Luận văn Nghiên cứu tìm hiểu smart meter và mô phỏng quản lý phụ tải hộ tiêu thụ điện (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu tìm hiểu smart meter và mô phỏng quản lý phụ tải hộ tiêu thụ điện (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯƠNG VĂN NGỌC NGHIÊN CỨU TÌM HIỂU SMART METER VÀ MÔ PHỎNG QUẢN LÝ PHỤ TẢI HỘ TIÊU THỤ ĐIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 S K C0 0 4 8 7 6 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2016
2. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Dương Văn Ngọc Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 08/08/1982 Nơi sinh: Tp. Hồ Chí Minh Quê quán: Tp. Hồ Chí Minh Dân tộc: Kinh Địa chỉ liên lạc: 189 Nguyễn Văn Tạo – Xã Long Thới – Huyện Nhà Bè – Tp. Hồ Chí Minh Điện thoại cơ quan: 08 37800059 Điện thoại di động: 0982045375 Email: ngantram1@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Hệ đào tạo: chính qui Thời gian đào tạo: từ 09/2003 đến 02/2007 Nơi học: Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh Ngành học: Điện Khí Hóa & Cung Cấp Điện III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Từ 08/2007 đến nay TT dạy nghề Nhà Bè Giảng dạy Trang i
3. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của 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. TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016 Dương Văn Ngọc Trang ii
4. CẢM TẠ Trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho chúng tôi được tham gia khóa học này. Xin chân thành cảm ơn quý Thầy / Cô của trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh. Cảm ơn PGS.Ts.Quyền Huy Ánh và PGS.Ts.Trương Việt Anh đã tận tình giảng dạy, tư vấn, tạo điều kiện cho chúng tôi trong suốt thời gian học tập cho đến lúc hoàn thành luận văn. Đặc biệt, tôi xin cảm ơn PGS.Ts. Phan Quốc Dũng đã tận tình hướng dẫn, dành nhiều thời gian để hướng dẫn tôi hoàn thành đề tài tốt nghiệp kịp tiến độ. Cảm ơn các bạn cùng lớp đã đoàn kết và giúp đỡ nhau trong suốt thời gian học tập. Cuối cùng, xin kính chúc Ban Giám Hiệu, quí thầy cô, cán bộ công nhân viên nhà trường dồi dào sức khỏe, đạt nhiều thành tích mới trong công tác. Xin chân thành cảm ơn. Trang iii
5. TÓM TẮT Trong những năm gần đây cùng với sự tăng trưởng về kinh tế của đất nước, nhu cầu về sử dụng năng lượng điện ngày càng nhiều hơn và việc nâng cao chất lượng quản lý cung cấp điện và đặc biệt lợi ích của khách hàng sử dụng điện là tất yếu trong thị trường điện cạnh tranh trong tương lai. Do đó để giải quyết vấn trên ta phải thay đổi phương pháp quản lý bằng cách cải tiến nâng cấp trang thiết bị thông minh trong quản lý việc cung cấp điện và đánh giá mức độ tiêu thụ điện của khách hàng. Việc sử dụng smart meter thay thế các đồng hồ đo điện bằng cơ sẽ góp phần nâng cao chất lượng quản lý cung cấp điện cho hộ tiêu thụ, dựa vào smart meter khách hàng và nhà quản lý cung cấp cung có thể trao đổi thông tin qua lại với nhau từ đó cả hai bên có thể phối hợp với nhau và đưa ra lịch trình sử dụng năng lượng hợp lý Đề tài “ Nghiên cứu tìm hiểu smart meter và mô phỏng quản lý phụ tải hộ tiêu thụ” được thực hiện với mục tiêu nghiên cứu các tính năng đo thông minh của smart meter để lấy lịch trình tiệu thụ năng lượng của khách, bằng cách lập mô hình mô phỏng tính toán dựa trên phần mềm matlab nhằm tìm ra lịch trình tiêu thụ năng lượng tối ưu cho khách hàng. Nội dung chính của đề tài có thể được tóm tắt như sau: Trình bày tính năng của smart meter và giới thiệu loại công tơ thông minh trong mạng lưới cung cấp điện nước ta đang sử dụng hiện nay. Tìm hiểu mô hình giá cả năng lượng từ đó xây dựng hàm tính tổng chí phí tiêu thụ năng lượng của nhóm hô tiêu thụ điện trong ngày. Đưa ra thuật toán phân phối bằng việc trao đổi thông tin giữa hô tiêu thụ và nhà quản lý thông qua smart meter và tìm ra lịch trình tiêu thụ năng lượng tối ưu cho hộ tiêu thụ để chí phí tính tiền điện của khách hàng là thấp nhất. Từ những kết quả đạt được, người thực hiện đề tài tin rằng sẽ giúp ích cho việc mở rộng phương pháp đầu tư phù hợp với các điều kiện về kinh tế - kỹ thuật để nâng cao hiệu quả quản cung cấp điện và lợi ích của khách hàng dùng điện. Trang iv
6. ABSTRACT It is certainly true that the growth of economy in our country in recent years has led to the increasing in electricity usage. The issue of improving quality in managing electricity provided is seriously concerned, especially the electric market in the coming years will be surely competitive to clients. In order to solve the disturbing problem, we must alter method of management by enhancing / upgrading smart devices which are served for operating electric provision and evaluating how much this power source is consumed per household. The usage of smart meter instead of ordinary electric meter that runs mechanically contribute to promote the management of electricity provision for consumers. Smart meter supports clients and providers to transmit their data so that both of them can suggest the most reasonable schedule of efficient power consumption The subject “Research of smart meter and simulating the management of additional charge for household” is conducted and aims to study on device features of measuring smartly. In other words, this machine is on experiment of gaining statistics of power usage, then simulating and computing to find out an optimal solution to use the energy for customers. Some main points of the topic are listed as followings: Features of smart meter and types of smart meters in our country in the present Model of energy price and function for sum of expenditures in power consumption per household per day Allocation algorithm via transmitting between consumer and provider by smart meter and result way of optimal electric usage so as to minimize customer’s electricity expense Together with gaining results, achiever expects this will be helpful to better investment suitable for conditions of economy and technique. Since then, efficiency in Trang v
7. operating electric provision will be developed along with benefit of customers consuming the power source. Trang vi
8. MỤC LỤC LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Trang i LỜI CAM ĐOAN Trang ii CẢM TẠ Trang iii TÓM TẮT Trang iv MỤC LỤC Trang vii DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU Trang x DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang xii DANH SÁCH CÁC BẢNG Trang xiii CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1 1.1 Đặt vấn đề .1 1.2 Tình hình nghiên cứu và tính cấp thiết 1 1.2.1 Nghiên cứu smart meter hiện nay trên thế giới 1 1.2.2 Nghiên cứu smart meter hiện nay tại Việt Nam 2 1.3 Nhiệm vụ và mục tiêu của đề tài 3 1.4 Phạm vi nghiên cứu . 3 1.5 Phương pháp nghiên cứu 4 1.6 Kết quả dự kiến và giá trị thực tiễn . 4 1.7 Nội dung đề tài . 4 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU SMART METER VÀ MÔ PHỎNG QUẢN LÝ PHỤ TẢI . 5 2.1. Giới thiệu smart meter . 5 Trang vii
9. 2.2. Giới thiệu một số công tơ thông minh(smart meter) nước ta đang sử dụng . 6 2.2.1. Công tơ điện xoay chiều 1 pha kiểu VSE11 6 2.2.1.1 Tổng quan 6 2.2.1.2. Thông số kỹ thuật 7 2.2.1.3 Bảo mật công tơ . 8 2.1.4. Mô tả và lắp ráp . 8 2.2.1.5. Mô tả tính năng 15 2.2.2. Công tơ điện xoay chiều 3 pha . . .16 2.3. Đọc dữ liệu từ xa . 17 2.4. Mô phỏng quản lý phụ tải . 25 2.4.1. Giới thiệu mô hình quản lý hộ tiêu thụ điện 25 2.4.2. Kết quả mô phỏng 31 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ TOÁN HỌC 36 3.1. Ma trận . 36 3.1.1. Định nghĩa ma trận 36 3.1.2. Các ma trận đặc biệt 36 3.1.3. Phép toán ma trận 37 3.1.4. Một số tính chất của phép ma trận 37 3.2. Dạng toàn phương 38 3.3. Hàm toàn phương và hàm lồi 39 3.4. Phương pháp hướng giảm 41 3.5. Phương pháp gradient (phương pháp hướng giảm) 43 3.6. Hàm lagrangian 44 CHƯƠNG 4: CHI PHÍ ĐIỆN NĂNG TIÊU THỤ 46 4.1. Mô hình mạng lưới khu nhà ở 46 Trang viii
10. 4.2. Hàm giá cả năng lượng 47 4.2.1. Mô tả nhu cầu tải 47 4.2.2. Mô hình giá cả năng lượng 49 4.2.3. Bài toán tối ưu giá cả năng lượng 50 4.2.4. Phân phối lịch trình năng lượng cục bộ 52 4.3. Mô phỏng 55 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 63 5.1. Kết luận 63 5.2. Kiến nghị 64 Trang ix
11. DANH SÁCH KÝ HIỆU Tải i (essential appliances): Thiết bị đèn, quạt, tivi, bếp điện từ In : Tổng số thiết bị i Tải s (shiftable appliances): Máy giặt, máy sấy, rửa chén . Sn : Tổng số thiết bị s Tải r (throttleable appliances): Máy lạnh, điều hòa Rn : Tổng số thiết bị r M : Tổng số lượng thiết bị của khách hàng thứ n N : Tổng số lượng hộ gia đình t : Thời gian bất kỳ trong ngày(giờ) n: Thứ tự khách hàng (hộ gia đình) e : Véc tơ lịch trình tiêu thụ năng lượng toàn cục(tổng n hộ) en : Véc tơ lịch trình tiêu thụ năng lượng cục bộ (hộ riêng) t t t eni, , ens, , enr, : Là năng lượng tiêu thụ ứng với tải i, s, r trong khoảng thời gian t của nhà thứ n, đơn vị kwh E (kw): Năng lượng tiêu thụ trung bình mỗi giờ nhóm hộ. En (kw): Năng lượng tiêu thụ trung bình hộ thứ n. Lnt, (kwh): Năng lượng tiêu thụ của khác hàng (hộ) thứ n trong thời gian t Lt : Tổng năng lượng tiêu thụ của tất cả khách hàng trong khoảng thời gian t. Lp (kwh): Năng lượng tiêu thụ lớn nhất La (kwh): Năng lượng tiêu thụ trung bình Trang x
12.  par : Hệ số trung bình của tải Tm a x (h): Thời gian năng lượng tiêu thụ lớn nhất RL()t : Chi phí theo mức tiêu thụ năng lượng. at : Hệ số chi phí phân phối, cung cấp điện bt : Hệ số chi phí vận hành ct : Hệ số chi phí bảo dưỡng I : Ma trận đơn vị A : Ma trận A' : Ma trận chuyển vị  : Lịch trình ngẫu nhiên ban đầu Max: Giá trị lớn nhất Min: giá trị nhỏ nhất Inf: Cận biên dưới h: giờ DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang xi
13. HÌNH TRANG Hình 2.1: Công tơ điện xoay chiều kiểu điện tử 1 pha – VSE1T 8 Hình 2.2: Sơ đồ nối dây công tơ. 14 Hình 2.3 : Công tơ 3 pha VSE3T 17 Hình 2.4 : Modul PLC 18 Hình 2.5: Modul GPRS 19 Hình 2.6 : Bộ tập trung 21 Hình 2.7 : Đọc dữ liệu qua bộ tập trung 23 Hình 2.8: Truyền đọc dữ liệu bằng giải pháp công nghệ PLC 23 Hình 2.9: Truyền đọc dữ liệu bằng giải pháp RF-HANDHELD. 24 Hình 2.10: Truyền đọc dữ liệu bằng giải pháp GPRS 24 Hình 2.11: Đồ thị biểu diễn công suất hộ tiêu thụ điện ho01 32 Hình 2.12: Đồ thị biểu diễn công suất hộ tiêu thụ điện ho02 32 Hình 2.13: Đồ thị biểu diễn công suất hộ tiêu thụ điện ho03 33 Hình 2.14: Đồ thị biểu diễn công suất hộ tiêu thụ điện ho04 33 Hình 2.15: Đồ thị biểu diễn công suất hộ tiêu thụ điện ho05 34 Hình 2.16: Đồ thị biểu diễn tổng công suất hộ tiêu thụ điện tổng 5 hộ 34 Hình 4.1: Mạng lưới nhà thông minh 46 Hình 4.2: Trao đổi thông tin nhà quản lý và hộ tiêu thụ 54 Hình 4.3:Năng lượng tiêu thụ điện ngẫu nhiên và lịch trình của thuật toán 57 Hình 4.4: Phân phối lại lịch trình năng lượng tiêu thụ hộ 1 58 Hình 4.5: Năng lượng ngẫu nhiên và phân bố lại ứng với chi phí tiêu thụ hộ 1 59 Hình 4.6: Năng lương tiêu thụ ngẫu nhiên và lịch trình thuật toán hộ 2 60 Hình 4.7: Năng lượng phân bố lại hộ 2 61 Hình 4.8: Năng lượng ngẫu nhiên và phân bố lại ứng với chi phí tiêu thụ hộ 2 62 DANH SÁCH CÁC BẢNG Trang xii
14. BẢNG TRANG Bảng 2.1: Chủng loại và hằng số công tơ 7 Bảng 2.2: Thông số điện VSE11 7 Bảng 2.3: Mô tả hiển thị trên công tơ 13 Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật PLC 18 Bảng 2.5 : Thông số modul GPRS 19 Bảng 2.6: Thông số kỹ thuật modul RF 20 Bảng 2.7: Thông số của bộ tập trung 21 Bảng 2.8: Thông số tiêu thụ điện hộ 01 25 Bảng 2.9: Thông số tiêu thụ điện hộ 02 26 Bảng 2.10: Thông số tiêu thụ điện hộ 03 28 Bảng 2.11: Thông số tiêu thụ điện hộ 04 28 Bảng 2.12: Thông số tiêu thụ điện hộ 05 30 Bảng 4.1: Bảng năng lượng tiêu thụ ngẫu nhiên của khách hàng hộ 1 56 Bảng 4.2: Bảng phân bố lại năng lượng tiêu thụ của khách hàng hộ 1 57 Bảng 4.3: Bảng năng lượng tiêu thụ ngẫu nhiên của khách hàng hộ 2 59 Bảng 4.4: Bảng phân bố lại năng lượng tiêu thụ của khách hàng hộ 2 61 Trang xiii
15. Luận văn GVHD: PGS.TS. Phan Quốc Dũng Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. Đặt vấn đề Trong những năm gần đây cùng với sự tăng trưởng về kinh tế của đất nước, và nhu cầu về sử dụng năng lượng điện cũng tăng rất đáng kể trong khi đó cách quản lý phụ tải và đánh giá chất lượng điện của hộ tiêu thụ còn hạn chế như việc đo điện ở các hộ tiêu thụ điện vẫn còn tình trạng thủ công, các đồng hồ đo điện cũ không đánh giá được thời gian sử dụng điện thực và thông tin chính xác về việc tiêu thụ điện của khách hàng, không có khả năng tự động gủi số liệu đến công ty cấp điện. Trước hoàn cảnh đó, các nhà quản lý cung cấp điện luôn không ngừng nâng cao hiệu quả quản lý bằng cách sử dụng các đồng hồ đo điện hiện đại và thông minh vào trong việc quản lý và ghi nhận các thông số sử dụng điện của từng hộ tiêu thụ. Do vậy, đề tài này chọn việc nghiên cứu và tìm hiểu smart meter trong quản lý hộ tiêu thụ điện. Vì smart meter là một đồng hồ đo điện thông minh. Nó khắc phục những hạn chế của các đồng hồ đo điện củ và tương lai loại đồng hồ thông minh này sẽ được sử dụng rộng rãi trong việc kiểm tra và đo lượng điện trong hộ tiêu thụ từ xa và sẽ gần như chấm dứt thời của các hóa đơn ước tính. 1.2. Tình hình nghiên cứu và tính cấp thiết 1.2.1 Nghiên cứu smart meter hiện nay trên thế giới - Hiện tại thế giới đã áp dụng smart meter trong quản lý lưới điện theo khu vực hộ tiêu thụ và trở thành một phần tử quan trọng không thể thiếu trong hệ thống lưới điện thông minh trên thế giới tham khảo tài liệu [7]. Trong thị trường điện cạnh tranh việc các công ty sử dụng smart meter trong quản lý cung cấp điện sẽ tranh thủ được sự tín nhiệm cao của khác hàng bởi những lợi ích thiết thực của các đồng hồ đo điện thông minh mang lại cho cả hai bên. - Trong lưới điện thông minh các smart meter của khách hàng với công ty quản lý điện có thể trao đổi thông tin qua lại với nhau thông qua mạng LAN bằng cách sử HVTH: Dương Văn Ngọc Trang 1
16. Luận văn GVHD: PGS.TS. Phan Quốc Dũng dụng giao thức truyền thông, khách hàng có thể biết được lượng điện sử dụng trong ngày của mình bằng cách vào trang web của nhà quản lý nếu hộ có kết nối internet. - Để đáp ứng nhu cầu quản lý tự động thu thập chỉ số công tơ, giám sát chế độ sử dụng điện của khách hàng, trên thế giới hiện nay sử dụng phương pháp truyền dữ liệu là truyền qua sóng vô tuyến (không dây) và truyền trên đường dây chúng ta có thể xem tham khảo ở tài liệu tham khảo [1]. - Trong thị trường điện cạnh tranh thì mức gía cả tiêu thụ điện được cung cấp bởi các công ty bán điện khác nhau tại từng thời điểm trong ngày từ đó đưa ra mô hình giá cả theo mức năng lượng tiệu thụ từng thời điểm trong ngày và vấn đề này có thể tham khảo tài liệu [8]. 1.2.2 Nghiên cứu smart meter hiện nay tại Việt Nam - Vẫn dần dần thay thế các đồng hồ cơ bằng các đồng hồ đo điện tử như loại công tơ điện tử VSE1T hoặc VSE3T tham khảo tài liệu [4] và [5]. Các loại đồng hồ nay do công ty Vinasino cung cấp cho ngành điện lực Việt Nam và hướng tới đo điện thông minh nhưng do giá thành còn mắc nên vẫn chưa được dùng rộng rãi và việc nghiên cứu, áp dụng đồng hộ đo điện thông minh vào trong quản lý hộ tiêu thu điện theo nhóm, theo khu vực vẫn chưa được thực hiện rộng rãi và lợi ích của việc áp dụng smart meter trong quản lý hộ tiêu thụ điện vẫn chưa được khai thác nhiều. Do đó việc nghiên cứu những ưu điểm của đồng hồ đo điện thông minh là cần thiết để từ đó dần dần áp dụng đại trà trong quản lý cung cấp điện tốt hơn và lợi ích về kinh tế hơn. - Việc cung cấp điện trong nước đến với người sử dụng điện chỉ có một công ty cấp điện duy nhất là tập đoàn điện lực Việt Nam cung cấp nên không có tính cạnh trạnh trong cung cấp và phân phối. Trong khi đó gía cả bán điện trong nước ở mức cố định không đổi trong ngày và do công ty điện quy định, khung giá bán điện ở nước ta được quy định trong tài liệu tham khảo [2],[3]. Xuất phát từ thực tế như trên đề tài: “Nghiên cứu tìm hiểu smart meter và mô phỏng quản lý phụ tải hộ tiêu thụ điện” nhầm đi nghiên cứu, tìm hiểu về việc ghi nhận mức tiêu thụ điện điện năng của khách hàng ở từng thời điểm trong ngày và các thông số tính năng khác của smart meter, từ đó xây dựng hàm tổng chi phí tiền HVTH: Dương Văn Ngọc Trang 2
17. Luận văn GVHD: PGS.TS. Phan Quốc Dũng điện phải trả của tất cả các khách hàng theo mức tiêu thụ năng lượng trong ngày và giá cả khác nhau từng thời điểm trong ngày để chi phí tiền điện phải trả là ít nhất bằng cách thay đổi lịch trình tiêu thụ điện của các thiết bị trong nhà ở mỗi khách hàng. Bằng cách mô phỏng bằng phần mềm matlab, với kết quả đạt được tin rằng sẽ cung cấp cho công cụ tính toán và mô phỏng có ích trong việc quản lý tốt hộ tiêu thụ điện bằng smart meter trong tương lai của nước ta. 1.3. Nhiệm vụ và mục tiêu của đề tài Mục tiêu của đề tài sử dụng smart meter để quản lý hộ tiêu thụ điện dễ dàng, giúp cho hộ gia đình biết được việc sử dụng điện của mình ở vào thời điểm bất kỳ trong ngày, giúp cho các công ty điện lực quản lý tốt trong việc cung cấp điện. Trong thị trường điện cạnh tranh tương lai thì việc sử dụng smart meter trong quản lý hộ tiêu thụ là không thể thiếu và đặc biệt là trong lưới điện thông minh. Dựa vào phần đặt vấn đề nêu trên, nhiệm vụ trọng tâm của đề tài là nghiên cứu và tìm hiểu về các vấn đề sau: - Tìm hiểu ưu điểm của smart meter trong lưới điện. - Phương pháp ghi nhận thu thập dữ liệu thông số của smart meter. - Khảo sát mô phỏng đồ thị phụ tải hộ tiêu thụ. - Xây dựng hàm tổng chi phí của nhóm hộ tiêu thụ điện trong ngày theo năng lượng tiêu thụ của hộ tiêu thụ điện từng thời điểm từ việc thu thập dữ liệu trực tiếp từ các smart meter. Từ đó đưa ra thuật toán cho lịch trình tiêu thụ năng lượng tiêu thụ đến cho từng hộ khách hàng riêng để giảm chi phí tiêu thụ điện của khách hàng. 1.4. Phạm vi nghiên cứu - Tìm hiểu về smart meter đang được sử dụng trong nước. - Mô phỏng smart meter trong quản lý điện năng sử dụng của hộ tiêu thụ điện. - Tìm hiểu các thiết bị điện sử dụng trong hộ gia đình để thuận tiện trong việc điều chỉnh lại lịch trình tiêu thụ điện của khác hàng. - Tìm hiểu các mô hình giá cả từ đó xây dựng hàm chi phí tính toán tiền điện phải trả của hộ tiêu thụ điện là thấp nhất. HVTH: Dương Văn Ngọc Trang 3
18. Luận văn GVHD: PGS.TS. Phan Quốc Dũng - Các phương pháp tính toán của bài toán. - Nhận xét và kết luận. Giới hạn đề tài. Đề tài chỉ quan tâm đến: Tìm hiểu về smart meter thu thập thông tin kiểm tra năng lượng tiêu thụ điện từ xa của hộ gia đình trong ngày. Xác định thời gian tiêu thụ công suất lớn nhất và nhỏ nhất để từ đó công ty cung cấp điện tính toán chi phí tiêu thụ năng lượng của hộ tiêu thụ và gửi lịch trình tiêu thụ năng lượng đến hộ tiêu thụ, hộ tiêu thụ sẽ tự điều chỉnh lại việc sử dụng thiết bị điện trong nhà theo lịch trình trên sao cho việc trả tiền điện của hộ tiêu thụ là thấp nhất. 1.5. Phương pháp nghiên cứu Thu thập tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu, từ các bài báo của nước ngoài. Nghiên cứu và tìm hiểu về smart meter đang được sử dụng trong nước như cách đo và ghi nhận các thông số điện, và thời gian tiêu thụ điện trong ngày và việc cài đặt các biểu giá về tiền điện tại từng thời điểm của nhà cung cấp và phân phối điện. Do smart meter vẫn chưa sử dụng rộng rãi ở nước ta nên người thực hiện luận văn lấy các thông số từ các đồng hồ đo thông minh đơn lẻ để khảo sát trên mô hình toán, mô phỏng bằng phần mềm từ đó phân tích các kết quả nhận được và các kiến nghị. Đánh giá tổng quát toàn bộ bản đề tài. Đề nghị hướng phát triển của đề tài. 1.6. Kết quả dự kiến và giá trị thực tiễn Phân tích được ưu khuyết điểm về kinh tế - kỹ thuật của việc ứng dụng smart meter trong quản lý hộ tiêu thụ điện. Với kết quả nhận được có thể ứng dụng rộng rãi việc sử dụng smart meter trong quản lý hộ tiêu thụ điện, nâng cao hiểu quả sử dụng điện và công ty điện lực có thể nâng cao hiệu quả quản lý. 1.7. Nội dung đề tài : Chương 1 : Tổng quan Chương 2 : Giới thiệu smart meter và mô phỏng quản lý phụ tải Chương 3 : Cơ sở toán học Chương 4 : Chi phí điện năng tiêu thụ Chương 5 : Kết luận HVTH: Dương Văn Ngọc Trang 4
19. Luận văn GVHD: PGS.TS. Phan Quốc Dũng Chương 2 GIỚI THIỆU SMART METER VÀ MÔ PHỎNG QUẢN LÝ PHỤ TẢI 2.1. Giới thiệu smart meter Smart meter là công tơ điện thông minh đo và ghi lại lượng điện sử dụng vào những giờ giấc khác nhau trong ngày và trong tuần. Hiện nay có các mẫu smart meter khác nhau nhưng các chức năng cơ bản thì như nhau. Smart meter sử dụng mạng lưới liên lạc để hàng ngày từng lúc liên lạc các kết quả đọc đồng hồ với các công ty cung cấp và phân phối điện. Những đồng hồ đo này có năng lực đo được lưu lượng hai chiều của điện, cho phép các hộ gia đình có hệ thống năng lượng có thể tái tạo được, như các tấm hấp thu năng lượng mặt trời, có thể tính được lượng điện mà họ cấp trở lại vào hệ thống đường dây. Smart meter cho phép khách hàng đưa ra những lựa chọn về mức độ năng lượng họ sử dụng, bởi các đồng hồ đo này có thể cung cấp thông tin chính xác, về việc tiêu thụ điện. Không như công nghệ đo cũ mà các smart meter đang thay thế, smart meter là các hệ thống liên lạc kỹ thuật số, hai chiều, ghi lại việc sử dụng điện mỗi 30 phút ồđ ng hồ và có thể tự động gửi số liệu này tới các công ty cấp điện. Cách này sẽ gần như làm chấm dứt thời của các hóa đơn ước tính, hàng quý và các kết quả đọc đồng hồ theo lối thủ công. Việc kết nối hay cắt kết nối điện, chuyển sang một công ty kinh doanh bán lẻ điện mới hoặc cấp điện từ các tấm hấp thu năng lượng mặt trời trên mái nhà, trở lại vào hệ thống đường dây, tất cả đều sẽ ít tốt kém hơn và dễ dàng hơn bằng một smart meter. Khi chuyển công ty điện, mọi người sẽ không còn phải chờ để có kết quả đọc đồng hồ đo lần tới của mình nữa, làm cho các dịch vụ như thế này nhanh chóng hơn và ít tốn kém hơn. Sử dụng một cổng mạng và một hiển thị trong nhà được kết nối với smart meter của mình, các thành viên trong hộ gia đình và các dịch vụ sẽ có thể tiếp cận được đến các thông tin chính xác và chi tiết hơn về việc sử dụng điện của mình. Các thông tin này sẽ giúp khách hàng xác định được các cách tiết kiệm điện, do đó giảm được các HVTH: Dương Văn Ngọc Trang 5
20. Luận văn GVHD: PGS.TS. Phan Quốc Dũng chi phí năng lượng của mình. Các thông tin này sẽ còn giúp khách hàng so sánh các đề nghị về giá cả điện từ các công ty cung cấp đang cạnh tranh nhau để chắc chắn là họ đang có được một thỏa thuận có lợi nhất. Smart meter có thể thông báo cho công ty phân phối điện của hộ tiêu thụ biết là điện của họ không có vào thời gian thực. Các lệnh báo cho biết sự cố cúp điện này có thể làm cho việc kết nối điện trở lại diễn ra nhanh chóng hơn bởi nguồn gốc của vấn đề có thể được xác định ngay tức thì. Nhóm sửa chữa có thể được phân bổ theo cách ưu tiên và việc sửa chữa có thể bắt đầu sớm hơn. Các công ty điện có thể sử dụng công nghệ smart meter để giúp làm cho các bên luôn được cung cấp thông tin nhanh chóng và chính xác hơn. 2.2. Giới thiệu một số công tơ thông minh(smart meter) nước ta đang sử dụng Smart meter trên thị trường thì có rất nhiều loại do nhiều công ty khác nhau sản suất nhưng tính năng đo đếm các đồng hồ tuơng đối giống nhau. Dưới đây ta tìm hiểu về loại công tơ thông minh mà nghành điện lực nước ta đang sử dụng. 2.2.1. Công tơ điện xoay chiều 1 pha kiểu VSE11 2.2.1.1 Tổng quan Công tơ điện xoay chiều 1 pha kiểu điện tử - VSE11 là thiết bị đo đếm điện năng hiện đại, thông minh được sản xuất bởi Công ty Cổ phần Thiết Bị Điện VI-NA-SI- NO. VSE11 sử dụng công nghệ tiên tiến nhờ IC đo đếm thông minh, linh kiện chất lượng cao, màn hình LCD và kỹ thuật đo đếm hiện đại nhất, được sản xuất với công nghệ SMT. Các tính năng được chế tạo theo yêu cầu thực tế của người sử dụng điện. Đây là thế hệ thiết bị đo đếm điện năng mới được thiết kế và sản xuất theo tiêu chuẩn: - IEC62052-11 về công tơ điện AC, bao gồm những yêu cầu chung-thử nghiệm và điều kiện thử nghiệm - IEC62053-21 về thiết bị đo năng lượng tĩnh đối với điện năng hữu công (Cấp chính xác 1 và 2). VSE11 tích hợp các tính năng nổi bật: chống gian lận điện (rò điện), cảnh báo lỗi. Đặc biệt, VSE11 có khả năng tính hợp thêm tính năng đo ghi từ xa (đọc từ xa bằng HVTH: Dương Văn Ngọc Trang 6
21. Luận văn GVHD: PGS.TS. Phan Quốc Dũng bộ tập trung qua đường dây điện (PLC) hoặc qua sóng RF, bằng handheld qua sóng RF) bằng cách lắp các module rời tương ứng: module PLC, module Concentrator RF, Module Handheld RF. Công tơ còn có tính năng đọc qua sóng hồng ngoại bằng cách sử dụng thiết bị cầm tay (handheld). Điều này rất thuận tiện cho việc phát triển và linh hoạt chuyển đổi phương thức 2.2.1.2. Thông số kỹ thuật Bảng 2.1: Chủng loại và hằng số công tơ Model Loại Điện áp Dòng điện Hằng số công tơ 5(20)A 3200 imp/kWh VSE11 1 pha 220V 10(40)A 1600 imp/kWh 20(80)A 800 imp/kWh  Cấp chính xác: 1.0  Tần số: 50Hz ± 1Hz  Kích thước: 200mm 112mm 71mm  Trọng lượng: 0.75kg  Khởi động: Trong điều kiện điện áp định mức, tần số định mức, hệ số công suất là 1, và khi dòng tải là 0.4%Ib (Cấp chính xác 1), công tơ có thể đo điện năng liên tục.  Kiểm tra tự lên số: Khi mức điện áp 115% và dòng điện bị ngắt thì không phát xung đếm điện năng. Bảng 2.2: Thông số điện VSE11 Điện áp làm việc 0,71,2UUUnn 0,7Un Công suất tiêu thụ của mạch áp 1;4WVA Công suất tiêu thụ của mạch dòng 2VA Điện áp pin dự phòng 3,6VDC (Nguồn: Internet: vinasino.vn/ /15-tai-li-u-k-thu-t-cong-to-1-pha-nhi-u-bi-u-gia-tr- c-ti-pv 29 thg 8, 2014) HVTH: Dương Văn Ngọc Trang 7
22. S K L 0 0 2 1 5 4