Dieu Khien Ho Tieu Thu

Tiểu luận: Điều khiển hộ tiêu thụ GVHD:PGS.TS Phan Thị Thanh Bình
HVTH: Cao Anh Tuấn-01808328

KIẾN TRÚC HỆ THỐNG ĐO
LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN TRONG
VIỆC QUẢN LÝ HỘ TIÊU THỤ
ĐIỆN
Trích dẫn: Một kiến trúc hệ thống nhiều tầng (cluster) được áp dụng cho việc thực
hiện các chiến lược điều chỉnh đồ thị phụ tải trong quản lý ‎ hộ tiêu thụ điện được
trình bày trong bài viết này. Việc điểu chỉnh giá điện, cộng với giá điện theo thời gian,
được áp dụng cho các khách hàng sử dụng điện áp thấp kích thích dịch chuyển tải của
họ theo mục tiêu của các chiến lược sơ đồ phụ tải. Hệ thống có một cấu trúc đa cấp
nhiều tầng (cluster). Mỗi cấp của kiến trúc phản ánh triết ly‎ của một phương án phân
tán hoàn toàn trong đó tất cả các thiết bị có cùng năng lực xử l‎ý giống nhau. Truyền
thông trên đường dây điện (Power line carrier) được sử dụng cho việc trao đổi dữ liệu
trên mạng lưới lưới điện phân phối hạ thế. Nhiều phương án điều chế được thảo luận
và kết quả chính của việc thực hiện dồn kênh điều chế tần số trực giao OFDM cũng
như điều chế dời tần FSK trong thông tin trên đường dây điện được trình bày.
Các từ khóa: tự động hóa đọc công tơ, quảy ly hộ tiêu thụ, điều khiển tải, đo lường,
mobile agent, truyền thông trên đường điện, hệ thống điện, cảm biến thông minh
(web)..

I. Giới thiệu
Trong những năm gần đây, nhiều hoạt động xã hội quan trọng đang ngày càng trở
nên phụ thuộc vào nguồn cung cấp. Vì vậy một nguồn cung cấp năng lương chất
lượng cao và tin cậy thường được yêu cầu. Việc cân bằng giữa sản suất và tiêu thụ
điện là 1 điểm thiết yếu cho việc giữ ổn định hoạt động của các nhà máy điện, bởi

Trang 1

vì trong thời điểm hiện tại việc tích trữ năng lượng vẫn là 1 vần đề nhiều thách
thức
Việc xuất hiện của thị trường điện tự do cho phép các nhà phần phối cấp nguồn
nhiều tự do hơn trong việc ấn định các phương án giá điện, mà vẫn tuân theo một
số điều luật quy định cũng như các khoản lợi nhuận cho phép. Các công ty phân
phối hiện nay đi theo xu hướng lợi nhuận và rất ưa chuộng trong việc phát triển
các chiến thuật thị trường thích hợp áp dụng cho công thức tính giá điện. Điều
khiển hộ tiêu thụ được xem xét chính trên khía cạnh thực hiện các tác động của
các nhà cung cấp nguồn điện làm kích thích các người dùng điện tự làm thích hợp
yêu cầu của họ với khả năng nguồn cung cấp: còn được goi là Chiến lược điều
khiển tải phía hộ tiêu thụ..

Các mức giá linh động tạo nên cơ cấu cho việc quản l‎ý tải tiêu thụ và cũng phản
ánh một mức độ rộng hơn về sự hợp l‎ý kinh tế. Phương án này dựa trên giá đỉnh
(spot pricing) xuất hiện vào khoảng năm 1980 [1]. Để có thể thu thập các thông tin
cần thiết cho việc áp dụng mức giá linh động, các hộ tiêu thụ điện đã được lắp đặt
đưa vào trong 1 hệ thống đo lường và điều khiển, Bài báo này sẽ giới thiệu một
kiến trúc điều khiển đa tầng đột phá như vậy.

Hệ thống này cần liên kết các người dùng với cơ sở hạ tầng thông tin tốc độ cao và
tin cậy được lựa chọn dựa theo các tiêu chuẩn về độ tin cậy, độ sẵn sàng, chi phí
và độ tương thích với các thiết bị hiện hữu. Tác giả bài viết dự kiến sử dụng thông
tin qua đường dây điện. Trên thực tế, trong 10 năm trở lại đây mạng lưới điên
phân phối bắt đầu được sử dụng rộng rãi không chỉ cho việc cung cấp năng lượng
mà còn được dùng cả làm môi trường truyền thông. Một tín hiệu thông tin, với tần
số sóng mang cao, được đưa vào mạng lưới điện phân phối. Tín hiệu thông tin và
năng lượng điện cùng chia sẻ một môi trường truyền dẫn vật lý chung, vì vậy
chúng đồng thời đến các thiết bị cấp nguồn và sẽ được tách ra rồi xử l‎ khác nhau.

Trang 2

Bài báo này bắt đầu với việc mô tả tổng hợp chung cho yêu cầu quản l‎ hộ tiêu thụ
và sau đó khảo sát các đặc tính của cấu trúc hệ thống dùng cho việc quán l ‎ý và
điều khiển nhu cầu năng lượng của tải tiêu thụ, tập trung vào việc đo thời gian sử
dụng dựa trên truyền thông trên đường dây điện. Cuối cùng, một số kết quả thực
nghiệm chính của phương pháp điều chế tần số dời tần FSK và điều chế tần số trực
giao dồn kênh OFDM được sử dụng chính trong truyền thông trên đường dây điện
sẽ được thảo luận.

II. QUẢN LÝ HỘ TIÊU THỤ.
Việc quản l‎ hộ tiêu thụ bao gồm việc lập kế hoạch, thực hiện và giám sát các giải
pháp với mục tiêu cân bằng hoạt động giữa sản xuất và tiêu thụ điện, và hi vọng
không làm giảm cấp độ của các hoạt động phục vụ được yêu cầu.

2 loại hoạt động DSM thường được xem xét:
1. Cấp độ tải: đo đạc , với mục tiêu dịch chuyển tải yêu cầu một giá trị yêu cầu
khác hoặc dịch chuyển tải từ 1 hệ thống nguồn sang hệ thống nguồn khác.
2. Đo thị phụ tải: đo đạc, với mục tiêu làm thay đổi lại hình dạng của đồ thị phụ tải
trong khoảng thời gian ngắn (phút – giờ - ngày) hoặc dài hơn (ngày – tuần – mùa),
như được trình bày trong hình 1.[3].

Trang 3


Hình 1. Biểu đồ tải

Bài báo này đề cấp đến các công nghệ đo lường phổ biến hiện nay thuộc vào nhóm
mới nhất hiện nay. Ba thành phần tham gia kì vọng vào việc hưởng được lợi ích từ
việc thực hiện và công nghệ DSM này là:

• Nguồn cung cấp, với vai trò của bên cung cấp năng lượng
• Người dùng cuối cùng (User/Client), với vai trò của bên yêu cầu năng lượng.
• Toàn thể xã hội, là thành phần lớn hơn bao gồm cũng như bổ sung của cả hai bên
đề cập ở trên.

Một chiến thuật điều khiển đồ thị phụ tải DSM tiêu biểu là việc điều biến giá điện
với mức giá điện theo thời gian Như một yêu cầu cơ bản, muốn các các hoạt động
tương tác lên tải và thực hiện các chiến lược DSM hiệu quả thường yêu cầu và
liên quan đến khả năng đáp ứng thông tin theo từng khoảng thời gian (timely) và
chi tiết ngoài các thông tin của công tơ điện, mà không làm giảm chất lượng phục
vụ. Để thực hiện được mục đích này, chiến lược DSM phải được hiện thực hóa

Trang 4

thông qua việc sử dụng các thiết bị đo lường thích hợp và cấu trúc điều khiển và
các đánh giá, giả định về người dùng điện phải đạt được thông qua các kênh thông
tin tốc độ cao và ổn định .

Rất nhiều phương án đã được khảo sát cho việc quản l‎ý và điều khiển tải phân phối,
tuy nhiên, 2 phương án hoàn toàn thích hợp vơi với hệ thống DSM là: cấp trúc
phân cấp (hierachical) và cấu trúc liên cung (cluster). Hệ thống phù hợp nhất cho
DSM là một cấu trúc liên cung đa cấp. Phương án này sẽ được mô tả kĩ hơn, nhấn
mạnh các lợi ích của nó và trình bày khả năng tương thích của nó với một hệ
thống các công tơ điện tự động phân tán hiện nay.

III. Cấu trúc liên cung đa cấp
Giải pháp dự kiến cho quản l‎ hộ tiêu thụ và diều khiển tải phân tán là cấu trúc liên
cung đa cấp. Đó là một cấu trúc đa cấp trong đó mỗi cấp được tạo nên bởi một
nhóm các thiết bị có đặc tính giống nhau ( xem ví dụ ơ hình 2). Cấu trúc liên cung
đa bậc tránh được trường hợp lỗi của 1 thiết bị ở 1 nút (hoặc trong 1 liên cung) gây
ảnh hưởng hư hỏng tới toàn hệ thống, thêm nữa nó cho phép phân bố các dịch vụ,
hoạt động và các tính năng dựa trên 1 cơ sở hạ tầng công nghệ và các ứng dụng
cho việc điều khiển và quản l‎ hệ thống ,giống như các hệ thống đã được lắp đặt
thực hiện trong việc tự động hóa hệ thống điện hiện tại

Trang 5


Hình 2. Ví dụ của 1 hệ thống liên cung đa cấp

A. Hệ thống đa cấp
Một hệ thống phân cấp thực chất là một hệ thống phân bố trong đó các khối thiết
bị được xếp theo nhóm theo một thứ tự định trước. Mỗi nhóm được gọi là một cấp.
Cấp cao nhất thiết lập cấu trúc quyết định, quan trọng nhất với phần mềm cho cả
điều khiển tải và đo lường năng lượng, cấp thấp nhất điều khiển các thiết bị đo,
cảm biến và thiết bị rồi sẽ gửi tín hiệu phản hồi lên cấp cao hơn. Bắt đầu từ cấp
cuối cùng và đi lên, chúng ta sẽ di từ các thiết bị đo lường và thiết bị tác động lên
đến cấp độ quản l‎ thông tin.
Thiết lập 1 hệ thống đa cấp cho phép:
 điều khiển hoàn toàn và giám sát liên tụ toàn hệ thống trên hệ thống quản l‎
cao nhất.

Trang 6

• quản l‎ quá trình tự động của các thiết bị ở cấp thấp hơn một cách rộng rãi
nhất .
Một hệ thống đa cấp hoạt đông thực sự như một hệ thống tế bào trong đó mỗi
phần tử có khả năng tự quyết định lớn nhất trong quản lý‎ tài nguyên, trong khi nó
vẫn có được cái nhìn trên toàn hệ thống
Ưu điểm của một hệ thống đa cấp là:
* có khả năng quản lý‎ và điều khiển các tài nguyên điên toán số phân tán một cách
hoàn toàn.
* có một kiến trúc hạ tầng công nghệ cho phép phân tích 1 cách kỹ càng các thông
tin luồng công suất cần thiết cho việc giải quyết các vấn đề và quản lý‎ sự hao hụt
của các nguồn tài nguyên.
* khả năng phản ứng nhanh trong trường hợp khẩn cấp bằng cách kích hoạt các
báo động cho các hoạt động phục hồi thích hợp
* khả năng cung cấp cho người dùng cuối cùng một lượng năng lượng phân bố
tính toán dùng cho các hoạt động mới và tương lai

B. Kiến trúc hệ thống liên cung
Một liên cung là một nhóm các thiết bị liên kết với nhau để thực hiện một ứng
dụng, được xem như 1 hệ thống thống nhất cho cả người dùng và các ứng dụng ở
cấp cao hơn. Lợi điểm của kiến trúc này là ở chỗ nó cho phép thực thi nhiều hoạt
động một cách song song, vì vậy nó làm giảm nhẹ khối lượng công việc của mỗi
node.Trong một hệ thống cluster,mỗi khối thể hiện một cluster với bao gồm cả tính
năng quyết định và tính năng tác động.Một hệ thống cluster tối ưu quá trình thu
thập, phân phối và giám sát các nguồn tài nguyên.

Kiến trúc này cho phép
Giới thiệu các tính năng mới thông qua các cải tiến trong phần cứng, phần mềm,
và do đó cho phép kết nối thêm nhiều node mới và nâng cấp phiên bản phần mềm.

Trang 7

Tăng khả năng tính toán của toàn bộ cơ sở hạ tầng bằng cách thêm node vào cùng
cấp độ (mở rộng theo phương ngang của liên cung theo từng cấp)
Một kiến trúc liên cung giông như kiến trúc đã được giới thiệu trên đây có thể
được áp dụng thích hợp cho 1 cấu trúc hệ thống điện [5]-[9].

C. Tính năng của các cấp DSM
Hệ thống cluster cho lưới điện bao gồm 4 level. Mỗi level có các tính năng như
sau:
* level 1 – (Trung Tâm Điều Khiển Điện Quốc Gia). Trong trường hợp khẩn cấp
nó có thể đưa ra yêu cầu giảm/tăng tải cho level 2. Quá trình tăng/giảm tải sẽ
được thực hiện để thực thi 1 chiến lược DSM hợp lý, vì vậy vẫn giữ nguyên các tải
quan trọng đang được cấp điện, nhưng cũng gửi tín hiệu “tăng/giảm” đến các máy
phát phân tán.

• level 2 – (Các Trung Tâm Điều Khiển Phân Tán và các trạm HV/MV).
Nó sẽ quyết định giá điện và chiến lược DSM cho level 3. Việc này được thực
hiện dựa trên các thông tin thu thập được từ: i) ngày sắp tới và các thay đổi của thị
trường ii) kì vọng thái độ của người dùng cuối cùng về việc sử dụng năng lượng
như một hàm của giá điện ; iii) các biến thêm khác như ngày nghỉ lễ, cuối tuần,
các mùa và điều kiện thời tiết. Hàng ngày, giá điện cho ngày tiếp theo sẽ được gửi
đến level 3. Level 2 kích hoạt hoác lệnh sa thải phụ tải theo lệnh của level 1 hoặc
theo một sự kiện đặc biệt ngẫu nhiên của mạng lưới phân phối. Yêu cầu sa thải
phụ tải có thể được đưa ra từ hệ thống tự động của trạm biến áp HV/LV

• level 3–(MV/LV Substations) Mỗi buổi tối level 3 nhận: giá điện và chiến lược
điều khiển DSM cho ngày tiếp theo, và nó chuyển tiếp giá điện cho level 4. Level
3 hoạt động dựa trên chiến lược nhận được ngày trước đó và nó giám sát tải của
các trạm biến áp, thông số chất lượng điện năng và máy biến áp Trung áp/Hạ áp.
Nó có thế gửi tín hiệu giá đến khách hàng (chẳng hạn như giá cực đỉnh) và điều

Trang 8

khiển trực tiếp một số tải như máy điều hòa nhiệt độ và lò sưởi, Yêu cầu về giảm
bớt tải trong trường hợp khẩn cấp có thể nhận được từ level 2 hoặc từ hệ thống tự
động Trung thế/Hạ thế của trạm biến áp. Sa thải phụ tải được kích hoạt nhưng vẫn
giữ nguyên các tải quan trọng (thang máy, đèn giao thông..) Level 3 cũng có thể
thay đổi thiết lập về giới hạn công suất trong các công tơ điện

Level 4 ( Thiết bị tại nhà khách hàng). Tùy theo hợp đồng kí kết giữa khách hàng
và công ty điện lực, mỗi buổi tối một thiết bị đặc biệt sẽ nhận được giá điện cho
ngày tiếp theo. Trong suất cả ngày, nó có thể nhận được tín hiệu kích hoạt giá tải
đỉnh, tín hiệu tăng/giảm công suất chuyển tiếp đến các tải được điều khiển và tổ
máy phát phân tán. Trong trường hợp các tín hiệu này không đạt được hiệu quả
giảm bớt tải theo mong muốn, level 3 có thể tác động trực tiếp lên bộ giới hạn
công suất của đồng hồ đo. Thông tin giữa các level là theo 2 hướng, dựa trên cả
các kênh truyền dẫn wireless (GSM, GPRS, UTMS) và/hoặc dây cáp (PLC,
Optical fiber)..Cấu trúc cluster và kiến trúc logic sẽ được miêu tả trong hình 3.1

Trang 9

Hình 3. Các tính năng của hệ thống DSM phân tán tại các node khác nhau của hệ
thống điện .

D. Kiến trúc hệ thống cluster dự kiến
Đối với mỗi cấp level của hệ thống cluster đa cấp, có thể áp dụng một kiến trúc
phân tán. Kiến trúc dự kiến này phản ánh một triết l‎ phân tán hoàn toàn cúa chiến
thuật mà trong đó các thiết bị có cùng chung khả năng xử lý.
Ý tưởng cơ bản là sử dụng một hệ thống đa cảm biến trên một vùng rộng lớn
(nhiều điểm của cùng hoặc khác hệ thống điện với nhau), sử dụng các thiết bị, cảm
biến Smart Web (view tín hiệu được trên web) mà có thể truyền thông liên lạc với
nhau thông qua việc sử dụng truyền số liệu nhanh và tin cậy dựa trên các bộ xử lý‎
di động (Mobile Agent) xử l‎ý và nhận biết các sự kiện.

Môt mô hình kiến trúc cho hệ thống được trình bày ở hình 4.

Hình 4. Kiến trúc hệ thống đo lường dự kiến dựa trên các bộ xử lý MA phối hợp

Kiến trúc là 1 kiến trúc không phân cấp, tất cả các thiết bị thuộc 1 cấp đều có thể
liên lạc với nhau. Điều này có nghĩa là bất cứ sự mất liên kết nào giữa 2 node của

Trang 10

hệ thống cũng không gây mất mát thông tin. Khả năng xử lý được phân bố trên
mỗi SW sensor, tạo nên hệ thống. Mỗi cảm biến SW có khả năng xử lý phân tích
trên 1 tín hiệu yêu cầu và trong 1 vài trường hợp sẽ thực thi kết quả phân tích cuối
cùng hoặc 1 phần của kết quả. Trước đây, các kết quả được thông tin trực tiếp qua
web đến các khách hàng. Trong trường hợp hiện đại hơn, các xử lý di động MA
trong cảm biến sẽ khởi động để xử lý.

E.Cơ cấu Mobile Agent
Một MA có đặc tính một phần kết quả và các phân tích yêu cầu được xử lý thành
công sẽ được tạo ra và chuyển tiếp đến sensor SW bên cạnh (xem hình 4)

Tại thời điểm sensor nhận được MA, nó đọc các thông tin cần thiết để tích hợp các
kết quả đã được phân tích và dự liệu hiện hiện tại để cho ra kết quả cuối cùng. Nếu
các phân tích cần được làm lại lần nữa, thiết bị MA chuyển sang một SW sensor
kế bên và cứ tiếp tục như vậy. Sau cùng 1 quá trình, nếu kết quả cuối cùng đạt
được, quá trình chuyển MA sẽ hoàn tất và nó sẽ gửi kết quả đến Sensor khởi đầu
và sẽ thông báo cho người dùng thông qua webpages. Cùng với việc xử lý kết hợp
này, một cơ cấu phát hiên sự kiện cũng hoạt động. Nó bao gồm trong nghiên cứu
thông tin của toàn hệ thống đo lường bằng cách gửi lại yêu cầu của người dùng
đến các sensor khác, cho dến khi thông tin được hoàn thành. Cơ cấu này hoàn tòan
trong suốt với người dùng kết nối dến các SW sensor và cho phép lấy thông tin tại
bất cứ SW sensor nào trong hệ thống. Tính năng cơ bản của kiến trúc này dựa trên
các xử lý MA kết hợp là rất dẽ dàng mở rộng và tin cậy.

Truyền thông trên đường dây điện là kinh tế nhất và nhanh chóng trong việc thực
thi kiến trúc.

IV. TRUYỀN THÔNG TRÊN ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN (PLC)
Trong hình 5 là một cấu trúc đơn giản của PLC

Trang 11

Lưới điện vẫn không thay đổi: từ trung tâm, thông qua các trạm biến áp (MV/LV)
đến người dùng cuối cùng. Thông tin được gửi đi từ một modem và được lọc.
Thông thường một bộ repeater được dùng để boost lại tín hiệu khi truyền tải đi xa.
Tại nhà người sử dụng, một modem khác, lắp đặt sau bộ lọc, sẽ chuyển đổi tín
hiệu thành các thông tin và ngược lại
A. Tiêu chuẩn cho PLC
Có 2 tiêu chuẩn cho PLC:
Tiêu chuẩn EEC CENELEC (Châu Âu);
Tiêu chuẩn EIA CE Bus (Bắc Mỹ);
Hệ thống bus CE truyền dẫn dùng sóng mang trong dải tần số 100-400 kHz và nó
có tốc độ Baud-rate maximum tại 6.6kbaud. Nó sử dụng loại điều biến Chirp cho
PLC.
Hệ thống CENELEC sử dụng loại sóng mang từ 3 đến 148.5kHz cho PLC, chia
thành 5 băng tần nhỏ

3-9 kHz dành cho các nguồn lớn;
9-95 kHz băng tần A dành cho các nhà phân phối lớn;
95-125 kHz băng tần B dành cho người dùng cuối cùng;
125-140 kHz băng tần C dành cho người dùng cuối cùng, sử dụng giao thức
CSMA (CSMA/CD là viết tắt của Carrier Sense Multiple Access with Collision
Detect- Điều chế sóng mang đa truy cập có phát hiện xung đột);
140-148.5 băng tần D cho người dùng cuối cùng;

Trang 12


Hình 5. Kiến trúc PLC

Hình 6. Kiến trúc CENELEC EN50065

Các đặc tính tối đa của băng tần A là:
5V ở 9 kHz cho tới 1V ở 45 kHz cho việc sử dụng băng hẹp;
5V dùng cho băng thông rộng vơi 0.75V max đến 200Hz .
Biên độ tín hiệu là 0.63V đối với băng tần B,C và D.

B. Phương pháp điều chế:

Trang 13

Rất nhiều loại điều chế được sử dụng cho PLC, băng tần hẹp sử dụng các loại điều
chế ASK (biên độ), FSK (tần số), DPSK (Differential phase shift keying – Điều
chế dời pha), và các phương pháp trải phổ như DS/SS, FH/FSK và điều chế
CHIRP. Các đặc điểm của phương pháp điều chế là :
• ASK: dữ liệu <120 bps; sóng mang 3 kHz; dùng trong ứng dụng AMR .
• FSK: dữ liệu <1200 bps; sóng mang 9-95 kHz trong khoảng băng tần A.
• DS/SS: dữ liệu <9.6 kbps; sóng mang 28.8 kHz với ngưỡng công suất 50mW và
BER của 10-4
• FH/FSK: có 2 loại ứng dụng, đầu tiên là
300bps trong dải 30-146 kHz, với 900kHz ở hopping-rate và biên độ tín hiệu
0.35V, hoặc 60bps với 300Hz ở hopping-rate
• Chirp hoặc SS/CM (CDMA): với băng tần 100-400 kHz .
• OFDM: dùng để loại bỏ bộ cân bằng ở đầu nhận. Trong bảng 1, đặc tính của các
phương pháp điều chế được trình bày
C.Vấn đề của các ảnh hưởng nhiễu lên PLC
Một mạng lưới hạ thế thường kết nối với nhiều người dùng. Mỗi người dùng lại có
đặc tính sử dụng trong 24h khác nhau Vì vậy cần phải phát triển một mô hình cho
lưới điện, sử dụng giả thiết trong trường hợp xấu nhất. Và một tín hiệu thông tin
trong trường hợp đó có thể tác động làm tăng chất lượng điện năng.
Mỗi tải điện có 1 đặc tính I/V và nó sinh ra nhiễu trên mạng điện. Thông thường
các tải điện thường độc lập và vì vậy sinh ra các nhiễu độc lập

Trang 14


Bảng I
Các loại nhiễu trên lưới điện là
• Nhiễu nền (Background noise) nhiễu này không do người dùng sinh ra và luôn
xuất hiện trên lưới. Nhiễu nền được sinh ra từ các máy biến áp dùng cho phân phối
và chiếu sáng. Tầm nhiễu nằm trong khoảng -80dBW/Hz tại 10kHz đến -
90dBW/Hz tại 100 kHZ trong trường hợp tệ nhất
* Nhiễu đồng bộ với tần số lưới: sinh ra bởi nguồn công suất và nó giữ nguyên
(100dBW/Hz) nằm trong khoảng 60kHz đến 95kHz
* Nhiễu xung: nó phá hủy hệ thống thông tin hơn tất cả. Có nhiều loại
nhiễu xung khác nhau về biên độ và băng tần
• Nhiễu phẳng: nó sinh ra bởi các tải điện mà không cùng tần số với hệ thống.
Nhiễu này được xem như nhiễu ồn trắng trong khoảng băng tần của nó
* Nhiễu băng hẹp: Nó giống như nhiễu tần số hep từ 75 kHz đến 80kHz với -80
bBW/Hz tại giá trị đỉnh
D. Tổng trở và sự suy giảm

Thông thường, lưới điện phản ứng như 1 tải cảm bởi vì cảm kháng trong khoảng
tần số náy chủ yêu là do các máy biến áp phân phối. Tổng trở thay đổi từ 1 – 2ohm
tại 10 kHz cho tới 10- 20 ohm tại 100kHz. Tổng trở này có thể mô hình hóa bởi
một điện cảm 25 μH nối shunt với một điện trở 8ohm và 1 tụ dung lượng 50 nF.

Trang 15

Từ tần số 100kHz trở lên, sẽ xuất hiện các cộng hưởng song song và nối tiếp phụ
thuộc vào các tải điện. Chẳng hạn, tại 100 MHz, kháng trở la 100 ohm. Đường dây
điện có đặc tính dung kháng 30-60 pF/m, cảm kháng of 0.3-0.6 μH/m và điện trở
of 75-150 ohm. Thông thường các tải như TV, lò sưởi có trở kháng nhỏ hơn
đường dây điện. Tuy nhiên, tải điện trở lớn hơn ở tần sồ thấp, trong khi tải cảm
kháng lớn hơn ở tần số cao. Trở kháng không thay đổi nhiều trong khoảng thời
gian ngắn , nhưng thay đổi rất nhiều trong 1 khoảng thời gian dài chẳng hạn như
thời gian ban ngày và ban đêm. Trên đường đây điên, có 1 sự suy giảm nhỏ phụ
thuộc vao tần số. Giá trị tiêu biểu thường là thay đổi từ 0.5 dB/km ở 9 kHz đến
1.5 dB/km ở 95 kHz. Dưới 100 kHz, sự phân tán rất nhỏ. Ở khoảng 100 kHz, quá
trình cộng hưởng là rất đáng kể. Từ 100kHz đến 1 MHz có thể có 3 đến 6 cặp
cộng hưởng song song nghiêm trọng với giá trị suy giảm đỉnh có thể hơn 80dB.
Nguyên nhân chính gây phá hủy môi trường truyền thông là sự thay đổi về độ suy
giảm biến độ theo thời gian. Đặc tính hoạt động của 1 kênh tiêu biểu được show
trong hình 7

Hình 7. Đặc tính hoạt động của 1 kênh trong mạng lưới điện

V. Quá trình thực hiện PLC
Để có thể cân nhắc chính xác giải pháp lựa chon cho truyền thông trên đường dây
điện, 2 phương án thực thi thường được áp dụng

Trang 16

Phương án đầu tiên sử dụng điều chế FSK cho phép dễ dàng thực hiện, trong khi
phương án thứ 2 sử dụng kĩ thuật OFDM, chống nhiễu ồn tốt hơn. Thiết bị điều
biến thường được thực hiện bằng các vi mạch XILINX VIRTEX-II FPGA dựa
trên board PXI tiêu chuẩn, NI-7831R làm bởi National Instruments trên thực tế.
Giao diện đường truyền, được chế tạo bời các thiết bị điện tử, được mô tả trong
bảng 8.1. Các thí nghiệm này được thực hiên theo 2 bước: Đầu tiên mô phỏng
kênh truyền dữ liệu bằng phần mềm, sau đó dùng bộ điều biến trên kênh truyền
thực

Hình. 8. Giao diện giao tiếp vơi đường dây truyền điện

A. Điều chế FSK
Tín hiệu sóng mang có thể được mô tả bởi 3 thông số: biên độ, tần số và pha. Bất
cứ thành phần nào trong 3 thành phần trên đều có thể được vận dụng để thỏa mãn
yêu cầu truyền dẫn tín hiệu.
Điều chế biên độ, chẳng hạn như thay đổi biên độ của sóng mạng, Điều chế tần số
thay đổi tần số, điều chế dời pha thay đổi pha.
FSK là một kĩ thuật cho việc điều chế dữ liệu sử dụng 2 tần số khác nhau. Tần số
thay đổi khi giá trị nhị phân của dữ liệu thay đổi (giữa 0 và 1).
Vì vậy một tần số biểu diễn cho giá trị 1 nhị phân, và tần số thứ 2 biểu diễn giá trị
0 nhị phân.

Trang 17

FSK được sử dụng trong các modem tốc độ thấp mà khi hoặt động ở chế độ Full-
duplex (Song công), 2 tần số khác nhau được sử dụng trên mỗi hướng, kết quả là 4
tần số khác nhau được sử dụng trên 2 hướng

B. Kết quả thí nghiệm FSK
Thí nghiệm sử dụng phương pháp như sau:
Nhiễu ồn trắng được thêm vào tính hiệu analog truyền đi tại ngõ ra của modem
FSK. Mục tiêu là để đo Tỉ lệ Bit lỗi (Bit Error Rate BER) theo tỉ số Signal/Noise.
Tín hiệu này được truyền đến ngõ nhận của Modem. Tín hiệu số đưa vào ngõ
truyền TxD là loại 215-1 pseudo-random pattern long, sinh ra bởi 1 bộ phân tích
lỗi bit bit error rate analyzer. Hình 10. cho ta thấy tỉ lệ BER tại ngõ nhận với cấp
độ tín hiệu nhận bằng 1.14mVRms

Hình 9. Phổ công suất FSK

Trang 18


Hình 10. Kết quả của việc test FSK-BER khi thay thổi hệ số S/N

Trong tình trạng test nhu vậy (Đầu ngõ nhận (RI) = 10mVrms và S/N = 15dB) tỉ lệ
BER là 4*10-7. Với cấp độ RI nhận là 1.14mVRMS tỉ số BER là 10-4 với cùng tỉ
số S/N nhiễu. Bởi vậy, modem có thể thông tin được với tín hiệu ngõ vào nhỏ ở
mức 1mVRMS.
Hình 11 cho thấy giá trị BER tính toán với trường hợp các baud rate khác nhau và
giá trị frame dữ liệu khác nhau.
Đối với giá trị baud rate thấp, giá trị độ dài frame bị hạn chế bởi thời gian truyền.
Thời gian truyền dẫn tối đa được chọn để không có thời gian nào làm ảnh hưởng
đến kênh truyền. Chúng ta đã chọn 1 s cho thời gian truyền frame. Trên thực tế kết
quả này phản ánh kết quả được shown trong hình 11

C. OFDM System
Độ suy giảm tín hiệu của tần số lựa chọn, gây nên bởi ảnh hưởng bởi các đường
truyền khác, làm ảnh hưởng đến tín hiệu thu được. Tuy nhiên khi tín hiệu tần số
lựa chọn suy giảm một lượng lớn, tỉ lể SNR bị suy giảm một cách tệ hại. Trong
trường hợp này, rất khó để phục hồi thông tín nhận được một cách chính xác, ngay
cả khi phương trình phục hồi là chính xác. Tuy nhiên,

Trang 19

Chúng ta dự kiến sử dụng một hệ thống tần số phân chia cho PLC. Trong hệ thống
này, một biểu tượng duy nhất sẽ được truyên tải trên vài sóng mang. Phương pháp
điều chế OFDM với 1 khoảng kí hiệu đủ dài có thể được dùng để loại bỏ phương
trình cân bằng ở đầu nhận [15]-[17]. Trong điều chế OFDM, kênh truyền được
chia ra làm N kênh truyền nhỏ. Mỗi kênh truyền nhỏ trong N kênh này vì vậy sẽ là
kênh truyền băng thông hẹp. N kênh này nên được chọn sao cho cân bằng nhau.
Sơ đồ khối đơn giản hóa của phương pháp điều chế OFDM được show ở hình 12

Hình 11. Kêt quả của phương pháp FSK-BER test với việc thay đổi baud rate và
độ dài frame dữ liệu.

Trang 20


Hình 12. sơ đồ khối đơn giản hóa mô hình truyền dẫn OFDM

Một trong những lợi điểm của OFDM là cấu trúc bộ đầu nhận đơn giản sử dụng
một bộ cân bằng miền tần số với chỉ 1 bộ nhân số phức cho mỗi kênh sóng mang.
Việc này được thực hiên bằng cách sử dụng 1 tiền tố chu kì miền thời gian (a time
domain cyclic prefix (CP)) cho phép bộ nhận tách riêng ra đáp ứng ổn định từ các
đáp ứng quá độ của kênh truyền thông tin. Chỉ số CP, là sự mở rông chu kì của
điều chế biến đổi ngược Fourier (IDFT) thứ tự ngõ ra, phải có độ dài ít nhất bằng
đáp ứng xung của kênh truyền (CIR) để có thể tránh được hiện tượng ISI và ảnh
hưởng kênh liên tần số sóng mang (ICI). Vì vậy việc dự phòng là không thể tránh
khỏi và phải được tích hợp vào OFDM truyền thống nên làm giảm hiệu suất ngõ ra
hệ thống. Điều này làm hạn chế hiệu suất băng tần đạt được đặc biệt cho những
kênh có chỉ số CIR rất dài. Đề làm giảm bớt điều này, rất nhiều bộ OFDM đâu
nhận sự dụng một đáp ứng xung xác định (FIR) với bộ cân bằng miền thời gian
(TEQ) trước khi biến đổi Fourrier (DFT) để có thể làm giảm bớt độ dài của CIR.

Trang 21

Tuy nhiên, điều này giảm bớt lợi điểm quan trong của OFDM rất nhiều, ví dụ như
việc cân bằng miền tần số đơn giản.

D. Kết quả thử nghiệm OFDM
Kết quả trình bày trong phần này giả sử N kênh nhỏ mỗi kênh có băng thông 1/T
và được cách nhau bởi 1/T trong đó T là kí hiệu khoảng thời gian cho từng kênh
nhỏ riêng. Chúng ta cũng giả sử rằng ko có ISI trong N kênh nhỏ được cho. Bởi vì,
mỗi kênh này đều rất hẹp bởi vậy chỉ có hiệu ứng ảnh hưởng đa đường truyền làm
ảnh hưởng đến độ suy giảm một cách đồng đêu trên mỗi kênh truyền. Nói 1 cách
tổng quát, mặc dù mặc dù n kênh được giả sử rằng giống nhau, băng thông của
các sóng mang, các kênh truyền vẫn là lọc kênh theo tần số. Phổ công suất, tín
hiệu cùng với nhiễu và bản đồ các điểm điều chế theo 64-QAM của điều chế
OFDM mô phỏng trong hình 13,14,15 .
Trong thí nghiệm mô phỏng này, chúng tôi đã mô phỏng phương pháp điều chế
QAM/OFDM 16 và 64 dựa trên Kênh Gaussian. Kênh Gaussion ko có giá trị và
biến đổi tùy thuộc vào bản đồ QAM (M=16 hay M=64). Trên thực tế, mối quan hệ
giữa các biến và tham số QAM/OFDM được biểu diễn như dưới đây.
Trong đó N/S là tỉ lệ Nhiễu/Tín hiêu, có thể được thay đỏi trong bước tiếp theo.
Biểu đồ hình 16 cho thấy giá trị BER được tính toán cho 10 triệu bit và cho 16/64
QAM.

Trang 22


Hình. 13. OFDM/64QAM Phổ công suất
Hình 14. OFDM/64QAM Tín hiệu đầu nhận

Trang 23


Hình 15. 64QAM Biểu đồ điểm điều chế
Hình 16. Kết quả của OFDM-BER khi thay đổi tỉ lệ N/S

VI. Tổng kết
Bài báo này thảo luận một kiến trúc va công nghệ đột phá cho thực hiện chiến
lược quản l‎ hộ tiêu thụ và điều khiển các tải phân bố. Kiến trúc này có cấu trúc
liên cung đa cấp cho phép mỗi cấp thực hiện chiến lược phân tán hoàn toàn. Tất
các các thiết bị của cùng một cấp có cùng chung 1 khả năng xử l‎ . Bài báo cũng
đông thời đưa ra dự kiến sử dụng Truyền thông trên đường dây điện cho các phần
tử của hệ thống. Các tính năng tốt nhất của đường dây điện là độ tin cậy, độ sẵn
sàng, chi phí và sự tương thích với các thiết bị hiện hữu. Về việc truyền tại thông
tin, 2 phương pháp điều chế đã được xem xét: Điều chế tần số và điều chế Trực
giao phân kênh tần số. Các thí nghiệm thực nghiệm cho thấy FSK phù hợp với tốc
độ Baud rate thấp , khoảng cách lớn giứa hai thiết bị trong khi đó OFDM phù hợp

Trang 24

với tốc độ baud rate cao và khoảng cách ngắn và tỉ lệ S/N nhỏ, là 2 loại sử dụng
tiêu biểu cho các thiết bị điện tử công suất

Trang 25

Dieu Khien Ho Tieu Thu

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Mais procurados

Mais procurados (20)

Semelhante a Dieu Khien Ho Tieu Thu

Semelhante a Dieu Khien Ho Tieu Thu (20)

Último

Último (20)

Dieu Khien Ho Tieu Thu