Mã số:
01C-02/05-2020-3
Tên đề tài:
Nghiên cứu chế tạo hệ thống đo lường - giám sát và điều khiển điện năng phục vụ kiểm toán năng lượng ứng dụng công nghệ IoT (Internet Of Things) và nền tảng trí tuệ nhân tạo AI (Artificial Intelligence)
Đơn vị chủ trì:
Trường Cao đẳng Công nghệ cao Hà Nội
Thời gian:
2020
-2023
Lượt đọc:
3
Chủ nhiệm đề tài:
TS. Phạm Xuân Khánh
Kết quả nghiệm thu:
Đã nghiệm thu
Ngày đăng:
08/04/2025 16:37
Sự cần thiết:

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. 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. Kiểm toán 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.

Không nằm ngoài xu thế này, đây là nhiệm vụ mang tính xã hội, gắn với mục tiêu là sử dụng điện tiết kiệm và hiệu quả tại các cơ quan, xí nghiệp, công ty, nhà xưởng… Đang ngày càng trở thành nhiệm vụ quan trong đối với các nhà quản lý. Năng lượng đóng vai trò quan trọng trong tăng trưởng kinh tế và bảo vệ môi trường, là đầu vào quan trọng của rất nhiều ngành sản xuất và một trong những mặt hàng thiết yếu của các hộ gia đình. Quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa ngày càng phát triển khiến nhu cầu sử dụng năng lượng tăng vọt, trong khi các nguồn năng lượng không tái tạo ngày càng cạn kiệt dẫn đến việc thiếu hụt năng lượng trầm trọng, vì thế việc tiết kiệm và sử dụng năng lượng một cách hiệu quả là vô cùng cấp thiết. Nhằm giám sát hiệu quả và tối ưu hóa việc tiêu thụ nguồn năng lượng cho các công trình dân dụng, đặc biệt là tòa nhà, hộ gia đình, khu công nghiệp..., hệ thống giám sát Power (Power Monitoring System – PMS) đã được đưa vào sử dụng và hiện đang trở nên phổ biến tại các nước Châu Âu.

Những ảnh hưởng của việc thiếu hụt năng lượng gây tác động tiêu cực đến nền kinh tế thế giới nói chung, Việt Nam cũng đang gặp khó khăn bởi nhu cầu năng lượng ngày càng tăng nhanh trong khi khả năng cung cấp nội địa có hạn, khả năng nhập khẩu hạn chế và bị ảnh hưởng lớn bởi sự biến động giá cả trên thị trường thế giới. Các nguồn năng lượng không tái tạo đang ngày càng cạn kiệt, nước ta từ vị trí xuất khẩu than đã phải nhập khẩu để phục vụ nhu cầu năng lượng trong nước. Bên cạnh đó, việc tiêu thụ nhiều năng lượng còn làm gia tăng lượng khí thải ra không khí, gây hiệu ứng nhà kính... gây hại cho môi trường sống. Lo ngại khủng hoảng năng lượng ngày càng gia tăng, các chương trình và chính sách sử dụng năng lượng hiệu quả tiết kiệm đã được Nhà nước chú trọng triển khai như “Chương trình mục tiêu quốc gia về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả” được Chính phủ thông qua tháng 4/2006.

Bởi vậy, việc áp dụng các công nghệ tiên tiến của các nước phát triển trên thế giới vào Việt Nam nhằm quản lý sử dụng khai thác nguồn năng lượng hợp lý tiết kiệm, bảo vệ môi trường và tránh được những tai nạn rủi ro khi sử dụng các thiết bị là vô cùng cấp thiết. Qua quá trình nghiên cứu và tìm hiểu chúng tôi nhận thấy rằng, hệ thống quản lý năng lượng – PMS (Power Management System) là một giải pháp hoàn toàn phù hợp cho việc quản lý và giám sát toàn bộ quá trình tiêu thụ năng lượng tại các tòa nhà văn phòng, tòa nhà chức năng, khu công nghiệp tại nước ta.

Ngày nay, hệ thống PMS đã được nghiên cứu và tích hợp bởi rất nhiều hãng trên thế giới như: Siemens, Schneider, ABB… Mỗi hãng đều tích hợp hệ thống đồng bộ theo các thiết bị hãng đó, sử dụng các chuẩn truyền thông tương thích. Tuy nhiên, chi phí để xây dựng một hệ thống PMS hoàn chỉnh là rất cao và không chủ động được các công nghệ lõi. Do đó, tùy vào những ứng dụng cụ thể và chi phí đầu tư mà chúng ta lựa chọn cách tiếp cận.

Mục tiêu tổng quát:
Nghiên cứu chế tạo bộ điều khiển cho hệ thống đo lường giám sát điều khiển điện năng phục vụ kiểm toán năng lượng.
Nội dung:

- Tổng quan về hệ thống đo lường và quản lý điện năng – PMS

- Phương án nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống

- Nghiên cứu chế tạo bộ điều khiển đo lường - giám sát và điều khiển

- Xây dựng hệ thống quản lý dữ liệu đo lường, điều khiển, và giám sát

- Xây dựng hệ thống kết nối và truyền dữ liệu

- Lắp đặt, thử nghiệm hệ thống đo lường, giám sát và điều khiển điện năng

- Kiểm định các thông số kỹ thuật hệ thống điều khiển đo lường – giám sát và điều khiển điện năng

- Xây dựng bộ tài liệu kỹ thuật hướng dẫn quy trình thi công lắp đặt và vận hành hệ thống

- Đánh giá hiệu quả về mặt kinh tế và kỹ thuật của hệ thống đo lường – giám sát và điều khiển điện năng

Kết quả:

Chế tạo hoàn thiện 04 Bộ điều khiển đo lường – giám sát và điều khiển điện năng. Sản phẩm đã được triển khai lắp đặt thực tế tại 01 tòa nhà của Trường cao đẳng công nghệ cao Hà Nội. Quá trình đánh giá hệ thống liên tục trong 03 tháng cho thấy hệ thống hoạt động ổn định, việc đo lường và giám sát các thông số điện năng của hệ thống trở nên nhanh gọn và thuận tiện với khả năng tự động hóa cao của hệ thống đo lường – lưu trữ và hiển thị.

Phần mềm giao diện giám sát đã được đưa vào sử dụng để đồng bộ với hệ thống phần cứng, các thông số được hiển thị trực quan sinh động thông qua các dạng bảng biểu, đồ thị và được lưu trữ tại Server. Các tính năng điều khiển được của hệ thống cũng được test ngay tại màn hình điều khiển trung tâm, cho thấy khả năng tác động nhanh và tức thời của hệ thống.

Ứng dụng nền tảng trí tuệ nhân tạo AI trong việc dự báo và cảnh báo các các nguy cơ mất an toàn của hệ thống cũng đã được đưa vào để test đồng bộ hệ thống. Kết quả thực tế đạt được như sau:

* Web-AI giám sát dữ liệu:

Đã hiển thị số liệu dự báo tiêu thụ trên đồ thị và ghi CSDL. Dữ liệu đã được giám sát cụ thể, cập nhật online trên hệ thống vẽ đồ thị trực tuyến và ghi CSDL, bao gồm các thông số: Điện áp pha (mất pha, lệch pha), điện áp dây, dòng điện, công suất, hệ số công suất, tần số điện áp, dòng rò. Các thông số này được cập nhật online 1 giây/1 nhịp. Thực tế, hệ thống không có dữ liệu sự cố thực tế mà các sự cố được đưa ra để kiểm thử hệ thống là dữ liệu giả lập do người quản trị hệ thống đưa vào để kiểm tra các tính năng của hệ thống. Các tính năng đã vận hành tốt, chứng tỏ khi xảy ra các sự cố như giả lập, hệ thống sẽ vận hành đưa ra các cảnh báo tương ứng.

Phần mềm AI đã dự báo được đầu ra là sản lượng điện tiêu thụ trong một khoảng thời gian tính từ thời điểm hiện tại. Việc cảnh báo các nguy cơ mất an toàn điện hiện tại sử dụng kiểu đưa ra cảnh báo bằng ngưỡng do các sự cố như mất pha, hay lệch tải điều gần như tức thời mà thời gian chạy AI lại mất một khoảng thời gian dẫn đến sự cố có thể xẩy ra lâu rồi mới có thể đưa ra các cảnh báo về trạng thái. Vấn đề cảnh báo có thể thực hiện được nhưng cần có đủ lượng dữ liệu sự cố liên quan để có thể huấn luyện AI nhận biết được. Hiện tại dữ liệu sự cố chưa có thì không thể có các dự báo sự cố được. Một vấn đề nữa là AI để dự báo chưa không phải cảnh báo, vì chu kỳ mỗi lần chạy AI tương đối lâu dẫn đến khi có xự cố sảy ra thì AI phải một thời gian lâu sau mới có cảnh báo được. Vì vậy, trong thực tế cảnh báo các sự cố là phát hiện các tình huống bất thường xảy ra và đưa thông báo cho người trực/quản lý ra quyết định.

* Mục tiêu cảnh báo các nguy cơ mất an toàn:

Đưa ra cảnh báo các nguy cơ mất an toàn điện năng nhằm hạn chế sự cố.

Cảnh báo điện áp pha: mất pha (1 hoặc 2 pha), lệch pha (1 hoặc 2 pha), lệch tải (1 pha dùng nhiều hơn các pha còn lại), áp cao (quá áp pha, dây quá 10%), áp thấp (dưới áp pha, dây 10%), quá tải (công suất tiêu thụ 1 dây > 83A), tần số (khác 50Hz), hệ số công suất (cos_phi lệch 0.8), dòng rò (> 0.2 mA).

* Hỗ trợ công tác kiểm toán năng lượng:

Phần mềm AI đã dự báo được đầu ra là sản lượng điện tiêu thụ trong một khoảng thời gian tính từ thời điểm hiện tại.

Dựa trên cơ sở dự báo tiêu thụ điện của phần mềm AI: Hệ thống sẽ đưa ra các thông kê sản lượng điện sử dụng thực và sản lượng điện dự báo. Từ đó giúp người quản lý biết trước được sản lượng tiêu thụ để có phương án điều chỉnh, nhằm tiết kiệm chi phí.

Tất cả các sản phẩm trên cũng đã được cơ quan có thẩm quyền đánh giá độc lập, cấp giấy chứng nhận chất lượng sản phẩm đạt yêu cầu đề ra.

Các kết quả nghiên cứu về ứng dụng công nghệ IoT trong việc đo lường, giám sát và điều khiển điện năng cũng đã được công bố tại một bài báo khoa học đăng trên tạp chí khoa học và công nghệ của Đại học công nghiệp Hà Nội.

Tin đọc nhiều

Đại hội đại biểu Hội Luật gia quận Long Biên khoá IV, nhiệm kỳ 2024-2029

19:26 26/06/2024

HNP - Ngày 26/6, Hội Luật gia quận Long Biên tổ chức Đại hội đại biểu khóa IV, nhiệm kỳ 2024-2029 với nhiệm vụ đánh giá kết quả hoạt động Hội trong nhiệm kỳ 2018-2024, đề ra phương hướng trọng tâm nhiệm kỳ 2024-2029; đồng thời bầu Ban Chấp hành quận Hội khoá IV, bầu đại biểu dự Đại hội đại biểu Hội Luật gia thành phố Hà Nội lần thứ VIII, nhiệm kỳ 2024-2029.

Triển khai thực hiện Nghị định số 63/2024/NĐ-CP ngày 10/6/2024 của Chính phủ

06:39 26/06/2024

HNP – Phó Chủ tịch UBND Thành phố Hà Minh Hải vừa ký ban hành Công văn số 1928/UBND-KSTTHC ngày 18/6/2024 về việc triển khai thực hiện Nghị định số 63/2024/NĐ-CP ngày 10/6/2024 của Chính phủ.

Xây dựng thành phố Hà Nội tiêu biểu về lối sống, phong cách ứng xử

06:37 26/06/2024

HNP - Phó Chủ tịch UBND Thành phố Vũ Thu Hà đã ký ban hành Kế hoạch số 182/KH-UBND ngày 14/6/2024 về việc tổ chức thực hiện Chỉ thị số 30-CT/TU ngày 19/2/2024 của Ban Thường vụ Thành ủy “Tăng cường sự lãnh đạo của cấp ủy Đảng về xây dựng người Hà Nội thanh lịch, văn minh đến năm 2025”.

Phê duyệt Phương án vị trí tuyến đường quy hoạch nối từ đê sông Hồng đến khu đô thị Thạch Bàn

21:33 18/06/2024

HNP - Phó Chủ tịch UBND Thành phố Dương Đức Tuấn vừa ký ban hành Quyết định số 2883/QĐ-UBND ngày 03/6/2024 về việc phê duyệt Phương án vị trí tuyến đường quy hoạch nối từ đê sông Hồng đến khu đô thị Thạch Bàn, quận Long Biên, tỷ lệ 1/500.

Nâng cao chất lượng quản lý phát triển xã hội gắn với bảo đảm quyền con người, quyền công dân

21:31 18/06/2024

HNP – Phó Chủ tịch UBND Thành phố Vũ Thu Hà vừa ký ban hành Kế hoạch số 181/KH-UBND ngày 13/6/2024 về việc thực hiện Chương trình hành động số 32-CTr/TU ngày 04/04/2024 của Thành ủy Hà Nội.