(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu và chế tạo thiết bị hỗ trợ điều tiết phụ tải công nghiệp kết hợp phần mềm mã nguồn mở rapid scada

Tuy nhiên, đối với các doanh nghiệp sản xuất vừa và nhỏ chưa thật sự được đầu tư đúng mức, chưa có hệ thống tự động giám sát chất lượng điện năng và năng lượng sử dụng của nhà máy, bởi t

RAPID SCADA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – Năm 2020

DUT.LRCC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN THANH LIỄU

NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ HỖ TRỢ ĐIỀU TIẾT PHỤ TẢI CÔNG NGHIỆP KẾT HỢP PHẦN MỀM MÃ NGUỒN MỞ RAPID SCADA

Chuyên ngành : Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa

Mã số: 8520216

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGÔ ĐÌNH THANH

Đà Nẵng, 2020

DUT.LRCC

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

DUT.LRCC

NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ HỖ TRỢ ĐIỀU TIẾT PHỤ TẢI CÔNG NGHIỆP KẾT HỢP PHẦN MỀM MÃ NGUỒN MỞ RAPID SCADA

Học viên: Nguyễn Thanh Liễu Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa

Mã số: 8520216 Khóa: K37 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

Tóm tắt - Nâng cao chất lượng điện năng và giảm tổn thất năng lượng là vấn đề được quan

tâm hàng đầu của ngành Điện cũng như của các doanh nghiệp sử dụng điện Tuy nhiên, đối với các doanh nghiệp sản xuất vừa và nhỏ chưa thật sự được đầu tư đúng mức, chưa có hệ thống tự động giám sát chất lượng điện năng và năng lượng sử dụng của nhà máy, bởi thực trạng hiện nay các doanh nghiệp chủ yếu giám sát số liệu thủ công nên chưa kịp thời và độ chính xác không cao, dẫn đến các trường hợp tổn thất năng lượng lớn và năng lượng tiêu thụ điện bất thường do không phát hiện và cảnh báo kịp thời Điều này dẫn đến chi phí sản xuất tăng cao Về phía doanh nghiệp vừa và nhỏ thì chưa có giải pháp tốt để giám sát tình hình sử dụng năng lượng điện và tình trạng vận hành của hệ thống tụ tù trong nhà máy Chính vì điều này mà khi chi phí tiền điện tăng cao đột biết các doanh nghiệp hoàn toàn bị động và khó chấp thuận khi thanh toán tiền điện, gây trở ngại cho điện lực trong việc giải thích thu tiền phạt công suất phản kháng Trước những khó khăn và thách thức trên, ta thấy sự cần thiết

nghiên cứu chế tạo thiết bị giám sát chất lượng điện năng và thu thập dữ liệu năng lượng

đáp ứng các yêu cầu trên nhằm giúp doanh nghiệp theo dõi, giám sát theo thời gian thực các thông số tiêu thụ năng lượng điện trong sản xuất và hướng đến hỗ trợ tự động điều tiết phụ tải trong việc triển khai thực hiện chương trình điều chỉnh phụ tải của ngành điện

Từ khóa – Điều tiết phụ tải, datalogger, quản lý năng lượng, Modbus, Scada mã nguồn mở

RESEARCH AND MANUFACTURE EQUIPMENT TO SUPPORT

INDUSTRIAL LOADING DISPOSAL COMBINED OPEN SOURCE

SOFTWARE RAPID SCADA

Abstract - Improving power quality and reducing energy loss are top concerns of the

electricity industry as well as of electricity users However, for small and medium production enterprises that are not properly invested, there is no automatic system to monitor the quality

of electricity and energy used of the plant, because of the current situation of enterprises The industry mainly monitors data manually, so it is not timely and the accuracy is not high, leading to large cases of energy loss and abnormal power consumption due to lack of timely detection and warning This leads to higher production costs As for small and medium enterprises, there is no good solution to monitor the use of electric energy and the operation status of the condenser system in the factory Because of this, when electricity costs rise suddenly, businesses are completely passive and difficult to accept when paying electricity bills, causing problems for electricity in explaining the collection of reactive capacity fines Faced with the above difficulties and challenges, we see the need to research and manufacture power quality monitoring equipment and collect energy data to meet the above requirements

to help businesses monitor and monitor over time real-time power consumption parameters in production and towards supporting automatic load regulation in implementing load adjustment program of the power sector

Key words - Load regulation, datalogger, power management, Modbus, Scada open source

DUT.LRCC

MỤC LỤC

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG

MỤC LỤC CÁC HÌNH

CHỮ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 2

6 Cấu trúc của luận văn 3

CHƯƠNG I 4

TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG ĐIỆN TRONG SẢN XUẤT 4

CÔNG NGHIỆP HIỆN NAY 4

1.1 Tình hình cung ứng điện của Ngành điện hiện nay: Ngành điện với nhưng khó khăn và thách thức trong tình hình hiện nay: 4

1.2 Cung ứng điện cho phụ tải công nghiệp: 7

1.3 Sử dụng điện của Doanh nghiệp Việt Nam [6] 9

1.3.1 Đánh giá chung tình hình 9

1.3.2 Thực trạng công tác quản lý năng lượng trong một số doanh nghiệp công nghiệp Việt Nam 9

1.4 Phụ tải công nghiệp và thách thức trong việc giám sát hoạt động của hệ thống tiêu thụ năng lượng tại Doanh nghiệp: 10

1.4.1 Các đặc trưng chung của phụ tải công nghiệp: 10

1.4.2 Thách thức trong việc giám sát hoạt động của hệ thống tiêu thụ năng lượng tại Doanh nghiệp: 11

1.5 Kết luận: 12

CHƯƠNG II 13

THIẾT KẾ THIẾT BỊ THU THẬP DỮ LIỆU NĂNG LƯỢNG 13

VÀ GIÁM SÁT TRẠNG THÁI HOẠT ĐỘNG 13

2.1 Thiết kế phần cứng: 14

2.1.1 Chọn bộ điều khiển tụ bù phù hợp cho hệ thống trên: 15

2.1.2 Bộ điều khiển trung tâm: 20

DUT.LRCC

2.1.4 Bộ lọc sóng hài [9], [10] 28

2.1.5 Lựa chọn Module GPRS/3G: 31

2.1.6 Lựa chọn giao thức truyền thông 34

2.1.7 Thiết kế module thu thập thông số hệ thống điện 39

2.2 Thiết kế ứng dụng phần mềm: 42

2.2.1 Phần mềm SCADA mã nguồn mở: 42

2.2.2 Phần mềm Rapid SCADA: 43

2.2.3 Thuật toán truyền thông và phần mềm điều khiển, giám sát: 45

2.2.4 Đề xuất phát triển của thiết bị giám sát: 47

2.2.5 Lập trình truyền thông và lập trình SCADA: 47

2.3 Kết luận: 49

CHƯƠNG III 50

PHƯƠNG PHÁP GIÁM SÁT, HỖ TRỢ ĐIỀU TIẾT PHỤ TẢI CÔNG NGHIỆP 50

3.1 Giải pháp vận hành động cơ điện 51

3.1.1 Thông số cơ bản của động cơ: [13] 52

3.1.2 Phương pháp tính chọn động cơ điện: 53

3.1.3 Các chỉ tiêu chất lượng và cách chọn động cơ điện 54

3.2 Tư vấn tổ chức lại sản xuất đối với nhà máy Thiên Tâm 55

3.2.1 Thực trạng sản xuất của nhà máy: 55

3.2.2 Áp dụng hiệu suất tổng thể thiết bị OEE cho nhà máy Thiên Tâm: [14] 55

3.2.3 Sử dụng OEE cho nhà máy chế biến gỗ Thiên Tâm 56

3.2.4 Ứng dụng IIoT trong đo lường OEE thời gian thực: 58

3.3 Kết luận 59

CHƯƠNG IV 60

KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 60

4.1 Cấu tạo và thông số thiết bị thu thập và giám sát: 60

4.1.1 Cấu tạo thiết bị thu thập và giám sát số liệu: 60

4.1.3 Nguyên lý hoạt động: 62

4.1.4 Sơ đồ lắp đặt tổng thể: 62

4.2 Kết quả thu thập được từ tiết bị: 62

4.2.2 Đồ thị theo dõi các thông số vận hành: 64

4.3 So sánh hoạt động của thiết bị thiết kế với hệ thống thu thập của Điện lực 67

4.3.1 Chức năng hoạt động của thiết bị thu thập và giám sát: 67

DUT.LRCC

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

DUT.LRCC

Bảng 1.1 Dự kiến nhu cầu công suất điện theo Quy hoạch điện VII điều chỉnh 5

Bảng 2.1 So sánh thông số các bộ điều khiển tụ bù thông dụng 18

Bảng 2.2 So sánh các thông số kỹ thuật chính 23

Bảng 2.3 So sánh thông số của các loại nguồn thông dụng 27

Bảng 2.4 So sánh thông số bộ lọc sóng hài 31

Bảng 3.1 Các tổn thất ảnh hưởng đến OEE 56

DUT.LRCC

Hình 1.1 Biểu đồ phân bố lưới điện 4

Hình 1.2 Biểu đồ tỷ trọng công suất nguồn 5

Hình 1.3 Kết quả điểm trung bình đánh giá hệ thống QLNL 9

Hình 1.4 Kết qủa chi tiết khảo sát thực trạng quản lý năng lượng theo tài liệu 6 9

Hình 1.5 Mô phỏng công suất của động cơ 10

Hình 2.1 Đề xuất giải pháp IoT công nghiệp quản lý năng lượng 14

Hình 2.2 Bộ điều khiển tụ bù SK 15

Hình 2.3 Bộ điều khiển tụ bù LOGO 230RC Siemens 16

Hình 2.4 Bộ điều khiển tụ bù DUCATI REGO R8 17

Hình 2.5 Vi mạch Arduino 20

Hình 2.6 Mạch vi điều khiển STM32F411 22

Hình 2.7 Mạch chuyển giao tiếp TTL to RS485 24

Hình 2.8 Bộ nguồn nuôi Meanwell Nes 25

Hình 2.9 Nguồn công nghiệp 24V-2,5A MDR-60-24 - Chính hãng Meanwell 26

Hình 2.10 Nguồn nuôi UNO-PS-1AC-24DC-60W 27

Hình 2.11 Đồ thị các loại sóng hài cơ bản 28

Hình 2.12 Bộ lọc EMI HA25L-6A 50/60Hz 250V AC 29

Hình 2.13 Bộ lọc nhiễu 5A WORLD TECH WS-2005 30

Hình 2.14 Bộ lọc sóng hài ZSG2215-11 30

Hình 2.15 Module 3G ARP600 ABB 31

Hình 2.16 Module công nghiệp 3G WCDMA, hỗ trợ GPS 32

Hình 2.17 Module Sim F2103 33

Hình 2.18 Cấu trúc khung truyền Modbus 35

Hình 2.19 Cấu trúc khung truyền Modbus RTU 35

Hình 2.20 Cấu trúc khung truyền Modbus TCP 36

Hình 2.21 MQTT Broker 37

Hình 2.22 Sơ đồ khối module thu thập 39

Hình 2.23 Sơ đồ nguyên lý 40

Hình 2.24 Sơ đồ khối nguồn 40

DUT.LRCC

Hình 2.26 Sơ đồ nguyên lý đầu ra 41

Hình 2.27 Sơ đồ nguyên lý đầu vào 41

Hình 2.28 PCB module thu thập 41

Hình 2.29 Giao diện Webstation 43

Hình 2.30 Giao diện Server 44

Hình 2.31 Giao diện Communicator 44

Hình 2.32 Giải pháp thu thập và giám sát năng lượng điện trong nhà máy 45

Hình 2.33 Lưu đồ thuật toán truyền thông 46

Hình 3.1 Sơ đồ khối dây chuyền sản xuất gỗ Thiên Tâm 51

Hình 3.2 Tính OEE nhà máy chế biến gỗ Thiên Tâm 57

Hình 4.1 Thiết bị thu thập và giám sát số liệu 60

Hình 4.2 Cấu tạo chính của mạch 61

Hình 4.3 Sơ đồ tổng thể hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu 62

Hình 4.4 Thiết bị lắp đặt giai đoạn đầu và giai đoạn hiện tại 63

Hình 4.5 Giao diện theo dõi chính thông số vận hành 63

Hình 4.6 Bảng số liệu tổng thể 64

Hình 4.7 Biểu đồ giá trị Cosφ đo được 64

Hình 4.8 Biểu đồ giá trị dòng điện đo được 65

Hình 4.9 Biểu đồ giá trị điện áp đo được 66

Hình 4.10 Biểu đồ giá trị công suất tác dụng đo được 66

Hình 4.11 Biểu đồ so sánh giá trị hệ số Cosφ 67

Hình 4.12 Biểu đồ so sánh giá trị hệ số Cosφ 68

Hình 4.13 Biểu đồ so sánh giá trị điện áp 68

Hình 4.14 Biểu đồ so sánh gía trị công suất Q tại các thời điểm sử dụng 69

DUT.LRCC

CSPK: Công suất phản kháng

CSTD: Công suất tác dụng

PF: Power Factor_Hệ số công suất

FEMS: Factory Energy Management System- Hệ thống quản lý năng lượng nhà máy

CPU: Central Processing Unit-Xử lý trung tâm

UART: Universal asynchronous receiver transmitter_Bộ tiếp nhận không đồng

bộ, đồng bộ chuyển giao

TTL: Transistor‑ transistor logic_Transitor ‑ bóng bán dẫn logic

SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition_Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu

RTU: Remote Terminal Unit_Thiết bị đầu cuối

TCP: Transmission Control Protocol_Giao thức điều khiển truyền dẫn

IoT: Internet of Things_Internet vạn vật

IIoT: Industrial Internet of Things_Internet công nghiệp

MQTT: Message Queuing Telemetry Transport_Tin nhắn xếp hàng vận chuyển

từ xa

QoS: Quality of Service_Chất lượng dịch vụ

SSL: Secure Sockets Layer_ Lớp cổng bảo mật

TLS: Transport Layer Security_Bảo mật tầng vận tải

DB: Database_Cơ sở dữ liệu

OEE: Overall Equipment Effectiveness_Hiệu quả thiết bị tổng thể

ID: Identifycation_nhận dạng nhận diện, nhận biết

OSI: Open Systems Interconnection_Kết nối hệ thống mở

MBAP: Modbus Application Header, Tiêu đề ứng dụng Modbus

CRC: Cyclic Redundancy Check, Kiểm tra dự phòng theo chu kỳ

SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition_Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu

BMS: Building Management Systems_Hệ thống quản lý toà nhà

GPRS: General Packet Radio Service_Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp

IP: Internet Protocol _ Giao thức Internet

TPM: Total Productive Maintenance_Tổng năng suất bảo trì

RFT: Right First Time_đúng thời gian đầu tiên

DUT.LRCC

GPIO: General-purpose input/outpu: cổng vào ra vạn năng

I2C: Inter-Intergrated Circuit _ Mạch tích hợp

EEPROM: Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory_là một chip nhớ không bay hơi thường dùng trong các máy tính và các thiết bị

Rapid SCADA: Rapid Supervisory Control and Data Acquisition_phần mền Rapid điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu

DUT.LRCC

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Nâng cao chất lượng điện năng và giảm tổn thất năng lượng là vấn đề được quan tâm hàng đầu của ngành Điện cũng như của các doanh nghiệp sử dụng điện Chất lượng điện năng được thể hiện qua các đại lượng như: điện áp, tần số, sóng hài, độ nhấp nháy điện áp… Điều này không chỉ riêng nhà sản xuất thiết bị điện, ngành điện

mà người sử dụng điện cho sản xuất cũng rất cần một nguồn điện có chất lượng nhằm đảm bảo cho nhà máy hoạt động ổn định, nâng cao tuổi thọ thiết bị và nâng cao chất lượng sản phẩm đầu ra Để quản lý chất lượng điện áp về phía điện lực đã thực hiện nhiều giải pháp như đầu tư nâng cấp lưới điện, lắp đặt hệ thống tụ bù trung, hạ áp… Còn đối với các doanh nghiệp sản xuất vừa và nhỏ chưa thật sự được đầu tư đúng mức, chưa có hệ thống tự động giám sát chất lượng điện năng và năng lượng sử dụng của nhà máy, bởi thực trạng hiện nay các doanh nghiệp chủ yếu giám sát số liệu thủ công nên chưa kịp thời và độ chính xác không cao, dẫn đến các trường hợp tổn thất năng lượng lớn và năng lượng tiêu thụ điện bất thường do không phát hiện và cảnh báo kịp thời Điều này dẫn đến chi phí sản xuất tăng cao Vậy làm thế nào để các doanh nghiệp chủ động giám sát chất lượng điện năng và quản lý năng lượng hiệu quả cũng như biết được nhu cầu thực trạng sử dụng điện của doanh nghiệp Đối với nguồn điện cung cấp phục vụ cho sản xuất hiện nay được chia ra làm hai nhánh quản lý Điện lực quản lý đến công tơ trạm biến áp và doanh nghiệp quản lý từ sau công tơ đo đếm đến phụ tải sản xuất trong nhà máy Về phía Điện lực đã lắp đặt thiết bị thu thập các số liệu đo chính tại trạm biến áp (30 phút một lần thu thập) như: dòng điện, điện áp, công suất tiêu thụ Về phía doanh nghiệp vừa và nhỏ thì chưa có giải pháp tốt để giám sát tình hình sử dụng năng lượng điện và tình trạng vận hành của hệ thống tụ tù trong nhà máy Chính vì điều này mà khi chi phí tiền điện tăng cao đột biết các doanh nghiệp hoàn toàn bị động và khó chấp thuận khi thanh toán tiền điện, gây trở ngại cho điện lực trong việc giải thích thu tiền phạt công suất phản kháng

Trước những khó khăn và thách thức trên, ta thấy sự cần thiết nghiên cứu chế

tạo thiết bị giám sát chất lƣợng điện năng và thu thập dữ liệu năng lƣợng đáp ứng

các yêu cầu trên nhằm giúp doanh nghiệp theo dõi, giám sát các thông số tiêu thụ năng lượng điện trong sản xuất và hướng đến hỗ trợ tự động điều tiết phụ tải trong việc triển khai thực hiện chương trình điều chỉnh phụ tải (DR) của ngành điện

2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu nhu cầu sử dụng điện của nhà máy chế biến gỗ Thiên Tâm, đưa ra giải pháp quản lý, sử dụng năng lượng hiệu quả và nâng cao chất lượng điện năng cho

DUT.LRCC

nhà máy

Nghiên cứu thuật toán truyền thông, thu thập thông số điện năng và giám sát trạng thái hoạt động của hệ thống tụ bù chính của nhà máy

Ứng dụng thuật toán kiểm lỗi CRC của giao thức Modbus RTU

Thiết kế phần cứng hệ thống thu thập dữ liệu tiêu thu điện năng và trạng thái hoạt động của nhà máy

Nghiên cứu kết nối truyền thông và lập trình ứng dụng phần mềm để điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu các thông số hệ thống dựa trên mã nguồn mở Rapid Scada

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu và lập trình các giao thức truyền thông sử dụng trong hệ thống giám sát công nghiệp và lập trình ứng dụng phần mềm mã nguồn mở Rapid Scada để giám sát các thông số hoạt động Trong đề tài này tập trung nghiên cứu chế tạo thiết bị thu thập giám sát thông số tiêu thụ năng lượng, trạng thái đóng cắt của thiết bị và hỗ trợ điều tiết phụ tải công nghiệp

4 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết:

+ Nghiên cứu tổng quang về tình hình sử dụng điện trong sản xuất công nghiệp hiện nay

+ Nghiên cứu tổng quan về hệ thống thu thập và giám sát dữ liệu từ xa

+ Nghiên cứu và lập trình các giao thức truyền thông sử dụng trong hệ thống giám sát công nghiệp trong xưởng sản xuất

+ Nghiên cứu và lập trình ứng dụng phần mềm mã nguồn mở Rapid Scada để giám sát các thông số hoạt động

- Nghiên cứu thực nghiệm:

+ Tạo ra sản phẩm thu thập và giám sát thông số tiêu thụ năng lượng điện từ xa + Lắp đặt vận hành cho nhà máy chế biến gỗ Thiên Tâm, thu thập dữ liệu và đánh giá dộ tin cậy

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Kết quả của đề tài có thể ứng dụng vào thực tiễn khi triển khai chương trình tiết giảm phụ tải của EVN

Nâng cao khả năng giám sát hoạt động của hệ thống điện trong nhà máy sản xuất của doanh nghiệp, tiết kiệm điện năng

Giúp khách hàng chủ động biết và quản lý thông tin chi tiết về sử dụng điện và chi phí mua điện

Thông qua hệ thống giám sát giúp khách hàng sớm phát hiện các hiện tượng vận

DUT.LRCC

hành bất thường của thiết bị

Có thể mở rộng việc điều khiển giám sát tất cả các thiết điện trong dây chuyền sản

Giải pháp cung cấp thiết bị giám sát hoạt động giá rẻ cho thị trường

6 Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần Mở đầu và Phụ lục, luận văn gồm có 4 chương như sau:

Chương 1: Tổng quan về tình hình sử dụng điện trong sản xuất công nghiệp hiện nay Chương 2: Thiết kế thiết bị thu thập dữ liệu năng lượng và giám sát trạng thái hoạt động

- Thiết kế phần cứng

- Thuật toán truyền thông, điều khiển và giám sát

Chương 3: Phương pháp giám sát, hỗ trợ điều tiết phụ tải công nghiệp

- Giải pháp tiết kiệm điện năng trong vận hành động cơ điện

- Tư vấn tổ chức lại sản xuất nhà máy Thiên Tâm

Chương 4: Kết quả và hướng phát triển

- Kết quả thu thập được từ thiết bị, so sánh hoạt động của thiết bị thiết kế với hệ thống thu thập của Điện lực

- Hướng phát triển của đề tài tạo ra sản phẩm giám sát hướng đến tự động điều

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG ĐIỆN TRONG SẢN XUẤT

CÔNG NGHIỆP HIỆN NAY

1.1 Tình hình cung ứng điện của Ngành điện hiện nay: Ngành điện với nhưng khó

khăn và thách thức trong tình hình hiện nay:

Đường màu đỏ: ĐZ 500kV

Đường màu xanh: ĐZ 220kV

Dấu chấm màu đỏ: TBA 500kV

Dấu chấm màu xanh: TBA

220kV

Hình 1.1 Biểu đồ phân bố lưới điện

DUT.LRCC

Hiện nay, tổng công suất nguồn điện của Việt Nam khoảng 48.000 MW Với tốc

độ tăng trưởng sản lượng điện khoảng 10%/năm (theo Quy hoạch điện VII điều chỉnh) đến năm 2025, dự kiến nhu cầu công suất nguồn điện của hệ thống điện quốc gia sẽ là 90.000 MW, gấp đôi hiện nay Đến năm 2030, sẽ tăng lên khoảng 130.000 MW

Bảng 1.1 Dự kiến nhu cầu công suất điện theo Quy hoạch điện VII điều chỉnh

Thách thức lớn đối với ngành Điện là sự mất cân đối giữa cung và cầu của từng vùng, miền Trong khi miền Nam sử dụng trên 50% tổng nhu cầu điện năng, miền Bắc gần 40%, miền Trung gần 10% thì nguồn điện hiện nay lại tập trung chủ yếu ở miền Bắc và miền Trung (gần 60%), miền Nam chỉ có thể tự sản xuất dưới 40% Hệ thống truyền tải điện giữa các vùng, miền chưa đáp ứng được yêu cầu Việc xây dựng các tuyến đường dây truyền tải ―xương sống‖, các tuyến nhánh còn chậm, chưa phù hợp với tiến độ các dự án phát triển nguồn Quá trình đàm phán nhập khẩu điện của nước ngoài cũng gặp không ít khó khăn

Hiện nay, EVN sở hữu khoảng 60% tỷ trọng công suất nguồn toàn hệ thống, bao gồm cả các công ty cổ phần, các tổng công ty phát điện Theo Quy hoạch điện VII hiệu chỉnh, đến năm 2020, EVN giảm xuống chỉ còn sở hữu khoảng 52%; đến năm 2025 là 30% và năm 2030 còn 18% Như vậy, trong thời gian tới, việc đáp ứng nhu cầu điện không chỉ là vai trò của EVN mà còn phụ thuộc vào các chủ đầu tư khác Đáng lo ngại

là một số dự án của các nhà đầu tư bên ngoài EVN đang chậm tiến độ, nên việc đảm bảo nguồn cung cho tốc độ tăng trưởng nhu cầu điện vẫn ở mức cao (từ 8-9%) là rất khó khăn [1]

Hình 1.2 Biểu đồ tỷ trọng công suất nguồn

DUT.LRCC

EVN đã chủ động báo cáo Chính phủ, các Bộ, Ngành để có giải pháp đảm bảo điện trong thời gian tới; trong đó, kiến nghị Chính phủ chỉ đạo các chủ đầu tư đảm bảo tiến độ các công trình nguồn điện Về phía EVN, Tập đoàn đã và đang nỗ lực tối đa

đm bảo tiến độ những dự án được giao Cùng với đó, EVN đã kiến nghị với các Bộ, Ngành, địa phương có giải pháp, chính sách, cơ chế đẩy mạnh công tác tuyên truyền

về sử dụng điện tiết kiệm, hiệu quả Năm 2019 EVN vẫn đang bảo đảm cung ứng đủ điện cho nền kinh tế, đồng thời phối hợp với các nhà đầu tư đưa vào vận hành chính thức 44 nhà máy điện Mặt trời với tổng công suất 2.231MW Tuy nhiên, dự kiến các tháng còn lại của năm phụ tải tiếp tục tăng trưởng cao theo chu kỳ hàng năm, ở mức trung bình 701,2 tr.kWh/ngày, tăng khoảng 9% so với cùng kỳ năm 2018 Công suất cực đại dự kiến ở mức 38.000-39.000 MW, tăng 13-14% so với cùng kỳ 2018

Do ảnh hưởng của El Nino, dự báo lưu lượng nước tại các hồ thủy điện trong các tháng còn lại tiếp tục kém tại khu vực miền Trung và Tây Nguyên Vì vậy, dự kiến sẽ phải huy động từ dầu để sản xuất khoảng 90 triệu kWh từ nhà máy điện Ô Môn để đáp ứng nhu cầu phụ tải Bên cạnh đó, huy động khoảng 37 triệu kWh từ điện gió, 423 triệu kWh từ điện mặt trời và 50 triệu kWh từ điện sinh khối… [2]

Hiện cả nước có 147 nhà máy điện truyền thống có công suất đặt từ 30 MW trở lên Đối với các nhà máy điện mặt trời, dự kiến cuối năm 2019 sẽ có 88 nhà máy điện mặt trời Tuy nhiên, việc khó nhất của vận hành năng lượng tái tạo là không đoán được trước vì hiệu ứng thời tiết, đám mây EVN cũng đã yêu cầu các đơn vị phát điện thuộc EVN nâng cao khả dụng tổ máy Bảo đảm khả dụng các nhà máy nhiệt điện dầu

và tuabin khí chạy dầu, sẵn sàng huy động khi hệ thống có nhu cầu Điều chỉnh huy động thủy điện linh hoạt theo lưu lượng nước về và nhu cầu phụ tải Tăng cường công tác điều chỉnh phụ tải điện, hạn chế công suất trong giờ cao điểm Dự kiến, phương thức huy động tối đa các nhà máy nhiệt điện than và tuabin khí khu vực miền Nam, giám sát liên tục đường dây truyền tải để tăng cường công suất từ Bắc vào Nam [3] Những nguồi năng lượng tái tạo (NLTT): Tính đến nay, EVN đã phối hợp với các chủ đầu tư để nghiệm thu, kiểm tra điều kiện đóng điện và đưa vào vận hành 44 nhà máy điện mặt trời với tổng công suất 2.231 MW và 7 nhà máy điện gió với tổng công suất 240 MW Dự kiến công suất điện mặt trời tiếp tục tăng lên và đạt 5.000 MW vào cuối năm 2019 Điều này đồng nghĩa với một khối lượng công việc vô cùng lớn

mà EVN đã và đang phải thực hiện Các nguồn năng lượng tái tạo vào vận hành đã đóng góp nhất định về công suất và sản lượng điện cho hệ thống điện, đặc biệt là khu vực miền Trung và miền Nam Tuy nhiên, mặt trái của điện mặt trời là sự không ổn định, phụ thuộc hoàn toàn vào thời tiết Với các nhà máy điện truyền thống, Trung tâm điều độ hệ thóng điện Quốc gia (A0) có thể chủ động điều chỉnh công suất của nhà

DUT.LRCC

máy tương ứng với sự lên/xuống của phụ tải trong ngày Nhưng các nguồn NLTT thì không thể tính toán được vì công suất thay đổi liên tục trong ngày Thêm một khó khăn nữa, do các nhà máy điện mặt trời chủ yếu tập trung ở Ninh Thuận, Bình Thuận – khu vực phụ tải thấp Cụ thể, đến nay Ninh Thuận và Bình Thuận có khoảng 2.000

MW điện mặt trời vào vận hành, trong khi phụ tải khu vực này chỉ khoảng 300 MW

Do đó, EVN phải truyền tải 1.700 MW vào TP.HCM và khu vực miền Nam [4] Theo kinh nghiệm thế giới, khi phát triển năng lượng tái tạo, vấn đề truyền tải điện sẽ được tính đến Còn thực tế ở Việt Nam, hệ thống lưới điện hiện hữu rất khó hấp thụ hết số công suất và sản lượng điện mặt trời với tốc độ các nhà máy vào vận hành có thể nói là lớn nhất thế giới như hiện nay Để xây dựng một công trình lưới điện truyền tải phải mất khoảng 3-5 năm, còn xây dựng một nhà máy điện mặt trời chỉ mất khoảng 6-8 tháng Mặc khác việc điều hành hệ thống, để giải quyết tính bất định của nguồn NLTT, A0 sẽ phải khởi động nhiều tổ máy ở các nhà máy điện truyền thống (nhưng không cho phát công suất) để dự phòng Hiện nay, ở miền Nam, A0 đang dự phòng khoảng 100 - 200 MW, con số này phải tăng lên từ 300 - 600 MW trong thời gian tới, tùy theo công suất điện mặt trời đưa vào vận hành Đáng nói, trong nhiều thời điểm, nhu cầu sử dụng điện tăng cao khiến hệ thống điện không còn dự phòng Do đó, A0 phải huy động các tổ máy nhiệt điện dầu là nguồn đắt tiền, để bù đắp cho NLTT Như vậy, năng lượng tái tạo chưa thể thay thế năng lượng truyền thống mà góp phần quan trọng trong việc đảm bảo điện nói chung, nên Việt Nam vẫn cần phát triển điện than, điện khí; cần siết chặt hơn nữa trách nhiệm từ phía sử dụng điện để giảm bớt

áp lực đầu tư nguồn điện mới

Theo PGS.TS Nguyễn Hồng Thục - Viện Nghiên cứu định cư và năng lượng, đảm bảo an ninh năng lượng không chỉ là câu chuyện riêng của Bộ Công Thương hay EVN mà cần xem xét cả phía người sử dụng điện EVN đang phải ―độc hành‖, gồng mình để đáp ứng nhu cầu tăng trưởng điện 10% hàng năm, trong khi việc tích hợp hiệu quả năng lượng chưa được các chủ đầu tư chú trọng Trên thực tế, hiện nay, nhiều tòa nhà cao tầng đang lãng phí từ 20-40% năng lượng Thời gian qua, EVN đã triển khai nhiều chương trình tuyên truyền tiết kiệm điện và đang tiếp tục đẩy mạnh các giải pháp quản lý ở phía sử dụng điện như: Chương trình quản lý nhu cầu điện; điều chỉnh phụ tải điện; phát triển điện mặt trời áp mái… [5]

1.2 Cung ứng điện cho phụ tải công nghiệp:

EVN đã làm tốt việc cung ứng điện cho công nghiệp nay Tuy nhiên để tốt hơn nữa và ngành Điện không còn phải thu xếp vốn đầu tư xây dựng các công trình điện nhằm đáp ứng nhu cầu về điện ngày càng cao của nền kinh tế Ngành Điện đóng vai trò rất quan trọng trong phát triển đất nước, đặc biệt là phát triển công nghiệp Nếu

DUT.LRCC

không có điện, đất nước không thể phát triển được, nếu không có điện nhân dân Việt Nam khó xóa đói, giảm nghèo được Trong cơ cấu phụ tải điện, lĩnh vực công nghiệp - xây dựng luôn chiếm tỷ trọng cao nhất EVN với chức năng và trách nhiệm của mình, luôn đảm bảo cung ứng điện tốt nhất, kể cả vào thời điểm nắng nóng khốc liệt

Với tốc độ tăng trưởng công nghiệp của nước ta trong thời gian qua cũng rất cao, đứng đầu là doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài (FDI) Để mời gọi được những nhà đầu từ nước ngoài vào Việt Nam, trong những năm qua, điện luôn đi trước một bước Chính nhờ việc cung cấp điện liên tục, ổn định, chất lượng điện tốt và giá điện

rẻ, không phân biệt đối tượng bán điện là doanh nghiệp trong nước hay doanh nghiệp nước ngoài, nên dòng vốn đầu tư từ nước ngoài vào Việt Nam tăng mạnh, góp phần thúc đẩy công nghiệp trong nước phát triển

Không phải ngẫu nhiên, nhiều doanh nghiệp lớn trên thế giới có yêu cầu rất cao

về chất lượng điện như, Tập đoàn Điện tử Samsung của Hàn Quốc lại đặt nhà máy tại Bắc Ninh, Thái Nguyên, Tập đoàn sản xuất chíp điện từ Intel của Mỹ lại đặt nhà máy tại khu Công nghệ cao TP.HCM Có được lợi thế này là do chất lượng điện năng của Việt Nam đã đáp ứng được yêu cầu của các nhà đầu tư nước ngoài

Theo dự báo, tốc độ tăng trưởng công nghiệp của Việt Nam tiếp tục duy trì ở mức ổn định từ nay đến năm 2030 Đây cũng là thách thức đặt ra đối với EVN Kinh tế ngày càng phát triển, đặc biệt là lĩnh vực công nghiệp, điện luôn phải đi trước một bước Trong khi đó tỷ lệ đầu tư xây dựng, chỉ số tăng trưởng điện năng đều tăng gấp đôi so với GDP chính là thách thức đối với EVN Theo EVN từ nay đến năm 2030, công suất nguồn điện của Việt Nam cần phải đạt khoảng 150.000 MW - 200.000 MW, tương ứng với đó là năm 2030, sản lượng điện phải đạt 500 tỷ kWh mới đủ năng lực phục vụ phát triển KH- XH và đời sống nhân dân Chính vì vậy, EVN cần tính toán nhiều giải pháp, phương án khác nhau Thực tế, ngành Điện ít thu hút được các nhà đầu tư nước ngoài Trong số các doanh nghiệp FDI đầu tư vào Việt Nam, rất ít doanh nghiệp đầu tư vào ngành Điện do giá bán điện thấp, chậm thu hồi vốn Chính vì vậy,

để đảm bảo cung ứng đủ điện, không có cách nào khác Chính phủ giao EVN thực hiện với vai trò trụ cột trong đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia Để tháo gỡ vướng mắc

về nguồn điện phục vụ phát triển công nghiệp, Chính phủ cần giải quyết dứt điểm vấn

đề giá điện, sao cho hài hòa lợi ích giữa nhà sản xuất điện và người sử dụng điện Từ

đó, EVN chủ động được nguồn tài chính phục vụ đầu tư xây dựng nguồn và lưới điện Với mục tiêu cấp điện ổn định có chất lượng 24/24 giờ cho doanh nghiệp trong các khu công nghiệp (KCN), EVN đã triển khai thực hiện nhiều phương án như sửa chữa, nâng cấp lưới điện, chống quá tải từng bước đáp ứng nhu cầu của phụ tải sử dụng hằng năm Để cấp điện cho các khu công nghiệp, ngành Điện thường xuyên phải

DUT.LRCC

huy động tổng lực để đẩy nhanh tiến độ thi công các công trình điện, đáp ứng tối đa các yêu cầu của khách hàng

1.3 Sử dụng điện của Doanh nghiệp Việt Nam [6]

1.3.1 Đánh giá chung tình hình

Sử dụng năng lượng hiệu quả và tiết kiệm giúp giảm phát thải, tiết kiệm nguồn năng lượng hoá thạch luôn là mục tiêu hàng đầu tại mỗi Quốc gia Việt Nam cũng không nằm ngoài xu thế đó, ngày 01/01/2011 Luật Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả chính thức có hiệu lực, tạo ra một hành lang pháp lý thúc đẩy hoạt động tiết kiệm năng lượng tại các đơn vị sử dụng năng lượng

1.3.2 Thực trạng công tác quản lý năng lƣợng trong một số doanh nghiệp công nghiệp Việt Nam

Hình 1.3 Kết quả điểm trung bình đánh giá hệ thống QLNL

Để đánh giá thực trạng công tác quản lý năng lượng trong các doanh nghiệp trọng điểm về sử dụng năng lượng, Hội khoa học và sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu qủa Việt Nam đã thực nghiên cứu khảo sát 8 doanh nghiệp trong các ngành nghề khác nhau của ngành công nghiệp Kết quả điểm tổng kết khảo sát được tổng hợp như trong hình dưới

Hình 1.4 Kết qủa chi tiết khảo sát thực trạng quản lý năng lượng theo tài liệu 6

Đường tổng kết số liệu khảo sát từ các doanh nghiệp (đường trung bình-nét liền) cho thấy trong số sáu nội dung phân tích chỉ có hai nội dung là: Đo lường-giám sát và

năng lượng Cơ cấu tổ chức Động lực Đo lường, giám sát

Truyền thông Đầu tư

DN1 DN2 DN3 DN4 DN5 DN6 DN7 DN8 Trung BìnhDUT.LRCC

đầu tư là có mức kết quả trên trung bình Bốn nội dung còn lại đều có mức điểm thấp hơn giá trị trung bình (2 điểm) Về cơ bản việc triển khải thực hiện xây dựng mô hình quản lý năng lượng trong các doanh nghiệp sử dụng năng lượng trọng điểm theo quy định của luật là chưa thực sự hiệu quả, các doanh nghiệp chưa hiểu đúng hoặc chưa thực hiện đúng theo quy định Tuy nhiên kết quả cho thấy các doanh nghiệp sử dụng năng lượng trọng điểm đã bắt đầu quan tâm đến quản lý năng lượng, đã có những động thái trong việc xây dựng mô hình quản lý năng lượng tại doanh nghiệp

Để thực hiện tốt hơn công tác này thì các doanh nghiệp cần quan tâm 6 chính sách gồm: Chính sách năng lượng, Cơ cấu tổ chức, Động lực thực hiện, Truyền thông, Đầu tư và đặc biệt là đo lường giám sát, bỡi đây là yếu tố quan trọng trong việc sử dụng năng lượng điện của mỗi doanh nghiệp

1.4 Phụ tải công nghiệp và thách thức trong việc giám sát hoạt động của hệ thống tiêu thụ năng lƣợng tại Doanh nghiệp:

1.4.1 Các đặc trƣng chung của phụ tải công nghiệp:

Mỗi phụ tải có các đặc trưng riêng và các chỉ tiêu xác định điều kiện làm việc của mình mà khi cung cấp điện cần phải được thoả mãn hoặc chú ý tới

1.4.1.1 Công suất định mức: ―Là thông số đặc trưng chính của phụ tải điện,

thường được ghi trên nhãn của máy hoặc cho trong lý lịch máy‖ Thông thường công suất vận hành khác với công suất thực tế do nhiều yếu tố khác nhau và là một hàm theo thời gian Nhưng cần phải xác định phụ tải điện cho việc tính toán cung cấp điện Công suất tính toán được gọi Ptt

+ Nếu Ptt < Pthực tế: thiết bị mau giảm tuổi thọ, có thể cháy nổ

+ Nếu Ptt > Pthực tế: lãng phí vốn đầu tư

- Có nhiều phương pháp xác định phụ tải điện, càng có nhiều thông tin càng lựa chọn được phương pháp chính xác Thông thường có hai nhóm phương pháp là phương pháp kinh nghiệm và phương pháp dựa trên xác xuất thống kê

- Công suất định mức: thường được ghi trên nhãn của thiết bị Đối với động

cơ, công suất định mức là công suất trên trục của động cơ, công suất điện

Pđ =Pđm/ηđm

Thường ηđm = 0,8 ÷ 0,85; trường hợp động cơ nhỏ có thể xem Pđ = Pđm

- Đơn vị đo của công suất định mức thường là kW hoặc kVA Với một động cơ điện Pđm chính là công suất cơ trên trục cơ của nó

Hình 1.5 Mô phỏng công suất của động cơ

(1-1) DUT.LRCC

Chú ý: Thiết bị ở chế độ ngắn hạn lập lại, khi tính phụ tải tính toán phải quy đổi

về công suất định mức ở chế độ làm việc dài hạn, tức là quy đổi về chế độ làm việc có

hệ số đóng điện tương đối dm% = 100

Động cơ P’dm = Pdm √εdm (1-2) Biến tần P’dm = Sdm Cosφ √εdm (1-3) Trong đó:

P’dm – Công suất định mức đã qui đổi về εdm %

Sdm; Pdm; cos ϕ ; εdm %, các tham số định mức ở lý lịch máy của thiết bị

1.4.1.2 Điện áp định mức: Udm của phụ tải phải phù hợp với điện áp của mạng

điện Trong xí nghiệp có nhiều thiết bị khác nhau nên cũng có nhiều cấp điện áp định mức của lưới điện

- Điện áp một pha: 12V; 36V sử dụng cho mạng chiếu sáng cục bộ hoặc các nơi nguy hiểm

- Điện áp ba pha: 127/220; 220/380; 380/660V cung cấp cho phần lớn các thiết

bị của xí nghiệp (cấp 220/380V là cấp điện áp được dùng rộng rãi nhất)

1.4.1.3 Tần số: Do quy trình công nghệ và sự đa dạng của thiết bị trong xí

nghiệp nên chúng sử dụng dòng điện với tần số rất khác nhau từ f = 0 Hz (thiết bị một chiều) đến các thiết bị có tần số hàng triệu Hz (thiết bị cao tần) Tuy nhiên chúng vẫn chỉ được cung cấp điện từ lưới điện có tần số định mức 50 hoặc 60 Hz thông qua các máy biến tần

1.4.2 T hách thức trong việc giám sát hoạt động của hệ thống tiêu thụ năng lƣợng tại Doanh nghiệp:

Nâng cao chất lượng điện năng và quản lý năng lượng tiêu thụ tại Doanh nghiệp là hoạt động cần thiết nhằm đánh giá thực trạng hoạt động của hệ thống tiêu thụ năng lượng tại các doanh nghiệp cũng như dự báo nhu cầu tiêu thụ phụ tải Từ đó xác định những khu vực sử dụng năng lượng không hợp lý cũng như kịp thời phát hiện tiêu thụ năng lượng bất thường để đưa ra các giải pháp nhằm nâng cao chất lượng điện năng và sử dụng năng lượng hiệu quả hơn Quản lý năng lượng giúp doanh nghiệp xác định được khuynh hướng tiêu thụ năng lượng và tiềm năng tiết kiệm năng lượng của các loại thiết bị khác nhau như: Động cơ, máy bơm, hệ thống thông gió, điều hoà không khí,

Tuy nhiên, trong công tác giám sát sử dụng điện năng và quản lý năng lượng của các doanh nghiệp thường gặp phải những vấn đề như sau:

- Không biết được tình trạng tiêu thụ năng lượng theo thời gian thực?

DUT.LRCC

- Không tin cậy, không liên tục & không kịp thời cảnh báo tiêu thụ điện bất thường khi các số liệu ghi bằng phương pháp thủ công (nhân công quan sát ghi lại) hoặc phải truy cập thông qua tài khoản do điện lực cung cấp

- Không tính được hiệu suất tiêu hao năng lượng trên đơn vị sản phẩm (các đợi chỉ tính tổng doanh thu của tháng và tổng tiền điện phải thanh toán trong tháng chứ chưa biết mỗi thiết bị tiêu hao như thế nào)

- Không biết được hiệu suất chuyển đổi năng lượng của các thiết bị phụ trợ (Máy nén khí, Lò hơi, máy làm lạnh nước…)

- Không đưa ra cảnh báo kịp thời khi có các sự cố khẩn cấp gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động sản xuất cũng như hiệu quả sử dụng năng lượng

- Không giám sát được tình trạng hoạt động của hệ thống tụ bù, dẫn đến nhà máy sản xuất bị thiếu bù và phải nhận công suất phản kháng từ lưới điện và mức phạt tiền công suất phản kháng khi thanh toán tiền điện hàng tháng cũng khá cao;

Đề tài này xây dựng để giúp đáp ứng các yêu cầu và giải quyết những thách thức đối với khách hàng và dự đoán nhu cầu sử dụng năng lượng, cho phép nhà máy vận hành và sử dụng năng lượng tối ưu, tiết kiểm và hiệu quả

1.5 Kết luận:

Chương 1 đã nêu lên được sự khó khăn của Ngành điện trong cung ứng điện phục vụ phát triển nền kinh tế và góp phần đảm bảo an ninh chính trị của cả nước trong giai đoạn hiện nay và những năm tiếp theo Ngoài ra thì cũng đã chỉ ra được thực thực trạng quản lý và sử dụng năng lượng điện của các doanh nghiệp trong sản xuất

DUT.LRCC

CHƯƠNG II THIẾT KẾ THIẾT BỊ THU THẬP DỮ LIỆU NĂNG LƯỢNG

VÀ GIÁM SÁT TRẠNG THÁI HOẠT ĐỘNG

Trong bối cảnh kinh tế - xã hội phát triển như hiện nay, nhu cầu sử dụng điện trên cả nước ngày càng tăng cao, đặc biệt trong mùa nắng nóng, các nhà máy điện trên

cả nước phải chạy hết công suất và lượng điện truyền tải liên tục ở mức đỉnh của hệ thống lưới điện Cùng với tình trạng đồ thị phụ tải không đồng đều, phụ tải giờ cao điểm và thấp điểm chênh lệch nhau khá cao Vì vậy để đảm bảo đủ điện sản xuất, sinh hoạt cho nhân dân, hàng năm ngành Điện phải bỏ ra một lượng kinh phí rất lớn để xây dựng các nguồn điện nhằm đáp ứng nhu cầu phụ tải vào giờ cao điểm, nhưng trong giờ thấp điểm thì các nguồn điện này không phát huy hiệu quả, gây lãng phí đầu tư Bên cạnh đó việc làm thế nào để doanh nghiệp giám sát được tình hình sử dụng năng lượng điện trong sản xuất bảo đảm tiết kiệm điện và hiệu quả kinh tế là vấn hết sức quan trọng

Hiện nay đa phần tại các doanh nghiệp chưa chú trọng việc nâng cao chất lượng điện năng và quản lý năng lượng hiệu quả, tiết kiệm do phương án thiết kế nhà máy ban đầu sử dụng công nghệ lạc hậu, việc quản lý điện năng chưa được đầu tư thỏa đáng nên các thiết bị giám sát chất lượng điện năng không có module thu thập dữ liệu năng lượng gửi về phần mềm Scada nhà máy Việc thay thế toàn bộ các thiết bị giám sát chất lượng điện năng thế hệ cũ này là rất tốn kém và cần thiết kế đồng bộ

Các nhà máy sản xuất phụ tải chủ yếu là động cơ điện, đây là loại phụ tải cần phải có hệ thống tủ tụ bù công suất phản kháng để đảm bảo trong quá trình vận hành Khi hệ thống đóng cắt nhóm phụ tải này hoạt động thường sinh ra các loại sóng hài bậc cao, chính sóng hài này đã gây hỏng contactor đóng cắt cho tụ bù dẫn đến các tủ tụ

bù hoạt động không hiệu quả Trong nhiều trường hợp người vận hành không phát hiện kịp thời tình trạng hỏng hóc của tụ bù sẽ dẫn đến nhà máy vận hành hiệu xuất không cao, sử dụng năng lượng điện kém hiệu quả và tăng chi phí sản xuất

Hơn nữa hiện tại nhà máy chế biến gỗ Thiên Tâm cũng chưa đầu tư hệ thống SCADA nhà máy nên việc theo dõi các thông số vận hành chưa được quan tâm và cảnh báo tình trạng vận hành của các thiết bị kịp thời

Từ những khó khăn, thách thức trên, thì đề tài này sẽ đề xuất, nghiên cứu, thiết

kế và chế tạo thiết bị giúp cho doanh nghiệp giám sát sử dụng năng lượng trong sản xuất, phù hợp với hạ tầng thiết bị hiện có mà không ảnh hưởng nhiều đến hoạt động sản xuất kinh doanh của doanh nghiệp và cũng vừa đáp ứng được nhu cầu quản lý phụ tải cho lưới điện phân phối đối với ngành điện hiện nay

DUT.LRCC

Đề tài hướng đến mục tiêu thiết kế, xây dựng hệ thống giám sát thông số năng lượng, giám sát trạng thái vận hành tụ bù của nhà máy thông qua việc thu thập số liệu

từ bộ điều điều khiển tủ tụ bù chính của và hướng đến hỗ trợ điều tiết phụ tải từ xa phục vụ cho chương trình quản lý nhu cầu điện của Ngành điện như sau:

- Nghiên cứu và chế tạo thiết bị hỗ trợ điều tiết phụ tải công nghiệp kết hợp phần mềm mã nguồn mở Rapid Scada

- Thiết bị tích hợp phần giám sát trạng thái làm việc của hệ thống contactor so sánh với tín hiệu từ Relay điều khiển tụ bù

- Sử dụng phần mềm mã nguồn mở Scada, lập trình để thu thập số liệu phục vụ

để khách hàng theo dõi được tình hình sử dụng năng lượng

- Triển khai lắp đặt thử nghiệm cho nhà mày chế biến gỗ Thiên Tâm, tại xã Thăng Hưng, huyện Chư Prông, tỉnh Gia Lai

- Phân tích đáng giá độ tin cậy của thiết bị giám sát sau khi lắp đặt vận hành trực tiếp tại nhà máy chế biến gỗ Thiên Tâm

2.1 Thiết kế phần cứng:

Ngày nay thuật ngữ kiểm toán năng lượng đang trở thành một lĩnh vực được quan tâm trên mọi phương diện xã hội và đời sống Đối với doanh nghiệp kiểm toán năng lượng là hoạt động nhằm đánh giá thực trạng hoạt động của hệ thống tiêu thụ năng lượng tại doanh nghiệp Từ đó xác định những khu vực sử dụng năng lượng lãng phí để đưa ra các giải pháp nhằm sử dụng năng lượng hiệu quả Bên cạnh đó việc giám sát tình hình hoạt động của hệ thống contactor cũng cần được quan tâm, vì nếu không phát hiện kịp thời khi contactor không đóng hoặc không cắt đều ảnh hưởng đến tình hình vận hành của thiết bị, bị phạt tiền công suất phản kháng (nhà máy Thiện Tâm có

Module

Cloud

Hình 2.1 Đề xuất giải pháp IoT công nghiệp quản lý năng lượng

DUT.LRCC

tháng phải trả tiền công suất phản kháng rất nhiều, chiếm hơn 40% trong tổng chi phí phải trả đối với việc xử dụng năng lượng điện)

Từ đó ta thấy cần phải xây dựng mô hình giám sát trực tiếp điện năng tiêu thụ giúp cho các doanh nghiệp và các đơn vị sản xuất thấy rõ tiềm năng tiết kiệm điện năng [7] Trong đề tài này tập trung thiết kế phần thiết bị thu thập số liệu và giám sát trạng thái hoạt động của tụ bù

Từ sơ đồ trên ta thấy hình 2.1 để lấy được các thông số đo đếm năng lượng ta cần truy xuất giá trị từ bộ điểu khiển tủ tụ bù (dòng điện, điện áp, cosφ…), sử dụng giao thức truyền thông để chuyển dữ liệu về module giám sát, ngoài ra để giám sát trạng thái đóng cắt của tất cả các contactor tụ bù cần thiết kế module ghi nhận trạng thái vận hành Sau khi thu thập được dữ liệu từ bộ điều khiển tụ bù và trạng thái của contactor thì module thực hiện nhiệm vụ truyền dữ liệu này lên đám mây thông qua thiết bị 3G Tại máy chủ cài đặt phần mềm SCADA sẽ kết nối truyền thông với đám mây thu thập các số liệu năng lượng, thực hiện lưu trữ dữ liệu này và thông qua màn hình chúng ta

sẽ kiểm tra được số liệu vận hành và trạng thái đóng cắt của contactor tụ bù Ngoài ra

để cảnh báo thêm cho doanh nghiệp biết lượng điện năng tác dụng và điện năng phản kháng đã dùng để cảnh báo kịp thời, điều này sẽ giải quyết được vấn đề khó khăn trong việc giám sát sử dụng công suất phản kháng (không bị phạt tiền công suất phản kháng) Để thực hiện việc này ta cần tính toán lựa chọn các trang thiết bị phù hợp cho

hệ thống thu thập và giám sát thông số vận hành, cụ thể như sau:

2.1.1 Chọn bộ điều khiển tụ bù phù hợp cho hệ thống trên:

Để nâng cao hệ số công suất của phụ tải công nghiệp, giải pháp mà thực tế sử dụng nhiều đó là lắp đặt tụ bù và sử dụng relay điều khiển được đặt sẵn giá trị [8] Trên thực tế hiện hiện nay sử dụng rất chủng lại relay cho bộ điều khiển tụ bù, mỗi loại có một đặc điểm riêng mà người dùng cần tính toán và lựa chọn chủng cho phù hợp với nhu cần lắp đặt Một số relay tụ bù thường gặp hiện nay như:

2.1.1.1/ Bộ điều khiển tụ bù SK:

DUT.LRCC

Khi được cấp điện, bộ điều khiển sẽ hoạt động ở chế độ tự động Màn hình sẽ hiển thị trị số cosφ của phụ tải hoặc hiển thị LoC nếu đang không tải Khi hoạt động bộ điều khiển sẽ so sánh trị số cosφ của phụ tải với các giá trị ngưỡng đóng và ngưỡng cắt được lập trình sẵn để tiến hành đóng/cắt tụ bù Đèn Delaying sẽ nhấp nháy khi bộ điều khiển đang tiến hành đóng/cắt tụ bù theo thời gian trễ đóng/cắt đã được lập trình Các cấp tụ bù được đóng/cắt theo thứ tự xoay vòng Có thể chuyển sang chế độ đóng cắt bằng tay (để thử contactor, tụ bù…) bằng cách nhấn nút [Mode/Prog.] khoảng 0,5 giây Đèn Manual sẽ sáng Lúc này có thể đóng / cắt tụ bù bằng cách nhấn nút [ _ ] / [ _ ] và trở về chế độ tự động bằng cách nhấn nút [Mode/Prog] khoảng 0,5 giây

Các thông số kỹ thuật:

+ Điện áp hoạt động : AC220V +-15%, 50/60Hz

+ Công suất tiêu thụ : 5VA

+ Quy cách cầu chì đề nghị : 250V, 2A, có thời gian trễ

2.1.1.2/ Bộ điều khiển tụ bù ATS _ dùng LOGO 230RC Siemens:

Bộ lập trình LOGO 230RC Siemens cung cấp các giải pháp cho kỹ thuật lắp đặc, giảm thiểu tối đa các yêu cầu về không gian trong các tủ điều khiển, đơn giản hóa hệ thống dây và bố trí bảng điều khiển LOGO 230RC được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực như: hệ thống chiếu sáng bậc thang, chiếu sáng ngoài trời, cửa cuốn, hệ thống điều

khiển cửa, hệ thống điều hòa không khí, hoặc máy bơm nước Bên cạnh đó, LOGO

Hình 2.3 Bộ điều khiển tụ bù LOGO 230RC Siemens

DUT.LRCC

230RC cũng có thể làm việc được trong các hệ thống điều khiển đặc biệt như: nhà kính bằng cách kết nối một mô-đun truyền thông khác để kiểm soát máy móc

Thông số kỹ thuật logo 230rc

+ Tín hiệu ngõ vào : 115-230VAC

+ Có khả năng nối thêm Module : có

+ Khả năng kết nối Module Analog: Có

+ Ngõ vào tín hiệu : 8 ngõ

+ Ngõ ra điều khiển kiểu relay : 4 ngõ

+ Kích thước lắp tủ điện : 72x90x55mm

2.1.1.3/ Bộ điều khiển tụ bù Ducati Rego R8

Bộ điều khiển công suất phản kháng DUCATI được thiết kế để kiểm soát các ngân hàng tụ điện nhằm bù công suất phản kháng Nó hoạt động trên cơ sở công nghệ

vi xử lý, cung cấp các phép đo hệ số công suất chính xác, đáng tin cậy Hệ số công suất được kiểm soát bằng cách chuyển đổi các tụ điện theo yêu cầu công suất phản kháng của tải Bộ điều khiển có cả chế độ vận hành tự động và bằng tay, tích hợp cổng RS485 để giao tiếp với thiết bị khác

Thông số kỹ thuật:

+ Size / kích thước : 144x144mm; khoét lỗ 139x139mm

+ Sử dụng bộ vi xử lý điều khiển đóng ngắt tự động thông minh

+ Số cấp : 6

+ Điện áp nuôi : 220V

+ Hiển thị màn hình

+ Theo dõi được: Điện áp hệ thống, công suất phản kháng, cosφ

Hình 2.4 Bộ điều khiển tụ bù DUCATI REGO R8

DUT.LRCC

+ Kết nối truyền thông: tích hợp công RS485

Loại SK Logo 230RC Ducati R8

Bảng 2.1 So sánh thông số các bộ điều khiển tụ bù thông dụng

Như vậy, qua các loại bộ điều khiển tụ bù trên ta thấy bộ tụ bù DUCATI REGO R8 là phù hợp với mô hình thiết kế của mình (do Rego có tính hợp cổng truyền thông), đáp ứng được các nhu cầu của đề tài đề ra Do đó tôi quyết định chọn bộ điều khiển tụ

bù Rego R8 của hảng DUCATI làm thiết bị điều khiển hệ thống tụ bù Như vậy đối với thực trạng của nhà máy Thiên Tâm hiện đang sử dụng bộ điều khiển tụ bù loại SK

sẽ không đáp ứng được yêu cầu nên sẽ tư vấn doanh nghiệp thay thế sang loại tụ bù phù hợp với yêu cầu của thiết kế

Đối với bộ tụ bù REGO R8 ta sử dụng cổng truyền thông RS485 để chiết xuất các số liệu đo được và để nhận được các thông số từ bộ điều khiển R8, ta cần gửi 1 bảng tin Modbus RTU từ master có khung như sau:

DUT.LRCC

Read request (master)

Addr Func Data Start

register H

Data Start register L

Data # of Regs H

Data # of Regs L CRC CRC

Khung truyền bản tin từ master

Trong ví dụ trên, Master gửi ―read function‖ Func = 03 tới Slave với địa chỉ Addr = 1Fh, bắt đầu từ địa chỉ thanh ghi cơ sở Data start register = 0011h cho Data Regs = 08h thanh ghi liên tục Vì vậy lệnh đọc tất cả các thanh ghi từ địa chỉ 0011h

đến 0018h CRC=17B7h để đóng luồng dữ liệu (lưu ý: địa chỉ vật lý luôn được lấy từ

địa chỉ đo giảm 1 đơn vị), lúc này DUCATI R8 sẽ phản hồi lại bằng một bản tin như

Data Out Reg 0012L

… Data Out Reg 0018H

Data Out Reg 0018L CRC CRC

Khung tuyền bản tin từ slave

Trong đó:

 Địa chỉ Slave : Addr =1Fh

 Mã hàm yêu cầu : Func = 03

 Số byte dữ liệu : Byte count = 10h

 Byte dữ liệu

 CRC đóng luồng dữ liệu

Cụ thể bằng một ví dụ như sau : Master muốn đọc từ DUCATI R8 với địa chỉ là 03, giá trị dòng điện tương đương 3 pha, có sẵn tại địa chỉ ô nhớ 18 (= 12hex ) Khung giao tiếp của Master tới Slave, với các giá trị thập lục phân, sẽ như sau:

Trong đó :

 Địa chỉ DUCATI R8: 03

 Mã hàm Master yêu cầu : 03

 Vị trí lưu trữ sẽ được đọc và chứa giá trị của dòng điện tương đương ba pha (12H-1H ) : 00 11

 Số lượng thanh ghi bắt đầu từ địa chỉ 11H : 00 02

 CRC : 95 EC

Khung phản hồi Slave tới Master theo các giá trị thập lục phân sẽ như sau:

DUT.LRCC

2.1.2 Bộ điều khiển trung tâm:

Vi mạch là một thuật ngữ đã quá quen thuộc với các kỹ sư công nghệ Đây cũng

là một linh kiện điện tử cốt lõi với nhiều ứng dụng thiết thực Vi mạch có thể được phân làm nhiều loại khác nhau dựa trên các đặc điểm về cấu trúc, chức năng hay mật

độ tích hợp Hiện nay trên thị trường có rất nhiều chủng loại vi điều khiển sử dụng để thiết kế mạch điều khiển ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau trong công nghiệp và đời sống Một số dòng mạch vi điều khiển dùng để lập trình đang có trên hiện trường

hiện nay như:

2.1.2.1 Vi mạch Arduino: Arduino là một bo mạch vi điều khiển được dùng để

lập trình tương tác với các thiết bị ngoại vi như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết

bị khác

Trong những năm qua, Arduino là bộ não của hàng ngàn dự án, từ các vật thể hàng ngày đến các công cụ khoa học phức tạp Arduino được sinh ra tại Viện Thiết kế Tương tác Ivrea như một công cụ dễ dàng để tạo mẫu nhanh Ngay khi tiếp cận cộng đồng rộng hơn, bo mạch Arduino bắt đầu thay đổi để thích ứng với các nhu cầu và thách thức mới, phân biệt ưu đãi của nó từ bo mạch 8 bit đơn giản đến các sản phẩm cho các ứng dụng IoT, có thể đeo, in 3D và môi trường nhúng Tất cả các bo mạch Arduino hoàn toàn là nguồn mở, trao quyền cho người dùng xây dựng chúng một cách độc lập và cuối cùng thích ứng chúng với nhu cầu cụ thể Phần mềm cũng là nguồn mở

và nó đang phát triển thông qua sự đóng góp của người dùng trên toàn thế giới

Hình 2.5 Vi mạch Arduino

DUT.LRCC

Arduino Uno là sử dụng chip Atmega328 Nó có 14 chân digital I/O, 6 chân đầu vào (input) analog, thạch anh dao động 16Mhz

Một số thông số kỹ thuật như sau:

- Điện áp đầu vào (Input) (kiến nghị) : 7-12V

- Điện áp đầu vào (giới hạn) : 6-20V

- Số chân Digital (I/O) : 14 (6 xung điều chế độ xung PWM)

- Số chân Analog (Input) : 6

- DC Current per I/O Pin : 40mA

- DC Current for 3.3V Pin : 50mA

dụng bootloader

Ưu điểm của vi mạch Arduino:

- Môi trường phát triển ứng dụng dể sử dụng

- Tính chất nguồn mở, có thể sử dụng ngay

- Thư viện có sẵn phần mềm Arduino

- Giá thành rất thấp

Nhược điểm của Arduino:

- Có cấu trúc lớn, nên phải sử dụng board mạch lớn để gắn

- Vì phần cứng và phần mềm của Arduino dễ sử dụng nên bạn sẽ không biết những điều cơ bản như giao tiếp nối tiếp, ADC, I2C, vv

2.1.2.2 Board mạch vi điều khiển STM32F411

Vi điều khiển STM32F4 là một bộ xử lí thế hệ mới đưa ra một kiến trúc chuẩn, vi điều khiển hiệu suất cao, mang lại sự cân bằng tốt nhất về mức tiêu thụ năng lượng và hiệu suất xử lý Vi điều khiển, STM32F4 là mục đích đặc biệt hệ thống máy tính được thiết

kế để thực hiện một hoặc một vài chức năng chuyên dụng thường với máy tính thời gian thực các ràng buộc để kiểm soát các quá trình vật lý trong thế giới thực Các yêu cầu trong sự phát triển của vi điều khiển đang ngày càng phát triển trong nhiệm kỳ tính linh hoạt và nhanh nhẹn Vi mạch STM32F4 cho nhu cầu đa dạng về công nghệ Gồm

DUT.LRCC

có 3 phân nhánh chính: dòng A dành cho các ứng dụng cao cấp, dòng R dành cho các ứng dụng thời gian thực như các đầu đọc và dòng M dành cho các ứng dụng vi điều khiển và chi phí thấp

Hình 2.6 Mạch vi điều khiển STM32F411

Một số thông số cơ bản của mạch STM32

 Hiệu năng: lên tới 100Mhz, STM32F411 cung cấp hiệu suất 125DMIPS/339 CoreMark

 Hiệu suất năng lượng: xử lý 90nm, bộ gia tốc ART và thang đo công suất động cho phép mức tiêu thụ hiện tại khi thực thi ở mức thấp

 Tích hợp: STM32F411 có 256-512Kb bộ nhớ Flash và tối đa 128Kb SRAM

 3xUSART chạy với tốc độ lên tới 12.5Mb/s

 5xI2C chạy với tốc độ lên tới 1Mb/s

 1XSDIO chạy với tốc độ lên với 48Mb/s

 1xUSB 2.0 OTG

 2xI2S song công 32bit/19.2Khz

 12 bit ADC 2.4MSPS

 11 timer 16 và 32 bit

Ưu điểm của vi mạch STM32F411

- Sự tinh vi, thoạt nhìn thì các ngoại vi của STM32 cũng giống như những

vi điều khiển khác, như hai bộ chuyển đổi ADC, timer, I2C, USB và RTC Tuy nhiên mỗi ngoại vi trên đều có rất nhiều đặc điểm thú vị như Mỗi bộ định thời

có 4 khối capture compare, mỗi khối định thời có thể liên kết với các khối định thời khác để tạo ra một mảng các định thời tinh vi hơn

- Sự an toàn, STM32 cung cấp một số tính năng phần cứng hỗ trợ các ứng dụng một cách tốt nhất Chúng bao gồm một bộ phát hiện điện áp thấp, một hệ thống bảo vệ xung Clock và hai bộ Watchdogs

DUT.LRCC

- Tính bảo mật, STM32 có thể được khóa để chống truy cập đọc Flash thông qua cổng Debug

Số chân Digital (I/O) 14 (có 6 chân điều chế

2.1.2.3 Mạch chuyển giao tiếp TTL to RS485

Mạch chuyển giao tiếp UART TTL to RS485 V2 được thiết kế để có thể giúp chuyển giao tiếp từ chuẩn giao tiếp UART TTL (vi điều khiển, máy tính nhúng, ) sang chuẩn giao tiếp RS485 và ngược lại

DUT.LRCC

Mạch chuyển giao tiếp UART TTL to RS485 V2 được thiết kế với khả năng chống nhiễu cao, tích hợp các bộ đệm, Cầu chì tự phục hồi, Diod chống nhiễu giúp hệ thống chạy ổn định, an toàn hơn và không làm cháy board điều khiển trung tâm Phần chân giao tiếp RS485 trên mạch có chân Mass, nếu hệ thống có đường đây mass tiếp đất thì có thể sử dụng để nối vào chân Mass này giúp tăng khả năng chống nhiễu và chống sét Mạch hỗ trợ kết nối nhiều điểm RS485 trên đường Bus, mạch được thiết kế

để các điểm có thể nối "nóng" mà không sợ hiện tượng module bị chết khi chưa ngắt đường truyền tổng

Hình 2.7 Mạch chuyển giao tiếp TTL to RS485

Thông số kĩ thuật:

 Điện áp hoạt động 3-5VDC

 Điện áp giao tiếp TTL: 3-5VDC

 Khoảng cách truyền RS485 có thể lên tới 1km

 Có led thông báo trạng thái truyền nhận tín hiệu

2.1.3 Nguồn nuôi hệ thống

Như chúng ta biết, nguồn một chiều là một phần không thể thiếu khi thiết kế mạch điện tử, sửa chữa mạch điện tử, nghiên cứu mạch, vi mạch…ngoài ra nguồn một chiều còn dùng để thay thế tạm thời battery (pin) cho các thiết bị cầm tay, thiết bị di động như điện thoại di động, máy tính xách tay, máy chụp hình và rất rất nhiều các thiết bị cầm tay khác trong quá trình bảo hành, sửa chữa Do vậy nguồn là thiết bị vô cùng quan trọng cho mỗi thiết bị điện tử, nguồn có vai trò quyết định cao đến tuổi thọ của thiết bị điện tử Nếu chọn nguồn nuôi không đảm bảo yêu cầu thì sau một thời gian

sử dụng, nguồn bị yếu, không ổn định nên làm ảnh hưởng đến sự ổn định cũng như tuổi thọ của thiết bị và đôi khi bộ cấp nguồn bị nổ, chập làm cho thiết bị cũng bị cháy theo

Để chọn được bộ Đối với mạch thiết kế trong đề tài này cũng cần một bộ nguồn cung cấp đảm bảo các yêu cầu vận hành trong công nghiệp Vì mạch được lắp đặt ngay

DUT.LRCC

trong tủ điện tụ bù, bị ảnh hưởng rất nhiều yếu tố từ nhà máy nên cần một nguồn nuôi

có khả năng lọc nhiễu tốt Trên thực tế có nhiều chủng loại sau:

2.1.3.2 Nguồn công nghiệp 24V-2.5A MDR-60-24

Là một trong những sản phẩm đáp ứng được đúng nhu cầu cấp điện qua chiều

DC, cung ứng đủ cho mức tiệu thụ điện của các thiết bị có cùng hệ công suất tiêu thụ điện, có điều chỉnh cường độ dòng điện cho đủ với lượng điện tiêu thụ và đạt mức

chuẩn xác cao

Các thông số của nhà sản xuất đưa ra, đạt chuẩn các chuyển đổi tỉ lệ của điện năng cung cấp cho phép dao động với hiệu suất cao từ 100-240VAC mà cường độ chỉ cần có là từ 1.8A, đây là điều sẽ giúp ích thực sự cho những vùng có hệ dao động điện

không ổn định và cường độ dòng điện nơi đó cực thấp

Bộ nguồn hỗ trợ với 3 đầu ra VDC (+V+V-/-V-V) và DC OK Max cho phép 30V-1A, điều này, sẽ giúp người sử dụng, vận hành, điều chỉnh lượng điện tiêu thụ đến mức hợp lý

2.1.3.3 Nguồn công nghiệp Phonix Contact 24VDC-60W

Hình 2.9 Nguồn công nghiệp 24V-2,5A MDR-60-24 - Chính hãng Meanwell DUT.LRCC

Bộ nguồn Uno Phoenix Contact, mã hàng UNO-PS/1AC/24DC/60W, đầu vào 1 pha từ 85 VAC 264 VAC, đầu ra chuẩn 24VDC/ 2,5A - 60W, vỏ nhựa màu xám trắng, gắn được trên thanh DIN rail, kết nối dây dạng vặn vít

Hình 2.10 Nguồn nuôi UNO-PS-1AC-24DC-60W

Thông số kĩ thuật chính:

 Thông số đầu vào

 Dải điệp áp vào : 85VAC - 264VAC

Với những bộ nguồn trên ta thấy bộ nguồn của hãng Phoenix Contact

UNO-PS-1AC-24DC-60W có ưu điểm nổi trội hơn như: Dải đầu vào/ra rộng gồm cả điện áp AC/ DC:

100 – 240VAC/18– 29,5 VDC, cung cấp liên tục công suất đầu ra trong các mạng không ổn định, chịu quá tải gấp 1,5 lần, dùng cho các khu vực khắc nghiệt: Zone 1,2 Chính những điều kiện này sẽ đáp ứng được yêu cầu đưa ra khi lựa chọn cấp nguồn cho mạch thiết kế của đề tài Do đó trong đề tài nghiên cứ này tôi chọn nguồn nuôi UNO-PS-1AC-24DC-60W

2.1.4 Bộ lọc sóng hài [9], [10]

Sóng hài là một dạng nhiễu không mong muốn, ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng lưới điện và các thiết bị Sóng hài được đặc trưng của dao động hoàn toàn trên phổ tần số công nghiệp cơ bản Nguyên nhân gây ra sóng hài là do các phụ tải dạng phi tuyến trong hệ thống điện, trong nhà máy như: các tải công nghiệp như thiết bị điện tử công suất, biến tần, lò hồ quang, máy hàn, bộ khởi động điện tử, tụ bù …

Sóng hài có thể làm cho cáp bị quá nhiệt, phá hỏng cách điện Động cơ cũng có thể bị quá nhiệt hoặc gây tiếng ồn và sự dao động của momen xoắn trên rotor dẫn tới

sự cộng hưởng cơ khí và gây rung Tụ điện quá nhiệt và trong phần lớn các trường hợp

có thể dẫn tới phá huỷ chất điện môi Các thiết bị hiển thị sử dụng điện và đèn chiếu sáng có thể bị chập chờn, các thiết bị bảo vệ có thể ngắt điện, máy tính lỗi, thiết bị đo cho kết quả sai, gây nhiễu ảnh hưởng đến các thiết bị viễn thông, hệ thống tự động hóa như PLC, Role Để đảm bảo nguồn điện cho thết bị thiết kế của đề tài, cần phải lựa chọn bộ lọc sóng hài phù hợp

Hình 2.11 Đồ thị các loại sóng hài cơ bản

DUT.LRCC