6. Tởng quan tình hình nghiín cứu của đề tăi
4.3. Kịch bản 2: Chế độ quản lý nhu cầu phụ tải (DSM)
Dựa theo thuật tôn DSM đê trình băy trong chương 3, ở mục năy, mạch tải 4 bĩng đỉn sợi đốt được giả định lă tải quan trọng cịn mạch tải mây sấy tĩc được giả định lă tải khơng quan trọng. Khi CSTD của mạch 1 (tải tởng) mă vượt quâ giâ trị Pmax thì cắt mạch tải mây sấy tĩc vă khi CSTD của mạch 1 mă nhỏ hơn giâ trị Pmin thì đĩng mạch tải mây sấy tĩc. Do đĩ, đối với kịch bản năy, tâc giả tiến hănh thu thập câc kết quả thực nghiệm từ những nội dung như sau:
- Căi đặt giâ trị CSTD nhỏ nhất (Pmin) vă CSTD lớn nhất (Pmax). - Kích hoạt chức năng DSM.
- Thay đởi tải để kiểm nghiệm chức năng DSM.
- Giâm sât sự thay đởi của đồ thị điện âp, dịng điện, cơng suất.
Sau khi hệ thống đê lăm việc bình thường ta thực hiện câc bước sau để kích hoạt chức năng DSM của hệ thống:
Bước 1: Căi đặt giâ trị CSTD nhỏ nhất Pmin = 150 W.
Bước 2: Căi đặt giâ trị CSTD lớn nhất Pmax = 850 W.
Bước 3: Bật chức năng DSM.
Bước 4: Bật tải mây sấy tĩc.
Bước 5: Bật lần lượt cơng tắc của 4 bĩng đỉn sợi đốt vă quan sât CSTD
của mạch tởng thay đởi. Khi P1 > Pmax = 850W thì hệ thống sẽ tự động đưa tín hiệu đi cắt mạch mây sấy tĩc.
Bước 6: Tắt lần lượt từng bĩng đỉn sợi đốt vă quan sât CSTD của mạch
tởng thay đởi. Khi P1 < Pmin = 150W thì hệ thống sẽ tự động đưa tín hiệu đi đĩng mạch mây sấy tĩc.
Thực hiện theo câc bước như trín, kết quả thực nghiệm của chức năng DSM của hệ thống thu được trín giao diện giâm sât đồ thị theo thời gian thực như Hình 4.18. Trong đĩ, đường mău xanh lă CSTD P1, đường mău văng lă
CSTD P2 vă đường mău đỏ lă CSTD P3. Khi chức năng DSM đê được kích hoạt, thời điểm khoanh trịn thứ nhất trong Hình 4.18 lă giai đoạn mă hệ thống tự động đĩng mạch mây sấy tĩc bởi vì P1 < Pmin = 150W. Cịn thời điểm khoanh trịn thứ hai lă giai đoạn mă hệ thống tự động cắt mạch mây sấy tĩc bởi vì P1 > Pmax = 850W.
P1 < Pmin = 150 W
(Đĩng mạch mây sấy tĩc)
P1 > Pmax = 850 W
(Cắt mạch mây sấy tĩc)
Hình 4.18. Kết quả thực nghiệm chức năng DSM.
4.4.Kịch bản 3: Chế độ bảo vị́ quâ/thấp âp
Đối với kịch bản năy, tâc giả giả định điện âp nguồn thay đởi vă tiến hănh thu thập câc kết quả thực nghiệm theo câc bước như sau:
Bước 1: Căi đặt giâ trị điện âp nhỏ nhất Umin = 198V.
Bước 2: Căi đặt giâ trị điện âp nhỏ nhất Umax = 242V.
Bước 3: Kích hoạt chức năng bảo vệ quâ/thấp âp.
Bước 4: Tăng điện âp nguồn lín 250V vă quan sât điện âp trín giao diện chương trình, khi đĩ hệ thống sẽ tự động đưa tín hiệu đi cắt mạch tởng đồng thời hiển thị đỉn hiệu overvoltage vă gửi tin nhắn cảnh bâo overvoltage đến số điện thoại của người dùng.
Bước 5: Giảm âp xuống 230V vă quan sât điện âp trín giao diện chương trình, khi đĩ hệ thống sẽ tự động đưa tín hiệu đi đĩng lại mạch tởng đồng thời tắt đỉn hiệu overvoltage. Lúc năy, hệ thống trở lại lăm việc bình thường.
Bước 6: Tiếp tục giảm xuống 190V vă quan sât điện âp trín giao diện chương trình, khi đĩ hệ thống sẽ tự động đưa tín hiệu đi cắt mạch tởng đồng thời hiển thị đỉn hiệu undervoltage vă gửi tin nhắn cảnh bâo undervoltage đến số điện thoại của người dùng.
Bước 7: Tăng âp trở lại 230V vă quan sât điện âp trín giao diện chương trình, khi đĩ hệ thống sẽ tự động đưa tín hiệu đi đĩng lại mạch tởng đồng thời tắt đỉn hiệu undervoltage. Lúc năy, hệ thống trở lại lăm việc bình thường.
4.5.Kết luđ̣n chương 4
- Qua quâ trình thực nghiệm vă những kết quả đê đạt được như đê trình băy ở trín cho thấy rằng hệ thống quản lý vă giâm sât điện năng thơng minh đê thiết kế đạt được câc yíu cầu đặt ra. Đảm bảo độ chính xâc trong đo lường, giâm sât vă điều khiển của hệ thống.
- Chương trình phần mềm trín smartphone thơng qua mạng internet wifi hoặc 3G hoặc 4G cĩ thể điều khiển, giâm sât vă quản lý được hệ thống. Tất cả câc thơng số đo lường được cập nhật liín tục theo thời gian thực, đồ thị theo thời gian cũng được âp dụng để theo dõi quâ trình lăm việc của hệ thống.
- Việc căi đặt câc thơng số đối với chế độ quản lý nhu cầu phụ tải (DSM) vă chế độ bảo vệ quâ/thấp âp đều cĩ thể thiết lập từ phần mềm trín thiết bị smartphone/PC. Trong trường hợp nếu cĩ sự cố xảy ra ở phía nguồn thì hệ thống sẽ gửi tin nhắn qua điện thoại đến người vận hănh biết.
- Chế độ bâo câo điện năng tiíu thụ định kỳ theo 1 trong 4 phương thức: bâo câo một lần, bâo câo hăng ngăy, bâo câo hăng tuần hoặc bâo câo hăng thâng câc thơng số đo lường vă điện năng tiíu thụ của phụ tải đến email của khâch hăng cũng được kiểm chứng trong chương năy.
KẾT LUẬN VĂ KIẾN NGHỊ 1. Kết luđ̣n
Đề tăi “Nghiín cứu thiết kế hệ thống quản lý vă giâm sât điện năng
thơng minh” được tâc giả nghiín cứu từ lý thuyết đến thực tiễn. Với sự ứng
dụng rộng rêi của bo mạch Arduino, đề tăi đê âp dụng nĩ nhằm thiết kế câc yíu cầu đê đặt ra của đề tăi. Câc linh kiện điện tử chẳng hạn như câc cảm biến điện âp, cảm biến dịng điện, măn hình LCD, relay,… được tâc giả lựa chọn trong việc thiết kế phần cứng của hệ thống. Câc thiết kế nhỏ gọn, giâ thănh thấp nhưng vẫn đâp ứng được đầy đủ câc chức năng của việc quản lý vă giâm sât điện năng như trong thực tế. Những kết quả đạt được của đề tăi cĩ thể được trình băy tĩm tắt như sau:
- Hệ thống quản lý vă giâm sât điện năng thơng minh đê thiết kế trong luận văn cĩ thể thực hiện câc chức năng như điều khiển vă giâm sât trong thời gian thực câc thơng số: điện âp, dịng điện, hệ số cơng suất tâc dụng, cơng suất phản khâng, cơng suất biểu kiến, điện năng tiíu thụ,… bằng câch hiển thị thơng số lín LCD vă cĩ thể giâm sât thơng số thơng qua mây tính PC hoặc smartphone cĩ kết nối với hệ thống thơng qua phương thức truyền thơng mạng internet wifi. Do đĩ, khâch hăng cĩ thể truy cập ở bất kỳ nơi năo, bất kỳ thời điểm năo miễn lă cĩ thể truy cập được internet, 3G, 4G thì người vận hănh cĩ thể quản lý, điều khiển vă giâm sât hệ thống của mình.
- Câc chức năng khâc của hệ thống về quản lý nhu cầu phụ tải (DSM) cũng được nghiín cứu nhằm đâp ứng được yíu cầu đặt ra của băi tôn DSM với mục đích san phẳng đồ thị phụ tải gĩp phần mang lại nhiều hiệu quả vận hănh cho lưới điện. Mă trong đĩ, kỹ thuật giảm đỉnh vă nđng đây được nghiín cứu thiết kế cho hệ thống.
- Ngoăi ra, chức năng bảo vệ quâ/thấp âp cũng được nghiín cứu tích hợp văo trong hệ thống để bảo vệ cho câc phụ tải khơng bị hư hỏng khi cĩ quâ/thấp âp xảy ra ở phía nguồn. Đồng thời, hệ thống sẽ đưa ra tín hiệu cảnh bâo sự cố năy bằng câch hiển thị lín măn hình giâm sât vă gửi tin nhắn qua điện thoại của người vận hănh hệ thống.
- Cuối cùng, câc tính năng thơng minh khâc như theo dõi lượng điện năng tiíu thụ của phụ tải, xuất bâo câo câc thơng số đo được hăng ngăy, hăng tuần, hăng thâng đến khâch hăng sử dụng điện. Câc kết quả trín măn hình giâm sât được hiển thị dưới dạng số, đồ thị, dạng gauge để giúp khâch hăng dễ dăng theo dõi tình trạng lăm việc của hệ thống được cập nhật liín tục theo thời gian thực.
2. Kiến nghị
Từ câc kết quả nghiín cứu lý thuyết vă thực nghiệm như trín, tâc giả kiến nghị đề tăi nín được hỗ trợ phât triển thănh sản phẩm ứng dụng rộng rêi trong thực tế tại câc vị trí như:
+ Câc hộ gia đình;
+ Câc nhă mây sản xuất, xí nghiệp; + Câc nhă hăng, khâch sạn, resort; + Câc khu du lịch, văn phịng cho thuí,...
Bằng câch tiếp cận với câc phần mơđun mở rộng của bo mạch Arduino, đề tăi năy hoăn toăn cĩ thể nghiín cứu câc hướng nghiín cứu tiếp theo:
+ Phđn tích sĩng hăi bằng câc phương phâp hiện đại; + Ghi lại nhật ký sự kiện về CLĐN;
+ Lưu trữ tại chỗ văo thẻ nhớ SD card;
+ Thiết kế website trích xuất vă lưu dữ liệu lớn; + Phđn quyền truy cập văo hệ thống;
DANH MỤC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ
1. Nguyễn Thanh Bình, Võ Xuđn Trí, Lí Văn Thơ, Ngơ Minh Khoa,
Nghiín cứu thiết kế hệ thống thực nghiệm quản lý, điều khiển vă giâm sât điện năng thơng minh, Tạp chí Khoa học Trường Đại học Quy Nhơn,
TĂI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Viị́t:
[1] Trần Đình Long, Nguyễn Sỹ Chương,… Sâch tra cứu về chất lượng
điện năng, NXB Bâch khoa – Hă Nội, 2013.
[2] Ngơ Minh Khoa, Nghiín cứu nhiễu loạn điện âp trong lưới điện phđn phối, Luận ân tiến sĩ, Đại học Đă Nẵng, 2017.
[3] Nguyễn Trung Kiín, Xđy dựng hệ thống điều khiển giâm sât, Luận văn
thạc sĩ, Trường ĐHBK Hă Nội, 2013.
[4] Dương Thâi Bình vă Võ Minh Trí, Hệ thống Scada cho mạng điện cơ quan, doanh nghiệp, Tạp chı́ Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, Tập 49, Phần A (2017): 21-26.
[5] Thiều Minh Đức, Nguyễn Hoăng Nam, Bùi Đăng Thảnh, Nguyễn Huy Phương, Trịnh Cơng Đồng, Ứng dụng kiến trúc mở Arduino trong thiết kế thiết bị giâm sât điện năng khơng dđy, Hội nghị toăn quốc lần thứ 3 về Điều khiển vă Tự động hô - VCCA-2015.
[6] Quyết định số: 11/2017/QĐ-TTg về cơ chế khuyến khích phât triển câc dự ân điện mặt trời tại Việt Nam, Hă Nội, ngăy 11 thâng 4 năm 2017. [7] Tập đoăn Điện lực Việt Nam, Quy định yíu cầu kỹ thuật của cơng tơ
điện tử sử dụng trong Tập đoăn Điện lực Việt Nam, 10/2014.
Tiếng Anh
[8] Massimo Banzi and Michael Shiloh, Getting Started with Arduino, Maker Media, Inc., 2015.
[9] Mohannad Jabbar Mnati, Alex Van den Bossche and Raad Farhood Chisab, Smart Voltage and Current Monitoring System for Three Phase Inverters Using an Android Smartphone Application, Sensors, 2017, 17, 872.
[10] Wook-Sung Yoo and Sameer Ahamed Shaik, Development of Home
Management System Using Arduino and AppInventor, 2016 IEEE 40th
Annual Computer Software and Applications Conference, 10-14 June 2016, Atlanta, GA, USA.
[11] Himshekhar Das; L.C. Saikia, Ethernet based smart energy meter for
power quality monitoring and enhancement, 2017 Recent
Developments in Control, Automation & Power Engineering (RDCAPE), 26-27 Oct. 2017, Noida, India.
[12] Srividyadevi P., Pusphalatha D.V. and Sharma P.M., Measurement of Power and Energy Using Arduino, Research Journal of Engineering Sciences, Vol. 2(10), 10-15, October 2013.
[13] K. N. Ramli, A. Joret and N. H. Saad, Development of Home Energy
Management System Using Arduino, 2014.
[14] Ira J. Pitel, Measuring Peak-to-Peak Output Voltage: Magna-Power
Electronics shares its method, IEEE Power Electronics Magazine, Vol.
1, Iss. 2, 2014.
[15] P.P. Machado Jr , T.P. Abud, M.Z. Fortes, B.S.M.C. Borba, Power
factor metering system using Arduino, 2017 IEEE Workshop on Power
Electronics and Power Quality Applications (PEPQA), 31 May-2 June 2017, Bogota, Colombia.
PHỤ LỤC
Phụ lục 1: Bản vẽ sơ đồ lắp râp của phần cứng.
SCL SDA RST GND IO18 IO19 IO1 IO23 IO05 IO13 IO12 IO14 IO27 IO16 IO17 IO25 IO26 TX0 RX0 IO02 IO04 IO34 IO35 IO36 IO39 IO0 5V RST 3V3 5V GND GND VIN Z M P T1 0 1 B (1 ) GND O UT VCC A CS 7 1 2 (1 ) GND O UT VCC GND IN VCC A CS 7 1 2 (3 ) GND O UT VCC GND IN VCC A CS 7 1 2 (2 ) GND O UT VCC RELAY (2 ) GND IN VCC 220 VAC LOAD 1 LOAD 2 + 5V D C GND COM NO NC RELAY (3 ) COM NO NC RELAY (1 ) COM NO NC LCD 4 x 20 A RD UI NO W EM OS BAY No. NEXT SHEET SHEET No. DRAWN. BY CHECKED BY APPROVED BY JOB NUMBER: REV. DATE DRAWING NO.: REV.: PURCHASER END USER TITLE:
FACULTY OF ENGINEERING AND TECHNOLOGY QUY NHON UNIVERSITY
QUY NHON UNIVERSITY FACULTY OF ENGINEERING AND TECHNOLOGY FACULTY OF ENGINEERING AND TECHNOLOGY D
C B
6/04/2019
TS. NGO MINH KHOA NGUYEN THANH BINH
SINGLE-PHASE DIAGRAM
1 2 3 4 5 6 7 8
1 2 3 4 5 6 7 8
TS. NGO MINH KHOA 6/04/2019
6/04/2019
Phụ lục 2: Đoạn code của chương trình Arduino IDE.
#include <BlynkSimpleEsp32.h> #include <WiFi.h>
#include <WiFiClient.h> #define BLYNK_PRINT Serial
//---Declare Sensors--- char auth[] = "XXXXXXX"; char ssid[] = "XXXXXXX"; char pass[] = "XXXXXXX"; //---Declare LCD--- #include<Wire.h> #include<LiquidCrystal_I2C.h> LiquidCrystal_I2C lcd(0x3F,20,4);
const int sensor_voltage = 39; // Chđn cảm biến điện âp const int sensor_current_1 = 36; // Chđn cảm biến dịng mạch 1 const int sensor_current_2 = 35; // Chđn cảm biến dịng mạch 2 const int sensor_current_3 = 34; // Chđn cảm biến dịng mạch 3 int DSM = 0; // Gân biến điều khiển DSM
int Pmin = 0; // Gân cơng suất cực tiểu int Pmax = 2000; // Gân cơng suất cực đại int Protect = 0; // Gân biến bảo vệ điện âp int Umin = 0; // Gân điện âp cực tiểu int Umax = 250; // Gân điện âp cực đại byte relay1 = 16; // Chđn đĩng cắt rơle 1 byte relay2 = 17; // Chđn đĩng cắt rơle 2 byte relay3 = 25; // Chđn đĩng cắt rơle 3 float voltage = 0; // Biến điện âp
float current1 = 0; // Biến dịng điện nhânh 1 (nhânh tởng) float current2 = 0; // Biến dịng điện nhânh 2 (nhânh quan trọng) float current3 = 0; // Biến dịng điện nhânh 3 (nhânh khơng quan trọng) float apparent1 = 0; // Biến cơng suất biểu kiến nhânh 1 (nhânh tởng) float apparent2 = 0; // Biến cơng suất biểu kiến nhânh 2 (nhânh quan trọng) float apparent3 = 0; // Biến cơng suất biểu kiến nhânh 3 (nhânh khơng quan trọng) float power1 = 0; // Biến cơng suất tâc dụng nhânh 1 (nhânh tởng)
float power2 = 0; // Biến cơng suất tâc dụng nhânh 2 (nhânh quan trọng) float power3 = 0; // Biến cơng suất tâc dụng nhânh 3 (nhânh khơng quan trọng) float repower1 = 0; // Biến cơng suất phản khâng nhânh 1 (nhânh tởng)
float repower3 = 0; // Biến cơng suất phản khâng nhânh 3 (nhânh khơng quan trọng) float energy1 = 0; // Biến điện năng tiíu thụ nhânh 1 (nhânh tởng)
float energy2 = 0; // Biến điện năng tiíu thụ nhânh 2 (nhânh quan trọng) float energy3 = 0; // Biến điện năng tiíu thụ nhânh 3 (nhânh khơng quan trọng) float voltage_factor = 0.45; // Hệ số hiệu chỉnh điện âp
float current_factor = 0.0047; // Hệ số hiệu chỉnh dịng điện float real_factor = 1.22; // Hệ số hiệu chỉnh cơng suất tâc dụng float Accuracy = 0.24; // Biến độ chính xâc
const unsigned long sampleTime = 100000UL; // sample over 100ms
const unsigned long numSamples = 250UL; // choose the number of samples to divide sampleTime exactly const unsigned long sampleInterval = sampleTime/numSamples; // the sampling interval
const int voltage_adc_zero = 3050; const int current_adc_zero = 3050; BlynkTimer timer;
void setup() {
Serial.begin(115200); Blynk.begin(auth, ssid, pass);
//---setup pin---