Đối tƣợng nghiên cứu
Thứ nhất, Internet Vạn Vật và ứng dụng vào lưới điện thông minh
Thứ hai, tình hình phát triển lưới điện thông minh tại Việt Nam hiện nay.
Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:
Thứ nhất, tìm hiểu các khái niệm đặc điểm và những ứng dụng của Internet Vạn
Thứ hai, tìm hiểu về các định nghĩa, chức năng và các lợi ích to lớn của lưới điện thông minh mang lại
Thứ ba, nghiên cứu về ứng dụng của IoT vào giám sát lưới điện thông minh
Thứ tư, mục tiêu lộ trình phát triển và những thách thức phải đối mặt của hệ thống lưới điện thông minh tại Việt Nam.
Bố cục tổng quát của đề tài
Ngoài mục lục, phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, đề tài gồm 4 chương: Chương I: Tổng quan về IoT
Chương II: Nghiên cứu về hệ thống lưới điện thông minh
Chương III:Ứng dụng của IOT vào giám sát lưới điện thông minh
Chương IV: Phương hướng phát triển hệ thống lưới điện thông minh tại Việt Nam
Tổng quan về IoT
IoT là gì?
Internet Vạn Vật, hay cụ thể hơn là Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là
Mạng lưới thiết bị kết nối Internet, hay còn gọi là Internet of Things (IoT), là một hệ thống liên mạng nơi các thiết bị và phương tiện vận tải được kết nối và tương tác với nhau.
Thiết bị thông minh, bao gồm phòng ốc và các trang thiết bị khác, được trang bị các bộ phận điện tử, phần mềm, cảm biến và cơ cấu chấp hành, cùng khả năng kết nối mạng máy tính, cho phép thu thập và truyền tải dữ liệu Theo định nghĩa của tổ chức Global Standards Initiative on Internet of Things (IoT-GSI) năm 2013, IoT là hạ tầng cơ sở toàn cầu phục vụ cho xã hội thông tin, hỗ trợ các dịch vụ điện toán chuyên sâu thông qua các vật thể kết nối với nhau nhờ công nghệ thông tin và truyền thông Mỗi "vật" trong hệ thống IoT có thể là một thực thể trong thế giới thực hoặc ảo, có khả năng nhận dạng và tích hợp vào mạng lưới truyền thông, cho phép cảm nhận và điều khiển từ xa thông qua hạ tầng mạng hiện hữu Công nghệ IoT, khi kết hợp với cảm biến và cơ cấu chấp hành, tạo ra một hệ thống ảo-thực tổng quát hơn, bao gồm các ứng dụng như điện lưới thông minh, nhà máy điện ảo, nhà thông minh, vận tải thông minh và thành phố thông minh, với mỗi "vật" được nhận dạng riêng biệt và có khả năng phối hợp trong hạ tầng Internet hiện tại.
Hình 1.1 IoT phát triển trên toàn thế giới (Nguồn: Internet)
Internet Vạn Vật (IoT) cung cấp kết nối sâu sắc cho các thiết bị, hệ thống và dịch vụ, vượt trội hơn so với truyền tải Machine-to-Machine (M2M) Nó hỗ trợ nhiều giao thức, miền và ứng dụng, kết nối các thiết bị nhúng và vật dụng thông minh Sự phát triển này dự kiến sẽ khởi đầu kỷ nguyên tự động hóa trong nhiều ngành, từ các ứng dụng chuyên sâu như điện lưới thông minh đến các lĩnh vực khác như thành phố thông minh.
IoT là một kịch bản trong thế giới hiện đại, nơi mỗi đồ vật và con người đều có định danh riêng, cho phép truyền tải và trao đổi thông tin qua một mạng duy nhất mà không cần tương tác trực tiếp Sự phát triển của IoT bắt nguồn từ sự hội tụ của công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và Internet, tạo thành một hệ thống các thiết bị kết nối với nhau, với Internet và với thế giới bên ngoài để thực hiện các nhiệm vụ cụ thể.
Trong IoT, một vật thể có thể là con người với trái tim cấy ghép, động vật trang trại với chip sinh học, hoặc xe hơi với cảm biến cảnh báo tình trạng bánh xe IoT chủ yếu liên quan đến các kết nối Machine - Machine trong sản xuất, năng lượng và ngành công nghiệp xăng dầu, với khả năng tích hợp này thường được coi là thông minh Các thiết bị IoT thu thập dữ liệu và tự động truyền tải thông tin qua mạng lưới Ví dụ hiện tại bao gồm nhà thông minh với các tính năng tự động như điều khiển đèn, lò sưởi, hệ thống thông gió, điều hòa không khí và các thiết bị gia dụng như máy giặt và máy sấy.
5 chân không, máy lọc không khí, lò nướng, hoặc tủ lạnh/ tủ đông có sử dụng Wifi để theo dõi từ xa
Khi tự động hóa kết nối Internet được triển khai rộng rãi, IoT sẽ tạo ra lượng dữ liệu lớn từ nhiều nguồn khác nhau Điều này dẫn đến nhu cầu cấp thiết về việc tập hợp dữ liệu nhanh chóng và hiệu quả, cùng với việc đánh chỉ mục, lưu trữ và xử lý dữ liệu Hiện nay, Internet Vạn Vật là một trong những nền tảng quan trọng của Thành phố Thông minh và các Hệ thống Quản lý Năng lượng Thông minh.
Lịch sử hình thành và phát triển của IoT
Hình 1.2 MIT Auto-ID Center Infographic (Nguồn: caseyconroy.com)
Internet of Things (IoT) được phát triển bởi các nhà sáng lập của MIT Auto-ID Center, với cụm từ này lần đầu tiên được Kevin Ashton giới thiệu vào năm 1999 để chỉ các đối tượng có thể được nhận biết và sự tồn tại của chúng Thuật ngữ Auto-ID đề cập đến các kỹ thuật xác minh trong công nghiệp nhằm tự động hóa, giảm lỗi và nâng cao hiệu suất, bao gồm mã vạch, thẻ thông minh, cảm biến, nhận dạng tiếng nói và sinh trắc học Từ năm 2003, kỹ thuật Auto-ID chủ yếu sử dụng Radio Frequency Identification (RFID) Đỉnh cao của Auto-ID Center diễn ra vào tháng 9/2003 tại hội nghị EPC (Electronic Product Code) ở Chicago, đánh dấu sự ra mắt của hệ thống mạng EPC - một cơ sở hạ tầng mở cho phép máy tính tự động xác định và theo dõi các vật thể nhân tạo từ nhà máy đến trung tâm phân phối Hội nghị này thu hút sự tham gia của nhiều công ty lớn trong các lĩnh vực như thực phẩm, hàng tiêu dùng, bán lẻ, vận tải và dược phẩm, cho thấy RFID sẽ là chìa khóa cho sự phát triển trong tương lai.
Trong 55 năm tới, để phát triển kinh tế bền vững, cần áp dụng 6 kỹ thuật quan trọng Kevin Ashton đã dự đoán rằng sự chuyển đổi từ máy tính xử lý thông tin sang máy tính có khả năng cảm nhận sẽ định hình tương lai, dựa trên các hội nghị lịch sử Sự phát triển này không chỉ thay đổi cách thức hoạt động của doanh nghiệp mà còn tạo ra cơ hội mới cho sự đổi mới và tăng trưởng kinh tế.
Phòng Lab Auto-ID nhằm phát triển một mạng lưới kết nối giữa máy tính và các vật thể, không chỉ tập trung vào phần cứng hay phần mềm mà còn bao gồm tất cả các yếu tố cần thiết để hình thành Internet of Things Điều này bao gồm phần cứng phù hợp, phần mềm mạng, giao thức và các ngôn ngữ mô tả đối tượng mà máy tính có thể hiểu Quan trọng là Auto-ID Labs không hướng đến việc tạo ra một mạng toàn cầu mới mà xây dựng các thành phần cốt lõi cho Internet.
1.2.2 Từ ý tưởng đến thực tiễn
IoT được hình thành khi RFID mở rộng giới hạn, mang đến tầm nhìn về sự phát triển của máy móc trong tương lai Ở thế kỷ 19, máy móc học để làm, thế kỷ 20, chúng học để nghĩ, và đến thế kỷ 21, máy móc có khả năng cảm giác và phản ứng với môi trường xung quanh.
Khái niệm Internet of Things (IoT) được làm rõ vào năm 2005 khi Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) công bố báo cáo đầu tiên về chủ đề này Báo cáo chỉ ra rằng IoT sẽ kết nối các vật thể một cách thông minh thông qua sự phát triển của các kỹ thuật liên kết, cảm biến và mạng cảm biến không dây Ngoài ra, các hệ thống nhúng và công nghệ nano cũng đóng vai trò quan trọng trong việc nhận biết và suy nghĩ về các vật thể Tuy nhiên, để khai thác hết tiềm năng của IoT, báo cáo ITU cũng nhấn mạnh các thách thức cần giải quyết như tiêu chuẩn hóa, bảo mật và các vấn đề đạo đức - xã hội.
Theo Gartner, vào năm 2020, trên toàn cầu đã có khoảng 20 tỷ thiết bị IoT được sử dụng, và con số này dự kiến sẽ tăng nhanh chóng, vượt mốc 42 tỷ thiết bị vào năm 2025.
Hình 1.3 Biểu đồ thể hiện số lƣợng thiết bị đã kết nối IoT đến năm 2020
Trong một lý thuyết mới, sự kết nối giữa các vật thể đã trở nên quá mạnh mẽ, làm mờ ranh giới giữa mảnh và nguyên tử Một số tác giả đã phát triển các khái niệm mới để làm sáng tỏ lý thuyết IoT, chẳng hạn như "blogjects" để mô tả các vật thể blog, "sprimes" để chỉ nhận thức vị trí và môi trường, cùng với khả năng tự ghi log và tự tạo tài liệu Những vật thể này cung cấp nhiều dữ liệu về bản thân và môi trường xung quanh, trong khi "informational shadows" ám chỉ đến các vật thể được kết nối.
Các thuộc tính và đặc tính của IoT
1.3.1 Các thuộc tính của IoT
Hình 1.4 Các đặc tính của IoT (Nguồn: Internet)
IoT là một hệ thống phức tạp bao gồm các giải pháp kỹ thuật như RFID và TCP/IP, cho phép kết nối các đối tượng vật lý qua truyền thông không dây như chip RFID, Bluetooth, hoặc Wi-Fi Công nghệ di động trong IoT hỗ trợ thu thập, lưu trữ, xử lý và truyền dữ liệu giữa môi trường vật lý và ảo Các vật thể trong IoT có khả năng chia sẻ thông tin về điều kiện và môi trường xung quanh với con người, phần mềm và máy móc khác IoT không chỉ là công nghệ mà là một hệ thống cho phép điều chỉnh và sử dụng linh hoạt, với khả năng tương tác cao giữa các hệ thống, tạo nên sự phức tạp trong quản lý giao diện, điều này sẽ quyết định sự hình thành của IoT như một mạng lưới thực sự của các mạng.
IoT là một mạng lưới kết nối giữa mạng thực và mạng ảo, mở rộng phạm vi nghiên cứu Internet hiện tại từ các loại tài liệu như văn bản, hình ảnh, âm thanh Mỗi đối tượng trong IoT sẽ có một nhận dạng điện tử duy nhất, tương tự như địa chỉ URL của một trang web, cho phép chúng được đọc và chuyển giao qua mạng Internet IoT không chỉ tồn tại trong không gian trực tuyến mà còn tạo ra một bản sao ảo cho mỗi đối tượng vật lý, với các đặc tính có thể gần như vô hạn Mối liên kết giữa thế giới vật lý và ảo là điều cốt yếu trong sự phát triển của IoT.
Trong thiết kế các mô hình thiết bị kỹ thuật, cần phải dựa trên bối cảnh thực và tiến hành "ảo hoá" chúng Dữ liệu trong IoT thường nhỏ và trao đổi thường xuyên, với số lượng thiết bị kết nối vào mạng lớn hơn nhiều so với hệ thống máy tính truyền thống Sự giao tiếp giữa máy móc và khả năng chiết xuất thông tin từ các đối tượng và hệ thống mạng cho phép tự động hoá nhiều quy trình đơn giản mà không cần phụ thuộc vào trung tâm điều khiển hay dịch vụ điện toán đám mây Mặc dù những thuộc tính này mở ra cơ hội thu thập thông tin lớn, nhưng cũng đặt ra nhiều thách thức trong thiết kế mạng dữ liệu và an ninh mạng.
1.3.2 Các đặc tính của IoT
Tính kết nối liên thông trong IoT cho phép mọi thiết bị giao tiếp và tương tác qua mạng lưới thông tin và cơ sở hạ tầng liên lạc toàn diện.
Các thiết bị IoT, thường được gọi là thiết bị thông minh, sở hữu khả năng tính toán và kết nối mạng, mang lại nhiều tính năng vượt trội so với thiết bị truyền thống Những tính năng mới này không thể có ở các thiết bị cũ, giúp nâng cao hiệu suất và tiện ích trong cuộc sống hàng ngày.
Cảm biến môi trường là một phần quan trọng trong các thiết bị IoT, cung cấp thông tin về môi trường xung quanh, từ đó nâng cao khả năng thông minh của thiết bị Những cảm biến này giúp thu thập dữ liệu cần thiết để cải thiện hiệu suất và tính năng hoạt động của các ứng dụng thông minh.
Giao diện điện toán đám mây cho phép thiết bị IoT hoạt động như một cổng kết nối tới tài nguyên vô tận, mang đến cho người dùng những tính năng phong phú mà không bị giới hạn bởi khả năng của thiết bị.
Trong IoT, tính không đồng nhất thể hiện qua sự đa dạng về phần cứng và mạng lưới của các thiết bị Mặc dù các thiết bị thuộc các mạng lưới khác nhau, chúng vẫn có khả năng tương tác nhờ vào sự kết nối giữa các mạng này.
Các thiết bị IoT có khả năng tính toán và kết nối, cho phép chúng tương tác với nhau cả cục bộ lẫn qua Internet Sự tương tác này mở ra những khả năng mới mà từng thiết bị không thể thực hiện trước đây.
Thay đổi linh hoạt: Trạng thái của các thiết bị tự động thay đổi, kết nối hoặc ngắt, thay đổi vị trí thiết bị, thay đổi tốc độ…
Quy mô lớn của hệ thống IoT sẽ cho phép hàng triệu thiết bị kết nối và giao tiếp với nhau, vượt xa số lượng máy tính hiện có trên Internet Sự gia tăng này sẽ dẫn đến khối lượng thông tin được truyền tải từ các thiết bị cao hơn rất nhiều so với lượng dữ liệu do con người gửi đi.
Cách thức hoạt động của IoT
Hình 1.5 Sơ đồ hoạt động của IoT (Nguồn: Internet)
1.4.1 Cơ sở hạ tầng kết nối
IoT chủ yếu dựa vào các công nghệ không dây và di động miễn phí Sự đa dạng của công nghệ kết nối không dây khiến việc lựa chọn trở nên phụ thuộc vào phạm vi của mạng Trong một số trường hợp, việc kết hợp giữa công nghệ không dây và có dây là cần thiết để kết nối thiết bị với mạng WAN hoặc Internet.
Dữ liệu trong IoT thường nhỏ và được trao đổi liên tục, với số lượng thiết bị kết nối lớn hơn nhiều so với hệ thống máy tính truyền thống Giao tiếp giữa các máy móc và khả năng chiết xuất thông tin từ sự vật giúp tự động hóa các quy trình đơn giản mà không cần phụ thuộc vào trung tâm điều khiển hay dịch vụ đám mây.
Các thiết bị IoT được trang bị cảm biến, bộ xử lý và phần mềm tương tác, cho phép chúng kết nối và truyền dữ liệu qua lại trong quá trình M2M (machine-to-machine) Điều này giúp các thiết bị hoạt động tự động mà không cần sự can thiệp của con người, tạo nên một mạng lưới thông minh Mỗi thiết bị có khả năng chuyển tiếp dữ liệu, khác với mô hình mạng tập trung, nơi mà dữ liệu chủ yếu được đẩy lên một điểm trung tâm.
11 về một thiết bị trung tâm để đƣợc xử lý/ chuyển tiếp (nhƣ các bộ định tuyến hay máy chủ) Nhƣ vậy:
- Luồng dữ liệu tự động sinh ra từ các sự vật đƣợc gắn cảm biến theo thời gian thực
- Hệ thống quản lý dữ liệu theo thời gian thực và các quyết định đƣợc đƣa ra theo thời gian thực
1.4.3 Phương thức truyền dữ liệu Để kết nối trên diện rộng và khoảng cách xa, các thiết bị trong IoT sẽ phải tận dụng rất nhiều kênh truyền tải dữ liệu không dây khác nhau Trong đó sẽ bao gồm cả mạng điện thoại di động, mạng vệ tinh, hay các kênh sóng TV đang đƣợc bỏ trống Mỗi công nghệ phát sóng sẽ có lợi thế riêng tuỳ vào hoàn cảnh sử dụng, vì vậy sẽ phải sử dụng kết hợp Phương thức kết nối là trực tiếp trên mạng của một nhà điều hành truyền thông điện tử, thông qua một thiết bị trung gian (hộp kết nối của một nhà điều hành, điện thoại thông minh, thiết bị đô thị), thông qua một mạng lưới chuyên dụng, tuỳ chọn tốc độ thấp và kết nối hay không để một mạng lưới điều hành thông qua cổng kỹ thuật…
Theo Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU), IoT bao gồm: Lớp cảm biến; Lớp truy cập; Lớp mạng; Các lớp ứng dụng.
Ứng dụng của IoT trong nhiều lĩnh vực
1.5.1 Ứng dụng IoT trong nhà thông minh
Hình 1.6 Ngôi nhà thông minh ứng dụng IoT (Nguồn: Internet)
Nhà thông minh, một ứng dụng nổi bật của IoT, nổi bật với tính năng tự động hóa nhằm giảm bớt công việc cho con người Hệ thống điều khiển từ xa đóng vai trò quan trọng trong ngôi nhà thông minh, trong khi công nghệ không dây mang lại nhiều lợi thế so với mạng có dây Những công nghệ tiên tiến được sử dụng trong nhà tự động hóa giúp đơn giản hóa các hoạt động hàng ngày Kiến trúc hệ thống tự động hóa của ngôi nhà bao gồm nhiều thành phần thiết yếu.
- Giao diện người dùng (User Interface): Dùng để ra lệnh hoặc điều khiển các thiết bị điện trong nhà
Ví dụ: Bằng cách nhấn nút trên điện thoại thông minh, điều khiển thông qua giọng nói bằng cách sử dụng lệnh,
Phương thức truyền điều khiển có thể được thực hiện thông qua kết nối có dây hoặc không dây Các giao thức phổ biến được sử dụng để truyền dữ liệu và điều khiển bao gồm Ethernet và MQTT, giúp đảm bảo hiệu quả trong việc truyền tải thông tin.
Bộ điều khiển trung tâm là thành phần phần cứng quan trọng, đóng vai trò trung gian giữa giao diện người dùng và phương thức truyền dẫn Nó thường được kết nối với tất cả các thiết bị điện, giúp quản lý và điều khiển chúng một cách hiệu quả.
Ví dụ: Raspberry pi, Node MCU,
- Thiết bị điện tử: tất cả các thiết bị điện trong nhà, tương thích với cấu trúc
Lợi ích chính của IoT trong nhà thông minh là khả năng điều khiển thiết bị từ xa, cho phép người dùng tắt thiết bị khi không có mặt tại nhà, mở khóa cho bạn bè và theo dõi tài sản qua camera Những tính năng này không chỉ tiết kiệm thời gian và công sức mà còn mang lại sự yên tâm về an toàn cho người sử dụng.
1.5.2 Ứng dụng IoT trong thiết bị đeo thông minh
Thiết bị đeo thông minh là các thiết bị điện tử tích hợp vào cơ thể con người, cho phép tương tác và truyền dữ liệu với các thiết bị khác Đồng hồ thông minh và vòng đeo tay hoạt động là hai ví dụ tiêu biểu nhất, nhưng còn nhiều loại thiết bị khác Chúng thường được sử dụng trong các hoạt động giải trí và thời gian rảnh, nhưng cũng có giá trị cao trong các lĩnh vực như thời trang, thể thao chuyên nghiệp, y học và công nghiệp.
Hình 1.7 Thiết bị đeo thông minh ứng dụng IoT (Nguồn: Internet)
Công nghệ thiết bị đeo đã có nguồn gốc từ thập niên 60, nhưng chỉ trong những năm gần đây mới thực sự được áp dụng rộng rãi trong xã hội Các thiết bị này thường là những đồ vật hàng ngày được cải tiến với công nghệ nhằm tăng hiệu suất và tích hợp nhiều tiện ích từ các thiết bị khác Đặc điểm nổi bật của thiết bị đeo là chúng luôn hoạt động và kết nối liên tục Hiện nay, nhiều loại thiết bị đeo thông minh đang trong quá trình phát triển.
Đồng hồ thông minh ngày càng trở nên phổ biến, trở thành một trong những thiết bị phát triển nhanh nhất hiện nay Chúng không chỉ cho phép người dùng nhận email và trả lời cuộc gọi mà còn hỗ trợ thanh toán tại cửa hàng thông qua công nghệ cảm ứng tiên tiến.
- Vòng tay thông minh: cho phép kiểm soát nhịp tim và cường độ của bài tập thể dục
- Lót giày thể thao: để theo dõi bước chân và ngăn ngừa chấn thương
Cảm biến cơ thể là thiết bị tiên tiến có khả năng theo dõi nhiệt độ cơ thể, hoạt động não và chất lượng giấc ngủ Chúng thường được thiết kế giống như hình xăm và được gắn trên bề mặt da, bên cạnh đó, một số cảm biến cũng có thể được cấy ghép dưới da thông qua công nghệ điện tử.
Thiết bị đeo cho trẻ nhỏ là những thiết bị theo dõi nhỏ gọn, có thể được sử dụng dưới dạng tất hoặc gắn trên quần áo của trẻ Chúng có khả năng gửi dữ liệu quan trọng như nhịp thở, nhiệt độ, vị trí cơ thể và mức độ hoạt động đến điện thoại di động của cha mẹ, giúp họ theo dõi sức khỏe và sự an toàn của trẻ một cách hiệu quả.
1.5.3 Ứng dụng IoT trong lưới điện thông minh
Hình 1.8 Lưới điện thông minh ứng dụng thiết bị IoT (Nguồn: Internet)
Lưới điện thông minh dựa trên IoT được xem là cơ sở hạ tầng quan trọng trong tương lai, đặc biệt với sự phát triển của công nghệ 5G Việc tích hợp thiết bị thông minh, công nghệ thông tin, truyền thông và trí tuệ nhân tạo vào hệ thống điện truyền thống mang lại nhiều tiềm năng Để triển khai hiệu quả các công nghệ này, cần xây dựng một cấu trúc mạng mới cho các hệ thống điện, đáp ứng yêu cầu của những phát minh hiện đại Sự xuất hiện của lưới điện thông minh dựa trên IoT đã mở ra khả năng hiện thực hóa các công nghệ tiên tiến, tạo ra một mạng lưới mới tích hợp sâu giữa công nghệ công nghiệp truyền thống và IoT Lưới điện thông minh dựa trên IoT có thể được nhận diện qua sáu đặc điểm tiêu biểu.
1 Plug-and-play cho tất cả các loại thiết bị đầu cuối
2 Kết nối rộng rãi các thiết bị
3 Nhận thức toàn diện về tình trạng của lưới điện thông minh
4 Chế độ ứng dụng nâng cấp của hệ thống điện
5 Lặp lại nhanh chóng các dịch vụ trong hệ thống điện
6 Sử dụng hiệu quả hệ thống phân phối điện Ưu điểm của lưới điện thông minh dựa trên IoT là hiện thực hóa cảm biến toàn diện, tích hợp dữ liệu và ứng dụng thông minh của lưới phân phối bằng cách sử dụng kết nối toàn diện, liên lạc và khả năng tương tác giữa các thiết bị trong hệ thống Nó nhằm
Mục đích chính của việc quản lý hệ thống điện là đáp ứng nhu cầu về sự xuất sắc, đồng thời hỗ trợ sự phát triển nhanh chóng của internet năng lượng Điều này cũng nhằm đạt được sự phân bổ nguồn lực một cách thông minh và hiệu quả.
Nghiên cứu về hệ thống lưới điện thông minh
Khái niệm về hệ thống lưới điện thông minh
Hệ thống lưới điện thông minh (Smart Grid) kết hợp công nghệ thông tin và truyền thông để tối ưu hóa việc truyền dẫn và phân phối điện năng giữa nhà sản xuất và hộ tiêu thụ Nó tạo ra sự liên kết chặt chẽ giữa cơ sở hạ tầng điện và hạ tầng thông tin liên lạc, nâng cao hiệu quả và độ tin cậy trong quản lý năng lượng.
Hệ thống lưới điện thông minh bao gồm hai lớp chính: lớp 1 là hệ thống điện thông thường, trong khi lớp 2 là hệ thống thông tin, truyền thông và đo lường.
Hình 2.1 Hệ thống lưới điện thông minh (Nguồn: Internet) Smart Grid phát triển trên 4 khâu:
4 Tiêu thụ: Smart Power Consumers
Chức năng và thành phần của lưới điện thông minh
Hình 2.2 Lưới điện thông minh smart grid (Nguồn: Internet)
2.2.1 Chức năng của lưới điện thông minh
Các chức năng của lưới điện thông minh (Smart Grid) bao gồm:
Lưới điện thông minh tối ưu hóa hệ thống điện, giúp giảm thiểu tổn thất điện năng trong quá trình truyền tải và phân phối.
Lưới điện thông minh nâng cao tính linh hoạt cho hệ thống điện, cho phép điều tiết tải hiệu quả hơn, tăng cường khả năng ứng phó với sự cố và thích ứng với biến đổi thời tiết.
Lưới điện thông minh áp dụng công nghệ tiên tiến để tối ưu hóa hoạt động của hệ thống điện, bao gồm việc quản lý tải, điều chỉnh tần suất và điện áp, cùng với việc phân phối điện năng hiệu quả đến các nguồn tiêu thụ khác nhau.
Lưới điện thông minh hỗ trợ tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời và gió, nâng cao tính linh hoạt và khả năng đáp ứng nhu cầu năng lượng của các khu vực khác nhau.
Lưới điện thông minh đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý năng lượng tiêu thụ, cung cấp thông tin chi tiết về mức tiêu thụ năng lượng Nhờ đó, người dùng có thể đưa ra những quyết định thông minh hơn trong việc sử dụng năng lượng, góp phần tiết kiệm và tối ưu hóa nguồn tài nguyên.
Lưới điện thông minh nâng cao tính bảo mật cho hệ thống điện, đảm bảo an toàn và bảo vệ thông tin điện tử liên quan đến hệ thống.
Lưới điện thông minh kết nối người dùng với hệ thống điện, cung cấp thông tin chi tiết về năng lượng tiêu thụ, từ đó giúp họ quản lý và sử dụng năng lượng một cách hiệu quả hơn.
2.2.2 Thành phần của lưới điện thông minh
Hệ thống lưới điện thông minh được cấu thành từ các thành phần, bộ phận và trang thiết bị, tạo nên một kiến trúc hoàn chỉnh cho việc quản lý và phân phối điện năng hiệu quả.
Hệ thống lưới điện thông minh tích hợp công nghệ thông tin và truyền thông, cho phép truyền tải và cung cấp điện năng hiệu quả hơn Bằng cách số hóa dữ liệu và áp dụng các công nghệ hiện đại, hệ thống này đảm bảo an toàn, ổn định và nâng cao hiệu suất làm việc của lưới điện.
Từ mô hình ta thấy rằng hệ thống lưới điện thông minh gồm:
Hệ thống điện có sẵn:
- Cơ sở hạ tầng (nhà máy điện, trạm biến áp, trạm điều khiển )
- Hệ thống truyền tải (đường dây dẫn, cột điện, rơle bảo vệ, máy biến áp )
- Các nơi tiêu thụ điện (hộ gia đình, nhà máy, cơ quan )
Hệ thống điều khiển dựa trên công nghệ thông tin với cơ sở dữ liệu số hóa, các thành phần trong hệ thống được kết nối chặt chẽ, tạo thành một thể thống nhất Hệ thống này có khả năng vận hành ổn định và tự khắc phục khi gặp sự cố.
Đặc tính của hệ thống lưới điện thông minh
Các nhà máy điện sử dụng nguồn năng lượng từ Trái Đất, nhưng một số nguồn này có nguy cơ cạn kiệt Với sự phát triển nhanh chóng của xã hội, nhu cầu điện năng đang gia tăng mạnh mẽ, đòi hỏi các giải pháp cải thiện hệ thống điện truyền thống để tiết kiệm và nâng cao chất lượng sử dụng điện Việc phát triển hệ thống điện thông minh là cần thiết, mang lại lợi ích cho cả người tiêu dùng và nhà sản xuất, vì chi phí tiết kiệm 1Kwh rẻ hơn so với chi phí sản xuất 1Kwh.
19 Để đáp ứng các đòi hỏi, hệ thống lưới điện thông minh cần có các đặc tính sau:
Lưới điện thông minh mang lại tính linh hoạt cao bằng cách tích hợp nhiều nguồn năng lượng khác nhau, đặc biệt là năng lượng tái tạo từ gió và mặt trời Hệ thống này cũng giúp quản lý tải một cách tối ưu, góp phần giảm thiểu lãng phí năng lượng.
Lưới điện thông minh có khả năng nhanh chóng thích ứng với sự thay đổi nhu cầu sử dụng điện của khách hàng, đồng thời tự động phát hiện và khắc phục các sự cố trong hệ thống, giúp giảm thiểu thời gian gián đoạn điện.
Lưới điện thông minh được trang bị các biện pháp bảo mật nghiêm ngặt nhằm ngăn chặn các cuộc tấn công mạng, bảo vệ an toàn cho dữ liệu và thiết bị.
- Tính khả dụng: Lưới điện thông minh cung cấp dịch vụ liên tục và đáng tin cậy, đảm bảo rằng khách hàng luôn có điện khi cần thiết
Lưới điện thông minh mang lại tính tương tác cao, cho phép khách hàng theo dõi và quản lý tiêu thụ năng lượng một cách trực tiếp Người dùng có thể tham gia vào các chương trình khuyến mãi và giảm giá, từ đó nâng cao trải nghiệm sử dụng dịch vụ điện.
Một hệ thống điện thông minh cần phải đảm bảo không gây hại cho môi trường, điều này rất quan trọng để đánh giá khả năng ứng dụng thực tiễn của hệ thống.
Hệ thống điện không gây hại cho môi trường phải đảm bảo không tác động xấu hoặc chỉ tác động trong giới hạn cho phép Để đạt được điều này, cần sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng sạch và tái sinh trong quá trình sản xuất Nếu sử dụng các nguồn năng lượng gây hại cho môi trường, cần có biện pháp xử lý chất thải để giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.
Lợi ích mà hệ thống mạng điện thông minh mang lại
Hình 2.3 Lợi ích của mạng điện thông minh (Nguồn: Internet)
Lưới điện thông minh (Smart Grid) mang lại cho cả các công ty điện lực và người tiêu dùng những lợi ích rất to lớn
Lưới điện thông minh cho phép khách hàng giám sát lượng điện tiêu thụ theo thời gian thực, giúp họ chủ động điều chỉnh hành vi sử dụng điện và lựa chọn thiết bị phù hợp để tiết kiệm chi phí Ngoài ra, khách hàng còn có cơ hội tiếp cận các dịch vụ mới với nhiều lựa chọn giá cả đa dạng.
Lưới điện thông minh giúp các công ty điện lực nâng cao độ tin cậy trong cung cấp điện và tối ưu hóa hiệu suất sử dụng năng lượng Nhờ vào việc cải thiện hiệu quả hoạt động và quản lý thông tin, chi phí vận hành và nhân công được giảm thiểu đáng kể Ứng dụng công tơ điện tử và công nghệ thu thập số liệu từ xa thông qua mạng viễn thông như RF và di động cũng góp phần nâng cao khả năng giám sát và điều khiển các thiết bị trên lưới điện.
Nguồn điện ổn định và hiệu quả là yếu tố then chốt cho sự phát triển kinh tế xã hội và an sinh của cộng đồng Lưới điện thông minh, với khả năng tích hợp năng lượng tái tạo và hỗ trợ phương tiện điện, không chỉ nâng cao hiệu suất cung cấp điện mà còn giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Ứng dụng của IOT vào giám sát lưới điện thông minh
Ứng dụng IOT phổ biến trong lưới điện thông minh
Hình 3.1 Các ứng dụng IoT trong lưới điện thông minh (Nguồn: Internet)
IoT đóng vai trò thiết yếu trong lưới điện thông minh, nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng và giảm tổn thất điện năng Trong hệ thống này, IoT thực hiện nhiều nhiệm vụ quan trọng, góp phần cải thiện quản lý và phân phối điện năng.
IoT đóng vai trò quan trọng trong việc giám sát và quản lý năng lượng điện thông qua các thiết bị cảm biến, cho phép đo lường tiêu thụ năng lượng tại nhiều điểm khác nhau trong mạng lưới Dữ liệu từ các cảm biến này được truyền về các bộ điều khiển thông minh, giúp nhà cung cấp điện và người tiêu dùng theo dõi và kiểm soát hiệu quả việc tiêu thụ năng lượng của họ.
IoT tối ưu hóa mạng lưới điện bằng cách phân phối năng lượng hiệu quả hơn Hệ thống IoT tự động điều chỉnh việc phân phối năng lượng và cung cấp cảnh báo để ngăn ngừa sự cố trên mạng lưới.
IoT có khả năng cung cấp thông tin kịp thời cho người sử dụng điện tại hộ gia đình, nhà máy sản xuất và các công ty điện lực về chất lượng điện, tình trạng thiết bị, vị trí hư hỏng và tình hình tiêu thụ điện năng.
IoT là yếu tố then chốt trong lưới điện thông minh, tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng, quản lý tài nguyên hiệu quả và giảm thiểu tổn thất điện năng Nhờ đó, hệ thống điện trở nên thông minh hơn và tiết kiệm năng lượng đáng kể.
Mô phỏng ứng dụng IOT trong lưới điện thông minh
Hình 3.2 Lưới điện thông minh đối với cuộc sống quanh ta (Nguồn: Internet)
Lưới điện thông minh kết nối nhiều thành phần trong cuộc sống như thành phố, nhà cửa, nhà máy, xe điện và các nhà máy sản xuất năng lượng Để thu thập và truyền tải thông tin từ các nguồn này đến trung tâm điều khiển, cần có thiết bị thu thập dữ liệu, thể hiện rõ ứng dụng của IoT trong lưới điện thông minh.
Trong nhà thông minh, IoT đóng vai trò quan trọng với nhiều ứng dụng như đèn thông minh và hệ thống bảo mật Các thiết bị như camera, đèn điện và khóa thông minh có khả năng kết nối lẫn nhau, mang lại sự tiện lợi và an toàn cho người sử dụng, giúp họ yên tâm hơn khi rời khỏi nhà.
Trong xe điện, các thiết bị IoT hỗ trợ chủ xe theo dõi tình trạng xe một cách minh bạch, điều khiển xe từ xa và nhận thông báo về tình trạng các trạm sạc điện gần đó.
Về thành phố, IOT góp phần trong việc quản lý giao thông, giám sát môi trường, quản lý rác và điều khiển ánh sáng
Trong các nhà máy và cơ sở vật chất công cộng, IOT giúp giám sát các thiết bị, quản lý năng lƣợng
Trong các nhà máy năng lượng như hạt nhân, thủy điện, nhiệt điện, năng lượng mặt trời và gió, IoT đóng vai trò quan trọng trong việc giám sát, điều khiển, bảo trì và dự đoán Công nghệ này giúp tối ưu hóa năng lượng, đồng thời quản lý hiệu quả quá trình vận chuyển và lưu trữ năng lượng.
Phương hướng phát triển hệ thống lưới điện thông minh tại Việt Nam
Mục tiêu phát triển của nhà nước
Phát triển mạng điện thông minh với công nghệ hiện đại không chỉ nâng cao chất lượng và độ tin cậy cung cấp điện, mà còn hỗ trợ quản lý nhu cầu điện, khuyến khích sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả Điều này tạo điều kiện cho việc nâng cao năng suất lao động, giảm nhu cầu đầu tư vào phát triển nguồn và lưới điện Hơn nữa, việc khai thác hợp lý các nguồn tài nguyên năng lượng góp phần đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia, bảo vệ môi trường và thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội bền vững.
Hoàn thiện hệ thống văn bản quy phạm pháp luật trong ngành điện lực là cần thiết để tạo cơ sở pháp lý cho sự phát triển của lưới điện thông minh Điều này bao gồm việc rà soát, sửa đổi và bổ sung các văn bản hiện có, đồng thời xây dựng mới các quy định liên quan đến phát triển nguồn năng lượng tái tạo Ngoài ra, cần thiết lập các quy chuẩn và tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan để đảm bảo tính khả thi và hiệu quả trong triển khai.
Xây dựng cơ sở hạ tầng công nghệ thông tin và viễn thông là rất quan trọng để nâng cao hiệu quả quản lý hệ thống điện Đồng thời, việc tăng cường hệ thống giám sát và điều khiển tự động giúp cải thiện độ tin cậy và an toàn cho hệ thống Hệ thống đo đếm từ xa cũng cần được phát triển để tối ưu hóa việc theo dõi và quản lý tiêu thụ điện năng.
Đến năm 2013, hệ thống thu thập số liệu và giám sát điều khiển SCADA đã được thiết lập hoàn chỉnh, cùng với hệ thống đo đếm từ xa áp dụng cho tất cả các nhà máy điện có công suất lớn hơn.
30 MW, các trạm biến áp từ 110 kV trở lên trong hệ thống điện
Đến năm 2016, toàn bộ các chức năng của hệ thống quản lý năng lượng (EMS) đã được khai thác trong hệ thống SCADA/EMS tại Trung tâm Điều độ Hệ thống điện quốc gia và các Trung tâm Điều độ Hệ thống điện miền.
Đến năm 2022, hệ thống SCADA/DMS đã được triển khai cho các Tổng công ty điện lực, cùng với hệ thống đo đếm từ xa được đầu tư hoàn chỉnh cho tất cả khách hàng sử dụng điện lớn.
To enhance the reliability of electricity supply, the System Average Interruption Frequency Index (SAIFI) aims for a 10% reduction in the average frequency of power outages, while the System Average Interruption Duration Index (SAIDI) targets a 20% decrease in the average duration of outages, achieved every five years.
Trang bị thiết bị tự động hóa và điều khiển trong ngành điện lực giúp tăng năng suất lao động bằng cách giảm số lượng nhân viên trực tại các trạm biến áp 110 kV xuống còn 3 - 5 người mỗi trạm Điều này cho phép thực hiện thao tác đóng cắt lưới trung thế từ xa, nâng cao hiệu quả quản lý và vận hành hệ thống điện.
Nâng cao khả năng dự báo nhu cầu phụ tải điện và lập kế hoạch cung cấp điện là rất quan trọng để hạn chế tình trạng tiết giảm điện do thiếu nguồn Việc áp dụng cơ chế dịch chuyển phụ tải đỉnh trong giờ cao điểm hoặc trong các trường hợp khẩn cấp có thể giúp giảm 1 - 2% phụ tải cao điểm Điều này có thể đạt được thông qua việc sử dụng các ứng dụng của cơ sở hạ tầng đo đếm tiên tiến (AMI - Advanced Metering Infrastructure).
Để giảm tổn thất điện năng trong hệ thống truyền tải và phân phối từ 9,23% năm 2011 xuống còn 8% vào năm 2015, cần thực hiện các giải pháp kỹ thuật và biện pháp quản lý hiệu quả Việc ứng dụng công nghệ lưới điện thông minh sẽ giúp kết nối và vận hành ổn định các nguồn năng lượng mới và tái tạo, từ đó nâng cao hiệu quả khai thác, khuyến khích phát triển nguồn điện sử dụng năng lượng tái tạo, góp phần bảo vệ môi trường và đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia.
Khuyến khích nghiên cứu và chế tạo các sản phẩm điện tử thông minh trong nước nhằm đáp ứng nhu cầu công nghệ cho lưới điện thông minh Việc phát triển các sản phẩm này sẽ góp phần nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của lưới điện, đồng thời thúc đẩy sự phát triển công nghệ trong nước.
Tạo điều kiện cho khách hàng đƣợc chủ động biết và quản lý các thông tin chi tiết về sử dụng điện, chi phí mua điện.
Lộ trình phát triển lưới điện thông minh tại Việt Nam
Lộ trình phát triển Lưới điện thông minh ở Việt Nam theo 3 giai đoạn, cụ thể như sau:
Chương trình tăng cường hiệu quả vận hành hệ thống điện:
Dự án SCADA/EMS đã được hoàn chỉnh cho Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Quốc gia và các Trung tâm Điều độ Hệ thống điện miền, nhằm bổ sung thiết bị thu thập số liệu vận hành hệ thống điện tại các nhà máy điện và trạm biến áp từ 110 kV trở lên Hệ thống cũng đã hoàn thiện việc đọc tự động công tơ điện tử để đo đếm đầu nguồn và giao nhận điện năng đến tất cả các nhà máy điện cùng các trạm 500 kV, 220 kV và 110 kV.
Triển khai ứng dụng công nghệ nhằm nâng cao độ tin cậy và tối ưu hóa vận hành của mạng điện truyền tải và phân phối Mục tiêu là giảm thiểu tổn thất điện năng, đồng thời cải thiện hệ thống ghi nhận sự cố và phát hiện, ngăn chặn tình trạng mất điện diện rộng Qua đó, đảm bảo an toàn trong việc truyền tải điện trên hệ thống 500 kV.
Kiểm tra và giám sát việc thực hiện các quy định liên quan đến hệ thống thu thập số liệu bắt buộc là rất quan trọng trong các nhà máy điện và các trạm biến áp có điện áp từ 110 kV trở lên Điều này đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong việc quản lý và vận hành hệ thống điện, đồng thời tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn và môi trường.
Bước đầu trang bị hệ thống SCADA cho một số Tổng công ty phân phối điện, bao gồm việc lắp đặt phần mềm, phần cứng, hệ thống viễn thông, cùng với các giải pháp tự động hóa và điều khiển từ xa cho các trạm 110 kV được lựa chọn.
Đào tạo và nâng cao năng lực thực hiện lưới điện thông minh cho Tổng công ty Truyền tải điện quốc gia, Trung tâm Điều độ hệ thống điện quốc gia, cùng các Tổng công ty và công ty điện lực là rất cần thiết để đảm bảo hiệu quả và an toàn trong việc quản lý và vận hành hệ thống điện.
Hoàn thành các dự án hỗ trợ kỹ thuật nghiên cứu phụ tải và điều chỉnh phụ tải điện cho các Tổng công ty và Công ty điện lực là nhiệm vụ quan trọng nhằm tối ưu hóa hiệu suất sử dụng điện Các dự án này không chỉ giúp cải thiện quản lý năng lượng mà còn nâng cao khả năng đáp ứng nhu cầu điện năng của khách hàng.
Phát triển và triển khai các công cụ vận hành tiên tiến là cần thiết để tích hợp hiệu quả số lượng lớn nguồn điện tái tạo không điều khiển được, như điện gió và điện mặt trời, vào hệ thống năng lượng.
Các chương trình thử nghiệm:
Dự án thử nghiệm hệ thống cơ sở hạ tầng đo đếm tiên tiến (AMI) được triển khai tại một số khách hàng lớn của Tổng công ty Điện lực thành phố nhằm nâng cao hiệu quả quản lý và sử dụng điện năng Hệ thống AMI sẽ cung cấp dữ liệu chính xác về tiêu thụ điện, giúp tối ưu hóa quy trình cung cấp điện và cải thiện dịch vụ khách hàng Thông qua việc áp dụng công nghệ hiện đại, dự án không chỉ góp phần giảm thiểu tổn thất điện năng mà còn hỗ trợ việc phát triển bền vững trong ngành điện.
Hồ Chí Minh để thực hiện chương trình quản lý phụ tải
Dự án thử nghiệm tích hợp các nguồn điện mới và tái tạo tại Tổng công ty Điện lực miền Trung nhằm ứng dụng cho các nguồn thủy điện nhỏ và nguồn điện sử dụng năng lượng tái tạo.
Xây dựng hệ thống văn bản quy phạm pháp luật:
- Hoàn thiện các quy trình nghiên cứu phụ tải điện
Tổng công ty Điện lực thành phố Hồ Chí Minh đang xây dựng cơ chế khuyến khích cho khách hàng tham gia chương trình quản lý phụ tải Mục tiêu là đánh giá hiệu quả của chương trình thử nghiệm và hoàn thiện các cơ chế khuyến khích nhằm thu hút nhiều khách hàng hơn vào chương trình quản lý phụ tải.
Xây dựng hệ thống văn bản quy phạm pháp luật là cần thiết để áp dụng các tiêu chuẩn kỹ thuật và quy định điều độ - vận hành, nhằm tự động hóa trạm biến áp và điều khiển từ xa trong hệ thống điện.
- Đề xuất cơ chế tài chính cho việc phát triển lưới điện thông minh
Dựa trên kết quả nghiên cứu và đánh giá hiệu quả thực tiễn của các chương trình, cần ban hành hoặc sửa đổi các văn bản quy phạm pháp luật để tạo ra hành lang pháp lý cho việc xây dựng cơ sở hạ tầng và triển khai ứng dụng của lưới điện thông minh.
Xây dựng các quy định kỹ thuật cho lưới điện thông minh là cần thiết, bao gồm việc nghiên cứu và ban hành tiêu chuẩn cho hệ thống AMI, tiêu chuẩn kỹ thuật cho hệ thống tự động hóa và điều khiển từ xa tại các trạm biến áp, cũng như hệ thống SCADA/EMS/DMS Bên cạnh đó, cần thiết lập tiêu chuẩn tích hợp nguồn điện từ năng lượng mới và tái tạo dạng phân tán, cùng với cấu trúc của lưới điện phân phối thông minh và các quy định kỹ thuật liên quan khác.
Chương trình truyền thông cho cộng đồng:
Xây dựng và triển khai Chương trình phát triển lưới điện thông minh nhằm cung cấp thông tin cần thiết cho các cơ quan quản lý nhà nước, đơn vị phát điện, đơn vị phân phối điện, cũng như các khách hàng sử dụng điện lớn Chương trình này sẽ góp phần nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống điện, tối ưu hóa việc tiêu thụ năng lượng và đảm bảo sự phát triển bền vững trong ngành điện.
- Bước đầu phổ biến về Chương trình phát triển lưới điện thông minh cho khách hàng sử dụng điện dân dụng
Chương trình tăng cường hiệu quả vận hành hệ thống điện đang được triển khai, với trọng tâm là nâng cao hiệu suất cho lưới điện phân phối Đồng thời, việc trang bị cơ sở hạ tầng công nghệ thông tin và viễn thông cho lưới điện phân phối cũng được chú trọng nhằm tối ưu hóa quản lý và vận hành.
- Triển khai hoàn chỉnh các hệ thống SCADA cho các Tổng công ty điện lực, tiếp tục trang bị hệ thống tự động hóa các trạm biến áp 110 kV
Những thách thức phải đối mặt trong giai đoạn phát triển
Việt Nam đối mặt với những thách thức trong khai thác và vận hành hệ thống điện, cũng như đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia Nhận thức được vấn đề này, Chính phủ và ngành điện đã xác định cần tái cấu trúc ngành điện, xây dựng lưới điện an toàn và tin cậy để đáp ứng nhu cầu phát triển bền vững Một trong những giải pháp hiệu quả là phát triển lưới điện thông minh, nhằm khắc phục những tồn tại trong ngành điện và nâng cao an ninh năng lượng quốc gia Dưới đây là một số kết quả nổi bật mà Việt Nam đã đạt được trong quá trình tái cấu trúc ngành điện và hướng tới lưới điện thông minh.
Tầm nhìn quy mô quốc gia cho lưới điện thông minh tại Việt Nam được triển khai qua ba giai đoạn: Giai đoạn 1 (2012-2016) tập trung vào nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống điện, xây dựng văn bản quy phạm pháp luật và nâng cao nhận thức cộng đồng Giai đoạn 2 (2017-2022) không chỉ tiếp tục các mục tiêu của giai đoạn 1 mà còn triển khai ứng dụng lưới điện thông minh như AMI, tích hợp nguồn năng lượng tái tạo, và phát triển nhà thông minh Smart Home cùng thành phố thông minh Smart City Giai đoạn 3 (sau 2022) sẽ tập trung vào xây dựng hạ tầng công nghệ thông tin - viễn thông cho lưới điện phân phối, mở rộng các ứng dụng lưới điện thông minh và xây dựng các quy định pháp lý để triển khai các ứng dụng này trên nền tảng công nghệ hiện có.
Hiện trạng triển khai lưới điện thông minh tại Việt Nam cho thấy nhiều kết quả tích cực, tuy nhiên vẫn tồn tại nhiều hạn chế Các hoạt động chuyển dịch sang lưới điện thông minh chưa đạt được mục tiêu đề ra trong Đề án.
Năm 2013, mục tiêu hoàn chỉnh trang bị và khai thác hệ thống SCADA cùng hệ thống đo đếm tu xa cho các nhà máy điện lớn (có tổng công suất trên 30MW) và các trạm biến áp từ 10kV trở lên đã được đề ra Tuy nhiên, sau 10 năm, mục tiêu này vẫn chưa được thực hiện, cho thấy hiệu quả trong quá trình tái cơ cấu ngành điện và hiện đại hóa hệ thống điện để chuyển sang lưới điện thông minh của Việt Nam còn thấp.
4.3.2 Cơ sở hạ tầng kỹ thuật
Hạ tầng lưới điện của Việt Nam đang đối mặt với nhiều thách thức trong việc triển khai lưới điện thông minh, đặc biệt khi nhiều khu vực vẫn chưa có điện và cơ sở hạ tầng dữ liệu còn yếu kém Để lưới điện thông minh hoạt động hiệu quả, cần thu thập và xử lý nhiều loại dữ liệu như mức sử dụng năng lượng, mô hình thời tiết và tình trạng mất điện Việc thiếu hụt hạ tầng hiện đại có thể cản trở quá trình áp dụng công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực này.
4.3.3 Phân tích và quản lý dữ liệu
Quản lý và phân tích dữ liệu đóng vai trò quan trọng trong lưới điện thông minh, giúp tối ưu hóa hiệu suất và tích hợp nguồn năng lượng tái tạo Tuy nhiên, việc này cũng đối mặt với nhiều thách thức cần được giải quyết để nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống điện.
Khối lượng dữ liệu khổng lồ từ các thiết bị lưới điện thông minh đang gây ra thách thức lớn, với khả năng nhanh chóng trở nên quá tải Chi phí lưu trữ và xử lý dữ liệu này có thể rất cao, trong khi tính đa dạng và phức tạp của dữ liệu khiến việc tích hợp và phân tích trở nên khó khăn.
Chất lượng dữ liệu là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ chính xác và độ tin cậy của phân tích trong hệ thống lưới điện thông minh Dữ liệu trong lĩnh vực này thường gặp phải các vấn đề như thiếu giá trị, giá trị ngoại lệ và sự không nhất quán Việc giải quyết những vấn đề này là cần thiết để nâng cao chất lượng dữ liệu và đảm bảo kết quả phân tích đáng tin cậy.
30 các vấn đề chất lƣợng này là rất quan trọng để đảm bảo rằng kết quả phân tích là chính xác và đáng tin cậy
4.3.4 Vấn đề về bảo mật
Hình 4.2 Vấn đề về bảo mật của IoT (Nguồn: Internet)
Vấn đề bảo mật dữ liệu trong hệ thống thông tin IoT đang trở thành thách thức lớn cho các kỹ sư phát triển hệ thống Sự gia tăng số lượng thiết bị kết nối trong IoT dẫn đến việc thu thập ngày càng nhiều dữ liệu, làm tăng nguy cơ bảo mật cho hệ thống lưới điện thông minh so với các thiết bị IT truyền thống Một số vấn đề bảo mật nổi bật cần được chú ý bao gồm
Thiết bị IoT thường xuyên kết nối với internet, điều này tạo cơ hội cho hacker tấn công và chiếm quyền kiểm soát Hệ quả là thông tin có thể bị đánh cắp hoặc thiết bị bị lây nhiễm phần mềm độc hại.
Dữ liệu từ các thiết bị IoT được truyền qua internet có nguy cơ bị đánh cắp, dẫn đến tình trạng rò rỉ thông tin quan trọng Điều này có thể gây ra nhiều thiệt hại nghiêm trọng cho cá nhân và tổ chức.
Các thiết bị IoT có khả năng truy cập vào các hệ thống quan trọng như hệ thống điện, từ đó có thể lây lan và ảnh hưởng đến tất cả các thiết bị kết nối với hệ thống này.
Một số giải pháp giải quyết những thách thức phải đối mặt trong giai đoạn phát triển
Để đảm bảo an toàn cho hệ thống IoT, cần sử dụng thiết bị bảo mật cao, mật khẩu mạnh, mã hóa dữ liệu và chứng thực để chỉ những người được ủy quyền có thể truy cập Đào tạo và nâng cao nhận thức về bảo mật cho nhân viên là yếu tố quan trọng nhằm nhận biết và phòng ngừa các cuộc tấn công mạng Đầu tư vào hạ tầng lưới điện mới giúp cải thiện hệ thống hiện tại và giải quyết tình trạng thiếu điện ở khu vực khó khăn Tập trung phát triển hạ tầng dữ liệu sẽ nâng cao khả năng thu thập và xử lý, giúp hệ thống lưới điện thông minh hoạt động hiệu quả hơn Tăng cường hợp tác giữa các đơn vị như nhà cung cấp điện, công ty công nghệ và nhà nghiên cứu là cần thiết để đưa ra giải pháp hiệu quả và tiết kiệm chi phí cho vấn đề hạ tầng và dữ liệu.
Nhóm giải pháp trước mắt:
Xây dựng công cụ và nền tảng nhằm tăng cường tương tác với các bên liên quan và công chúng, qua đó tuyên truyền và nâng cao nhận thức về lưới điện thông minh Đồng thời, cần thu thập ý kiến phản hồi để kịp thời điều chỉnh và bổ sung khi cần thiết, chẳng hạn như phát triển website về lưới điện thông minh của Việt Nam.
Nhận diện các bên liên quan trong phát triển lưới điện thông minh tại Việt Nam, bao gồm Chính phủ, hiệp hội nghề và doanh nghiệp, là rất quan trọng Mỗi bên đóng vai trò thiết yếu trong việc thúc đẩy và triển khai các giải pháp công nghệ hiện đại Do đó, cần bổ sung đại diện từ các bên này vào cơ cấu của Ban chỉ đạo phát triển lưới điện thông minh, nhằm đảm bảo sự hợp tác và hiệu quả trong quá trình phát triển.
Ban chỉ đạo phát triển lưới điện thông minh tại Việt Nam hiện chỉ bao gồm các thành phần thuộc cơ quan chính phủ, thiếu vắng các bên liên quan cần thiết để hình thành lưới điện thông minh Việc bổ sung các thành phần này vào Ban chỉ đạo sẽ đảm bảo sự phát triển cân đối và phù hợp cho lưới điện thông minh Hơn nữa, cần thiết phải thành lập một đơn vị hoặc cơ quan chuyên trách nhằm thúc đẩy các chương trình và hoạt động chuyển đổi sang lưới điện thông minh hiệu quả tại Việt Nam.
Nghiên cứu và đánh giá toàn diện hiện trạng ngành điện và hệ thống điện Việt Nam, kết hợp cả đánh giá nội bộ và bên ngoài, nhằm tạo cơ sở cho việc điều chỉnh và phát triển các giải pháp hiệu quả cho đất nước.
Việc xây dựng cơ chế và chính sách tài chính cho phát triển lưới điện thông minh tại Việt Nam là ưu tiên hàng đầu, bao gồm nguồn ngân sách từ Chính phủ và tài chính huy động từ các bên liên quan khác Đây được coi là nguồn lực quan trọng nhằm thúc đẩy hiệu quả trong việc phát triển mạng điện thông minh tại quốc gia này.
Để xây dựng nền tảng hạ tầng kỹ thuật cho lưới điện thông minh tại Việt Nam, cần xác định kiến trúc phù hợp và đẩy mạnh phát triển các giải pháp Việc này nên dựa trên việc nghiên cứu kinh nghiệm của các quốc gia khác trên thế giới nhằm đảm bảo hiệu quả và tính khả thi trong quá trình chuyển dịch.
IoT đóng vai trò quan trọng trong việc giám sát và kiểm soát lưới điện thông minh, cung cấp giải pháp tự động hóa và cải thiện hiệu quả hoạt động Việc áp dụng IoT không chỉ giúp giảm thiểu sự cố mà còn mang lại lợi ích cho cả nhà cung cấp điện và người tiêu dùng, tiết kiệm chi phí và tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng.
Trong chương I, chúng ta đã khám phá tổng quan về Internet of Things (IoT) và nhận thức được vai trò quan trọng của công nghệ này trong việc nâng cao hiệu quả của các hệ thống thông minh.
Trong chương II, chúng ta đã phân tích hệ thống lưới điện thông minh và nhận ra rằng việc tích hợp IoT vào việc giám sát và kiểm soát lưới điện là vô cùng quan trọng.
Trong chương III, chúng ta đã khám phá ứng dụng của IoT trong việc giám sát lưới điện thông minh, nhận thấy rằng các giải pháp IoT không chỉ nâng cao hiệu quả hoạt động mà còn giảm thiểu sự cố xảy ra trong hệ thống điện.
Trong chương IV, chúng tôi đã trình bày các mục tiêu và lộ trình phát triển hệ thống lưới điện thông minh tại Việt Nam, đồng thời chỉ ra những thách thức cần vượt qua Bên cạnh đó, chúng tôi cũng đề xuất một số phương hướng nhằm nâng cao tính ổn định và hiệu quả cho hệ thống này.
Việc ứng dụng IoT vào giám sát và kiểm soát lưới điện thông minh là cần thiết, mang lại nhiều lợi ích cho xã hội và môi trường Để đạt hiệu quả cao nhất, cần sự đồng bộ và phối hợp chặt chẽ giữa các đơn vị liên quan, nhằm xây dựng một hệ thống lưới điện thông minh toàn diện và bền vững.