Một thí nghiệm thông minh trong việc giám sát lưới điện đã chứng minh cách thiết bị âm thanh thông thường có thể theo dõi những thay đổi tần số mạng điện, thành công ghi lại khoảnh khắc các lưới điện đồng bộ hóa trong một cuộc thử nghiệm mạng lưới châu Âu vào tháng 2 năm 2023.
Dự án này xuất phát từ các thí nghiệm radiosonde của một nhóm đài quan sát công dân Ý, nơi một nhà nghiên cứu quyết định giám sát tần số lưới điện châu Âu lục địa bằng các phương pháp không thông thường. Thay vì sử dụng thiết bị chuyên dụng đắt tiền hoặc kết nối trực tiếp nguy hiểm với điện áp mains, hệ thống này dựa vào thiết bị ghi âm để phát hiện các tín hiệu điện từ tinh tế mà đường dây điện phát ra.
Cách Tiếp Cận An Toàn Trước Tiên Thúc Đẩy Đổi Mới
Thiết lập thí nghiệm hoàn toàn tránh kết nối điện trực tiếp, giải quyết các mối quan tâm về an toàn đã chi phối các cuộc thảo luận cộng đồng. Giám sát lưới điện thường yêu cầu hạ áp các điện áp đường dây nguy hiểm, nhưng cách tiếp cận này loại bỏ rủi ro đó bằng cách sử dụng khớp nối điện từ thay thế. Phương pháp này bao gồm việc đặt cáp ghi âm gần đường dây điện để thu tín hiệu dòng điện xoay chiều, sau đó xử lý các bản ghi này thông qua phân tích phần mềm.
Các thành viên cộng đồng nhấn mạnh sự khôn ngoan của cách tiếp cận thận trọng này, lưu ý rằng điện mains có thể cung cấp hàng kilowatt công suất và các bộ ngắt bảo vệ có thể không phản ứng đủ nhanh để ngăn chặn hư hỏng thiết bị. Ngay cả việc tiếp xúc ngắn với điện áp gia đình cũng có thể bơm hàng trăm watt vào thiết bị điện tử nhạy cảm, vượt xa giới hạn thiết kế của chúng.
Ước tính chi phí hệ thống giám sát tự chế:
- Phiên bản đơn giản một pha: ~40 USD
- Phiên bản đầy đủ ba pha với nguồn dự phòng: ~100 USD
- Các linh kiện: Biến áp hạ áp, module GPS , vi điều khiển ESP32 , ADC , lưu trữ thẻ SD
Độ Chính Xác Tần Số Tiết Lộ Hành Vi Lưới Điện
Hệ thống giám sát đạt được độ chính xác đáng kể, phát hiện các biến đổi tần số nhỏ đến 0,05 Hz trong lưới điện 50 Hz của châu Âu. Mức độ chính xác này đủ để quan sát cách các mạng điện khác nhau đồng bộ hóa trước khi kết nối lại, cho thấy các tần số dần dần trôi về phía nhau một cách có kiểm soát trước khi các bộ ngắt mạch đóng.
Các lưới điện châu Âu duy trì kiểm soát tần số chặt chẽ, thường hoạt động giữa 49,8 Hz và 50,2 Hz trong điều kiện bình thường. Các độ lệch ngắn hạn lên đến 0,8 Hz được cho phép, nhưng các biến đổi lớn hơn có thể kích hoạt các hệ thống bảo vệ ngắt kết nối máy phát điện để ngăn chặn hư hỏng. Hệ thống giám sát DIY đã thành công theo dõi những thay đổi tinh tế này chỉ bằng phần mềm xử lý âm thanh và phân tích tín hiệu cơ bản.
Lưu ý: Radiosonde đề cập đến các thiết bị chạy bằng pin được mang bởi khinh khí cầu thời tiết để đo các điều kiện khí quyển
Thông số kỹ thuật tần số lưới điện châu Âu:
- Phạm vi hoạt động bình thường: 49.8 Hz đến 50.2 Hz
- Giới hạn độ lệch ngắn hạn: 49.2 Hz đến 50.8 Hz (độ lệch 800 mHz)
- Độ chính xác phát hiện đạt được: biến động 0.05 Hz
Sự Quan Tâm Của Cộng Đồng Đối Với Giám Sát Phân Tán
Thí nghiệm đã khơi dậy các cuộc thảo luận về việc tạo ra các mạng giám sát điện phân tán sử dụng các thành phần không đắt tiền. Một số thành viên cộng đồng đã phác thảo các thiết kế cho hệ thống tinh vi hơn có chi phí từ 40-100 đô la Mỹ, kết hợp đồng bộ hóa thời gian GPS, giám sát ba pha và khả năng ghi dữ liệu.
Các giải pháp thương mại hiện tại như Ting của Whisker Labs tại Hoa Kỳ và GridRadar tại châu Âu đã cung cấp giám sát phân tán tương tự, nhưng cách tiếp cận DIY mang lại tiềm năng cho sự tham gia rộng rãi hơn của cộng đồng. Các thách thức chính được xác định bao gồm mối quan tâm về trách nhiệm pháp lý, xác minh dữ liệu và tìm thời gian phát triển cùng với các cam kết khác.
Sự thành công của hệ thống giám sát đơn giản này chứng minh cách giải quyết vấn đề sáng tạo có thể đạt được kết quả chất lượng chuyên nghiệp bằng thiết bị hàng ngày. Bằng cách ưu tiên an toàn và tận dụng công nghệ sẵn có, dự án mở ra khả năng cho các đóng góp khoa học công dân vào giám sát và nghiên cứu lưới điện.
Tham khảo: Measuring power network frequency using junk you have in your closet