Giới thiệu
Hệ thống truyền tin trong lưới điện thông minh phải mang tính chất hai chiều. Mạng thông tin thực hiện ba chức năng chính: giám sát thông minh, an toàn và cân bằng tải. Sử dụng thông tin liên lạc hai chiều, dữ liệu được thu thập từ các cảm biến và thiết bị đo trên toàn lưới điện và được truyền trực tiếp đến phòng kiểm soát nhà điều hành.
Các thông tin phải chính xác, an toàn, và chi phí thấp. Quy mô của mạng lưới điện làm cho giá thành là yếu tố quan trọng nhất khi xem xét một công nghệ truyền thông. Phải lựa chọn giải pháp giảm thiểu số lượng của modem và concentrators cần thiết để giảm chi phí cơ sở hạ tầng.
Các giao thức truyền thông
Mạng diện rộng (Wide area network - WAN)
Mạng đường dài từ trung tâm điều hành đến các vùng.
Vùng lân cận (Neighborhood area network NAN)
Mạng trung thế giữa mạng diện rộng và hộ gia đình.
Mạng trong nhà (Home area network HAN)
Giao tiếp với thiết bị đầu cuối trong nhà.
Mỗi vùng mạng được kết nối với nhau thông qua node hoặc gateway: bộ tập trung (concentratorv) giữa WAN và NAN, thiết bị đo điện tử (emetter) giữa NAN và HAN. Mỗi node đều giao tiếp với các node lân cận. Bộ tập trung tập hợp dữ liệu từ thiết bị đo và gửi thông tin về nhà điều hành lưới điện.
Thiết bị đo điện tử thu thập dữ liệu điện sử dụng của căn nhà hay hộ kinh doanh bằng cách giao tiếp gateway tại hộ gia đình hoặc hoạt động như gateway tại hộ gia đình.
Mỗi vùng mạng sử dụng công nghệ thông tin liên lạc khác nhau và các giao thức tùy thuộc vào môi trường truyền dẫn và dung lượng dữ liệu được truyền. Ngoài ra còn có lựa chọn giữa truyền dẫn không dây và truyền thông tin trên đường dây điện (PLC).
| Vùng mạng | Giao thức |
Ưu điểm | Nhược điểm |
Khuyến nghị |
| WAN | Wireless (2G/3G/LTE cellular, GPRS) | Tận dụng được cơ sở hạ tầng mạng di động đã có sẵn và vùng phủ sóng rộng | Công ty năng lượng phải thuê hạ tầng từ nhà cung cấp dịch vụ di động với chi phí hàng tháng | Dùng cho mạng không dây |
| HAN | Wireless ISM | Đường dài, kết nối máy biến áp | Hạ tầng nghèo nàn, nhiều điểm mất tín hiệu, phức tạp vận hành và bảo trì | Chỉ dùng trong một số sơ đồ kết nối đặc biệt |
| IEEE® 802.15.4g | Đường dài, kết nối máy biến ápv | Chưa được chấp thuận | Dùng cho một số sơ đồ kết nối | |
| ZigBee® | Chi phí thấp, tiêu thụ điện năng thấp cho phép pin hoạt động lâu; tiêu chuẩn phổ biến | Khoảng cách ngắn, tốc độ truyền thấp | Chỉ dùng trong mạng hộ gia đình | |
| First generation PLC (FSK, Yitran, Echelon®) | Giá thành thấp | Độ tin cậy và băng thông thấp | Băng thông và độ tin cậy không thích hợp cho lưới điện thông minh | |
| Early generation narrowband OFDM | Khoảng cách xa hơn, băng thông và độ tin cậy tốt hơn điều chết FSK | Không qua được hệ thống truyền tải và tương thích với PLC | Không dùng do giá thành và sự tương thích | |
| Broadband PLC | Tốc độ truyền cao | Không qua được hệ thống máy biến áp | Tăng chi phí hạ tầng làm chi phí đầu tư quá cao | |
| G3-PLC | Truyền tải tầm xa với độ tin cậy, qua các biến áp, giảm chi phí cơ sở hạ tầng, tốc độ dữ liệu cao hỗ trợ hai chiều thông tin liên lạc, cùng tồn tại với FSK; tiêu chuẩn mở, hỗ trợ IPv6 | Chưa được chấp thuận | Cực kỳ thích hợp với mạng lân cận NAN | |
| HAN | ZigBee | Tiêu chuẩn phổ biến với chi phí và năng lượng tiêu hao thấp | Khoảng cách truyền ngắn | Thích hợp với thiết bị đo nước và gas |
| Wi-Fi® | Giao thức Phổ biến | Khoảng cách truyền trung bình, không thích hợp các tòa nhà | tốt cho các ứng dụng thương mại thông thường, không phù hợp cho các công ty năng lượng | |
| First-generation PLC (FSK, Yitran, Echelon) | Giá thành thấp | Không hỗ trợ trong hộ gia đình | Không dùng trong nhà do mức giao tiếp cao | |
| Early generation narrowband OFDM | Khoảng cách tốt hơn, băng thông và độ tin cậy hơn FSK | Không qua các máy biến áp, không tương thích với PLC | Không dùng do thiết kế mới và giá thành cao | |
| Broadband PLC | Băng thông cao | Khoảng cách ngắn không đủ cho mạng lân cận NAN | Tốt cho các ứng dụng thương mại nhưng không định hướng cho ứng dụng đo điện | |
| G3-PLC | Độ tin cậy cao, tốc độ truyền tốt, hỗ trợ IP v6 devices | Tiêu chuẩn chưa được chấp nhận |
Rất thích hợp với mạng trong nhà HAN |
Mạng WAN kết nối trung tâm điều khiển nhà điều hành lưới điện và bộ tập trung. WAN có thể kết nối bằng cáp quang hoặc không dây sử dụng giao thức Ethernet hoặc di động.
Di động hoặc WiMAX ® được sử dụng phổ biến nhất kết nối trung tâm điều khiển và bộ tập trung. NAN kết nối bộ tâp trung và đồng hồ đo. Nó sử dụng giao thức không dây hoặc PLC. Thông thường, bộ tập trung kết nối hàng trăm thiết bị đo. Các tiêu chuẩn IEEE 802.15.4g không dây, IEEE P1901, và tiêu chuẩn ITU-T G.hnem đang được phát triển cho PLC.
| Vùng | WAN | NAN | HAN |
| Bắc Mỹ | Cellular, WiMAX | G3-PLC, HomePlug®, IEEE 802.15.4g, IEEE P1901, ITU-T G.hnem, proprietary wireless, Wi-Fi | G3-PLC, HomePlug, ITU-T G.hn, Wi-Fi, ZigBee, Z-Wave |
| Châu ÂU |
Cellular | G3-PLC, IEEE P1901, ITU-T G.hnem, PRIME, Wi-Fi | G3-PLC, HomePlug, ITU-T G.hn, Wi-Fi, Wireless M-Bus, ZigBee |
| Trung Quốc |
Cellular, band translated WiMAX | G3-PLC, RS-485, wireless to be determined | G3-PLC, RS-485, Wi-Fi, to be determined |
| Các quốc gia còn lại | Cellular, WiMAX | G3-PLC, HomePlug, IEEE 802.15.4g, IEEE P1901, ITU-T G.hnem, PRIME, RS-485, Wi-Fi | G3-PLC, HomePlug, ITU-T G.hn, RS-485, Wi-Fi, |
HAN kết nối các thiết bị bên trong nhà. HAN hỗ trợ các chức năng chẳng hạn thải khí khi khởi động, chia sẻ dữ liệu tiêu thụ với màn hình trong nhà, hoặc cho phép một chương trình trả trước kích hoạt thẻ.
Ban đầu giao thức PLC dùng chủ yếu trên hệ thống sạc điện. Ngày nay do yêu cầu dữ liệu cho lưới thông minh, HAN cũng có thể bao gồm: giao thức điểm-điểm (P2P) giữa các thiết bị bên trong nhà, thông tin liên lạc với thiết bị điều khiển từ xa cầm tay, điều khiển ánh sáng, và khí đốt hoặc đồng hồ nước.
Các giao thức như RS-485, ZigBee, Z-Wave ®, và HomePlug được sử dụng cho mạng này. Nếu có gateway riêng giao thức này sử dụng để giao tiếp với các thiết bị, máy điều hòa, và các thiết bị khác.