Đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu cho hệ biến tần pin mặt trời dựa nền iot

Khám phá đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu cho hệ biến tần pin mặt trời dựa trên IoT hiệu quả và hiện đại.

• Tác giả: Đậu Danh Quyết
• Người hướng dẫn: TS. Hoàng Đức Chính
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Điều Khiển và Tự Động Hóa
• Đề tài: Thiết Kế Hệ Thống Giám Sát Và Thu Thập Dữ Liệu Cho Hệ Biến Tần – Pin Mặt Trời Dựa Nền IoT
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG
• 1.1. Tổng quan về năng lượng mặt trời
• 1.2. Pin quang điện (PV)
• 1.3. Giới thiệu về hệ thống biến đổi điện tử công suất sử dụng pin năng lượng mặt trời
• 1.3.1. Bộ biến đổi DC/DC
• 1.3.2. Bộ biến đổi DC/AC
• 1.3.3. Hệ thống PV-Inverter
• 1.4. Internet of Things
• 1.4.1. Giới thiệu
• 1.4.2. Ứng dụng của IoT trong hệ thống điện tử công suất
• 2. TỔNG QUAN HỆ BIẾN TẦN – PIN MẶT TRỜI
• 2.1. Cấu trúc hệ thống PV-Inverter
• 2.2. Hệ thống quản lý năng lượng thông minh cho hệ thống PV-Inverter
• 2.2.1. Các chế độ vận hành và quản lý
• 2.2.2. Một số kết quả đạt được
• 3. CÁC GIẢI PHÁP TRUYỀN THÔNG VÀ THU THẬP DỮ LIỆU CHO HỆ THỐNG GIÁM SÁT PV-INVERTER
• 3.1. Cấu trúc hệ thống IOT cho hệ thống PV-Inverter
• 3.2. Các thành phần điều khiển và đo lường
• 3.2.1. Mạch điều khiển Slave
• 3.2.2. Mạch điều khiển trung tâm Master
• 3.2.3. Các thành phần đo lường
• 3.2.3.1. Giới thiệu về Raspberry Pi
• 3.2.3.2. Cấu tạo của Raspberry Pi
• 3.3. Truyền thông trong hệ thống
• 3.3.1. Truyền thông giữa các bộ điều khiển
• 3.3.2. Truyền thông Modbus RTU
• 3.3.3. Truyền thông Zigbee
• 4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ THU THẬP DỮ LIỆU CHO HỆ PV-INVERTER
• 4.1. Cấu trúc hệ thống IoT cho hệ PV-Inverter
• 4.2. Giao thức MQTT
• 4.3. Thiết kế phần mềm
• 4.3.1. Lưu đồ thuật toán trên Raspberry Pi
• 4.3.2. Lưu đồ thuật toán truy vấn cơ sở dữ liệu (Database)
• 5. GHÉP NỐI VÀ THỬ NGHIỆM
• 5.1. Quy trình ghép nối
• 5.1.1. Ghép nối khối Gateway Raspberry Pi
• 5.1.2. Hệ thống IoT sau khi việc ghép nối hoàn thiện
• 5.2. Chạy thử nghiệm hệ thống IoT với hệ thống PV-Inverter
• 5.2.1. Kết quả truyền nhận dữ liệu giữa mạch Master (STM32) và Raspberry
• 5.2.2. Sự thay đổi của các thông số khi thời tiết thay đổi
• 5.2.3. Biểu đồ thống kê năng lượng
• 5.2.4. Biểu đồ công suất
• 5.3. Hướng phát triển của đồ án trong tương lai
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Hệ thống Giám sát Biến tần

Phần này tập trung vào hệ thống giám sát biến tần trong hệ thống năng lượng mặt trời. Đề tài đề xuất một giải pháp giám sát từ xa, theo thời gian thực. Điều này cho phép theo dõi trạng thái các thành phần và đánh giá hiệu quả hoạt động của hệ thống, đặc biệt hữu ích cho các hệ thống đặt ở vị trí khó tiếp cận. Giám sát IoT biến tần pin mặt trời được xem là giải pháp trọng tâm, tận dụng khả năng kết nối và truyền dữ liệu của Internet of Things. Hệ thống giám sát năng lượng mặt trời này nhằm tối ưu hóa hiệu suất và đảm bảo vận hành ổn định. Việc thu thập dữ liệu biến tần là bước quan trọng, cung cấp dữ liệu thô cho quá trình phân tích và ra quyết định. Máy chủ giám sát biến tần, thường là một thiết bị nhúng như Raspberry Pi, đóng vai trò trung tâm trong việc thu nhận, xử lý và truyền dữ liệu. Phần mềm giám sát biến tần sẽ trực tiếp xử lý dữ liệu, tạo báo cáo và cung cấp giao diện người dùng thân thiện.

1.1 Thu thập và Xử lý Dữ liệu

Thu thập dữ liệu biến tần được thực hiện thông qua các cảm biến giám sát biến tần, đo lường các thông số quan trọng như điện áp, dòng điện, công suất, nhiệt độ. Dữ liệu này được truyền đến máy chủ giám sát biến tần qua các giao thức truyền thông như Modbus RTU, Zigbee, hoặc MQTT. Raspberry Pi, một thiết bị nhúng phổ biến, được sử dụng như Gateway trong hệ thống, chịu trách nhiệm xử lý dữ liệu thô, lọc nhiễu và truyền dữ liệu lên server. Thu thập và phân tích dữ liệu IoT giúp mô hình hóa hoạt động của hệ thống. Phân tích dữ liệu biến tần sẽ giúp xác định hiệu suất, phát hiện lỗi và dự đoán các vấn đề tiềm ẩn. Quản lý dữ liệu biến tần đòi hỏi cơ sở dữ liệu hiệu quả, cho phép lưu trữ, truy vấn và phân tích dữ liệu một cách dễ dàng. Cơ sở dữ liệu thường được lựa chọn là MySQL hoặc các hệ quản trị cơ sở dữ liệu khác. Mô hình dữ liệu biến tần cần được thiết kế cẩn thận để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả của quá trình phân tích.

1.2 Giám sát Từ Xa và Điều khiển

Hệ thống sử dụng giao diện web hoặc ứng dụng di động để giám sát từ xa biến tần. Giải pháp giám sát từ xa biến tần cho phép người dùng truy cập và theo dõi các thông số hệ thống bất cứ lúc nào, bất cứ nơi đâu. Điều khiển từ xa biến tần qua IoT tạo điều kiện cho việc can thiệp kịp thời, điều chỉnh hoạt động hệ thống khi cần. An ninh mạng cho hệ thống giám sát năng lượng mặt trời là yếu tố quan trọng cần được ưu tiên. Các biện pháp bảo mật cần được áp dụng để bảo vệ hệ thống khỏi các mối đe dọa an ninh mạng. Kết nối IoT cho biến tần cần đảm bảo độ tin cậy cao, giảm thiểu rủi ro mất kết nối. Thiết bị giám sát biến tần pin mặt trời cần được lựa chọn phù hợp với điều kiện môi trường và yêu cầu hoạt động của hệ thống. Chi phí vận hành và bảo trì hệ thống cần được tính toán kỹ lưỡng, đảm bảo tính kinh tế của giải pháp.

II. Ứng dụng và Phân tích

Internet of Things và năng lượng mặt trời là sự kết hợp mang lại nhiều lợi ích. Hệ thống giám sát điện năng lượng mặt trời này góp phần tiết kiệm năng lượng bằng cách tối ưu hóa hoạt động của hệ thống. Giám sát hiệu suất pin mặt trời giúp phát hiện và khắc phục kịp thời các sự cố, tránh lãng phí năng lượng. Giải pháp giám sát năng lượng tái tạo này có thể được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống điện mặt trời quy mô khác nhau, từ hộ gia đình đến các nhà máy điện mặt trời lớn. Biến tần pin mặt trời thông minh là mục tiêu hướng tới, tích hợp khả năng tự điều chỉnh và tối ưu hóa hoạt động. Cảnh báo lỗi biến tần giúp người dùng kịp thời xử lý sự cố, đảm bảo hoạt động liên tục của hệ thống. Phân tích lỗi biến tần giúp tìm ra nguyên nhân và biện pháp khắc phục hiệu quả. Báo cáo hiệu suất biến tần cung cấp thông tin chi tiết về hoạt động của hệ thống, hỗ trợ quá trình ra quyết định.

2.1 Đánh giá Hiệu quả

Tối ưu hóa hệ thống pin mặt trời là mục tiêu chính. Hệ thống giám sát giúp tối đa hóa sản lượng điện năng, giảm thiểu lãng phí. Bảo vệ sản lượng năng lượng mặt trời khỏi các tác động bất lợi của môi trường. Giải pháp giám sát năng lượng tại chỗ cho phép người dùng chủ động trong việc quản lý và vận hành hệ thống. Tích hợp hệ thống giám sát với các hệ thống quản lý năng lượng khác mang lại hiệu quả toàn diện. Độ tin cậy của hệ thống giám sát là yếu tố quan trọng, đảm bảo tính chính xác và ổn định của dữ liệu. Dữ liệu giám sát chính xác giúp hỗ trợ các quyết định về bảo trì, thay thế thiết bị. Thời gian thực giám sát biến tần giúp phát hiện và xử lý sự cố nhanh chóng. Ứng dụng giám sát biến tần rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ năng lượng tái tạo đến các ứng dụng công nghiệp.

2.2 Phát triển Tương lai

Dự báo tải và dự báo công suất PV là hai hướng phát triển quan trọng. Việc dự đoán nhu cầu năng lượng và sản lượng điện giúp tối ưu hóa việc quản lý và phân phối năng lượng. Hệ thống giám sát điện năng mặt trời có thể được mở rộng để tích hợp với các nguồn năng lượng khác, tạo nên một hệ thống quản lý năng lượng tổng thể. Điều khiển tự động hệ thống giúp giảm thiểu sự can thiệp của con người, tăng hiệu quả hoạt động. Hệ thống giám sát thông minh sử dụng trí tuệ nhân tạo để tự động phát hiện và xử lý sự cố. Tích hợp với các nền tảng đám mây cho phép chia sẻ và quản lý dữ liệu hiệu quả hơn. Phát triển ứng dụng di động giúp người dùng dễ dàng truy cập và quản lý hệ thống. Cải tiến giao diện người dùng tạo trải nghiệm thân thiện và dễ sử dụng hơn.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu thế chuyển dịch năng lượng hiện nay, các nguồn nhiên liệu hóa thạch truyền thống như than đá, dầu mỏ ngày càng cạn kiệt, thúc đẩy nhu cầu tìm kiếm các nguồn năng lượng tái tạo thay thế. Năng lượng mặt trời là một trong những nguồn tài nguyên tiềm năng nhất do tính chất vô tận, sạch và thân thiện với môi trường. Tuy nhiên, việc vận hành hệ thống pin quang điện (PV) trong thực tế gặp phải những thách thức kỹ thuật lớn: phần lớn các tấm pin được lắp đặt tại các vị trí phân tán, trên cao hoặc địa hình khó tiếp cận; đồng thời hiệu suất phát điện biến động liên tục theo điều kiện thời tiết (cường độ bức xạ mặt trời, nhiệt độ môi trường). Sự biến thiên công suất này gây ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng điện năng của lưới điện như gây dao động điện áp và gia tăng méo sóng hài dòng điện. Do đó, việc xây dựng một hệ thống giám sát từ xa theo thời gian thực để thu thập dữ liệu, đánh giá hiệu năng và hỗ trợ quản lý năng lượng là một yêu cầu cấp thiết.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án được xác định cụ thể như sau:

1. Thiết kế và phát triển hệ thống giám sát từ xa các tấm pin mặt trời, lưới điện, tải tiêu thụ và các bộ biến đổi công suất kèm theo trong hệ thống PV-Inverter.
2. Phân tích hiệu năng hoạt động thu và phát năng lượng của tấm pin mặt trời dưới sự thay đổi của điều kiện môi trường.
3. Thiết kế, tích hợp và lập trình các thành phần phần cứng và phần mềm của hệ thống IoT, bao gồm: module truyền thông không dây Zigbee, máy tính nhúng Gateway Raspberry Pi, hệ thống lưu trữ dữ liệu (MySQL) và giao diện giám sát người dùng trên nền tảng Web.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống biến tần - pin mặt trời (PV-Inverter) quy mô 1 pha và 3 pha tích hợp bộ lưu trữ điện (Battery), hệ thống lưới điện, tải tiêu thụ, cùng cấu trúc điều khiển phân tầng và hạ tầng truyền thông giám sát IoT.
• Phạm vi không gian: Nghiên cứu được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Điện tử công suất (PELAB), Viện Điện, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, gắn liền với Đề tài Khoa học cấp Nhà nước mã số KC05.22/16-20.
• Phạm vi thời gian: Đồ án được hoàn thành và nghiệm thu vào tháng 1/2020; tập dữ liệu thực nghiệm thu thập và phân tích được ghi nhận trong tháng 12.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết của đồ án dựa trên các nguyên lý vật lý bán dẫn của pin quang điện, kỹ thuật điều khiển điện tử công suất và kiến trúc mạng truyền thông công nghiệp kết hợp IoT:

• Lý thuyết pin quang điện (PV): Sử dụng tế bào quang điện Silic tinh thể với lớp tiếp giáp bán dẫn p-n (pha tạp Bo tạo bán dẫn loại p, pha tạp Photpho tạo bán dẫn loại n) tạo nên vùng nghèo có điện thế tiếp xúc từ $0{,}6\text{ V}$ đến $0{,}7\text{ V}$. Hoạt động của pin được đặc trưng bởi các đường cong phi tuyến $I\text{-}V$ và $P\text{-}V$, chịu sự chi phối mạnh của nhiệt độ và bức xạ mặt trời (khảo sát trên tấm pin SQ160).
• Điện tử công suất trong hệ PV: Cấu trúc các bộ biến đổi DC/DC (Boost, Buck, Buck-boost) kết hợp giải thuật bám điểm công suất cực đại (MPPT); các bộ biến đổi DC/AC (Inverter) thực hiện nghịch lưu cấp nguồn cho tải/lưới hoặc chỉnh lưu tích cực hai chiều.
• Mô hình quản lý năng lượng: Thiết lập phương trình cân bằng công suất cho hai chế độ vận hành: chế độ nối lưới ($P_{PV} = P_{load} + P_{grid}$) và chế độ độc lập ($P_{PV} + P_{bat} = P_{load}$), trong đó trạng thái nạp của ắc quy (State of Charge - SoC) được giới hạn trong khoảng an toàn $20% < \text{SoC} < 90%$, công suất phụ tải giới hạn ở mức $10\text{ kW}$.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa mô phỏng số học và thiết kế, thử nghiệm thực nghiệm kỹ thuật:

• Phương pháp mô phỏng: Ứng dụng công cụ Energetic Macroscopic Representation (EMR) trong môi trường MATLAB để xây dựng cấu trúc điều khiển và mô phỏng các kịch bản cân bằng công suất, ổn định điện áp DC bus ở mức $600\text{ V}$ trong các chế độ nối lưới và độc lập.
• Phương pháp thiết kế hệ thống phần cứng và phần mềm: Thiết kế mạch điều khiển phân tầng Master - Slave, xây dựng mạch đo lường cách ly tín hiệu, tích hợp mạng truyền thông đa tầng (CAN, Zigbee, Modbus RTU, MQTT) và lập trình ứng dụng máy chủ/Web đa luồng.
• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu mô phỏng từ phần mềm MATLAB/EMR và tập dữ liệu chuỗi thời gian đo đạc thực nghiệm (dòng điện, điện áp, công suất, tần số) thu thập từ hệ thống PV-Inverter tại phòng thí nghiệm PELAB.

Thiết kế và triển khai hệ thống

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc phân tầng hoàn chỉnh, kết hợp giữa tầng chấp hành công suất tại hiện trường, tầng điều khiển trung tâm và tầng giám sát mạng máy tính cấp cao:

Phân tầng hệ thống	Phần cứng / Công nghệ	Vai trò và chức năng chính
Mạch điều khiển Slave	03 vi điều khiển DSP TMS320F28379D (Texas Instruments, 32-bit, $200\text{ MHz}$, tích hợp bộ tính toán số học CLA)	Trực tiếp điều khiển các van bán dẫn của bộ DC/DC cho PV, bộ DC/DC cho Battery và bộ DC/AC; thực hiện các mạch vòng điều chỉnh dòng điện, điện áp.
Mạch đo lường cách ly	OpAmp cách ly HCPL 7800A, biến dòng LEM LA55-P/SPI	Đo điện áp, dòng điện thực tế của PV, Battery, tải, lưới; cách ly hoàn toàn với mạch điều khiển, chuẩn hóa tín hiệu về dải $0\text{ - }3\text{ V}$ đưa vào module ADC.
Mạch điều khiển Master	Vi điều khiển STM32F407 (STMicroelectronics)	Thu thập dữ liệu từ các mạch Slave qua mạng CAN; giao tiếp ngoại vi (bàn phím, IC Real Time, màn hình GLCD); truyền dữ liệu lên Gateway qua module Zigbee.
Khối Gateway	Máy tính nhúng Raspberry Pi 3 B+ (SoC Broadcom BCM2837B0, GPU VideoCore IV, OS Linux)	Nhận dữ liệu nối tiếp từ Zigbee qua giao thức Modbus RTU; chạy chương trình Python để xử lý, bóc tách chuỗi dữ liệu hex và đóng gói sang định dạng JSON để publish lên MQTT Broker.
Máy chủ & Cơ sở dữ liệu	Máy tính PC, MQTT Broker Eclipse Mosquitto, CSDL MySQL	Quản lý truyền thông Publish/Subscribe; chạy chương trình Python đa luồng (1 luồng lưu trữ dữ liệu sensor, 1 luồng truy vấn phục vụ thống kê lịch sử và đồ thị tức thời).
Giao diện giám sát Web	HTML, CSS, JavaScript (địa chỉ IP máy chủ tĩnh)	Cung cấp giao diện trực quan gồm 5 tab chức năng: Hệ thống 1 pha, Hệ thống 3 pha, Thống kê năng lượng, Biểu đồ công suất, Về chúng tôi.

Hạ tầng truyền thông trong hệ thống được chuẩn hóa qua các chuẩn giao thức:

• Mạng CAN (ISO 11898): Kết nối giữa mạch Master (STM32F407) và các mạch Slave (DSP 28379D) bằng cặp dây vi sai CANH/CANL có trở đầu cuối $120\ \Omega$, sử dụng khung dữ liệu chuẩn (Standard Data Frame, 11-bit ID) với cơ chế phân xử tranh chấp bus theo mức ưu tiên.
• Chuẩn Modbus RTU qua Zigbee CC2530: Mạch Master gửi dữ liệu đến Gateway Raspberry Pi (được gán địa chỉ Slave 0x01, mã hàm 0x10) qua sóng không dây Zigbee dải tần $2{,}4\text{ GHz}$ (16 kênh từ 11 đến 26, tốc độ $250\text{ kb/s}$). Khung bản tin bổ sung trường byte count để Gateway phân định luồng dữ liệu của hệ 1 pha và hệ 3 pha.
• Giao thức MQTT: Dữ liệu phân luồng qua các topic chuyên biệt gồm system/sensor (dữ liệu tức thời), system/history_request (lệnh yêu cầu thống kê lịch sử từ Web), hystorical_response (dữ liệu lịch sử phản hồi theo ngày/tháng) và system/grid_power_response (dữ liệu công suất lưới).

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG

Chương này tổng quan về bối cảnh năng lượng tái tạo, tập trung vào công nghệ pin quang điện (PV) biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng. Tác giả trình bày cấu tạo bán dẫn Silic tinh thể pha tạp nguyên tử Bo và Photpho để hình thành lớp tiếp giáp p-n có điện trường tiếp xúc $0{,}6\text{ V} - 0{,}7\text{ V}$. Nội dung phân tích sâu hai đường đặc tính phi tuyến $I\text{-}V$ và $P\text{-}V$ trên mẫu pin SQ160, chỉ ra rằng khi cường độ bức xạ tăng thì đường $I\text{-}V$ dịch chuyển lên trên, còn khi nhiệt độ tăng thì đường đặc tính có xu hướng dịch chuyển sang bên phải. Tiếp đó, chương giới thiệu các cấu trúc biến đổi điện tử công suất: bộ DC/DC (Boost, Buck, Buck-boost) kết hợp giải thuật MPPT và bộ DC/AC (Inverter) biến đổi điện áp một chiều cấp cho tải xoay chiều hoặc hòa lưới điện. Cuối chương là tổng quan về khái niệm Internet of Things (IoT), các chuẩn kết nối không dây và tiềm năng ứng dụng IoT trong việc quản lý, giám sát hệ thống điện tử công suất công nghiệp từ xa.

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN HỆ BIẾN TẦN – PIN MẶT TRỜI

Chương 2 trình bày cấu trúc phân cấp của hệ thống PV-Inverter 1 pha và 3 pha gồm 5 khối chức năng chính (DC/DC cho PV, DC/DC cho Battery, DC/AC, Khối Master, Hệ thống IoT). Tác giả đề xuất thuật toán quản lý năng lượng thông minh vận hành ở 2 chế độ:

• Chế độ nối lưới: Điện áp DC bus được ổn định bởi lưới điện, pin mặt trời hoạt động ở chế độ MPPT tối đa hóa công suất phát, lưới đóng vai trò bù công suất thiếu hụt hoặc nhận lượng công suất dư thừa.
• Chế độ độc lập: Hệ thống cách ly với lưới, điện áp DC bus được giữ ổn định bởi Battery. Thuật toán quản lý dòng công suất phân cấp theo mức độ ưu tiên của trạng thái nạp SoC: $\text{SoC} \ge 90%$ (chỉ cho phép xả), $\text{SoC} \le 20%$ (chỉ cho phép sạc), và $20% < \text{SoC} < 90%$ (cho phép sạc/xả linh hoạt). Phụ tải tối đa bị giới hạn ở $10\text{ kW}$.

Chương trình bày kết quả mô phỏng trên MATLAB/EMR với các thông số cấu hình:

Thông số hệ thống mô phỏng	Giá trị danh định
Công suất cực đại của PV ($P_{PV}^{MPPT}$)	$14{,}674\text{ kW}$
Điện áp cực đại của PV	$417{,}6\text{ V}$
Dung lượng bộ lưu trữ Battery	$100\text{ Ah}$
Điện áp lúc đầy của Battery	$134{,}4\text{ V}$
Điện áp làm việc của Battery	$132\text{ V}$
Công suất sạc/xả cực đại của Battery	$6\text{ kW}$

Kết quả mô phỏng khẳng định: trong chế độ nối lưới, điện áp DC bus được duy trì ổn định ở mức $600\text{ V}$, điện áp trên tải đồng pha, cùng biên độ và tần số với lưới điện; trong chế độ độc lập tại $\text{SoC} = 50%$, hệ thống cân bằng công suất tốt, điện áp DC bus không bị biến động khi thay đổi trạng thái hoạt động.

CHƯƠNG 3. CÁC GIẢI PHÁP TRUYỀN THÔNG VÀ THU THẬP DỮ LIỆU CHO HỆ THỐNG GIÁM SÁT PV-INVERTER

Chương 3 tập trung chi tiết hóa các giải pháp kỹ thuật phần cứng và giao thức truyền thông. Về phần cứng điều khiển và đo lường:

• Mạch Slave sử dụng vi điều khiển DSP TMS320F28379D (xung nhịp $200\text{ MHz}$, hỗ trợ tính toán dấu phẩy động và bộ gia tốc CLA).
• Mạch Master sử dụng vi điều khiển STM32F407 điều phối lệnh, quản lý tham số và hiển thị GLCD.
• Mạch đo lường sử dụng OpAmp cách ly HCPL 7800A (đo áp) và cảm biến dòng từ trường LEM LA55-P/SPI (đo dòng), chuyển đổi tín hiệu về mức $0\text{ - }3\text{ V}$ an toàn cho bộ chuyển đổi ADC.
• Gateway sử dụng bo mạch Raspberry Pi 3 B+ chạy hệ điều hành Linux, trang bị vi xử lý Broadcom BCM2837B0, GPU Broadcom VideoCore IV, cổng Ethernet $100\text{ Mbps}$, giao tiếp GPIO và cổng nguồn Micro USB $5\text{ V}$ ($\ge 700\text{ mA}$).

Về giao thức truyền thông, chương phân tích chi tiết:

• Mạng CAN chuẩn ISO 11898 với 4 loại khung bản tin (Data Frame, Remote Frame, Error Frame, Overload Frame); so sánh thông số giữa chế độ CAN Low Speed ($125\text{ kb/s}$, 2-20 trạm) và CAN High Speed ($125\text{ kb/s} - 1\text{ Mb/s}$, 2-30 trạm).
• Chuẩn Modbus RTU nối tiếp dựa trên UART với cấu trúc ký tự 8-bit, kiểm tra lỗi CRC 16-bit đa thức $G = 1010,0000,0000,0001$.
• Mạng truyền thông không dây Zigbee chuẩn IEEE 802.15.4; phân tích 3 dải tần hoạt động ($868{,}3\text{ MHz}$ tốc độ $20\text{ kb/s}$; $902\text{ - }928\text{ MHz}$ tốc độ $40\text{ kb/s}$; $2{,}4\text{ GHz}$ tốc độ $250\text{ kb/s}$). Tác giả lựa chọn module Zigbee CC2530 nạp sẵn firmware, tích hợp cơ chế chuẩn hóa khung truyền Modbus RTU để truyền dữ liệu không dây giữa STM32F407 và Raspberry Pi 3 B+.

CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ THU THẬP DỮ LIỆU CHO HỆ PV-INVERTER

Chương 4 mô tả thiết kế kiến trúc phần mềm và luồng dữ liệu hoàn chỉnh. Hệ thống truyền nhận trung gian dựa trên giao thức MQTT mô hình Publish/Subscribe thông qua Broker mã nguồn mở Mosquitto cài đặt trên máy chủ PC. Dữ liệu cảm biến được Gateway Raspberry Pi đóng gói theo định dạng JSON với các cặp trường tương ứng (key đại diện cho điện áp, dòng điện, công suất, tần số; value là giá trị đo đạc).

Chương trình điều khiển trên Raspberry Pi và máy chủ cơ sở dữ liệu được phát triển bằng ngôn ngữ Python:

• Thuật toán CSDL MySQL được thiết kế chạy song song 2 luồng (multithreading): Luồng 1 kết nối Broker, subscribe topic system/sensor và liên tục chèn các bản ghi đo đạc vào bảng dữ liệu; Luồng 2 subscribe topic system/history_request để tiếp nhận yêu cầu truy vấn từ giao diện Web, tiến hành tiền xử lý, gộp dữ liệu theo khung giờ trong ngày hoặc các ngày trong tháng, sau đó publish kết quả vào topic hystorical_response hoặc cập nhật dữ liệu công suất lưới tức thời vào topic system/grid_power_response.
• Ứng dụng Web Server được xây dựng bằng bộ ba ngôn ngữ HTML, CSS và JavaScript, truy cập thông qua địa chỉ IP tĩnh của máy chủ PC. Giao diện Web được phân chia thành 5 tab chuyên biệt: tab "Hệ thống 1 pha" và tab "Hệ thống 3 pha" hiển thị các thông số tức thời; tab "Thống kê năng lượng" hiển thị biểu đồ cột điện năng PV theo giờ và ngày; tab "Biểu đồ công suất" hiển thị đồ thị đường (Line chart) công suất lưới theo thời gian; tab "Về chúng tôi" hiển thị thông tin đề tài.

CHƯƠNG 5. GHÉP NỐI VÀ THỬ NGHIỆM

Chương 5 trình bày quy trình ghép nối phần cứng và các kết quả chạy thử nghiệm thực tế của hệ thống IoT tích hợp với hệ PV-Inverter tại phòng thí nghiệm:

• Quy trình ghép nối: Kết nối Gateway Raspberry Pi 3 B+ với module Zigbee CC2530 kèm anten, cấp nguồn $5\text{ V}$, kết nối thiết bị ngoại vi và cấu hình mạng nội bộ với máy chủ PC.
• Kết quả thử nghiệm truyền nhận: Dữ liệu đo đạc tại hiện trường từ các mạch Slave được truyền qua mạng CAN về Master STM32F407, sau đó truyền không dây qua Zigbee lên Raspberry Pi và đẩy lên Web Server. Các giá trị điện áp, dòng điện, công suất và tần số hiển thị trên giao diện Web hoàn toàn trùng khớp với giá trị hiển thị tại chỗ trên màn hình GLCD của mạch Master.
• Đáp ứng với sự thay đổi thời tiết: Hệ thống ghi nhận chính xác sự biến động công suất phát của các tấm pin mặt trời khi bức xạ và nhiệt độ thay đổi trong ngày.
• Biểu đồ thống kê và đồ thị công suất: Trích xuất thành công biểu đồ thống kê sản lượng năng lượng của pin mặt trời hệ 1 pha và hệ 3 pha trong tháng 12, cùng biểu đồ dao động công suất lưới tức thời theo chu kỳ thời gian thực.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đã đạt được các kết quả kỹ thuật và đóng góp học thuật cụ thể:

• Kết quả kỹ thuật thực nghiệm: Xây dựng hoàn chỉnh chuỗi thu thập và giám sát dữ liệu thời gian thực từ cấp van bán dẫn (DSP 28379D), cấp điều khiển trung tâm (STM32F407), cấp chuyển tiếp không dây (Zigbee CC2530 tốc độ $250\text{ kb/s}$), Gateway máy tính nhúng (Raspberry Pi 3 B+) đến máy chủ dữ liệu (MQTT Mosquitto, MySQL đa luồng) và giao diện người dùng Web. Hệ thống kiểm chứng thành công việc thu thập và hiển thị chính xác các thông số công suất, dòng điện, điện áp, tần số của hệ PV-Inverter 1 pha và 3 pha, đồng thời trích xuất được biểu đồ thống kê năng lượng tháng 12.
• Kết quả mô phỏng: Ứng dụng thành công công cụ EMR trên MATLAB chứng minh khả năng ổn định điện áp DC bus ở mức $600\text{ V}$ và thuật toán cân bằng công suất giữa các nguồn PV ($14{,}674\text{ kW}$), Battery ($100\text{ Ah}$, $6\text{ kW}$) và lưới điện.
• Công bố khoa học: Kết quả nghiên cứu của đồ án đã được chọn trình bày tại hội nghị "Student Forum 2020 – Renewable Energy", đồng thời nội dung về hệ thống quản lý năng lượng thông minh được chấp nhận đăng bài báo khoa học tại Hội nghị Quốc tế ISPEC2020 với tiêu đề "Power Management for PV-Battery-Based hybrid Microgrids". Đồ án đóng góp trực tiếp vào kết quả thực hiện Đề tài Khoa học cấp Nhà nước mã số KC05.22/16-20.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Theo trình bày của tác giả, đồ án còn tồn tại một số hạn chế kỹ thuật:

• Hệ thống thu thập dữ liệu mới được đưa vào vận hành nên tập dữ liệu chuỗi thời gian ghi nhận còn ngắn hạn, chưa đủ độ lớn và thiếu các tham số môi trường khí tượng chuyên sâu, do đó chưa đáp ứng được độ chính xác để triển khai bài toán dự báo phụ tải và công suất phát PV trên phần cứng thực tế (thuật toán quản lý năng lượng mới dừng lại ở bước mô phỏng trên MATLAB).
• Module Zigbee CC2530 sử dụng loại đã nạp sẵn firmware nên bị hạn chế về khả năng truyền đa kênh linh hoạt; khi 1 module phát thì tất cả các module trong mạng đều nhận, đòi hỏi phải xử lý bù bằng phần mềm thông qua việc chèn thêm trường byte count vào khung bản tin để phân biệt hệ 1 pha và 3 pha.
• Hệ thống mới chỉ thực hiện chức năng giám sát và thu thập dữ liệu một chiều từ phần cứng lên Web, chưa thực hiện tính năng điều khiển ngược từ giao diện Web xuống các bộ biến đổi công suất.

Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp theo bao gồm:

• Bổ sung tính năng cảnh báo tự động trên giao diện Web khi phát hiện các bất thường hoặc sự cố thông qua dữ liệu cảm biến thu thập được.
• Xây dựng cơ chế điều khiển hai chiều, cho phép kỹ sư cài đặt thông số và gửi lệnh điều khiển trực tiếp từ Web xuống hệ thống phần cứng tại hiện trường.
• Tiếp tục duy trì vận hành hệ thống thu thập dữ liệu trong thời gian dài để xây dựng tập dữ liệu lớn (Big Data), từ đó giải quyết các bài toán dự báo công suất phát PV và dự báo phụ tải, tiến tới hoàn thiện hệ thống quản lý năng lượng thông minh trên mô hình thực nghiệm.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo chuyên môn hữu ích cho sinh viên, học viên cao học và kỹ sư thuộc các chuyên ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Tự động hóa Công nghiệp, Kỹ thuật Điện, Điện tử Công suất và Kỹ thuật Hệ thống IoT:

• Tài liệu tham khảo về kiến trúc nhúng phân tầng: Cung cấp giải pháp mẫu về việc kết hợp vi điều khiển chuyên dụng cho điện tử công suất (DSP TMS320F28379D), vi điều khiển trung tâm (STM32F407) và máy tính nhúng (Raspberry Pi 3 B+).
• Tài liệu tham khảo về truyền thông công nghiệp và IoT: Phương pháp đóng gói khung truyền Modbus RTU qua môi trường truyền thông không dây Zigbee CC2530, cơ chế phân luồng dữ liệu JSON qua giao thức MQTT với Broker Mosquitto.
• Tài liệu tham khảo về xử lý dữ liệu: Thuật toán lập trình Python đa luồng (multithreading) để đồng bộ hóa tác vụ ghi dữ liệu cảm biến thời gian thực và xử lý truy vấn dữ liệu lớn từ cơ sở dữ liệu MySQL phục vụ vẽ đồ thị Web.

Câu hỏi thường gặp

1. Nhiệm vụ cụ thể của từng vi điều khiển trong kiến trúc phần cứng của hệ thống là gì?
Hệ thống phân cấp xử lý rõ ràng: 03 vi điều khiển DSP TMS320F28379D (Slave) trực tiếp thực hiện các mạch vòng điều chỉnh và điều khiển van bán dẫn của các bộ DC/DC PV, DC/DC Battery và DC/AC; vi điều khiển STM32F407 (Master) thu thập dữ liệu từ các Slave qua mạng CAN, giao tiếp ngoại vi tại chỗ (bàn phím, IC thời gian thực, màn hình GLCD) và gửi dữ liệu lên Gateway; máy tính nhúng Raspberry Pi 3 B+ (Gateway) nhận dữ liệu từ Master qua Zigbee, chuyển đổi sang định dạng JSON và publish lên MQTT Broker.

2. Làm thế nào để phân biệt dữ liệu giữa hệ thống 1 pha và hệ thống 3 pha khi truyền qua module Zigbee CC2530?
Do module Zigbee CC2530 sử dụng loại đã nạp sẵn firmware không hỗ trợ truyền đa kênh linh hoạt (khi một module phát thì tất cả các module khác đều nhận), tác giả đã bổ sung thêm trường byte count (số lượng byte dữ liệu) vào trong khung bản tin Modbus RTU gửi đi. Tại Gateway Raspberry Pi, chương trình Python sẽ căn cứ vào số lượng byte và trường định danh type để phân loại chính xác dữ liệu của hệ 1 pha hoặc hệ 3 pha trước khi chuyển tiếp lên Broker.

3. Thuật toán quản lý năng lượng quy định điều kiện nạp/xả của bộ lưu trữ Battery trong chế độ độc lập như thế nào?
Trong chế độ độc lập (cách ly lưới), Battery đảm nhận việc ổn định điện áp DC bus. Thuật toán quản lý công suất dựa trên chỉ số trạng thái nạp SoC của Battery với các ngưỡng cụ thể: nếu $\text{SoC} \ge 90%$, Battery chỉ được xả, không được sạc; nếu $\text{SoC} \le 20%$, Battery chỉ được sạc, không được xả; nếu $20% < \text{SoC} < 90%$, Battery được phép sạc hoặc xả linh hoạt để cân bằng công suất hệ thống. Nhu cầu phụ tải tối đa bị giới hạn ở mức $10\text{ kW}$.

4. Khối cơ sở dữ liệu MySQL trên máy chủ được thiết kế đa luồng để thực hiện những tác vụ nào?
Thuật toán cơ sở dữ liệu MySQL được chia làm 2 luồng (thread) chạy song song bằng package multithreading trong Python: Luồng 1 subscribe topic system/sensor để liên tục nhận và chèn các giá trị đo cảm biến thời gian thực vào bảng CSDL; Luồng 2 subscribe topic system/history_request để chờ lệnh truy vấn từ Web, thực hiện tiền xử lý, gộp dữ liệu theo giờ hoặc theo ngày và publish kết quả về topic hystorical_response hoặc system/grid_power_response phục vụ việc hiển thị đồ thị trên Web.

5. Mạch đo lường tín hiệu điện áp và dòng điện sử dụng linh kiện gì để đảm bảo cách ly với mạch điều khiển?
Mạch đo lường điện áp sử dụng mạch phân áp kết hợp với OpAmp cách ly HCPL 7800A để đưa điện áp về mức an toàn $0\text{ - }3\text{ V}$ trước khi cấp vào chân ADC của vi điều khiển. Mạch đo dòng điện sử dụng cảm biến cách ly từ trường LEM LA55-P/SPI.

Kết luận

Đồ án đã thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thành công hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu thời gian thực cho hệ biến tần – pin mặt trời dựa trên nền tảng IoT và mạng truyền thông phân tầng kết hợp CAN, Zigbee và MQTT. Kết quả thử nghiệm thực tế tại phòng thí nghiệm PELAB (Đại học Bách Khoa Hà Nội) cho thấy hệ thống hoạt động ổn định, hiển thị trực quan và lưu trữ chính xác các thông số vận hành của hệ thống PV-Inverter 1 pha và 3 pha trên giao diện Web. Đề tài đã đóng góp vào Đề tài Khoa học cấp Nhà nước KC05.22/16-20, có bài báo được chấp nhận tại hội nghị quốc tế ISPEC2020 và đặt nền móng dữ liệu quan trọng cho các bài toán dự báo công suất, phụ tải nhằm hoàn thiện hệ thống quản lý năng lượng thông minh trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Tổng quan về năng lượng mặt trời Năng lượng là nhu cầu thiết yếu của cuộc sống. Hiện nay, các nguồn năng lượng truyền thống từ than, dầu hỏa…ngày càng cạn kiệt và khan hiếm. Xu hướng tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế hiện nay là nguồn năng lượng tái tạo.

Một trong những nguồn năng lượng tái tạo tiềm năng nhất đó là năng lượng mặt trời vì được đánh giá là nguồn năng lượng vô tận, sẵn có trong tự nhiên, xanh, sạch và thân thiện với môi trường. Chính vì vậy mà hệ thống sử dụng PV đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như vệ tinh, hệ thống thông tin liên lạc, máy bơm nước, các ứng dụng xe điện, và các nhà máy điện năng lượng mặt trời. Để sản xuất điện mặt trời, người ta thường sử dụng 2 công nghệ: nhiệt mặt trời và pin quang điện: - Nhiệt mặt trời: năng lượng mặt trời được hội tụ nhờ gương hội tụ để tập trung ánh sáng mặt trời tạo thành nguồn nhiệt có nhiệt độ cao làm bốc hơi nước, hơi nước sinh ra làm quay tuabin để sản xuất ra điện năng. - Pin quang điện: được chế tạo từ các chất bán dẫn.

Điện năng được sinh ra khi có ánh sáng mặt trời chiếu đến. Các tế bào quang điện có khả năng thể hiện chức năng này bằng cách nhận năng lượng mặt trời, tách electron ra khỏi tinh thể bán dẫn tạo thành dòng điện. Như vậy các tế bào quang điện dùng mặt trời là nguồn nhiên liệu Ở đây ta tập trung vào lĩnh vực biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng (tức Pin quang điện). Nhờ sự phát triển của công nghiệp vật liệu, các tấm pin được sản xuất ngày càng cho hiệu suất cao, giá thành giảm nhưng vẫn cho thấy nhiều ưu điểm hứa hẹn.1 Pin quang điện (PV) 1.

Cấu tạo Pin quang điện (PV) còn gọi là pin mặt trời là thiết bị ứng dụng hiệu ứng quang điện trong bán dẫn (thường gọi là hiệu ứng quang điện bên trong) để tạo ra dòng điện một chiều từ ánh sáng mặt trời. Loại pin mặt trời thông dụng nhất hiện nay là loại sử dụng Silic tinh thể. Tinh thể Silic tinh khiết là chất bán dẫn dẫn điện rất kém vì các điện từ bị giam dữ bởi liên kết mạng, không có điện tử tự do. Khi bị nhiệt độ hay ánh sáng kích thích, các điện từ bị bứt ra khỏi liên kết, hay là các điện từ tích điện âm nhảy từ vùng hóa trị lên vùng dẫn và để lại một lỗ trống tích điện dương trong vùng hóa trị.

Lúc này chất bán dẫn mới dẫn điện. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin mặt trời.[8] Để làm pin mặt trời từ bán dẫn tinh khiết này phải tạo ra hai loại bán dẫn loại p và loại n. Sau đó, ghép chúng lại với nhau để có được lớp tiếp giáp p – n là nền tảng cho tế bào pin. Thực tế thì xuất phát từ một phiến bán dẫn tinh khiết tức là chỉ có các nguyên tử Si để tiếp xúc p – n, người ta phải pha thêm vào một ít nguyên tử khác loại, gọi là pha tạp.

Nguyên tử Si có 4 electron ở vành ngoài cùng dùng để liên kết với bốn nguyên tử Si gần đó (cấu trúc kiểu như kim cương). Nếu pha tạp vào Si một ít nguyên tử phôt-pho P có 5 electron ở vành ngoài, electron thừa ra không dùng để liên kết nên dễ chuyển động hơn làm cho bán dẫn pha tạp trở thành có tính dẫn điện electron, tức là bán dẫn loại n. Ngược lại, để tạo bán dẫn loại p ta pha một nguyên tử có 3 electron ngoài cùng (Bo) tức là thiếu 1 electron mới tạo đủ 4 liên kết. Bán dẫn pha tạp thừa 1 lỗ trống mang điện dương.

Bằng cách ghép nối công nghệ hai loại bán dẫn này tạo thành cấu trúc chứa lớp chuyển tiếp p-n. Ở chỗ tiếp xúc p-n này, một ít electron ở bán dẫn loại n chạy sang bán dẫn loại p lấp vào lỗ trống thiếu electron. Kết quả là ở lớp tiếp xúc p-n có một vùng thiếu electron cũng thiếu cả lỗ trống, người ta gọi đó là vùng nghèo. Sự dịch chuyển điển tử để lấp vào lỗ trống tạo ra vùng nghèo này cũng tạo nên hiệu điện thế gọi là hiệu điện thế ở tiếp xúc p-n, đối với Si vào cỡ 0,6V đến 0,7V.

Đây là hiệu điện thế tạo nên điện trường tại lớp tiếp giáp [8]. Nguyên lý hoạt động Như được thể hiện ở Hình 1-1, khi chất bán dẫn silicon tiếp xúc với năng lượng (photon từ ánh sáng mặt trời), các electoron tự do ở điện cực N sẽ di chuyển sang để lấp đầy các lỗ trống bên điện cực P. Sau đó, các electron từ điện cực N và điện cực P sẽ cùng nhau tạo ra điện trường. Các tế bào năng lượng mặt trời sẽ trở thành một diode, cho phép electron di chuyển từ điện cực P đến điện cực N, không cho phép di chuyển ngược lại.

Sự di chuyển của các electron tự do từ điện cực N tới điện cực P tạo ra dòng điện 1 chiều. Đặc tính của pin mặt trời Mỗi tấm pin PV được đặc trưng bởi 2 đường cong phi tuyến: đặc tính I- Vvà P-V. Đường đặc tính P-V được tính toán dựa trên đường đặc tính I-V. Hai đường đặc tính này có dạng như sau: Hình 1- 2 Các đường đặc tính của pin mặt trời.

Khi nhiệt độ của môi trường hoặc cường độ bức xạ mặt trời hay tải bị thay đổi sẽ ảnh hưởng trực tiếp làm thay đổi đặc tính I-V của PV. Có thể thấy rõ điều này, với tấm pin mặt trời SQ160, từ tài liệu [8] chúng ta có được đường đặc tính I-V của tấm pin này thể hiện ở các hình sau: Hình 1-3 Đặc tính I-V khi cường độ bức xạ thay đổi. Hình 1- 4 Đặc tính I-V khi nhiệt độ thay đổi. 3 Như 2 hình trên, có thể thấy, khi cường độ ánh sáng tăng lên, đường đặc tính I-V có xu hướng di chuyển lên trên.

Với trường hợp thay đổi nhiệt độ, khi tăng nhiệt độ, đường đặc tính có xu hướng di chuyển về phía bên phải và ngược lại.2 Giới thiệu về hệ thống biến đổi điện tử công suất sử dụng pin năng lượng mặt trời 1.1 Giới thiệu Trong các hệ thống pin mặt trời kết nối lưới điện thì bộ biến đổi điện tử công suất giữ vai trò rất quan trọng trong các hệ thống điều khiển, bởi đặc tính của pin mặt trời là có công suất phát luôn biến đổi do phụ thuộc điều kiện thời tiết. Sự thay đổi công suất phát của chúng có thể gây ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng điện năng của lưới điện, như gây dao động điện áp, tăng độ méo sóng hài dòng điện, … Để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao về chất lượng điện năng đã đặt ra yêu cầu thực tế là: cần thiết phải có những bộ biến đổi điện tử công suất đáp ứng linh hoạt, trao đổi công suất và đảm bảo được các chỉ tiêu chất lượng điện năng.2 Bộ biến đổi DC/DC Bộ biến đổi DC/DC được sử dụng rộng rãi trong nguồn điện một chiều với mục đích chuyển đổi nguồn một chiều không ổn định thành nguồn điện một chiều có thể điều khiển được. Trong hệ thống pin mặt trời, bộ biến đổi DC/DC được kết hợp chặt chẽ với MPPT. MPPT sử dụng bộ biến đổi DC/DC để điều chỉnh nguồn điện áp vào lấy từ nguồn pin mặt trời, chuyển đổi và cung cấp điện áp lớn nhất phù hợp với tải.

Các loại bộ biến đổi DC/DC thường dùng trong hệ PV gồm: - Bộ tăng áp (Boost) - Bộ giảm áp (Buck) - Bộ đảo dấu điện áp (Buck-boost) Việc chọn lựa loại DC/DC nào để sử dụng trong hệ PV còn tùy thuộc vào yêu cầu của ắc quy và tải đối với điện áp ra của mảng PV.3 Bộ biến đổi DC/AC Thường bộ biến đổi DC/AC sẽ tiếp nhận điện áp từ phía DC (Pin mặt trời, Ắc quy) rồi biến đổi điện DC thành điện AC để cung cấp cho tải xoay chiều và lưới. Bộ DC/AC có thể hoạt động theo chiều ngược lại như một bộ chỉnh lưu tích cực khi mà hệ thống đang hoạt động có nối lưới.4 Hệ thống PV-Inverter Hệ thống PV-Inverter bao gồm 2 hệ thống con là hệ thống PV-Inverter 1 phase và hệ thống PV-Inverter 3 phase. Cấu trúc chung của hệ thống được thể hiện ở hình 1-5. 4 Hình 1-5 Cấu trúc hệ thống PV-Inverter.

Nhìn vào sơ đồ câú trúc ta có thể thấy hệ thống gồm các bộ biến đổi điện tử công suất chính như sau: - Bộ biến đổi DC/DC: được dùng để cấp nguồn điện DC cho bộ biến tần Inverter - Biến tần (Inverter): Có chức năng biến đổi điện DC thành điện AC cho tải và lưới. Ưu điểm của hệ thống sử dụng bộ lưu trữ điện Battery đó là giúp hệ thống có thể hoạt động được 24/7. Còn ở hệ thống không dùng Battery thì điện áp DC của pin mặt trời sẽ được chuyển thành điện áp AC 3 pha cấp cho tải.3 Internet of Things 1.1 Giới thiệu Internet of Things (IoT) là mạng lưới vạn vật kết nối internet hoặc là mạng lưới thiết bị kết nối internet, khi mà mỗi đồ vật, con người được cung cấp một định danh riêng của riêng mình, và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp giữa con người với con người, hay người với máy tính [11]. IoT đã phát triển từ sự hội tụ công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử và internet.

Hay nói đơn giản là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với internet, với thế giới bên ngoài để thực hiện một công việc nào đó [12]. Hay hiểu một cách đơn giản IoT là tất cả thiết bị có thể kết nối với nhau. Việc kết nối có thể thực hiện qua các giao thức truyền thông không dây như Wifi, mạng Global System for Mobile Communications (GSM) 3G/4G, Bluetooth, Zigbee, Lora, … 5 Hình 1-6 Mạng lưới thiết bị kết nối internet (IoT).2 Ứng dụng của IoT trong hệ thống điện tử công suất IoT được ứng dụng khá nhiều trong các lĩnh vực nổi bật hiện nay như:  Nhà thông minh  Quản lý các thiết bị cá nhân  Quản lý môi trường  Quản lý giao thông Nhận thấy IoT không chỉ ứng dụng vào những lĩnh vực trên mà nó còn được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp tự động hóa. Các khu công nghiệp sẽ được quản lý thông qua internet.

Người quản lý sẽ không phải đến nhà máy cũng biết được hệ thống đang hoạt động như thế nào để đưa ra các yêu cầu tới hệ thống.