Generating preview...
TRẦN VĂN DUY BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI TRẦN VĂN DUY KỸ THUẬT ĐIỆN NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU THẬP THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI, SỬ DỤNG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY ĐỂ PHÁT HIỆN BẤT THƯỜNG CỦA HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI ĐỀ ÁN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN 2026 Hà Nội – 2026
BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI TRẦN VĂN DUY NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU THẬP THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI, SỬ DỤNG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY ĐỂ PHÁT HIỆN BẤT THƯỜNG CỦA HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI Ngành Kỹ thuật điện Mã số 8520201 ĐỀ ÁN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS. NINH VĂN NAM 2. TS. PHẠM VĂN NAM Hà Nội – 2026
i LỜI CAM ĐOAN Tôi là Trần Văn Duy, học viên cao học lớp Kỹ thuật điện khóa 14. Tôi xin cam đoan rằng đề án thạc sĩ với đề tài: " Nghiên cứu, thiết kế hệ thống thu thập thông số của hệ thống điện mặt trời, sử dụng mạng cảm biến không dây để phát hiện bất thường của hệ thống pin mặt trời" được nêu trong tài liệu này là sản phẩm nghiên cứu độc lập được thực hiện bởi tôi dưới sự hướng dẫn chuyên môn của TS. Ninh Văn Nam và TS. Phạm Văn Nam. Toàn bộ nội dung nghiên cứu, bao gồm cả các phân tích, kết quả quan sát được và đánh giá được mô tả trong đề án này, đều là trung thực và phản ánh chính xác quá trình làm việc cũng như nỗ lực nghiên cứu của bản thân tôi. Các kết quả nghiên cứu này, theo hiểu biết của tôi, chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu khoa học nào khác trước đây. Những số liệu, dữ liệu và thông tin trong các bảng biểu được sử dụng để phân tích, nhận xét và đánh giá đều được thu thập từ các nguồn đáng tin cậy và có liệt kê đầy đủ trong phần tham khảo của đề án. Tôi xin khẳng định rằng toàn bộ quá trình thực hiện đề án, tôi đã tuân thủ nghiêm ngặt các nguyên tắc về đạo đức nghiên cứu khoa học. Các tài liệu tham khảo đã được sử dụng hợp lý và trích dẫn đúng quy chuẩn, thể hiện sự tôn trọng đối với các công trình của các tác giả đi trước và đảm bảo tính minh bạch cho đề án. Tôi hiểu rõ và cam kết rằng, nếu có bất kỳ sai sót, vi phạm hay gian lận nào liên quan đến tính trung thực của đề án này, tôi sẽ hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật và các quy định của nhà trường. Tôi xin cam kết về tính chính xác và trung thực của toàn bộ nội dung đề án này. Hà Nội, ngày 10 tháng 04 năm 2026 Người cam đoan
ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................i MỤC LỤC .................................................................................................ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................iv DANH MỤC CÁC BẢNG .....................................................................................v DANH MỤC CÁC HÌNH......................................................................................vi MỞ ĐẦU .................................................................................................1 1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................1 2. Tổng quan nghiên cứu ........................................................................................1 3. Mục tiêu của đề tài..............................................................................................2 4. Nội dung nghiên cứu...........................................................................................2 5. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................2 CHƯƠNG 1.GIỚI THIỆU HỆ THỐNG GIÁM SÁT, CHẨN ĐOÁN VÀ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN MẶT TRỜI..............................................5 1.1 Cơ sở lý thuyết hệ thống điện mặt trời và các yếu tố ảnh hưởng .....................5 1.2. Cơ sở công nghệ giám sát và truyền dữ liệu cho hệ thống điện mặt trời ......11 1.3 Các phương pháp phân tích dữ liệu và phát hiện bất thường ......................13 1.4 Giới thiệu các thông số cần giám sát vận hành nhà máy điện mặt trời .......15 1.5. Giới thiệu các giải pháp giám sát vận hành ...................................................27 1.6 Giải pháp giám sát trên thế giới......................................................................35 1.7 Giải pháp giám sát vận hành nhà máy điện mặt trời tại việt nam ..................48 1.8 Kết luận chương 1...........................................................................................49 CHƯƠNG 2.THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU VÀ PHÁT HIỆN BẤT THƯỜNG CHO HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI..........................................51 2.1 Mục tiêu thiết kế ..........................................................................................51 2.2 Thiết kế hệ thống thu thập dữ liệu sử dụng mạng cảm biến không dây ......54 2.3 Xây dựng giải pháp phát hiện bất thường cho hệ thống pin mặt trời ..........64
iii 2.4 Kết luận chương 2...........................................................................................75 CHƯƠNG 3.KẾT QUẢ........................................................................................76 3.1 Kết quả phần cứng mô hình thực nghiệm.......................................................76 3.2 Kết quả xây dựng phương pháp trên tập dữ liệu tham chiếu..........................77 3.3. Kết quả phần mềm giám sát hệ thống............................................................82 3.4 Thảo luận kết quả............................................................................................83 3.5 Kết luận chương 3...........................................................................................84 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ.......................................................................89 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................91
iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt WSN Wireless Sensor Network Mạng cảm biến không dây (dùng để thu thập dữ liệu từ xa) PV Photovoltaic Hệ thống điện mặt trời IoT Internet of Things Internet vạn vật SCADA/EMS Supervisory Control and Data Acquisition / Energy Management System Hệ thống giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu / Hệ thống quản lý năng lượng RTU/PLC Remote Terminal Unit / Programmable Logic Controller Thiết bị đầu cuối từ xa / Bộ điều khiển logic khả trình HMI Human-Machine Interface Giao diện người - máy LSTM Long Short-Term Memory Bộ nhớ dài-ngắn hạn EVN Tập đoàn Điện lực Việt Nam
v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 So sánh đặc tính của LoRa, Zigbee và Wi-Fi........................................12 Bảng 2.1 Thống kê mô tả các biến chính trong tập dữ liệu..................................66 Bảng 2.2 Các đặc trưng môi trường sử dụng trong mô hình ................................67 Bảng 3.1 So sánh hiệu suất các mô hình dự đoán ................................................77
vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời .....................................................5 Hình 1.2 Biểu đồ tương quan bức xạ–công suất.....................................................8 Hình 1.3 Đồ thị I–V/P–V theo các mức bức xạ......................................................9 Hình 1.4 Đường cong I–V ở nhiều mức nhiệt độ khác nhau................................10 Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống pin quang điện và các vị trí giám sát thông số phía DC trong nhà máy điện mặt trời..................................................................................17 Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý giám sát các thông số phía AC ...................................22 Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý giám sát các thông số phía AC tại tủ điện biến tần ....23 Hình 1.8 Sơ đồ khối hệ thống thu thập dữ liệu môi trường và điều kiện vận hành ...............................................................................................25 Hình 1.9 Kiến trúc hệ thống giám sát vận hành ...................................................29 Hình 1.10 Cấu trúc mạng của hệ thống quản lý PV thông minh FusionSolar. ....36 Hình 1.11 Trạm thời tiết Huawei tương thích với tất cả các mẫu Huawei Smartlogger ...............................................................................................36 Hình 1.12 Phần mềm quản lý: Tỷ lệ hiệu suất trong FusionSolar cho các nhà máy điện mặt trời khác nhau.........................................................................................38 Hình 1.13 Kiến trúc công nghiệp của hệ thống ....................................................41 Hình 1.14 Phần mềm quản lý dữ liệu SMA Data Manager (giao diện chính) .....42 Hình 1.15 Giao diện phân tích hiệu suất trên web................................................43 Hình 1.16 Phần mềm giám sát vận hành của Enphase Enlighten.........................44 Hình 1.17 Phần tích dữ liệu, cảnh báo sự cố ........................................................46 Hình 1.18. Phần mềm quản lý dữ liệu trên web ...................................................46 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý tổng thể hệ thống ........................................................51 Hình 2.2 Sơ đồ khối của bộ thu thâp dữ liệu ........................................................54 Hình 2.3: Các cảm biến của thiết bị đo.................................................................56 Hình 2.3 IC vi xử lý và truyền thông không dây – LoRa (RA-01H)....................57 Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lý thiết kế mạch thu thập dữ liệu ...................................60 Hình 2.5. Thiết kế mạch in thiết bị .......................................................................60 Hình 2.6. Sơ đồ khối của Gateway LoRa .............................................................61 Hình 2.7 Vi xử lý trung tâm - ESP32 WROOM 32D...........................................62 Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý thiết kế mạch thu thập dữ liệu ....................................63
vii Hình 2.9 Thiết kế mạch in thiết bị ........................................................................63 Hình 2.10 Mối quan hệ giữa công suất AC, nhiệt độ môi trường và bức xạ mặt trời: (a) công suất AC theo nhiệt độ môi trường; (b) công suất AC theo bức xạ; (c) biểu diễn không gian 3 chiều giữa công suất AC, nhiệt độ môi trường và bức xạ ......67 Hình 2.11 Mã hóa đặc trưng thời gian tuần hoàn bằng hàm sine và cosine.........69 Hình 2.12 Linear regression .................................................................................71 Hình 2.13. Random forest.....................................................................................72 Hình 3.1 Triển khai phần cứng của hệ thu thập PV đề xuất: (a,b, c) Mô hình đo PV và Thiết bị thu dựa trên LoRa, (d) mach Gateway LoRa .....................................76 Hình 3.2 Thử ngiệm triển khai thu thập giám sát hệ PV 1.5KW ........................77 Hình 3.3 So sánh giữa công suất PV thực tế và công suất dự đoán bằng mô hình hồi quy tuyến tính . ..............................................................................................78 Hình 3.4 So sánh giữa công suất PV thực tế và công suất dự đoán bằng mô hình Random Forest. ...............................................................................................79 Hình 3.5 Phần dư của mô hình hồi quy tuyến tính trong bài toán dự đoán công suất PV. ...............................................................................................79 Hình 3.6 Phần dư của mô hình Random Forest trong bài toán dự đoán công suất PV. ...............................................................................................80 Hình 3.7. So sánh phần dư của mô hình hồi quy tuyến tính và Random Forest trong bài toán dự đoán công suất PV. ............................................................................80 Hình 3.8. Biểu đồ tác động của các đặc trưng. Trục tung liệt kê các biến được bao gồm trong mô hình, trong khi thang màu ở bên phải biểu thị độ lớn của mỗi biến, từ giá trị thấp (xanh lam) đến giá trị cao (đỏ). Trục hoành biểu thị giá trị SHAP, định lượng đóng góp của mỗi biến vào kết quả dự báo........................................81 Hình 3.9. Giao diện hiển thị thông số thu thập.....................................................82 Hình 3.10. Giao diện trực quan hóa thông số theo thời gian................................82
1 MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hiện nay, phần lớn hệ thống điện mặt trời quy mô nhỏ và vừa chưa được trang bị hệ thống giám sát chi tiết đến từng tấm pin hoặc cụm pin. Dữ liệu thường chỉ được ghi nhận tại inverter đầu ra, không đủ để đánh giá chính xác hiệu suất từng phần trong hệ thống. Bên cạnh đó, các giải pháp giám sát có sẵn thường có chi phí cao, khó mở rộng và thiếu tính linh hoạt. Trong bối cảnh đó, việc nghiên cứu và thiết kế một hệ thống thu thập dữ liệu dựa trên mạng cảm biến không dây (WSN) – có khả năng đo đạc điện áp, dòng điện, nhiệt độ và bức xạ mặt trời tại từng vị trí cụ thể – sẽ giúp tăng cường khả năng giám sát chi tiết hiệu suất của hệ thống PV theo thời gian thực, với chi phí hợp lý và khả năng mở rộng cao. Đề tài này có tính cấp thiết trong việc ứng dụng công nghệ IoT vào lĩnh vực năng lượng tái tạo, hướng đến chuyển đổi số trong quản lý và vận hành hệ thống điện mặt trời. 2. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU Các nghiên cứu và hệ thống giám sát điện mặt trời hiện nay chủ yếu tập trung ở cấp hệ thống tổng thể hoặc tại các trạm inverter. Một số hệ thống sử dụng SCADA hoặc các nền tảng giám sát riêng biệt nhưng đòi hỏi chi phí đầu tư cao và hạ tầng phức tạp. Các công trình gần đây trên thế giới đã bước đầu tích hợp cảm biến không dây, mạng IoT và nền tảng đám mây để xây dựng hệ thống giám sát thông minh cho PV. Tuy nhiên, phần lớn chỉ mới triển khai ở quy mô thí nghiệm hoặc thiếu khả năng tương tác thời gian thực. Tại Việt Nam, việc ứng dụng công nghệ này còn hạn chế. Vì vậy, đề tài hướng đến xây dựng một hệ thống giám sát hiệu suất pin mặt trời thời gian thực
Showing the first 10 pages. Download the document to see it all.
No comments yet. Be the first!
Comments (0)
No comments yet. Be the first!