giải pháp tự động thu thập và khai thác số liệu công tơ đo đếm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------Nguyễn Hữu Mạnh

GIẢI PHÁP TỰ ĐỘNG THU THẬP VÀ KHAI THÁC SỐ LIỆU
CÔNG TƠ ĐO ĐẾM

Chuyên ngành: Công nghệ thông tin

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. Nguyễn Tuấn Dũng

Hà Nội – Năm 2015


MỤC LỤC
Lời cam đoan ...............................................................................................................4
Lời cảm ơn ..................................................................................................................5
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt .......................................................................6
Danh mục các bảng .....................................................................................................7
Danh mục các hình vẽ, đồ thị ......................................................................................8
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................10
CHƯƠNG I – ĐẶT VẤN ĐỀ ...................................................................................12
1.1. Cơ sở thực tiễn và hiện trạng .........................................................................12
1.2. Sự cấp thiết của đề tài ....................................................................................12
1.3. Phạm vi áp dụng .............................................................................................13
CHƯƠNG II – NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐỌC SỐ LIỆU CÔNG TƠ ĐIỆN
TỬ .............................................................................................................................14

2.1. Giới thiệu phương pháp nghiên cứu cơ bản ...................................................14
2.1.1. Giới thiệu công tơ điện tử .......................................................................14
2.1.2. Phương pháp nghiên cứu.........................................................................15
2.2. Các loại số liệu thu thập .................................................................................15
2.2.1. Thông số vận hành hiện thời (Current values) ........................................15
2.2.2. Thông số biểu đồ phụ tải (Load profile) .................................................17
2.2.3. Thông số chỉ số chốt (Historical value) ..................................................17
2.2.4. Thông số lịch sử (Instrumentation profile) .............................................18
2.2.5. Thông số sự kiện (Events log) ................................................................19
2.3. Công cụ giao tiếp với công tơ ........................................................................19
2.4. Đọc dữ liệu từ công tơ theo giao thức IEC 62056-21 ....................................19
2.4.1. Sơ bộ về tiêu chuẩn IEC 62056-21 .........................................................19
2.4.2. Đọc số liệu từ công tơ A1700 của hãng Elster........................................20
2.5. Đọc dữ liệu từ công tơ theo giao thức IEC 62056/DLMS .............................26
2.5.1. Sơ bộ về chuẩn DLMS ............................................................................26

1


2.5.2. Đọc dữ liệu từ công tơ ZxD của hãng Landis & Gyr ..............................28
2.6. Đọc dữ liệu từ công tơ của nhà sản xuất không công bố giao thức hoặc giao
thức riêng...............................................................................................................29
CHƯƠNG III – XÂY DỰNG GIẢI PHÁP THU THẬP SỐ LIỆU TỰ ĐỘNG ......30
3.1. Mô hình chung thu thập số liệu tự động ........................................................30
3.2. Giải pháp kết nối và truyền thông ..................................................................31
3.3

Mô hình xây dựng tổng thể hệ thống...........................................................34

3.4

Hệ thống đọc số liệu công tơ .......................................................................35

3.4.1 Mô tả chung..............................................................................................35
3.4.2 Các chức năng chính ................................................................................36
3.5

Hệ thống giám sát và khai thác số liệu ........................................................38

3.5.1 Mô tả chung..............................................................................................38
3.5.2 Các chức năng chính ................................................................................40
CHƯƠNG IV – KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ..........................................................43
5.1. Hệ thống thu thập số liệu công tơ đo đếm .....................................................43
5.1.1. Giao diện chính .......................................................................................43
5.1.2. Giao diện đọc số liệu ...............................................................................44
5.1.3. Giao diện cấu hình ..................................................................................45
5.2. Hệ thống giám sát và khai thác số liệu công tơ đo đếm.................................46
5.2.1. Màn hình đăng nhập ................................................................................47
5.2.2. Màn hình quản lý các kết nối với IP Modem ..........................................48
5.2.3. Màn hình chức năng cấu hình hệ thống ..................................................49
5.2.4. Màn hình chức năng biểu đồ sản lượng tiêu thụ điện trong ngày ...........51
5.2.5. Màn hình báo cáo số liệu chỉ số chốt tháng ............................................52
5.2.6. Màn hình chức năng giám sát thông số hiện thời ...................................54
5.2.7. Màn hình chức năng lập lịch đọc số liệu công tơ ...................................56
5.3. Kết quả triển khai ...........................................................................................57
KẾT LUẬN ...............................................................................................................60
6.1. Kết quả về mặt nghiên cứu.............................................................................60
6.2. Kết quả về mặt ứng dụng ...............................................................................60
2

6.3. Hướng phát triển của đề tài ............................................................................61
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................62

3


Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả
nếu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kì công trình
nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ
nguồn gốc.

4


Lời cảm ơn
Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy cô giáo trong Viện
Công nghệ thông tin và Truyền thông – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, những
người đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho chúng em những kiến thức cơ bản làm
nền tảng cho việc thực hiện luận văn cũng như hoàn thành công việc được giao.
Em xin gửi lời cảm ơn đến Ban lãnh đạo Công ty Cổ phần giải pháp quản lý
năng lượng (E-SOLUTIONS) đã tạo điều kiện cho em phát triển dự án “Giải pháp tự
động thu thập và khai thác số liệu công tơ đo đếm” thành luận văn tốt nghiệp thạc sĩ
kĩ thuật ở trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến T.S Nguyễn Tuấn Dũng, thầy đã
hướng dẫn, chỉ dạy tận tình để em hoàn thành luận văn này.
Cuối cùng, em vô cùng biết ơn toàn thể gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã quan
tâm, động viên em trong quá trình thực hiện luận văn này.

5


Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Đầy đủ

Viết tắt
IEC

Ý nghĩa

International Electrotechnical Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế
Commission

DLMS/COSEM Device Language Message
Specification/COmpanion

Chuẩn giao thức truyền thông
với công tơ điện tử

Specification for Energy
Metering
HHU

Hand Held Unit

Thiết bị cầm tay

Bd

Baudrate

Tốc độ truyền tin (Nếu truyền
nhị phân thì Baudrate = Bitrate)

PMU

Power Master Unit

Phần mềm chính hãng giao tiếp
với công tơ Elster A1700

HDLC

High-Level Data Link

Giao thức liên kết dữ liệu theo

Control

bit được định nghĩa bởi OSI

LAN

Local Area Network

Mạng nội bộ

WAN

Wide Area Network

Mạng diện rộng

TCP/IP

Transmission Control

Giao thức truyền tin qua mạng

Protocol/Internet Protocol

internet

GPRS

General Packet Radio
Service

CSDL

Cơ sở dữ liệu

CMIS

Customer Management

Hệ thống thông tin quản lý

Information System

khách hàng

E-SOLUTIONS

Công ty Cổ phần giải pháp

ES

quản lý năng lượng
TNHH

Trách Nhiệm Hữu Hạn

6


Danh mục các bảng
Bảng 1: Thống kê các loại công tơ điện tử 3 pha tại Việt Nam ................................14
Bảng 2: Các số liệu cần thu thập của thông số vận hành .........................................16
Bảng 3: Các số liệu cần thu thập của Biểu đồ phụ tải..............................................17
Bảng 4: Các số liệu cần thu thập của Chỉ số chốt ....................................................18
Bảng 5: Các số liệu cần thu thập của Thông số lịch sử............................................18
Bảng 6: Các số liệu cần thu thập của Thông số sự kiện ...........................................19
Bảng 7: Trình tự giao tiếp với công tơ theo chuẩn IEC 62056-21 ...........................21

7

Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Hình 1: Phạm vi áp dụng thu thập số liệu đo đếm ....................................................13
Hình 2: Trình tự giao tiếp với công tơ theo chuẩn IEC 62056-21 ...........................21
Hình 3: Các bước giao tiếp với công tơ theo chuẩn DLMS/COSEM .......................27
Hình 4: Mô hình tổng quát giải pháp thu thập số liệu tự động ................................30
Hình 5: Sơ đồ kết nối và truyền thông nhiều công tơ ...............................................31
Hình 6: Sơ đồ kết nối và truyền thông ít công tơ ......................................................32
Hình 7: Hình ảnh thực tế kết nối IP modem với công tơ ZxD/Landis & Gyr ...........33
Hình 8: Lưu đồ hệ thống thu thập và khai thác số liệu đo đếm ................................34
Hình 9: Sơ đồ tổng quát ESMR Server .....................................................................35
Hình 10: Sơ đồ chi tiết ESMR Server........................................................................36
Hình 11: Các phân hệ trong ES Metering ................................................................39
Hình 12: Luồng trao đổi dữ liệu chi tiết trong ES Metering ....................................40
Hình 13: Giao diện chính ESMR Server ...................................................................44
Hình 14: Giao diện quá trình trao đổi số liệu với công tơ .......................................45
Hình 15: Giao diện cấu hình hệ thống ESMR Server ...............................................46
Hình 16: Giao diện đăng nhập ES Metering ............................................................47
Hình 17: Giao diện đăng nhập Web khai thác số liệu ..............................................48
Hình 18: Giao diện quản lý kết nối với IP Modem trên ES Metering ......................48
Hình 19: Giao diện quản lý kết nối với IP Modem trên Web khai thác số liệu ........49
Hình 20: Giao diện chức năng cấu hình hệ thống trên ES Metering .......................50
Hình 21: Giao diện chức năng cấu hình hệ thống trên Web khai thác số liệu .........50
Hình 22: Giao diện chức năng báo cáo sản lượng ngày trên ES Metering .............51
Hình 23: Giao diện chức năng báo cáo sản lượng ngày trên Web khai thác số liệu
...................................................................................................................................52
Hình 24: Giao diện chức năng báo cáo chỉ số chốt tháng trên ES Metering ...........53
Hình 25: Giao diện chức năng báo cáo chỉ số chốt tháng trên Web khai thác số liệu
...................................................................................................................................54
Hình 26: Giao diện giám sát thông số U-I-F trên ES Metering ...............................55
8

Hình 27: Giao diện giám sát biểu đồ P-Q trên ES Metering ....................................55
Hình 28: Giao diện giám sát các thông số hiện thời trên Web khai thác số liệu .....56
Hình 29: Giao diện chức năng lập lịch đọc tự động trên ES Metering ....................57
Hình 30: Giao diện chức năng lập lịch đọc tự động trên Web khai thác số liệu .....57
Hình 31: Mô hình đề xuất giải pháp mới ..................................................................61

9


MỞ ĐẦU
Tại các công ty Điện lực hiện nay, số lượng và chủng loại công tơ điện tử được
lắp đặt cho các khách hàng rất nhiều. Hàng tháng, nhân viên phải đi từng công tơ để
ghi lại chỉ số của các công tơ đó. Các công tơ này đều chưa được quản lý và theo dõi
kịp thời.
Qua khảo sát thực tế, cần phải tiến hành nghiên cứu và đưa ra một giải pháp
nhằm hỗ trợ, cải thiện ở khâu thu thập chỉ số điện năng từ các công tơ điện tử, từ đó
nâng cao hiệu quả kinh tế và quản lý.
Hệ thống này cần đạt hiệu quả cao trong khâu thu thập chỉ số công tơ, đảm bảo
độ tin cậy của dữ liệu thu thập được, giảm thiểu nhân lực và thời gian cho việc đi thu
thập dữ liệu trong tháng.
Đo đếm điện năng là một yêu cầu quan trọng của ngành Điện lực. Đối với bất kì
một Công ty Điện lực nào thì chỉ tiêu kinh doanh cũng được đặt ra hàng đầu, chỉ tiêu
kinh doanh có hai vấn đề là giá thành và tổn thất. Việc ứng dụng các công nghệ cao
vào quản lí điện năng sẽ giảm chi phí nhân công và đặc biệt sẽ giảm được tổn thất
thương mại trong quá trình truyền tải.
Xuất phát từ thực tế nêu trên, hiện nay trên thế giới và ở việt nam đã bắt đầu xuất
hiện hệ thống đọc và truyền dữ liệu công tơ điện tử 3 pha với chức năng cấu hình,
quản lý, giám sát các thông số điểm đo từ xa về trung tâm. Hệ thống này mới được

thử nghiệm tại một vài Công ty Điện lực, nó hoàn toàn mới mẻ đối với ngành điện.
Vì vậy việc nghiên cứu để triển khai hệ thống này có một ý nghĩa thực tiễn cao trong
việc thu thập số liệu các công tơ đầu nguồn ranh giới, kiểm tra mức tiêu thụ điện năng
của khách hàng, phát hiện được các hành vi gian lận... phục vụ công tác quản lý kinh
doanh điện năng.
Trên nhu cầu thực tế đó, luận văn “Giải pháp tự động thu thập và khai thác
số liệu công tơ đo đếm” được thực hiện, với bố cục gồm các chương chính sau:
Chương 1 – Đặt vấn đề
Chương 2 – Nghiên cứu phương pháp đọc số liệu công tơ điện tử

10


Chương 3 – Xây dựng giải pháp thu thập số liệu tự động
Chương 4 – Kết quả và bàn luận
Chương 5 – Kết luận

11


CHƯƠNG I – ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1. Cơ sở thực tiễn và hiện trạng
Căn cứ vào nhu cầu thu thập số liệu các công tơ điện tử, phục vụ công tác quản
lý và kinh doanh điện năng tại các trạm biến áp, các điểm giao nhận điện năng, các
khách hàng lớn của các công ty Điện lực.
Hiện nay, việc đọc số liệu công tơ chủ yếu vẫn là thủ công, đã có một số đơn vị
thí điểm áp dụng biện pháp đọc số liệu từ xa bằng cách dùng các phần mềm đi kèm
công tơ của nhà sản xuất. Tuy nhiên, phương pháp này có một số nhược điểm:
-

Phần mềm chính hãng được thiết kế cho mục đích chính là cài đặt, thiết lập chế
độ làm việc… không phải chuyên dùng cho mục đích đọc số liệu và quản lý điện
năng từ xa. Nếu cho phép dùng phần mềm này để đọc công tơ thì biện pháp quản
lý về mặt tổ chức phải vô cùng chặt chẽ để giám sát sự thiếu trung thực của chính
người vận hành do người vận hành có thể có những can thiệp trái phép, cài đặt lại
chế độ làm việc của công tơ.

-

Phần mềm chính hãng chỉ là công cụ đọc dữ liệu thô, không có tính năng xử lý,
quản lý và khai thác dữ liệu thành các dạng thức báo cáo hiển thị... phục vụ công
tác quản lý, giám sát và điều hành.

-

Chỉ có thể đọc lần lượt từng công tơ, rất khó khăn để áp dụng cho nhu cầu quản
lý một số lượng công tơ lớn.

-

Phải dùng kết hợp nhiều phần mềm chính hãng khác nhau để đọc các chủng loại
công tơ khác nhau (do trên lưới điện có rất nhiều chủng loại công tơ).

-

Không có chức năng tính toán tiền điện theo các tiêu chí cụ thể của từng hợp đồng
mua bán điện và in hóa đơn thanh toán.

1.2. Sự cấp thiết của đề tài
Trong quá trình quản lý vận hành và kinh doanh điện năng, các Công ty Điện

lực rất cần các thông số của lưới điện tại các trạm biến áp, các điểm giao nhận điện
năng, các điểm đo đếm điện năng của các khách hàng lớn.

12


Việc đánh giá tình hình tiêu thụ điện tại các điểm này cũng vô cùng quan trọng,
giúp các Công ty chủ động trong hoạt động sản xuất kinh doanh, dự báo phụ tải, quản
lý và giảm tổn thất điện năng.
Để triển khai nâng cao chất lượng dịch vụ khách hàng, một hệ thống đọc chỉ số
từ xa các công tơ đo đếm vận hành tự động và chính xác sẽ hỗ trợ rất nhiều công tác
quản lý, kịp thời phát hiện và xử lý các trường hợp bất thường hoặc sự cố hệ thống
đo đếm điện năng, đảm bảo cung ứng điện ổn định, liên tục, an toàn góp phần nâng
cao chất lượng dịch vụ khách hàng cho các Công ty Điện lực.
Hiện tại các Công ty Điện lực chưa áp dụng một hệ thống tự động đọc và kiểm
soát từ xa nào cho các công tơ đo đếm sản lượng lớn, do đó việc nghiên cứu và xây
dựng một hệ thống như vậy để phục vụ cho công tác quản lý giám sát quá trình tiêu
thụ điện tại các Công ty Điện lực trở nên vô cùng cần thiết.
1.3. Phạm vi áp dụng
Hệ thống có thể thu thập số liệu đo đếm của các công tơ điện tử 3 pha của khách
hàng dân dụng, các khách hàng lớn (công ty, xí nghiệp, xưởng sản xuất), các trạm
biến áp, các nhà máy điện và trên toàn lưới điện.

Hình 1: Phạm vi áp dụng thu thập số liệu đo đếm
13


CHƯƠNG II – NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐỌC SỐ
LIỆU CÔNG TƠ ĐIỆN TỬ
2.1. Giới thiệu phương pháp nghiên cứu cơ bản

2.1.1. Giới thiệu công tơ điện tử
Công tơ điện (hay còn gọi là điện kế) là thiết bị dùng để đo lượng điện năng tiêu
thụ. Có 2 loại công tơ điện: công tơ cơ khí và công tơ điện tử.
So sánh với công tơ cơ khí, công tơ điện tử có nhiều ưu điểm vượt trội như: Độ
chính xác công tơ điện tử đến ± 1%, cao hơn so với công tơ điện cơ (± 2%); hoạt động
tin cậy, ổn định; kết cấu nhỏ gọn, thuận tiện trong việc lắp đặt; có khả năng mở rộng
và tích hợp thêm các module rời nhằm bổ sung các tiện ích riêng theo nhu cầu của
người sử dụng; đo đếm đa chức năng và đặc biệt là có các cổng giao tiếp dữ liệu
(chuẩn RS232, RS485, Ethernet,…) cho phép kết nối vào các hệ thống thu thập dữ
liệu tự động từ xa qua các mạng truyền dẫn phổ biến như RF, PLC, GSM, GPRS,
CDMA, 3G, Wifi…
Công tơ điện tử 3 pha thường dùng để đo những nơi tiêu thụ điện lớn (các xí
nghiệp, trạm phân phối điện…)
Hiện nay, trên lưới điện Việt Nam phổ biến 6 loại công tơ điện tử 3 pha, qua tìm
hiểu sơ bộ, có thể phân nhóm công tơ theo chuẩn truyền tin như sau:
Bảng 1: Thống kê các loại công tơ điện tử 3 pha tại Việt Nam
STT

Loại công tơ/Hãng sản xuất

Giao thức truyền tin

1

A1700/Elster (Anh)

IEC 62056-21

2

ZxD/Landis & Gyr (Thụy sĩ)

IEC 62056/DLMS

3

LZQJ/EMH (Đức)

IEC 62056-21/61

4

ACE6000/Actaris (Pháp)

IEC 62056/DLMS

5

DTS27/Shenzen star (Trung Quốc)

Nhà sản xuất không công
bố

14


6

Genius/EDMI (Singapore)

Nhà sản xuất không công
bố

Do hiện nay, tỷ lệ công tơ A1700 của hãng Elster chiếm trên 90% tổng số công
tơ điện tử 3 pha trên lưới điện Việt Nam nên trong luận văn này, tác giả xin đi sâu
vào phương pháp đọc số liệu của công tơ này.
2.1.2. Phương pháp nghiên cứu
Để có thể giao tiếp được với công tơ, cần phải tuần tự tiến hành các bước nghiên
cứu như sau:
-

Tìm hiểu sơ bộ về từng loại công tơ, tính năng, xác định giao thức truyền tin, sử
dụng thành thạo các công cụ và phần mềm của nhà sản xuất để cài đặt, đọc dữ liệu
từ công tơ.

-

Tìm hiểu về các giao thức truyền tin của công tơ được quy định trong bộ tiêu
chuẩn IEC 62056 (part 61, 62, 53, 46, 42), IEC 13239, IEC 61334 (part 6, 41) và
bộ sách DLMS/COSEM (Green book, Blue book – rất bị hạn chế vì không có tài
liệu đầy đủ).

-

Sử dụng phần mềm của nhà sản xuất để giao tiếp với công tơ, phân tích giao thức,
cách mã hóa và giải mã dữ liệu, đồng thời tham chiếu ngược lại với các tiêu chuẩn
mà nhà sản xuất công bố để hiểu rõ hơn giao thức của từng loại công tơ (những
điểm phù hợp với tiêu chuẩn và những điểm khác biệt), từ đó có cơ sở để giao tiếp
với công tơ bằng các công cụ và phần mềm thử nghiệm.

-

Sử dụng các công cụ và phần mềm thử nghiệm để đọc dữ liệu từ công tơ, thử phân
tích kết quả đọc về, so sánh kết quả với dữ liệu được đọc bằng phần mềm của nhà
sản xuất, viết mô tả giao thức để dựa trên các mô tả này có thể viết module chương
trình đọc dữ liệu.

2.2. Các loại số liệu thu thập
2.2.1. Thông số vận hành hiện thời (Current values)
Là các thông số ngay tại thời điểm thu thập, bao gồm:

15


Bảng 2: Các số liệu cần thu thập của thông số vận hành
STT

Thông số

Ký hiệu

Đơn vị

1

Điện áp pha A (Voltage phase A)

V_A

V

2

Điện áp pha B (Voltage phase B)

V_B

V

3

Điện áp pha C (Voltage phase C)

V_C

V

4

Dòng điện pha A (Ampere phase A)

A_A

A

5

Dòng điện pha B (Ampere phase B)

A_B

A

6

Dòng điện pha C (Ampere phase C)

A_C

A

7

Tần số pha A (Frequency phase A)

F_A

Hz

8

Tần số pha B (Frequency phase B)

F_B

Hz

9

Tần số pha C (Frequency phase C)

Hệ số công suất pha A (Power Factor
phase A - cosφA)
Hệ số công suất pha B (Power Factor
phase B - cosφB)
Hệ số công suất pha C (Power Factor
phase C - cosφC)
Góc pha A (Phase Angle Degree
phase A)
Góc pha B (Phase Angle Degree
phase B)
Góc pha C (Phase Angle Degree
phase C)
Công suất hữu công pha A (Active
Power phase A)
Công suất hữu công pha B (Active
Power phase B)
Công suất hữu công pha C (Active
Power phase C)
Công suất vô công pha A (Reactive
Power phase A)
Công suất vô công pha B (Reactive
Power phase B)
Công suất vô công pha C (Reactive
Power phase C)
Công suất biểu kiến pha A (Apparent
phase A)
Công suất biểu kiến pha B (Apparent
phase B)

F_C

Hz

10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23

16

PF_A
PF_B
PF_C
PAD_A

Độ

PAD_B

Độ

PAD_C

Độ

AP_A

kWh

AP_B

kWh

AP_C

kWh

RP_A

kVarh

RP_B

kVarh

RP_C

kVarh

APP_A

kVA

APP_B

kVA


25

Công suất biểu kiến pha C (Apparent
APP_C
phase C)
Công suất hữu công tổng kênh giao
IMPORTKWH

26

Công suất hữu công tổng kênh nhận

EXPORTKWH

kWh

27

Công suất vô công tổng kênh giao

IMPORTKVARH

kVarh

28

Công suất vô công tổng kênh nhận
Công suất hữu công kênh giao giờ
bình thường
Công suất hữu công kênh giao giờ
cao điểm
Công suất hữu công kênh giao giờ
thấp điểm
Công suất vô công kênh nhận giờ
bình thường
Công suất vô công kênh nhận giờ
cao điểm
Công suất vô công kênh nhận giờ
thấp điểm

EXPORTKVARH

kVarh

IMP_BT

kWh

IMP_CD

kWh

IMP_TD

kWh

EXP_BT

kWh

EXP_CD

kWh

EXP_TD

kWh

24

29
30
31
32
33
34

kVA
kWh

2.2.2. Thông số biểu đồ phụ tải (Load profile)
Biểu thị các giá trị sản lượng tiêu thụ điện theo từng chu kỳ thời gian (30 phút/lần

– tức 48 chu kỳ trong 1 ngày):
Bảng 3: Các số liệu cần thu thập của Biểu đồ phụ tải
STT
1
2
3
4
5

Thông số
Sản lượng hữu công tổng của kênh
giao
Sản lượng hữu công tổng của kênh
nhận
Sản lượng vô công tổng của kênh
giao
Sản lượng vô công tổng của kênh
nhận
Cờ sự kiện (Events Flag)

Ký hiệu

Đơn vị

IMPORTKW

kW

EXPORTKW

kW

IMPORTKVAR

kVar

EXPORTKVAR

kVar

FLAG

2.2.3. Thông số chỉ số chốt (Historical value)
Là chỉ số tiêu thụ điện trong một khoảng thời gian (Thường là 1 tháng chốt chỉ
số điện một lần):

17


Bảng 4: Các số liệu cần thu thập của Chỉ số chốt
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9

10
11
12
13
14

Thông số
Công suất hữu công
tổng của kênh giao
Công suất hữu công
tổng của kênh nhận
Công suất vô công tổng
của kênh giao
Công suất vô công tổng
của kênh nhận
Công suất hữu công của
kênh giao giờ bình
thường
Công suất hữu công của
kênh giao giờ cao điểm
Công suất hữu công của
kênh giao giờ thấp điểm
Công suất hữu công của
kênh nhận giờ bình
thường
Công suất hữu công của
kênh nhận giờ cao điểm
Công suất hữu công của
kênh nhận giờ thấp điểm
Số lần đã chốt chỉ số

Thời điểm chốt chỉ số
Thời gian bắt đầu chốt
chỉ số
Thời gian kết thúc chốt
chỉ số

Đơn vị

Ký hiệu
IMPORTKWH

kWh

EXPORTKWH

kWh

IMPORTKVARH

kVarh

EXPORTKVARH

kVarh

IMP_BT

kWh

IMP_CD

kWh

IMP_TD

kWh

EXP_BT

kVarh

EXP_CD

kVarh

EXP_TD

kVarh

BILLING_RESET_NUMBER
BILLING_RESET_TIME
BILLING_DATE_START
BILLING_DATE_END

2.2.4. Thông số lịch sử (Instrumentation profile)
Là các giá trị thông số mạch được công tơ tự động lưu lại trong bộ nhớ trong
một chu kỳ thời gian (thường 30 phút, công tơ sẽ tự động chốt các chỉ số này 1 lần)
Bảng 5: Các số liệu cần thu thập của Thông số lịch sử
STT
1

2
3
4

Thông số
Điện áp pha A (Voltage phase A)
Điện áp pha B (Voltage phase B)
Điện áp pha C (Voltage phase C)
Dòng điện pha A (Ampere phase A)

18

Ký hiệu
V_A
V_B
V_C
A_A

Đơn vị
V
V
V
A


5
6
7
8

Dòng điện pha B (Ampere phase B)
Dòng điện pha C (Ampere phase C)
Hệ số công suất tổng (Power Factor - cosφ)
Cờ sự kiện

A_B
A_C
PF
FLAG

A
A

2.2.5. Thông số sự kiện (Events log)
Là các sự kiện bất thường xảy ra được công tơ ghi nhận và lưu trữ lại trong bộ
nhớ (Mất điện áp, có điện, mất điện áp từng pha…)
Bảng 6: Các số liệu cần thu thập của Thông số sự kiện
STT
Thông số
1 Mã sự kiện
2 Thời điểm xảy ra sự kiện

Ký hiệu
EVENT_KEY
EVENT_DATE

Đơn vị

2.3. Công cụ giao tiếp với công tơ
Công cụ sử dụng để giao tiếp, phân tích dữ liệu, truyền nhận dữ liệu với công tơ

được sử dụng gồm:
-

Phần mềm giao tiếp với công tơ của nhà sản xuất: Power Master Unit hoặc
Datalink (đối với công tơ Elster A1700), MAP120 và MAP110 (đối với công tơ
Landis & Gyr ZxD), và các phần mềm chuyên dùng với các loại công tơ khác.

-

Phần mềm giám sát và chụp lại dữ liệu truyền nhận qua cổng COM: Portmon.

-

Phần mềm cho phép gửi/nhận dữ liệu qua cổng COM: Comm Operator.

2.4. Đọc dữ liệu từ công tơ theo giao thức IEC 62056-21
2.4.1. Sơ bộ về tiêu chuẩn IEC 62056-21
Tiêu chuẩn IEC 62056-21 mô tả các quy định về phần cứng và giao thức cho
việc trao đổi dữ liệu với công tơ (local meter data exchange). Các thiết bị trao đổi dữ
liệu có thể là máy tính/HHU và công tơ/thiết bị đo (tariff device).
Các kiểu kết nối vật lý giữa máy tính và công tơ có thể sử dụng kiểu kết nối bằng
điện (RS232, RS485 hoặc các bộ chuyển đổi) hoặc kết nối qua cổng quang (chi tiết
xem mục 4, trang 11- 18). Các chế độ truyền tin, tốc độ truyền, dạng ký tự truyền
được qui định trong mục 5 (trang 18).

19


Mục 6 của tiêu chuẩn qui định các Protocol mode, định dạng các bản tin và quy
định các phần dữ liệu trong bản tin. Theo đó, IEC 62056-21 đưa ra 5 Protocol mode

(là các chế độ giao thức mà nhà sản xuất công tơ phải theo) là A, B, C, D và mode E.
Protocol mode A hỗ trợ chế độ truyền dữ liệu theo 2 chiều (đọc từ công tơ và
ghi xuống công tơ), ở tốc độ cố định là 300Bd, việc đọc dữ liệu và lập trình cho công
tơ có thể phải qua mức mật khẩu bảo mật.
Protocol mode B cũng tương tự mode A nhưng tốc độ truyền tin có thể thay đổi
trong quá trình truyền tin (được định nghĩa bởi công tơ).
Protocol mode C được xem là chặt chẽ và linh hoạt, với việc cho phép trao đổi
dữ liệu 2 chiều, tốc độ truyền nhận có thể thay đổi, mức bảo vệ mật khẩu truy nhập
nâng cao (cho phép sử dụng tạo mật khẩu bảo vệ theo thuật toán).
Protocol mode D quy định dữ liệu chỉ có thể đọc ra và ở tốc độ cố định 2400Bd.
Trong các Protocol mode A và D, máy tính/HHU đóng vai trò là master và công tơ
đóng vai trò là slave.
Trong Protocol mode E máy tính đóng vai trò là Client và công tơ đóng vai trò
là Server. Đối với protocol mode E, việc khởi tạo giao thức phải tuân theo các qui
định trong mode này, sau giai đoạn khởi tạo và bắt tay, việc truyền nhận dữ liệu tiếp
theo có thể theo HDLC protocol/DLMS (được quy định trong DLMS standard hoặc
được mô tả trong IEC 62056-42/46/53) hoặc quay trở lại Protocol mode C.
Để có thể giao tiếp được với công tơ tuân theo chuẩn IEC 62056-21, cần phải
nắm được:
-

Communication mode: Xác định rõ công tơ giao tiếp theo mode nào? Từ đó xác
định tốc độ truyền/nhận, các bước giao tiếp, dạng khung bản tin truyền nhận…

-

Các định dạng bản tin, các trường dữ liệu trong bản tin, thuật toán kiểm tra dữ liệu
trong bản tin (Block check character – tham khảo trong IEC 1745:1975).

2.4.2. Đọc số liệu từ công tơ A1700 của hãng Elster

Theo tài liệu kỹ thuật do hãng Elster công bố, công tơ A1700 tuân theo chuẩn
truyền thông IEC 60256-21. Dựa trên phân tích bằng phần mềm giao tiếp với công tơ

20


của hãng (Power Master Unit và Datalink), đã xác định được giao thức truyền tin với
công tơ được thực hiện theo Protocol mode C. Trình tự giao tiếp được quy định cụ
thể trong tiêu chuẩn như sau:

Hình 2: Trình tự giao tiếp với công tơ theo chuẩn IEC 62056-21
Bảng 7: Trình tự giao tiếp với công tơ theo chuẩn IEC 62056-21
Bước

Thao tác theo chuẩn IEC 62056-21

Thực tế giao tiếp với công tơ
A1700

0

Thiết lập cổng truyền thông vật lý giữa công tơ và máy tính

1

Máy tính gửi bản tin /?Device
address!<CR>< LF> xuống công tơ

2

Công tơ gửi về /XXXZ Ident <CR>< /GEC3090100301000@000<CR>
LF>
<LF>

21

Bản tin gửi: -> /?001!<CR><LF>


3

Máy tính gửi xác nhận: <ACK> 0 Z
1 <CR><LF>

4

Công tơ gửi <SOH>
<SOH>P0<STX>(D363B6C2A93
<P0><STX>(D1…D1)<ETX>9CC24)<ETX>c
>

5

Công tơ sẽ gửi lại <ACK> nếu
Máy tính gửi <SOH>
password là đúng thì quá trình
<P2><STX>(D2…D2)<ETX>giao tiếp được tiếp tục. Nếu không
>

đúng password, dừng giao tiếp.

<ACK>031<CR><LF>

Tham số P0 mà công tơ gửi lên máy tính (trong bước 4) là một dữ liệu ngẫu
nhiên có độ dài 8 byte, dữ liệu ngẫu nhiên này là đầu vào cho hàm tính toán để đưa
ra Password (P2) (trong bước 5). Hiện chưa xác định được thuật toán của hàm tính
password cùng các tham số đầu vào khác (có thể có) cho hàm này nên việc giao tiếp
với công tơ A1700 dừng lại ở bước 5.
Công tơ A1700 chỉ tuân theo IEC 62056-21, trong tiêu chuẩn này không quy
định phương thức mã hóa dữ liệu và hệ thống ID của các dữ liệu cần thao tác. Do
vậy, chưa biết được ID của các dữ liệu và phương thức mã hóa dữ liệu của nhà sản
xuất để có thể truy xuất dữ liệu và giải mã dữ liệu được đọc ra từ công tơ.
Nếu vượt qua được bước bảo mật, các lệnh đọc và ghi dữ liệu vào công tơ được
thực hiện theo cú pháp sau:
-

Đối với lệnh đọc: <SOH>R1<STX>A..A(N..N)<ETX><BCC>

-

Đối với lệnh ghi: <SOH>W1<STX>A..A(D..D)<ETX><BCC>

-

Dữ liệu trả về có dạng: <STX>(d…d)<ETX><BCC>
Trong đó:

-

A..A là ID/Adress của dữ liệu cần thao tác

-

N..N là độ dài của dữ liệu cần đọc

-

D..D là dữ liệu cần ghi

-

d...d là dữ liệu công tơ gửi về sau lệnh đọc

22


Để có thể truy xuất được dữ liệu từ công tơ, cần biết được phương thức mã hóa
dữ liệu của nhà sản xuất (phần mềm Power Master Unit và Datalink không hỗ trợ
việc phân tích dữ liệu), việc phân tích dữ liệu một cách phán đoán không đáng tin cậy
và mang nhiều rủi ro.
2.4.2.1. Đọc thông số Biểu đồ phụ tải
COM-> <SOH>W1<STX>556001(0200)<ETX>c // Máy tính truyền vào số
ngày cần đọc với lệnh W1
<-COM <ACK> // Công tơ cho phép đọc dữ liệu
COM-> <SOH>R1<STX>556001(02)<ETX>f // Máy tính truyền vào lệnh đo
kích thước dữ liệu
<-COM <STX>(002A)<ETX>q // Công tơ trả về độ dài dữ liệu theo số lần lấy
COM-> <SOH>R1<STX>555001(40)<ETX>c // Lấy gói tin thứ 1 cho đến gói
tin 2A mỗi gói tin gồm 40 bytes

….
COM-> <SOH>R1<STX>55502A(40)<ETX><DC1> // Lấy gói tin cuối cùng
<-COM
<STX>(6134660163936910923623FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF
FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF
FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF)<ETX><CR> // Gói tin cuối cùng có thể
nhận biết bằng kết thúc gói tin FF
COM14-> <SOH>B0<ETX>q // Kết thúc
2.4.2.2. Đọc thông số chỉ số chốt
Khối block được tính dựa trên số set muốn lấy và blockcount theo từng loại
phiên bản của công tơ
COM-> <SOH>R1<STX>543001(40)<ETX>d // Địa chỉ thanh ghi 543000,
khối block 543001, Độ dài block 40
<-COM
<STX>(2032876560580900526916116727000060148408559203007292956078
45000044919076230000008495522761250400281439415898130044568069333
80400
)<ETX><ETX> // Dữ liệu sẽ được phân tách từng 8 bytes
23


COM-> <SOH>R1<STX>543002(40)<ETX>g // Khối block thứ 2
<-COM
<STX>(8431440485250400000000000000000084469716120507008843682973
32010064091719752001002825414070170000601578752106000044019794740
30000)<ETX><BEL>
COM-> <SOH>R1<STX>54300a(27)<ETX>5 // Khối block cuối cùng tùy
thuộc vào từng phiên bản công tơ
<-COM
<STX>(28A22F510200000000000000B0572E51020000000000000079008005

0B5180EF2F510180EF2F51)<ETX>|
COM-> <SOH>R1<STX>548001(2E)<ETX><FS>
<-COM
<STX>(5106530651065106510651065106510603040506000001010102020200
0000000000000000000101010102020202)<ETX><BEL>
COM-> <SOH>B0<ETX>q
2.4.2.3. Đọc thông số vận hành
<SOH>R1<STX>861001(07)<ETX>j // Địa chỉ thanh ghi 861001 Time & Date,
đô dài dữ liệu 07
<STX>(35491385920014)<ETX> // Dữ liệu DateTime
<SOH>R1<STX>507001(40)<ETX>d // Lấy dữ liệu "Import Wh", "Export
Wh", "Q1 varh", "Q2 varh", "Q3 varh", "Q4 varh", "VAh", "CD1", "CD2", "CD3"
<STX>(3076880906026709872072857138070063411414444556012088921728
00000016257754937905003077723114100000488492254374920983290732724
55601)<ETX><ACK> \\ Khối dữ liệu bao gồm cả 10 bytes ở lệnh dưới phân tách
5 bytes từng loại số liệu theo thứ tự
<SOH>R1<STX>507002(10)<ETX>b
<STX>(72933986079005000000000000000000)<ETX><STX> [37]
<SOH>W1<STX>605001(1A2A4A00)<ETX> [22] // Yêu cầu lấy dòng điện
hiện thời
<ACK> [1]
<SOH>R1<STX>606001(1C)<ETX> [16] // Lệnh đọc dữ liệu dòng điện hiện
thời
24