Hệ thống thu thập và quản lý đo đếm điện năng

(AMECO Online) - Thu thập và lý đo đếm điện năng là đề tài nóng trong những năm gần đây. Trong bối cảnh luật sử dụng năng lường tiêt kiệm và hiệu quả ra đời, thì việc EVN phải nhìn nhận khách quan và nâng cao chất lượng hệ thống quản trị phía tiêu dùng chỉ còn là vấn đề thời gian.

1. CẤU TRÚC HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU

Theo Qui trình kinh doanh nội bộ hiện nay của EVN thì phân bố các điểm đo ranh giới giữa các công ty phát điện (GenCo), truyền tải (TransCo), phân phối (DisCo) và Khách hàng (bao gồm cả khách hàng lớn đấu nối trực tiếp với lưới truyền tải, khách hàng công nghiệp & thương mại và khách hàng tiêu dùng) được mô tả trong hình 1.

Hình 1: Qui tắc bố trí điểm đo đếm ranh giới trong kinh doanh điện

Công tác thu thập dữ liệu đo đếm để phục vụ quản lý kinh doanh hiện nay của EVN đang chủ yếu được thực hiện bằng cách chốt chỉ số công tơ định kỳ tại điểm giao nhận điện. Công tác này khá tốn kém và chúng ta gần như không có được thông tin giữa hai lần đọc chỉ số để có thể áp dụng các công nghệ mới về xử lý số liệu cho các bài toán quản lý, mặc dù các đơn vị đã đầu tư khá nhiều công tơ điện tử có khả năng cung cấp toàn bộ các dữ liệu cần thiết với cách truy cập trực tiếp thời gian thực.

Hiện nay các loại công tơ điện tử trong lưới điện của EVN gồm có A1700 (ELSTER/ABB-UK), ZMD (Landis+Gyr-Thụy sỹ), Nexus 1262 (EIG-USA), MK6 (EDMI-Singapore). Trong đó loại A1700 chiếm tỷ lệ khoảng 80%. Lý do sử dụng A1700 là EVN phụ thuộc vào phần mềm đọc công tơ từ xa DataLink và PMU do ABB phát triển.

Các công ty điện lực của EVN đã triển khai một số phương pháp đọc từ xa qua Modem hữu tuyến và GSM với phần mềm DataLink qua cổng kết nối thông tin (RS232/RS485) nhưng kết quả khá hạn chế và không có khả năng triển khai rộng rãi do chi phí quá lớn và giải pháp không đủ tin cậy.

Bằng kinh nghiệm lâu năm trong lĩnh vực thu thập và xử lý dữ liệu vận hành hệ thống điện, Công ty ATS     (www.ats.com.vn) đề xuất giải pháp thu thập dữ liệu được mô tả ở hình 2.

Hình 2: Các phương án kết nối thu thập dữ liệu từ công tơ

Giải pháp cơ bản bao gồm:

Đối với các trạm hoặc các điểm lắp đặt công tơ có mạng WAN/LAN/Internet

l Kết nối trực tiếp thông qua thiết bị biến đổi cổng (Terminal Server)

Các công tơ tại các vị trí này được kết nối tập trung về thiết bị biến đổi cổng RS232/RS485/Ethernet và Hệ thống thu thập dữ liệu sẽ truy cập trực tiếp các công tơ thông qua các loại đường truyền khác nhau trên mạng SDH (E1/T1)/IP/FR/TDM. Dữ liệu đo/đếm/cảnh báo của công tơ được thu thập theo chu kỳ cập nhật đến 5 giây và việc truy cập trực tiếp vào công tơ sẽ căn cứ vào phân quyền của người/nhóm người sử dụng với các mức mật khẩu khác nhau.

* Kết nối gián tiếp thông qua thiết bị tập trung dữ liệu (Data Concentrator)

Đặc điểm chính của giải pháp này là toàn bộ các công tơ sẽ được kết nối tập trung về 1 thiết bị tập trung và xử lý dữ liệu. Thiết bị này sẽ đóng gói toàn bộ dữ liệu và gửi về trung tâm thông qua hệ thống mạng diện rộng WAN (Wide Area Network) hoặc các hình thức truyền tin khác phù hợp nhất tại vị trí lắp đặt.

Đối với các trạm không kết nối được với mạng WAN/IP/INTERNET

* Kết nối qua mạng thông tin di động GSM/CDMA bằng dịch vụ GPRS

Các công tơ sẽ được kết nối trực tiếp hoặc qua thiết bị gateway với modem GRPS để được truy cập on-line và truy xuất toàn bộ dữ liệu đo đếm, cảnh báo cũng như các bản ghi sự kiện. Ưu điểm của giải pháp này là không phải trả phí kết nối mà chỉ phải trả phí trên dung lượng truyền. ATS đã thử nghiệm và kết quả là với khoảng thời gian quét là 1 phút thì cước phí cho một điểm thu thập dữ liệu khoảng 25.000 VNĐ/tháng tùy thuộc vào gói cước của nhà cung cấp.

Ưu điểm nổi bật của giải pháp này là có thể triển khai trong thời gian rất nhanh vì không phải thiết lập một mạng riêng hay phải kéo cáp điện thoại đến vị trí đặt điểm đo, với giải pháp sử dụng dịch vụ GPRS trên nền mạng GSM chúng ta có thể triển khai công tác đo đếm và giám sát tại cả các trạm treo để có các biện pháp quản lý tốt hơn về quá tải, cosφ, tổn thất kỹ thuật và phi kỹ thuật của các nhánh rẽ và phụ tải. Giải pháp này đặc biệt hữu hiệu khi các Công ty điện lực cần giám sát các phụ tải lớn để giảm tổn thất phi kỹ thuật.

* Kết nối qua mạng điện thoại thông thường và di động GSM/CDMA bằng phương án quay số trực tiếp

Trong trường hợp có những khu vực không có phủ sóng di động có kèm dịch vụ GPRS thì các công tơ sẽ được kết nối bằng cách quay số thông thường. Tuy nhiên, với các giải pháp kết nối thông qua mạng WAN/IP/INTERNET/GPRS như đã mô tả ở các phần trên thì khoảng 95% số công tơ cần theo dõi hiện nay của EVN đã có khả năng kết nối trực tiếp một cách hiệu quả và dữ liệu sẽ được cung cấp theo thời gian thực.

2. CẤU TRÚC PHẦN MỀM

Ngày nay ngành điện đang phải đối mặt với các yêu cầu ngày càng cao về chất lượng điện năng và dịch vụ cung cấp điện của khách hàng và xã hội. Ngoài ra với mục tiêu giảm tổn thất điện năng thì cần phải có một hệ thống quản lý hiện đại đối với công tác kinh doanh điện năng bao gồm từ thu thập, xử lý, lưu trữ và ứng dụng. Công ty ATS đã nghiên cứu và phát triển thành công hệ thống thu thập và quản lý đo đếm theo cách tiếp cận của một Hệ thống hạ tầng đo đếm hiện đại (Advanced Metering Infrastructure - AMI). Hệ thống phát triển nhằm đạt được các mục tiêu sau:

* Hệ thống thu thập dữ liệu công tơ từ xa và các phần mềm quản lý tương ứng phù hợp với hệ thống đo đếm hiện nay của ngành điện và phù hợp với các qui định trong kinh doanh điện năng cũng như các nhu cầu phát sinh khi thị trường cạnh tranh phát điện chính thức hoạt động trong năm 2011.

* Hệ thống thu thập dữ liệu đo đếm có khả năng kết nối để thu thập dữ liệu trực tiếp theo thời gian thực đến các loại công tơ đang sử dụng hiện nay trong hệ thống điện của EVN bằng các đường truyền vật lý khác nhau.

* Hệ thống phần mềm quản lý và ứng dụng có khả năng trao đổi hai chiều với hệ thống quản lý kinh doanh hiện nay của các công ty và cung cấp dữ liệu cho các hệ thống quản lý kinh doanh theo nhiều cấp cũng như hệ thống SCADA và có khả năng cung cấp dịch vụ truy cập dữ liệu và thông tin thời gian thực cho các khách hàng có đăng ký thông qua giao diện Web.

Đáp ứng các mục tiêu trên và căn cứ vào định hướng của kiến trúc tổng thể các hệ thống quản lý đo đếm và trung tâm điều độ trong hệ thống điện Việt Nam, đồng thời tham khảo các xu hướng tiên tiến đang được sử dụng và tiêu chuẩn IEC61968 về qui định chuẩn hóa dữ liệu và thông tin trong ngành điện, ATS đưa ra kiến trúc của hệ thống quản lý đo đếm có tên là @IMIS (Integrated Metering Information System) như hình vẽ 3.

Hình 3: Cấu trúc phần mềm hệ thống @IMIS

Các module phần mềm của hệ thống bao gồm:

* Module thu thập dữ liệu từ công tơ và quản lý truyền thông

* Module quản trị hệ thống đo đếm và thiết bị

* Module Giao diện Người-Máy

* Module Giao diện với các Hệ thống khác

* Module kiểm tra sự đúng đắn của dữ liệu (Validation, Edit, Estimate - VEE)

* Module tạo báo cáo

* Hệ thống quản trị dữ liệu quá khứ

* Module nghiên cứu và giám sát phụ tải

* Module quản lý khách hàng và tài sản trên bản đồ số (GIS)

* Dịch vụ Web và cổng dữ liệu thời gian thực (Real-time Portal)

Hình trên là thông số của công tơ A1700 được cập nhật thời gian thực thông qua dịch vụ GPRS với dữ liệu quản lý liên quan.

3. CÁC ƯU ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG @IMIS

* Dữ liệu đo/đếm/cảnh báo được thu thập thời gian thực đáp ứng các bài toán ứng dụng khác nhau của nhiều đối tượng sử dụng trong quá trình quản lý kinh doanh của ngành điện. Dữ liệu được xử lý tập trung và cấp phát cho các ứng dụng khác nhau theo IEC và mô hình thông tin chung (Common Information Model - CIM), tạo ra khả năng sẵn sàng của thông tin đo đếm cho các nhóm chức năng và người sử dụng khác nhau trong EVN, khách hàng và các cơ quan quản lý liên quan.

* Cơ sở dữ liệu quá khứ (HIS) là loại cơ sở dữ liệu đặc biệt chuyên dùng cho việc lưu trữ và quản lý dữ liệu của các quá trình xử lý liên tục theo thời gian, đặc biệt phù hợp cho Hệ thống điện và lưu trữ số liệu đo đếm. Nhân viên Quản trị hệ thống cũng không thể sửa được dữ liệu khi nó đã được lưu vào. Do đó cơ sở dữ liệu này có thể được dùng trong kiểm toán và xử lý tranh chấp.

* Khai thác đa dịch vụ trên cùng một đường truyền vật lý do đó tận dụng được năng lực đường truyền trên cơ sở hạ tầng viễn thông sẵn có. Có thể sử dụng để kết hợp với các chương trình khác nhau trong việc quản lý sử dụng năng lượng hiệu quả như sa thải phụ tải từ xa trong các chương trình DMS, giám sát mất điện, giám sát phụ tải, điều khiển tụ bù động,…

* Tương thích với nhiều loại đường truyền như DDS, T1/E1, IP, FR, TDM, GSM,... Hỗ trợ các chuẩn bảo mật truyền tin và trao đổi dữ liệu trong hệ thống điện như NERC/CIP. Chi phí cho giải pháp trên nền dịch vụ GPRS sẽ triển khai nhanh hơn, rẻ hơn và tin cậy hơn giải pháp quay số qua GSM hay điện thoại hữu tuyến.

Hình 4: Các thông tin được quản lý đối với công tơ A1700

* Có tính mở cao do không phụ thuộc vào nhà sản xuất công tơ, giao thức truyền tin và đơn vị cung cấp dịch vụ truyền tin. Có khả năng đọc nhiều chủng loại công tơ và giải quyết được sự phụ thuộc vào phần mềm DataLink và PMU của ABB trong nhiều năm qua.

* Phù hợp với nhu cầu sử dụng, thói quen và trình độ của đội ngũ quản lý kinh doanh của các công ty điện lực. Dịch vụ bảo dưỡng và nâng cấp tương ứng với sự thay đổi trong qui định về vận hành và kinh doanh sẽ được tiến hành chính xác và nhanh chóng với đội ngũ chuyên gia đã có nhiều năm kinh nghiệm đối với ngành điện Việt Nam.

Theo Qui trình kinh doanh nội bộ hiện nay của EVN thì phân bố các điểm đo ranh giới giữa các công ty phát điện (GenCo), truyền tải (TransCo), phân phối (DisCo) và Khách hàng (bao gồm cả khách hàng lớn đấu nối trực tiếp với lưới truyền tải, khách hàng công nghiệp & thương mại và khách hàng tiêu dùng) được mô tả trong hình 1.

Hình 1: Qui tắc bố trí điểm đo đếm ranh giới trong kinh doanh điện

Công tác thu thập dữ liệu đo đếm để phục vụ quản lý kinh doanh hiện nay của EVN đang chủ yếu được thực hiện bằng cách chốt chỉ số công tơ định kỳ tại điểm giao nhận điện. Công tác này khá tốn kém và chúng ta gần như không có được thông tin giữa hai lần đọc chỉ số để có thể áp dụng các công nghệ mới về xử lý số liệu cho các bài toán quản lý, mặc dù các đơn vị đã đầu tư khá nhiều công tơ điện tử có khả năng cung cấp toàn bộ các dữ liệu cần thiết với cách truy cập trực tiếp thời gian thực.

Hiện nay các loại công tơ điện tử trong lưới điện của EVN gồm có A1700 (ELSTER/ABB-UK), ZMD (Landis+Gyr-Thụy sỹ), Nexus 1262 (EIG-USA), MK6 (EDMI-Singapore). Trong đó loại A1700 chiếm tỷ lệ khoảng 80%. Lý do sử dụng A1700 là EVN phụ thuộc vào phần mềm đọc công tơ từ xa DataLink và PMU do ABB phát triển.

Các công ty điện lực của EVN đã triển khai một số phương pháp đọc từ xa qua Modem hữu tuyến và GSM với phần mềm DataLink qua cổng kết nối thông tin (RS232/RS485) nhưng kết quả khá hạn chế và không có khả năng triển khai rộng rãi do chi phí quá lớn và giải pháp không đủ tin cậy.

Bằng kinh nghiệm lâu năm trong lĩnh vực thu thập và xử lý dữ liệu vận hành hệ thống điện, Công ty ATS     (www.ats.com.vn) đề xuất giải pháp thu thập dữ liệu được mô tả ở hình 2.

Hình 2: Các phương án kết nối thu thập dữ liệu từ công tơ

Giải pháp cơ bản bao gồm:

Đối với các trạm hoặc các điểm lắp đặt công tơ có mạng WAN/LAN/Internet

l Kết nối trực tiếp thông qua thiết bị biến đổi cổng (Terminal Server)

Các công tơ tại các vị trí này được kết nối tập trung về thiết bị biến đổi cổng RS232/RS485/Ethernet và Hệ thống thu thập dữ liệu sẽ truy cập trực tiếp các công tơ thông qua các loại đường truyền khác nhau trên mạng SDH (E1/T1)/IP/FR/TDM. Dữ liệu đo/đếm/cảnh báo của công tơ được thu thập theo chu kỳ cập nhật đến 5 giây và việc truy cập trực tiếp vào công tơ sẽ căn cứ vào phân quyền của người/nhóm người sử dụng với các mức mật khẩu khác nhau.

* Kết nối gián tiếp thông qua thiết bị tập trung dữ liệu (Data Concentrator)

Đặc điểm chính của giải pháp này là toàn bộ các công tơ sẽ được kết nối tập trung về 1 thiết bị tập trung và xử lý dữ liệu. Thiết bị này sẽ đóng gói toàn bộ dữ liệu và gửi về trung tâm thông qua hệ thống mạng diện rộng WAN (Wide Area Network) hoặc các hình thức truyền tin khác phù hợp nhất tại vị trí lắp đặt.

Đối với các trạm không kết nối được với mạng WAN/IP/INTERNET

* Kết nối qua mạng thông tin di động GSM/CDMA bằng dịch vụ GPRS

Các công tơ sẽ được kết nối trực tiếp hoặc qua thiết bị gateway với modem GRPS để được truy cập on-line và truy xuất toàn bộ dữ liệu đo đếm, cảnh báo cũng như các bản ghi sự kiện. Ưu điểm của giải pháp này là không phải trả phí kết nối mà chỉ phải trả phí trên dung lượng truyền. ATS đã thử nghiệm và kết quả là với khoảng thời gian quét là 1 phút thì cước phí cho một điểm thu thập dữ liệu khoảng 25.000 VNĐ/tháng tùy thuộc vào gói cước của nhà cung cấp.

Ưu điểm nổi bật của giải pháp này là có thể triển khai trong thời gian rất nhanh vì không phải thiết lập một mạng riêng hay phải kéo cáp điện thoại đến vị trí đặt điểm đo, với giải pháp sử dụng dịch vụ GPRS trên nền mạng GSM chúng ta có thể triển khai công tác đo đếm và giám sát tại cả các trạm treo để có các biện pháp quản lý tốt hơn về quá tải, cosφ, tổn thất kỹ thuật và phi kỹ thuật của các nhánh rẽ và phụ tải. Giải pháp này đặc biệt hữu hiệu khi các Công ty điện lực cần giám sát các phụ tải lớn để giảm tổn thất phi kỹ thuật.

* Kết nối qua mạng điện thoại thông thường và di động GSM/CDMA bằng phương án quay số trực tiếp

Trong trường hợp có những khu vực không có phủ sóng di động có kèm dịch vụ GPRS thì các công tơ sẽ được kết nối bằng cách quay số thông thường. Tuy nhiên, với các giải pháp kết nối thông qua mạng WAN/IP/INTERNET/GPRS như đã mô tả ở các phần trên thì khoảng 95% số công tơ cần theo dõi hiện nay của EVN đã có khả năng kết nối trực tiếp một cách hiệu quả và dữ liệu sẽ được cung cấp theo thời gian thực.

2. CẤU TRÚC PHẦN MỀM

Ngày nay ngành điện đang phải đối mặt với các yêu cầu ngày càng cao về chất lượng điện năng và dịch vụ cung cấp điện của khách hàng và xã hội. Ngoài ra với mục tiêu giảm tổn thất điện năng thì cần phải có một hệ thống quản lý hiện đại đối với công tác kinh doanh điện năng bao gồm từ thu thập, xử lý, lưu trữ và ứng dụng. Công ty ATS đã nghiên cứu và phát triển thành công hệ thống thu thập và quản lý đo đếm theo cách tiếp cận của một Hệ thống hạ tầng đo đếm hiện đại (Advanced Metering Infrastructure - AMI). Hệ thống phát triển nhằm đạt được các mục tiêu sau:

* Hệ thống thu thập dữ liệu công tơ từ xa và các phần mềm quản lý tương ứng phù hợp với hệ thống đo đếm hiện nay của ngành điện và phù hợp với các qui định trong kinh doanh điện năng cũng như các nhu cầu phát sinh khi thị trường cạnh tranh phát điện chính thức hoạt động trong năm 2011.

* Hệ thống thu thập dữ liệu đo đếm có khả năng kết nối để thu thập dữ liệu trực tiếp theo thời gian thực đến các loại công tơ đang sử dụng hiện nay trong hệ thống điện của EVN bằng các đường truyền vật lý khác nhau.

* Hệ thống phần mềm quản lý và ứng dụng có khả năng trao đổi hai chiều với hệ thống quản lý kinh doanh hiện nay của các công ty và cung cấp dữ liệu cho các hệ thống quản lý kinh doanh theo nhiều cấp cũng như hệ thống SCADA và có khả năng cung cấp dịch vụ truy cập dữ liệu và thông tin thời gian thực cho các khách hàng có đăng ký thông qua giao diện Web.

Đáp ứng các mục tiêu trên và căn cứ vào định hướng của kiến trúc tổng thể các hệ thống quản lý đo đếm và trung tâm điều độ trong hệ thống điện Việt Nam, đồng thời tham khảo các xu hướng tiên tiến đang được sử dụng và tiêu chuẩn IEC61968 về qui định chuẩn hóa dữ liệu và thông tin trong ngành điện, ATS đưa ra kiến trúc của hệ thống quản lý đo đếm có tên là @IMIS (Integrated Metering Information System) như hình vẽ 3.

Hình 3: Cấu trúc phần mềm hệ thống @IMIS

Các module phần mềm của hệ thống bao gồm:

* Module thu thập dữ liệu từ công tơ và quản lý truyền thông

* Module quản trị hệ thống đo đếm và thiết bị

* Module Giao diện Người-Máy

* Module Giao diện với các Hệ thống khác

* Module kiểm tra sự đúng đắn của dữ liệu (Validation, Edit, Estimate - VEE)

* Module tạo báo cáo

* Hệ thống quản trị dữ liệu quá khứ

* Module nghiên cứu và giám sát phụ tải

* Module quản lý khách hàng và tài sản trên bản đồ số (GIS)

* Dịch vụ Web và cổng dữ liệu thời gian thực (Real-time Portal)

Hình trên là thông số của công tơ A1700 được cập nhật thời gian thực thông qua dịch vụ GPRS với dữ liệu quản lý liên quan.

3. CÁC ƯU ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG @IMIS

* Dữ liệu đo/đếm/cảnh báo được thu thập thời gian thực đáp ứng các bài toán ứng dụng khác nhau của nhiều đối tượng sử dụng trong quá trình quản lý kinh doanh của ngành điện. Dữ liệu được xử lý tập trung và cấp phát cho các ứng dụng khác nhau theo IEC và mô hình thông tin chung (Common Information Model - CIM), tạo ra khả năng sẵn sàng của thông tin đo đếm cho các nhóm chức năng và người sử dụng khác nhau trong EVN, khách hàng và các cơ quan quản lý liên quan.

* Cơ sở dữ liệu quá khứ (HIS) là loại cơ sở dữ liệu đặc biệt chuyên dùng cho việc lưu trữ và quản lý dữ liệu của các quá trình xử lý liên tục theo thời gian, đặc biệt phù hợp cho Hệ thống điện và lưu trữ số liệu đo đếm. Nhân viên Quản trị hệ thống cũng không thể sửa được dữ liệu khi nó đã được lưu vào. Do đó cơ sở dữ liệu này có thể được dùng trong kiểm toán và xử lý tranh chấp.

* Khai thác đa dịch vụ trên cùng một đường truyền vật lý do đó tận dụng được năng lực đường truyền trên cơ sở hạ tầng viễn thông sẵn có. Có thể sử dụng để kết hợp với các chương trình khác nhau trong việc quản lý sử dụng năng lượng hiệu quả như sa thải phụ tải từ xa trong các chương trình DMS, giám sát mất điện, giám sát phụ tải, điều khiển tụ bù động,…

* Tương thích với nhiều loại đường truyền như DDS, T1/E1, IP, FR, TDM, GSM,... Hỗ trợ các chuẩn bảo mật truyền tin và trao đổi dữ liệu trong hệ thống điện như NERC/CIP. Chi phí cho giải pháp trên nền dịch vụ GPRS sẽ triển khai nhanh hơn, rẻ hơn và tin cậy hơn giải pháp quay số qua GSM hay điện thoại hữu tuyến.

Hình 4: Các thông tin được quản lý đối với công tơ A1700

* Có tính mở cao do không phụ thuộc vào nhà sản xuất công tơ, giao thức truyền tin và đơn vị cung cấp dịch vụ truyền tin. Có khả năng đọc nhiều chủng loại công tơ và giải quyết được sự phụ thuộc vào phần mềm DataLink và PMU của ABB trong nhiều năm qua.

* Phù hợp với nhu cầu sử dụng, thói quen và trình độ của đội ngũ quản lý kinh doanh của các công ty điện lực. Dịch vụ bảo dưỡng và nâng cấp tương ứng với sự thay đổi trong qui định về vận hành và kinh doanh sẽ được tiến hành chính xác và nhanh chóng với đội ngũ chuyên gia đã có nhiều năm kinh nghiệm đối với ngành điện Việt Nam.


Bài liên quan

 
Untitled-4