Thiết kế, chế tạo bộ điều khiển tụ bù thông minh ứng dụng công nghệ IoT

Bài viết Thiết kế, chế tạo bộ điều khiển tụ bù thông minh ứng dụng công nghệ IoT đã thiết kế, chế tạo thành công BĐKTBTM ứng dụng IoT. Sử dụng mô-đun WiFi của ESP8266, thiết bị có thể được truy cập từ xa qua giao diện điện thoại trên phần mềm Blynk.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thiết kế, chế tạo bộ điều khiển tụ bù thông minh ứng dụng công nghệ IoT Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2022. ISBN: 978-604-82-7001-8 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN TỤ BÙ THÔNG MINH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IoT Ngô Quang Vĩ Trường Đại học Thủy lợi 1. GIỚI THIỆU CHUNG 2. ĐIỀU CHỈNH HỆ SỐ CÔNG SUẤT Ngày nay, điện năng được sử dụng ở hầu hết Theo thông tư số 15/2014/TT-BCT quy các thiết bị điện tử. Điện năng cho phép chúng định về công suất sử dụng cực đại đăng ký tại ta sử dụng các thiết bị điện khác nhau như tivi, hợp đồng mua bán điện từ 40kW trở lên và lò nướng, điều hòa không khí, tủ lạnh và các có hệ số công suất cosφ < 0,9 thì phải mua thiết bị khác [1]. EVN tính giá điện bằng công công suất phản kháng. suất tác dụng (kW) hoặc công suất biểu kiến Hệ số công suất (PF) được tính toán giữa (kVA). Nếu hệ số công suất thấp, kVA đo hai đại lượng công suất tác dụng và công suất được sẽ cao hơn đáng kể so với kW. biểu kiến. Nhiều nghiên cứu phát triển bộ điều khiển P PF  cos   (1) tụ bù (BĐKTB), như đã thảo luận trong [2,3]. S Do tính năng sử dụng của nó, BĐKTB được Hệ số này nằm trong dải từ 0 đến 1, lý phát triển và lắp đặt tại nhiều tòa nhà, trường tưởng khi bằng 1. Chỉ số này mang lại những học và các khu công nghiệp, như Hình 1. lợi ích như không làm tăng dòng trên dây Nhưng một bộ điều khiển tụ bù thông minh dẫn, giảm tổn thất điện năng, giảm giá thành (BĐKTBTM) có thể cung cấp nhiều chức tiền điện, cũng như giảm thiểu lượng CO2 năng hơn chỉ là hiện thị các thông số P, Q, thải vào khí quyển. cosφ và điều khiển các cấp tụ bù. Nó có thể ghi lại mức tiêu thụ điện năng hàng tháng, so sánh tiền điện các tháng với nhau, và cảnh báo công suất vượt ngưỡng ở các tòa nhà hoặc xí nghiệp để đưa ra được việc sử dụng tiết kiệm lượng điện. Phát hiện tổn thất điện năng khi có rò rỉ. Xuất thông số điện năng ra bảng excel, tính toán giá điện theo giá của Hình 2. Điều chỉnh hệ số công suất EVN. Điều khiển đóng cắt hệ thống tủ bù Tính toán lượng bù công suất phản kháng, thông qua giao diện điện thoại, và có thể cài được tính và đưa ra ở biểu thức (2): đặt để đóng mở các cụm tụ bù theo thời gian Qbù  Ptb  (tan 1  tan 2 ) (2) thực. Đó chính là mục tiêu của bài báo. trong đó: Ptb – công suất trung bình; tan 1 (cos 1 ) – trước khi bù; tan 2 (cos 2 ) – sau khi bù. Giả sử ta có công suất tải là P = 100kW. Hệ số công suất trước khi bù với cos 1  0.75  tan 1  0.88 . Hệ số công suất Hình 1. Các bộ điều khiển tụ bù sau khi bù là cos 2  0.95  tan 2  0.33 theo 259 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2022. ISBN: 978-604-82-7001-8 hình 2. Vậy công suất phản kháng cần bù đưa ra ở phần 2. Chỉ số hệ số công suất được theo biểu thức (2) ta có: lập trình theo một kịch bản cho trước và được Qbù  100  ( 0.88  0.33 )  55kVAr cài đặt theo Bảng 1: Từ số liệu này ta chọn tụ bù trong bảng Bảng 1. Các cấp độ bù khác nhau cho tải catalogue của nhà sản xuất loại Mikro 3 pha Cấp bù Hệ số công suất Đóng 440V-50Hz-15kVAr MKC-445150KT. Để bù Cấp 1 cosφ < 0.95 C1 đủ cho tải thì ta cần dùng 4 tụ 15kVAr, tổng Cấp 2 cosφ < 0.85 C1+C2 công suất phản kháng sẽ là 4*15 = 60kVAr. Cấp 3 cosφ < 0.8 C1+C2+C3 3. THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN Cấp 4 cosφ < 0.75 C1+C2+C3+C4 Hình 3 gồm ba khối chính như sau: Khối cảm biến, khối xử lý trung tâm, khối chấp hành. Hình 3. Sơ đồ đấu nối dây mạch điện của BĐKTBTM sử dụng IoT Hình 4. Sơ đồ đấu nối dây BĐKTBTM BĐKTBTM bao gồm các bộ phận chính sau: Mạch nguồn để chuyển đổi nguồn xoay 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU chiều AC sang nguồn một chiều DC, cấp 4.1. Phần cứng bộ điều khiển tụ bù nguồn cho vi điều khiển và các mạch khác thông minh như hình 3. Sau quá trình nghiên cứu tác giả đã thiết Vi điều khiển ESP8266 có nhiệm vụ xử lý kế, chế tạo một bộ điều khiển có nguyên lý các tín hiệu vào/ ra của thiết bị. Từ các tín hoạt động như sau: hiệu đầu vào khác nhau thiết bị sẽ đưa ra những xung lệnh theo từng nhiệm vụ cụ thể. Cảm biến PZEM004T đọc các thông số dòng điện, điện áp của nguồn điện sau đó gửi cho bộ vi điều khiển. Mạch relay đóng cắt cuộn hút contactor. Màn hình LCD 16x2 sẽ hiển thị các giá trị và thông tin. Nút nhấn có vai trò điều khiển đóng cắt ở chế độ bằng tay cho các cụm tụ bù. Hình 4 cho ta thấy sơ đồ đấu nối dây giữa mạch điều khiển và mạch động lực của Hình 5. Mặt trên của BĐKTBTM BĐKTBTM với điện áp nguồn 3 pha 220V/380V, cuộn dây contactor là 220V. Với Cấp nguồn cho hệ thống sau đó thực hiện 4 cấp độ bù khác nhau, theo như tính toán kết nối hệ thống với mạng Wifi, từ đó điện 260 Tuyể ...