4. Kết cấu của luận văn
3.1.2. Phương pháp điều chỉnh bằng chấn lưu nhiều mức công suất để có
thống đèn nhiều cấp công suất.
Hiện tại đã có hệ thống đèn hai cấp công suất điều chỉnh bằng chấn lưu hai mức công suất. Nhờ sự kết hợp giữa balast 2 mức công suất điều chỉnh độ sáng và bộ định thời được gắn vào mỗi bóng đèn mà hệ thống chiếu sáng có thể giảm công suất vào giờ thấp điểm hoặc khi có mật độ giao thông thấp.
Hệ thống sẽ để bóng đèn phát 100% công suất vào giờ cao điểm, có mật độ giao thông cao và điều chỉnh tiết giảm công suất cho bóng đèn (phát khoảng 60% công suất) vào giờ thấp điểm.
Phương pháp này đã được nhiều đô thị trong nước đưa vào sử dụng. Chẳng hạn, hệ thống đèn 2 mức công suất (400/250W, 250/150W) lắp đặt tại TP Vũng Tàu cho phép tiết kiệm 35% điện năng tiêu thụ mà vẫn đảm bảo chất lượng chiếu sáng. 3.2. NHỮNG HẠN CHẾ CỦA CÁC HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG MÀ CÁC TỦ ĐIỀU KHIỂN LÀM VIỆC ĐỘC LẬP
Do các tủ điều khiển hoạt động độc lập nên khi cần thay đổi chế độ hoạt động thì phải thực hiện trực tiếp tại các tủ điều khiển, nên tốn nhân lực.
Việc đóng cắt phụ thuộc vào thời gian đặt trước của thiết bị điều khiển không phát huy hiệu quả khi thời tiết thay đổi bất thường (mưa, trời tối sớm...) hoặc đóng sớm gây lãng phí điện năng.
Hạn chế cơ bản nhất là do hệ thống hoạt động riêng lẻ nên thông tin về các hoạt
động của hệ thống đến với bộ phận quản lý không được kịp thời, đầy đủ. Để phát
hiện sự cố các đơn vị quản lý phải thành lập các tổ, đội kiểm tra hệ thống chiếu sáng, thông báo sự cố cho người quản lý để sửa chữa, khắc phục. Dẫn đến công tác phát hiện sự cố và sửa chữa bị chậm trễ, không được chủ động và tốn kém nhân lực.
Không thể điều khiển đến từng đèn, nên không phát hiện kịp thời sự già hóa cũng như hư hỏng của bộ đèn, để sớm thay thế.
Chất lượng hoạt động của hệ thống còn nhiều hạn chế so với khả năng điều khiển tự động trong điều kiện kỹ thuật hiện nay.
Chính vì các lý do đó mà các thành phố lớn là Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh đã xây dựng các trung tâm điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng công cộng.
3.3. CÁC MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ TRUYỀN THÔNG CHO HỆ
THỐNG CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG THÔNG QUA ĐƯỜNG DÂY MẠNG ĐIỆN THOẠI VÀ MẠNG ĐIỆN CUNG CẤP TẠI HÀ NỘI
Hình 3.1: Sơ đồ điều khiển hệ thống chiếu sáng công cộng thông qua đường dây mạng điện thoại và mạng điện cung cấp
Việc lựa chọn giải pháp truyền thông có ý nghĩa quan trọng nhất trong việc xây dựng Hệ thống điều khiển và giám sát trung tâm. Hiện nay có thể áp dụng các mô hình ứng dụng các công nghệ truyền thông sau:
- Sử dụng giải pháp truyền thông qua mạng điện thoại cố định Dial-up kết hợp với truyền thông qua đường tải điện (PLC). Đây là phương án hiện hữu của Hà Nội. Trung tâm điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng TP. Hà Nội được đặt tại trụ sở Xí nghiệp Quản lý điện chiếu sáng số 66 phố Vân Hồ 3 thuộc Công ty TNHH nhà nước một thành viên Chiếu sáng & Thiết bị đô thị hiện đang quản lý 18 khu vực với qui mô 123 trạm đèn. Việc điều khiển và giám sát qua 3 cấp
3.3.1. Truyền thông giữa trung tâm điều khiển và tủđiều khiển khu vực
Truyền thông hai chiều giữa trung tâm điều khiển và tủ điều khiển khu vực sử dụng Modem và đường truyền điện thoại công cộng.
Việc cập nhật dữ liệu thực hiện theo cơ chế hỏi tuần tự. Khi máy tính trung tâm được kết nối với tủ điều khiển khu vực, dữ liệu sẽ được cập nhật theo chu kỳ 1 lần/1 giờ. Ngoài ra khi trạm điều khiển bất kỳ có sự cố, thông tin được cập nhật tự động về trung tâm.
Modem ở tủ điều khiển trung tâm và tủ điều khiển khu vực là loại có tốc độ 56k/s.
3.3.2. Truyền thông giữa tủđiều khiển khu vực và tủ chiếu sáng
Truyền thông giữa tủ điều khiển khu vực và tủ chiếu sáng trong mỗi khu vực thông qua đường cáp cấp điện chiếu sáng – gọi là truyền thông qua đường dây tải điện hạ thế (Power Line Communication (PLC)). Theo công nghệ PLC, tín hiệu truyền thông được điều chế theo tín hiệu mang 220V/50Hz để truyền đi mà không cần đường truyền riêng.
Tại mỗi tủ khu vực sẽ bao gồm ba loại thiết bị truyền thông PLC: + Tại mỗi tủ chiếu sáng sẽ đặt một thiết bị PLC-RTU (Power Line Communication – Remote Terminal Unit).
+ Tại mỗi tủ khu vực sẽ đặt một bộ quản lý mạng PLC (PLC – Master). PLC- Master có thể quản lý, điều khiển truyền thông đến 1000 PLC-RTU.
+ Để có thể đảm bảo tín hiệu có thể truyền qua máy biến áp giữa hai lưới chiếu sáng và giữa hai tủ chiếu sáng sẽ ráp thêm một bộ giao diện truyền thông pha (Couper).
3.3.3. Các cấp điều khiển của hệ thống điều khiển giám sát trung tâm
Trung tâm điều khiển sẽ đặt chế độ và thời gian đóng cắt cho từng tủ chiếu sáng (đặt đồng bộ cho cả hệ thống). Đến giờ đã định, các tủ chiếu sáng sẽ nhận lệnh đóng cắt từ tủ điều khiển khu vực (trung tâm chỉ can thiệp đóng cắt một số trạm đặc biệt). Khả năng tự điều khiển: trong trường hợp có sự cố thì tủ chiếu sáng sẽ tự động đóng cắt tuyến chiếu sáng sau một thời gian trễ (thay đổi được) so với thời điểm bật/tắt được đặt trước.
Hệ thống bao gồm ba cấp điều khiển theo thứ tự ưu tiên như sau: + Đóng cắt từ trung tâm;
+ Đóng cắt từ tủ điều khiển khu vực; + Tự đóng cắt tại tủ chiếu sáng.
3.3.3.1. Điều khiển cấp 1:
Cấp này là trung tâm điều khiển – giám sát thực hiện các công việc chính sau: + Điều khiển đóng cắt tới bất kỳ tủ chiếu sáng nào;
+ Giám sát các thông số: điện áp từng pha nguôn, dòng điện làm việc mỗi pha, trạng thái bật/tắt của các contactor tại mỗi tủ điều khiển chiếu sáng.
+ Thay đổi thời gian và chế độ đóng cắt tự động của từng tủ điều khiển chiếu sáng.
+ Lưu trữ số liệu về các thông số làm việc, tình trạng hoạt động của tất cả các tủ điều khiển chiếu sáng.
+ Phát tính hiệu cảnh báo khi có sự cố (lỗi đường truyền, thông số làm việc vượt ngưỡng cho phép…)
3.3.3.2. Điều khiển cấp 2:
Cấp này là các tủ điều khiển khu vực. Các tủ này truyền thông với trung tâm qua đường dây điện thoại công cộng, truyền thông với các tủ điều khiển chiếu sáng qua đường cáp cấp điện chiếu sáng.
Mạng nối các tủ điều khiển khu vực với trạm điều khiển trung tâm tạo thành một mạng thông tin theo cấu trúc hình sao. Đây là cấu trúc đơn giản và có độ tác động nhanh rất cao.
Các nhiệm vụ cụ thể của cấp này:
+ Bộ điều khiển tại các tủ điều khiển khu vực sẽ đảm nhiệm vai trò điều khiển đóng cắt các tủ chiếu sáng trong khu vực theo chế độ và thời gian đặt trước từ trung tâm;
+ Đọc các thông số làm việc tủa từng tủ điều khiển chiếu sáng và lưu vào bộ nhớ (khả năng lưu trữ trong vòng 1 tháng).
3.3.3.3. Điều khiển cấp 3:
Cấp này là các tủ điều khiển chiếu sáng. Mạng các tủ điều khiển chiếu sáng thường có kết cấu mạch vòng nhằm tăng độ tin cậy. Vì trong truyền thông theo công nghệ PLC các tủ điều khiển chiếu sáng phía sau sẽ không kết nối được với trung tâm điều khiển khi tủ điều khiển chiếu sáng phía trước đã cắt điện.
Giữa các tủ điều khiển chiếu sáng thường có mắc thêm Couper để chỉ liên kết về tín hiệu truyền thông chứ không kết nối về điện.
Cấp này có nhiệm vụ:
+ Nhận và thực hiện lệnh điều khiển đóng/cắt từ các tủ khu vực; + Đo các số liệu làm việc và trả số liệu cho tủ khu vực khi có yêu cầu;
+ Nếu sau thời điểm đóng cắt 15 phút mà không nhận được lệnh từ tủ điều khiển khu vực thì tủ điều khiển chiếu sáng sẽ tự phát lệnh đóng/cắt lưới đèn.
3.3.4. Ưu và nhược điểm
3.3.4.1 Ưu điểm:
* Điều chỉnh linh hoạt thời gian đóng cắt hệ thống chiếu sáng tại các khu vực từ trung tâm theo tình hình thời tiết, giảm tiêu thụ điện năng.
* Từ trung tâm cho phép đóng cắt và giám sát tới từng tủ chiếu sáng của mỗi khu vực.
* Quan sát tức thời các thông số điện áp và dòng điện. Báo hiệu sự cố khi có tình trạng chập mạch, quá tải và các hiện tượng câu móc điện (trộm điện).
* Quản lý số liệu vận hành như tình trạng đóng/cắt, mức độ tiêu thụ điện năng. * Giảm thời gian đi kiểm tra lưới đèn cho công nhân vận hành.
3.3.4.2 Nhược điểm:
* Công nghệ truyền thông trên đường dây tải điện (PLC) cho phép truyền thông giữa các trạm trong mỗi khu vực không quá 1,5 km, mà hiện nay có nhiều trạm điều khiển chiếu sáng cách xa hơn 1,5 km nên không thể ứng dụng công nghệ này.
* Dễ bị xung đột truyền dữ liệu khi có nhiều hai tủ điều khiển khu vực bị sự cố và cùng phát tín hiệu cảnh báo.
3.4. CÁC MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ TRUYỀN THÔNG CHO HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG THÔNG QUA MẠNG INTERNET VÀ MẠNG ĐIỆN CUNG CẤP TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Sử dụng giải pháp truyền thông qua mạng internet ADSL kết hợp với truyền thông qua đường tải điện PLC. Đây là mô hình của Citilum đặt tại Trung tâm điều khiển và giám sát chiếu sáng công cộng Tp Hồ Chí Minh. Ở các tuyến không có đường truyền ADSL phải sử dụng kỹ thuật thu phát tín hiệu radio. Trung tâm điều khiển và giám sát chiếu sáng TP. Hồ chí Minh sử dụng hệ thống Luxicom của Công ty Citilum (CH Pháp) cho phép kiểm soát tới 12.000 điểm sáng. Đây là trung tâm điều khiển hiện đại cho phép điều khiển và giám sát tình trạng làm việc của từng
đèn đồng thời có thể cài đặt chế độ tiết kiệm điện vào các giờ thấp điểm.
Hình 3.2: Điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng thông qua mạng Internet kết hợp với mạng điện cung cấp
Cấu trúc, cũng như hoạt động hoàn toàn tương tự như hệ thống điều khiển và giám sát chiếu sáng công cộng thông qua đường dây mạng điện thoại và mạng điện
cung cấp đã trình bày ở trên, chỉ khác về truyền thông giữa trung tâm điều khiển và tủ điều khiển khu vực.
3.4.1. Truyền thông giữa trung tâm điều khiển và tủđiều khiển khu vực
Truyền thông hai chiều giữa trung tâm điều khiển và tủ điều khiển khu vực sử dụng Modem và đường truyền Internet.
Khi máy tính trung tâm được kết nối với tủ điều khiển khu vực, dữ liệu sẽ được cập nhật liên tục.
3.4.2. Ưu và nhược điểm
3.4.2.1 Ưu điểm:
Ngoài những ưu điểm như hệ thống điều khiển và giám sát chiếu sáng công cộng thông qua đường dây mạng điện thoại và mạng điện cung cấp đã trình bày ở trên, thì còn có các ưu điểm:
+ Cập nhật dữ liệu liên tục;
+ Không bi xung đột truyền dữ liệu, vì đường truyền Internet có băng thông lớn và cơ chế truyền tin theo gói thông tin chứ không phải theo kênh dữ liệu.
3.4.2.2 Nhược điểm:
Hệ thống này có giá thành cao và là hệ thống cứng, việc phát triển, mở rộng phụ thuộc vào công nghệ của nhà cung cấp thiết bị.
3.5 TRUNG TÂM ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG THÔNG QUA MẠNG KHÔNG DÂY GSM/GPRS THÔNG QUA MẠNG KHÔNG DÂY GSM/GPRS
Hình 3.3 Sử dụng giải pháp truyền thông qua mạng không dây GSM/GPRS.
3.5.1 Tổng quan về công nghệ GSM/GPRS
GSM (Global System for Mobile comunications) là một công nghệ dùng cho mạng thông tin di động toàn cầu. Công nghệ này cho phép các điện thoại di động GSM có thể kết nối với nhau thông qua các mạng GSM khác nhau.
GPRS (General Packet Radio Sevice) là dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp được phát triển trên nền tảng công nghệ thông tin di động toàn cầu (GSM) sử dụng đa truy nhập phân chia theo thời gian (Time Division Multiple Access - TDMA). Công nghệ GPRS hay còn biết đến với mạng di động thế hệ 2,5G, áp dụng nguyên lý gói vô tuyến để truyền dố liệu của người sử dụng một cách có hiệu quả giữa các điện thoại di động với mạng truyền số liệu.
Đây là một công nghệ mới đầy triển vọng được Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu tiêu chuẩn hóa vào năm 1993, cho phép sử dụng các máy điện thoại di động thông thường để truy cập internet. Nhờ GPRS người sử dụng có thể làm việc với thư viện điện tử, với các server wed thông thường.
Ưu thế cơ bản của mạng GPRS là người dùng chỉ phải trả tiền cho lượng thông ti phát thu, chứ không phải thời gian vào mạng. Trước khi áp dụng công nghệ GPRS, người sử dụng phải trả chi phí cho toàn bộ thời gian vào mạng, mà không phụ thuộc vào họ có sử dụng kênh truyền số liệu hay không.
Công nghệ GSM/GPRS được sử dụng khá phổ biến tại các nước tiên tiến trên thế giới và đang triển khai ở Việt Nam có nhiều dịch vụ rất hữu ích cho việc phát triển các ứng dụng truyền thông trên mạng GSM.
3.5.2 Đặc điểm chung của công nghệ GSM và GPRS
3.5.2.1 Công nghệ GSM
Công nghệ GSM được thiết kế độc lập với hệ thống nên hoàn toàn không phụ thuộc vào phần cứng, mà chỉ tập trung vào chức năng và ngôn ngữ giao tiếp của hệ thống. Điều này tạo điều kiện cho nhà thiết kế phần cứng sáng tạo thêm tính năng và cho phép lắp lẫn thiết bị từ nhiều hãng khác nhau.
Tiêu chuẩn GSM được thiết kế để có thể kết hợp với mạng số đa dịch vụ (ISDN) và tương thích với môi trường di động. Nhờ vậy tương tác giữa hai tiêu chuẩn này đảm bảo.
Ở GSM việc đăng ký thuê bao được ghi ở module nhận dạng thuê bao SIM
(Subscribe Identity Module). Quá trình này được tự động thực hiện bằng một thủ tục nhận thực thông qua một trung tâm nhận thực.
Tính bảo mật cũng được tăng cường nhờ việc sử dụng mã số để ngăn chặn hoàn toàn việc nghe trộm ở vô tuyến. Ở các nước điều kiện tương đối tốt, chất lượng tiếng ở GSM ngang bằng với hệ thống tương tự. Đặc biệt, ở các điều kiện xấu do tín hiệu yếu hay do nhiễu giao thoa nặng, GSM có chất lượng vượt trội.
3.5.2.2 Công nghệ GPRS
Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp GPRS là một chuẩn của viện định chuẩn châu Âu ETSI. Đây là một kỹ thuật mới áp dụng cho mạng thông tin di động GSM. Nó cung cấp dịch vụ dữ liệu gói bên trong mạng PLMN và giao tiếp với mạng ngoài qua cổng đấu nối trực tiếp như TCP/IP, X.25…Điều này cho phép các thuê bao di động GPRS có thể dễ dàng truy nhập vào mạng internet, intranet và truyền dữ liệu với tốc
độ lên đến 171Kbps. Trong mạng GPRS, một MS chỉ được dành tài nguyên vô
tuyến khi nó có số liệu cần phát và ở thời điểm khác những người sử dụng có thể sử dụng chung một tài nguyên vô tuyến. Nhờ vậy mà hiệu quả sử dụng băng tần tăng lên đáng kể.
3.5.3 Tính năng của công nghệ GPS/GPRS
3.5.3.1 Tính năng điều khiển giám sát:
- Truyền thông đến các tủ điều khiển chiếu sáng qua mạng GSM/GPRS và truyền thông tín hiệu điều khiển & giám sát đến các bóng đèn qua mạng PLC Network (Giao thức truyền thông ICP/IP)
- Nhận dữ liệu giám sát của toàn bộ các tủ chiếu sáng: có thể lên đến hàng ngàn tủ ĐKCS trong thời gian 3-5 phút.
- Có thể gửi các lệnh: đóng cắt, cắt giảm lưới đèn, đồng bộ thời gian, đặt lịch đóng cắt trạm đèn cho toàn bộ các tủ điều khiển trong cùng một thời điểm.
- Cài đặt chế độ cảnh báo cho Trung tâm điều khiển: dòng áp các pha. - Phân cấp phân vùng cho người quản lý vận hành.
- Có thể giám sát trên web bảo mật. - Bảo mật về truyền thông.
3.5.3.2 Tính năng quản lý:
- Quản lý cập nhật báo cáo thống kê về vật tư hiện trạng, thay thế sửa chữa.... - Quản lý lưới điện trên nền bản đồ GIS.