đề tài hệ thống điều khiển nguồn và mạng lưới điện source and network control

Tìm hiểu về cáchthức mà Schneider Electric thiết kế các giải pháp theo dõi và tự động hóa quá trìnhcung cấp nguồn điện đáng tin cậy, luôn có sẵn và ổn định cho một công trình trọngđiểm,

ĐẠI HỌC QUỐC GIA ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH

BÀI TẬP LỚN IOT trong dân dụng và công nghiệp

Đề tài: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NGUỒN VÀ MẠNG LƯỚI ĐIỆN (SOURCE AND NETWORK CONTROL)

Lớp: L01 - Nhóm 04 Giáo viên hướng dẫn: Ths Trần Công Binh

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Minh Hoàng 1913440 hoang.nguyen270101@hcmut.edu.vn

Phạm Trung Đức 1913169 duc.pham1001@hcmut.edu.vn

Trịnh Trung Kiên 2011473 kien.trinh0502@hcmut.edu.vn

Huỳnh Lê Văn 1915884 van.huynh29082001@hcmut.edu.vn

TP HỒ CHÍ MINH, NGÀY 3 THÁNG 4 NĂM 2023

BÁO CÁO KẾT QUẢ LÀM VIỆC NHÓM

ST

Nhiệm vụ được phân công

% tiến độ

Điể m BTL

1 1913440 Nguyễn Minh Hoàng

Tổng hợp, Tìm hiểu

về hệ thống điều khiển nguồn và mạng lưới, kiến trúc

hệ thống số

100

%

2 1913169 Phạm Trung Đức Kiến trúc thiết bị điện 100 %

3 2011473 Trịnh Trung Kiên Phân tích dữ liệu đầu

ra

100

%

4 1915884 Huỳnh Lê Văn Phân tích dữ liệu đầu vào 100 %

Họ và tên nhóm trưởng: Nguyễn Minh Hoàng

Số ĐT: 0946323318 Email: hoang.nguyen270101@hcmut.edu.vn

Nhận xét của GV:

Báo cáo thảo luận nhóm

Thời gian Nội dung Hiện diện Ghi chú

15/3/2023 Bàn nội dung, ý tưởng cho đề tài Đầy đủ

17/3/2023 Đưa ra dàn bài, phân công công việc Đầy đủ

25/3/2023 Kiểm tra tiến độ lần 1 Đầy đủ

1/4/2023 Kiểm tra tiến độ lần 2 Đầy đủ Huỳnh Lê Văn dịch

sai nhiều thông tin3/4/2023 Thiết kế powerpoint, nộp bài Đầy đủ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

***

BIÊN BẢN LÀM VIỆC NHÓM

Nhóm: 04

Buổi làm việc nhóm lần thứ 1

Địa điểm làm việc: Google meet

Từ: 22 giờ 00 phút đến 22 giờ 30phút, ngày 17 tháng 3 năm 2023

Nội dung công việc chính: Phân chia công việc, góp ý cho đề tài, trao đổi một số nộidung

Ý kiến, đề xuất: Chỉnh sửa tên đề tài

Kết luận: Giao việc và nộp bài trước 29/3/2023

***

Buổi làm việc nhóm lần thứ 2

Địa điểm làm việc: Google meet

Từ: 22 giờ 00phút đến 22 giờ 30phút, ngày 1 tháng 4 năm 2023

Nội dung công việc chính: Kiểm tra tiến độ, nội dung bài làm, góp ý sữa chữa, nêu ýtưởng thuyết trình

Ý kiến, đề xuất: Sữa chữa một số lỗi dịch thuật, một số ý bị thiếu và sai

Kết luận: Nhóm hoàn thành 95% nội dung báo cáo

***

Buổi làm việc nhóm lần thứ 3

Địa điểm làm việc: Google meet

Từ: 22 giờ 00 phút đến 22 giờ 30 phút, ngày 3 tháng 4 năm 2023

Nội dung công việc chính: Kiểm tra thông tin bài báo cáo, phổ cập nội dung thuyếttrình, phân chia thuyết trình

Kết luận: Nộp bài báo cáo và thuyết trình

Nhóm trưởng

Nguyễn MinhHoàng

Mục lục

Mở đầu 1

Lý do chọn đề tài 1

Phương pháp nghiên cứu 1

Mục tiêu 1

Chương 1: Tìm hiểu về hệ thống điều khiển nguồn và mạng lưới điện 3

1.1 Sơ lược về hệ thống 3

1.2 Nguyên lý hoạt động 3

Chương 2: Tìm hiểu về điều khiển nguồn và mạng lưới điện của Schneider Electric 5 2.1 Sơ lược về hệ thống điều khiển nguồn và mạng lưới điện của Schneider Electric 5

2.2 Phân tích dữ liệu đầu vào 5

2.2.1 Dữ liệu từ Utilities, Genset và UPS 5

2.2.2 Dữ liệu từ mạng lưới điện phân phối 6

2.2.3 Dữ liệu từ tải 6

2.2.4 Người dùng điều khiển 7

2.3 Xử lý dữ liệu 8

2.3.1 Quá trình xử lý dữ liệu 8

2.3.2 Đồng bộ thời gian 8

2.4 Phân tích dữ liệu đầu ra 9

2.4.1 Live data display (hiển thị dữ liệu trực tiếp) 9

2.4.2 Alarms and events (các cảnh báo và sự kiện) 10

2.4.3 Notifications (các thông báo) 11

2.4.4 Advanced Reporting and Dashboards: 11

2.4.5 Event Notification Module: 12

2.5 Kiến trúc thiết bị điện 14

2.6 Kiến trúc hệ thống số 19

Kết luận 21

Tài liệu tham khảo 22

Mở đầu

Lý do chọn đề tài

Internet of Things (IoT) là một trong những công nghệ cốt lõi của Cuộc cách mạngCông nghiệp 4.0 Với sự phát triển của các thiết bị thông minh có khả năng kết nốimạng, IoT đã cho phép các thiết bị, máy móc và cảm biến kết nối với nhau và vớiinternet để trao đổi dữ liệu, điều khiển từ xa và thực hiện các tác vụ tự động

IoT đã thay đổi cách thức hoạt động của nhiều ngành công nghiệp, từ sản xuất,logistics đến y tế, năng lượng và nhiều lĩnh vực khác Các thiết bị IoT có thể giám sát,kiểm soát và tối ưu hóa quy trình sản xuất và vận hành của các hệ thống, từ đó cảithiện hiệu suất, tăng năng suất và giảm chi phí Trong lĩnh vực năng lượng, các thiết bịIoT có thể giúp tối ưu hóa sử dụng năng lượng và giảm thiểu lượng khí thải ra môitrường Ngoài ra, còn giúp theo dõi hiệu suất hoạt động, cảnh báo trước sự cố giúpgiảm chi phí và thời gian cần để bảo trì và sữa chữa

Tuy nhiên, để phát triển và triển khai các giải pháp IoT, các doanh nghiệp và tổchức cần đầu tư vào cơ sở hạ tầng kết nối mạng, đảm bảo an ninh thông tin và đào tạonhân lực có năng lực để triển khai và quản lý các giải pháp IoT hiệu quả SchneiderElectric cung cấp các giải pháp IoT cho các khách hàng trong nhiều lĩnh vực, bao gồmsản xuất, bất động sản và tòa nhà, nhà máy thông minh Với các thiết bị IoT củaSchneider Electric, các khách hàng có thể giám sát và quản lý tiêu thụ năng lượng củacác hệ thống và thiết bị, từ đó tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu chi phí trong hệ thốngđiện Một trong những tiêu chí hàng đầu của Schneider Electric là sử dụng năng lượnghiệu quả, ổn định và lâu dài

Trong đề tài này, nhóm chúng em sẽ thông qua cuốn sách Digital Applications for

Large Building & Critical Facilities của EcoStruxureTM, trình bày về hệ thống điều khiển nguồn và mạng lưới điện (Source and network control) Tìm hiểu về cách

thức mà Schneider Electric thiết kế các giải pháp theo dõi và tự động hóa quá trìnhcung cấp nguồn điện đáng tin cậy, luôn có sẵn và ổn định cho một công trình trọngđiểm, kể cả khi gặp sự cố trong quá trình truyền tải

Phương pháp nghiên cứu

Trong đề tài này, nhóm sẽ dựa vào sách Digital Applications for Large Building &

Critical Facilities của EcoStruxureTM, tìm hiểu, phân tích quá trình hoạt động của hệthống, các loại thiết bị, phần cứng và phần mềm sử dụng cũng như cách các thiết bịlàm việc với nhau

Mục tiêu

Hiểu rõ về hệ thống điều khiển nguồn và mạng lưới điện kết nối IOT

Tìm hiểu về giải pháp của Schneider Electric về hệ thống hệ thống điều khiểnnguồn và mạng lưới điện kết nối IOT

Chương 1: Tìm hiểu về hệ thống điều khiển nguồn và mạng lưới

điện1.1. Sơ lược về hệ thống

Đây là một hệ thống sử dụng các phần cứng và phần mềm chuyên dụng để giám sát

và điều khiển các thiết bị điện tử thông minh như máy biến áp, tủ điện, thiết bị đo đạcđiện năng, máy phát điện, hệ thống điện năng mặt trời Hệ thống IoT cung cấp cho cácnhà quản lý và kỹ thuật viên thông tin chi tiết về hiệu suất hoạt động của các thiết bịnày

Một trong những điểm nhấn của hệ thống điều khiển nguồn và mạng lưới điện làhiệu suất làm việc của hệ thống Bằng việc theo dõi, điều khiển thiết bị và hệ thốngbằng các thiết bị chuyên dụng, các kỹ sư, quản lý có thể hiểu rõ hơn về cách vận hành

hệ thống Từ đó xem xét điều chỉnh dòng chảy năng lượng của nguồn và mạng lướiđiện Trong trường hợp nếu có một thiết bị gặp trục trặc kỹ thuật, người quản lý có thểnhanh chóng tìm ra sự cố và thông báo cho các kỹ sư để điều chỉnh mạng lưới điện,giúp cho cơ sở không phải tạm ngưng hoạt động để bảo trì hệ thống

Một trong những thế mạnh của hệ thống giám sát này là giúp gia tăng hiệu quảquản lý khi người quản lý có thể theo dõi và điều khiển cùng lúc nhiều hệ thống khácnhau, giúp giảm chi phí nhân công Hơn nữa, quá trình điều khiển hệ thống có thểđược thực hiện từ xa, không cần phải thực hiện thủ công

Việc có thể điều khiển và theo dõi từ xa còn đồng nghĩa với việc người quản lý cóthể truy cập và theo dõi các thông số trên các thiết bị theo thời gian thực Có thể dễdàng báo cáo về hiệu suất làm việc của hệ thống, đưa ra các tùy chỉnh phù hợp Ngoài

ra việc theo dõi này còn giúp tìm ra những khuyết điểm của hệ thống để từ đó có thểcải thiện hoặc phòng tránh những rủi ro tiềm có thể xảy ra trong lúc vận hành Điềunày không chỉ tăng hiệu suất làm việc của hệ thống điện mà còn tăng độ tin cậy và tính

an toàn của dòng năng lượng trong quá trình vận hành

Trong thực tế, có rất nhiều cách để điều khiển và giám sát nguồn và mạng lướiđiện Một trong những cách phổ biến nhất là theo dõi và điều khiển qua phần mềm.Việc sử phần mềm trong điều khiển nguồn và hệ thống điện đồng thời mở ra khả năng

áp dụng các biện pháp quản lý công nghệ cao như sử dụng trí tuệ nhận tạo, máy học để

có thể tự động hóa quá trình điều khiển và quản lý Và với việc ứng dụng phần mềmvào quá trình điều khiển và theo dõi, kỹ sư và người quản lý còn có thể dễ dàng điềukhiển và giảm sát qua các thiết bị di động Tăng tính linh hoạt trong quá trình điềukhiển và giám sát

Đây là một hệ thống có tính ứng dụng cao, rất cần thiết hoạt động ở các cơ sở quantrọng cần nguồn điện ổn định như trong quân đội, bệnh viện, nhà nước, ngân hàng, sânbay, nhà

1.2. Nguyên lý hoạt động

Trong hệ thống điều khiển nguồn và mạng lưới điện sử dụng IOT, các tủ điện, máyphát điện, hệ thống điện, các thiết bị điện sẽ được tích hợp các thiết bị theo dõi, giámsát Cho phép gửi thông tin hiệu suất hoạt động của các thiết bị, đường dây điện, cácthông số trong tủ điện, máy phát về phần mềm giám sát Và trong phần mềm này sẽđược điều chỉnh để cảnh báo khi có một trong những thông số vượt mức cài đặt hoặcmột trong những thiết bị trong hệ thống điện gặp sự cố

Đồng thời, kỹ sư sẽ thiết kế hệ thống điện này bao gồm nhiều nguồn điện có thểthay thế nhau hoạt động trong trường hợp nguồn điện xảy ra sự cố Ngoài ra, sơ đồphân phối của các mạng lưới điện còn được nối với nhau và nối với nguồn điện thôngqua nhiều đường truyền có thể đóng mở qua các swtich và thay thế nhau (backup) khicần thiết Giữa các điểm của các hệ thống sẽ là một công tắc giúp người quản lý có thểthay đổi đường dẫn của dòng điện Qua đó tăng tính linh hoạt của nguồn điện và giảmthiếu tình trạng mất điện khi gặp sự cố

Sơ đồ nguồn và hệ thống điện tích hợp các thiết bị theo dõi với nhiều máy phát cóthể thay thế nhau cung cấp điện

Toàn hệ thống này còn được điều khiển bằng SCADA và phần mềm chuyên dụng

có thể giám sát và điều khiển hệ thống trong mọi thời điểm mà không cần phải canthiệp vào phần cứng

Chương 2: Tìm hiểu về điều khiển nguồn và mạng lưới điện của

Schneider Electric2.1. Sơ lược về hệ thống điều khiển nguồn và mạng lưới điện của

sự phát triển bền vững và tái tạo năng lượng, từ đó đóng góp tích cực vào việc giảmthiểu tác động tiêu cực của hoạt động sản xuất lên môi trường

Trong hệ thống này, Schneider Electric nhắm tới việc cung cấp năng lượng đángtin cậy, luôn có sẵn và hạn chế việc gián đoạn khi gặp các sự cố không mong muốn.Giải quyết các vấn phức tạp liên quan tới nguồn điện và hệ thống điện trong các tòanhà lớn, công trình trọng điểm khi cần một dòng điện ổn định chạy liên tục

Hệ thống này cung cấp các giải pháp cho phép theo dõi các thiết bị, đường truyềntrong phân phối hệ thống điện và điều chỉnh thay đổi đường truyền điện Đồng thờigiúp giảm tối đa chi phí vận hành và sữa chữa, tự động thay đổi đường truyền điện và

cô lập các khu vực bị hỏng để phục hồi

Hệ thống sẽ bao gồm các phần mềm và phần cứng liên kết với nhau, cho phép theodõi và điều chỉnh thiết bị, đường truyền hệ thống điện theo nhu cầu hoặc điều khiển tựđộng thông qua giao thức chung IEC 61850 cho phép đồng bộ các thiết bị

2.2. Phân tích dữ liệu đầu vào

2.2.1 Dữ liệu từ Utilities, Genset và UPS

- Đo lường điện là tất cả các dụng cụ dùng để đo độ lớn của dòng điện với cácmục tiêu khác nhau Các giá trị thường được đo bằng thiết bị này là dòng điện, điện áp,điện trở và công suất Mỗi cái được thể hiện bằng các đơn vị khác nhau: ampe, vôn,

ôm và watt tương ứng

- Thông tin trạng thái và chẩn đoán là chẩn đoán để kiểm tra trạng thái và xemkết quả kiểm tra chẩn đoán Có thể xem lại thông tin về việc các thử nghiệm hoặc chạythử nghiệm có hoàn tất thành công hay không và liệu chúng có phát hiện ra bất kỳ sự

cố nào không

- Các thông số đều được thu thập từ rơle bảo vệ Easergy P3

2.2.2 Dữ liệu từ mạng lưới điện phân phối

- Đo lường điện là các hệ thống đo lường công suất, dòng điện, nguồn,…

- Trạng thái và hoạt động được truyền từ công tắc tơ, công tắc, cầu chì và cácthiết bị cảm biến tự động.

- Các thông tin đều được thu thập từ role bảo vệ với hệ thống đo lường tích hợp

và từ các controller tự động

Ví dụ như thiết bị T300 là một controller tự động:

Đây là thiệt bị mang những tiêu chuẩn IEC 62351 và IEEE P1686 Củng cố giaotiếp SCANDA an toàn, chống sự xâm hại về dữ liệu Có thể điều khiển từ xa giữ antoàn cho người vận hành, có khả năng truyền thông kêts nối dữ liệu một cách từ độngthông qua wifi

2.2.3 Dữ liệu từ tải

Ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng duy trì các hoạt động chính của tổ chức và phảiđược duy trì hoạt động khi mất nguồn điện chính, ví dụ: máy chủ của trung tâm dữ liệuhoặc thiết bị hỗ trợ sự sống trong bệnh viện

Những dữ liệu được tổng hợp từ các thiết bị distribution hoặc các controller

Ví như thiết bị modicon M340

Thiết bị gồm bộ vi xử lý và hệ thống giao tiếp

2.2.4 Người dùng điều khiển

Trong trường hợp hệ thống tự động gặp lỗi hoặc là để bảo trì thì người dùng có thể điều chỉnh thông qua SCADA như là reset điều khiển hoặc là đóng mở.

VD như điều khiển cho M340:

2.3. Xử lý dữ liệu

2.3.1 Quá trình xử lý dữ liệu

Các dữ liệu do hệ thống thu được đều được xử lý trước khi trước khi được thu thập

Do hệ thống này được xử lý tự động thay thế cho con người

Những thao tác xử lý tự động này đều được ghi lại trong phần mềm với thời gianthực để có thể giám sát, xem xét chuỗi các hoạt động được thực hiện và các sự cố tiềmtàn gây ra do điều kiện vận hành sai cách

Tuy nhiên, các tác vụ thủ công cần được thực hiện trong trường hợp quá trình vậnhành tự động gặp lỗi, một số tùy chỉnh cần thực hiện thủ công và thực hiện bảo trì trênmột số thiết bị Và các hoạt động trên cũng sẽ đều được ghi lại để có thể theo dõi hoạtđộng của hệ thống

2.3.2 Đồng bộ thời gian

Các hoạt động của hệ thống điều khiển nguồn và mạng lưới điện đều được ghi lạivới được gán mốc thời gian cho từng hoạt động Việc này giúp hỗ trợ tra cứu, phântích và kiểm chứng số liệu

Số liệu của các thiết bị thiết yếu đều được ghi lại với mốc thời gian có sai số -/+10ms

Để có thể giảm thiếu sai số của mốc thời gian, khi lắp đặt cần phải dùng các thiết bịnhư Easergy P3, Modicon M580 and M340

Đối với Số liệu của các thiết bị không thiết yếu, mốc thời gian có sai số -/+ 100ms

- Để có thể đồng bộ theo dõi được toàn bộ quá trình hoạt động của các thiết bịmạng lưới điện, các số liệu cần phải được ghi lại một cách đồng bộ về thời gian mộtcách chính xác để có thể kết nối với thiết bị và phần mềm quản lý

- Việc đồng bộ thời gian có thể được thực hiện thông qua công nghệ (PTP, NPT,SNTP)

- Đồng thời, cần phải có một bộ đồng hồ điều khiển kết nối với vệ tinh để có thểđạt được thời gian với độ chuẩn xác cao

2.4. Phân tích dữ liệu đầu ra

2.4.1 Live data display (hiển thị dữ liệu trực tiếp)

Hiển thị được thực hiện trên các sơ đồ dòng chạy động với các đối tượng đồ họađược nhúng với các thông số điện liên quan đến các nguồn, mạng phân phối và tải.Các chế độ xem thiết bị chi tiết với thông tin chẩn đoán giúp hiểu được trạng tháicủa từng thiết bị

Giao diện hiển thị dữ liệu trực tiếp

2.4.2 Alarms and events (các cảnh báo và sự kiện)

Các cảnh báo và sự kiện được tải lên từ các sản phẩm kết nối hoặc được tạo ra bởiphần mềm Edge Control (EcoStruxure™ Power SCADA Operation) or PowerSCADA Operation with Advanced Reporting and Dashboards và được hiển thị trêncác trình xem cảnh báo và sự kiện cục bộ

Các chế độ xem theo thời gian bao gồm:

• Tất cả các cảnh báo và sự kiện, cảnh báo được thừa nhận hoặc chưa được thừanhận, cảnh báo hoặc sự cố tóm tắt

Giao diện Alarms trên EcoStruxure™ Power SCADA Operation

• Chuỗi các sự kiện với tốc độ và độ chính xác cao để nhanh chóng xác định nguồngốc của một sự cố mất điện

• Tính truy vấn đối với các hành động điều khiển của người dùng với tên và thờigian của nhà điều hành