Báo cáo môn học hệ thống Điện và Điều khiển giám sát Đề tài tìm hiểu về hệ thống Điện thông minh

Các thành phần chính của hệ thông bao gồm cảm biến, thiết bị đo đạc thông minh, hệ thống quản lý năng lượng và cơ sở hạ tầng truyền thông.. Các công nghệ chính trong Smart Grid bao gồm c

BO CONG THUONG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

KHOA DIEU KHIEN VA TU DONG HOA

(i) DAI HOC DIEN LUC

ELECTRIC POWER UNIVERSITY

BAO CAO MON HOC

HE THONG DIEN VA DIEU KHIEN GIAM SAT

DE TAI: TiM HIEU VE HE THONG DIEN THONG MINH

Giáng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Tùng Linh

NGUYEN DUY DONG

HÀ NỘI, 2024

LOI MO DAU

Đề tài luận văn "Tìm hiểu về hệ thống điện thông minh" tập trung vào nghiên cứu các khía cạnh cơ bản và nâng cao của hệ thống điện thông minh (Smart Grid) Mục đích

của nghiên cứu là khảo sát, phân tích và đánh giá các hệ thông điện thông minh nhằm

hiểu rõ hơn về cấu trúc, chức năng và lợi ích của chúng Hệ thông điện thông mình là lưới điện tích hợp công nghệ thông tin và truyền thông để quản lý việc sản xuất, truyền tải và tiêu thụ điện năng một cách hiệu quả Các thành phần chính của hệ thông bao gồm cảm biến, thiết bị đo đạc thông minh, hệ thống quản lý năng lượng và cơ sở hạ tầng truyền thông

Các công nghệ chính trong Smart Grid bao gồm công nghệ cảm biến và đo lường, giúp thu thập đữ liệu chính xác về tình trạng lưới điện; truyền thông và mạng lưới, sử dụng các giao thức và mạng truyền thông để truyền tải đữ liệu; và quản lý năng lượng và điều khiển, với hệ thống quản lý năng lượng tiên tiễn cho phép điều chỉnh và tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng Hệ thống điện thông minh mang lại nhiều lợi ích như hiệu quả năng lượng, độ tin cậy và an ninh, cũng như tính bền vững Cụ thể, hệ thống này giúp giảm thiêu lãng phí, tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng, tăng cường khả năng phát hiện

và khắc phục sự cố nhanh chóng, hỗ trợ tích hợp năng lượng tái tạo và giảm thiêu phát thải khí nhà kính

Tuy nhiên, việc triển khai Smart Grid cũng đối mặt với nhiều thách thức kỹ thuật

như khả năng tương thích giữa các thiết bị và bảo mật dữ liệu, cùng với thách thức kinh

tế và chính sách đòi hỏi đầu tư lớn và sự hỗ trợ từ chính phủ Đề phát triển, cần nghiên

cứu và phát triên các công nghệ mới, xây dựng khung pháp lý hỗ trợ và thúc đây hợp tác

quốc tế Kết luận, hệ thống điện thông minh mang lại nhiều lợi ích vượt trội nhưng cũng

cần giải quyết nhiều thách thức Luận văn kiến nghị đây mạnh nghiên cứu, ứng dụng và đào tạo nguồn nhân lực chat lượng cao trong lĩnh vực này dé phat trién ngành điện một cách bên vững và hiệu quả

DANH MUC HINH VE

CHUONG 2: MO TA BAI TOAN DIEU KIEN HE THONG DIEN THONG MINH

1.1 Bài toán về hệ thống chiếu sáng thông mỉnh

1.1.1 Khái niệm hệ thống chiếu sáng thông minh

Hệ thống chiều sáng thông minh là một trong những công nghệ tiên tiền trong lĩnh vực tự động hóa và quản lý năng lượng Với mục tiêu nâng cao chất lượng cuộc sống, tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường, hệ thông này sử dụng các thiết bị cảm biến, điều khiển

từ xa và trí tuệ nhân tạo đề tự động điều chính ánh sáng phù hợp với điều kiện thực tế và nhu câu của người dùng

Mobile App Sam Assistant

Lighting (WiFi) Lighting

(Bluetooth)

Lighting

1.1.2 Dac diém chinh cua hé thong chiéu sang thong minh:

a Tự động điều chỉnh: Hệ thống có khả năng tự động điều chính cường độ, màu sắc và hướng ánh sáng dựa trên điều kiện môi trường như ánh sáng tự nhiên, nhu cầu sử dụng,

và thậm chí là tình trạng của người dùng

môi trường như ánh sáng, nhiệt độ, độ âm, và cả vị trí của người dùng Thông tin này được sử đụng đề đưa ra quyết định thông minh về việc điều chính ánh sáng

c Trí tuệ nhân tạo và phân tích dữ liệu : Dữ liệu từ các cảm biến được phân tích và đánh

giá bởi các thuật toán trí tuệ nhân tạo để hiểu và dự đoán nhu cầu sử dụng ánh sáng của người dùng Điều này giúp hệ thống tự động hóa quyết định điều chỉnh ánh sáng một cách hiệu quá nhất

d Tương tác người dùng: Người dùng có thê tương tác với hệ thống thông qua các giao

diện như ứng dụng đi động, điều khiến giọng nói, hoặc thiết bị điều khiển Họ có thể điều

chỉnh anh sang theo ý muốn của mình hoặc đề hệ thong học và tự động điều chính theo thời gian

e Tiết kiệm năng lượng và bên vững: Hệ thống được thiết kế đề tiết kiệm năng lượng thông qua việc tôi ưu hóa việc sử dụng ánh sáng và sử đụng các nguồn năng lượng tái tạo Đồng thời, nó cũng cần được thiết kế đề kéo dài tuổi thọ của đèn và giảm thiểu lượng

chất thải

£ Bảo mật va quyén riêng tư: Việc báo vệ dữ liệu và đảm bảo quyền riêng tư là rất quan trọng trong hệ thống chiếu sáng thông minh, bởi vì thông tin về môi trường sống và hành

vi của người dùng được thu thập va phân tích

1.1.3 Lý do chọn hệ thống chiếu sáng thông minh

Việc chọn hệ thông chiếu sang thong minh co thé mang lai nhiều lợi ích cho các tô chức, doanh nghiệp hoặc cá nhân Dưới đây là một số ly do phô biến đề chọn hệ thông chiếu sáng thông minh:

a Tiết kiệm năng lượng: Hệ thông chiếu sáng thông minh thường được thiết kế đề tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng bằng cách tự động điều chỉnh cường độ ánh sáng theo điều kiện môi trường Điều này giúp giảm thiêu lãng phí năng lượng và tiết kiệm chi phí hoạt

b Tăng trải nghiệm người dùng: Hệ thống chiếu sáng thông minh có thể cung cấp trải nghiệm sử dụng ánh sáng tốt hơn cho người dùng bằng cách điều chỉnh ánh sáng theo nhu cầu cụ thê và tạo ra môi trường làm việc hoặc sống thoải mái và dễ chịu hơn

c Tự động hóa và tiện ích: Khả năng tự động hóa của hệ thống giúp giảm bớt công việc quản lý và điều chỉnh ánh sáng thủ công Điều này giúp tăng tính tiện ích và giảm bớt thời gian và công sức cần thiết cho việc quản lý hệ thống chiều sáng

d Quản lý thông minh và linh hoạt: Hệ thông chiều sáng thông minh thường có khả năng quản lý linh hoạt và đa dạng, cho phép người dùng tùy chỉnh và điều chỉnh ánh sáng theo nhu cầu cụ thê của họ Điều này tạo ra một môi trường linh hoạt và phản hồi được đối với nhu cầu sử dụng ánh sáng

e Bên vững và eco-fiendly: Hệ thống chiếu sáng thông minh thường được thiết kế đề tiết kiệm năng lượng và tôi ưu hóa sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo Điều này giúp giảm bớt tác động tiêu cực lên môi trường và tạo ra một môi trường làm việc hoặc sống bên vững hơn

£ Hiệu suất và tiết kiệm chỉ phí: Tính hiệu suất của hệ thống chiều sáng thông minh có thê giúp giảm chi phí vận hành và bảo trì, đồng thời cái thiện hiệu quả và hiệu suất sử dụng ánh sáng trong các không gian làm việc hoặc sông

1.2.4 Các loại hệ thông chiều sáng thông tin

Hệ thống chiều sáng thông minh có thể được chia thành ba loại khácnhau:

()_ Hệ thống chiếu sáng thông minh thương mại: Đây là những hệt hồng chiêu sáng thông minh có thể được mua ngoài kệ trong các cửa hàng hiện nay Họ thường tập trung vào kiến thức hệ thống, điều khiển đi động và tích hợp đầu vào, sở thích và dữ liệu của người dùng

(ii) Hé théng chiéu sang thong minh tiét kiệm năng lượng: Đây là những hệ thống chiếu

sáng thông minh với các chương trình tiết kiệm năng lượng tích hợp được thiết kế đề tối

đa hóa hiệu quá năng lượng thông qua việc áp dụng hệ thông kiểm soát tiết kiệm năng lượng hiệu quả

(1i) Hệ thông điều khiển chiều sáng thông minh tiên tiến: Đây là những hệ thống chiều

sáng thông minh giúp tôi ưu hóa các phương pháp chiều sáng quan trọng để có được mức

độ kiểm soát cao hơn đối với sản lượng ánh sáng được tạo ra Các hệ thông điều khiển này thường được phát triển trên các hệ thông chiều sáng với hai hoặc nhiều bộ phát sơ cấp có thê điều chỉnh

Một số thiết bị điều khiến chiếu sáng thông minh:

- Sử dụng quang trở làm đầu đo cảm biến: Quang trở là một đạng điện trởcó chỉ số thay thôi theo cường độ sáng môi trường Loại điều khiển này thựchiện chế độ bật tắt theo cường độ sáng môi trường

Vật liệu cảm quang

trên lớp mặt

Be com / —

nar Le

Hình]: Cấu tạo quang trở

đo con người và động vật song thoat ra Cac thiét bi diéu khién này thực hiện chế độ bật

khi có người xuất hiện và chế độ tắt khi không có người

Hình 2: Cảm biến PIR Sử dụng tia hong ngoai:

người hay vật cản di qua trở thanh 1 diéu kién dé bat hay tắt đèn

#

Hình 3: Cảm biến thu phát hồng ngoại

- Sử dụng tia laser: tương tự như hồng ngoại thì laser cũng sử dụng phát va thu tao

thành 1 mach kin, khi có người hay vật cản đi qua trở thành điều kiện đề bật tắt đèn

[Sensor heads for the L411SA/12SA Amplifier]

>

LY-S41L LY-S41

Hình 4: Cảm biến laser

- Sử dụng tín hiệu hồng ngoại: Tương tự nhu song radio thi cac thiét bi diéu khién str dụng tín hiệu hồng ngoại cũng truyền các mã lệnh dưới đạng nhị phân đến đầu thu Đầu thu nhận mã lệnh giải mã và đưa ra tín hiệu điều khiển Nhược điểm của đầu điều khiển

hồng ngoại bị vật che chắn ngăn cản truyền tín hiệu

2.2 Sơ đồ điều khiến

Server 7 —ˆ ewww www ewww wenn ween + &

Light > / \ = LED WSI286B =

a Khái niệm cảm biến ánh sáng

- Cảm biến ánh sáng là thiết bị quang điện có khả năng chuyên đôi ảnh sáng thành tín hiệu điện Nguồn sánh sáng mà thiết bị chuyển đối có thể là ánh sáng nhìn thấy hoặc ánh sáng hồng ngoại

-Sensor ánh sáng là thiết bị thông minh, có thể nhận biết được các biến đổi trong môi trường thông qua đâu đò/ mặt cảm biên Từ đó, sensor sẽ điêu chỉnh ánh sáng cho phủ hợp

b Chức năng và ứng dụng của cảm biến ánh sáng

® Sensor ánh sáng khác với các loại cảm biến khác Công dụng nỗi bật của sensor anh sang có thê kê đến như:

¢ Sensor anh sang cé dé nhay cao, cé thé xác dinh vat thê mà không cần tiếp xúc Ứng dung Sensor anh sang trong thiết bị đếm tốc độ cao trong các băng chuyền sản xuất, kiểm tra hàng hóa

® Scnsor ánh sáng có thê điều chỉnh cường độ ánh sáng phù hợp với điều kiện môi trường Ung dụng của sensor ánh sang trong man hình điện thoại, ipad hay tablet

thông minh, kiểm soát mức sáng của màn hình phù hợp với môi trường, giúp người dùng đề quan sát

Ung dung sensor anh sang trong hệ thống đèn chiếu của ô tô thông minh, tăng cường độ sáng trong môi trường tôi

Ứng dụng sensor ánh sáng trong công nghiệp, xác định vật thê, kiểm tra hàng hóa

Ứng dụng sensor ảnh sáng trong hệ thống an ninh, bảo mật hoặc hệ thống đèn thông minh chiêu sáng hành lang, cầu thang

® Ứng dụng sensor ánh sáng trong các tắm pin năng lượng mặt trời

c Cau tạo và cách thức hoạt động của cảm biên ánh sáng

- Cau tạo của cảm bién anh sang khá đơn giản sẽ bao gôm: mặt cảm bién/ dau dò anh

sang, day dan, chip xử lý biến đôi thành tín hiệu điện Các linh kiện bên trong được bảo

vệ bằng lớp vỏ ngoài bảo vệ sensor ánh sáng khỏi va đập hoặc tác động lực từ dị vật ảnh hưởng

- Sensor ánh sáng sẽ hoạt động dựa trên hiệu ứng quang điện

+ Hiệu ứng quang điện là hiện tượng một số vật chất đặc biệt sẽ hấp thụ năng lượng từ ánh sáng, sau đó chuyên đôi quang năng thành điện năng

- Hiệu ứng quang điện sẽ gồm có 2 loại cụ thê:

Hiệu ứng quang điện trong thường diễn ra với chất bán dẫn Khi có ánh sáng chiếu đến vật liệu, nguồn năng lượng này sẽ làm thay đổi điện trở suất bên trong vật liệu, gây ra sự biến đổi về suất điện động và thay đổi tính dẫn điện của vật liệu

Hiệu ứng quang điện ngoài: Xảy ra khi bề mặt vật liệu được chiếu sáng và các điện tử bên trong sẽ hấp thụ năng lượng và tạo ra điện Điện tử từ bên trong bật ra ngoài, tạo nên hiện tượng hiệu ứng quang điện ngoài

d Phan loại cảm biên ánh sáng

Cảm biến ánh sáng có tính ứng dụng cao, được nghiên cứu và phát triển thành nhiều loại

Cu thé, cd thé chia sensor anh sang thanh cac loai sau:

¢ (Cam bién Photoresistors LDR: Sensor sir dung chat cam quang hay dién trở phụ thudc vao anh sang LDR Nhiém vy cua LDR kiểm tra xem đèn ở trạng thái bật hay tắt Chất cảm quang này là chất bán dẫn có độ nhạy cao, có thê nhìn thấy tia sáng gần với ánh sáng hồng ngoại Ứng dụng nhiều trong thiết bị đèn đường, đèn chiều sáng tại các biên quảng cáo

Cảm biến Photodiodes: Vật liệu biến đổi áng sáng thành dòng điện ở đây là silicon

hoặc gecmani Loại cảm biến này còn được tích hợp nhiều bộ lọc và ống kính tích hợp Nguyên lý hoạt động của photodiodes là hiệu ứng quang điện trong Ứng dụng của Cảm biến Photodiodes trong các thiết bị điều khiên từ xa, thiết bị y tế, điện tử, đo lường

Cảm biến Phototransistors: Thực chat 1a cam bién photodiodes nhung chung khuếch đại nhiều lần, có nguyên lý hoạt động là hiệu ứng quang điện trong Ứng

dụng của Phototransistors sử dụng trong các thiết bi có yêu cầu độ nhạy cao, kích thước lớn

2.2.1.2 Cảm biến chuyển động

a Khái niệm

Theo Techopedia, cảm biến chuyên động (Motion sensor) là thiết bị điện tử được thiết kế

dé phát hiện và đo lường sự thay đổi vị trí hoặc chuyển động của các đối tượng (động vật, con người và vật thẻ) trong không gian lân cận của nó

b Cầu tạo cảm biến chuyển động

Cảm biến chuyên động có nhiều loại với nhiều cầu tạo khác nhau nhưng nhìn chung sẽ có

động có thê điều khiên các thiết bị khác hoạt động tự động, như bật/tắt đèn,

mở/cửa cửa, hay kích hoạt báo động khi có sự chuyền động bắt thường

Ngược lại với cảm biến chủ động, cảm biến chuyên động thụ động không có bộ phát và không phát ra bất cứ thứ gì Thay vào đó, chúng phát hiện chuyển động bằng cách phát hiện năng lượng