đồ án giám sát điện năng cho một khu dân cư

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN HỌC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUẢN LÝ VÀ GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG CHO MỘT KHU DÂN CƯ Sinh viên thực hiện: Triệu Văn Trung Người hướng dẫn: ThS Phạm Thị Lý Hà Nội – 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN HỌC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUẢN LÝ VÀ GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG CHO MỘT KHU DÂN CƯ Sinh viên thực hiện: Triệu Văn Trung Lớp: Tự động hóa K56 Người hướng dẫn: ThS Phạm Thị Lý Hà Nội – 2020 LỜI CẢM ƠN Trong suốt bốn năm học mái trường Đại học Giao Thông Vận Tải chúng em nhận dạy tận tình, quan tâm, chia sẻ quý Thầy, Cô giúp chúng em bước trưởng thành Em xin phép gửi lời tri ân sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn em ThS Phạm Thị Lý Trong suốt quãng thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em nhận giúp đỡ, định hướng dạy bảo tận tâm, nhiệt huyết cô Cô không truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm kỹ mà dìu dắt bảo chúng em phấn đấu rèn luyện nên người Em xin chân thành cảm ơn Thầy/Cô Bộ môn Điều khiển học, khoa Điện – Điện tử, cán Phòng đào tạo Đại học trường Đại học Giao Thơng Vận Tải hết lòng tạo điều kiện cho chúng em môi trường học tập, rèn luyện tiếp cận kiến thức hay Những tri thức học sống mà Thầy, Cô truyền dạy hôm hành trang vững cho chúng em sau trường Đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK_K56 MỤC LỤC Đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK_K56 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT PMS: Power Monitoring System PMC-II: Power Monitoring Controller - II GSM: Global System for Mobile Communications SMS: Short Message Services APN: Access Point Name WAMAC: Wide-Area Monitoring And Control SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition WAMS: Wide-Area Monitoring Systems WAAPCA: Wide-Area Adaptive Protection, Control And Automation WASA: Wide-Area Situational Awareness ICT: Information And Communications Technology EMS: Energy Management System DMS: Distribution Management System GIS: Geographic Information System TEA: Transmission Enhancement Applications FATS: Flexible Ac Transmission Systems DGM: Distribution Grid Management OMS: Outage Management System WMS: Workforce Management System AMI: Avanced Metering Infrastructure EVCI: Electric Vehicle Charging Infrastructure CSS: Customer-Side Systems HMI: Human Machine Interface Đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK_K56 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK_K56 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK_K56 MỞ ĐẦU Phát “Điện” phát kiến vĩ đại lịch sử lồi người, điện vai trò vơ quan trọng hoạt động,mọi lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, kinh tế xã hội nước giới… Việc quản lý giám sát điện ưu tiên hàng đầu ngành sản xuất điện giới Ở nước phát triển hệ thống quản lý giám sát điện phát triển từ lâu đưa vào sử dụng thực tế việc giúp đưa kế hoạch phân phối, truyền tải tiêu thụ điện cách hợp lý tránh gây lãng phí Ở nước ta việc quản lý giám sát điện diễn cách thủ cơng, chưa có hệ thống giám sát quản lý cách khoa học chưa đưa báo cáo tình trạng chất lượng điện hay báo cáo tình hình tiêu thụ lượng Vì khơng thể đưa phân tích để điều chỉnh việc tiêu thụ điện cách tối ưu Vì thiết kế hệ thống quản lý giám sát điện yêu cầu tất yếu thực tế Chính định hướng giáo Phạm Thị Lý, em giao nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế hệ thống quản lý giám sát điện cho khu dân cư” Trong suốt khoảng thời gian thực đề tài, em nhận bảo, định hướng tận tình thầy giáo mơn Điều khiển học, đặc biệt cô giáo Phạm Thị Lý, nhờ có giúp đỡ thầy mà em hoàn thành nhiệm vụ giao Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 30 tháng 12 năm 2019 Sinh viên thực Triệu Văn Trung Đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK_K56 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG QUẢN LÝ VÀ GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG 1.1 Các phương pháp quản lý điện gi ới Trên giới nước phát triển Mỹ, nước Châu Âu, Nhật Bản,… Các hệ thống quản lý giám sát điện thông minh sử dụng rộng rãi giúp cho việc quản lý giám sát điện dễ dàng chuyên nghiệp Cụ thể phương pháp tiêu biểu áp dụng toàn giới tiêu biểu PMS, Smart Grid, … 1.1.1 Hệ thống giám sát lượng PMS Hình 1.1: Hệ thống PMS PMS hệ thống quản lý giám sát phổ biến châu Âu Hệ thống quản lý lượng PMS cung cấp cơng cụ tích hợp tất thiết bị đo lường tự động hóa PMC-II, chịu trách nhiệm cho việc quản lý giám sát lượng thiết bị lắp đặt tòa nhà Hệ thống quản lý lượng cho phép phân tích liệu để tối ưu hóa sử dụng thiết bị lắp đặt Nguồn liệu truyền dẫn thơng qua mạng lưới GSM Ethernet hệ thống thơng tin khơng bị ảnh hưởng vị trí tòa nhà Hệ thống quản lý lượng kết hợp linh hoạt máy chủ liệu, máy chủ Web, công nghệ GSM hợp tác với PMC-II độc lập từ xa Hoạt động quản lý giám sát lượng sử dụng Internet (dịch vụ 3G, GPRS nhà cung cấp dịch vụ điện thoại di động GSM ) kênh thơng tin chính, có khả Đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK_K56 cho phép phát cố trường hợp khẩn cấp thông báo tới người sử dụng qua tin nhắn SMS Để bảo vệ liệu quan trọng tốt đáp ứng yêu cầu đặc thù khách hàng, hệ thống quản lý lượng sử dụng riêng mạng lưới APN cung cấp nhà điều hành GSM Hệ thống PMS sử dụng thiết bị đo PMC-II, thiết bị làm việc kết nối với trung tâm sở liệu PMS Thiết bị PMC-II thiết kế để quản lý giám sát lượng cho phép tích hợp nhiều thiết bị tiêu thụ lượng khác hãng khác Nhờ thiết kế độc lập có khả mở rộng cần thiết nên PMC-II dễ dàng đáp ứng nhu cầu khách hàng Hệ thống quản lý lượng có chức kiểm soát quản lý mức tiêu hao thiết bị kết nối vào hệ thống, đồng thời cho phép người sử dụng điều chỉnh thiết bị kết nối để chúng làm việc hiệu Tại khu biệt thự, khu chung cư, cao ốc, văn phòng làm việc hay khu cơng nghiệp, hệ thống quản lý lượng PMS có khả tự động xác định, xếp, điều chỉnh mức sử dụng lượng cách hợp lý, hiệu quả, tiết kiệm theo nhu cầu sử dụng thực tế tòa nhà, giúp phát gián đoạn trình làm việc thiết bị tiêu thụ lượng lỗi thiết bị từ thiết bị đo lường PMC-II Bên cạnh đó, khả quản lý giảm sát lượng, khả bảo vệ, điều khiển theo dõi liệu thiết bị từ xa lợi vượt trội hệ thống 1.1.2 Hệ thống lưới điện thông minh - Smart Gird Smart Gird dự án công ty Telegestore Italia lưới điện thông minh đời sớm nhất, lớn nay.Hệ thống giải pháp nhằm tối ưu hóa chất lượng, hiệu suất truyền tải phân phối lưới điện tại, đồng thời ưu tiên hỗ trợ khai thác nguồn điện thay Smart Grid dựa ứng dụng công nghệ thông tin tiên tiến cho phép sử dụng hai đường truyền tải điều phối thông tin thời gian thực nhà máy phát điện, nguồn phân phối nhu cầu thiết bị đầu cuối Giải pháp đưa nhằm đáp ứng nhu cầu ngày thiết việc phân phối điện năng, quản lý giám sát điện tiêu thụ, mong muốn sử dụng hiệu lượng toàn cầu Các lĩnh vực mà Smart Grid cho biện pháp để tác động trước mắt bao gồm: • Nâng cao hiệu suất hoạt động nhà máy điện • Tối ưu hóa nhằm giảm tổn thất kỹ thuật vận hành hệ th ống điện 10 Đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK_K56 3.4 Kết luận chương Nội dung chương thiết kế hai phương án giám sát cho hệ thống quản lý giám sát điện giám sát trực tiếp giám sát từ xa Hoàn thiện thiết kế giao diện kết nối truyền thông HMI X2 Base7 với đồng hồ đo điện đa Selec MFM384-RC, gửi cảnh báo cho khách hàng qua Email, truy cập vào liệu hình HMI từ xa xây dựng giao diện Website ngôn ngữ HTML 71 Đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK_K56 CHƯƠNG 4: HOÀN THIỆN THIẾT KẾ MƠ HÌNH 4.1 Thuật tốn hệ thống 4.1.1 Thuật tốn tính tiền Số tiền điện khách hàng tính theo khung bậc thang EVN cung cấp với mức ghi bảng 1.1 (trang 11) Cơng thức tính số tiền điện: Trong đó: a số Kwh điện tiêu thụ a ≤ 50 : b = a*1568 b số tiền điện a ≤ 100 : b =(a-50)*1624+50*1568 a ≤ 200 : b =(a-100)*1839+50*1624+50*1568 a ≤ 300 : b =(a-200)*2327+100*1839+50*1624+50*1568 a ≤ 400 : b =(a-300)*2625+100*2327+100*1839+50*1624+50*1568 a > 400 : b =(a-400)*2713 +100*2625+100*2327+100*1839+50*1624+50*1568 Hình 4.1: Sơ đồ thuật tốn tính tiền điện 72 Đồ án tốt nghiệp 4.1.2 Thuật toán cảnh báo Lớp: TĐH & ĐK_K56  Thuật toán cảnh báo điện áp Trong trình hệ thống hoạt động liệu điện áp nguồn điện liên tục ghi nhận điện áp vượt 250V xuống 220V hệ thống cảnh báo đến người dùng Hình 4.2: Thuật tốn cảnh báo điện áp  Thuật tốn cảnh báo dòng điện Trong q trình hoạt động hệ thống điện khơng thể tránh khỏi cố tải, chập cháy Khi cường độ dòng điện tăng nhanh cách đột ngột hệ thống cảnh báo đến người dùng 73 Đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK_K56 Hình 4.3: Thuật tốn cảnh báo dòng điện  Thuật tốn cảnh báo độ biến dạng sóng hài Sóng hài dạng nhiễu khơng mong muốn ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng điện cần ý tới điện áp dòng điện hài cao mức độ cho phép Theo quy định cung cấp điện nước ta T độ biến dạng sóng hài điện áp điểm đấu nối trung hạ áp không đ ược v ượt gi ới hạn sau: • Tổng biến dạng sóng hài: ≤ 6,5% • Biến dạng riêng lẻ: ≤ 3,0% 74 Đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK_K56 Hình 4.4: Thuật tốn cảnh báo độ biến dạng sóng hài 4.2 Yêu cầu công nghệ Sau thiết kế mơ hình phải đảm bảo u cầu cơng nghệ sau: • Giám sát thơng số nguồn điện U, I, cos φ, Hz lượng điện tiêu thụ hộ gia đình thơng qua HMI Webserver • Gửi Email cảnh báo cố điện hóa đơn tiền điện đến khách hàng • Xuất báo cáo dạng File Excel PDF lưu trữ máy tính lưu trữ Google Driver • Mơ hình hoạt động ổn định, hệ thống đảm bảo tính thời gian thực 4.3 Nguyên lý hoạt động mô hình Mơ hình thiết kế để quản lý giám sát thông số nguồn điện qua HMI giám sát từ xa qua Webserver Do số vấn đề mặt thiết bị q trình làm mơ hình nên tác giả thay đồng hồ đo điện đa Selec MFM384-RC thi ết k ế đồng hồ đo điện đa KDE80L-C có ch ức đ ặc điểm kĩ thuật 75 Đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK_K56 Đồng hồ KDE80L-C dùng để đo thông số nguồn điện nh U, Hz, kWh, cosφ, sóng hài, … Để đo cường độ dòng điện cần kết nối đ ồng hồ với biến dòng Hình 4.5: Đồng hồ KDE80L-C Hình 4.6: Biến dòng cơng nghiệp Các thiết bị Modem Wifi hay Switch giúp kết nối máy tính với hình HMI giúp hệ thống giám sát từ xa qua mạng LAN mạng internet 76 Đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK_K56 Hình 4.7: Bộ Modem Wifi Màn hình HMI X2 Base7 dùng để giám sát thơng s ố dòng ện Hệ thống cho phép giám sát trực tiếp hay gián tiếp thơng qua HMI • Các thơng số hệ thống hiển thị lên mặt HMI qua m ột giao diện thiết kế qua biểu đồ Hình 4.8: Giao diện giám sát thông số nguồn điện HMI 77 Đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK_K56 Hình 4.9: Giao diện giám sát thông số nguồn điện HMI qua biểu đồ • Ngồi thơng qua Webserver hình HMI X2 Base7 có th ể giám sát thông số qua mạng LAN mạng Internet Hình 4.10: Giao diện giám sát qua Webserver hình 78 Đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK_K56 Hình 4.11: Email hóa đơn tiền điện Email cảnh báo 79 Đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK_K56 Hình 4.12: Tổng quan mơ hình quản lý giám sát điện cho khu dân cư 4.4 Kết luận chương Nội dung chương nêu lên u cầu cơng nghệ tốn, thuật tốn chương trình, nêu lên ngun lý hoạt động hệ th ống hồn thiện mơ hình quản lý giám sát điện KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu đề tài “Thiết kế hệ thống quản lý giám sát điện cho khu dân cư”, em hoàn thành đạt số kết chính, là: - Nắm quy trình cơng nghệ hệ thống quản lý giám sát điện - Tìm hiểu nguyên lý hoạt động cách lựa chọn thiết bị điện phù hợp với yều cầu tốn cơng nghệ - Thiết kế giám sát tồn hệ thống phần mềm Ix Deverloper - Đồ án xây dựng giao diện quản lý giám sát thông số nguồn điện thông qua HMI Webserver KIẾN NGHỊ - Do thời gian gấp rút lực hạn chế, đồ án chưa bao quát hết tình huống, vấn đề xảy hệ thống hoạt động thực tiễn - Hệ thống cần xây dựng trang Web sở liệu riêng giúp việc truy cập giám sát thuận tiện - Dựa tảng đề tài, em tiếp tục nghiên cứu, phát tri ển ứng dụng vào dự án quản lý giám sát điện mà công ty TNHH DACO triển khai 80 Đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK_K56 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt [1].Thông tư 39 Bộ công thương ban hành ngày 18/11/2015 quy định hệ thống điện phân phối [2].Quyết định 4495/QĐ-BTC Bộ Công Thương quy định giá bán điện từ ngày 1/12/2017 [3].Xưởng thực hành (2016), Giáo trình kiểm định hiệu chỉnh công t ơ, Trường Đại Học Điện Lực Tiếng anh [1] Marshuang, IX training, Beijer Electronic [2] Beijer Electronics.com 81 Đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK_K56 82 Đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK_K56 PHỤ LỤC • Code chương trình tạo giao diện web