Mô hình khung lưới điện thông minh smart grid framework
Nhìn từ giao tiếp truyền thông, mỗi hệ thống trong mô hình đều là đơn vị sử dụng hoặc cung cấp thông tin, hoặc cả hai. Ngoài truyền thông giữa các hệ thống, mỗi hệ thống đều có các hệ thống con bên trong sử dụng giao tiếp truyền thông riêng.
Dưới đây mô tả hệ thống cơ bản bao gồm các hệ thống con và trao đổi truyền thông giữa chúng.
Lưới điện thông minh Smart Grid bao gồm:
Người sử dụng điện / Khách hàng phát điện Prosumer
Người sử dụng điện thông minh sẽ gửi yêu cầu sử dụng theo nhu cầu và nằm giữa giao diện quản lý lưới phân phối và tự động hóa tòa nhà.
Ngưởi sử dụng tự phát điện hiện nay chưa có nhiều nhưng sẽ là động lực để phát triển lưới điện thông minh trong tương lai.
Nhà thông minh (Smart Homes) là ngôi nhà được trang bị thiết bị tự động hòa nhằm tự động hóa việc điều khiển và nâng cao chất lượng cuộc sống. Tự động hòa ngôi nhà bao gồm rất nhiều thiết bị ánh sáng, rèm và cửa chớp, điều hòa HVAC, thiết bị điện gia dụng và các thiết bị khác dùng mạng dùng chung, nhằm sử dụng năng lượng hiệu quả, kinh tế, nâng cao độ tin cậy cũng như tiện nghi ngôi nhà.
Hệ thống Điều khiển và Tự động hóa tòa nhà (Building Automation and Control System - BACS) là bộ não của ngôi nhà.
BACS bao gồm các thiết bị cảm biến, công nghệ quản lý và điều khiển cho tòa nhà, nhà máy, thiết bị ngoài trời cũng như các thiết bị khác hỗ trợ tự động hóa. BACS bao gồm tất cả các sản phẩm hỗ trợ điều khiển tự động hóa như chức năng logic, điều khiển, theo dõi, tối ưu hóa, vận hành, quản lý và can thiệp bằng tay để tiết kiệm năng lượng, kinh tế trong việc vận hành tòa nhà.
Hệ thống điều khiển và Tự động hóa tòa nhà
Phát điện
Phát điện thông minh (Smart Generation) sẽ tăng việc sử dụng điện tử công suất để điều khiển sóng hài, dư điện áp fault ride-through, dao động điện áp ( fluctuating generation) từ nguồn năng lượng tái tạo cũng như điều chỉnh công suất phát từ nhà máy phát điện sử dụng nguyên liệu hóa thạch khi có sự gia tăng công suất phát từ năng lượng tái tạo.
Lưới điện ( Truyền tải và Phân phối)
Tự động hóa Trạm biến áp (Substation Automation & Protection) là cốt lõi của vận hành an toàn lưới truyền tải. Tiêu chuẩn IEC 61850 đã ra đời phục vụ cho lưới điện thông minh.
Hệ thống theo dõi Năng lượng và Chất lượng Năng lượng (Power Quality, Power Monitoring Systems) rất giống hệ thống quản lý chất lượng trong công ty. Nó độc lập với hệ thống Quản lý và Điều khiển, Vận hành và giám sát tất cả hoạt động và thiết bị điện trên lưới.
Hệ thống này có thể được gọi là hệ thống cảnh báo sớm, dùng phân tích lỗi cũng như tìm ra nguyên nhân.
Hệ thống quản lý năng lượng (Energy Management System - EMS) là trung tâm điều khiển lưới truyền tải. Ngày nay khách hàng thường yêu cầu kiến trúc mở tích hợp dễ dàng IT và các phần mềm khách hỗ trợ phát hiện sự cố (đo phase, hiển thị tình trạng lưới điện, phân tích ổn định lưới ( dynamic network stability analysis)).
Khác với phương pháp bảo vệ lưới điện cổ điển trong đó bảo vệ cách thiết bị chính như máy phát từ sự cố ngắn mạch, hệ thống Hỗ trợ Quyết định và Phương pháp Bảo vệ Tích hợp Hệ thống (Decision Support Systems and System Integrity Protection Schemes) sẽ bảo vệ lưới từ tình trạng không ổn định và rã lưới (black-outs). Phương pháp Bảo vệ Tích hợp Hệ thống sẽ tập trung vào các thiết bị bảo vệ mục tiêu, bảo vệ thiết bị chính (như máy biến áp) khỏi sự cố ( fatal fault currents) do phản ứng dây chuyền không kiểm soát, bắt đầu bởi một số thiết bị bảo vệ khác tránh rã tải toàn hệ thống.
Bảo vệ và Tự động hóa lưới phân phối (Distribution Automation and Protection)
Tại những nơi yêu cầu điều khiển từ xa và tự động hóa vận hành sẽ dẫn đến cần tự động hóa lưới phân phối nhiều hơn, hay còn gọi là “Smart Gears”. Các quốc gia sử dụng nhiều đường dây trên không sẽ có lợi nhiều nhất khi sử dụng phương pháp này. Tự động hóa lưới phân phối tiên tiến bao gồm các tính năng tự cấu hình tự động, giảm tối thiểu thời gian gián đoạn (lưới điện tự phục hồi - “self-healing grids).
Bước tiếp theo là dùng các nguồn năng lượng tạo ra tế bào khép kín MicroGrids. MicroGrids đảm bảo cấp điện cho lưới phân phối ngay cả khi lưới truyền tải bị rã hệ thống.
Hệ thống quản lý lưới phân phối (Distribution Management System - DMS) kết hợp với hệ thống quản lý năng lượng EMS tạo thành trung tâm điều khiển cho lưới phân phối. Tại các quốc gia hay mất điện, Hệ thống Quản lý Mất điện ( Outage Management System - OMS) là thành phần quan trọng của DMS. Các thành phần quan trọng khác là xác định điểm lỗi và giao diện với hệ thống thông tin địa lý Geographic Information Systems.
Đồng hồ đo thông minh Smart Meter.
Truyền thông
Truyền thông là mạng xương sống cho lưới điện thông minh. Hệ thống hoạt động được do trao đổi thông tin về cú pháp và nội dung.
An ninh hạ tầng truyền thông là vấn đề được đặt lên hàng đầu.
Lưới điện thông minh làm gia tăng sự trao đổi thông tin cho cả khả năng quan sát và điều khiển kiểm soát. Vì vậy trao đổi thông tin giữa các hệ thống và các lớp vật lý phía sau sẽ không ngừng tăng lên.