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. Tình hình nghiên cứu và tính cấp thiết 1.1 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 Luan van Luận văn GVHD: PGS.
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].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 Luan van Luận văn GVHD: PGS.
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. 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. 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 Luan van Luận văn GVHD: PGS. 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. 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.
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. 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 Luan van Luận văn GVHD: PGS. Phan Quốc Dũng Chương 2 GIỚI THIỆU SMART METER VÀ MÔ PHỎNG QUẢN LÝ PHỤ TẢI 2.
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.