệ quản lý được sử dụng hiện nay trong ngành điện 31
I.2.5. Thực trạng nghiên cứu phát triển, ứng dụng công nghệ trong ngành điện34
I.2.6. Nhu cầu phát triển mạng SMARGRID ở Việt Nam 37
I.3. Cơ sở phát sinh và ý nghĩa của đề tài 39
I.3.1. Các khó khăn trong nghiên cứu triển khai công nghệ PLC ở trong nước39
I.3.2. Nhiệm vụ đề tài 39
PHẦN II: BÁO CÁO PHƯƠNG PHÁP ĐO LỚP VẬT LÝ 41
II.1. Các thông số lớp vật lý. 41
II.2. Thiết bị đo 41
II.2.1. Máy hiện sóng (Osscilloscope) MSO-19: 42
II.2.2. Máy phân tích phổ GSP-827 44
II.3. Máy phát tần số và đo trở kháng FG-BK 45
II.3.1. Tổng quan về thiết bị máy phát tần số và đo trở kháng FG-BK 45
II.3.2. Sơ đồ nguyên lý: 46
II.3.3. Nguyên tắc hoạt động: 49
II.3.4. Phần mềm điều khiển máy : 49
II.3.5. Hình ảnh thiết bị đã chế tạo 50


7
II.4. Phương pháp đo trở kháng 51

II.4.1. Trở kháng truy nhập: 51
II.4.2. Mô hình đo trở kháng: 51
II.4.3. Xử lý dữ liệu đo 52
II.4.4. Kết quả : 53
II.5. Phương pháp đo nhiễu 54
II.5.1. Phương pháp chung 54
II.5.2. Xử lý thống kê dữ liệu đo nhiễu 58

II.5.3. Đo và xử lý thống kê dữ liệu đo nhiễu xung không có chu ky 61
II.6. Phương pháp đo suy hao 63
II.6.1. Phương pháp đo suy hao và xử lý thống kê dữ liệu đo suy hao 65
II.6.2. Kết quả đo với một số mô hình trong phòng thí nghiệm 66
II.6.3. Kết luận 68
PHẦN III: BÁO CÁO PHƯƠNG PHÁP ĐO LỚP MẠNG 70
III.1. Tổng quan về phương pháp đo thông số lớp IP. 70
III.1.1. Mô tả chung 70
III.1.2. Mô tả kỹ thuật giao diện giữa thiết bị đo và mạng DLC 70
III.1.3. Định nghĩa gói dữ liệu truyền tải qua mạng 71
III.1.4. Các thông số hiệu suất cần đo và mô hình đo 73
III.1.5. Thiết lập mô hình đo 77
III.1.6. Tiến hành đo và ghi kết quả 81
III.2. Phương pháp và hệ thống đo lớp MAC với MODEM băng hẹp 84
III.2.1. Tổng quan hệ thống 84
III.2.2. Mô hình 85
III.2.3. Các chỉ tiêu thông số của hệ thống và mô tả dữ liệu đo 89
III.2.4. Quy trình thao tác dữ liệu trong khảo sát và đo lường lớp MAC 92
III.3. Kết luận chung 95
PHẦN IV: KẾT QUẢ ĐO LỚP VẬT LÝ 96
IV.1. Kết quả đo trở kháng 96
IV.1.1. Kết quả đo tại khu dân cư 96


8
IV.1.2. Kết luận : 100

IV.2. Kết quả đo nhiễu 100
IV.3. Kết quả đo suy hao 106
IV.3.1. Kết luận 109

PHẦN V: KẾT QUẢ ĐO THÔNG SỐ LỚP MẠNG 111
V.1. Kết quả đo thông số băng rộng lớp IP 111
V.1.1. Tiến hành đo và thu thập kết quả 111
V.1.2. Các phép đo kiểm thử trên thực tế với BB – PLC (Broadband – PLC) và
kết quả 117

V.2. Kết quả đo thông số băng hẹp lớp MAC 122
V.2.1. Mô tả vùng thử nghiệm 122
V.2.2. Kết quả đo và phân tích dữ liệu 123
V.2.3. Kết luận 128
PHẦN VI: HỆ THỐNG ĐO ĐẠC CÁC THÔNG SỐ ĐIỆN CỦA MẠNG HẠ ÁP 129
VI.1. Mô tả đặc điểm chức năng và các yêu cầu trong thiết kế hệ thống 129
VI.1.1. Mô tả chung: 129
VI.1.2. Mô tả các khối chức năng hệ thống: 129
VI.1.3. Nhiệm vụ của hệ thống 129
VI.1.4. Cấu hình hệ thống: 130
VI.2. Thiết kế Công tơ điện tử Version1 131
IC STMP01 131
Chíp vi điều khiển PIC 18F2620 134
Thiết kế: 136
VI.3. Thiết kế Modem: 148
VI.3.1. Tổng quan thiết kế chức năng chính: 148
VI.3.2. Phân lớp thiết bị: 149
VI.3.3. Khung dữ liệu giao tiếp giữa các lớp : 149
VI.3.4. Tổng quan IC 7540 152
VI.3.5. Thiết kế phần cứng và firmware: 161
VI.3.6. Giao diện chương trình máy tính: 168


9

VI.4. Chương trình “Thống kê thông số khi truyền dữ liệu” 168

VI.4.1. Kịch bản truyền nhận : 169
VI.4.2. Lưu đồ thuật toán : 170
VI.4.3. Mô tả giao diện sử dụng : 174
VI.5. Thiết kế thiết bị tích hợp công tơ điện tử và Modem 175
VI.5.1. Thông số hệ thống: 175
VI.5.2. Các sơ đồ thiết kế 177
VI.5.3. Các lưu đồ logic hoạt động của thiết bị phần cứng 178
VI.5.4. Phần mềm trên MC 185
VI.5.5. Tổng hợp sản phẩm phần cứng 192
VI.6. Tích hợp hệ thống 194
VI.6.1. Các thành phần hệ thống và sơ đồ khối tổng quan ghép nối thiết bị:. 194
VI.6.2. Thực hiện truyền thông giữa MC và RDC qua giao diện 3G 196
VI.7. Hình ảnh minh họa 197
VI.8. Lắp đặt hệ thống 199
VI.9. Kết luận 203
PHẦN VII: KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ KẾT QUẢ CỦA HỢP TÁC QUỐC TẾ 205
VII.1. Kết luận 205
VII.2. Kiến nghị 205
VII.3. Kết qủa hợp tác 205
VII.4. Một số hình ảnh. 206
TÀI LIỆU THAM KHẢO 208



10
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Ứng dụng PLC băng hẹp cho các ứng dụng trong nhà 23
Hình 1.2: Phân vùng tần số trong PLC băng rộng 24

Hình 1.3: Sơ đồ phân cấp mạng PLC theo mức điện áp 25
Hình 1.4: Sơ đồ mạng PLC trong nhà. 26
Hình 1.5: Mạng điện ngày nay và mạng điện trong tương lai 27
Hình 1.6: Biểu đồ cơ cấu công suất đặt nguồn năm 2009 28
Hình 1.7: Tương quan giữa tăng trưởng nguồn và phụ tải cực đại. 29
Hình 1.8: Biểu đồ tăng trưởng nguồn và sản lượng điện. 29
Hình 2.1: Máy Oscilloscope MSO 19 42
Hình 2.2: Giao diện sử dụng máy Oscilloscope 43
Hình 2.3: Máy phân tích phổ GSP-827 44
Hình 2.4: Giao diện phần mềm lấy dữ liệu từ máy phân tích phổ 45
Hình 2.5: Sơ đồ khối máy phát tần số 45
Hình 2.6: Khối nguồn 46
Hình 2.7: Khối vi điều khiển 47
Hình 2.8: Khối phát tần số 47
Hình 2.9: Khối ổn áp 48
Hình 2.10: Khối lọc 48
Hình 2.11: Khối giao tiếp RS232 49
Hình 2.12: Giao diện người dùng 50
Hình 2.13: Thiết bị phát tần số và đo trở kháng 50
Hình 2.14: Sơ đồ hệ thống đo trở kháng 51
Hình 2.15: Sơ đồ nguyên lý đo trở kháng trên đường điện [17], [18] 52
Hình 2.16: Lưu đồ giải thuật chương trình xử lý dữ liệu đo trở kháng : 53
Hình 2.17: Biến đổi trở kháng theo tần số giờ bận 53
Hình 2.18: Hệ thống đo nhiễu 55
Hình 2.21: Kết quả đo trên oscilloscope 55
Hình 2.22: Kết quả đo trên máy phân tích phổ lấy về máy tính 56
Hình 2.23: Nhiễu nền 56
Hình 2.24: Nhiễu xung có chu kỳ đồng bộ với tần số chính (tải máy tính). 57
Hình 2.25: Nhiễu xung có chu kỳ đồng bộ với tần số chính- miền thời gian 57
Hình 2.26: Nhiễu xung có chu kỳ đồng bộ với tần số chính- miền tần số 58

Hình 2.27: Lưu đồ thuật toán xử lý dữ liệu đo nhiễu 59
Hình 2.28: Nhiễu giờ bận 60
Hình 2.29: Nhiễu giờ rỗi 60
Hình 2.30: Nhiễu đo được tại hộp công tơ 61
Hình 2.31: Nhiễu xung không có chu kỳ 62
Hình 2.32: Giải thuật chương trình xử lý nhiễu xung 63
Hình 2.33: Mô hình đơn giản hóa kênh truyền 64
Hình 2.34: Mô hình mạch đo suy hao 64
Hình 2.35: Suy hao theo tần số [17]. 64
Hình 2.36: Hệ thống đo suy hao 65
Hình 2.37: Lưu đồ giải thuật chương trình xử lý số liệu đo suy hao: 66


11
Hình 2.38: Suy hao qua cuộn dây 200m 66

Hình 2.39: Suy hao với tải là nguồn máy phân tích phổ đặt sau 5m dây 67
Hình 2.40: Suy hao với hệ thống tải trong phòng thí nghiệm 68
Hình 2.41: Suy hao giữa hai hộp công tơ 68
Hình 3.1: Cấu hình đo lường 71
Hình 3.2: Truyền dữ liệu theo đường lên 72
Hình 3.3: Truyền dữ liệu theo đường xuống 73
Hình 3.4: Quy trình đo thời gian truyền tải 74
Hình 3.5: Quy trình đo thông lượng truyền tải đường lên 75
Hình 3.6: Quy trình đo đường xuống 76
Hình 3.7: Cấu trúc gói tin theo giao thức TCP/IP 77
Hình 3.8: Thiết lập kết nối TCP 78
Hình 3.9: Trạng thái kết nối từ “Concentrator” tới “MC” 79
Hình 3.10: Cấu hình điều khiển từ xa 80
Hình 3.11: Thiết lập kết nối điều khiển từ xa 81

Hình 3.12: Thứ tự đo trong trường hợp điểm – điểm 81
Hình 3.13: Thứ tự đo trong trường hợp song song 82
Hình 3.14: Cấu trúc mạng đo lường hệ thống 84
Hình 3.15: Quy trình gửi gói tin đo 85
Hình 3.16: Cấu hình đo của hệ thống băng hẹp 86
Hình 3.17: Sơ đồ khối thiết bị MS 87
Hình 3.18: Sơ đồ khối thiết bị SL 88
Hình 3.19: Chức năng phần mềm của RDC 89
Hình 3.20: Sơ đồ trình tự và chức năng thao tác dữ liệu đo 92
Hình 3.21: Giao diện thực hiện chức năng bước 1 94
Hình 3.22: Giao diện thực hiện chức năng bước 2 94
Hình 4.1: Sơ đồ vị trí các điểm đo tại khu dân cư thuộc Trạm biến áp Từ Sơn 6 96
Hình 4.2: Biến đổi trở kháng theo tần số tại vị trí A ( 20-21 giờ ngày 18/5/2011)96
Hình 4.3: Biến đổi trở kháng theo tần số tại vị trí A ( 13-14 giờ ngày 18/5/2011)97
Hình 4.4: Biến đổi trở kháng theo tần số tại vị trí B ( 20-21 giờ ngày 20/5/2011)97
Hình 4.5: Biến đổi trở kháng theo tần số tại vị trí B ( 13-14 giờ ngày 20/5/2011)98
Hình 4.6: Biến đổi trở kháng theo tần số tại vị trí C ( 20-21 giờ ngày 25/5/2011)98
Hình 4.7: Biến đổi trở kháng theo tần số tại vị trí C ( 13-14 giờ ngày 25/5/2011)99
Hình 4.8: Trở kháng tại hộp công tơ C tại Bắc Ninh (14-15 giờ ngày 27/5/2011 )99
Hình 4.9: Nhiễu tại địa điểm A (20 – 21 giờ ngày 18/5/2011) 100
Hình 4.10: Nhiễu tại địa điểm A ( 13 – 14 giờ ngày 18/5/2011) 101
Hình 4.11: Nhiễu tại địa điểm B (13 – 14 giờ ngày 20/5/2011) 101
Hình 4.12: Nhiễu tại địa điểm B (20 – 21 giờ ngày 20/5/2011) 102
Hình 4.13: Nhiễu tại địa điểm C( 20 – 21 giờ ngày 25/5/2011) 102
Hình 4.14: Nhiễu tại địa điểm C (13 – 14 giờ ngày 25/5/2011) 103
Hình 4.15: Nhiễu đo được tại hộp công tơ C tại Bắc Ninh (14-15 giờ ngày
27/5/2011 ) 103

Hình 4.18: Phân bố xác suất độ rộng nhiễu xung & mô hình 104
Hình 4.19: Phân bố tích lũy độ rộng xung 104

12
Hình 4.20: Phân bố xác suất biên độ nhiễu xung & mô hình 105

Hình 4.21: Phân bố tích luỹ biên độ nhiễu xung 105
Hình 4.22: Phân phối xác suất biên độ nhiễu 105
Hình 4.23: Cấu hình đo suy hao cuộn dây 200m 106
Hình 4.24 : Suy hao qua cuộn dây 200m 107
Hình 4.25: Suy hao với hệ thống tải trong phòng thí nghiệm 107
Hình 4.27: Suy hao giữa 2 điểm A – B ( 13-14 giờ ngày 25/5/2011) 108
Hình 4.28: Suy hao giữa 2 điểm A – B ( 20-21 giờ ngày 25/5/2011) 108
Hình 4.29: Suy hao giữa 2 điểm A – C ( 13-14 giờ ngày 26/5/2011) 108
Hình 4.30: Hệ thống đo suy hao thực hiện tại Bắc Ninh 109
Hình 4.31: Suy hao giữa hai hộp công tơ tại Bắc Ninh 109
Hình 4.32: Hình ảnh đo các thông số vật lý và thu thập số liệu tại hiện trường 110
Hình 5.1: Sơ đồ lắp đặt đặt , vị trí các phần tử và khoảng cách giữa chúng 111
Hình 5.3: Giao diện điều khiển chính tại “MC” 114
Hình 5.4: Đồ thị Tốc độ dữ liệu vs. Thời gian của một vòng chạy 118
Hình 5.5: Tốc độ dữ liệu trung bình trong mỗi vòng chạy vs. Số vòng chạy 119
Hình 5.6: Tốc độ dữ liệu trung bình vs. Thời gian trong ngày 120
Hình 5.6a: Tốc độ dữ liệu đường xuống MC->TD2 theo các giờ theo ngày 120
Hình 5.7: Tốc độ dữ liệu trung bình và khoảng cách từ “TD” tới “MC” vs. Số
lượng “TD” – Chế độ tải xuống riêng lẻ 121

Hình 5.8: Tốc độ dữ liệu trung bình và khoảng cách từ “TD” tới “MC” vs Số
lượng “TD” – chế độ tải lên riêng lẻ 121

Hình 5.9: Tỷ lệ mất gói của SL03 so với các SL02,SL04,SL05 123
Hình 5.10:Tỷ lệ mất gói của SL08 và SL10 123

Hình 5.11: Tỷ lệ % mất gói tại SL02, SL04, SL05 124
Hình 5.12: Kết quả trung bình tỷ lệ % mất gói của SL09 và SL10 124
Hình 5.13: Tỷ lệ % mất gói của các SL 125
Hình 5.14: Trung bình tỷ lệ % mất gói của SL03 và công suất tại tủ công tơ 125
Hình 5.15: Tỷ lệ % mất gói SL06 với Công xuất tại công tơ 126
Hình 5.16: Sự phụ thuộc theo thời gian của công suất các nhánh 126
Hình 5.17: Tỷ lệ % mất gói trung bình của SL05 với công suất trung bình 127
Hình 5.18: Tỷ lệ % mất gói trung bình của SL08 , SL10 và công suất trung bình127
Hình 5.19: Tỷ lệ % mất gói trung bình của SL04 theo các ngày. 128
Hình 5.20: Công suất tiêu thụ tại SL04 trong các ngày 24/3-31/3 128
Hình 6.1: Sơ đồ hệ thống 129
Hình 6.2: Cấu hình hệ thống 130
Hình 6.3: Các modul hệ thống đo lường 131
Hình 6.4: Sơ đồ khối STPM01 131
Hình 6.5: Sơ đồ chân của IC STPM01 132
Hình 6.6: Các thanh ghi của IC STPM01 134
Hình 6.7: Sơ đồ khối chức năng của IC Pic 18f2620 136
Hình 6.8: Các khối chức năng của thiết bị và ghép nối 137
Hình 6.9: Thiết kế nguyên lý khối vi xử lí trung tâm PIC 18F2620 138
Hình 6.10: Hoạt động của khối VXL 139


13
Hình 6.11: Sơ đồ thiết kế nguyên lý của khối đo lường STM01 140

Hình 6.12: Lưu đồ thuật toán ghép nối vi xử lí với STPM 01 141
Hình 6.13: Lưu đồ thuật toán ghép nối PC qua RS232 142
Hình 6.14: Chương trình điều khiển calib 143
Hình 6.15: Sơ đồ nguyên lý mạch phím bấm 143
Hình 6.16: Lưu đồ thuật toán thực hiện khối phím bấm 144

Hình 6.17: Lưu đồ thuật toán thực hiện hiển thị lên LCD 145
Hình 6.18: Hình ảnh panel mạch điện của công tơ điện tử V01 146
Hình 6.19: Sơ đồ mạch nguyên ly công tơ điện 147
Hình 6.20: Sơ đồ mạch in PCB của công tơ điện tử 148
Hình 6.21: Kiến trúc chức năng của hệ thống 148
Hình 6.22: Cấu trúc khung dữ liệu cơ bản 150
Hình 6.23: Mô tả chi tiết khung dữ liệu lớp MAC 151
Hình 6.24: Hình vẽ khung giao tiếp giữa các phần tử mạng 152
Hình 6.25 : Sơ đồ truyền dẫn gói tin trong PLC 152
Hình 6.26: Sơ đồ khối ST 7540 153
Hình 6.27: Giao tiếp IC ST7540 với vi điều khiển chủ 155
Hình 6.28: Thu và phát đồng bộ. 156
Hình 6.29: Quá trình nhận dữ liệu - truyền dữ liệu - nhận dữ liệu 156
Hình 6.30 : Quá trình thu dữ liệu - đọc thanh ghi điều khiển - thu dữ liệu 156
Hình 6.31: Quá trình thu dữ liệu - ghi thanh ghi điều khiển - thu dữ liệu 157
Hình 6.32: Quá trình truyền dữ liệu - đọc thanh ghi điều khỉển - thu dữ liệu 157
Hình 6.33: Quá trình truyền dữ liệu - ghi thanh ghi điều khiển - thu dữ liệu 157
Hình 6.34: Biểu đồ thời gian CD_PD trong phiên nhận 158
Hình 6.35: Sơ đồ khối phần thu 158
Hình 6.36: Sơ đồ khối khối phát 159
Hình 6.37: Lưu đồ thuật toán tổng quát trên vi điều khiển 162
Hình 6.38: Lưu đồ thuật toán nhận dữ liệu từ PC 163
Hình 6.39 : Lưu đồ thuật toán truyền dữ liệu lên PC 163
Hình 6.40: Lưu đồ thuật toán đọc thanh ghi ST7540 165
Hình 6.41: Lưu đồ thuật toán ghi thanh ghi ST7540 166
Hình 6.42: Lưu đồ thuật toán truyền dữ liệu lên đường điện 167
Hình 6.43: Form cấu hình thanh ghi IC ST7538/7540 168
Hình 6.45: Form cấu hình địa chỉ 168
Hình 6.46 : Lưu đồ thuật toán truyền dữ liệu từ PC xuống Modem 170
Hình 6.47: Lưu đồ thuật toán nhận dữ liệu đối với Master 171

Hình 6.48: Lưu đồ thuật toán xử lý đối với Master 172
Hình 6.49: Lưu đồ thuật toán với Slave 173
Hình 6.50: Giao diện quản lý và đo lường với các Slave 174
Hình 6.51: Giao diện quản lý và đo lường trên Master 175
Hình 6.52a: Sơ Đồ thị kết quả thực nghiệm sự phụ thuộc của tỷ lê mất gói đối với
tốc độ baud , tần sô và độ di tần 176

Hình 6.52: Thiết kế sơ đồ mạch nguyên lý 177
Hình 6.53: Hình ảnh bo mạch và linh kiện 177


14
Hình 6.54: Sơ đồ khối chức năng Slave 178

Hình 6.55: Chức năng MDRX_SLAVE 178
Hình 6.56: Chức năng REPEATER 179
Hình 6.57: Chức năng MDRX_ REPEATER 179
Hình 6.58: Chức năng SERVER MODULE 180
Hình 6.59: Chức năng RSRX_PROC 181
Hình 6.60 :Chức năng RS_TX 181
Hình 6.61: Chức năng MDRX_PRE 182
Hình 6.62: Chức năng MDRX_ MASTER 182
Hình 6.63: Chức năng MASTER_POOL 183
Hình 6.64: Chức năng MASTER_ TIMER 184
Hình 6.65: Chức năng MDTX_MANAGER 185
Hình 6.66: Lưu đồ hoạt động của phần mềm trên PC 186
Hình 6.67: Giao diện phần mềm giao tiếp giữa PC và MS 186
Hình 6.68: Lưu đồ thuật toán phần mềm đo tự động 189
Hình 6.69: Lưu đồ thuật toán chi tiết chức năng Ping 190
Hình 6.70: Hoạt động của Timer với chức năng hệ thống 191

Hình 6.71: Hình ảnh 10 Modul Slaver 192
Hình 6.72: Đường dây ghép nối công tơ điện tử vào mạng điện 193
Hình 6.73: Các led hiển thị trên Slave 193
Hình 6.74: Hình ảnh thiết bị Master 194
Hình 6.75: Sơ đồ khối hệ thống đo lường 195
Hình 6.76: Hình ảnh các thiết bị trong hệ thống kiểm chuẩn công tơ điện tử 198
Hình 6.77: modem Ver1 tích hợp công tơ 198
Hình 6.78: Bo mạch modem Ver2 có tich hợp công tơ 199
Hình 6.79: Mười SL :modem Ver2 tích hợp công tơ 199
Hình 6.80: Sơ đồ lắp đặt thiết bị 200
Hình 6.81: Trạm biến áp 2 khu dân cư Từ Sơn 8 201
Hình 6.82: Thiết bị modem Master và máy tính công nghiệp làm MC 201
Hình 6.83: Lắp đặt tủ gồm thiết bị Master và MC lên trạm biến áp 202
Hình 6.84: Lắp đặt modem SL vào trong tủ điện 202
Hình 6.85: Đoàn kiểm tra hội đồng cơ sở tại hiện trường thử nghiệm Từ Sơn 2203
Hình 7.1: Đoàn làm việc của CHLB-Đức tại công ty điện lực Từ sơn –Bắc ninh206
Hình 7.2: Thiết bị modem băng rộng 206
Hình 7.3: Hộp thiết bị Modem băng rộng được trên trên cột tại Từ sơn – Bắc
ninh 207




15
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng1.1: Lược sử phát triển ứng dụng và công nghệ 21
Bảng1.2 Băng tần PLC băng hẹp theo chuẩn CENELEC [4] 22
Bảng1.3: Khối lượng đường dây cao áp và tổng dung lượng các MBA toàn quốc 30
Bảng2.1: Bảng số liệu đo giờ rỗi 54
Bảng2.2: Cấu trúc file dữ liệu đo suy hao 65

Bảng3.1: Nội dung các trường của gói tin 77
Bảng3.2: Cấu hình IP cho các thiết bị 78
Bảng3.3: Cấu hình IP cho kết nối từ xa 80
Bảng3.4: Bảng mẫu kết quả đo 83
Bảng3.5: Danh sách các phép đo và kết quả 83
Bảng3.6: Bảng thông số hệ thống 89
Bảng3.7: Bảng giá trị khởi đầu trong hệ thống đo 91
Bảng5.1: Bảng liệt kê khoảng cách giữa các thiết bị và đặc điểm dây dẫn điện lực 122
Bảng6.1 : Mô tả chân STPM01 132
Bảng6.2 :Bảng bố trí chân giao tiếp giữa STMP01 và Vi điều khiển 138
Bảng6.3 : Bảng mô tả khung dữ liệu trao đổi giữa hai module 150
Bảng6.4: Bảng mô tả các lệnh sử dụng trong giao tiếp. 150
Bảng6.5 :Bảng mô tả 151
Bảng6.6: Mô tả chi tiết cho MSGTYP. 151
Bảng6.7: Mô tả khung dữ liệu giao tiếp giữa các phần tử mạng 152
Bảng6.8: Một số chân quan trọng được sử dụng 154
Bảng6.9: Chế độ làm việc và tín hiệu chân của IC 7540: 155
Bảng6.10 : Cấu hình thanh ghi điều khiển ST7540 159
Bảng6.11 :Bảng chú thích thuật ngữ trên giao diện 174
Bảng6.12 : Bảng chú thích thuật ngữ trên giao diện 175
Bảng6.13: Giải thích sơ đồ trên: 178
Bảng6.14 :Giải thích sơ đồ khối: 195
Bảng6.15 :Bảng phân phối SL trong các cụm: 200
Bảng6.16: Bảng liệt kê các khoảng cách truyền tin: 200



16
THUẬT NGỮ TIẾNG ANH

Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt
3G Third Generation Thế hệ mạng thứ 3
AC/DC
Alternating
Current/Direct
Current
Dòng điện xoay chiều/một chiều
ACK Acknowledge Gói tin xác thực gửi thành công
ADSL
Asymmetric Digital
Subscriber Line
Đường dây thuê bao số bất đối xứng
ASK
Amplitude Shift
Keying
Kỹ thuật điều chế dời biên
BPSK
Binary Phase Shift
Keying
Khóa dịch pha nhị phân
BS Base Station Trạm gốc
DL Down Link Đường xuống
DLC
Distribution Line
Carrier
Đường dây tải điện
FSK
Frequency Shift
Keying
Kỹ thuật điều chế khóa dịch tần

GPIB
General Purpose
Interface Bus
Chuẩn kết nối các máy tính
HL High Load Tải cao
HTML
HyperText Markup
Language
Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản
ICMP
Internetwork
Control Message
Protocol
Gói tin ICMP xác thực việc gửi đi không
thành công
IP Internet Protocol Giao thức mạng
LCD
Liquid Crystal
Display
Màn hình tinh thể lỏng
LED
Light Emitting
Diode
Điot phát quang
LL Low Load Tải thấp
MAC
Media Access
control
Điều khiển truy nhập môi trường
MC

Measurement
Computer
Máy đo


17
MS Master
Thiết bị modem làm nhiệm vụ quản lý
truy nhập
MySQL
My Structured
Query Language
Hệ quản trị cơ sở dữ liệu mã nguồn mở
OFDM
Orthogonal
Frequency Division
Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo tần số trực
giao
PC Personal Computer Máy tính cá nhân
PLC
Power Line
Communication
Giao tiếp trên đường dây điện lực
PLC LAN
Power Line
Communication
Local Area Network
Mạng PLC trong nhà
PLC LV PLC Low Voltage Mạng PLC điện áp thấp

PHP
PHP: Hypertext
Preprocessor
Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản
RC Remote Computer Thiết bị điều khiển từ xa
RDC
Remote Data
Computer
Thiết bị máy tính thu thập dữ liệu từ xa
RFC
Request for
Comments
Đề nghị duyệt thảo và bình luận
RTT Round Trip Time
Thời gian gói tin đi từ nguồn đến đích và
trở lại nguồn
SCADA
Supervisory
Control and Data
Acquisition
Hệ thống giám sát điều khiển và thu thập
xử lý dữ liệu
SL Slave Thiết bị modem và công tơ
SNR Signal Noise Ratio Tỷ số công suất tín hiệu trên tạp âm
TCP
Transmission
Control Protocol
Giao thức điều khiển truyền vận
TD Terminal Device Thiết bị đầu cuối
UL Up Link Đường lên

UMTS
Universal Mobile
Telecommunications
System
Hệ thống viễn thông di động toàn cầu


18
LỜI NÓI ĐẦU

Việc nghiên cứu PLC đã được nhiều nước quan tâm nhưng kết quả còn hạn
chế, đặc biệt là việc chống nhiễu và suy hao lớn. Mạng lưới điện hạ áp được bao
phủ đến từng hộ gia đình, từng thiết bị tiêu thụ điện năng, nên việc dùng mạng lưới
phân phối điện hạ áp này làm mạng truyền dẫn thông tin (PLC- power line
communication) có nhiều ưu đi
ểm: không tốn tiền của và công sức để xây dựng
mạng lưới đường dây, việc truyền dẫn thông tin ít phụ thuộc vào thời tiết, vật che
chắn. Do vậy việc nghiên cứu và triển khai các ứng dụng PLC (power line
communication) đã và đang được quan tâm trên thế giới, cũng như tại Việt Nam. Có
thể kể ra hàng loạt các ứng dụng của mạng PLC: Xây dựng mạng lưới điện thông
minh, thiêt kế nhà thông minh, v.v. (các ứng d
ụng băng thông hẹp), và truy nhập
internet, truyền tải multimedia (các ứng dụng băng thông rộng).
Một trong các ứng dụng phổ biến PLC là dùng phục vụ xây dựng lưới điện
thông minh nhằm giải quyết vấn đề năng lượng nói chung và năng lượng điện nói
riêng. Vấn đề này đang ngày càng được quan tâm trên thế giới, và càng trở nên đặc
biệt cấp thiết ở những nước đang phát triển
đang trong giai đoạn công nghiệp hóa
như Việt Nam. Câu hỏi đặt ra là làm thế nào để quản lý lưới điện tối ưu nhất sao
cho vừa đảm bảo được an ninh năng lượng, vừa giảm chi phí, tổn thất điện năng,

vừa có thể tiếp nhận được nhiều nguồn cung cấp điện lưới khác nhau (năng lượng
mặt trời, sức gió, v.v.) theo cơ chế phân tán và đồ
ng thời có thể cung cấp điện một
cách thông minh, linh hoạt tới người tiêu dùng. Khái niệm lưới điện thông minh
(smart grid) đã được dùng để mô tả một hệ thống điện có khả năng giải quyết được
câu hỏi nêu trên.
Ngày nay, lưới điện thông minh đã trở thành một xu hướng tất yếu trong xã
hội hiện đại nhằm thay thế hệ thống lưới điện cũ
kỹ lạc hậu đã được xây dựng trên
cơ sở công nghệ của hàng thế kỷ trước.
Việt Nam đã triển khai thử nghiệm hệ thống công tơ điện tử đo lường tự
động dùng PLC tại Tuyên Quang, Bắc Ninh vào năm 2004 với công nghệ nhập của
Israel, nhưng đến nay không còn hoạt động. Hiện nay PLC đang được triển khai thử
nghiệm tại một số
điểm ở phía nam như Đồng Nai, do công ty Vegastar thực hiện,
nhưng gặp một số vấn đề như phải sử dụng nhiều bộ lặp (repeater) do suy hao trên
đường tuyền lớn…. Có một số đề tài đã được thực hiện tại Việt Nam như: chế tạo
công tơ điện tử do Học viện Điện lực thực hiện…, những đề tài này chưa
đi sâu
nghiên cứu việc xây dựng hệ thống truyền thông PLC. Gần đây, năm 2005 có đề tài
cấp nhà nước KC.03-11 “Nghiên cứu thiết kế chế tạo các SCADA phục vụ cho
ngành năng lượng” do PGS. Nguyễn Trọng Quế làm chủ nhiệm. Đề tài này đã
nghiên cứu, thiết kế sản xuất các RTU và bộ tập trung sử dụng kỹ thuật FSK, tần số


19
sóng mang 113kz, cho phép tốc độ dữ liệu thấp, cơ chế mạng Master- Slave, cơ chế
lớp MAC không có khả năng ước lượng và tự điều chỉnh theo chất lượng kênh
truyền, vì những lý do chủ quan và khách quan nên các kết quả của đề tài chưa
được thấy được triển khai rộng rãi trong thực tế.

Lưới điện thông minh chỉ có thể được xây dựng dựa trên sự phát triển công
nghệ
của rất nhiều lĩnh vực khác nhau, trong đó có thiết kế các công tơ điện, các
thiết bị điều khiển điện thông minh, và phân tích, thiết kế hệ thống thông tin qua
đường dây điện. Hiện nay trên thế giới các nước lớn như Mỹ, Trung Quốc và châu
Âu đều có kế hoạch phát triển lưới điện thông minh. Nơi đầu tiên triển khai lưới
điện thông minh là ở Italy theo dự án Telegestore. Ngoài ra các thành phố
ở Mỹ như
Austin, Boulder đều đang trong quá trình chuyển đổi.
Hiện nay, tại Châu Âu đang có dự án đến năm 2015 sẽ xây dựng mạng điện
thông minh toàn khối EU. Để nghiên cứu và chuẩn hóa cho việc truyền thông trên
mạng điện (PLC), Liên minh châu âu tài trợ cho OPERA (Open PLC European
Research Alliance). TU Dresden và GS Ralf Lehnert đã, đang chủ trì và hoàn thành
nhiều dự án của OPERA. Ngay cả trên thế giới thì việc thiết kế và xây dựng một
mạng thông tin qua đường dây điện vẫ
n còn nhiều vấn đề chưa được giải quyết trọn
vẹn. Tuy đã có những chuẩn và những bộ giao thức truyền thông qua đường dây
điện (cả băng rộng lẫn băng hẹp) và có những chip xử lí tín hiệu được xây dựng trên
các chuẩn này, đồng thời cũng có các mô hình mạng khác nhau, nhưng việc thiết kế
và xây dựng chúng trên thực tế vẫn phụ thuộc rất nhiều vào đặc tính củ
a mạng
đường dây điện, vào khoảng cách, vào số lượng và vị trí các nút mạng, v.v. Do vậy,
sự hợp tác giữa kinh nghiệm và kiến thức của đối tác nước ngoài về các tiêu chuẩn
và bộ giao thức, cùng với khả năng phân tích và tìm hiểu thực tế hệ thống điện Việt
Nam là rất cần thiết để xây dựng và phát triển nền tảng công nghệ cho hệ thống
thông tin nhằm phục vụ cho l
ưới điện thông minh sau này sao cho phù hợp với môi
trường truyền dẫn trên mạng điện hạ áp tại Việt Nam.
Mục đích của đề tài nhằm nghiên cứu truyền dẫn PLC băng hẹp, lưới điện
ngoài trời cho ứng dụng để xây dựng mạng Smart Grid, trên lưới điện hạ áp tại Việt

nam. Hệ thống ứng dụng PLC gồm: Truyền dẫn, Thu thập thông số, Xử
lý. Đề tài
thực hiện các nhiệm vụ:
- Đo đạc các thông số vật lý: nghiên cứu phương pháp đo, đánh giá sự ảnh
hưởng đến việc truyền dẫn của hệ thống, cách thức xây dựng hệ thống.
- Trên cơ sở các phân tích trên, xây dựng một hệ thống (mẫu) thực hiện
mạng SmartGrid và thử nghiệm đánh giá việc sử dụng PLC tại Việt nam.
Trong phạm vi hợp tác với nước ngoài, nhiệm vụ cụ thể của từng bên là như sau:
- Đức xây dựng hệ thống modem băng rộng đo đạc đánh giá khả năng
truyền dẫn tại lưới Việt Nam.


20
- Việt nam thực hiện hệ thống SmartGrid trên băng hẹp.
Hai bên phối hợp nhau để thực hiện và trao đổi thông tin, kết quả, hệ thống, đánh giá.
Qua việc hợp tác chung, hai bên đã tổ chức nhiều đoàn tham quan học tập,
chia sẻ kết quả, thông tin công nghệ và hỗ trợ lẫn nhau trong từng công việc cụ thể.
Việc hợp tác sâu sắc đã đem lại hiệu quả khoa học và mối quan hệ tốt đẹp giữa hai
trường đại học BKHN – Việt nam với TUD – CHLB Đức.




21
PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG PLC
I.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng của truyền thông PLC trên thế
giới
Hiện nay lĩnh vực truyền thông đang rất phát triển, ngoài các phương tiện truyền
dẫn như cáp quang, cáp đồng trục, wireless thì việc sử dụng dây tải điện cũng là
một phương tiện truyền dẫn không kém phần hiệu quả. Công nghệ truyền thông

PLC (Power Line Communication) là công nghệ sử dụng mạng lưới đường dây
cung cấp điện năng cho mục đích truyền tải thông tin nhằm tiết kiệm chi phí
đầu tư.
Với công nghệ này mỗi hộ sử dụng đều có thể kết nối ở bất kỳ thời điểm nào và các
dịch vụ được cung cấp dưới dạng thời gian thực, tính kinh tế cao thể hiện ở chỗ nó
tận dụng được cơ sở hạ tầng sẵn có là đường dây điện lực. Công nghệ này tuy còn
mới mẻ với khách hàng nhưng thự
c ra đã được sử dụng từ đầu thế kỷ 20, cho các
mục đích truyền thông tin của nội bộ ngành Điện. Nghiên cứu ban đầu tập trung
nhằm cung cấp các dịch vụ liên quan đến phân phối điện như quản lý tải, giá trị
máy đo, quản lý thuế. Ví dụ như hệ thống CFS (Carrier Frequency System), sử
dụng máy phát 10W để truyền thông tin bảo vệ, đo đạc trên đường dây cao thế
với
khoảng cách lên tới 500km, hay hệ thống RSC (Ripple Carrier Signalling) sử dụng
trong quản lý tải của hệ thống truyền tải điện hạ thế và trung thế. Hay hiện nay,
công nghệ PLC được sử dụng cho các ứng dụng trong nhà như hệ thống giám sát,
cảnh báo, tự động hóa, điều khiển từ xa và căn hộ thông minh Các dịch vụ giá trị
gia tăng này đã mở ra các thị trường mới cho các dị
ch vụ điện năng và do đó gia
tăng lợi nhuận. Trong những năm qua việc sử dụng Internet gia tăng, nếu có thể
cung cấp phương tiện truyền thông mạng qua đường dây điện kiểu này thì các nhà
cung cấp điện cũng có thể trở thành các nhà cung cấp dịch vụ truyền thông, một thị
trường đang phát triển nhanh chóng. Hiện nay các ứng dụng liên quan đến điện có
tốc độ
bit thấp và không cần ứng dụng thời gian thực, trong khi đó truyền thông
mạng đòi hỏi tốc độ bit cao và trong một số trường hợp cần phải có phản hồi thời
gian thực ( như Video và TV). Điều này khiến cho việc thiết kế hệ thống truyền
thông trở nên phức tạp nhưng cũng là mục tiêu của nhiều nhà nghiên cứu trong
những năm qua.
Lược trình lịch sử phát triể

n của PLC thể hiện ở bảng tóm tắt sau thể hiện lược
sử phát tiển của công nghệ PLC [11]:
Bảng 1.1: Lược sử phát triển ứng dụng và công nghệ

Thời gian
Đặc điểm kỹ Ứng dụng
1950s
- Thông tin một chiều.
- Sử dụng tần số thấp.
Truyền tín hiệu điều khiển
1980s
- Thông tin một chiều.
- Tần số từ 5-500 kHz.
Hệ thống SCADA (Superisory
Control and Data Acquisition)


22
1990s
- Thông tin hai chiều.
- Giảm tạp âm.

1997
- Tần số từ 1-30 MHz.
- Tốc độ bit 1 Mbps.
Đường dây điện số được phát triển bởi
Norweb .
-Dịch vụ Internet tốc độ cao tới
1Mbps .
-Dịch vụ quản lý năng lượng.

2002
- Tốc độ 14 Mbps chuẩn
HomePlug phiên bản 1.0; tháng
12 năm 2001 .
- Tốc độ 45 Mbps (sản phẩm
của DS2).
-Dịch vụ quản lý năng lượng .
-Inhouse Networking .
-Dịch vụ Internet băng rộng .
-Phần truy nhập trong mạng số liệu
tốc độ cao.

Để phát triển công nghệ PLC, Công nghệ PLC có thể phân loại theo một số
cách như sau:
I.1.1. Phân loại theo băng thông:
PLC băng hẹp [2]:
Ứng dụng trong các lĩnh vực có yêu cầu tốc độ bit thấp như các ứng dụng
liên quan đến quản lý điện năng (bảo vệ khoảng cách, truyền dữ liệu đo đếm công
tơ, quản lý công suất…) và tự động hoá trong gia dụng (điều khiển các thiết bị điện
như đèn chiếu sáng, điều hoà, cửa …, giám sát an ninh như cảnh báo khói, đột
nh
ập…). Khoảng cách tối đa giữa hai modem PLC khoảng 1km với các ứng dụng
gia dụng và 100km với quản lý điện năng (sử dụng các máy thu phát công suất cao
từ 10-80W).
PLC băng hẹp sử dụng kỹ thuật điều chế ASK, BPSK, FSK và OFDM [3].
Tuy nhiên, kỹ thuật điều chế khoá dịch biên FSK được sử dụng phổ biến hơn cả [4].
Dải tần của PLC băng hẹp được quy đị
nh từ 3KHz đến 148,5 KHz [5] (tiêu chuẩn
châu Âu CENELEC EN 50065 [6]) và 3KHz đến 450KHz (theo tiêu chuẩn Mỹ và
Nhật) [2].

Bảng 1.2 Băng tần PLC băng hẹp theo chuẩn CENELEC [4].
Băng
tần
Khoảng tần
số
(kHZ)
Biên độ cực
đại của tín hiệu
(V)
Ứng dụng
3 – 9
Dành cho các nhà phân phối
điện
A 9 – 95 10 Dành cho các nhà cung cấp điện


23
B 95 – 125 1,2 Dành cho người sử dụng
C 125 – 140 1,2 Dành cho người sử dụng
D
140 –
148,5
1,2
Dành cho người sử dụng

Hình 1.1: Ứng dụng PLC băng hẹp cho các ứng dụng trong nhà
PLC băng rộng [7]:
Vì dải tần được quy định bởi CENELEC chỉ cho phép truyền dẫn ở tốc độ
tương đối thấp, các nghiên cứu cho dải tần cao đang được thực hiện. Vấn đề chính
của dải tần này là tín hiệu tần số cao đặt trên dây dẫn sẽ suy hao lớn. Dải tần MHz

cũng xung đột với tấn số dùng cho các dịch vụ khác chẳng hạn như an ninh, đi
ều
khiển không lưu, các dịch vụ phát thanh quảng bá, dịch vụ quảng cáo khác… Đó là
lý do tại sao cần phải đề ra các quy định thống nhất. Hiện nay dải tần từ 1 - 10 MHz
được dùng cho các ứng dụng ngoài nhà (Outdoor), còn dải tần từ 10 – 30 MHz được
dành cho các ứng dụng trong nhà (Inhouse).
Hiện nay một số hãng phát triển công nghệ (Mitsubishi, DS2, Main.net) đề
nghị phân chia băng tần 0 – 30 MHz làm 3 đoạn dùng cho 4 liên kết (4 link) ( Hình
1.2).
Trong đó link 1 hoặc link 4 được dùng cho truyền thông giữ
a thiết bị tập
trung (tại trạm biến áp – HE) và bộ lặp (Repeater); link 2 dùng cho các dịch vụ
mạng gia đình; link 3 dùng cho mục đích dự trữ. Thực tế Mitsubishi và DS2 đã cho
thương mại sản phẩm Modem PLC 45Mbit/s, trong đó băng thông cho đường lên


24
(Up) là 18Mbit/s (24Mbit/s cho link 4); đường xuống (DOWN) là 27 Mbit/s (18
Mbit/s cho link 4). Tuy nhiên những đề nghị này chưa được xem xét thành chuẩn
chung.


Hình 1.2: Phân vùng tần số trong PLC băng rộng.
I.1.2. Phân loại theo mức điện áp lưới
- Lưới điện cao thế (110-500kV) [8]: kết nối các nhà máy điện với các
khách hàng lớn, các khu vực tiêu thụ điện năng với đường truyền tải dài
từ vài chục kilomet đến vài trăm kilomet.
- Lưới điện trung thế (10-30KV) [8]: Cung cấp cho các khu dân cư rộng,
các khu công nghiệp, khu đô thị, khoảng cách truyền tải ngắn hơn từ vài
kilomet đến vài chục kilomet.