Hệ thống giám sát cho nguồn năng lượng mặt trời

CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION TEN

SESSION 10
Phòng: Jasmine 1 Chủ tọa: Nguyễn Phúc Khải, Lê Minh Thùy

HỆ THỐNG GIÁM SÁT
CHO NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
Trần Đình Chiến(1), Đậu Danh Quyết(1), Vũ Hồng Phương, Hồng Đức Chính
(1)Sinh viên bộ mơn Tự động hóa Cơng nghiệp, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
,

TÓM TẮT
Hệ thống điện mặt trời kiểu lai tích hợp các
nguồn năng lượng tái tạo và các bộ lưu điện
là hệ thống năng lượng có độ tin cậy cao.
Hệ thống có khả năng làm việc ở chế độ
đọc lập hoặc chế độ nối lưới trong đó điện
được cung cấp cho lưới điện theo yêu cầu
của các cơng ty quản lý và khai thác lưới.
Việc tích hợp các thiết bị lưu trữ năng lượng

năng lượng mặt trời không chỉ làm tăng độ
tin cậy của hệ thống mà còn giúp cho việc
điều tiết năng lượng đạt hiệu suất cao. Bài
báo này trình bày đề xuất một hệ thống
giám sát từ xa cho hệ thống năng lượng
mặt trời nối lưới để giúp cho việc theo dõi
và quản lý năng lượng hiệu quả hơn.

như pin hoặc ắc quy vào hệ thống khai thác
Từ khóa: hệ thống Solar PV, hệ thống giám sát năng lượng, nguồn năng lượng phân tán...

1. GIỚI THIỆU
Ngày nay, nhu cầu năng lượng không

thác dễ thay đổi. Do đó việc giám sát

ngừng gia tăng, trong khi năng lượng

các biến trạng thái của hệ thống là hết

hóa thạch hoặc năng lượng hạt nhân

sức cần thiết để có những điều chỉnh

có xu hướng suy giảm do lo ngại về

kịp thời nhằm nâng cao hiệu quả khai

vấn đề ô nhiễm môi trường và sự giới

thác năng lượng [2].

hạn về tài nguyên. Các giải pháp năng
lượng thân thiện với môi trường đang
dần được quan tâm nhiều hơn và đưa
vào ứng dụng rộng rãi, đặc biệt là năng
lượng mặt trời. Tuy nhiên, do đặc tính tự
nhiên của năng lượng mặt trời và điều
kiện mơi trường xung quanh trong q
trình hoạt động khiến công suất khai

2. CẤU TRÚC HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG
Như đã trình bày ở trên hệ thống được đề
xuất có sự tích hợp nhiều nguồn điện khác
nhau bao gồm PV, pin và lưới, được nối với
tải qua một bộ biến tần như mơ tả trong
hình 1. Trong đó các biến trạng thái mà ta

DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO | 189


CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION TEN

cần theo dõi bao gồm: công suất của từng

này là giao thức Controller Area Network

thành phần trong hệ thống (đại diện cho

(CAN) dùng để trao đổi dữ liệu giữa các

cường độ hoạt động của từng thành phần

vi điều khiển của các bộ biến đổi cơng

năng lượng) và điện áp/dịng điện tương

suất và các giao thức để trao đổi giữa các

ứng với các thành phần đó (đại diện cho

thiết bị trong mạng internet nhằm mục

sự ổn định của các nguồn năng lượng).

đích theo dõi hệ thống từ xa như HTTP và
MQTT. Ngoài ra, giao thức truyền thông
Zigbee cũng được sử dụng để truyền
dữ liệu giữa hệ thống công suất tại hiện
trường và thiết bị thu thập dữ liệu ở phòng
điều khiển. Cấu trúc hệ thống được mơ tả
như trong hình 2.

Hình 1. Cấu trúc hệ thống năng lượng.

3. HỆ THỐNG GIÁM SÁT

Hình 2. Cấu trúc hệ thống giám sát.

3.1 Cấu trúc
Để giám sát các thông số đã được để cập

3.2 Controller Area Network (CAN) và Zigbee

ở phần trên ta sẽ cần cài đặt các giao thức

Mạng CAN đóng vai trị giao thức trao đổi

truyền thông cho hệ thống. Hệ thông

thông tin giữa các vi điều khiển. Trong

được đề xuất ở đây bao gồm hai phần

một mạng CAN ln chứa hai loại thiết

chính: bộ biến đổi công suất ở cấp trường

bị Master và Slave. Trong hệ thống thị

và hệ thống máy tính và mạng giám sát

nghiệm, Master được chọn là vi điều khiển

cấp cao. Các giao thức thuyền thơng được

STM32F407, cịn với Slave ở đây được chọn

sử dụng tương ứng trong hai thành phần

là DSP F28379D LauchPad.

190 | DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO


CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION TEN

Dựa trên ý tưởng ở [2], hệ thống sử dụng

thực thi giao diện giám sát trên nền Web

mạng Zigbee hai module Master STM32F4

đã được xây dựng.

tương ứng với hệ thống 1 pha và 3 pha
sẽ gửi các đại lượng yêu cầu lên Gateway
Raspberry Pi để gửi dữ liệu lên Internet.
3.3 Các giao thức mạng Internet được sử
dụng
Trong hệ thống giám sát như ở trên hình
2, Raspberry Pi khơng gửi trực tiếp dữ liệu
đến Web hiển thị từ xa mà sẽ thông qua
giao thức MQTT gián tiếp gửi qua một phần
mềm máy chủ trung gian gọi là Broker. Việc

Hình 3. Phân luồng dữ liệu trong giao thức MQTT

gửi/nhận trong giao thức này được thực
hiện thơng qua cơ chế Subscribe/Publish.
Mỗi khi có một thiết bị trong mạng Internet

4. KẾT LUẬN

gửi (publish) một bản tin nào đó được xác

Bài báo đã trình bày đề xuất hệ thống giám

định bằng một topic cụ thể thì thiết bị khác

sát năng lượng mặt trời. Cơ sở hạ tầng của

có thể nhận được dữ liệu này bằng cách

hệ thống đã được xây dựng và phần mềm

đăng ký nhận (subscribe) vào topic đó. Việc

giao diện đã được phát triển với các tính

phân luồng gửi nhận các bản tin này được

năng cơ bản có thể theo dõi các thơng

đảm nhiệm bởi Broker như mơ tả trong

số chính của các bộ nguồn.Hệ thống vẫn

hình 3

đang trong q trình hồn thiện để có thể

Nghiên cứu này sử dụng một broker mã
nguồn mở là mosquitto [3].

thu thập dữ liệu đầy đủ hơn. Từ đó sẽ giúp
cho định hướng nghiên cứu tiếp theo của
nhóm là phân tích và đưa ra các khuyến

Thiết bị máy chủ (host) ở hình 2 là một máy

nghị cho việc vận hành an tồn cũng như

tính với một phần mềm được phát triển

đưa ra các dự đoán về khả năng khai thác

bằng ngôn ngữ Python đảm nhiệm việc

năng lượng và nhu cầu tiêu thụ của tải để

thu thập và lưu trữ dữ liệu của hệ thống.

tối ưu hóa hoạt động.

Máy tính này thực hiện giao thức MQTT
dựa vào module paho-mqtt cho ngôn ngữ
Python. Đồng thời, do yêu cầu nối mạng
nội bộ, Web server cũng được cài đặt để

DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO | 191


CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION TEN

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
TS. Vũ Hoàng Phương tốt nghiệp Đại học và
nhận bằng Thạc sĩ khoa học, Tiến sĩ chuyên
ngành Điều khiển và Tự động hóa tại Trường
ĐHBKHN vào các năm 2006, 2008, 2014. Từ năm

2006, anh là giảng viên Trường ĐHBKHN. Lĩnh
vực nghiên cứu gồm mơ hình hóa và điều khiển
Hình 4. Kết quả trên web hiển thị

các bộ chuyển đổi điện tử công suất cho các ứng
dụng như PV, truyền động điện.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1] M. H. de Freitas Takami, S. A. Oliveira da Silva and

TS. Hồng Đức Chính là giảng viên tại Bộ mơn
Tự động hóa Cơng nghiệp, Viện Điện, Trường

L. P. Sampaio, “Dynamic performance comparison

Đại học Bách khoa Hà Nội từ năm 2019. Anh

involving grid-connected PV systems operating

tốt nghiệp Đại học chuyền ngành Điều khiển

with active power-line conditioning and subjected
to sudden solar irradiation changes,” in IET

tự động tại trường ĐHBKHN năm 2017 và nhận

Renewable Power Generation, vol. 13, no. 4, pp.

bằng Tiến sỹ tại Đại học Quốc gia Singapore

587-597, 18 3 2019, doi: 10.1049/iet-rpg.2018.5810

năm 2013. Anh làm việc tại Đại học Quốc gia

[2] Yongfu Li, Peijie Lin, Haifang Zhou, Zhicong Chen,

Singapore với vai trò là kĩ sư nghiên cứu năm

Lijun Wu, Shuying Cheng, Fengping Su, “Online Monitoring System Based on Open Source

2012 và nghiên cứu sau tiến sĩ từ cuối năm 2013.

Platform for Photovoltaic Array”, Energy Procedia,

Lĩnh vực nghiên cứu gồm lưới điện thơng minh,

Vol. 145, 2018.

tịa nhà thông minh, mạng cảm biến và chấp

[3] Eclipse Mosquitto [Online]. Available: https://
mosquitto.org/. [Accessed: 02-Dec-2020

hành không dây, quản lý và phân tích dữ liệu,
các phương pháp tối ưu và ứng dụng.

TÁC GIẢ Ý TƯỞNG
Trần Đình Chiến đang học tập và nghiên cứu tại
bộ mơn Tự động hóa Cơng nghiệp, Trường Đại
học Bách khoa Hà Nội. Lĩnh vực nghiên cứu: Hệ

thống giám sát trong công nghiệp, năng lượng
thông minh.
Đậu Danh Quyết đang học tập và nghiên cứu
tại bộ môn Tự động hóa Cơng nghiệp, Trường
Đại học Bách khoa Hà Nội. Lĩnh vực nghiên cứu:
Hệ thống giám sát trong công nghiệp, năng
lượng thông minh.

192 | DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO