Điểu khiển phụ tải trực tiếp bằng điều khiển khả trình

+ Áp dụng ñồng loạt cho toàn bộ hệ thống + ðộ tin cậy và tính bảo mật của hệ thống Vì vậy, ñể ñạt ñược lợi ích to lớn giữa các công ty ñiện lực cắt giảm ñược phụ tải trong giờ cao ñiểm v

MỞ ðẦU

1 GIỚI THIỆU CHUNG

Các chỉ tiêu cơ bản của ngành ñiện là ñộ tin cậy, chất lượng ñiện năng

và hiệu quả phục vụ Tuy nhiên, ñể ñồng thời ñạt ñược những chỉ tiêu nêu trên là rất khó khăn Vì ñiều ñó còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như công nghệ kỹ thuật, kinh tế, môi trường, chính trị và xã hội Những ñiều kiện trên

có sự ảnh hưởng mạnh mẽ tới việc xây dựng và phát triển nền kinh tế quốc dân Vì vậy, ngành ñiện cần phải có những biện pháp quản lý sự tăng nhanh của phụ tải ñồng thời nâng cao chất lượng ñiện năng ñối với hệ thống ñiện hiện tại Trước ñây, ñã có một số biện pháp ñược ñưa ra nhằm giảm sức ép ñầu tư cho nguồn, ñường dây truyền tải và các trạm biến áp Một trong những

biện pháp ñó là quản lý phụ tải (DSM)

ðơn giá ñiện tăng nhanh, các công ty ñiện lực phải bù lỗ nhiều ðể tăng hiệu suất ñòi hỏi các công ty ñiện lực phải kiểm soát phụ tải chặt chẽ bằng cách thay ñổi phương thức vận hành từ nguồn tới tải

Chương trình DSM là một chương trình mới ñược sử dụng gần ñây ở Việt Nam nhằm ñiều khiển và giám sát việc tiêu thụ ñiện năng của khách hàng Chương trình này ñược thiết lập nhằm theo dõi sự thay ñổi của phụ tải trong những khoảng thời gian khác nhau trong ngày Chương trình DSM có thể giám sát phụ tải trực tiếp hoặc gián tiếp trên cơ sở ño lường các thông số của phụ tải ðể ñồ thị phụ tải của hệ thống ñược bằng phẳng hóa

Tuy nhiên ñể ñồ thị phụ tải ñược bằng phẳng hơn giảm công suất ñỉnh nhọn có rất nhiều cách như:

- Tăng công suất ñáp ứng của nguồn bằng cách xây dựng thêm các nhà máy ñiện

- Giảm công suất ñỉnh nhọn bằng cách áp dụng ñơn giá ñiện thật cao vào giờ cao ñiểm, ñơn giá ñiện ưu tiên vào giờ thấp ñiểm

- Áp dụng chương trình quản lý phụ tải DSM

- Áp dụng chương trình ñiều khiển phụ tải trực tiếp ( bằng sóng hay bàng ñường truyền hữu tuyến…)

2 ðẶT VẤN ðỀ

Vấn ñề ñặt ra là trong khi hàng năm Ngành ñiện phải bỏ ra một lượng kinh phí rất lớn ñể xây dựng các nguồn ñiện nhằm ñáp ứng nhu cầu phụ tải vào giờ cao ñiểm, nhưng trong giờ thấp ñiểm thì các nguồn ñiện này không phát huy hiệu quả, gây lãng phí ñầu tư Hiện nay tỷ lệ Pmin/Pmax ở nước ta dao ñộng từ 0,4 ÷ 0,7, ñây là một tỷ lệ rất thấp so với các nước trong khu vực cũng như trên thế giới

ðể giải quyết vấn ñề ñó và ñể ñảm bảo việc sử dụng hợp lý nguồn cung cấp cũng như mạng lưới truyền tải và phân phối ñiện hiện có, cần tìm ñược cách làm cho ñường cong phụ tải phù hợp với công suất sản xuất Hiện nay các chương trình quản lý nhu cầu ñiện (DSM) ñã ñược áp dụng rất hiệu quả ở các nước trên thế giới, các chương trình quản lý nhu cầu ñiện bao gồm:

1 Biểu giá theo thời gian sử dụng: Phương pháp ñiều khiển phụ tải gián tiếp

2 ðiều khiển tốc ñộ và hiệu suất ñộng cơ

3 Nâng cao hệ số công suất vận hành của lưới ñiện

4 Nâng cao hiệu suất quạt thông gió và máy ñiều hoà không khí

5 Nâng cao hiệu suất ñèn chiếu sáng

6 ðiều khiển phụ tải trực tiếp

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

Nguyễn Văn Thanh

Điểu khiển phụ tải trực tiếp bằng điều khiển

khả trình Người hướng dẫn: Đặng Quốc Thông

2013

Hiện nay EVN ñang áp dụng một số biện pháp nhằm giảm phụ tải vào giờ cao ñiểm bao gồm:

- Sử dụng công tơ ñiện tử biểu giá theo thời gian

- Sử dụng ñèn huỳnh quang compact

- Sử dụng ñèn ống huỳnh quang tuýp gầy

- ðiều khiển phụ tải trực tiếp Trong các biện pháp nêu trên, phương pháp ñiều khiển phụ tải trực tiếp hiện nay chưa ñược áp dụng rộng rãi Xét thấy ñây là một phương pháp ñang ñược áp dụng rất thành công trên thế giới, Vì vậy việc nghiên cứu phương thức ñiều khiển phụ tải trực tiếp là vấn ñề cần thiết và cấp bách

3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Việc ñiều khiển phụ tải trực tiếp có nhiều cách như bằng sóng, bằng ñường truyền cáp quang … ñã ñược thực hiện ở nhiều nước trên thế giới như

Mỹ, Anh , hay Hàn Quốc… Song việc ñóng cắt phụ tải phụ tải trực tiếp có thể nói rằng sử dụng DLC ñể quản lý phụ tải không phải là giải pháp duy nhất Trên thực tế, có rất nhiều giải pháp khác song mỗi giải pháp chỉ ñáp ứng ñược một yêu cầu cụ thể ñối với hệ thống ñiện Tuy nhiên, nếu không có sự ủng hộ của các hộ tiêu thụ thì bất kỳ chương trình DLC nào cũng sẽ ñạt hiệu quả rất thấp

Kinh nghiệm cho thấy, ở một số nước phát triển sử dụng hệ thống DLC

ñã cắt giảm ñược (8÷25)% công suất ñỉnh

Tuy nhiên, hệ thống DLC thường gặp các khó khăn:

+ Vốn ñầu tư và việc lắp ñặt bị giới hạn,

+ Nhiễu tồn tại trong hệ thống

+ Khách hàng không ủng hộ

+ Tăng công suất tiêu thụ của hệ thống khi DLC hoạt ñộng

+ Áp dụng ñồng loạt cho toàn bộ hệ thống

+ ðộ tin cậy và tính bảo mật của hệ thống

Vì vậy, ñể ñạt ñược lợi ích to lớn giữa các công ty ñiện lực (cắt giảm ñược phụ tải trong giờ cao ñiểm) với khách hàng (sự yên tâm về chất lượng ñiện), cần thiết phải sử dụng ñến hệ thống DLC Trong ñề tài này sẽ trình bày cấu trúc và cách thiết lập chương trình của hệ thống DLC dựa trên nguyên lý dùng ñiều khiển khả trình (PLC)

4 KẾT CẤU CỦA ðỀ TÀI

Phần tổng quan của ñề tài ñược trình bày ở phần mở ñầu Chương 1 Khái niệm chung về DSM; Chương 2 Tìm hiểu về hệ thống DLC; chương 3 Ứng dụng DLC trong hệ thống ñiều khiển trực tiếp phụ tải ; Chương 4 Áp dụng DLC ñiều khiển trực tiếp phụ tải cho ñối tượng phụ tải thực tế

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

CHƯƠNG I : KHÁI NIỆM CHUNG VỀ DSM ðặt vấn ñề:

Trong chương này sẽ trình bày tổng quan về Quản lý nhu cầu (DSM) việc áp dụng DSM ở Việt Nam ñánh giá nhìn những hạn chế và ứng dụng thực tế quản lý phụ tải Từ ñó ñưa ra việc cần thiết áp dụng phương pháp mới ñiều khiển phụ tải trực tiếp (DLC) bằng công nghệ ñiều khiển khả trình cần nghiên cứu và áp dụng vào Việt Nam

1.1 Quản lý nhu cầu (DSM)

ñề cập ñến nhiều vấn ñề sử dụng năng lượng sao cho hiệu quả, kinh tế nhất

DSM là một tập hợp các giải pháp kỹ thuật - công nghệ - kinh tế - xã hội nhằm sử dụng ñiện năng một cách hiệu quả và tiết kiệm

Trước ñây, ñể ñảm bảo nhu cầu ngày càng gia tăng của các phụ tải ñiện người ta thường chỉ chú ý ñến ñầu tư xây dựng thêm các nguồn ñiện mới mà chưa ñề cập nhiều ñến vấn ñề sử dụng năng lượng sao cho hiệu quả, kinh tế nhất

Do sự phát triển nhanh chóng của nhu cầu sử dụng ñiện năng, vốn ñầu tư giành cho ngành ñiện cũng tăng nhanh và trở thành vấn ñề nan giải (và càng

là vấn ñề khó khăn cho một ñất nước ñang phát triển như nước ta hiện nay), nguồn tài nguyên thiên nhiên dùng trong các nhà máy ñiện như: dầu, khí, than ngày càng tăng cao và kèm theo vấn ñề ô nhiễm môi trường ngày càng trầm

trọng dẫn tới DSM ñược coi như là 1 nguồn năng lượng rẻ và sạch nhất Hiệu quả kinh tế do thực hiện DSM mang lại ngày càng lớn Cụ thể:

+ Giảm vốn ñầu tư do xây dựng thêm các nhà máy ñiện

+ Tiết kiệm tài nguyên cho quốc gia

+ Giảm bớt ô nhiễm môi trường

+ DSM mang lại chất lượng ñiện năng tốt hơn, giá rẻ hơn cho khách hàng

DSM ñược xây dựng dựa trên hai chiến lược chủ yếu sau:

• Nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng cho các hộ tiêu thụ

• ðiều khiển nhu cầu dùng ñiện cho phù hợp với khả năng cung cấp một

cách kinh tế nhất

* Chiến lược I: Sử dụng các thiết bị ñiện có hiệu suất cao hơn:

- Dùng các thiết bị ñiện dân dụng với hiệu suất cao thay thế cho các thiết

bị ñã lạc hậu, lỗi thời, hiệu năng thấp (thiết bị chiếu sáng, tivi, quạt, máy thu thanh, video, tủ lạnh, máy ñiều hoà, bình ñun nước, tủ ñá, máy giặt, bàn là, bếp ñiện )

- Thay thế các thiết bị ñiện trong công nghiệp bằng các thiết bị có hiệu quả

sử dụng năng lượng cao

- Thay thế các dây chuyền sản xuất cũ với công nghệ lạc hậu, tiêu hao nhiều năng lượng bằng các dây chuyền sản xuất theo công nghệ mới hiện ñại tiêu hao ít năng lượng

- Giảm xuống mức thấp nhất vấn ñề lãng phí năng lượng một cách vô ích Các biện pháp ñể tiết kiệm ñiện năng thuộc chiến lược này chia làm 4 khu vực chủ yếu:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

+ Khu vực nhà ở: lựa chọn các thiết bị ñiện gia dụng có hiệu năng cao, hạn chế thời gian làm việc vô ích của các thiết bị ñiện Có thể dùng bổ trợ các thiết bị như: Tự ñộng cắt ñiện khi không dùng thiết bị ñiện, tự ñộng ñiều chỉnh ñộ sáng của ñèn, hạn chế sự thất thoát năng lượng nói chung

+ Khu vực công cộng bao gồm các trung tâm thương mại, dịch vụ, văn phòng, công sở, trường học, vui chơi giải trí, bệnh viện Cần quan tâm ñến khâu thiết kế công trình, tìm các phương thức vận hành một cách tối ưu, hợp

lý ñể hạn chế tiêu tốn năng lượng trong hệ thống thiết bị có sử dụng ñiện năng làm nguồn năng lượng ñầu vào

+ Khu vực công nghiệp: thiết kế và vận hành kinh tế các trạm biến áp,

bù công suất phản kháng, thiết kế và xây dựng các nhà xưởng hợp lý, vận hành hợp lý các quá trình sản xuất, các ñộng cơ ñiện cũng như các hệ thống chiếu sáng, hệ thống nén khí, hệ thống nước lạnh

+ Khu vực sản xuất, truyền tải, phân phối ñiện năng: ñổi mới công nghệ tại các nhà máy nhiệt ñiện, thay thế các thiết bị lạc hậu, cũ nát bằng các thiết

bị với công nghệ mới, hiện ñại tiêu tốn ít năng lượng và hiệu suất cao trong lưới truyền tải, phân phối ñiện năng, áp dụng các công nghệ mới như: bù công suất phản kháng (bù kinh tế), lắp ñặt các thiết bị làm lưới ñiện vận hành linh hoạt

* Chiến lược 2 ðiều khiển nhu cầu dùng ñiện phù hợp với khả năng cung cấp một cách kinh tế nhất

Có rất nhiều các giải pháp khác nhau và cách ứng dụng, nó phụ thuộc vào ñiều kiện kinh tế, xã hội , tình hình, tập tục, khí hậu, thời tiết mỗi quốc gia, mỗi vùng, miền cụ thể Các giải pháp cơ bản của chiến lược này bao gồm:

- ðiều khiển trực tiếp dòng ñiện:

Mục ñích là san bằng ñồ thị phụ tải ñến mức có thể ñược của hệ thống ñiện ñể giảm tổn thất, thuận tiện cho việc lập phương thức vận hành kinh tế

ñể tránh thiệt hại do ngừng cung cấp ñiện

+ Lấp thấp ñiểm: Các phụ tải sẽ ñược vận hành vào thời gian thấp ñiểm Thường áp dụng biện pháp này khi công suất thừa ñược sản xuất bằng nhiên liệu rẻ tiền Có thể lấp thấp ñiểm bằng các kho nhiệt (nóng, lạnh), xây dựng các nhà máy thuỷ ñiện tích năng, nạp ñiện cho ắcquy, ô tô ñiện

+ Dịch chuyển phụ tải: chuyển phụ tải từ thời gian cao ñiểm sang thời gian thấp ñiểm Các phụ tải thích hợp trong trường hợp này là các kho nhiệt, các thiết bị tích năng lượng và thiết lập hệ thống giá ñiện hợp lý

+ Biện pháp bảo tồn: nâng cao hiệu suất của các thiết bị dùng ñiện dẫn ñến giảm ñiện năng tiêu thụ tổng

+ Tăng trưởng phụ tải: tăng thêm các khách hàng mới (ñiện khí hoá nông thôn) dẫn ñến tăng cả công suất ñỉnh và tổng ñiện năng tiêu thụ

+ ðồ thị phụ tải linh hoạt: xem ñộ tin cậy cung cấp ñiện như một biến

số của bài toán lập kế hoạch tiêu dùng, cắt ñiện khi cần thiết Do vậy công suất ñỉnh và ñiện năng tiêu thụ tổng có thể giảm xuống

- Lưu trữ năng lượng:

cho phép dịch chuyển nhu cầu sử dụng ñiện từ giờ cao ñiểm sang giờ thấp ñiểm dẫn ñến san bằng ñồ thị phụ tải của hệ thống ñiện nhờ:

ðiện khí hoá nông thôn, giao thông, hoặc thay thế các dạng năng lượng khác bằng ñiện năng làm gia tăng dòng ñiện ñỉnh và ñiện năng tổng của hệ thống ðây là việc làm cần thiết vì nó sẽ thúc ñẩy sự phát triển của kinh tế-xã hội và làm giảm sự huỷ hoại môi trường

- Chính sách giá ñiện:

Áp dụng giá ñiện hợp lý sẽ là ñộng lực làm thay ñổi ñặc ñiểm tiêu dùng ñiện, san bằng ñồ thị phụ tải của hệ thống ñiện dựa trên cơ sở nhu cầu sử dụng ñiện của các phụ tải không ñồng ñều theo thời gian Theo tập quán sinh hoạt, làm việc và sản xuất sẽ làm xuất hiện các cao ñiểm và thấp ñiểm trong ðTPT Biểu giá bán ñiện sẽ ñược thay ñổi một cách linh hoạt phụ thuộc vào mùa, thời ñiểm cấp ñiện, khả năng ñáp ứng tương ứng của hệ thống ñiện ở những nước phát triển, giá bán ñiện ñược sử dụng như một công cụ hiệu quả ñể ñiều hoà nhu cầu dùng ñiện như:

Áp dụng giá tính theo thời ñiểm sử dụng: khuyến khích khách hàng

sử dụng ñiện năng hiệu quả, thúc ñẩy kinh tế phát triển

Áp dụng giá tính theo công suất tiêu thụ

Áp dụng giá cho phép cắt khi cần thiết

Áp dụng giá giành cho các mục tiêu ñặc biệt

- Các biện pháp mang tính thể chế:

Luật tiết kiệm năng lượng

Tiêu chuẩn ñánh giá

Kiểm toán năng lượng

Các văn bản của cơ quan chủ quản, chính phủ về tiêu chuẩn, quy phạm cho các công trình xây lắp, hiệu suất năng lượng, hiệu năng của thiết bị, chỉ ñịnh các nhà máy, ñơn vị sản xuất, trung tâm, công trình, kiến trúc cần thực hiện thí ñiểm về DSM

Ngoài ra ñể thực hiện DSM có hiệu quả cần có những hoạt ñộng ñồng bộ:

- Các biện pháp trợ giúp về kinh tế:

Trợ giúp về mặt kinh tế thông qua các công cụ quản lý kinh tế ựể phát triển công nghệ chế tạo các thiết bị có hiệu suất cao, ưu tiên thuế cho vốn ựầu

tư phát triển công nghệ, khen thưởng các nhà chế tạo có các sản phẩm hiệu suất cao

Thuế, hạn ngạch, bảo hộ kỹ thuật: gia tăng, ưu ựãi

Hỗ trợ tài chắnh, tư vấn ựầu tư, sử dụng: cho vay với lãi suất thấp, bảo lãnh vay

Trợ giúp kỹ thuật- công nghệ, ựầu tư máy múc, dây chuyềnẦ

Thưởng- phạt

- Những biện pháp mang tắnh chất xã hội:

Ngoài ra không thể không kể ựến các biện pháp như các biện pháp thông tin tuyên truyền, phổ cập, giáo dục về chắnh sách và các giải pháp tiết kiệm năng lượng

đào tạo cán bộ quản lý năng lượng, cán bộ kỹ thuật, tuyên truyền

Truyền thông, phổ biến các kiến thức thường thức về năng lượng, tài liệu kỹ thuật,báo chắ cung cấp thông tin hướng dẫn

Trên tất cả những ựiều ựã nêu là những biện pháp mang tắnh chất tổ chức và hoạch ựịnh chắnh sách cho chiến lược sử dụng năng lượng

1.1.2 Hiện trạng nghiờn cứu và áp dụng DSM ở Việt Nam

1.1.2.1 Hiện trạng nghiên cứu DSM ở Việt nam

+ Là một quốc gia ựang phát triển với trình ựộ công nghệ lạc hậu, tư duy của con người bị ảnh hưởng của thời kỳ kinh tế bao cấp, ý thức tiết kiệm năng lượng còn yếu kém, trình ựộ dân trắ thấp, chưa nhận thức rõ những vấn

ựề hết sức quan trọng có tắnh chất toàn cầu mà một trong những vấn ựề ựó là vấn ựề khai thác, sử dụng năng lượng một cách hiệu quả, kinh tế

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu Ờ Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

+ Tài nguyên phong phú (nguồn năng lượng sơ cấp như: than, dầu, khí ñốt ) song tài nguyên ñang dần cạn kiệt do sử dụng không hiệu quả, gây lãng phí

1.1.2.2 Áp dụng DSM tại Việt Nam

Nước ta là một nước nông nghiệp ñang trong thời kỳ phát triển và hội nhập, có trình ñộ sản xuất và công nghệ lạc hậu, tư duy của mỗi con người bị ảnh hưởng của nếp suy nghĩ thiển cận, chưa nhận thức rõ những vấn ñề hết sức quan trọng có tính chất toàn cầu mà một trong những vấn ñề ñó là vấn ñề bảo tồn và sử dụng hiệu quả năng lượng

Với tốc ñộ tăng trưởng về nhu cầu tiêu thụ năng lượng nói chung và ñiện năng nói riêng cùng với phương thức sử dụng năng lượng không hiệu quả, gây lãng phí như hiện nay thì chỉ trong thời gian không xa nữa, trữ lượng các nguồn năng lượng sơ cấp của nước ta sẽ bị cạn kiệt và lúc ñó chính chúng ta sẽ hứng chịu hậu quả của việc mất cân bằng sinh thái do chính sách phát triển mất bền vững như hiện nay

Trong quá trình cải cách nền kinh tế, mở cửa hội nhập, thực hiện Công nghiệp hoá, hiện ñại hoá ñất nước thì vấn ñề vừa ñáp ứng nhu cầu về ñiện năng cao (cả về công suất và ñiện năng) cho các loại phụ tải vừa ñảm bảo sử dụng năng lượng có hiệu quả nhất góp phần phát triển kinh tế xã hội ñất nước

là một bài toán khó cho Ngành ñiện của Việt Nam Muốn thế, chúng ta phải ngay lập tức áp dụng chính sách sử dụng ñiện năng một cách tiết kiệm và hiệu quả song song với việc bảo tồn nguồn năng lượng, trong ñó giải pháp hiệu quả nhất, thiết thực nhất và có tác dụng ngay ñó là phải nhanh chóng thực hiện chương trình DSM trên toàn quốc, ñặc biệt là trong hệ thống cung cấp ñiện ñô thị

Tuy nhiên, vấn ñề thực hiện DSM không thể chỉ do 1 mình ngành ðiện thực hiện mà phải là các ngành, các tổ chức và cá nhân trong xã hội cùng thực hiện như: Bộ KHCN&MT, Bộ Xây Dựng, Bộ GTVT Hơn nữa, Chính phủ phải quan tâm chỉ ñạo và thể chế hoá bằng luật pháp thì triển vọng áp dụng DSM mới khả thi

a Tiềm năng thực hiện DSM ở Việt Nam

ðối với nước ta, DSM mới ñược chú ý tới từ năm 1994 - 1995, với sự tài trợ của ngân hàng thế giới, chương trình DSM ñã ñược triển khai bước ñầu bằng việc nghiên cứu, ñánh giá tiềm năng DSM ở Việt Nam và hiện nay ngành ñiện ñã có chuẩn bị tích cực ñể triển khai thí ñiểm áp dụng một số biện pháp trong khâu quản lý phụ tải

Qua nghiên cứu, ñánh giá có thể nhận thấy rằng tiềm năng quản lý nhu cầu ñiện năng ở Việt nam là rất lớn ở cả 2 lĩnh vực: Quản lý phụ tải và nâng cao hiệu suất thiết bị sử dụng ñiện

ðối với lĩnh vực quản lý phụ tải có thể nhận thấy là biểu ñồ phụ tải ngày ñêm của hệ thống ñiện Việt nam không bằng phẳng, chênh lệch giữa giờ cao ñiểm và thấp ñiểm khá lớn 2-2,5 lần ðể giảm ñầu tư xây dựng nguồn ñiện mới trong những năm tiếp theo, chương trình DSM sẽ tác ñộng ñến việc giảm phụ tải ñỉnh vào các giờ cao ñiểm tối (từ 18h ñến 21h hàng ngày) bằng cách chuyển một số phụ tải từ cao ñiểm sang sử dụng ở giờ thấp ñiểm hoặc các giờ khác trong ngày, làm cho ñồ thị phụ tải trở nên bằng phẳng hơn (tỉ lệ Pmax/Pmin giảm xuống còn khoảng 1,6 ñến 1,7 lần) Biện pháp này có thể thực hiện ñược thông qua việc ñịnh giá ñiện vào giờ cao ñiểm cao hơn ở giờ thấp ñiểm (giá ñiện theo thời gian trong ngày TOU) bằng cách sử dụng công

tơ nhiều giá và ñịnh giá ñiện theo hai thành phần: giá công suất và giá ñiện

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

năng, ựồng thời khuyến khắch khách hàng tình nguyện giảm phụ tải vào giờ cao ựiểm khi nhu cầu vượt quá khả năng cung cấp

Trong lĩnh vực nâng cao hiệu suất sử dụng ựiện, tiềm năng thực hiện ở nước ta là khá khả quan Việc giảm tiêu thụ năng lượng có thể nhằm vào các

hộ tiêu thụ ựiện lớn như các xắ nghiệp công nghiệp, các toà nhà cao tầng, siêu thị khách sạn tại các khu vực này sẽ sử dụng các thiết bị có công nghệ tiên tiến tiêu thụ ắt ựiện năng và có hiệu suất cao Việc chiếu sáng ựường phố và gia ựình cũng cần ựược cải thiện, nếu thực hiện chuyển từ sử dụng các bóng ựèn sợi ựốt, bóng ựèn cao áp thủy ngân sang các loại ựèn huỳnh quang chấn lưu ựiện tử, ựèn Sodium cao áp sẽ làm giảm ựáng kể công suất và ựiện năng tiêu thụ vào những giờ cao ựiểm

Kết quả tắnh toán của các chuyên gia cho thấy, việc triển khai chương trình DSM ở nước ta nếu thực hiện trong giai ựoạn 1996-2010 có thể giảm ựược gần 1000MW công suất của các nguồn ựiện mới, tương ựương khoảng 5300GWh Hiệu quả kinh tế mang lại ước tắnh vào khoảng 960 triệu USD với chi phắ cho thực hiện DSM chỉ cỡ 160 triệu USD, lợi nhuận thu ựược là 800 triệu USD ựó là chưa kể ựến giảm chi phắ ựầu tư lưới ựiện và hiệu quả về mặt môi trường Từ ựó có thể thấy rằng: đầu tư cho DSM chắnh là ựầu tư cho phát triển nguồn và lưới ựiện với hiệu quả kinh tế và môi trường cao nhất

b đánh giá hiệu quả DSM ở khắa cạnh chuyển dịch ựồ thị phụ tải

Ta phân tắch kỹ hơn về phương diện, cách thức ựánh giá hiệu quả DSM

ở khắa cạnh chuyển dịch phụ tải của hệ thống ựiện Qua công tác thống kê, ựiều tra, ựo ựạc trực tiếp tại các nút phụ tải của hệ thống ựiện, dựa trên ựặc trưng của phụ tải ựiện ựể có cơ sở lựa chọn giải pháp hợp lý thực hiện san bằng ựồ thị phụ tải của hệ thống ựiện Dựa theo phương pháp này ta sẽ ựiều

ðồ thị phụ tải của HTð Việt nam trong ngày có 2 thời ñoạn cao ñiểm,

ñó là cao ñiểm sáng từ 6 giờ tới 12 giờ và cao ñiểm tối từ 17 giờ tới 23 giờ (cao ñiểm nhất là từ 17-19 giờ)

ðồ thị phụ tải có thời gian ñạt giá trị cực tiểu vào ban ñêm từ 0 giờ ñến

4 giờ sáng Trong mọi thời ñiểm trong ngày, hai khu vực ánh sáng sinh hoạt (ASSH) và công Nghiệp (CN) luôn chiếm tỉ trọng về công suất cũng như ñiện năng của hệ thống Nếu như khu vực CN ñạt tỉ trọng lớn vào ban ñêm thì khu vực nông nghiệp và giao thông vận tải (NN&GTVT) lại ñạt tỉ trọng cao vào thời ñiểm 13 giờ tới 16 giờ hàng ngày Khu vực ASSH chỉ ñạt tỉ trọng cao vào

17 giờ ñến 23 giờ ñêm, còn ban ngày lại ñạt tỉ trọng khá thấp

- Tại các thời ñiểm ñồ thị phụ tải (ðTPT) của HTð ñạt cao ñiểm thì

khu vực ASSH chiếm tỉ trọng lớn nhất (39,83% tại cao ñiểm sáng và 56,6% vào cao ñiểm tối Các khu vực còn lại chiếm tỉ trọng nhỏ trong ðTPT ñặc biệt

là cao ñiểm tối

- ðồ thị phụ tải của hệ thống ñạt giá trị cực tiểu vào ban ñêm Muốn lấp thấp ñiểm có thể ñịnh giá bán thấp nhất vào khoảng thời gian này ñể khuyến khích các hộ dùng ñiện Trong thời ñoạn này khu vực CN chiếm tỉ trọng cao nhất vào khoảng 55% còn khu vực dịch vụ công cộng (DVCC) và NN&GTVT chiếm tỷ trọng rất thấp Vì vậy cần có biện pháp sử dụng tưới tiêu cho nông nghiệp trong khoảng thời gian này và có biện pháp lưu trữ nhiệt

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- Muốn chuyển dịch và cắt bớt ựỉnh đTPT của HTđ cần phải chú ý tới các biện pháp có tác ựộng chủ yếu tới hai khu vực chủ yếu là ASSH và CN

Từ các phân tắch ựặc ựiểm, cơ cấu ựồ thị phụ tải (đTPT) HTđ Việt nam ta sẽ xét hiệu quả của chuyển dịch ựồ thị phụ tải ựể khai thác hiệu quả, tiết kiệm ựiện năng Qua công tác thống kê, thu thập thông tin trong thời gian qua, các chuyên gia trong lĩnh vực này ựã khảo sát ựồ thị phụ tải của Việt nam và ựưa ra kết luận: đồ thị phụ tải HTđ ở Việt nam rất không bằng phẳng Tỉ số giữa Pmin/Pmax ≈ 0,4 Tình trạng mất cân ựối rất lớn của đTPT gây khó khăn cho công tác quy hoạch phát triển vận hành hệ thống là làm gia tăng tổn thất

Ta sẽ tác ựộng vào ựồ thị phụ tải làm cho đTPT trở nên bằng phẳng hơn Nếu ta làm tốt các biện pháp trên có khả năng giảm ựược khoảng 20 % công suất ựỉnh và gần 30 % lượng ựiện năng vào giai ựoạn cao ựiểm Nhờ vậy

có thể giảm ựáng kể lượng tổn thất ựiện năng trong HTđ, tạo ựiều kiện thuận lợi cho phát triển và vận hành HTđ

c đánh giá hiệu quả của DSM ở khắa cạnh thay ựổi công nghệ và thiết bị

có hiệu năng thấp:

* Trong khu vực Công nghiệp:

Giả sử tốc ựộ thay ựổi công nghệ và thay thế cải tạo các ựộng cơ cũ là

10 %/năm Cải tạo các hệ thống ựiện chiếu sáng khu vực công nghiệp thì khả năng tiết kiệm ựiện trong khu vực này cũng rất lớn Theo báo cáo của một ựề tài khoa học của các chuyên gia ựang nghiên cứu vấn ựề này thì kết quả khi

áp dụng các giải pháp như trên là:

+ đổi mới công nghệ: Trung bình hàng năm giảm ựược gần 3% ựiện năng của khu vực này

+ Thay thế và cải tạo các ñộng cơ thế hệ cũ (tỉ lệ 50/50) sẽ giảm ñược trung bình 0,5%/ năm ñiện năng dùng cho các ñộng cơ, tức là giảm khoảng 0,3%/năm cho khu vực công nghiệp

+ Lắp thêm các bộ tự ñộng ñIều chỉnh tốc ñộ các ñộng cơ có sự dao ñộng phụ tải luôn thay ñổi ở mức 10%/năm (cỡ khoảng 1/3 số ñộng cơ trong các nhà máy, xí nghiệp) sẽ giảm ñược khoảng 0,53 % ñiện năng sử dụng trong khu vực CN

+ Thay thế, cải tạo các hệ thống nén khí và lò ñiện ở mức ñầu tư trung bình hàng năm có thể giảm ñược gần 0,22% ñiện năng của khu vực CN

+ Thay thế và cải tạo hệ thống chiếu sáng công nghiệp theo tiến ñộ 20

%/năm với tỷ lệ là các loại ñèn là như nhau tiến ñến chỉ dùng một loại ñèn có hiệu năng cao hơn, sẽ giảm ñược khoảng 11,5%/năm lượng ñiện tiêu thụ cho thắp sáng, tương ứng giảm ñược gần 0,58 %/ năm của khu vực công nghiệp Khi thực hiện tất cả các giải pháp trên có thể giảm ñược gần 4,7 %/năm ñiện năng khu vực công nghiệp tương ứng với khoảng 1,9% /năm ñiện năng toàn hệ thống

* Khu vực ánh sáng sinh hoạt:

Theo phân tích của các chuyên gia trong lĩnh vực ñiện năng, khi nghiên cứu tình hình sử dụng ñiện phục vụ cho nhu cầu ánh sáng sinh hoạt (ASSH) trong thời gian qua ñã rút ra một số nhận xét sau:

- Khu vực ASSH hiện chiếm khoảng 43,2% nhu cầu ñiện năng tổng

- Tình hình sử dụng cho nhu cầu này hiện nay còn rất lãng phí, nếu áp dụng các giải pháp sử dụng hợp lý có khả năng tiết kiệm ñược 44,8% tổng nhu cầu ñiện năng của khu vực này

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Nếu thực hiện giải pháp thay thế các thiết bị gia dụng trong giai ñoạn hiện nay có thể giảm ñược khoảng 25,8% lượng ñiện năng tiêu thụ ở khu vực này Tuy nhiên, do mức thu nhập chung của xã hội còn thấp, khả năng thay thế các thiết bị công nghệ cũ còn bị hạn chế thì có thể thu ñược các kết quả như sau:

+ Thay thế hàng năm 15% số ñèn chiếu sáng hiện có bằng loại ñèn có hiệu năng cao, tiêu thụ ñiện thấp thì cho phép giảm ñược gần 6% ñiện năng cho chiếu sáng và giảm khoảng gần 2,4 % ñiện năng cho ASSH

+Thay thế các ñiều hoà không khí, tủ lạnh, TV, máy giặt…ở mức 10%/năm hiệu quả của nó có thể giảm ñược gần 0,62% /năm ñiện năng cho ASSH

+ Nếu có 1/3 số hộ hiện dang dùng bếp ñiện chuyển sang dùng bếp ga thì lượng ñiện năng có thể giảm ñược gần 3,6%/năm nhu cầu ñiện năng (NCðN) cho khu vực ASSH

Tóm lại, riêng giải pháp thay thế các thiết bị lạc hậu bằng thiết bị có hiệu suất cao thì cũng có thể giảm ñược gần 6,6%/năm NCðN khu vực ASSH tương ứng với khoảng gần 2,86 % nhu cầu ñiện năng tổng

- Nếu chỉ xét ở khía cạnh thay thế các thiết bị lạc hậu hiện có bằng thiết

bị có hiệu suất cao thì có ñược một số nhận xét sau:

+ Thay thế các loại ñèn hiện có bằng loại có hiệu năng cao tại các toà nhà, các khu vực công cộng như: Công viên, quảng trường, ñường phố, trường học…

+ Cải tạo, thay thế các hệ thống ñiều hoà và thiết bị dùng ñiện khác của khu vực này

Kết quả có thể giảm ñược ñược tới ñược gần 36 %NCðN của khu vực

và tương ứng có thể giảm ñược tới gần 2,5% NCðN tổng

* Khu vực nông nghiệp

Theo ñiều tra, nghiên cứu thì khu vực nông nghiệp (NN) là khu vực chiếm tỉ trọng khoảng từ 5 ñến 8% NCðN tổng của HTð do mức ñộ cơ giới hoá và ñiện khí hoá còn ở mức thấp Hiện nay các thiết bị dùng ñiện trong khu vực này khá lạc hậu và hiệu suất thấp Nếu ñầu tư, cải tạo và thay thế kết hợp với chọn dung lượng các máy biến áp, vị trí ñặt hợp lý có thể giảm ñược

từ 10 ñến 20% NCðN của khu vực này

* Khu vực sản xuất, truyền tải và phân phối ñiện:

Do ñặc ñiểm vốn ñầu tư cải tạo, thay thế các thiết bị trong khu vực này ñòi hỏi khá lớn, nhưng do nỗ lực của Ngành ñiện ñược sự hỗ trợ của chính phủ những năm gần ñây các nhà máy ñiện cũ nát, hiệu suất thấp ñã bị loại bỏ, các nhà máy ñiện mới và các ñường dây, trạm biến áp mới ñược xây dựng với công nghệ tiên tiến bên cạnh ñó các lưới truyền tải và lưới phân phối cũng ñang ñược ñầu tư cải tạo Nhờ nỗ lực cao như vậy, có thể giảm ñược khoảng 0,25% ñiện năng tổn thất

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

d đánh giá khắa cạnh tuyên truyền, phổ cập và cung cấp thông tin

Ta dễ thấy rằng, ựây là phương pháp hiệu quả nhất, dễ thực thi, có kết quả nhanh và có ý nghĩa lâu dài vì nó tác ựộng tới ý thức của mọi người dân, mọi doanh nghiệp Bằng các phương tiện thông tin ựại chúng cung cấp thường xuyên cho người sử dụng những kiến thức về bảo tồn năng lượng Những tiến bộ kỹ thuật trong lĩnh vực sản xuất, chế tạo, lắp ựặt và sử dụng thiết bị ựiện gia dụng cũng như công nghiệp Những quy chế, quy ựịnh, các tiêu chuẩn về năng lượng tránh cho người dùng ựiện không mắc phải sai lầm khi ựầu tư, mua sắm, thiết kế lắp ựặt và vận hành các thiết bị dùng ựiện Ta có thể ựánh giá sơ bộ hiệu quả của nó khi áp dụng biện pháp này với các khu vực:

* Khu vực Công nghiệp:

Hiện nay tỷ trọng sử dụng ựiện của khu vực CN chiếm khoảng 40% NCđN tổng và cũng là khu vực có tiềm năng tiết kiệm ựiện năng lớn nhất Căn cứ theo ựánh giá của các chuyên gia về việc hiệu quả sử dụng ựiện năng hiện nay của các phụ tải tại khu vực công nghiệp thì tiềm năng tiết kiệm ựiện năng khi thực hiện tổng hợp và triệt ựể các giải pháp sẽ có thể tiết kiệm tới gần 63% NCđN Nếu chỉ xét riêng gải pháp tăng cường quản lý, nâng cao ý thức sử dụng ựiện năng có thể làm giảm ựược khoảng 10% ựiện năng của khu vực sản xuất và 25% ựiện năng chiếu sáng trong khu vực hành chắnh và nhà xưởng đánh giá trung bình nếu thực hiện tốt giải pháp này cũng tiết kiệm ựược gần 10,7%NCđN của khu vực tương ứng khoảng 4,5% NCđN của toàn

hệ thống

* Khu vực ánh sáng sinh hoạt

Nhu cầu ựiện năng cho khu vực này càng ngày sẽ càng tăng đời sống ựược cải thiện, thu nhập ngày càng cao thì con người càng ựòi hỏi các tiện

nghi phong phú hơn ñể phục vụ cuộc sống của cá nhân và xã hội Tuy nhiên

có xu hướng thu nhập càng cao, lượng ñiện năng sử dụng càng nhiều thì lại ít chú ý ñến số tiền ñiện phải trả Hậu quả là, nếu không kịp thời nhận thức và hướng dư luận xã hội quan tâm, nhận thức ñến vấn ñề này thì lượng ñiện năng hao phí càng ngày càng lớn

Nếu chúng ta quan tâm, cắt giảm khoảng 25% lượng ñiện chiếu sáng sinh hoạt không cần thiết, khoảng 10% ñến 20% lượng ñiện cho các thiết bị gia dụng, thì kết quả có thể tiết kiệm ñược từ 16 ñến 22% lượng ñiện năng của khu vực ASSH, tương ứng với khoảng từ 6% ñến 8,3% NCðN toàn hệ thống

* Khu vực dịch vụ công cộng:

ðây là vấn ñề này ít ñược dư luận quan tâm, do ảnh hưởng của một thời gian dài bao cấp, các vấn ñề liên quan tới khu vực này hầu như chỉ là trách nhiệm của các nhà lãnh ñạo doanh nghiệp quan tâm mà chưa ảnh hưởng tới từng cá nhân Thời gian gần ñây, các thiết bị ñiện như: quạt, vô tuyến, ñiều hoà, tủ lạnh ñược trang bị với số lượng lớn song ý thức sử dụng, bảo quản chưa ñược quan tâm ñúng mức Các khách sạn, trường học, bệnh viện lượng ñiện năng hao phí còn rất lớn Nếu sử dụng các biện pháp tuyên truyền, phổ biến, vận ñộng làm thay ñổi ý thức của từng cá nhân về vấn ñề này, có thể ước tính giảm ñược không ít hơn 15% NCðN của khu vực này, tương ứng với khoảng 1,2% NCðN tổng

* Khu vực sản xuất, truyền tải và phân phối ñiện

Tỉ lệ tổn thất ñiện năng trong lĩnh vực này là khá lớn cỡ khoảng 18% ðể giảm mức tổn thất này xuống gần với tổn thất ở các nước phát triển, cần phải có nguồn vốn ñầu tư rất lớn Tuy nhiên có thể giảm thiểu nếu thực hiện các giải pháp ñòi hỏi ít hoặc không cần vốn ñầu tư như:

16-Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Nâng cao chất lượng công tác quản lý, thiết kế, lắp ñặt và vận hành hệ thống Xác ñịnh phương thức vận hành hợp lý trong các ñiều kiện cụ thể của nguồn và phụ tải, chống tổn thất thương mại Qua phân tích sơ bộ cho thấy, trong những giai ñoạn tiếp theo nếu thực hiện tốt giải pháp này, sẽ cho phép giảm ñược trung bình hàng năm vào khoảng 0,15% NCðN của HTð

e Những khó khăn khi thực hiện DSM ở Việt Nam:

ðể thực hiện có hiệu quả chương trình DSM ở Việt Nam, chúng ta phải

có cách nhìn, sự phân tích một cách khách quan những khó khăn sẽ gặp phải

khi triển khai chương trình này Các khó khăn ño bao gồm:

- Về phía cơ quan quản lý nhà nước:

+ Chưa có những hệ thống tiêu chuẩn cho những ngành kinh tế nói chung và lĩnh vực năng lượng nói riêng phù hợp và theo kịp sự phát triển của

công nghệ mà thực tế ñòi hỏi

+Việc quản lý nhà nước về ñăng ký nhãn hiệu, bảo hộ quyền sở hữu Công nghiệp còn yếu kém, nạn làm hàng giả còn phổ biến

+ Chưa luật hoá ñược các quy phạm, tiêu chuẩn hoá của các ngành, các sản phẩm (Như về ñầu tư xây dựng, sản xuất, hàng Nhập khẩu…)

+ Khả năng thực thi các qui ñịnh của Pháp luật còn yếu

+ Chưa coi trọng Công tác tiết kiệm năng lượng nói chung và DSM nói riêng

+ Chưa có hình thức khuyến khích khen thưởng, hỗ trợ các doanh

nghiệp, các thành phần kinh tế khi họ thực hiện chương trình DSM

- Về phía ngành ðiện (EVN) + Chưa nhất quán trong quan ñiểm: Coi trọng giải pháp DSM là một trong những mục tiêu quan trọng của ngành ðiện cần phải thực hiện song song với các nhiệm vụ quan trọng khác

- Về phía các Hộ tiêu thụ ñiện:

+ Cũng chưa quan tâm nhiều ñến hiệu quả của việc thực hiện DSM trong phạm vi công ty, doanh nghiệp mình quản lý

+ Chưa có tổ chức nào tư vấn cho họ hiểu rõ hiệu quả, giải pháp thực hiện DSM vì vậy hiểu biết của họ về lĩnh vực này còn hạn chế

+ Chưa có ñủ vốn thực hiện các giải pháp DSM phù hợp với ñặc thù doanh nghiệp của mình

- ðối với dân chúng:

+ Chưa có hiểu biết về DSM và các hiệu quả của nó, công tác tuyên truyền phổ biến kiến thức thông qua các phương tiện thông tin ñại chúng về lĩnh vực này còn kém

+Tâm lý ngại áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật còn nặng nề

+ Thu nhập của người dân chưa cao nên khả năng ñầu tư thay ñổi các trang thiết bị gia dụng có hiệu suất thấp còn hạn chế

Tổng quan về DSM ñược trỡnh bày trong mục [1,2] ðịnh nghĩa về DSM ñược nêu ở trờn Cỏc hỡnh thức khỏc nhau của DSM Việc ỏp dụng DSM sẽ giảm thiểu việc xây dựng nhà máy ñiện mới ñũi hỏi phải cú lượng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

vốn ựầu tư rất lớn điều ựó có nghĩa là các công ty ựiện lực phải ựưa ra các biện pháp quản lý phụ tải dựng ựiện tốt hơn hiện nay

1.1.2.3 Kinh nghiệm của một số nước trong khu vực và trên thế giới

đó cú nhiều ựề tài trỡnh bày tổng quan về hệ thống DSM [3] đó và ựang góp phần tạo nờn lợi ớch kinh tế to lớn cho cỏc cụng ty điện lực

Cách cài ựặt cho hệ thống DSM ựược thực hiện qua các bước của quá trỡnh cài ựặt như sau: Nhập dữ liệu hệ thống cho DSM, dữ liệu của ựối tượng, tập lệnh ựiều khiển ựối tượng đó là các thông số cơ bản dùng ựể ựiều khiển và giám sát ựối tượng

Cũng có nhiều ựề tài nghiên cứu về DSM và ựó ựưa ra cỏch thiết lập và giỏm cho hệ thống DSM [5] Cách quản lý phụ tải của các công ty điện lực

đó trình bày các trạng thái của ựối tượng và biện pháp dùng DSM ựể giám sát ựối tượng Ngoài ra, cũn chỉ ra rằng hệ thống DSM là một giải phỏp thớch hợp ựối với các công ty ựiện lực hiện nay

đánh giá hệ thống DSM ựược trỡnh bày ở mục [6] Ở ựây sẽ ựánh giá

ựộ tin cậy của chương trỡnh DSM đặc biệt, khi ứng dụng DSM cho khu ựông dân cư và khu công nghiệp

Nhiều tác giả ựó ựưa ra các giả thiết về sử dụng giao diện ựể quản lý phụ tải [8] Bài bỏo núi về việc giỏm sỏt phụ tải phải tuõn theo cỏc bước sau: Chạy thử nghiệm hệ thống, thiết bị ghi dữ liệu, thời gian ghi dữ liệu, ựộ trung thực của dữ liệu và ựộ tin cậy của các thiết bị ựo lường

điển hỡnh ở một số nước phát triển như Pháp, ngành ựiện lực ựó ứng dụng thành cụng việc cắt ựỉnh nhọn trên ựồ thị phụ tải [10, 11, 12] Các công

ty điện lực ựó ựưa ra báo cáo cụ thể là ựó giảm ựược 760 MW phụ tải ựỉnh trong mùa ựông Trong ựó, có 200 MW phụ tải sinh hoạt Hỡnh 2.1 biểu diễn ựường cong phụ tải ở Pháp trước và sau khi ứng dụng DSM

Nhiều tác giả trỡnh bày các giải pháp ñể ñạt ñược hiệu quả kinh tế trong vấn ñề ñiều khiển phụ tải bằng cách ñiều chỉnh dung lượng các máy phát ñiện [14] Việc xác ñịnh nhu cầu phụ tải ñể từ ñó ñưa ra các biện pháp vận hành hợp lý các nhà máy ñiện Biện pháp này có thể nâng cao tuổi thọ của thiết bị nhờ hệ thống ñiều khiển phụ tải Thông số cơ bản dùng ñể tính toán nhu cầu phụ tải là công suất ñỉnh của phụ tải

Hình 1.1 ðường cong phụ tải ngày trước và sau khi ứng dụng DSM

Trước khi áp dụng

Sau khi áp dụng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU VỀ DLC 2.1 ðặt vấn ñề:

Nhiều ñề tài ñã ñưa ra một số nguyên lý cài ñặt cho hệ thống DLC trên diện rộng [15] Các ñề tài này trình bày cách chỉnh ñịnh và giám sát hệ thống Hiện tại hệ thống DLC ñang ñược ứng dụng tại nhiều ðiện lực ở các nước phát triển ví dụ như ở các công ty ñiện lực của bang Florida của Mỹ, hệ thống nguồn và tải ñược kết nối với DLC thông qua các kênh truyền

Cách tiết kiệm ñiện năng bằng cách can thiệp vào thông số của hệ thống DLC [16] Hai cấu trúc phần mềm ñược sử dụng ñể nâng cao hiệu quả cho chương trình phần mềm của hệ thống DLC là: Giao diện hiển thị các thông tin ño lường ñược từ ñối tượng và thiết bị ñiều khiển thông minh Hai mạch này ñược thiết kế dựa trên nguyên lý số

Một số công ty ñiện lực ở một số nước ñã áp dụng và ñưa ra các biện pháp ñánh giá việc giảm phụ tải ñỉnh Các phương pháp ñánh giá dựa trên tiêu chuẩn IEEE áp dụng cho hệ thống ñiện [17] Các thực nghiệm chủ yếu ñược tiến hành ñối với hai thiết bị là: Bình nóng lạnh và máy ñiều hòa không khí

Ví dụ Công ty Detroit Edison ở Mỹ hiện tại ñang ñiều khiển khoảng 200.000 thiết bị nóng lạnh bằng tín hiệu sóng âm thanh [18] Sơ ñồ khối của

hệ thống ñược chia thành các khối nhỏ bao gồm: khối ñiều khiển và cấu trúc ñiều khiển cụ thể như sau: Hệ thống ñiều khiển phụ tải bằng sóng (HTðKBS)

là một hệ thống truyền thông tin một chiều bao gồm máy phát ñặt ở trung tâm gọi là trạm ñiều khiển, và gửi các lệnh ñiều khiển ñến vô số các máy thu ñặt tại các hộ phụ tải nằm rải rác trong lưới phân phối Kênh truyền chính là thông qua lưới phân phối: ðường dây, cáp, máy biến áp phân phối,

Máy phát phát tín hiệu (mã ñiều khiển) vào lưới phân phối Tín hiệu bao gồm các cụm sóng ñiện áp hình sin ở tần số Audio cố ñịnh Tín hiệu này

ñược truyền khắp nơi trong hệ thống lưới ñiện và tác ñộng ñến tất cả các máy thu phù hợp với dãy mã ñược phát ñi Các máy thu sẽ hoạt ñộng khi nhận ñược mã ñã lập trình cho chúng

2.2 Hệ thống DLC sử dụng bộ vi xử lý

Nhiều ñề tài ñã ñưa ra bộ VXL dựa trên chương trình DLC cho các công ty ñiện lực vừa và nhỏ Thiết kế này ñặc biệt phù hợp với các công ty ñiện lực cỡ nhỏ ñến trung bình Tuy nhiên nguồn tài chính ñể thực hiện các chương trình quản lý phụ tải có quy mô lớn

Hệ thống này ñược thiết kế bởi bộ VXL 18 bit 68HC11 Hệ thống này

sử dụng một chương trình ñịa chỉ ñể ñiều khiển lên tới bốn phụ tải tại 4059

vị trí Việc vận hành ñầy ñủ của hệ thống ñã ñược kiểm tra với kết quả thỏa ñáng

Hệ thống này ñơn giản vì nó ñiều khiển hai phụ tải bởi công tắc chuyển mạch on off Nó không có phản hồi ñể kiểm tra ứng dụng vủa DLC Khách hàng không ñóng vai trò gì trong chương trình

Chính vì vậy việc ứng dụng của PLC trong hệ thống ñiện là vấn ñề ñáng quan trọng ñể nghiên cứu

Gần ñây với sự phát triển của các hệ thống ñiều khiển hiện ñại và các

bộ VXL ñã mở cửa cho việc ứng dụng rộng rãi ñiều khiển lập trình logic trong hệ thống ñiện

Việc ứng dụng PLC ñể ñiều khiển tốc ñộ ñộng cơ một chiều trong công nghiệp Phương án tiếp cận ñược ñề xuất là sử dụng chương trình logic hình thang ñược mô tả trong thuật toán ñiều khiển thích nghi RLL ñược mô tả bên trong bộ xử lý chính của PLC Các cuộc thử nghiệm khác nhau ñược thực hiện và phân tích ñể minh họa sự hợp lý của các phương án ñề suất Các cuộc thử nghiệm này cũng bao gồm ñáp ứng của hệ thống ñể thay ñổi các ñại lượng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

ñiều khiển, và phục hồi nhiễu loạn bất ngờ và tạo nên hiệu suất cao Phạm vi của ñề tài là mở rộng nghiên cứu và mô tả sơ bộ giao diện chính trong hệ thống ñiều khiển ñộng cơ DC

PLC ñược sử dụng trong việc phát hiện lỗi trên ñường dây truyền tải PLC như một ñơn vị kiểm tra , ñặt tại các ñường dây các thiết bị ñầu cuối Nó

có thể tự ñộng thực hiện ñộc lập việc kiểm tra hàng ngày và báo cáo lỗi Hệ thống này ñã ñược chứng minh ñộ bền của nó trong các trạm tùy thuộc báo cáo

2.3 Trình bày hệ thống DLC sử dụng PLC

Hiện nay có nhiều công ty ñã nghiên cứu chế tạo thiết bị ñầu cuối ñế áp dụng cho vấn ñề quản lý phụ tải bằng sóng Họ sử dụng PLC ñể ñiều khiển phụ tải khách hàng trực tiếp Tuy nhiên, hệ thống này rất ñơn giản do nó ñiều khiển phụ tải khách hàng hoặc là chỉ On hoặc chỉ off

Chương trình này không ñưa ra cho khách hàng sự thay ñổi ñể tham gia trong chương trình DLC Nó là hệ thống giao tiếp 1 chiều và không bao gồm phản hồi nội bộ

2.4 Ứng dụng PLC trong Hệ thống ñiện

Gần ñây, nhờ có sự phát triển mạnh của các cấu trúc ñiều khiển và các

bộ vi xử lý ñã mở rộng cánh cửa cho việc ứng dụng ñiều khiển khả trình (PLC) trong hệ thống ñiện

Nhiều ñề tài ñã giới thiệu các phương pháp thiết lập cấu trúc của hệ thống PLC ñiều khiển ñộng tốc ñộ của ñộng cơ một chiều [26] Mạch in của cấu trúc sử dụng các linh kiện bán dẫn thay thế cho các rơle (RLL), cấu trúc này lập trình dựa trên các thuật toán logic RLL ñược tích hợp bên trong bộ não của PLC Nhiều thực nghiệm khác nhau ñược phân tích nhằm mô phỏng cấu trúc hợp lý của phần mềm chuyên dụng Các thực nghiệm bao gồm: Giám sát các hoạt ñộng của hệ thống dựa trên cơ sở thay ñổi các tập lệnh, và gửi tín

hiệu phản hồi ựến ựối tượng ựược giám sát Khối giao diện dùng ựể quan sát

và chỉnh ựịnh các thông số cần thiết ựiều khiển ựộng cơ ựiện một chiều

Nhiều ựề tài ựã sử dụng cấu trúc PLC ựể phát hiện sự cố trên ựường dây tải ựiện [27] PLC là mềm ựiều khiển khả trình, phát hiện sự cố dựa trên nguyên lý ựo lường các thông số của phần tử bị sự cố Nó thực hiện ựiều chỉnh các thông số kiểm tra và giám sát một cách tự ựộng Ngoài ra hệ thống này có thể cải tiến ựể ựiều khiển và giám sát các trạm ựiện phân phối

2.5 Các ứng dụng của PLC trong hệ thống DLC

Nhiều ựề tài giới thiệu phương nghiên cứu pháp ựiều khiển phụ tải bằng sóng [28] Họ sử dụng hệ thống PLC ựể ựiều khiển trực tiếp phụ tải Tuy nhiên, hệ thống này vẫn bị hạn chế vì nó chỉ ựiều khiển ựược các phụ tải sinh hoạt mà không ựiều khiển ựược các phụ tải khác Do việc tắn hiệu ựiều khiển cho tải công nghiệp lớn sẽ gặp vấn ựề nhiễu và khó chắnh xác hơn Thiết bị ựiều khiển ựược lắp ựặt tại các hộ tiêu thụ với 3 cổng ựịa chỉ riêng rẽ

Trong sơ ựồ cấu trúc của hệ thống này không thiết kế mạch phản hồi thông tin của quá trình DLC cho khách hàng đó chắnh là nhược ựiểm của hệ thống

Chắnh vì những phân tắch so sánh trên cho thấy việc nghiên cứu ứng dụng chương trình DLC cho hệ thống ựiện là một vấn ựề ựáng ựược quan tâm

2.6 Giới thiệu chung về PLC

Một hệ thống ựiều khiển cần thỏa mãn các yêu cầu cơ bản về chức năng, ựộ tin cậy, hiệu quả kinh tế, phương thức truyền tin Với các công nghệ ựiều khiển trước ựây thì việc thỏa mãn ựồng thời các yêu cầu trên là rất khó

Vì vậy, ựể ựảm bảo ựược các ựiều kiện ựó, ngày nay các công nghệ ựiều khiển thường ứng dụng ựiều khiển khả trình (PLC- Programmable Logic Controller)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu Ờ Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

2.6.1 Khái niệm PLC

PLC thực chất là một máy tính ñiện tử ñược sử dụng trong các quá trình tự ñộng hóa trong công nghiệp ñược thiết lập các chức năng ñặc biệt, như là ñiều khiển logic, thông tin theo trình tự, bộ ñếm, bộ ñịnh thì và thuật toán ñể ñiều khiển các máy móc thông qua các bộ chuyển ñổi ñầu cuối (I/O) bằng số hoặc tương tự

Về cơ bản, PLC có thể thực hiện việc ñiều khiển, giám sát ñối tượng thông qua hệ thống các câu lệnh ñược thiết lập trước với tốc ñộ khá nhanh

Nó hoạt ñộng dựa trên nguyên lý phân tích dữ liệu nhận ñược từ ñối tượng nhờ bộ vi xử lý

Hệ thống PLC có thể thu và phát nhiều dạng tín hiệu ñiện và ñiện tử khác nhau ðặc biệt, nó có thể ñiều khiển và giám sát các máy công cụ và thiết bị ñiện Nó ñược kết nối linh hoạt với hệ thống máy tính và nhiều thiết bị ngoại vi khác Thông thường hệ thống ñiều khiển logic ñược thiết kế thay thế cho các rơ le làm việc trong môi trường công nghiệp

Phần lớn PLC kết nối với nhiều ñối tượng Nói chung, PLC là thết bị giao tiếp trực tiếp với người sử dụng và các thiết bị ngoại vi trong diện tích và không gian thích hợp Có thể coi PLC là một hệ thống thiết bị thực hiện việc ñóng cắt tự ñộng Nhiều modul ñược kết nối riêng biệt với các cổng của hệ PLC Một modul có thể ñược tích hợp nhiều linh kiện ñiện tử chuyên dụng trên một bản mạch in

2.6.2 Cấu trúc và nguyên lý làm việc của PLC

Một hệ thống PLC thông thường bao gồm 4 khối cơ bản như sau:

1 Bộ vi xử lý (CPU- Central Processing Unit): Có thể mô tả ñây là ‘bộ não hoặc trái tim’ của hệ thống, bao gồm 3 bộ phận chính:

a Khối xử lý (Processor): Khối này ñóng vai trò là khối trung tâm của máy tính, thực hiện chức năng xử lý tín hiệu nhận ñược ở dạng số

2 Phần mềm/giao diện (PM): Chương trình phần mềm ñược thiết lập, cài ñặt bởi người sử dụng thông qua bàn phím máy tính Giao diện là màn hình LCD ñể hiển thị các thông tin cần thiết

3 Khối vào ra (I/O): Khối ñầu vào cho phép người sử dụng có thể nhập các thông số chỉnh ñịnh của hệ thống vào máy tính, khối ñầu ra cho phép gửi tín hiệu ñiều khiển tới ñối tượng ðể ñiều khiển ñối tượng từ

xa, cần thiết phải sử dụng các thiết bị ñầu cuối kết nối với khối vào ra Thực tế, ñể ñiều khiển ñối tượng thì khối vào ra phải sử dụng nhiều chuẩn khác nhau

a Nguyên lý hoạt ñộng của hệ thống PLC

Nguyên lý xử lý cơ bản của CPU là ñọc thông tin một cách tuần tự Phần lớn các hệ thống PLC ñều áp dụng nguyên lý này

Bộ xử lý trung tâm sau khi nhận tín hiệu ñầu vào sẽ mã hóa thông tin, sau

ñó thông tin này ñược phát ñi nhờ khối ra của hệ thống ñược mô tả trên hình

vẽ

Kế tiếp chương trình phần mềm sẽ xử lý thông tin Mỗi một trạng thái là một tập lệnh dưới dạng cơ số 2 với hai bit 1 và 0, hai bit này ñược ñặc trưng cho 2 trạng thái có ñiện và không có ñiện

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình2.1: Cấu trúc cơ bản của PLC

*Bộ xử lý tín hiệu ðây là bộ phận xử lý tín hiệu trung tâm hay CPU của PLC Bộ xử lý tín hiệu có thể bao gồm một hay nhiều bộ vi xử lý tiêu chuẩn hoặc các bộ vi xử lý

hỗ trợ cùng với các mạch tích hợp khác ñể thực hiện các phép tính lô gíc,

ñiều khiển và ghi nhớ các chức năng của PLC Bộ xử lý thu thập các tín hiệu

vào, thực hiện các phép tính lô gíc theo chương trình, các phép tính ñại số và

ñiều khiển các ñầu ra số hay tương ứng Phần lớn các PLC sử dụng các mạch

logic chuyên dụng trên cơ sở bộ vi xử lý và các mạch tích hợp tạo nên ñơn vị

xử lý trung tâm CPU

Bộ vi xử lý sẽ lần lượt quét các trạng thái của ñầu vào và các thiết bị phụ trợ, thực hiện logic ñiều khiển ñược ñặt ra bởi chương trình ứng dụng,

thực hiện các tính toán và ñiều khiển các ñầu ra tương ứng của PLC Bộ vi xử

lý nâng cao khả năng logic và khả năng ñiều khiển của PLC Các PLC thế hệ

cuối cho phép thực hiện các phép tính số học và các phép tính logic, bộ nhớ

lớn hơn, tốc ñộ xử lý cao hơn và có trang bị giao diện với máy tính, với mạng

nội bộ vv

Bộ vi xử lý ñiều khiển chu kỳ làm việc của chương trình Chu kỳ này ñược gọi là chu kỳ quét của PLC, tức là khoảng thời gian thực hiện xong một

vòng các lệnh của chương trình ñiều khiển

Phần lớn hệ thống PLC làm việc với tín hiệu ñiện và ñiện tử Các tín hiệu này có thể là dũng hoặc ỏp xoay chiều hay một chiều có giá trị từ (0÷40)

mA, hoặc (0÷120) VAC và (0÷48) V DC Các tín hiệu này thường ñược cấp

từ các cổng vào ra

Hình2.2: Vòng quét chương trình ñiều khiển của PLC

Khi thực hiện quét các ñầu vào, PLC kiểm tra tín hiệu từ các thiết bị vào như các công tắc, cảm biến Trạng thái của các tín hiệu vào ñược lưu tạm

thời vào bảng ảnh ñầu vào hoặc vào một mảng nhớ Trong thời gian quét

chương trình, bộ xử lý quét lần lượt các lệnh của chương trình ñiều khiển, sử

dụng các trạng thái của tín hiệu vào trong mãng nhớ ñể xác ñịnh các ñầu ra sẽ

ñược nạp năng lượng hay không Kết quả là các trạng thái của ñầu ra ñược ghi

vào mảng nhớ Từ dữ liệu của mảng nhớ tín hiệu ra, PLC sẽ cấp hoặc ngắt

ñiện năng cho các mạch ra ñể ñiều khiển các thiết bị ngoại vi Chu kỳ quét

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

của PLC có thể kéo dài từ 1 ñến 25 mi li giây Thời gian quét ñầu vào và ñầu

ra thường rất ngắn so với chu kỳ quét của PLC

* Bộ nhớ

Bộ nhớ của PLC có vai trò rất quan trọng, bởi vì nó ñược sử dụng ñể chứa toàn bộ chương trình ñiều khiển, các trạng thái của các thiết bị phụ trợ Thông thường các bộ nhớ ñược bố trí trong cùng một khối với CPU Thông tin chứa trong bộ nhớ sẽ xác ñịnh việc các ñầu vào, ñầu ra ñược xử lý như thế nào Bộ nhớ bao gồm các tế bào nhớ ñược gọi là bit Mỗi bit có hai trạng thái

0 hoặc 1 ðơn vị thông dụng của bộ nhớ là K, 1K = 1024 từ (word), 1 từ (word) có thể là 8 bit Các PLC thương có bộ nhớ từ 1K ñến 64K, phụ thuộc vào mức ñộ phức tạp của chương trình ñiều khiển Trong các PLC hiện ñại có

sử dụng một số kiểu

bộ nhớ khác nhau Các kiểu bộ nhớ này có thể xếp vào hai nhóm: bộ nhớ có thể thay ñổi và bộ nhớ cố ñịnh Bộ nhớ thay ñổi là các bộ nhớ có thể mất các thông tin ghi trên ñó khi mất ñiện Nếu chương trình ñiều khiển chứa trong bộ nhớ mà bị mất ñiện ñột xuất do tuột dây, mất ñiện nguồn thì chương trình phải ñược nạp lại và lưu vào bộ nhớ Bộ nhớ cố ñịnh ngược lại với bộ nhớ thay ñổi là có khả năng lưu giữ thông tin ngay cả khi mất ñiện Các loại bộ nhớ hay sử dụng trong PLC gồm :

a ROM (Read Only Memory)

b RAM (Random Access Memory)

c PROM (Programable Read Only Memory)

d EPROM (Erasable Programable Read Only Memory)

e EAPROM (Electronically Alterable Programable Read Only Memory)

f Bộ nhớ flash Bộ nhớ ROM dùng ñể nhớ các lệnh ñiều khiển cơ bản của PLC, không thay ñổi nội dung nhớ ngay cả khi mất ñiện

Trong số này chỉ có bộ nhớ RAM là bộ nhớ thay ñổi, các bộ nhớ khác lưu thông tin trong bộ nhớ khi mất ñiện Bộ nhớ RAM thường hoạt ñộng nhanh và dễ dàng nạp chương trình ñiều khiển ứng dụng cũng như các dữ liệu Một số bộ nhớ RAM sử dụng pin ñể lưu nội dung nhớ khi mất ñiện Bộ nhớ RAM ñược sản xuất từ công nghệ CMOS nên tiêu thụ rất ít năng lượng Các PLC có thể ñược mở rộng thêm nên bộ nhớ cũng phải tăng thêm Chương trình ñiều khiển ñơn giản chỉ cần dung lượng bộ nhớ bé, ngược lại các chương trình phức tạp cần bộ nhớ dung lượng lớn Bộ nhớ ñộng ñược sử dụng rộng rãi ñó là bộ nhớ RAM (Random Acces Memory) Bộ nhớ RAM hoạt ñộng nhanh và là tạo ra và lưu các chương trình ứng dụng ðể chống lại khả năng mất dữ liệu khi mất ñiện, cácPLC thuờng sử dụng pin Bộ nhớ tĩnh ROM (Read Only Memory) là bộ nhớ không bị thay ñổi khi dữ liệu nhớ khi tắt nguồn hoặc mất ñiện Bộ nhớ ROM dùng ñể nhớ các lệnh cơ bản và các hàm toán học của PLC EEPROM (Ellectrically Erasable Programable Read Only Memory) là bộ nhớ tĩnh có khả năng xoá bằng lập trình lại EEPROM dùng

ñể ghi chương trình ứng dụng

Người sử dụng có thể truy cập vào hai vùng nhớ của PLC là vùng nhớ chương trình và vùng nhớ dữ liệu Vùng nhớ chương trình là nơi chứa chương trình ñiều khiển ứng dụng, các chương trình con và các lỗi của chương trình Vùng nhớ dữ liệu lưu trữ các dữ liệu liên quan ñến chương trình ñiều khiển như dữ liệu vào/ra; giá trị ñầu, giá trị tức thời và giá trị cuối của bộ ñếm lệnh hay bộ ñến thời gian; các hằng số và các biến của chương trình ñiều khiển Hai vùng nhớ này ñược gọi là bộ nhớ dành cho người sử dụng Bộ xử lý tín hiệu còn có bộ nhớ hệ thống dùng ñể ghi các dữ liệu trung gian trong quá trình thực hiện các phép tính, các lệnh của chương trình và phối hợp giữa chúng; quét các dữ liệu vào và gửi cá dữ liệu ra mới ñến mô ñun ra Bộ nhớ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

hệ thống do nhà sản xuất lập trình từ khi xuất xưởng nên không thể thay ñổi ñược và người sử dụng cũng không thể truy cập ñược

b PLC IDEC Microsmart - C24R2

*Ưu ñiểm có bộ nhớ chương trình lớn, ñáp ứng ở tần số cao và có khả năng

giao tiếp với nhiều modules mở rộng

* Ngôn ngữ lập trình:

* Ứng dụng:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn