Phân tích, đánh giá các giải pháp truyền thông trong việc tự động hóa lưới điện hạ áp - Áp dụng trạm biến áp dịch vọng 22

SCIENCE TECHNOLOGY 
Số 50.2019 ● Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 3
PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ CÁC GIẢI PHÁP TRUYỀN THÔNG 
TRONG VIỆC TỰ ĐỘNG HÓA LƯỚI ĐIỆN HẠ ÁP - ÁP DỤNG 
TRẠM BIẾN ÁP DỊCH VỌNG 22 
ANALYSIS, EVALUATION FOR COMMUNICATION SOLUTION IN LOW VOLTAGE NETWORK - 
APPLICATION IN SUBTATION DICH VONG 22 
Nguyễn Nhất Tùng 
TÓM TẮT 
Lưới điện hạ áp phát triển theo xu hướng lưới điện thông minh cần phải thỏa 
mãn các tiêu chí được công nhận rộng rãi tại Việt Nam cũng như trên thế giới. Để 
đạt được điều này, lưới điện phân phối được cụ thể hóa ở ba mặt: thiết bị đo 
lường/điều khiển; hệ thống truyền thông và trung tâm điều độ với phần mềm và 
các thuật toán điều khiển thông minh lưới điện. Bài báo tập trung phân tích các 
giải pháp truyền thông áp dụng cho ngành điện nói chung và từ đó đề xuất giải 
pháp truyền thông cho lưới điện phân phối theo hướng thông minh, tự động hóa. 
Với các yêu cầu tự động hóa, từng bước tiến tới lưới điện thông minh của lưới 
điện thực tế Dịch Vọng 22, các hệ thống truyền thông khác nhau được đề cập một 
cách chi tiết và cuối cùng áp dụng cho lưới điện được lựa chọn. Tất cả các điều này 
đều nhằm cho hệ thống truyền thông đạt tiêu chuẩn cho một lưới điện hiện đại 
và áp dụng cho Việt Nam. 
Từ khóa: Truyền thông, trạm biến áp, lưới điện thông minh. 
ABSTRACT 
The road of development for power grid, convergent in low voltage lever, 
must be in accordance with the criteria widely recognized in Vietnam as well as 
in the world. For that, the Smart grid for the distribution lever network has been 
concretized in three aspects: measuring device / controller; communication 
system, and Operation Center with the software and algorithms using for this 
network. Article refers focus to communication problems, apply to electricity 
distribution networks, towards intelligent. In the first part, the requirements of 
the grid Dich Vong 22 towards smart development are studied and discussed. 
The second part, the different communication systems to be studied in detail and 
finally applied to the selected grid. All of this is aimed for system 
communications standards for smart grid and applied to Vietnam. 
Keywords: Communication, subtation, Smart grid. 
Khoa Kỹ thuật điện, Trường Đại học Điện lực 
Email: tungnn@epu.edu.vn 
Ngày nhận bài: 01/10/2018 
Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 20/12/2018 
Ngày chấp nhận đăng: 25/02/2019 
1. GIỚI THIỆU CHUNG 
1.1. Lưới điện phân phối Việt Nam và xu hướng phát triển 
Trong xu thế phát triển công nghiệp 4.0 đặt ra đối với 
ngành điện, 03 yếu tố nền tảng cho sự phát triển được xác 
định liên quan đến công nghệ thông tin là: Big Data, trí tuệ 
nhân tạo và điện toán đám mây; yếu tố thứ 4 liên quan đến 
ngành điện là áp dụng tự động hóa trong ngành điện. Cách 
mạng công nghiệp 4.0 ra đời là quy luật tất yếu trong sự 
phát triển chung của nhân loại, có điều nó phát triển nhanh 
và nhiều quốc gia chưa thể thích ứng ngay được. 
Mặt khác, đối với lưới điện Việt Nam, đặc biệt là lưới 
điện phân phối, hầu như vẫn chưa có nhiều thay đổi. Với 
công nghệ đang sử dụng của những năm 70, hệ thống 
attomat, dao cách ly thông thường, các công tơ điện dạng 
cơ hay dạng điện tử đơn giản,, lưới điện phân phối Việt 
Nam còn gặp nhiều khó khăn nhằm bắt kịp xu thế trên 
thế giới. 
Trong hoàn cảnh đó, cùng với sự ra đời của các công 
nghệ sản xuất điện tiên tiến, với các vấn đề thiếu điện, ăn 
cắp điện cũng như nhu cầu sử dụng điện cao, đã dẫn tới 
yêu cầu về một mạng lưới điện hiện đại, đáp ứng các yêu 
cầu của hộ tiêu thụ. Các yêu cầu cho sự phát triển được đặt 
ra là việc tăng cường độ tin cậy, hiệu suất và độ an toàn cho 
lưới điện; cho phép việc phân tán việc sản xuất điện để các 
hộ tiêu thụ vừa có thể là khách hàng, vừa có thể là nhà 
cung cấp,, một lưới điện như vậy được gọi là lưới điện 
thông minh[15]. 
Đứng trước các nhân tố đòi hỏi khách quan kể trên, việc 
xác định mô hình cơ bản có khả năng áp dụng cho lưới 
phân phối hạ áp của Việt Nam, đáp ứng xu thế phát triển, 
cần được quan tâm đặc biệt và nghiên cứu. Xu hướng này 
được phần nào giải quyết thông qua dự án nghiên cứu 
khoa học cấp nhà nước Nghiên cứu và ứng dụng các giải 
pháp hợp lý áp dụng cho lưới điện phân phối Việt Nam đạt 
chuẩn lưới điện thông minh”, mã số KC.05.12/11-15. 
1.2. Mô hình lưới điện phân phối theo hướng hiện đại, 
thông minh 
Các nghiên cứu về kiến trúc/mô hình cho lưới điện 
thông minh hạ áp, dựa trên sự quản lý kết hợp được phân 
chia thành 04 tầng với mức độ từ thấp đến cao, hình 1, [8]. 
Theo đó, tầng thấp nhất là tầng quản lý vật lý các phần 
tử điện trên lưới điện; tầng thứ hai là thiết lập các giao thức 
 CÔNG NGHỆ 
 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ● Số 50.2019 4
KHOA HỌC
truyền thông và cơ chế truyền thông giữa các phần tử đảm 
bảo chúng được liên kết với nhau và thống nhất điều khiển. 
Khi hệ thống đo lường và truyền thông từ xa được thiết lập 
và thông suốt, tầng thứ 3 (tầng thông tin - information 
layer) có chức năng thiết lập các cơ sở dữ liệu và xây dựng 
các phần tử tin học (object information), mô hình hóa tham 
chiếu cho các thiết bị hay các nhóm thiết bị cần điều khiển 
và giám sát. Thông qua cơ sở dữ liệu và các mô hình tin 
học, các thuật toán điều khiển thông minh, các chiến lược 
điều khiển tối ưu và giám sát từ xa được thực hiện chính 
xác. Ở tầng cao nhất - tầng chức năng, các chương trình 
quản lý nhu cầu phụ tải điện kết hợp với các dịch vụ cho 
phép sự tương tác qua lại hai chiều giữa nhà cung cấp điện 
và các phụ tải điện sẽ được thực hiện. Ở đây chính là các 
chức năng quản lý độc lập và các dịch vụ độc lập, cho phép 
sự tham gia tích cực của hộ dùng điện vào trong vấn đề 
quản lý và đem lại hiệu quả sử dụng cho lưới điện phân 
phối thông minh. 
Hình 1. Mô hình kiến trúc lưới điện thông minh 
Trong phạm vi nghiên cứu của bài báo, xây dựng một 
mô hình mẫu áp dụng đối với lưới điện hạ thế theo hướng 
mở, thông minh, các giải pháp đề xuất dừng lại ở tầng thứ 
2 và phát triển một số công cụ ở tầng thứ 3 của mô hình 
nêu trên. 
2. PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP TRUYỀN THÔNG 
CHO LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH TRẠM BIẾN ÁP DỊCH 
VỌNG 22 
2.1. Trạm biến áp Dịch Vọng 22 
Trạm biến áp (TBA) Dịch Vọng 22, 1000kVA, điện áp 
22/0,4 kV với cấu trúc cơ bản của lưới điện phân phối Việt 
Nam hiện nay. Phía hạ áp bao gồm Aptomat tổng và các 
Aptomat đầu các lộ đường dây không có điều khiển từ xa, 
thao tác bằng tay. Khi sự cố bất cứ điểm nào trên lưới đều 
dẫn đến mất điện diện rộng. Việc khôi phục để có điện trở 
lại do nhân viện đến tận TBA thao tác, thời gian mất điện bị 
kéo dài. Tổng số phụ tải là 150 hòm công tơ, 500 công tơ, 
với bán kính cấp điện 700m [8]. 
2.2. Phân tích các giải pháp truyền thông dùng trong 
lưới điện phân phối thông minh 
Về cơ bản, có hai mức thông tin cần thiết cho một hệ 
thống lưới điện phát triển theo hướng hiện đại, thông 
minh, đó chính là: (I) dòng thông tin từ cảm biến và các 
thiết bị điện tới thiết bị đo thông minh và thông tin giữa 
các thiết bị đo thông minh và (II) đường dữ liệu back-haul 
của công ty điện. Các dòng dữ liệu loại (I) có thể được thực 
hiện thông qua công nghệ PLC hoặc các công nghệ không 
dây như: ZigBee, 6LoWPAN, Z-wave... ; trong khi đó, công 
nghệ di động hoặc Internet thường được sử dụng cho các 
luồng thông tin loại thứ hai. Nội dung của bài báo nhằm 
phân tích ưu nhược điểm và xác định phạm vi ứng dụng 
của từng giải pháp truyền thông khác nhau, với tính khả thi 
áp dụng cho lưới điện phân phối. 
2.2.1. Truyền thông có dây 
a) Sử dụng tải ba (PLC - Power Line Communication) 
Hình 2. Mô hình ARM sử dụng công nghệ PLC 
Hệ thống truyền thông PLC hiện nay thường sử dụng đi 
kèm với hệ đo đếm từ xa (ARM). Truyền thông PLC, hình 2, 
sử dụng hệ thống dây dẫn điện có sẵn để truyền dữ liệu 
theo thời gian thực giữa các khách hàng với một thiết bị 
thu thập và xử lý dữ liệu trung tâm. Đây là một hệ thống 
Module linh hoạt, đầu tư ban đầu không cao, quá trình lắp 
đặt dễ dàng và nhanh chóng. Thông thường PLC được 
dùng để truyền thông tin trên một khoảng cách trung (từ 
20 - 100 km) hoặc khoảng cách dài (100 - 500 km) [1]. 
Công nghệ PLC có thể được nhóm lại thành các nhóm: 
PLC băng siêu hẹp (UNB-PLC), PLC băng hẹp (NB-PLC), hoặc 
PLC băng rộng (BB-PLC) [4]. 
 PLC băng siêu hẹp (UNB-PLC): hoạt động ở dải tần số 
siêu thấp ULF (0,3-3kHz) hoặc SLF (30-300Hz), với tốc độ dữ 
liệu rất thấp (~ 100bps). Đây là loại hình truyền thông cự ly 
có thể lên tới 150 km, thích hợp cho các ứng dụng với dữ 
liệu trao đổi ít, gọn nhẹ. 
 PLC băng hẹp: hoạt động trong dải tần số VLF/LF/MF 
(3-500kHz) với công nghệ một sóng có tốc độ truyền thấp 
hoặc công nghệ đa sóng có tốc độ truyền cao (500kbps). 
Tuy nhiên, hệ thống này có hạn chế về tiêu chuẩn truyền 
SCIENCE TECHNOLOGY 
Số 50.2019 ● Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 5
thông, không đồng bộ với các chuẩn truyền thông thường 
dùng trong ngành điện [4]. 
 PLC băng rộng (BB-PLC): hoạt động trong dải tần 
HF/VHF (1,8-250MHz) và có tốc độ vật lý từ nhiều Mbps đến 
vài trăm Mbps. Đây là công nghệ rất thích hợp cho các liên 
kết cho Smart Home. 
Về mặt thiết bị của hệ thống PLC, áp dụng cho lưới điện, 
bao gồm các thiết bị chính như sau: 
+ Bộ tập trung dữ liệu (CONCENTRATOR): đây là thiết bị 
tập trung lắp đặt trên lưới điện hạ thế ứng với mỗi trạm. 
Thiết bị này có thể thu thập và xử lý dữ liệu tối đa cho 1250 
công tơ. 
+ Công tơ kĩ thuật số (ELECTRONIC METERS): là công tơ 
số (bao gồm loại một pha và ba pha), thu thập chỉ số các 
công tơ và truyền số liệu qua đường dây tải điện. 
+ Thiết bị PLC: Điều chế sóng mang và giải điều chế tín 
hiệu. Truyền nhận dữ liệu hai chiều. Khi nhận lệnh đọc dữ 
liệu công tơ từ bộ tập trung thì Module PLC đọc dữ liệu của 
công tơ và gửi dữ liệu đó trở về bộ tập trung. Đóng vai trò 
cả Master và Slave trong truyền nhận dữ liệu. 
+ Trung tâm xử lý tín hiệu (SERVER): nơi chứa các phần 
mềm cần thiết cho quá trình vận hành hệ thống. Nó thu 
nhận dữ liệu từ các bộ tập trung để sử dụng cho các mục 
đích của ngành điện. Phần mềm trên máy chủ để thu thập 
các dữ liệu thường là một phần mềm SCADA thương mại 
như: Wonderware, Kepware, FIX hoặc Genesis... 
Hiện nay, việc áp dụng loại hình này cho lưới điện hạ 
thế Việt Nam vẫn còn nhiều trở ngại vì lưới điện hạ thế Việt 
Nam vẫn còn lạc hậu và chưa tiêu chuẩn hóa. Lắp đặt thiết 
bị đầu cuối và thiết bị trung tâm còn nhiều khó khăn. Đặc 
biệt là cấu trúc lưới điện hạ thế thường nằm trong khu dân 
cư phức tạp, điều này dẫn đến việc lựa chọn công nghệ PLC 
cần phải được xem xét kỹ hơn ở phạm vi lâu dài. 
b) Sử dụng cáp truyền thông 
Truyền thông sử dụng cáp riêng có ưu điểm hơn so với 
mạng truyền thông cáp hữu tuyến PLC kể trên. Ưu điểm có 
thể kể đến là đường dây thông tin riêng, không phụ thuộc 
vào sự ảnh hưởng của đối tượng cần điều khiển, lưới điện. 
Với hình thức truyền thông này, các phương thức truyền tin 
hay được sử dụng là các mạng Modbus, Profibus hay mạng 
Ethernet công nghiệp. Tiêu chuẩn truyền thông dùng trong 
ngành điện thường là tiêu chuẩn IEC61850. Mạng Ethernet 
công nghiệp thích hợp cho việc tích hợp điều khiển trạm 
với phạm vi truyền tin khoảng 1000 m; mạng Profibus có cự 
ly truyền tin khoảng 1km [7]. Về cơ bản, giao thức truyền 
thông có thể sử dụng kiểu OSI, TCP/IP hay truy nhập Bus. 
2.2.2. Truyền thông không dây 
Bên cạnh giải pháp truyền thông có dây (PLC hoặc cáp), 
các công nghệ truyền thông không dây cũng được sử dụng 
rộng rãi để truyền dữ liệu giữa công tơ thông minh và trạm 
giám sát của công ty điện lực. Tuy nhiên, về cơ bản chúng 
có một số hạn chế như tính chất đường truyền có thể gây 
ra việc suy yếu tín hiệu, gặp vấn đề về nhiễu giao thoa giữa 
các tần số. Trên thế giới, ngay cả các quốc gia phát triển, có 
mạng viễn thông di động hiện đại, cũng rất hạn chế giải 
pháp truyền thông không dây trong ngành điện. 
 Mạng ZigBee 
ZigBee có đặc điểm sử dụng ít năng lượng, tốc độ dữ 
liệu, độ phức tạp và chi phí triển khai tương đối thấp. Nó là 
một công nghệ lý tưởng cho chiếu sáng thông minh, giám 
sát năng lượng, nhà thông minh và đọc đồng hồ tự động,..., 
hình 3. 
ZigBee có công suất phát tối đa của sóng vô tuyến với 
phạm vi truyền trong khoảng 1 và 100 m với tốc độ dữ liệu 
250 Kb/s và sử dụng điều chế OQPSK [3]. Là một giao thức 
tiêu chuẩn dựa trên chuẩn IEEE 802.15.4 [4]. ZigBee được coi 
là một lựa chọn tốt cho đo lường và quản lý năng lượng và lý 
tưởng cho việc triển khai quản lý năng lượng trong tòa nhà, 
bởi công nghệ thông tin đơn giản, chắc chắn, yêu cầu băng 
thông thấp, chi phí triển khai thấp, băng tần hoạt động 
không cần giấy phép, dễ dàng thực hiện triển khai [3, 5]. 
Hình 3. Các thiết bị trong mạng Zigbee [5] 
Tuy nhiên, ZigBee có một số hạn chế trong triển khai 
thực tế như khả năng xử lý thấp, kích thước bộ nhớ nhỏ, 
yêu cầu trễ nhỏ, cự ly truyền tín hiệu ngắn. Ngoài ra, nó còn 
bị ảnh hưởng của nhiễu với các ứng dụng khác mà cùng 
chia sẻ môi trường truyền dẫn, sử dụng giải băng tần ISM 
(Industrial Scientific Medical - giải tần không cần giấy phép 
trong công nghiệp, khoa học và y tế), như mạng cục bộ 
không dây (WLAN), WiFi, Bluetooth và lò vi sóng [5]. 
 Mạng hình lưới vô tuyến (Wireless Mesh) 
Mạng hình lưới vô tuyến là một mạng hình lưới linh 
hoạt bao gồm một nhóm các nút, các nút mới có thể tham 
gia vào nhóm và mỗi nút có thể hoạt động như một bộ 
định tuyến độc lập. Khi một nút gặp sự cố, đặc tính tự phục 
hồi của lưới cho phép các tín hiệu thông tin tìm một định 
tuyến khác thông qua các nút đang hoạt động. Nhược 
điểm của loại hình truyền thông này chính là dung lượng 
mạng, Pha-ding và nhiễu giao thoa có thể được coi là 
những thách thức chính của các hệ thống mạng hình lưới 
không dây. 
 Truyền thông qua mạng di động 
Các mạng di động hiện có có thể là một lựa chọn tốt 
cho truyền thông giữa các thiết bị đo thông minh và các 
 CÔNG NGHỆ 
 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ● Số 50.2019 6
KHOA HỌC
trạm giám sát cũng như giữa các nút xa nhau. Các công 
nghệ 2G, 2,5 G, 3G, 4G, WiMAX và LTE là công nghệ truyền 
thông di động hiện có và có thể được sử dụng cho việc 
triển khai hệ thống đo đạc thông minh. Ngoài ra, công 
nghệ GSM có thế cung cấp tốc độ lên đến 14,4 Kbps, GPRS 
lên đến 170 Kbps và cả hai đều hỗ trợ các ứng dụng AMI 
(Advanced Metering Infrastructure: hạ tầng đo lường tiên 
tiến), Demand Response, Home Area Network (HAN - mạng 
trong nhà). Tuy nhiên, việc các dịch vụ của mạng di động 
được chia sẻ bởi thị trường khách hàng có thể dẫn đến tắc 
nghẽn mạng hoặc giảm hiệu suất mạng trong các tình 
huống khẩn cấp. Đây là các hạn chế có thể dẫn đến việc các 
nhà cung cấp điện xây dựng mạng lưới truyền thông riêng 
của họ. Tại Việt Nam, tuy các mạng di động đều được cải 
thiện đáng kể về cơ sở hạ tầng nhưng tình hình kể trên vẫn 
mang tính tương tự và việc áp dụng trong điều khiển lưới 
điện chứa đựng nhiều rủi ro, chỉ nên sử dụng hạn chế ở 
một số ứng dụng không cần yếu tố quản lý thời gian thực. 
 Mạng truyền tin radio 
Hình 4. Cấu trúc và linh kiện điển hình cho bộ truyền nhận radio không dây 
Hình 5. Các IC lựa chọn cho khối xử lý trung tâm, giao tiếp với PC và lưu trữ 
hiển thị truyền thông radio: a) Vi điều khiển LM3S3749; b) IC giao tiếp Ethernet 
ENC28J60; c) IC giao tiếp RS-232 Max2323; d) Thẻ nhớ SD; e) LCD hiển thị 
Truyền thông qua sóng radio cũng là một trong các 
phương pháp truyền thông không dây có thể áp dụng cho 
bài toán điều khiển trong lưới điện. Ở đây, khó khăn đặt ra là 
ở việc bảo mật đường truyền và chống nhiễu do đường 
truyền đi qua các khu dân cư đông đúc hay các chướng ngại 
vật. Về cơ bản, thiết bị truyền thông không dây có sẵn trên 
thị trường hay có thể được thiết kế một cách hoàn thiện. Về 
cơ bản, khối truyền thông qua sóng radio bao gồm 03 bộ 
phận, hình 4: (1) Ăng ten, (2) Khối truyền nhận tần số cao HF, 
(3) Mô đun điều khiển trên khối xử lý trung tâm. Khối truyền 
nhận tần số cao của modul radio cũng hoàn toàn có thể lựa 
chọn bởi các IC có sẵn trên thị trường, hình 5. 
Tuy nhiên, giải pháp truyền thông radio thường ít được 
lựa chọn để truyền tín hiệu trong ngành điện, do không 
thích hợp đối với khu vực đông dân cư hay đồi núi có nhiều 
vật chắn. 
Tổng kết so sánh các giải pháp truyền thông được 
thống kê trong bảng 1. 
Bảng 1. Các công nghệ truyền thông và phạm vi ứng dụng 
Công 
nghệ Dải tần số 
Tốc độ dữ 
liệu 
Vùng bao 
phủ 
Ứng 
dụng Hạn chế 
GSM 900 – 1800 
MHz 
Lên đến 
14,4 Kpbs 
1 – 10 km AMI, HAN Tốc độ dữ liệu 
thấp 
GPRS 900 – 1800 
MHz 
Lên đến 
170 kbps 
1 – 10 km AMI, HAN Tốc độ dữ liệu 
thấp 
3G 1,92 – 1,98 
GHz ; 2,11 – 
2,17 GHz 
384 Kpbs – 
2 Mbps 
1 – 10 km AMI, HAN Chi phí dải 
tần số cao 
WiMax 2,5 GHz, 3,5 
GHz, 5,8 GHz 
Lên đến 75 
Mbps 
10 – 50 km 
(LOS); 1 – 5 
km (NLOS) 
AMI Chưa phổ 
biến 
ZigBee 868 – 915 
GHz 
2,4 GHz 
250 Kbps 30 – 50 m AMI, HAN Tốc độ thấp, 
khoảng cách 
ngắn 
PLC 1 – 30 MHz 2 – 3 Mbps 1 – 3 km AMI, Phát 
hiện lỗi 
Môi trường 
truyền nhiều 
nhiễu 
2.2.3. Truyền thông dùng internet 
Đối với việc sử dụng đường truyền thông tin bằng 
internet, có 02 yêu cầu cơ bản cho việc sử dụng hệ thống 
truyền thông này, bao gồm có: (1) các yêu cầu về thiết bị; 
(2) các hình thức, khả năng kết nối để đảm bảo sự liên kết 
giữa HTĐ thông minh và bên ngoài qua Internet. Hiện nay, 
với sự phát triển nhanh chóng của hệ thống truyền thông 
internet, đặc biệt là đối với hệ thống cáp quang trên các 
đường dây truyền tải điện, cho thấy tính khả thi rất cao 
trong việc áp dụng dịch vụ truyền thông internet vào tự 
động hóa trong ngành điện. Tuy nhiên, với quan điểm hiện 
tại, việc sử dụng cáp quang cho các TBA hạ thế vẫn còn 
nhiều bất cập. Lý do chủ đạo là cơ sở hạ tầng cáp quang 
cho lưới điện hạ thế hầu như chưa có. Thêm vào đó, với lưới 
điện hạ thế, bán kính cấp điện được đánh giá là khá khiêm 
tốn, thì việc sử dụng dịch vụ này sẽ làm cho kinh phí đầu tư 
tăng lên rất cao. 
SCIENCE TECHNOLOGY 
Số 50.2019 ● Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 7
Các yêu cầu về thiết bị và tín hiệu 
Các thiết bị trên lưới điện thông minh có thể kết nối với 
bên ngoài qua internet trong kỹ thuật, nghiên cứu được gọi 
là các Internets of Things (IoTs). Các thiết bị IoTs là một 
mảng rộng lớn bao gồm tất cả các loại thiết bị thông tin 
cảm ứng như thiết bị nhận dạng tần số radio (RFID - Radio 
Frequency Identification), cảm biến hồng ngoại, hệ thống 
định vị toàn cầu (GPS), máy quét laser và Internet. Dựa trên 
Internet và mạng liên kết, nó sử dụng các thiết bị máy tính 
và hệ thống phần mềm để xử lý thông tin. Chìa khóa kỹ 
thuật của các IoTs là các mạng lưới cảm biến, công nghệ 
thông tin liên lạc không dây hoặc có dây qua internet. Các 
IoTs mang nhiều ý nghĩa trong việc thu thập, cung cấp và 
xử lý thông tin trong các ứng dụng khu vực, chẳng hạn như 
các ứng dụng quân sự, môi trường giám sát, các ứng dụng 
trung tâm thương mại hoặc con người. 
Các chuẩn kiến trúc của thiết bị IoTs 
Hình 6. Ba lớp trừu tượng hệ thống lưới điện thông minh sử dụng internet 
Mô hình phân cấp cho các thiết bị IoTs này sẽ chủ yếu 
bao gồm ba lớp bao gồm: lớp nhận thức IoTs, lớp truyền tải 
IoTs, và lớp ứng dụng IoTs. 
Tương ứng với thứ bậc mô hình IoTs, lớp thiết bị đầu 
cuối và lớp lĩnh vực mạng của hệ thống điện thông minh 
tạo thành lớp nhận thức IoTs. Lớp truyền thông kết nối từ 
xa của lưới hình thành nên lớp truyền tải IoTs. Lớp hệ 
thống trạm chủ tương ứng với lớp ứng dụng IoTs trong 
lưới thông minh. 
2.3. Giải pháp truyền thông dùng trong lưới điện thông 
minh TBA Dịch Vọng 22 
2.3.1. Phân tích lựa chọn giải pháp 
Từ việc phân tích các loại hình truyền thông có thể áp 
dụng trong lưới điện, áp dụng trong trường hợp lưới điện 
thuộc TBA Dịch Vọng 22, với cự ly truyền tín hiệu dưới 
1000m, trong khu đô thị đông dân cư, thì việc áp dụng một 
mạng lưới truyền tin sử dụng cáp truyền tin là một giải 
pháp hữu hiệu. Phương thức truyền thông thì tùy thuộc 
nhiều vào phạm vi hoạt động và các sản phẩm lựa chọn. 
Trong trường hợp này, với thiết bị sẵn có và lắp đặt trên 
lưới, phương thức truyền tin ProfiBus được ưu tiên sử dụng, 
hình 7, [8]. Trong trường hợp mở rộng quy mô lưới điện 
thông minh cho nhiều TBA, việc bị giới hạn về khoảng cách 
giữa các nút mạng có thể được giải quyết thông qua sử 
dụng giải pháp kết hợp mạng Profibus trên nền đường 
truyền RS485 với mạng Profibus trên nền đường truyền sử 
dụng cáp quang. 
Hãng Siemens đã phát triển đầy đủ các thiết bị phần 
cứng đáp ứng nhu cầu của mạng ProfiBus DP. Trong các 
thiết bị để hỗ trợ kết nối mạng Profibus sử dụng cáp quang 
của Siemens, nổi bật và thông dụng nhất là thiết bị OLMs 
(Optical Link Module). Với các module OLMs, chiều dài tối 
đa có thể đạt được có thể lên đến 15km, tốc độ truyền tối 
đa 12Mbps [8]. 
Với giải pháp kể trên, hệ thống truyền thông đề suất 
bao gồm 03 bộ phận cơ bản như sau, hình 7: 
a. Bộ vi xử lý trung tâm PLC S7300 phân tích/xử lý và 
gửi tín hiệu điều khiển. 
b. Hệ thống truyền thông Profibus - DP cho sự liên kết 
giữa các phần tử điều khiển phân tán trên lưới với nhau và 
với tủ điều khiển trung tâm, 
c. Riêng mạng truyền thông giữa tủ trung tâm, sử 
dụng PLC (Programable Logic Controller), với máy tính 
điều khiển, được thực hiện với chuẩn truyền thông qua 
mạng MPI. 
Hình 7. Trạm biến áp Dịch Vọng 22 và hệ thống điều khiển toàn lưới 
Như vậy, về cấu hình truyền thông của hệ thống, các 
thiết bị đo hiện trường, công tơ điện tử PAC, được kết nối 
vào mạng Profibus - DP thông qua card kết nối (PAC3200). 
Để tiến hành truyền tín hiệu đi xa, mạng truyền thông này 
cần được trang bị các module quản lý phân tán, do 03 
module ET200M đảm nhận. Thiết bị ET200M có tác dụng 
 CÔNG NGHỆ 
 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ● Số 50.2019 8
KHOA HỌC
như bộ nhận và phát trung gian giữa các thiết bị trường với 
bộ điều khiển trung tâm PLC S7300. Như vậy, 03 module 
này, sẽ được đặt ngay cạnh nhóm các thiết bị trường và kết 
nối qua Profibus - DP với trung tâm. 
2.3.2. Phân tích hiệu quả đem lại 
Với sự lắp đặt các thiết bị hiện đại trên lưới, bao gồm các 
thiết bị điều khiển, giám sát, các thiết bị quản lý, về cơ bản 
lưới điện tại TBA Dịch Vọng 22 đã đem lại những hiệu quả 
về cả kỹ thuật và kinh tế. 
Tính kinh tế: Tận dụng được các thiết bị đã được trang bị 
từ trước và xét đến khả năng kết nối với các hệ thống trung 
tâm cho việc điều khiển từ xa. Xét về tỷ lệ giữa phần thiết bị 
cơ sở hạ tầng và tính toán phần còn lại, theo [4], đối với lưới 
điện Dịch Vọng 22 thì tổng mức đầu tư 1 tỷ đồng; trong đó, 
thiết bị cơ sở hạ tầng đầu tư 404,307 triệu đồng, chiếm 
37,04%, còn thiết bị điều khiển là 687,101 triệu đồng, chiếm 
62,96%. Nếu mở rộng thông minh cho lưới nhiều hơn nữa 
thì phần vốn đầu tư tăng sẽ tập trung ở phần thiết bị cơ sở 
hạ tầng, chứ phần đầu tư điểu khiển bao gồm các thiết bị 
điều khiển bổ sung, đường cáp truyền thông và phần mềm 
sẽ tăng không nhiều. 
Bảng 2. Mức độ tự động hóa của lưới điện hạ áp TBA Dịch Vọng 22 trước và 
sau khi cải tạo 
Mức độ 
tự động 
hóa 
Đóng/cắt 
từ xa 
Đo xa Giám sát 
điện 
năng 
Chuyển 
nguồn dự 
phòng 
San 
tải tự 
động 
Trước cải 
tạo” 
Tại chỗ, 
bằng tay Không Không Không Không 
Sau cải 
tạo 
Tại phòng 
điều khiển 
và tại chỗ 
Có Có Có Có 
Hệ thống mở: Cho phép có các tùy chọn khác nhau một 
cách linh hoạt trong các phân đoạn, đảm bảo khi triển khai 
cho các yêu cầu cụ thể. Hệ thống tuân thủ các tiêu chuẩn 
chính thức, như tiêu chuẩn IEC 61850, IEC 61968/61970, IEC 
62351, IEC 60870 và không chính thức được sử dụng rộng 
rãi như DNP, Modbus... và sẵn sàng làm nền tảng cho các 
ứng dụng SmartGrid trong tương lai [10,...,14]. 
Khả năng bảo dưỡng: Hỗ trợ bảo dưỡng tại chỗ các 
thành phần, mà không cần sự hỗ trợ của nhà cấp hàng 
trong công tác vận hành và bảo dưỡng thường xuyên. 
Tính bảo mật: Bảo mật thông tin lưu trữ và truyền phát 
là cực kỳ quan trọng đối với các nhà cung cấp điện, đặc biệt 
đối với mục đích thanh toán và kiểm soát lưới [6]. Để tránh 
các cuộc tấn công mạng, cơ chế bảo mật hiệu quả cần 
được phát triển đồng thời phải được đẩy mạnh những nỗ 
lực tiêu chuẩn hóa về sự an toàn của lưới điện. 
Sau thời gian giám sát 6 tháng, hiệu quả được thể hiện 
rõ ràng ở các chỉ tiêu về độ tin cậy cung cấp điện (hình 8) và 
mức độ đáp ứng tự động hóa của lưới điện [8]. Trong tính 
toán, với giả thiết cường độ sự cố trung bình của các phần 
tử (nhánh) là 0 = 0,2 (lần/km.năm) và thời gian sửa chữa sự 
cố trung bình của các phần tử là r = 3 (giờ) (lấy theo số liệu 
cung cấp của Công ty Điện lực Cầu Giấy). Sau khi lắp đặt 
thiết bị, thực tế đo đạc được thể hiện trên bảng 3. Từ đó, ta 
có thể thấy độ tin cậy cung cấp điện trên lưới được tăng lên 
đáng kể, hình 8. 
Bảng 3. Số liệu chiều dài, cường độ sự cố nhánh của lưới tính toán 
Nhánh l (km)  (lần/năm) Nhánh 1 (km)  (lần/năm) 
1 0,2 0,04 5 2 0,4 
2 0,2 0,04 6 0,8 0,16 
3 0,2 0,04 7 1.2 0,24 
4 0,2 0,04 8 1 0,2 
Hình 8. Độ tin cậy cung của lưới điện trước và sau khi có các áp tô mát nhánh 
3. KẾT LUẬN 
Cấu trúc của một hệ thống truyền thông cho lưới điện 
hạ thế theo hướng hiện đại, thông minh cần được thiết lập 
dựa trên 03 yếu tố: môi trường truyền tin, thiết bị truyền 
thông và giao thức truyền thông. Đối với phạm vi áp dụng 
cho lưới điện hạ thế theo hướng thông minh, các phân tích 
đã cho thấy các kết luận quan trọng như sau: 
- Tính khả thi cao của truyền thông sử dụng đường 
truyền tin riêng thông qua cáp. Các giải pháp không dây, 
như sử dụng truyền thông mạng điện thoại di động, đều có 
khả năng áp dụng nhưng do địa hình áp dụng, khoa học 
công nghệ và giá thành nên chưa thật sự thích hợp. 
- Việc sử dụng giao thức truyền thông Profibus DP được 
sử dụng cho trường hợp lưới điện Dịch Vọng 22 do thuận 
lợi về cự ly đường truyền, dạng tín hiệu yêu cầu và phù hợp 
với tính kinh tế của nghiên cứu. 
- Các thiết bị truyền thông cấp trường được sử dụng có 
thể là các thiết bị thông thường, PLC S7300, dễ sử dụng và 
đã được áp dụng nhiều trong công nghiệp. 
Qua phân tích nêu trên có thể hướng tới mở rộng triển 
khai lưới thông minh hạ thế cho các TBA có tính khả thi cao. 
Cũng cần nhấn mạnh thêm rằng muốn triển khai lưới điện 
1,16
3,4
3
0,0018
0,45
1,37
3
0,001
SAIFI SAIDI CAIDI CAIFI
Độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện Cầu Giấy
Lưới điện cũ Lưới điện mới trang bị các áp tô mát nhánh
SCIENCE TECHNOLOGY 
Số 50.2019 ● Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 9
hạ thế hiện đại theo hướng thông minh được thuận tiện 
nên phân tích, cân nhắc lựa chọn thống nhất phần điều 
khiển và phần mềm tương thích để có tính phổ cập cho 
toàn quốc. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. Phạm Văn Hoà, Nguyễn Nhất Tùng, Đặng Tiến Trung, 2013. “Phân tích 
cách tiếp cận lưới thông minh”. Tạp chí Khoa học Công nghệ năng lượng No6-
2013. 
[2]. Pham Van Hoa, Nguyen Quang Viet, Nguyen Nhat Tung, 2013. “Research 
the structure of the smart distribution transformer station and apply to DichVong22 
station, CauGiay distric, Ha Noi”. The third international scientific conference 
sustainable energy development, Ha Noi. 
[3]. L. T. Berger, A. Schwager, & J. J. Escudero-Garzás, 2013. “Power Line 
Communications for Smart Grid Applications”. J. Electr. Comput. Eng., vol. 2013, 
pp. 1–16. 
[4]. Galli, A. Scaglione, and Z. Wang, 2010. “For the Grid and Through the 
Grid: The Role of Power Line Communications in the Smart Grid”. ArXiv10101973 Cs 
Math, Oct. 2010. 
[5]. Fujitsu Fujitsu Introduces, 802.15.4 ZigBee Wireless Kit : Fujitsu 
Singapore.” [Online]. Available:  
fmal_20070528.html. [Accessed: 14-Dec-2013]. 
[6]. Q. Yang, J. A. Barria, and T. C. Green, 2011. “Communication 
Infrastructures for Distributed Control of Power Distribution Networks”. IEEE Trans. 
Ind. Inform., vol. 7, no. 2, pp. 316–327. 
[7]. Nguyễn Khắc Hải, 2014. “Nghiên cứu công tơ thông minh trong trạm 
không người trực”. Luận văn cao học, Đại học Điện lực. 
[8]. Phạm Văn Hòa, Nguyễn Nhất Tùng, Báo cáo tổng hợp kết quả nghiên 
cứu khoa học đề tài cấp nhà nước KC05 KC.05.12/11-15 “Nghiên cứu và ứng dụng 
các giải pháp hợp lý áp dụng cho lưới điện phân phối Việt Nam đạt chuẩn lưới điện 
thông minh”. 
[9]. Hoàng Cao Nguyên, 2016. “Nghiên cứu khả năng triển khai ứng dụng lưới 
điện hạ áp thông minh cho các trạm biến áp hạ áp khu vực Hà Nội”. Luận văn thạc 
sỹ kỹ thuật điện, Hà Nội. 
[10]. Tiêu chuẩn IEC 61850 -1, 2 và 3 “Quy định các tiêu chuẩn về hệ thống 
mạng truyền thông trong các trạm biến áp”. 
[11]. Tiêu chuẩn IEC 61850 -4, 5, 6, 7, 8, 9 và 10 “Quy định các tiêu chuẩn về 
hệ thống mạng truyền thông phục vụ tự động hóa hệ thống điện”. 
[12]. Tiêu chuẩn IEC 61968/61970 “Mô hình thông tin chung”. 
[13]. Tiêu chuẩn IEC 62351 “An toàn thông tin trong vận hành và điều khiển 
hệ thống điện”. 
[14]. Tiêu chuẩn IEC 60870 “Quy định yêu cầu của hệ thống điện điều khiển 
từ xa”. 
[15]. 
dien-thong-minh.html