Ứng dụng iot trong giám sát đường dây truyền tải điện

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN NGỌC HUY THỊNH ỨNG DỤNG IOT TRONG GIÁM SÁT ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã số: 60520202 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2019 i Cơng trình hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG – HCM Cán hướng dẫn khoa học: TS Huỳnh Quang Minh (ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 1: TS Nguyễn Ngọc Phúc Diễm (ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét PGS.TS Huỳnh Châu Duy: (ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, DDHQG Tp.HCM Ngày……… tháng…… năm……… Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA…………… ii ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRẦN NGỌC HUY THỊNH Ngày, tháng, năm sinh: 17/07/1987 Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: 1670352 Nơi sinh: Khánh Hòa Mã số: 60520202 TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG IoT TRONG GIÁM SÁT ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Xây dựng mơ hình lai giai đoạn gồm có giao tiếp khơng dây, giao tiếp có dây kết hợp với cơng nghệ di động để giám sát liệu đường dây theo thời gian thực Xây dựng phương trình tốn học để xác định tính khả thi mơ hình, xây dựng thuật tốn để xác định vị trí số lượng tối ưu trụ điện cho phép đặt thiết bị di động để tối thiểu hóa thời gian trễ liệu Xây dựng giao diện HMI thu thập liệu thực địa đường dây, thiết lập chương trình thu thập liệu hiển thị máy tính thiết bị di động để giám sát đường dây qua Internet, kịp thời cảnh báo vấn đề có nguy gây an tồn cho đường dây, làm giảm khối lượng công việc người công nhân quản lý vận hàn đường dây, NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 13/08/2018 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/12/2018 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS HUỲNH QUANG MINH Tp HCM, ngày……tháng…….năm 2019 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ (Họ tên chữ ký) iii LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu tìm hiểu, đề tài “ứng dụng IoT giám sát đường dây truyền tải điện” đến thực hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn dẫn nhiệt tình, đầy tâm huyết Thầy TS Huỳnh Quang Minh định hướng, truyền đạt kinh nghiệm, kiến thức, kinh nghiệm quý báu suốt trình thực luận văn Em xin chân thành cảm ơn tất quý Thầy, Cô Trường Đại học Bách Khoa Tp HCM giảng dạy, truyền đạt kiến thức bổ ích thời gian em theo học Trường Cuối em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp giúp đỡ, hỗ trợ tạo điều kiện suốt trình học tập, công tác thời gian thực luận văn Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2018 Trần Ngọc Huy Thịnh iv TÓM TẮT LUẬN VĂN Hiện Việt Nam, việc kiểm tra đường dây truyền tải điện cấp điện áp 220kV – 500kV chủ yếu thực nhân lực cách thủ công Tuy nhiên, cường độ lao động cao, người cơng nhân kiểm tra đường dây cịn gặp nhiều khó khăn phải di chuyển hàng chục, hàng trăm kilomet qua nhiều khu vực có địa hình phức tạp đến điểm cố để khai thác liệu liên quan ngăn chặn nguy gây an tồn đường dây.Vì việc xây dựng hệ thống giám sát trực tuyến đường dây truyền tải điện cơng cụ hữu ích cho việc nâng cao khả quản lý vận hành đường dây Trong đề tài ứng dụng sở tảng truyền liệu khơng dây phần mềm lập trình LABVIEW để xây dựng hệ thống thu thập liệu trực tuyến đường dây, thiết lập chương trình, ứng dụng thiết bị di động để giám sát đường dây qua Internet, làm giảm khối lượng công việc người công nhân đường dây ABSTRACT Nowaday in Vietnam, the checking of transmission lines at 220kV - 500kV voltage is mainly done by manual labor However, the labor intensity is quite high, the workers check the line also have many difficulties such as moving dozens, hundreds of kilometers through many areas of complex terrain to the point of trouble to exploit the data These restrictions may prevent the occurrence of malfunctions and delayed processing, resulting in more widespread problems Therefore, the construction of an online transmission line monitoring system will be a useful tool for improving the management of line operation, reducing work pressure for workers In this topic, the application of the wireless data transmission platform and LABVIEW programming software to build a system for online data collection of lines, program settings, applications on mobile devices Dynamic monitoring of lines over the Internet reduces the workload of wire workers v LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn hồn tồn tơi thực hướng dẫn khoa học Thầy TS Huỳnh Quang Minh Các kết nêu luận văn chưa cơng bố cơng trình khác Các số liệu, ví dụ trích dẫn luận văn đảm bảo tính xác, tin cậy trung thực Tôi xin chân thành cảm ơn./ Học viên Trần Ngọc Huy Thịnh MỤC LỤC MỤC LỤC MỤC LỤC BẢNG .3 MỤC LỤC HÌNH ẢNH PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Mục đích nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: .8 Phạm vi nghiên cứu: .8 Phương pháp nghiên cứu PHẦN NỘI DUNG 10 CHƯƠNG TỔNG QUAN TRONG QUẢN LÝ VẬN HÀNH ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN TẠI VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 10 1.1 Hiện trạng tình hình quản lý vận hành đường dây truyền tải điện 220kV – 500kV Việt Nam .10 1.2 Những nhiệm vụ, công tác quản lý vận hành đường dây người công nhân quản lý vận hành đường dây Việt Nam: 10 1.3 Một số cơng trình nghiên cứu quản lý vận hành đường dây truyền tải điện giới: .15 1.4 Tình hình nghiên cứu ứng dụng khoa học công nghệ quản lý vận hành đường dây truyền tải điện Việt Nam: 18 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT TRỰC TUYẾN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN 21 2.1 Tóm tắt 21 2.2 Mơ hình hệ thống mạng tuyến tính: .24 2.3 Cấu trúc mạng liên kết trực tiếp: 30 2.4 Mô tả mô hình hệ thống cấu trúc lai 03 giai đoạn: 31 2.5 Xây dựng vấn đề: 35 2.6 Vùng khả thi 48 2.7 Mô thảo luận: 56 2.8 Phần kết luận 65 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ GIAO DIỆN HỆ THỐNG THU THẬP, XỬ LÝ DỮ LIỆU ĐƯỜNG DÂY: 67 3.1 Lựa chọn phần mềm: 67 3.2 Lựa chọn phần cứng: 71 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG GIAO DIỆN GIÁM SÁT, THU THẬP DỮ LIỆU 87 4.1 Mơ hình kết nối phần cứng thử nghiệm: 87 4.2 Chương trình lập trình sử dụng LABVIEW 88 4.3 Giao diện giám sát cho Server Client: .91 PHẦN KẾT LUẬN 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 MỤC LỤC BẢNG Bảng 2.1 Đặc điểm công nghệ không dây có sẵn thị trường .24 Bảng 2.2: Tóm tắt tầm hoạt động số loại cảm biến có sẵn 27 Bảng 2.3: Tóm tắt đặc tính giám sát quan trọng 28 Bảng 2.4: Các thơng số độ trễ tính tốn .29 MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Cơng nhân đường dây Công ty Truyền tải điện kiểm tra đường dây 220kV Bảo Lộc – Long Bình 11 Hình 1.2: Cơng nhân đường dây kiểm tra dây dẫn đường dây 220kV Phú Mỹ - Nhà Bè 12 Hình 1.3: Cơng nhân kiểm tra đường dây 220kV Đắk Nơng – Bình Long .12 Hình 1.4: Điều kiện làm việc thường gặp trình kiểm tra đường dây không tỉnh Miền Tây Nam Bộ 13 Hình 1.5: LineScout Hydro-Québec lăn đường dây cao áp 16 Hình 1.6: Lắp đặt robot đường dây trước tiến hành điều khiển di chuyển 17 Hình 1.7: Robot Expliner di chuyển đường dây .18 Hình 1.8: Thử nghiệm ứng dụng Flycam bay kiểm tra đường dây Công ty Truyền tải điện 20 Hình 1.9: Thử nghiệm ứng dụng Flycam bay kiểm tra đường dây .20 Hình 2.1: Mô tả chức hệ thống 22 Hình 2.2: Lưu đồ làm việc hệ thống .22 Hình 2.3: Chức cơng nghệ giao tiếp ZigBee cấu trúc mạng 25 Hình 2.4: Sơ đồ bố trí cảm biến chuyển tiếp liệu trụ 26 Hình 2.6: Cấu trúc mạng tuyến tính 27 Hình 2.7: Cấu trúc mạng liên kết trực tiếp 30 Hình 2.8: Mơ hình hệ thống kết hợp giao tiếp trực tiếp công nghệ di động 32 Hình 2.9: Giản đồ cấu trúc truyền liệu đường dây truyền tải điện 33 Hình 2.10: Mơ hình hệ thống sửa đổi 34 Hình 2.11: Sự ảnh hưởng cảm biến khác 35 Hình 2.12: Mạng với nhiều nhóm giao tiếp khơng dây 37 Hình 2.13: Vùng khả thi thời gian trễ tối đa cho 100 trụ 49 Hình 2.14: Vùng khả thi thời gian trễ tối đa cho 1000 tháp trụ 50 Hình 2.15: Vùng khả thi tổng lượng tiêu thụ cho 100 trụ .51 Hình 2.16: Vùng khả thi tổng lượng tiêu thụ cho 1000 trụ 52 Hình 2.17: Vùng khả thi tổng lượng truyền tải cho 10 trụ 53 - Dòng tiêu thụ: