MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN............................................................................................................ 0
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................. 0
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................... 0
LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................................. 1
1) Lý do chọn đề tài .................................................................................. 1
2) Mục đích nghiên cứu ........................................................................... 3
3) Nhiệm vụ nghiên cứu ........................................................................... 3
4) Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................... 3
5) Phương pháp nghiên cứu .................................................................... 3
6) Dự kiến những đóng góp mới ............................................................. 4
7) Kết cấu đề tài ........................................................................................ 4
CHƯƠNG I ....................................................................................................................... 5
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ
ĐO ĐẾM TỪ XA TRONG QUẢN LÝ VÀ GIÁM SÁT TIÊU THỤ ĐIỆN
NĂNG.................................................................................................................................. 5
1.1 Cơ sở lý thuyết và khái niệm đo đếm điện năng. .............................. 5
1.2 Cơ sở lý thuyết đo đếm điện năng từ xa. ........................................ 17
1.3 Phương pháp ứng dụng công nghệ đo đếm điện năng từ xa. ........ 21
Tóm tắt chương 1:.......................................................................................................... 31
CHƯƠNG II ................................................................................................................... 32
THỰC TRẠNG VỀ QUẢN LÝ ĐIỆN NĂNG TIÊU THỤ ............................ 32
CHO PHỤ TẢI DÂN DỤNG .................................................................................... 32
2.1 Giới thiệu về Công ty điện lực Hà Nam. .......................................... 32
2.2.Hiện trạng công tác quản lý điện năng tiêu thụ cho phụ tải dân
dụng tại Công ty Điện lực Hà Nam. ................................................. 35
2.2.1.Phương pháp truyền thống (phương pháp thủ công).................. 35
2.2.1.Phương pháp bán tự động sử dụng HHU ..................................... 35
2.2.3.Phương pháp tự động. .................................................................... 38



giáo, sự góp ý của các bạn trong lớp tôi đã hoàn thành luận văn này.
Tôi xin trân thành cám ơn các chuyên gia tiết kiệm năng lượng; đặc biệt
là PGS.TS Nguyễn Minh Duệ đã hướng dẫn tôi trong quá trình làm luận văn
này. Xin cảm ơn Công ty Điện lực Hà Nam đã tạo điều kiện để luận văn có
tính thực tế cao. Trong quá trình viết bài khó có thể tránh khỏi những sai sót,
em rất mong nhận được sự góp ý của thầy cô giáo cũng như của các bạn tham
khảo.
Một lần nữa tôi xin trân thành cảm ơn !
Hà Nội, ngày 11 tháng 04 năm 2014
Học viên thực hiện

Nguyễn Vinh Tuấn


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
- NPC: Tổng công ty điện lực miền Bắc
- PC’s : Các công ty Điện lực
- CSDL: Cơ sở dữ liệu
- DSM : Demand Side Management (Quản lý nhu cầu phụ tải)
- GSM : Global System for Mobile Communication (Hệ thống thông tin di động toàn cầu)
- GPRS : General Packet Radio Service (Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp)
- RF : Radio Frequency (Tần số Radio)
- DLC : Distribution Line Carrier (Truyền trên đường dây phân phối)
- PSTN: Public Switched Telephone Network (mạng điện thoại công cộng)
- LAN: Local Access Network (Mạng máy tính nội bộ)
- WAN: Wide Access Netwok (Mạng máy tính diện rộng)
- ATM: Auto Transfer Machine (Máy trả tiền tự động)
- AMI : Advanced Metering Infrastructure (Lưới điện thông minh)





thông minh sử dụng trong lưới điện phân phối. Trên thực tế này tập trung vào
những nội dung sau:
+ Tự động hóa, thông qua việc sử dụng hệ thống giám sát và thu thập
dữ liệu, của việc vận hành lưới điện phân phối.
+ Sử dụng hệ thống lưới điện thông minh, có truyền thông hai chiều,
cũng như các công nghệ lưới điện thông minh trong lưới phân phối
cho những trạm biến áp và khách hàng quan trọng.
Để quá trình phát triển lưới điện thông minh cần khẩn trương thực hiện
xây dựng đề án tổng thể phát triển lưới điện thông minh tại Việt Nam, bao
gồm nghiên cứu phát triển công tơ điện tử và hệ thống thu thập dữ liệu đo
đếm từ xa, nghiên cứu mô hình tổ chức các trung tâm điều khiển từ xa cho
Tổng công ty Điện lực.
Trên cơ sở đó, Tổng công ty điện lực miền Bắc là Tổng công ty miền có
địa bàn quản lý trên phạm vi 27 tỉnh miền bắc và bắc trung bộ. Tính đến hết
2013, toàn Tổng công ty điện lực miền Bắc quản lý và bán điện cho 7 triệu
khách hàng tiêu thụ điện, con số này tiếp tục tăng trưởng khi lưới điện đang
được đầu tư để cung cấp điện lưới quốc gia tới các bản làng vùng sâu vùng
xa, miền núi, hải đảo.
Với số lượng khách hàng ngày càng lớn, công tác quản lý điện năng đòi
hỏi tăng thêm nhân lực cho quản lý vận hành lưới điện. Do chưa kịp đáp ứng
tốc độ tăng trưởng cùng với công nghệ lạc hậu là một trong những nguyên
nhân gây ra hiệu quả quản lý thấp và tổn thất điện năng cao. Công tác ghi chỉ
số công tơ điện dân dụng 1 pha vẫn sử dụng phương pháp truyền thống là một
ví dụ điển hình. Một trong những yêu cầu cấp thiết là áp dụng các tiến bộ về
công nghệ, dần dần tự động hóa quá trình quản lý, rút ngắn thời gian, giảm
thiểu nhân công trong vận hành, giảm tối đa chi phí, mang lại hiệu quả kinh tế
và sức cạnh tranh trên thị trường.
Đổi mới công tác ghi chỉ số nhằm đáp ứng được tiến độ ghi chỉ số, tính

- Phương pháp truyền dữ liệu, các chương trình thí điểm.
- Phương pháp khảo sát thực tế kết hợp với điều tra, phỏng vấn nhằm lựa
chọn đối tượng đưa vào nghiên cứu - triển khai thực hiện.
3


- Phương pháp chuyên gia: nghiên cứu, phân tích, đánh giá để thực hiện
việc xây dựng các giải pháp quản lý từ xa điện năng tiêu thụ.
- Nghiên cứu đề xuất các giải pháp quản lý và kỹ thuật thông qua khảo sát,
đo kiểm, ý kiến đóng góp của các chuyên gia, người hướng dẫn khoa học.
6) Dự kiến những đóng góp mới
- Áp dụng hệ thống quản lý từ xa điện năng tiêu thụ cho phụ tải dân
dụng vào thực tế.
- Góp phần hiện đại hóa ngành điện, hiện đại hóa Đất nước.
7) Kết cấu đề tài
Ngoài phần mở đầu, kết luận, mục lục, danh mục tài liệu tham khảo đề
tài tập trung vào nội dung chính sau:
Chương I: Cơ sở lý thuyết và phương pháp ứng dụng công nghệ đo
đếm từ xa trong quản lý và giám sát tiêu thụ điện năng.
Chương II: Thực trạng quản lý điện năng tiêu thụ cho phụ tải dân dụng.
Chương III: Xây dựng hệ thống quản lý từ xa điện năng tiêu thụ cho
phụ tải dân dụng tại Công ty Điện lực Hà Nam.

4


CHƯƠNG I
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐO
ĐẾM TỪ XA TRONG QUẢN LÝ VÀ GIÁM SÁT TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG
1.1 Cơ sở lý thuyết và khái niệm đo đếm điện năng.

Delta X: độ biến thiên của đại lượng cần đo.
Cơ cấu biến đổi điện cơ:
Định nghĩa: dụng cụ đo tương tự ( analog) là loại dụng cụ đo mà chỉ số của nó
là đại lượng liên tục tỉ lệ với đại lượng đo liên tục.
Trong dụng cụ đo tương tự người ta thường dùng các chỉ thị điện cơ, trong đó
tín hiệu vào là dòng điện còn tín hiệu ra là góc quay của kim chỉ thị.
Cơ cấu này thực hiện việc biến năng lượng điện từ thành năng lượng cơ học
làm quay phần động một góc lệch a so với phần tĩnh.
a= fi(X) , X : Đại lượng điện
Nguyên lý làm việc của cơ cấu biến đổi điện cơ.
Khi cho dòng điện vào một cơ cầu biến đổi cơ điện do tác dụng của từ trường
quay lên phần động của cơ cấu mà sinh ra một mô men quay Mq.
Mq = dWđt/da ( Wđt là năng lượng điện từ trường).
Nếu ta đặt vào trục của phần động một lò xo cản thì khi phần động quay lò xo
bị xoắn lại và sinh ra một Mômen cản Mc:
Mc = K.a ( hệ số K phụ thuộc vào kích thước và vật liệu chế tạo lò xo)
Khi phần động của cơ cấu nằm ở vị trí cân bằng:
Mq = Mc suy ra a = 1/K. dWđt/da
Đây là phương trình đặc tính thang đo
Cơ cấu biến đổi kiểu điện cơ có 4 loại:
+

Cơ cấu kiểu từ điện.

+

Cơ cấu kiểu điện từ.

+


Trục (5)

+

Kim chỉ thị (6)

Nguyên lý làm việc: Khi có dòng điện một chiều cần đo chạy vào cuộn dây
động, từ trường của nó sẽ tác dụng với từ trường của nam châm vĩnh cửu, tạo
nên lực FI tác dụng lên hai cạnh cuộn dây động và gây ra Mômen quay Mq:
Mq =FI.*D = BLWI .D = Kq .I
Mối quan hệ giữa góc lệch a kim chỉ thị và dòng điện cần đo:
a = S.I
trong đó S là độ nhạy của cơ cấu đo.
Đặc điểm và ứng dụng:
Ưu điểm:
- Có độ chính xác cao vì các phần tử cơ cấu có độ ổn định cao, từ
trường cực từ mạnh nên ít bị ảnh hưởng của từ trường ngoài và công
suất tiêu thụ nhỏ.
- Thang đo chia độ đều.
- Độ nhạy lớn nên đo được các dòng một chiều rất nhỏ.
Nhược điểm:
- Chỉ đo được dòng một chiều vì góc lệch a tỉ lệ bậc nhất với dòng điện.
- Tiết diện cuộn dây động nhỏ, nên khả năng quá tải kém.
- Cấu tạo phức tạp, hư hỏng khó sửa chữa.
Ứng dụng:
7


- Chế tạo để đo dòng điện và điện áp một chiều: vôn kế, ăm pe kế.
- Đo các dòng, áp trị số nhỏ như: điện kế, Miliămpekế, Milivolkế.

Ưu điểm :
8


- Đo được dòng xoay chiều và một chiều.
- Khả năng quá tải lớn do tiết diện dây quấn lớn, đo được dòng và áp lớn.
- Cấu tạo đơn giản
Nhược điểm :
- Từ trường bản thân yếu, bị ảnh hưởng của từ trường ngoài. Do tổn hao phu
cô và từ trễ, nên độ chính xác không cao, độ nhạy thấp.
- Thang đo chia độ không đều.
Ứng dụng: Chế tạo các ampe kế và vôn kế một chiều và xoay chiều.
Cơ cấu đo điện động:
Cấu tạo:
- Phần tĩnh là cuộn dây (1 ) gồm hai nữa cuộn dây đặt cạnh nhau để tạo ra
khoảng không gian có từ trường tương đối đều, quấn dây tiết diện lớn.
- Phần động là cuộn dây (2 ) có tiết diện nhỏ đặt trong lòng cuộn dây tĩnh.
Ngoài ra còn có lò xo và bộ phận cản dịu.
Nguyên lý làm việc.
Dòng điện cần đo được đưa vào cuộn dây 1( I1) và 2 (I2) tạo nên 2 từ trường
đẩy nhau, gây nên Mômen quay. Năng lượng từ trường tích lũy trong 2 cuộn
dây:
WM = L1I12/2 +L2I22/2 + MI1.I2
L1,L2 : điện cảm của hai cuộn dây;
M: hỗ cảm giữa hai cuộn dây.
Mối quan hệ giữa góc lệch kim chỉ thị a với 2 dòng điện cần đo:
a = S. I1 I2
trong đó S là độ nhạy của cơ cấu đo
Nếu I1= I2 =I suy ra a =S I2
Ưu điểm :

fi1 ~U ; fi2 ~I ; góc lệch pha P giữa U và I ( vì U nhanh pha so với fi 1 góc 90 ,
I cùng pha với fi2 ) cho nên P = y+900
Mq = Cfi.fi1.fi2 sin xấp xỉ y KU.I.cosP = KP
Như vậy Mômen quay tỉ lệ với công suất P mà tải tiêu thụ .
Để thể hiện số vòng quay của đĩa nhôm, người ta gắn vào trục cơ cấu chỉ thị
đếm cơ khí. Lượng điện năng tiêu thụ A trong khoảng thời gian dt:
A = P. dt= C.N (N : số vòng quay của đĩa nhôm)
Đặc điểm và ứng dụng:
- Điều kiện để Mômen quay là phải có hai từ trường.
- Mômen quay phụ thuộc tần số dòng điện.
- Chỉ làm việc trong mạch điện xoay chiều.
Ứng dụng: Chế tạo công tơ đo điện năng.
Đo dòng điện và đo điện áp
Đo dòng điện
Đo dòng điện bằng cách mắc ampe kế nối tiếp với phụ tải có dòng điện
cần đo chạy qua. Điện trở trong của ampe kế càng nhỏ càng tốt.
Để mở rộng thang đo một chiều, người ta dùng điện trở sơn (shunt)
Rs nối song song với cơ cấu đo.
Ta có I = IS+IA
K = I/IA = RA /RS + 1
K: hệ số Mở rộng thang đo.
Thay đổi RS ta được các hệ số mở rộng thang đo khác nhau:
RA /RS = 9;99; 999 suy ra K = 10;100;1000;...
Dòng đi qua cơ cấu đó chỉ bằng 1/10; 1/100;1/1000; .. với dòng cần đo.
Đo dòng xoay chiều dùng các ampemét điện từ hay điện động.
Với dòng xoay chiều ta dùng máy biến dòng để mở rộng thang đo.
Ampemét điện từ mở rộng thang đo bằng cách chia cuộn dây tĩnh ra nhiều
đoạn bằng nhau và tuỳ thuộc việc mắc nối tiếp hay song song.
11


Như vậy Mq của oát mét tỉ lệ với công suất tác dụng của phụ tải nên được
dùng để đo công suất mạch xoay chiều và cả một chiều.
Đo công suất mạch điện 3 pha
+ Khi mạch ba pha bốn dây đối xứng, thì chỉ cần dùng một oát kế đo
công suất 1 pha rồi nhân 3 : P3p= 3.P1p
+ Nếu là mạch 3 pha 4 dây không đối xứng thì phải dùng 3 oátmét đo rồi
cộng kết quả lại. P3p=PA+PB+PC
+ Khi mạch ba pha không có dây trung tính phụ tải bất kỳ, người ta dùng
2 oát kế để đo công suất: P3p=P1+P2
Chứng minh:
Công suất tức thời của mạch ba pha: p3p= uAiA+uBiB+uCiC (1)
Ta có: iA+iB+iC=0 suy ra iC= - ( iA+iB) (2)
Từ (1) và (2) ta có:
p3p = iA (uA-uC)+iB (uB-uC) = iAuAC+iBuBC = p1+p2
Người ta đã chế tạo loại oát kế 3 pha hai phần tử, cách mắc sơ đồ đo tương tự
như cách dùng 2 oát kế một pha.
Đo điện trở:
Đo gián tiếp
Để đo điện trở ta dùng Ampe kế đo dòng điện I và vônkế đo điện áp U.
Điện trở cần đo: Rx = U/I
Ta có Rx +RA = U/I, điện trở ampekế gây sai số phép đo.
Ta có: I = U/Rx + U/Rv suy ra Rx = 1/ (I/U –1/Rv)
Điện trở vôn kế gây nên sai số phép đo, dùng để đo điện trở có giá trị nhỏ
Đo bằng Ôm kế

13


Hình 1.1.4
Ôm kế dùng để đo các điện trở có giá trị nhỏ.

cầu đã cân bằng:
Rx/R2 = R3/R1 suy ra Rx =R2. R3/R1
Đo lường số
Nguyên lý của chỉ thị số
Đại lượng đo x(t) sau khi qua bộ biến đổi thành xung (BĐX). Số xung được
được đưa vào bộ Mã hóa (MH) cơ số 2 sau đó đến bộ giải Mã (GM) và đưa ra
bộ hiện số.

Hình 1.1.5
Thiết bị hiện số
Có nhiều loại thiết bị hiện số quang học khác nhau nhưng dùng phổ
biến nhất là bộ hiện số bằng ghép 7 thanh và loại tinh thể lỏng. Điốt phát
quang là chất bán dẫn phát sáng khi đặt vào điện áp Một chiều, còn tinh thể
lỏng dưới tác dụng của điện áp sẽ chuyển pha từ trạng thái trong suốt sang
trạng thái Mờ và ta có thể nhìn thấy mầu sắc ở nền đằng sau.
Tinh thể lỏng tiêu thụ công suất rất nhỏ (0,1mA một thanh) còn điốt
phát quang là 10mA.
Các thiết bị kỹ thuật sử dụng mã cơ số 2. Để đọc thông tin đo thể hiện
ra bên ngoài ta biến đổi mã cơ số 2 thành mã cơ số 10.
15


Hình 1.1.6
Thiết bị làm nhiệm vụ này là bộ giải mã.
Người ta sử dụng 7 vạch từ a đến g. Nếu tất cả các vạch đều sáng ta
nhận được số 8.
Bộ giải mã 7 vạch được chế tạo dưới dạng vi Mạch kiểu SN 74247 có
các đầu ra hở cực góp.
Dùng để điều khiển bộ chỉ thị LED có chung anốt +5V.
Để đảm bảo dòng anốt mong muốn cần thêm 7 điện trở bên ngoài.

Giảm được nhu cầu phụ tải nhờ chương trình DSM, ngành điện có thể trì
hoãn chi phí xây dựng các nhà máy điện mới, mở rộng lưới truyền tải và phân phối
điện, vận hành và bảo dưỡng hệ thống cũng như chi phí mua nhiên liệu cho các nhà
máy. Đầu tư vào DSM sẽ giảm nguy cơ xây dựng vội vã hoặc thừa thãi các nhà
máy điện. Do đó, nguồn vốn được sử dụng một cách tối ưu và có hiệu quả.
- Các chương trình DSM sẽ giúp đỡ khách hàng tiết kiệm được một
khoản tiền đáng kể để chi phí cho các kế hoạch thiết thực khác.
- Giảm thiểu các tác động xấu tới môi trường.
- Cải thiện hiệu suất sử dụng thiết bị (cả phía cung và phía cầu).
DSM bao gồm nhiều hoạt động do chính phủ cũng như ngành điện đề
xướng nhằm khuyến khích các hộ tiêu thụ tự nguyện thay đổi cách thức tiêu
thụ của họ mà không cần đến các thỏa thuận về chất lượng dịch vụ cũng như
sự thỏa món của hộ tiêu thụ.
17


Nói chung, DSM thường được thực hiện thông qua sự kết hợp các
chương trình quản lý (như quản lý thời gian xuất hiện các tiêu dùng về điện,
quản lý phụ tải, nâng cao các công nghệ có hiệu quả về năng lượng, trợ giúp
kỹ thuật và khuyến khích tài chính), các bộ luật phạm vi quản lý của nhà nước
và các tiêu chuẩn thiết bị. Nhằm mục đích đề ra những đũi hỏi đối với các
hiệu suất năng lượng phải cải tiến trong các tòa nhà mới và đối với những
quyết định của nhà chế tạo, nhằm bán ra những trang thiết bị hoặc công nghệ
kiểm tra quản lý năng lượng với hiệu suất năng lượng cao hơn.
Các giải pháp DSM được thực hiện nhằm đạt được 6 mục tiêu cơ bản
về dạng đồ thị phụ tải được mô tả trong hình như sau:
P

P


Đây là biện pháp khá thông dụng để giảm phụ tải đỉnh trong các giờ
cao điểm của hệ thống điện nhằm giảm nhu cầu gia tăng công suất phát và tổn
thất điện năng. Có thể điều khiển dùng điện của khách hàng để giảm đỉnh
bằng các tín hiệu từ xa hoặc trực tiếp từ hộ tiêu thụ. Ngoài ra bằng chính sách
giá điện cũng có thể đạt được mục tiêu này. Tuy nhiên khi áp dụng biện pháp
này của khách hàng thường được thỏa thuận hoặc được thông báo trước để
tránh những thiệt hại do ngừng cung cấp điện.
* Lấp thấp điểm
Đây là biện pháp truyền thống thứ hai để điều khiển dũng điện. Lấp
thấp điểm là tạo thêm các phụ tải vào thời gian thấp điểm. Điều này đặc biệt
hấp dẫn nếu như giá điện cho các phụ tải dưới đỉnh nhỏ hơn giá điện trung
bình. Thường áp dụng biện pháp này khi công suất thừa được sản xuất bằng
nhiên liệu rẻ tiền. Kết quả là gia tăng tổng điện năng thương phẩm nhưng
không làm tăng công suất đỉnh, tránh được hiện tượng xả nước (thủy điện)
hoặc hơi thừa (nhiệt điện). Có thể lấp thấp điểm bằng các kho nhiệt (nóng,
lạnh) xây dựng các nhà máy thủy điện tích năng, nạp điện cho ắcqui, ôtô
điện…
* Chuyển dịch phụ tải
Chuyển phụ tải từ thời gian cao điểm sang thời gian thấp điểm. Kết quả
là giảm được công suất đỉnh song không làm thay đổi điện năng tiêu thụ tổng.
Các ứng dụng phổ biến trong trường hợp này là các kho nhiệt, các thiết bị tích
năng lượng và thiết lập hệ thống giá điện thật hợp lý.
* Biện pháp bảo tồn
Đây là biện pháp giảm tiêu thụ cuối cùng dẫn tới giảm điện năng tiêu
thụ tổng nhờ việc nâng cao hiệu năng của các thiết bị dùng điện.
* Tăng trưởng dùng điện
Tăng thêm khách hàng mới (Chương trình điện khí hóa nông thôn là
một ví dụ) dẫn tới tăng cả công suất đỉnh và tổng điện năng tiêu thụ.
19


20