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

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
NGUYỄN THANH LIỄU

---------------------------------------

NGUYỄN THANH LIỄU

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN
VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

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

C
C

R
L
T.

DU

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – Năm 2020


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN THANH LIỄU

C
C

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

R
L
T.

DU

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. NGƠ ĐÌNH THANH

Đà Nẵng, 2020


LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng
bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.

Tác giả luận văn

C
C

DU

R
L
T.


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. Trƣờng 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 cơng 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 tồn bị động và khó
chấp thuận khi thanh tốn tiền điện, gây trở ngại cho điện lực trong việc giải thích thu tiền
phạt cơng 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 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.

C
C

R
L
T.

DU

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


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

C
C

CHƢƠNG I ....................................................................................................................4
TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG ĐIỆN TRONG SẢN XUẤT ................4
CƠNG 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

R
L
T.

DU

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 cơng tác quản lý năng lƣợng 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 lƣợng tại Doanh nghiệp: ......................................................................10
1.4.1. Các đặc trƣng chung của phụ tải công nghiệp: .....................................10
1.4.2. Thách thức trong việc giám sát hoạt động của hệ thống tiêu thụ năng
lƣợng tại Doanh nghiệp:..............................................................................................11
1.5. Kết luận: ................................................................................................................12
CHƢƠNG II .................................................................................................................13
THIẾT KẾ THIẾT BỊ THU THẬP DỮ LIỆU NĂNG LƢỢNG ............................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


2.1.3. Nguồn ni hệ thống .................................................................................24
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 tốn truyền thơng 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 thơng và lập trình SCADA: .......................................47
2.3. Kết luận: ................................................................................................................49
CHƢƠNG III ...............................................................................................................50

C
C

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

R
L
T.

.......................................................................................................................................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. Phƣơng pháp tính chọn động cơ điện: ....................................................53
3.1.3. Các chỉ tiêu chất lƣợng và cách chọn động cơ điện ...............................54
3.2. Tƣ vấn tổ chức lại sản xuất đối với nhà máy Thiên Tâm. ................................55
3.2.1. Thực trạng sản xuất của nhà máy: .........................................................55

DU

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 lƣờng OEE thời gian thực: ............................58
3.3. Kết luận. ................................................................................................................59
CHƢƠNG IV ...............................................................................................................60

KẾT QUẢ VÀ HƢỚNG 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 đƣợc 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


4.3.2. So sánh hiệu quả trƣớc và sau khi lắp đặt: ............................................69
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................71
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................72

C
C

DU

R
L
T.


DANH MỤC CÁC BẢNG
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 thơng 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

C
C

DU

R
L
T.


MỤC LỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Biểu đồ phân bố lưới điện ...............................................................................4
Hình 1.2. Biểu đồ tỷ trọng cơng 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. Mơ phỏng cơng 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

C
C

Hình 2.6. Mạch vi điều khiển STM32F411....................................................................22

R
L
T.

Hình 2.7. Mạch chuyển giao tiếp TTL to RS485 ...........................................................24
Hình 2.8. Bộ nguồn ni Meanwell Nes ........................................................................25

DU

Hình 2.9. Nguồn cơng nghiệp 24V-2,5A MDR-60-24 - Chính hãng Meanwell ............26
Hình 2.10. Nguồn ni 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 cơng 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


Hình 2.25. Sơ đồ truyền dữ liệu RS485 .........................................................................40
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 tốn truyền thơng ...................................................................46
Hình 3.1. Sơ đồ khối dây chuyền sản xuất gỗ Thiên Tâm .............................................51

C
C

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

R
L
T.

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

DU

Hình 4.4. Thiết bị lắp đặt giai đoạn đầu và giai đoạn hiện tại .....................................63
Hình 4.5. Giao diện theo dõi chính thơng 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 dịng điện đo được .................................................................65
Hình 4.9. Biểu đồ giá trị điện áp đo được .....................................................................66
Hình 4.10. Biểu đồ giá trị cơng 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 cơng suất Q tại các thời điểm sử dụng...................69


CHỮ VIẾT TẮT
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

C
C

thu thập dữ liệu
RTU: Remote Terminal Unit_Thiết bị đầu cuối
TCP: Transmission Control Protocol_Giao thức điều khiển truyền dẫn

R
L
T.

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

DU

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 tồ nhà
GPRS: General Packet Radio Service_Dịch vụ vơ 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


EMM: Energy Management Matrix: Ma trận quản lý năng lượng
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 khơng 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

C
C

DU

R
L
T.


1
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

C
C

nên chưa kịp thời và độ chính xác khơng 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

R
L
T.

DU

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, cơng 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 hồn
tồn bị động và khó chấp thuận khi thanh toán tiền điện, gây trở ngại cho điện lực
trong việc giải thích thu tiền phạt cơng 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

2
nhà máy.
Nghiên cứu thuật tốn truyền thơng, thu thập thơng 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 thơng 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 tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu và lập trình các giao thức truyền thơng sử dụng trong hệ thống giám
sát cơng 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.

C
C

R
L
T.

4. Phƣơng 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 thơng sử dụng trong hệ thống

DU

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


3
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 cơng 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 tốn truyền thơng, 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
tiết phụ tải.

C
C

DU

R
L
T.


4
CHƢƠNG I
TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG ĐIỆN TRONG SẢN XUẤT
CƠNG 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:

C
C

R
L
T.

DU

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


5
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.
Năm
Nhu cầu điện thương phẩm (tỷ
kWh)
Điện sản xuất và nhập khẩu (tỷ
kWh)

2020

2025

2030

235-245

352-379

506-559

265-278

400-431

572-632

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

C
C

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

R

L
T.

với tiến độ các dự án phát triển nguồn. Quá trình đàm phán nhập khẩu điện của nước
ngồi cũng gặp khơng ít khó khăn.
Hiện nay, EVN sở hữu khoảng 60% tỷ trọng cơng suất nguồn tồn 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

DU

30% và năm 2030 còn 18%. Như vậy, trong thời gian tới, việc đáp ứng nhu cầu điện
khơng chỉ là vai trị 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 cơng suất nguồn


6
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 cơng trình nguồn điện. Về phía EVN, Tập đồn 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 cơng 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 Ơ Mơn 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 cơng 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 khơng đốn 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

C
C

R
L
T.

DU

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

cơng 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 cơng 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 khơng ổn
định, phụ thuộc hồn tồn 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


7
máy tương ứng với sự lên/xuống của phụ tải trong ngày. Nhưng các nguồn NLTT thì
khơng thể tính tốn được vì cơng 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. Cịn thực tế ở Việt Nam, hệ thống lưới điện hiện hữu rất khó
hấp thụ hết số cơng 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 cơng 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 cơng suất) để dự phịng. 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 khơng cịn dự phịng. 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

C
C

R
L
T.

DU

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 khơng cịn phải thu xếp vốn đầu tư xây dựng các cơng trình điện
nhằm đáp ứng nhu cầu về điện ngày càng cao của nền kinh tế. Ngành Điện đóng vai
trị rất quan trọng trong phát triển đất nước, đặc biệt là phát triển công nghiệp. Nếu


8
khơng có điện, đất nước khơng thể phát triển được, nếu khơng 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,
ln 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 ln 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 ngồi, nên dịng vốn đầu tư từ nước ngoài vào Việt Nam tăng mạnh, góp phần
thúc đẩy cơng nghiệp trong nước phát triển.
Khơng 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 Ngun, Tập đồn 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,

C
C

R
L
T.

DU

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 tốn
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, khơng 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 cơng nghiệp, Chính phủ cần giải quyết dứt điểm vấn
đề giá điện, sao cho hài hịa 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


9
huy động tổng lực để đẩy nhanh tiến độ thi cơng các cơng trình điện, đáp ứng tối đa
các u 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 hố thạch ln là mục tiêu hàng đầu tại mỗi Quốc gia. Việt Nam cũng
không nằm ngồi 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 cơng
nghiệp Việt Nam

C

C

R
L
T.

DU

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.
4,5

DN1

4

DN2

3,5
3

DN3

2,5

DN4

2

DN5

1,5

DN6

1

DN7

0,5

DN8

0
Chính sách Cơ cấu tổ
năng lượng
chức

Động lực

Đo lường, Truyền thơng
giám sát

Đầu tư

Trung Bình

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


10
đầu tư là có mức kết quả trên trung bình. Bốn nội dung cịn lại đều có mức điểm thấp
hơn giá trị trung bình (2 điểm). Về cơ bản việc triển khải thực hiện xây dựng mơ 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 mơ 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 cơng 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 thơng 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 tốn cung cấp điện.
Cơng suất tính tốn 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 thơng tin càng lựa
chọn được phương pháp chính xác. Thơng 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 cơng suất cơ trên trục cơ của nó.

C
C

R
L
T.

DU

(1-1)

Hình 1.5. Mơ phỏng cơng suất của động cơ


11
Chú ý: Thiết bị ở chế độ ngắn hạn lập lại, khi tính phụ tải tính tốn 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
Biến tần

P’dm = Pdm . √εdm
P’dm = Sdm . Cosφ . √εdm

(1-2)
(1-3)

Trong đó:
P’dm – Cơng 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 cơng 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.

C
C

R
L
T.

DU

1.4.2. Thách 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 thơng gió, điều hồ
khơng khí, ...
Tuy nhiên, trong cơng tác giám sát sử dụng điện năng và quản lý năng lượng của
các doanh nghiệp thường gặp phải những vấn đề như sau:
- Khơng biết được tình trạng tiêu thụ năng lượng theo thời gian thực?


12
- 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
- Khơng 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, Lị hơi, máy làm lạnh nước…)
- Khơng 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.
- Khơng 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.

C
C

R
L
T.

1.5. Kết luận:
Chương 1 đã nêu lên được sự khó khăn của Ngành điện trong cung ứng điện

DU

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.


13
CHƢƠNG II
THIẾT KẾ THIẾT BỊ THU THẬP DỮ LIỆU NĂNG LƢỢNG
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 khơng 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 khơng 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 khơng có module thu thập dữ liệu
năng lượng gửi về phần mềm Scada nhà máy. Việc thay thế toàn bộ các thiết bị giám

C
C

R
L
T.

DU

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 cơng 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 khơng 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.