Tiêu chuẩn và công nghệ của hệ thống điện thông minh
Các bước cần thực hiện nhằm tiến tới một hệ thống điện thông minh:
Để tiến tới một hệ thống điện thông minh cần hiện đại hoá cả lưới truyền tải và phân phối theo hướng tăng cường hệ thống truyền thông, điều khiển kỹ thuật số. Mặt khác các thiết bị điện như động cơ, dụng cụ chiếu sáng, máy biến tần giá rẻ... cũng phải là thiết bị có hiệu suất cao, thông minh cho phép thực hiện các chiến lược vận hành linh hoạt theo sự thay đổi của điều kiện thực tế.
- Tăng cường sử dụng công nghệ thông tin và điều khiển kỹ thuật số để năng cao độ tin cậy, an toàn và hiệu quả của hệ thống điện.
- Vận hành tối ưu toàn hệ thống.
- Tích hợp các nguồn phân tán, kể cả các nguồn năng lượng tái tạo.
- Triển khai công nghệ thông minh (công nghệ thời gian thực, tự động hoá, tương tác...) nhằm tối ưu hoá vận hành các thiết bị. Việc tích hợp các thiết bị thông minh cho phép sử dụng thông tin thời gian thực lấy từ các cảm biến và hệ thống điều khiển tự động cho phép phát hiện và xử lý mọi bất thường của hệ thống. Công tơ thông minh nhiều biểu giá khuyến khích khách hàng sử dụng điện năng một cách tiết kiệm. Nó làm thay đổi hành vi của các hộ tiêu thụ trong việc sử dụng năng lượng. Các cảm biến thông minh cho phép tự động điều khiển các thiết bị như điều hoà nhiệt độ, lò sưởi, hệ thống ánh sáng một cách hiệu quả và tiết kiệm năng lượng mua bán máy biến tần.
- Triển khai và tích hợp công nghệ dự trữ điện, nạp điện cho các ô tô điện, san bằng đồ thị phụ tải, dự trữ nhiệt và điều hoà không khí.
- Dự báo phụ tải dài hạn.
- Triển khai tiêu chuẩn hoá thiết bị và giao thức kết nối hệ thống thông tin với hệ thống điện
Công nghệ của hệ thống điện thông minh:
- Vể truyền thông nói chung các công nghệ ứng dụng trong hệ thống điện thông minh đã được cập nhật, đáp ứng tốt cho việc vận hành hệ thống điện thông minh trong đó nhấn mạnh hệ thống thông tin tích hợp. Tuy nhiên một số hệ thống được phát triển theo yêu cầu sử dụng gia tăng nhưng không hoàn toàn tích hợp. Các dữ liệu được thu thập qua modem hơn là kết nối trực tiếp với lưới. Các khu vực được cải tiến bao gồm: tự động hoá hoàn hoàn các trạm, tự động hoá phân tán, hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu SCADA, hệ thống quản lý phụ tải, mạng không dây, truyền thông qua đường dây tải điện, mạng cáp quang... Các hệ thống thông tin này cho phép điều khiển thời gian thực, thông tin và dữ liệu trao đổi nhằm tối ưu hoá độ tin cậy, đánh giá việc sử dụng và an toàn.
- Cảm biến và đo lường là cốt lõi của việc đánh giá tình trạng làm việc của hệ thống như hiện tượng tắc nghẽn và sự ổn định của hệ thống, chỉ báo trạng thái, đưa ra các chiến lược điều khiển. Các công nghệ gồm có dụng cụ thông minh dựa trên bộ vi xử lý, rơle bảo vệ kỹ thuật số, thiết bị đọc dữ liệu, hệ thống hiển thị bảng giá trực tuyến, người sử dụng có thể có nhiều lựa chọn để tránh giờ cao điểm.
- Các cảm biến thông minh tốc độ cao PMU phân bố trong mạng có thể được sử dụng để chỉ thị chất lượng điện và một số đáp ứng một cách tự động. Các cảm biến này có thể đưa ra dạng sóng dòng điện. Từ năm 1980, xung nhịp đồng hồ từ hệ thống định vị toàn cầu GPS có thể được sử dụng để đo chính xác thời gian trong lưới, có khả năng quản lý hệ thống điện đáp ứng các điều kiện tác động nhanh.
- Các linh kiện tiên tiến như các bộ điện tử công suất, bộ lưu trữ điện và các linh kiện chẩn đoán đã làm thay đổi các khả năng và đặc tính của hệ thống. Hệ thống điện xoay chiều linh hoạt, truyền tải điện một chiều cao áp, hệ thống nguồn phân tán, cáp siêu dẫn...
- Điều khiển nâng cao: Tự động hoá hệ thống điện có khả năng dự đoán nhanh chóng và chính xác các giải pháp cho lưới điện. Ba công nghệ điều khiển nâng cao được sử dụng là tác tử thông minh phân tán, các công cụ phân tích (thuật toán phần mềm và máy tính tốc độ cao), các ứng dụng (SCADA, tự động hoá trạm, đáp ứng tải) và trí tuệ nhân tạo.
Các tiêu chuẩn cho hệ thống điện thông minh:
- IEC TC 75 tạo nên họ tiêu chuẩn quốc tế có thể sử dụng như một phần hệ thống điện thông minh. Các tiêu chuẩn này bao gồm IEC 1850 kiến trúc trạm tự động hoá, IEC 61970/91968 Mô hình thông tin chung cung cấp thông tin sử dụng chuyển đổi dữ liệu trong thông tin.
- MultiSpeak tạo nên quy chuẩn nền tảng chức năng phân phối của hệ thống thông tin.
- IEEE đã tạo nên tiêu chuẩn C37.118 dùng cho các pha đồng bộ.
- NIST gồm ITU-TG,hn một tiêu chuẩn nhận dạng các lập hệ thống điện thông minh truyền thông tốc độ cao qua đường dây tải điện, đường điện thoại và cáp đồng trục.
Nhiều quan niệm khác nhau đã được sử dụng để mô hình hoá hệ thống điện thông minh. Nói chung các nghiên cứu tập trung vào hệ thống phức tạp trong bối cảnh điều khiển tối ưu, ảnh hưởng môi trường, yếu tố con người, hệ thống động, lý thuyết thông tin đám mây...
Các bước cần thực hiện nhằm tiến tới một hệ thống điện thông minh:
Để tiến tới một hệ thống điện thông minh cần hiện đại hoá cả lưới truyền tải và phân phối theo hướng tăng cường hệ thống truyền thông, điều khiển kỹ thuật số. Mặt khác các thiết bị điện như động cơ, dụng cụ chiếu sáng, máy biến tần giá rẻ... cũng phải là thiết bị có hiệu suất cao, thông minh cho phép thực hiện các chiến lược vận hành linh hoạt theo sự thay đổi của điều kiện thực tế.
- Tăng cường sử dụng công nghệ thông tin và điều khiển kỹ thuật số để năng cao độ tin cậy, an toàn và hiệu quả của hệ thống điện.
- Vận hành tối ưu toàn hệ thống.
- Tích hợp các nguồn phân tán, kể cả các nguồn năng lượng tái tạo.
- Triển khai công nghệ thông minh (công nghệ thời gian thực, tự động hoá, tương tác...) nhằm tối ưu hoá vận hành các thiết bị. Việc tích hợp các thiết bị thông minh cho phép sử dụng thông tin thời gian thực lấy từ các cảm biến và hệ thống điều khiển tự động cho phép phát hiện và xử lý mọi bất thường của hệ thống. Công tơ thông minh nhiều biểu giá khuyến khích khách hàng sử dụng điện năng một cách tiết kiệm. Nó làm thay đổi hành vi của các hộ tiêu thụ trong việc sử dụng năng lượng. Các cảm biến thông minh cho phép tự động điều khiển các thiết bị như điều hoà nhiệt độ, lò sưởi, hệ thống ánh sáng một cách hiệu quả và tiết kiệm năng lượng mua bán máy biến tần.
- Triển khai và tích hợp công nghệ dự trữ điện, nạp điện cho các ô tô điện, san bằng đồ thị phụ tải, dự trữ nhiệt và điều hoà không khí.
- Dự báo phụ tải dài hạn.
- Triển khai tiêu chuẩn hoá thiết bị và giao thức kết nối hệ thống thông tin với hệ thống điện
Công nghệ của hệ thống điện thông minh:
- Vể truyền thông nói chung các công nghệ ứng dụng trong hệ thống điện thông minh đã được cập nhật, đáp ứng tốt cho việc vận hành hệ thống điện thông minh trong đó nhấn mạnh hệ thống thông tin tích hợp. Tuy nhiên một số hệ thống được phát triển theo yêu cầu sử dụng gia tăng nhưng không hoàn toàn tích hợp. Các dữ liệu được thu thập qua modem hơn là kết nối trực tiếp với lưới. Các khu vực được cải tiến bao gồm: tự động hoá hoàn hoàn các trạm, tự động hoá phân tán, hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu SCADA, hệ thống quản lý phụ tải, mạng không dây, truyền thông qua đường dây tải điện, mạng cáp quang... Các hệ thống thông tin này cho phép điều khiển thời gian thực, thông tin và dữ liệu trao đổi nhằm tối ưu hoá độ tin cậy, đánh giá việc sử dụng và an toàn.
- Cảm biến và đo lường là cốt lõi của việc đánh giá tình trạng làm việc của hệ thống như hiện tượng tắc nghẽn và sự ổn định của hệ thống, chỉ báo trạng thái, đưa ra các chiến lược điều khiển. Các công nghệ gồm có dụng cụ thông minh dựa trên bộ vi xử lý, rơle bảo vệ kỹ thuật số, thiết bị đọc dữ liệu, hệ thống hiển thị bảng giá trực tuyến, người sử dụng có thể có nhiều lựa chọn để tránh giờ cao điểm.
- Các cảm biến thông minh tốc độ cao PMU phân bố trong mạng có thể được sử dụng để chỉ thị chất lượng điện và một số đáp ứng một cách tự động. Các cảm biến này có thể đưa ra dạng sóng dòng điện. Từ năm 1980, xung nhịp đồng hồ từ hệ thống định vị toàn cầu GPS có thể được sử dụng để đo chính xác thời gian trong lưới, có khả năng quản lý hệ thống điện đáp ứng các điều kiện tác động nhanh.
- Các linh kiện tiên tiến như các bộ điện tử công suất, bộ lưu trữ điện và các linh kiện chẩn đoán đã làm thay đổi các khả năng và đặc tính của hệ thống. Hệ thống điện xoay chiều linh hoạt, truyền tải điện một chiều cao áp, hệ thống nguồn phân tán, cáp siêu dẫn...
- Điều khiển nâng cao: Tự động hoá hệ thống điện có khả năng dự đoán nhanh chóng và chính xác các giải pháp cho lưới điện. Ba công nghệ điều khiển nâng cao được sử dụng là tác tử thông minh phân tán, các công cụ phân tích (thuật toán phần mềm và máy tính tốc độ cao), các ứng dụng (SCADA, tự động hoá trạm, đáp ứng tải) và trí tuệ nhân tạo.
Các tiêu chuẩn cho hệ thống điện thông minh:
- IEC TC 75 tạo nên họ tiêu chuẩn quốc tế có thể sử dụng như một phần hệ thống điện thông minh. Các tiêu chuẩn này bao gồm IEC 1850 kiến trúc trạm tự động hoá, IEC 61970/91968 Mô hình thông tin chung cung cấp thông tin sử dụng chuyển đổi dữ liệu trong thông tin.
- MultiSpeak tạo nên quy chuẩn nền tảng chức năng phân phối của hệ thống thông tin.
- IEEE đã tạo nên tiêu chuẩn C37.118 dùng cho các pha đồng bộ.
- NIST gồm ITU-TG,hn một tiêu chuẩn nhận dạng các lập hệ thống điện thông minh truyền thông tốc độ cao qua đường dây tải điện, đường điện thoại và cáp đồng trục.
Nhiều quan niệm khác nhau đã được sử dụng để mô hình hoá hệ thống điện thông minh. Nói chung các nghiên cứu tập trung vào hệ thống phức tạp trong bối cảnh điều khiển tối ưu, ảnh hưởng môi trường, yếu tố con người, hệ thống động, lý thuyết thông tin đám mây...
