HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
---------------------------------------------
Trần Văn Hùng XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ LƯỚI ĐIỆN
HẠ THẾ THÔNG MINH SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ IoT
ỨNG DỤNG TẠI ĐIỆN LỰC TÂN THUẬN TP.HCM
ĐỀ ÁN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KỸ THUẬT
(Theo định hướng ứng dụng)
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – NĂM 2025
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
-------------------------------------------------
Trần Văn Hùng
XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ LƯỚI ĐIỆN
HẠ THẾ THÔNG MINH SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ IoT
ỨNG DỤNG TẠI ĐIỆN LỰC TÂN THUẬN TP.HCM
CHUYÊN NGÀNH: HỆ THỐNG THÔNG TIN MÃ SỐ: 8.48.01.04
ĐỀ ÁN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KỸ THUẬT
(Theo định hướng ứng dụng)
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS. TRẦN CÔNG HÙNG
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – NĂM 2025
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan rằng: “Xây dựng hệ thống quản lý lưới điện hạ thế thông minh
sử dụng công nghệ IoT ứng dụng tại điện lực Tân Thuận TP.HCM” do tôi nghiên
cứu, tổng hợp và thực hiện.
Tất cả những nội dung, cấu trúc trong đề án tốt nghiệp của tôi, hay những vấn
đề hay giải pháp được đề cập trong đề án này là của chính cá nhân tôi hoặc được tổng
hợp từ nhiều nguồn tài liệu, tham khảo khác nhau. Những mục tài liệu tham khảo của
tôi, được trích xuất và được tổng hợp với nguồn gốc rõ ràng.
Tôi xin chịu trách nhiệm trước Hội đồng nếu có sai sót trong đề án tốt nghiệp
của tôi.
Tp.Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 01 năm 2025
Học viên thực hiện đề án
Trần Văn Hùng
ii
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn thầy PGS.TS. Trần Công Hùng, đã hướng
dẫn tận tình và đưa ra nhiều kinh nghiệm thực tế để giúp tôi chuẩn bị và trình bày các
vấn đề của mình trong thời gian thực hiện đề án tốt nghiệp.
Bên cạnh đó, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến Khoa Đào tạo
sau đại học - Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông đã tạo mọi điều kiện tốt
nhất về cơ sở vật chất để Giảng viên và tôi có thể hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp
quan trọng này.
Trong quá trình hoàn thành đề tài, tuy tôi cũng cố gắng tìm hiểu nghiên cứu
để thực hiện đề án này, nhưng do một phần thời gian và kinh nghiệm nghiên cứu khoa
học còn hạn chế nên sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong quý Thầy
Cô góp ý chân thành để đề án và kiến thức của tôi thêm phần hoàn thiện.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Tp.Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 01 năm 2025
Học viên thực hiện đề án
Trần Văn Hùng
iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... ii
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT ...........................................iv
DANH SÁCH HÌNH VẼ ..........................................................................................vi
DANH SÁCH BẢNG ............................................................................................ viii
1. Lý do chọn đề tài .......................................................................................................... 1
2. Tổng quan về các đối tượng nghiên cứu ...................................................................... 3
3. Mục đích nghiên cứu .................................................................................................... 4
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................................ 4
4.1 Đối tượng nghiên cứu: ............................................................................................. 4
4.2 Phạm vi nghiên cứu: ................................................................................................ 4
5. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................................. 5
6. Bố cục đề tài ................................................................................................................. 5
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG SỐ LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH VÀ
1.1 Giới thiệu ..................................................................................................................... 6
1.2 Công nghệ IoT ............................................................................................................. 8
1.3 Các thành phần cơ bản của mô hình IoT ..................................................................... 9
1.4 Các thiết bị đo lường thông số cơ bản trong đề án .................................................... 11
1.5 Kết luận chương ......................................................................................................... 11
CÔNG NGHỆ IoT ..................................................................................................... 6
2.1 Các công trình nghiên cứu trên thế giới ..................................................................... 13
2.2 Các công trình nghiên cứu trong nước ....................................................................... 16
2.3 Kết luận chương ......................................................................................................... 20
CHƯƠNG 2: CÁC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ................................................ 13
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG DỮ LIỆU BẰNG
3.1 Các giao thức truyền thông trong ứng dụng IoT ........................................................ 22
3.1.1 MQTT (Message Queue Telemetry Transport) ................................................... 22
3.1.2 CoAP (Constrained Applications Protocol) ....................................................... 23
3.1.3 AMQP (Advanced Message Queue Protocol) .................................................... 24
CÔNG NGHỆ IoT ................................................................................................... 22
iv
3.1.5 XMPP (Extensible Messaging và Presence Protocol) ........................................ 25
3.2 Giới thiệu các phần mềm thiết kế .............................................................................. 26
3.2.1 Phần mềm Ardunio IDE ...................................................................................... 26
3.2.2 Phần mềm thingspeak ......................................................................................... 29
3.3 Giao thức truyền thông IEC 60870-5-104 ................................................................. 32
3.5 Kết luận chương ......................................................................................................... 39
CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG ỨNG DỤNG GIÁM SÁT BẰNG KỸ THUẬT BẢO
4.1 Xây dựng ứng dụng ................................................................................................... 40
4.1.1 Thiết kế mô hình dữ liệu cho thông số thiết bị đo ............................................... 40
4.1.2 Xây dựng website quản lý dữ liệu đo lường từ thiết bị IoT ................................ 43
4.1.2.1 Chức năng đăng nhập................................................................................... 44
4.1.2.2 Chức năng hiển thị chart đồ thị .................................................................... 46
4.1.2.3 Chức năng tìm kiếm ..................................................................................... 48
4.1.2.4 Chức năng giám sát các thông số qua danh sách ......................................... 49
4.1.2.5 Chức năng on/off replay .............................................................................. 50
4.1.3 Xây dựng chức năng đăng nhập với kỹ thuật 2FA .............................................. 52
4.1.3.1 FA là gì? ....................................................................................................... 52
4.1.3.2 Xây dựng chức năng đăng nhập với 2FA .................................................... 54
4.2 Các tính năng “Quản lý” và “Thông minh” trong hệ thống ....................................... 60
4.3 Vận hành thử nghiệm tại công ty Điện Lực Tân Thuận TP.HCM ............................ 61
4.4 Kết luận chương ......................................................................................................... 63
MẬT 2FA ................................................................................................................. 40
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 64
1. Kết quả của đề tài .................................................................................................. 64
2. Hạn chế của đề tài ................................................................................................. 64
3. Hướng phát triển của đề tài ................................................................................... 64
DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................... 65
v
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT
Tiếng Anh Tiếng Việt Viết tắt
IoT Internet of Things Internet của Vạn Vật
IEEE Viện kỹ nghệ Điện và Điện tử Institute of Electrical and Electronics Engineers
SCADA Supervisory control and data acquisition Hệ thống điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu
TP.HCM Ho Chi Minh City Thành Phố Hồ Chí Minh
API Application Programming Interface Giao diện Lập trình Ứng dụng
Cầu dao cách điện dạng lắp MCCB Moulded Case Circuit Breaker sẵn
Quản lý tài nguyên doanh ERP Enterprise Resource Planning nghiệp
SDK Software development kit Bộ công cụ và phần mềm
MES Manufacturing execution system Hệ thống quản lý sản xuất
Thiết bị đầu cuối để dùng điều RTU Remote Terminal Unit khiển từ xa
Giao thức Ứng dụng Ràng CoAP Constrained Applications Protocol buộc
2FA Two-Factor Authentication Xác thực 2 yếu tố
Extensible Messaging and Presence Giao thức Tin nhắn và Hiện XMPP Protocol diện Mở rộng
Message Queue Telemetry Giao thức Truyền tải Dữ liệu MQTT Transport Hàng đợi Telemetry
vi
DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1: Khảo sát tình trạng hiện tại tại điện lực Tân Thuận quận 7 ..................... 2
Hình 1.1: Tổng quan mô hình thiết bị IoT ............................................................ 8
Hình 1.2: Các thành phần cơ bản mô hình IoT ..................................................... 9
Hình 1.3: Hình ảnh minh họa thiết bị đo lường .................................................. 11
Hình 2.1: Mô hình lưới điện thông minh tại nga ................................................ 13
Hình 2.2: Hệ thống DMS ..................................................................................... 15
Hình 2.3: Hệ thống SCADA ................................................................................ 15
Hình 2.4: Thiết bị giám sát thông số vận hành lưới điện hạ thế .......................... 17
Hình 3.1: Giao thức truyền thông MQTT ............................................................ 23
Hình 3.2: Mô hình sử dụng giao thức CoAP và HTTP ........................................ 24
Hình 3.3: Giao thức truyền thông AMQP ........................................................... 24
Hình 3.4: Giao thức truyền thông DDS .............................................................. 25
Hình 3.5: Giao Thức truyền XMPP .................................................................... 26
Hình 3.6: Hình ảnh minh họa IDE Arduino version 1.8.18 ................................ 27
Hình 3.7: Môi trường thingspeak giả lập ............................................................ 28
Hình 3.8: Tạo channel trên thingspeak ............................................................... 30
Hình 3.9: Các Field được thiết lập trên Channel ................................................ 31
Hình 3.10: Thông số API –Key trên Thingspeak ................................................ 31
Hình 3.11: Giao thức IEC60870-5-104 của RTU ............................................... 32
Hình 3.12: Lưu đồ thuật toán tổng quan truyền nhận dữ liệu ............................. 33
Hình 3.13: Hình bo mạch của thiết bị cảm biến .................................................. 34
Hình 3.14: Sơ đồ nạp code từ bo mạch trên môi trường Arduino ...................... 35
Hình 3.15: Hình code nạp từ bo mạch trên môi trường Arduino ........................ 36
Hình 3.16: Hình ảnh các thông số đo lường được gửi lên Thingspeak .............. 37
Hình 3.17: Geteway nhận dữ liệu từ Thingspeak cloud ...................................... 38
Hình 3.18: Tổng quan cơ sở dữ liệu lưu trữ thiết bị điện Tân Thuận ................. 38
vii
Hình 3.19: Xây dựng chương trình hiển thị dữ liệu website bằng C# ................ 39
Hình 4.1: Các Table dữ liệu để lưu trữ ............................................................... 41
Hình 4.2: Cấu trúc tổng quan của project IoT ..................................................... 43
Hình 4.3 : Lưu đồ chức năng đăng nhập hệ thống .............................................. 44
Hình 4.4 : Giao diện đăng nhập của hệ thống ..................................................... 45
Hình 4.5 : Lưu đồ minh hoạ chức năng vẽ chart hệ thống ................................. 46
Hình 4.6 : Hiển thị chart từ hệ thống giám sát ................................................... 47
Hình 4.7: Lưu đồ minh hoạ chức năng tìm kiếm ............................................... 48
Hình 4.8: Chức năng tìm kiếm dữ liệu của hệ thống ......................................... 49
Hình 4.9: Chức năng xem thông số bằng danh sách ........................................... 49
Hình 4.10: Lưu đồ minh hoạ chức năng on/off replay ........................................ 50
Hình 4.11: Chức năng on/off replay ................................................................... 51
Hình 4.12: Mô hình xác thực 2FA ...................................................................... 52
Hình 4.13 : Hình minh họa việc xác thực đăng nhập 2 lớp 2FA của Google ..... 57
Hình 4.14: Hình trang chủ từ hệ thống website của dự án .................................. 58
Hình 4.15: Sơ đồ login theo cơ chế 2FA ............................................................. 59
Hình 4.16: Quản lý thiết bị .................................................................................. 60
Hình 4.17: Quản lý thông tin người dùng ........................................................... 60
Hình 4.18: Hình minh hoạt điều khiển thiết bị ................................................... 61
viii
DANH SÁCH BẢNG
Bảng 3.1: Một số hàm đọc giá trị đo từ PZEM004T .............................................. 28
Bảng 4.1: Table của bảng dữ liệu Device .............................................................. 41
Bảng 4.2: Table của bảng dữ liệu Product ............................................................. 41
Bảng 4.3: Table của bảng dữ liệu Company………………… ............................... 42
Bảng 4.4: Table của bảng dữ liệu Station . ............................................................ 42
Bảng 4.5: Table của bảng dữ liệu TimeMeasurement ........................................... 42
Bảng 4.6: Table của bảng dữ liệu Users ................................................................ 43
Bảng 4.7: Bảng lưu trữ các thông số kỹ thuật đo lường ....................................... 48
1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Khi chúng ta đề cập đến IoT là đồng nghĩa với đề cập đến sự kết nối giữa các thiết
bị với Internet, ngoài ra các thiết bị cảm biến hay điện phải luôn đảm bảo khả năng giao
tiếp với nhau và giao tiếp với máy tính bảng cũng như với Internet để tạo thành một
mạng lưới hệ thống thông minh nhằm thực hiện quá trình điều khiển, trao đổi dữ liệu
qua lại với nhau. Do đó, chúng ta biết rằng trên nền tảng công nghệ IoT cũng đang dần
trở thành xu hướng công nghệ có sức ảnh hưởng ngày càng lớn tới đối với đời sống của
nhân loại và có khả năng ứng dụng vô cùng rộng rãi thuộc nhiều lĩnh vực nói chung
trong tương lai, trong đó có ngành điện nói riêng. Công nghệ IoT sở hữu nhiều ưu điểm
vượt trội, góp phần nâng cao hiệu quả hoạt động và khả năng vận hành, triển
khai mạng lưới điện. Chính vì vậy, hiện nay giải pháp tối ưu nhất đó là xây dựng một
hệ thống tự động giám sát điện năng ứng dụng công nghệ IoT.
Công nghệ giám sát lưới điện đã đạt được những bước tiến vượt bậc nhờ sự ra
đời của nhiều sản phẩm chuyên dụng. Hệ thống giám sát hoạt động của lưới điện hạ
thế được trang bị Router 3 pha, cùng với hệ thống điều khiển đặt tại các điểm nối và
nhánh rẽ của mạng lưới phân phối điện. Bên cạnh đó, hệ thống cảnh báo sự cố lưới điện
từ xa cũng được tích hợp.
2
Hình 1: Khảo sát tình trạng hiện tại tại điện lực Tân Thuận quận 7
Xu hướng công nghệ Internet vạn vật (IoT) đang phát triển mạnh mẽ thúc đẩy
việc nghiên cứu và ứng dụng nhiều giao thức IoT khác nhau. Nỗ lực này nhằm tạo ra các
sản phẩm hỗ trợ điều khiển từ xa và tự động hóa, góp phần xây dựng hệ thống mạng
lưới điện thông minh, kết nối và quản lý các thiết bị điện tử hiệu quả. Chúng ta hãy tin
rằng. Ngành điện trong tương lai hứa hẹn tận dụng tối đa tiềm năng của hệ thống IoT,
nhằm tối ưu hóa hiệu quả sản xuất và kinh doanh điện năng.
3
Thực trạng hiện tại điện lực Tân Thuận TP.HCM đang sử dụng nhiều thiết bị thuộc các
hãng khác nhau như Siemens, ABB, Mitsubishi,…… nên do đó cần hệ thống kết nối các
thông số đo lường của các thiết bị để thực hiện giám sát thông số điện từ các trạm.
Hệ thống và các thiết bị thuộc phạm vi này cần tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế, cụ
thể là IEC 61850, IEC 61968/61970, IEC 62351 và IEC 60870.
Trong lĩnh vực công nghiệp, việc ứng dụng công nghệ IoT hiện tại chủ yếu tập
trung vào các hệ thống do doanh nghiệp nước ngoài đầu tư. Các doanh nghiệp trong
nước vẫn đang trong giai đoạn khai thác ứng dụng trên nền tảng di động, mang tính rời
rạc và chưa khai thác tối ưu khả năng của các hệ thống cảm biến hay dữ liệu lớn. Hầu
hết thiết bị phần cứng, bao gồm các thiết bị quay hình và cảm biến hóa học, đều phải
nhập khẩu. Do đó, chúng ta nắm bắt những yếu tố, yêu cầu hỏi khách quan kể trên, việc
xác định mô hình cơ bản có khả năng áp dụng cho lưới phân phối hạ áp tại TP.HCM,
đáp ứng nhu cầu phát triển của ngành điện lực, cần được quan tâm đặc biệt và nghiên
cứu. Để khắc phục những hạn chế này, các dự án nghiên cứu và ứng dụng giải pháp
thông minh cho lưới điện phân phối hạ áp đang được triển khai. Chính vì vậy mà Học
viên đã chọn lĩnh vực nghiên cứu “Xây dựng hệ thống quản lý lưới điện hạ thế
thông minh sử dụng công nghệ IoT ứng dụng tại điện lực Tân Thuận TP.HCM”
làm hướng nghiên cứu của mình.
2. Tổng quan về các đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là dữ liệu điện lực Tân Thuận TP.Hồ Chí Minh, công nghệ IoT.
Bài toán xây dựng hệ thống quản lý điện bằng công nghệ IoT là một bài toán khó thuộc
lĩnh vực xử lý dữ liệu lẫn phương thức truyền thông. Chúng ta biết rằng việc truyền dữ
liệu realtime với nhiều thiết bị thuộc nhiều hãng khác nhau thì cực kì phức tạp liên quan
tới các chuẩn kết nối, truyền thông. Vì thế, ta phải nghiên cứu chọn ra chuẩn truyền
thông chung nhất cho bài toán đặt ra này.
4
3. Mục đích nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là thiết kế và xây dựng hệ thống quản lý các thông
số điện của công ty Điện Lực Tân Thuận TP.HCM bằng công nghệ IoT, bao gồm
các nội dung chính sau:
Mục tiêu cụ thể:
- Thu thập dữ liệu các thông số về tiêu chuẩn điện của công ty Điện Lực Tân
Thuận TPHCM bằng các cảm biến IoT.
- Nghiên cứu các chuẩn giao thức truyền thông được dựa trên nền tảng công nghệ
IoT nhằm đáp ứng quá trình truyền nhận dữ liệu thông qua mạng Internet giữa hệ
thống và thiết bị người dùng.
- Một trong những mục tiêu chính là xây dựng hệ thống giám sát các thông số hoạt
động của lưới điện một cách trực tiếp và liên tục, bao gồm điện áp, dòng điện,
công suất và hệ số công suất.….
- Nghiên cứu quy trình công nghệ giám sát điện hạ thế từ xa điện lực Tân Thuận
TP. Hồ Chí Minh.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
4.1 Đối tượng nghiên cứu:
- Công nghệ IoT.
- Các cảm biến các đại lượng điện, các bộ vi xử lý.
- Nghiên cứu giao thức truyền thông IEC 60870-5-104.
- Các công nghệ phần mềm lập trình, xây dựng hệ thống quản lý hệ thống điện
trên thiết bị website hoặc các thiết bị di động.
- Các phụ tải một pha và ba pha trong mạng điện hạ áp.
4.2 Phạm vi nghiên cứu:
- Công nghệ IoT và chuẩn giao thức truyền thông.
- Các đại lượng đo lường điện như điện áp, công suất, hệ số công suất, dòng
điện, tần số...
5
- Thiết kế sơ đồ thuật toán để hoàn thành chức năng của hệ thống theo đúng yêu
cầu đề ra.
- Tích hợp công nghệ đăng nhập 2FA của google vào hệ thống quản lý.
- Tiến hàng triển khai thu thập dữ liệu và thiết lập hệ thống đo lường trong thời
gian thực.
5. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu tìm hiểu tài liệu liên quan mạng lưới điện thông minh vận hành trên
Thế giới ngày nay.
- Dựa vào hiện trạng chuẩn truyền thông sử dụng trong mạng lưới truyền dữ liệu
EVN và mạng lưới điện của Điện lực Tân Thuận Tp.HCM.
6. Bố cục đề tài
Iot ứng dụng tại điện lực Tân Thuận TP.HCM “ gồm 3 phần:
Đề tài “Xây dựng hệ thống quản lý lưới điện hạ thế thông minh sử dụng công nghệ
- Phần mở đầu
- Phần nội dung gồm:
+ Chương 1: Tổng quan về các thông số đo lượng điện và Công nghệ IoT
+ Chương 2: Các công trình nghiên cứu liên quan
+ Chương 3: Thiết kế hệ thống truyền thông dữ liệu bằng công nghệ IoT
+ Chương 4: Xây dựng ứng dụng giám sát bằng kỹ thuật bảo mật 2FA
- Kết luận.
6
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG SỐ LƯỚI ĐIỆN
THÔNG MINH VÀ CÔNG NGHỆ IoT
1.1 Giới thiệu
Sự hình thành và phát triển của mạng lưới điện thông minh bắt nguồn từ những nỗ
lực ban đầu trong việc ứng dụng công nghệ điện tử vào điều khiển, đo lường và giám
sát.
Vào thập niên 1980, việc đọc chỉ số công tơ tự động được triển khai để theo dõi
mức tiêu thụ năng lượng của các khách hàng quy mô lớn. Tiếp nối thành công này, công
tơ điện thông minh ra đời vào thập niên 1990, (Tập Đoàn, 2011)[1].
Công tơ điện thông minh được trang bị khả năng giao tiếp liên tục với nhà sản xuất
điện, đồng thời hỗ trợ giám sát hoạt động theo thời gian thực. Hơn nữa, thiết bị này còn
đóng vai trò là giao diện cho các thiết bị phản ứng tức thời và thiết bị thông minh.Vấn
đề đặt ra là hiểu thế nào để một lưới điện tại các trạm biến áp cung cấp điện đạt chuẩn
thông minh? Điều này đã được đề cập thì một lưới điện thông minh phải đạt được các
tiêu chí như sau:
1) Cho phép đo đạc và theo dõi trực tiếp các chỉ số điện về điện áp, dòng điện
(công suất), hệ số công suất, tần số, năng lượng tiêu hao, . …
2) Điều khiển hệ thống đóng/cắt từ xa.
3) Tích hợp nguồn điện phân tán (Pin mặt trời, Tua bin gió, Máy máy phát điện
diesel) trong lưới điện.
4) Vận hành hệ thống kết hợp với các nguồn dự phòng.
Các tiêu chí trên được thực hiện một khi cấu trúc lưới điện ngoài máy biến áp, các
đường dây tải điện cần có ba bộ phận cấu thành, đó là:
1) Cơ sở hạ tầng bao gồm các lưới điện, các thiết bị đóng cắt, công tơ điện, các
thiết bị đo đếm,… loại hiện đại có điều khiển từ xa và có truyền tin hai chiều
giữa chúng.
7
2) Các thiết bị điều khiển, các module quản lý phân tán, thiết bị giám sát tại trung
tâm điều khiển, contactor, triac,…. cần phải phù hợp với thiết bị điện lực đã
lựa chọn, đồng thời phải tương thích những phần mềm giám sát, điều khiển.
3) Các phần mềm ứng dụng có sẵn hay tự lập trình trên cơ sở ngôn ngữ lập trình
tương ứng.
Các bộ phận nêu trên được tích hợp trong hệ thống điều khiển SCADA cho toàn
lưới điện.
Các thiết bị và toàn bộ hệ thống này phải đảm bảo các giao thức truyền thông
theo tiêu chuẩn của IEC [2]: Tiêu chuẩn IEC 61850, IEC 61968/61970, IEC 62351, IEC
60870. Giao thức IEC60870-5-104 hiện được sử dụng thay thế cho các giao thức IEC
60870 -5-101, IEC 60870-5-102, mang đến nhiều lợi thế trong việc triển khai và đảm
bảo khả năng hoạt động ổn định cao trong các phương thức truyền dẫn. việc sử dụng
giao thức truyền thông IEC 60870-5-104 (dưới đây gọi là IEC-104) trên nền tảng giao
thức TCP/IP, cho phép chúng ta thiết lập truyền thông một cách khá đơn giản, chi phí
lại thấp, đồng thời dễ dàng khai thác hạ tầng viễn thông của các nhà cung cấp dịch vụ
với mục đích mở rộng phạm vi kết nối, có thể định tuyến chính xác các gói tin, đơn giản
hóa cơ sở hạ tầng kết nối mạng. IEC-104 đang được phát triển sử dụng rộng rãi trong
ngành điện để theo dõi, giám sát, điều khiển thông qua nền Web, truy cập qua Telnet,
dịch vụ sms …, khai thác trên cơ sở đó mới có thể truy cập, truy xuất dữ liệu từ các thiết
bị hiện tại.
8
1.2 Công nghệ IoT
Công nghệ Internet vạn vật (IoT) cho phép kết nối mọi thứ vào mạng lưới, từ đó
tạo điều kiện cho việc phát triển các ứng dụng giám sát và quản lý hiệu quả. Nền
tảng IoT đóng vai trò trọng yếu trong việc hỗ trợ ứng dụng đề tài, góp phần thúc
đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp năng lượng (Trung Tâm, 2024) [3].
Hình 1.1: Tổng quan mô hình thiết bị IoT
Các thiết bị Internet vạn vật (IoT) được đặc trưng bởi khả năng tích hợp liền mạch
các thành phần phần cứng đa dạng. Điều này đạt được thông qua việc kết hợp một phổ
rộng các giao thức truyền thông, áp dụng các cấu trúc mạng linh hoạt (qua cổng trung
9
gian hoặc kết nối trực tiếp) và khai thác tối ưu bộ công cụ phát triển phần mềm (SDK)
khi cần thiết. (ICOMTECK, 2021) [4].
Nền tảng hiện tại cho phép ứng dụng các giao diện tích hợp hướng lên. Đồng thời, dữ
liệu IoT thu thập được có thể được tích hợp vào các hệ thống phân tích, xử lý hoặc lưu
trữ. Việc kết nối và truyền tải dữ liệu giữa các thiết bị có thể được thực hiện bằng nhiều
loại phần mềm, ứng dụng do người dùng tạo ra.
1.3 Các thành phần cơ bản của mô hình IoT
Hình 1.2: Các thành phần cơ bản mô hình IoT
Theo hình (Hình 1.2) bên trên, các yếu tố của mô hình IoT phổ biến nhất hiện nay, được
tạo thành bởi 8 yếu tố sau:
1. Kết nối và đồng bộ hóa: yếu tố này có nhiệm vụ thực hiện các tính năng tích hợp
đồng bộ các giao thức và đồng thời có thể định dạng các dữ liệu khác nhau vào
một giao diện “phần mềm” để qua đó luôn sẵn sàng cho quá trình truyền dữ liệu
một cách chính xác và tương tác với tất cả các thiết bị liên quan.
2. Quản lý thiết bị: Đây là yếu tố có nhiệm vụ thực hiện các thao tác kết nối các
thiết bị hoạt động bình thường, đồng thời cũng đảm bảo việc cập nhật phần mềm
cũng như chương trình hay ứng dụng đang chạy trên các gateways ngoại biên
(EDGE gateway) hoặc thiết bị.
10
3. Cơ sở dữ liệu: Đây là yếu tố được coi khá quan trọng của một nền tảng IoT. Bên
cạnh khả năng lưu trữ dữ liệu thiết yếu, giải pháp cần có khả năng mở rộng để
phục vụ cho nhu cầu dữ liệu đám mây ngày càng tăng. Do đó, yếu tố này phải
đáp ứng được yêu cầu về dung lượng, tốc độ, độ tin cậy và đa dạng dữ liệu.
4. Quá trình quản lý và xử lý hoạt động :vận dụng nguyên tắc Sự kiện - Hành động
- Kích hoạt, cho phép hệ thống thực hiện các thao tác thông minh dựa trên dữ liệu
thu thập từ cảm biến IoT.
5. Phân tích: Yếu tố này có thể được xem là thành phần cốt lỗi của nền tảng IoT.
Năng lực phân tích phức tạp của đề tài cho phép xử lý đồng thời nhiều dữ liệu,
từ việc gộp thông tin cơ bản đến khả năng tự học, dự đoán, trích xuất và phân
tích những thông tin quan trọng nhất trong kho dữ liệu Internet vạn vật (IoT).
6. Giao diện dữ liệu trực quan: Thông qua việc sử dụng các hình ảnh mô phỏng và
biểu đồ đường thẳng, tạo điều kiện thuận lợi cho người dùng trong việc quan sát
và phân tích xu hướng từ bảng điều khiển.
7. Công cụ bổ sung: Nền tảng IoT được ứng dụng như một công cụ bổ sung, cung
cấp môi trường mô phỏng để các nhà phát triển kiểm tra sản phẩm trước khi đưa
vào thị trường. Hệ sinh thái này giúp hiển thị, kiểm soát và quản lý các thiết bị
kết nối, đáp ứng nhu cầu sử dụng đa dạng.
8. Khả năng tích hợp với các hệ thống bên ngoài: là yếu tố không thể thiếu, tạo điều
kiện cho việc kết nối với các nền tảng thứ ba và hệ thống công nghệ thông tin nội
bộ. Việc này được thực hiện thông qua các bộ phát triển phần mềm (SDK), cổng
kết nối (gateways) và giao diện lập trình ứng dụng (API), giúp kết nối (GIẢI
PHÁP, 2020) [5].
11
1.4 Các thiết bị đo lường thông số cơ bản trong đề án
Trong đề án này thiết bị đo lường các thông số tác giả dùng đồng hồ Select có số
hiệu là MFM284 để tiến hành đo các thông số như điện áp, dòng điện, tần số, công
suất…
Hình 1.3: Hình ảnh minh họa thiết bị đo lường
1.5 Kết luận chương
Công nghệ IoT (Internet of Things) có thể đóng vai trò quan trọng trong việc
quản lý và điều khiển lưới điện hạ thế.
IoT có thể kết nối các thiết bị đo lường điện năng, cảm biến và các thiết bị điều
khiển với hệ thống mạng thông tin và điều khiển, cho phép thu thập dữ liệu liên
tục về các thông số như áp suất, dòng điện, điện áp và nhiệt độ. Dữ liệu này có
thể được gửi đến các trung tâm điều khiển để phân tích và đưa ra quyết định.
Ví dụ, các cảm biến nhiệt độ có thể được sử dụng để giám sát nhiệt độ của các
thiết bị điện và giúp phát hiện các vấn đề tiềm ẩn như quá nhiệt. Các thiết bị đo
12
lường điện năng có thể giúp theo dõi sự tiêu thụ điện của khách hàng và giúp tối
ưu hóa hoạt động của lưới điện.
Ngoài ra, công nghệ IoT cũng có thể được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện
từ xa, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí cho việc điều khiển hệ thống. Ví dụ, các
thiết bị điều khiển IoT có thể được sử dụng để tắt các đường dây điện khi không
có khách hàng sử dụng, giúp giảm thất thoát điện năng và giảm chi phí điện cho
khách hàng.
Tóm lại, công nghệ IoT có thể đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý và điều
khiển lưới điện hạ thế bằng cách giúp thu thập dữ liệu, phân tích và đưa ra quyết
định, cũng như điều khiển các thiết bị điện từ xa để tiết kiệm thời gian và chi phí.
13
CHƯƠNG 2: CÁC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN
Ở phần này, sẽ trình bày các công trình nghiên cứu ngoài và trong nước
liên quan mật thiết tới đề tài. Đồng thời, các công trình này là nền tảng để nghiên
cứu và cũng là nền tảng, cơ sở để giúp đề án xác định được hướng phát triển mở
rộng hơn nữa.
2.1 Các công trình nghiên cứu trên thế giới
Hệ thống lưới điện thông minh hiện nay đã và đang được triển khai nước ngoài,
đặc biệt là các nước phương Tây. “Lưới điện thông minh - SMART GRID” [6].
Hình 2.1: Mô hình lưới điện thông minh tại nga
Tại Nga, dự kiến đến năm 2020, toàn bộ lưới điện cũ của Nga sẽ được thay thế bằng hệ
thống lưới điện thông minh. Dựa trên hệ thống các khái niệm cơ bản về lưới điện thông
minh, Nga đã xây dựng cho mình những khái niệm riêng về "Smart Grid" sao cho phù
hợp với các điều kiện kinh tế - xã hội trong nước. Như vậy, định nghĩa về lưới điện
thông minh tại Nga - chủ yếu và nhất thiết là phải sáng tạo, phải có sự chuyển đổi đồng
thời của tất cả các đơn vị trong ngành điện. Bản chất các dự án tại Nga nằm trong dây
chuyền dự án lưới điện thông minh là giải quyết các vấn đề về môi trường, sử dụng năng
14
lượng tái tạo, nâng cao chất lượng điện và độ tin cậy của (hiendaihoa.com, 2014) [6] hệ
thống điện.
Đồng thời, các tác giả trong [7] đã thiết kế một hệ thống quản lý ngôi nhà được điều
khiển bằng các thiết bị di động bằng cách tích hợp Arduino với AppInventor.
Một trong những mô hình lưới điện thông minh được triển khai tại Nga là mô hình của
công ty Federal Grid Company of Unified Energy System (thuộc nhóm các công ty điều
hành lưới điện quốc gia của Nga - UNEG).
Có rất nhiều công trình quản lý điện hạ thế được triển khai trên toàn thế giới. Dưới đây
là một số công trình quản lý điện hạ thế nổi bật:
Advanced Metering Infrastructure (AMI): Hệ thống đo đạc thông minh AMI được triển
khai rộng rãi tại Mỹ, Châu Âu, Nhật Bản, Úc và New Zealand. AMI cho phép các công
ty điện lực thu thập và phân tích dữ liệu điện tử từ các đồng hồ đo điện thông minh để
đưa ra quyết định thông minh về tài nguyên và quản lý hệ thống điện lực.
Tại Nga, dự kiến đến năm 2020, toàn bộ lưới điện cũ của Nga sẽ được thay thế bằng hệ
thống lưới điện thông minh. Dựa trên hệ thống các khái niệm cơ bản về lưới điện thông
minh, Nga đã xây dựng cho mình những khái niệm riêng về "Smart Grid" sao cho phù
hợp với các điều kiện kinh tế - xã hội trong nước. Như vậy, định nghĩa về lưới điện
thông minh tại Nga - chủ yếu và nhất thiết là phải sáng tạo, phải có sự chuyển đổi đồng
thời của tất cả các đơn vị trong ngành điện. Bản chất các dự án tại Nga nằm trong dây
chuyền dự án lưới điện thông minh là giải quyết các vấn đề về môi trường, sử dụng năng
lượng tái tạo, nâng cao chất lượng điện và độ tin cậy của hệ thống điện, cho phép tạo
nguồn điện dự phòng để sử dụng trong các tình huống khẩn cấp.
Distribution Management System (DMS): DMS được triển khai rộng rãi ở châu Âu và
Bắc Mỹ. Hệ thống DMS cho phép các công ty điện lực giám sát các thiết bị phân phối
điện, cải thiện tình trạng sự cố và giảm thời gian gián đoạn cung cấp điện năng.
Outage Management System (OMS): OMS được triển khai rộng rãi ở châu Âu, Bắc Mỹ,
Châu Á và Úc. Hệ thống OMS giúp nhân viên quản lý sự cố nhanh chóng và hiệu quả
bằng cách cung cấp thông tin về sự cố, định vị và giúp các nhân viên điều phối và quản
lý phản hồi [8].
15
(Introduction to DMS, 2011)
Hình 2.2: Hệ thống DMS
Geographic Information System (GIS): GIS được triển khai rộng rãi ở Châu Âu, Bắc
Mỹ và Châu Á. Hệ thống GIS giúp các công ty điện lực giám sát hệ thống mạng lưới và
phát hiện các lỗi địa lý có thể dẫn đến các sự cố và giúp nhân viên điều phối vị trí các
sự cố cụ thể.
Supervisory Control and Data (TRUNG TÂM, 2022) [9] SCADA: được triển khai rộng
rãi trên toàn thế giới và được sử dụng để giám sát và điều khiển hệ thống công nghiệp
và cơ sở hạ tầng, bao gồm hệ thống điện, xử lý nước, khí đốt, dầu khí, và nhiều ngành
công nghiệp khác.
16
Hình 2.3: Hệ thống SCADA
2.2 Các công trình nghiên cứu trong nước
Trong bối cảnh phát triển kinh tế của Việt Nam vào những năm 70 của thế kỷ trước,
việc truyền tải điện năng đến các tỉnh thành chủ yếu được thực hiện bằng cách sử
dụng hệ thống điện áp phân phối 35 kV và 110 kV. Minh chứng rõ nét nhất là tuyến
đường dây 115 kV Đa Nhim - Sài Gòn, kết nối nguồn điện từ Đa Nhim về thành phố
Hồ Chí Minh, và đường dây 35 kV Hà Nội - Hải Phòng, nối liền hai trung tâm kinh
tế lớn của miền Bắc.
Hệ thống điện truyền tải quốc gia hiện nay ứng dụng các cấp điện áp 220 kV và 500
kV (siêu cao áp) để kết nối các vùng miền. Các nhà máy điện được đấu nối trực tiếp
vào lưới điện 500 kV nhằm giải phóng tối đa công suất phát. Các tỉnh thành được kết
nối bởi lưới điện 220 kV, đồng thời một số cụm phụ tải được cấp điện trực tiếp từ cấp
điện áp này. Nhờ vậy, việc cung cấp điện luôn được đảm bảo an toàn, tin cậy, giảm
thiểu rủi ro và tổn thất.
Đề tài "Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và ứng dụng thiết bị giám sát thông số vận hành
lưới điện hạ thế, phục vụ điều hành quản lý, kinh doanh điện năng" đã vinh dự được
nhận Giải thưởng Khuyến khích tại Giải thưởng Sáng tạo Khoa học Công nghệ Việt
17
Nam (VIFOTEC) năm 2016 (Tập Đoàn Đ. , 2017) [10] Ông Trần Dũng, Giám đốc
Trung tâm Sản xuất Thiết bị đo điện tử Điện lực miền Trung (CPCEMEC) cùng đội
ngũ nghiên cứu là những người trực tiếp thực hiện dự án này.
Để hoàn thành tốt quá trình quản lý và cũng như vận hành mạng lưới điện, đồng thời
luôn đảm bảo nâng cao chất lượng điện năng, chúng ta luôn phải có nguồn dữ liệu
chính xác, tin cậy. Thực hiện công tác này đòi hỏi nguồn lực dồi dào, bao gồm hệ
thống thiết bị chuyên dụng cho từng nhánh rẽ sau trạm biến áp công cộng, mạng lưới
truyền thông tin, cơ chế giám sát dữ liệu trực tuyến... Bên cạnh đó, việc đầu tư đồng
bộ hệ thống máy chủ lưu trữ dữ liệu và phân tích, đánh giá bởi đội ngũ chuyên viên
vận hành là yếu tố không thể thiếu [10] .
Hình 2.4: Thiết bị đo lường các thông số vận hành lưới điện hạ thế.
Hay tại Liên hiệp các hội Khoa học và Kỹ thuật thành phố Đà Nẵng đã tổ chức họp
Hội đồng đánh giá đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và triển khai ứng dụng thiết
bị giám sát thông số vận hành lưới điện hạ thế, phục vụ công tác điều hành quản lý,
kinh doanh điện năng của ngành điện” với tên thương mại là thiết bị Router 3 pha. Đề
tài do Trung tâm sản xuất thiết bị đo điện tử Điện lực miền Trung (CPCEMEC) phối
hợp với Điện lực Thái Nguyên thực hiện.
18
Bài toán đặt ra thách thức cho các nhà quản lý vận hành lưới điện hạ thế là làm sao để
lấy được các thông số vận hành, từ đó có thể giám sát lưới điện và đưa ra các phương
án nhằm tối ưu chế độ vận hành, giảm tổn thất kỹ thuật, cân bằng pha. Tuy nhiên, chi
phí đầu tư toàn bộ hệ thống là rất lớn bao gồm hệ thống thiết bị trang bị đến từng nhánh
rẽ sau trạm biến áp công cộng, hệ thống đường truyền thông tin, số liệu kiểm soát
online theo thời gian… Ngoài ra, còn phải đầu tư đồng bộ hệ thống Server và máy chủ
để thực hiện thu nhận dữ liệu và đánh giá phân tích, đồng thời đi kèm theo đó là đội
ngũ nhân sự vận hành. Với khó khăn đặt ra như vậy, dựa trên nền tảng kinh nghiệm về
lưới điện Việt Nam cũng như quá trình nghiên cứu về các sản phẩm điện tử phục vụ
ngành điện, nhóm tác giả đã đưa ra giải pháp về thiết bị để đo lường, giám sát thông
số vận hành lưới điện hạ thế Router 3 pha.
Thiết bị Router ba pha có chức năng giám sát, đo lường các thông số vận hành lưới điện
hạ thế và truyền dữ liệu qua đường truyền vô tuyến tần số UHF – 408,925MHz về trung
tâm mà không cần phải thao tác đo đạc thủ công tại hiện trường. Ngoài ra, Router ba
pha có chức năng định tuyến, mở rộng vùng phủ sóng của DCU trong hệ thống giám sát
từ xa RF-SPIDER. DCU chỉ lấy dữ liệu từ thiết bị mà không cần phải liên lạc đến các
công tơ trong vùng phủ sóng của thiết bị, giúp tối ưu hóa thời gian thu thập dữ liệu của
hệ thống. Thiết bị, với cấu tạo nhỏ gọn tương đương một công tơ ba pha, được trang bị
bộ biến dòng dạng kẹp thuận tiện cho việc lắp đặt. Năng lực của thiết bị bao gồm phát
hiện các bất thường trên lưới điện hoặc nhánh rẽ, ví dụ như: điện áp cao/thấp, tải
nhẹ/nặng, sốc điện, mất pha, di pha, hệ số công suất không đạt tiêu chuẩn, méo hài…
Hệ thống đo lường thông số vận hành lưới điện hạ thế, vinh dự đạt giải thưởng
VIFOTEC năm 2016, được ứng dụng hiệu quả trong việc giám sát lưới điện 3 pha
4 dây. Nằm gọn gàng trên lưới điện, thiết bị này đảm nhiệm vai trò quan trọng trong
việc phát hiện và lưu trữ mọi biến động bất thường của lưới điện tại điểm lắp đặt. Bộ
thu thập dữ liệu tập trung (DCU) tại trung tâm có thể thu thập toàn bộ số liệu này từ thiết
bị giám sát qua sóng RF, từ đó người quản lý và vận hành sẽ có những giải pháp xử lý
sự cố kịp thời và hiệu quả.
19
Thiết bị sở hữu những chức năng chính sau: giám sát dòng điện, tần số, điện áp, và cân
bằng pha. Đồng thời, thiết bị có khả năng truyền cảnh báo về các sự kiện liên quan đến
bộ thu thập DCU qua sóng RF theo yêu cầu hoặc tự động. Ngoài ra, người dùng có thể
tùy chỉnh giá trị ngưỡng cho phép và thời gian bắt đầu ghi nhận sự kiện phù hợp với đặc
điểm lưới điện của từng khu vực. Thiết bị vận hành bình ổn dù gặp sự cố mất pha hoặc
trung tính. Thiết bị lưu trữ lịch sử xuất hiện của tất cả sự kiện trong vòng một năm,
tương đương trung bình 370 sự kiện mỗi ngày.
Vào năm 2020, trên cả nước có hàng trăm nghìn TBA hạ thế được lắp đặt trên khắp mọi
miền của tổ quốc, do các Công ty điện lực, các Điện lực quận, huyện trực tiếp quản lý.
Tại một số Công ty điện lực đã thí điểm lắp đặt thiết bị giám sát TBA từ xa, còn lại việc
theo dõi hoạt động, giám sát các thông số kỹ thuật của các TBA phần lớn vẫn thực hiện
thủ công, định kỳ công nhân phải trực tiếp đến các TBA kiểm tra, đo đếm, thu thập số
liệu và ghi chép sổ sách, lập báo cáo. Tại mỗi Điện lực có 01 bộ phận trực xử lý sự cố
(XLSC) điện luôn luôn bố trí nhân lực để trực 24/24. Tuy nhiên, khi có sự cố xảy ra tại
các TBA hạ thế gây mất điện tất cả các trạm hoặc một khu vực, thì bộ phận trực XLSC
không có thông tin mất điện kịp thời và chính xác vị trí xảy ra sự cố, mà thông tin chủ
yếu do người dân ở khu vực bị mất điện cung cấp.
Bên cạnh đó, trong thời gian gần đây, trên địa bàn cả nước đã xảy ra nhiều vụ trộm cắp
tài sản của Ngành điện tại các TBA, gây thiệt hại lớn về tài sản, ảnh hưởng đến việc cấp
điện ổn định, liên tục và tình hình an ninh trật tự tại địa phương. Đứng trước tình hình
đó, một số đơn vị đã nghiên cứu giải pháp cảnh báo, giám sát TBA. Các giải pháp này
được áp dụng bước đầu đã thu được hiệu quả nhất định, tuy nhiên, các thiết bị giám sát
TBA hầu như chưa kết hợp với chức năng đo đếm điện năng, tần suất gửi các thông số
cần giám sát còn "thưa", chưa có tính năng cảnh báo mất điện ở các lộ ra của tủ hạ thế,
khi mất điện thì không giám sát được.
Trước nhu cầu cấp thiết đó, Trường Đại học Điện lực đã đăng ký và được Bộ Công
thương phê duyệt cùng phối hợp với Chủ nhiệm đề tài TS. Phạm Duy Phong chủ trì
thực hiện đề tài: Nghiên cứu, chế tạo, thiết kế, thiết bị cảnh báo mất điện và giám sát
20
Trạm biến áp hạ thế từ xa qua mạng thông tin di động trên nền WebServer. (NASATI,
2021) [11] .Với đích đến của đề tài là nghiên cứu, chế tạo, thiết kế và ứng dụng thành
công thiết bị cảnh báo mất điện và giám sát TBA hạ thế từ xa qua mạng thông tin di
động, nhằm quản lý và giám sát hiệu quả các TBA hạ thế.
Đề tài đã đạt được toàn bộ mục tiêu đề ra trong thuyết minh, mang đến những thành tựu đáng ghi nhận:
- Nghiên cứu đánh giá hiện trạng việc quản lý, giám sát các TBA hạ thế đang sử dụng trên lưới điện Việt Nam.
- Nghiên cứu, đánh giá, lựa chọn giải pháp công nghệ để cảnh báo mất điện và giám sát TBA hạ thế từ xa.
- Nghiên cứu giải pháp truyền thông giữa Trung tâm và thiết bị cảnh báo, giám sát.
- Nghiên cứu thiết kế thiết bị cảnh báo và giám sát TBA hạ thế từ xa.
- Nghiên cứu xây dựng các chương trình điều khiển cho thiết bị cảnh báo và giám sát.
2.3 Kết luận chương
Các công nghệ quản lý lưới điện hạ thế đã và đang tập trung cải tiến để tối ưu các
quy trình công nghệ, theo các mục đích, công việc như sau:
Tập trung vào giám sát và điều khiển: Các công nghệ này thường được sử dụng
để giám sát và điều khiển hệ thống điện hạ thế, bao gồm cả mạng lưới phân phối
điện và các thiết bị kết nối với mạng lưới đó.
Sử dụng các hệ thống thông tin: Các công nghệ quản lý điện hạ thế thường sử
dụng các hệ thống thông tin để thu thập, lưu trữ và phân tích dữ liệu, từ đó đưa
ra các quyết định thông minh về quản lý hệ thống điện.
Tối ưu hóa tài nguyên: Các công nghệ này thường được sử dụng để tối ưu hóa
việc sử dụng tài nguyên điện, bao gồm cả tài nguyên tạo ra điện năng và tài
nguyên vận hành hệ thống điện.
21
Tăng cường tính khả dụng và đáp ứng: Các công nghệ này thường được sử dụng
để tăng cường tính khả dụng và đáp ứng của hệ thống điện, bằng cách giảm thời
gian gián đoạn cung cấp điện và tăng cường khả năng phục hồi sau sự cố.
Tăng cường tính an toàn và bảo mật: Các công nghệ quản lý điện hạ thế cũng tập
trung vào việc tăng cường tính an toàn và bảo mật của hệ thống điện, bằng cách
giám sát các điểm yếu tiềm tàng, phát hiện các sự cố và đưa ra các biện pháp
phòng ngừa và khắc phục khi cần thiết.
Còn theo hướng nghiên cứu thì tập trung các hướng sau đây:
Hướng sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI): Trí tuệ nhân tạo có thể được sử dụng để
phân tích và dự báo các thông số của hệ thống điện hạ thế, giúp quản lý hệ thống
điện một cách thông minh và hiệu quả hơn.
Công nghệ Internet vạn vật (IoT) ứng dụng hiệu quả trong lĩnh vực quản lý điện
hạ thế, cho phép giám sát, phân tích và điều khiển các thiết bị điện một cách
thông minh, góp phần xây dựng hệ thống điện năng hiệu quả.
Hướng sử dụng blockchain: Công nghệ blockchain có thể được sử dụng để tăng
cường tính bảo mật và độ tin cậy của các thông tin trong hệ thống quản lý điện
hạ thế.
Công nghệ xử lý dữ liệu lớn (Big Data) là công cụ hữu hiệu trong việc phân tích
và quản lý khối lượng dữ liệu khổng lồ trong hệ thống điện hạ thế. Nhờ khả năng
khai thác dữ liệu hiệu quả, công nghệ này góp phần nâng cao hiệu quả quản lý và
tối ưu hóa việc sử dụng nguồn năng lượng điện.
Việc ứng dụng năng lượng tái tạo ngày càng phổ biến, được hỗ trợ bởi sự tiến
bộ của công nghệ quản lý điện hạ thế. Nỗ lực này nhằm tối ưu hóa hiệu quả năng
lượng, giảm thiểu tác động môi trường và kiến tạo hệ thống điện bền vững.
22
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG
DỮ LIỆU BẰNG CÔNG NGHỆ IoT
Chương này tác giả tập trung giới thiệu về cách xây dựng nên Hệ thống truyền
thông dữ liệu điện năng bằng công nghệ IoT.
3.1 Các giao thức truyền thông trong ứng dụng IoT
Trong Đề Án này, các dữ liệu đo lường của hệ thống đặt tại vị trí cần giám sẽ
được truyền thông lên mạng internet để thực hiện việc giám sát và phân tích chất
lượng điện năng qua cloud Thingspeak.
Quá trình truyền thông dữ liệu đó có thể thực hiện theo một số giao thức truyền
thông. Hiện nay có năm giao thức truyền thông:
- MQTT (Message Queue Telemetry Transport).
- CoAP (Constrained Applications Protocol).
- AMQP (Advanced Message Queue Protocol).
- XMPP (Extensible Messaging và Presence Protocol).
- DDS (Data Distribution Service).
3.1.1 MQTT (Message Queue Telemetry Transport)
Giao thức Message Queue Telemetry Transport (MQTT) (Hình 3.1.1), được
thiết kế theo tiêu chuẩn mã nguồn mở, đóng vai trò cầu nối kết nối các thiết bị
đầu cuối (Publisher và Subscriber) thông qua một Broker trung gian. Sự đơn
giản và dễ dàng triển khai là những ưu điểm nổi bật của MQTT. Mô hình cốt
lõi của MQTT dựa trên Broker trung gian và tận dụng kết nối TCP duy trì liên
tục từ các thiết bị đầu cuối đến Broker. Tính chất nhẹ nhàng của MQTT cho
phép ứng dụng truyền thông hai chiều qua mạng có độ trễ cao và độ tin cậy
thấp, đồng thời hỗ trợ các thiết bị tiêu thụ năng lượng thấp. (amazon) [12].
23
Hình 3.1: Giao thức truyền thông MQTT
3.1.2 CoAP (Constrained Applications Protocol)
Giao thức Truyền tải Ứng dụng Kiểu Kiến trúc Hạn chế (CoAP) như được mô tả
trong Hình 3.2, hoạt động theo mô hình máy khách - máy chủ (client-server) dựa trên
nền tảng mạng Internet. Giống với giao thức HTTP, CoAP cung cấp khả năng truyền tải
dữ liệu, song được tối ưu hóa cho các thiết bị có tài nguyên hạn chế.
CoAP hỗ trợ kết nối điểm-đến-điểm (one-to-one) để trao đổi thông tin trạng thái giữa
máy khách và máy chủ. Ngoài ra, CoAP tận dụng giao thức Gói Dữ liệu Người dùng
(UDP), hỗ trợ truyền tin phát sóng (broadcast) và đa phát (multicast), nhưng không hỗ
trợ giao thức TCP. Việc ứng dụng giao thức truyền thông CoAP dựa trên các datagram
phi kết nối, cho phép ứng dụng trên các giao thức truyền thông theo gói tin [13].
24
Hình 3.2: Mô hình sử dụng giao thức CoAP và HTTP
3.1.3 AMQP (Advanced Message Queue Protocol)
AMQP (Hình 3.3) là một giao thức bắt cầu giữa các gói tin trên lớp ứng dụng với
mục đích chính là loại bỏ các giao thức truyền tin lỗi thời và không tương thích.
AMQP đảm bảo sự an toàn, đáng tin cậy và bảo mật trong việc truyền tải thông điệp,
cho phép định hướng, định tuyến điểm-điểm hoặc xuất bản-đăng ký, và quản lý hàng
chờ hiệu quả. Các việc thực thi này sẽ được thực hiện bởi broker, nhằm cung cấp chức
năng điều khiển luồng (Flow Control). (CloudAMQP, 2019) [14].
Hình 3.3: Giao thức truyền thông AMQP
25
3.1.4 DDS (Data Distribution Service)
DDS là một ngôn ngữ trung gian dựa trên dữ liệu tập trung, cung cấp khả năng mở
rộng hiệu quả, xử lý dữ liệu theo thời gian thực, đảm bảo trao đổi thông tin tương tác
và độ tin cậy cao. Hơn nữa, DDS hoạt động theo mô hình phi tập trung, cho phép
truyền thông trực tiếp ngang hàng giữa các đối tượng đăng ký và phát hành thông
tin. DDS được định hướng trở thành một ngôn ngữ và hệ điều hành độc lập, tạo điều
kiện thuận lợi cho việc trao đổi dữ liệu một cách hiệu quả và linh hoạt. (BKAII, IoT
- Internet Of Thing: 5 giao thức dùng để "nói chuyện" mà bạn cần biết) [15].
Hình 3.4: Giao thức truyền thông DDS
3.1.5 XMPP (Extensible Messaging và Presence Protocol)
XMPP là một giao thức truyền thông dựa trên ngôn ngữ XML, hỗ trợ việc trao đổi
tin nhắn trung gian. XMPP hoạt động theo mô hình phân quyền phi tập trung giữa máy
khách và máy chủ. Ứng dụng phổ biến của XMPP là trong lĩnh vực nhắn tin văn bản.
XMPP có khả năng hoạt động gần như thời gian thực và có khả năng mở rộng lên
hàng trăm, thậm chí hàng nghìn nút. Dữ liệu nhị phân cần được mã hóa theo chuẩn
Base64 trước khi được truyền đi qua băng tần. Tương tự như giao thức MQTT, XMPP
có thể vận hành trên nền tảng sử dụng giao thức TCP. (researchgate) [16].
26
Hình 3.5: Giao Thức truyền XMPP
3.2 Giới thiệu các phần mềm thiết kế
3.2.1 Phần mềm Ardunio IDE
Arduino IDE là một chương trình phần mềm mã nguồn mở cho phép người
dùng viết và tải lên mã code trong một môi trường làm việc thời gian thực. Vì
mã này sau đó sẽ được lưu trữ trong đám mây. Hệ thống này hoàn toàn tương
thích với bất kỳ bo mạch phần mềm Arduino nào. Giao diện chính của phần mềm
Arduino IDE được thể hiện như Hình 3.6.
27
Hình 3.6: Hình ảnh minh họa IDE Arduino version 1.8.18
Trong đề án này ứng dụng phần mềm Arduino IDE phiên bản 1.8.18 để lập trình
chương trình nạp vào bo mạch Arduino WeMos D1 R1. Nhiệm vụ của đoạn chương
trình trong phần mềm này là phải đọc được các dữ liệu đo được từ các module
PZEM004T bằng một số lệnh cơ bản có cú pháp và ý nghĩa được trình bày trong Bảng
3.1.
28
Bảng 3.1: Một số hàm đọc giá trị đo từ PZEM004T
void ReadData() {
voltage=
Hàm đọc giá trị điện áp
voltage = pzem.voltage();
pzem.voltage();
từ PZEM004T và gán
current = pzem.current();
cho biến voltage.
power = pzem.power();
current
=
Hàm đọc giá trị dòng
energy = pzem.energy();
pzem.current();
điện từ PZEM004T và
frequency = pzem.frequency();
gán cho biến current.
pf = pzem.pf();
frequency =
Hàm đọc giá trị tần số từ
}
pzem.frequency(
PZEM004T và gán cho
);
biến freq.
power
=
Hàm đọc giá trị công
pzem.power();
suất từ PZEM004T và
gán cho biến power
energy
=
Hàm đọc giá trị điện
pzem.energy();
năng tiêu thụ từ
PZEM004T và gán cho
biến energy
pf = pzem.pf(); Hàm đọc giá trị hệ số
công suất từ
PZEM004T và gán cho
biến pf
void sendBlynk() {
ThingSpeak.setF
Gửi dữ liệu điện áp lên
ThingspeakButton =
ield(1, voltage);
Thingspeak.
ThingSpeak.readFloatField(myChannelNumber,
Gửi dữ liệu dòng điện
7);
ThingSpeak.setFi
lên Thingspeak.
ThingSpeak.setField(1, voltage);
eld(2, current);
ThingSpeak.setField(2, current);
ThingSpeak.setF
Gửi dữ liệu công suất
ThingSpeak.setField(3, power);
ield(3, power);
lên cloud Thingspeak
Cấu Trúc Hàm Chi tiết Ý nghĩa
29
ThingSpeak.setField(4, frequency);
ThingSpeak.setF
Gửi dữ liệu tần số lên
ThingSpeak.setField(5, pf);
ield(4,
Thingspeak.
ThingSpeak.setField(6, energy);
frequency);
ThingSpeak.setField(7, ButtonValue);
ThingSpeak.setFi
Gửi dữ liệu hệ số công
ThingSpeak.writeFields(myChannelNumber,
eld(5, pf);
suất lên Thingspeak.
myWriteAPIKey);
}
ThingSpeak.setFi
Gửi dữ liệu giá trị tiêu
eld(6, energy);
thụ điện năng lên
Thingspeak.
ThingSpeak.setFi
Gửi dữ liệu tắt bật trạng
eld(7,
thái thiết bị tiêu thụ
ButtonValue);
điện Thingspeak.
3.2.2 Phần mềm thingspeak
ThingSpeak là một cloud service khá nổi tiếng và phổ biến trong cộng đồng IoT, nó
cho phép người dùng đưa dữ liệu lên cloud và từ cloud lấy dữ liệu về qua giao thức
HTTP. Trong đề án này, ThingSpeak được áp dụng để thiết kế chương trình phần mềm
giám sát và phân tích các dữ liệu đo lường bao gồm: tần số, điện áp, dòng điện, công
suất và điện năng tiêu thụ từ hệ thống đưa lên ThingSpeak. Một ưu điểm của ThingSpeak
là có tích hợp phần mềm Matlab, do đó chúng ta có thể dễ dàng phân tích tập dữ liệu đo
lường bằng các đoạn chương trình tính toán và hiển thị dưới dạng biểu đồ trong Matlab.
Trong mục này, cách tạo 1 tài khoản ThingSpeak và 1 Data Channel và dùng Blocky để
đưa dữ liệu lên channel này thông qua giao thức HTTP bao gồm các bước như sau:
Bước 1: Tạo tài khoản ThingSpeak Chúng ta vô trang https://thingspeak.com và chọn nút Sign Up để tạo một account
free.Sau khi ta điền đầy đủ các thông tin yêu cầu, ta sẽ nhận được email yêu cầu xác
thực gửi về tài khoản email như hình 3.7.
30
Hình 3.7 : Môi trường thingspeak giả lập
Sau khi thực hiện xác thực từ trang thingspeak gửi về, chúng ta sẽ login vào và có thể
thấy được những thông tin về tài khoản của mình.
Bước 2: Tạo Data Channel như hình số 3.8, sau khi tạo xong thì channel có ID như
sau: Channel ID: 2228009.
Hình 3.8: Tạo channel trên thingspeak
31
Bước 3: Lấy URL cần thiết để upload dữ liệu
https://thingspeak.com/channels/2228009 . Ở đây, kênh gồm 7 Field được thiết lập như
hình 3.9.
Hình 3.9: Các Field được thiết lập trên Channel
Bước 4: Lấy API-Key để thực hiện thao tác đọc/ghi dữ liệu từ Thingspeak, ở đây tác
giả dùng key: Z70XRFPA062PBVUN như hình 3.10 bên dưới.
Hình 3.10: Thông số API –Key trên Thingspeak
32
3.3 Giao thức truyền thông IEC 60870-5-104
Giao thức IEC60870-5-104 được xây dựng dựa trên mô hình kết nối mở, bao gồm 5
lớp: Ứng dụng, Truyền dẫn, Mạng, Liên kết và Vật lý. So với giao thức IEC60870-5-
101, giao thức này đã được cải tiến đáng kể, đặc biệt ở các lớp Vật lý, Liên kết, Truyền
dẫn và Mạng, nhằm phù hợp với kết nối mạng Ethernet. Nhờ đó, giao thức IEC60870-
5-104 cho phép truyền dữ liệu đồng thời giữa nhiều thiết bị dịch vụ, đồng thời đảm
bảo khả năng tương thích với hệ thống SCADA và các thiết bị RTU/Gateway của
nhiều hãng sản xuất khác nhau.
Hình 3.11: Giao thức IEC60870-5-104 của RTU
Giao thức IEC60870-5-104, được sử dụng bởi thiết bị RTU, cho phép kết nối với nhiều
máy chủ, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thiết lập đường truyền thông dự phòng trên
các lớp mạng khác nhau.
Ngoài ra, việc chuyển đổi giao thức IEC60870-5-101 sang IEC60870-5-104 có thể thực
hiện thông qua thiết bị Gateway. Thiết bị này đảm nhiệm vai trò trung gian, chuyển đổi
tín hiệu truyền thông theo giao thức IEC60870-5-101 (giao diện RS232)
sang giao thức IEC60870-5-104, tuân thủ chuẩn TPC/IP. (GIẢI PHÁP MẠNG, 2024)
[17].
33
3.4 Xây dựng thuật toán chương trình
Hình 3.12 : Lưu đồ thuật toán tổng quan truyền nhận dữ liệu
34
- Bước 1: Thiết lập bo mạch cảm biến với các thiết bị theo chuẩn điện lực IEC -
104 như hình 3.13.
Hình 3.13: Hình bo mạch của thiết bị cảm biến
35
- Bước 2: Thực hiện code nạp chương trình với môi trường IDE Ardunio như hình
3.14.
Hình 3.14: Sơ đồ nạp code từ bo mạch trên môi trường Arduino
36
Hình 3.15: Hình code nạp từ bo mạch trên môi trường Arduino
- Bước 3: Gửi dữ liệu đo lường được từ thiết bị cảm biến IoT lên Thingspeak
được thiết lập trước đó.
37
Hình 3.16: Hình ảnh các thông số đo lường được gửi lên Thingspeak
- Bước 4: Xây dựng Gateway (Window –services) để nhận dữ liệu từ xử lý dữ
liệu lưu vào database nội bộ của Điện lực Tân Thuận như hình 3.17.
38
Hình 3.17: Gateway nhận dữ liệu từ Thingspeak cloud
Tại đây, chúng ta sẽ định nghĩa cấu trúc Table cơ bản để lưu trữ các thông số đo
lường được từ thiết bị cảm biến IoT mà Gateway xử lý nhận dữ liệu từ Thingspeak
lưu trữ xuống các Table như hình 3.18.
Hình 3.18: Tổng quan cơ sở dữ liệu lưu trữ thiết bị điện Tân Thuận
- Bước 5: Thực hiện xây dựng Website bằng ngôn ngữ C# để hiển thị dữ liệu các
thông số đo lường được từ thiết bị trong thời gian thực, qua đó chúng ta sẽ giám sát
kết quả đo lường từ thiết bị IoT một cách dễ dàng nhất.
39
Hình 3.19: Xây dựng chương trình hiển thị dữ liệu website bằng C#
3.5 Kết luận chương
Hệ thống truyền thông dữ liệu bằng công nghệ IoT theo chuẩn điện lực IEC-104
bao gồm nhiều bước xây dựng từ quá trình thiết bo mạch->môi trường nạp code
Arduino->Thingspeak->môi trường server nội bộ đã cơ bản phần nào giải quyết bài
toán đang gặp ra ở Điện lực Tân Thuận TP.HCM sử dụng thiết bị nhiều hãng khác
nhau theo chuẩn kết nối chung.
40
CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG ỨNG DỤNG GIÁM SÁT BẰNG
KỸ THUẬT BẢO MẬT 2FA
Chương này sẽ trình bày chi tiết việc xây dựng hệ thống quản lý dữ liệu đo được từ các
thiết bị IoT được cài đặt từ các trạm.
4.1 Xây dựng ứng dụng
4.1.1 Thiết kế mô hình dữ liệu cho thông số thiết bị đo
Mô hình dữ liệu để đo các thông số thiết bị cảm biến IoT gồm các bảng dữ liệu
chính như sau:
- Company: lưu thông tin của địa chỉ cơ sở của công ty Điện lực Tân Thuận
- Users: lưu thông tin ngưởi sử dụng của công ty Điện lực Tân Thuận
- Station: lưu thông tin của các trạm máy biến áp được lắp đặt thuộc điện lực Tân
Thuận quản lý.
- Device: lưu thông tin các thiết bị cảm biến đo các thông số mà điện lực Tân
Thuận.
- Product: lưu thông tin nhà cung cấp của thiết bị mà tân thuận sử dụng để đo
thông số.
- TimeMeasurement: lưu thông tin kết quả các thông số điện áp, công suất, điện
năng mà thiết bị cảm biến trả về đo được.
Ngoài ra, hệ thống còn có những bảng dữ liệu liên quan khác như bảng Logs trong
quá trình phát triển sẽ bổ sung thêm.
41
Hình 4.1: Các Table dữ liệu để lưu trữ
Sau đây là chi tiết thiết kế dữ liệu cho một vài Bảng chính trong hệ thống như các bảng dưới đây:
Bảng 4.1: Table của bảng dữ liệu Device
STT Tên Column Kiểu dữ liệu Mô tả
DeviceCode varchar(50) Mã thiết bị 1
DeviceName nvarchar(500) Tên thiết bị 2
ProductCode varchar(50) Mã nhà cung cấp 3
StationCode varchar(50) Mã trạm đo 4
Available Bigint Còn hoạt động hay không 5
Bảng 4.2: Table của bảng dữ liệu Product
STT Tên Column Kiểu dữ liệu Mô tả ProductCode varchar(50) Mã nhà cung cấp 1
ProductName nvarchar(500) Tên nhà cung cấp 2
Address varchar(50) Địa chỉ 3
42
Bảng 4.3: Table của bảng dữ liệu Company
STT Tên Column Kiểu dữ liệu Mô tả CompanyCode varchar(50) Mã công ty 1
CompanyName nvarchar(500) Tên công ty 2
Address nvarchar(500) Địa chỉ công ty 3
Phone varchar(50) Số điện thoại 4
Bảng 4.4: Table của bảng dữ liệu Station
STT Tên Column Kiểu dữ liệu Mô tả
StationCode varchar(50) Mã trạm đo 1
StatationName nvarchar(500) Tên trạm đo 2
CompanyCode varchar(50) Mã công ty 3
Available Bit Còn hiệu lực hay không 4
Bảng 4.5: Table của bảng dữ liệu TimeMeasurement
STT Tên Column TimeMessure 1 Kiểu dữ liệu datetime Mô tả Thời gian đo
dienap float Thông số điện áp 2
dongdien float Thông số dòng điện 3
congsuat float Thông số công suất 4
Tanso float Thông số tần số 5
hesocosphi float Thông số hệ số cosphi 6
tieuthudiennang float Thông số điện năng tiêu thụ 7
replaystatus int Biến replay để bật tắt 8
DeviceCode varchar(50) Mã thiết bị 9
43
Bảng 4.6: Table của bảng dữ liệu Users
Mô tả STT Tên Column UserID 1 Kiểu dữ liệu int Mã người dùng
UserName varchar(255) Tên username 2
FullName nvarchar(255) Tên người dùng 3
Password varchar(50) Mật khẩu 4
5 isActive bit Tình trạng còn hiệu lực hay không
6 CompanyCode varchar(50) Mã công ty
4.1.2 Xây dựng website quản lý dữ liệu đo lường từ thiết bị IoT
Để thuận tiện theo dõi giám sát các thông số đo được từ thiết bị IoT trên website
thì ta cần xây dựng một chương trình đó. Hệ thống này được viết bằng ngôn ngữ C#
trên môi trường IDE visual studio 2022 sử dụng các công nghệ MVC5, SignalR
(Microsoft, 2020) [18] , sử dụng hệ cơ sở dữ liệu là Microsoft SQL Server 2019.
Dưới đây, là hình ảnh cấu trúc hệ thống này:
Hình 4.2: Cấu trúc tổng quan của project IoT
Hệ thống này gồm các chức năng cơ bản như Đăng nhập (login), các chức năng theo
dõi, tìm kiếm dữ liệu đo lường được từ thiết bị IoT. Dưới đây là một vài chức năng cơ
bản của hệ thống:
44
4.1.2.1 Chức năng đăng nhập
Để sử dụng hệ thống, người dùng phải thực hiện đăng nhập theo username và
password được cung cấp từ hệ thống. Dưới đây là chức năng đăng nhập của hệ thống.
Hình 4.3 : Lưu đồ chức năng đăng nhập hệ thống
45
Sau đây là hình giao diện đăng nhập từ hệ thống của dự án.
Hình 4.4 : Giao diện đăng nhập của hệ thống
46
4.1.2.2 Chức năng hiển thị chart đồ thị
Để trực quan hoá dữ liệu, hệ thống hỗ trợ người dùng giám sát các thông số qua
đồ thị chart. Dưới đây là chức năng vẽ hiển thị chart đồ thị của hệ thống:
Hình 4.5 : Lưu đồ minh hoạ chức năng vẽ chart hệ thống
47
Sau đây là hình giao diện hiển thị chart từ hệ thống của dự án.
Hình 4.6 : Hiển thị chart từ hệ thống giám sát
48
4.1.2.3 Chức năng tìm kiếm
Để tìm kiếm lại dữ liệu đo từ thiết bị từ ngày đến ngày, hệ thống hỗ trợ người dùng
chức năng tìm kiếm theo ngày để xem lại dữ liệu quá khứ. Dưới đây là chức năng tìm
kiếm dữ liệu của hệ thống:
Hình 4.7: Lưu đồ minh hoạ chức năng tìm kiếm
49
Hình 4.8: Chức năng tìm kiếm dữ liệu của hệ thống
4.1.2.4 Chức năng giám sát các thông số qua danh sách
Để xem lại kết quả đo bằng danh sách, hệ thống hỗ trợ người dùng xem thông số
đo được qua danh sách hiển thị như hình 4.8.
Hình 4.9: Chức năng xem thông số bằng danh sách
50
4.1.2.5 Chức năng on/off replay
Ngoài ra, hệ thống còn hỗ trợ cập nhật on/off thiết bị replay để có thể bật hoặc tắt
thiết bị điện cần điền khiển.
Hình 4.10: Lưu đồ xử lý cập nhật on/off thiết bị replay
51
Sau đây là hình giao diện để thao tác on/off replay từ hệ thống. Chúng ta có thể tắt bật
replay khi mỗi lần thực hiện.
Hình 4.11: Chức năng on/off replay
52
4.1.3 Xây dựng chức năng đăng nhập với kỹ thuật 2FA
4.1.3.1 FA là gì?
Công nghệ 2FA là viết tắt của thuật ngữ Two-Factor Authentication – có nghĩa
là “xác thực hai yếu tố”. Thuật ngữ này còn được sử dụng chung nghĩa với các thuật
ngữ khác như “xác thực đa yếu tố”, “xác minh hai bước” và “xác minh người dùng”
[19].
Kỹ thuật bảo mật 2FA (Two-Factor Authentication) bao gồm hai yếu tố chính:
Yếu tố kiến thức (Knowledge Factor): Đây là yếu tố mà người dùng biết, chẳng
hạn như mật khẩu, mã PIN, hoặc câu trả lời bí mật.
Yếu tố sở hữu (Possession Factor): Đây là yếu tố mà người dùng sở hữu, chẳng
hạn như điện thoại di động, thẻ thông minh, hoặc thiết bị bảo mật như USB
token. Yếu tố này được sử dụng để xác minh người dùng thông qua mã xác
thực được tạo ra từ thiết bị này. (Microsoft, 2FA? Hướng dẫn kích hoạt 2 bước
chỉ 1 phút, 2023) [19].
Kỹ thuật bảo mật 2 bước (2 FA) là kỹ thuật xác thực dùng để quản lý danh tính và
truy nhập dữ liệu thông qua hai hình thức nhận diện để truy nhập thông tin và dữ liệu.
Công nghệ 2FA đồng thời cũng cung cấp cho các công ty năng lực giám sát, đồng
thời giúp bảo mật những dữ liệu và thông tin dễ bị xâm nhập nhất của họ.
Hình 4.12: Mô hình xác thực 2FA
53
Sau đây một vài ưu điểm của kỹ thuật 2FA:
- Nâng cao hiệu quả và tính linh hoạt: Xác thực hai yếu tố (2FA) mang đến khả
năng linh hoạt và hiệu quả cao cho hoạt động của doanh nghiệp. Việc xác thực
qua thiết bị di động như điện thoại thông minh hay máy tính xách tay giúp nhân
viên truy cập dữ liệu và tài nguyên công ty từ bất kỳ đâu một cách an toàn và
hiệu quả.
- Củng cố uy tín đối với doanh nghiệp: Trong bối cảnh tội phạm mạng ngày càng
gia tăng, các vụ giả mạo danh tính doanh nghiệp nhằm đánh cắp thông tin người
dùng ngày càng phổ biến, gây tổn hại nghiêm trọng đến niềm tin của khách hàng.
2FA là giải pháp hiệu quả giúp doanh nghiệp khẳng định uy tín, bảo vệ quyền lợi
của người dùng và hạn chế tối đa thiệt hại do các hoạt động lừa đảo gây ra.
- Giải pháp để nâng cao tính bảo mật: Thực trạng ứng dụng công nghệ thông tin
hiện nay đã tạo điều kiện thuận lợi cho người dùng tiếp cận thông tin một cách
dễ dàng, nhất là thông qua thiết bị di động. Sự tiện lợi này mang đến nhiều lợi
ích cho các doanh nghiệp nhưng đồng thời cũng tiềm ẩn nguy cơ về bảo mật
thông tin, đòi hỏi các giải pháp toàn diện để bảo vệ dữ liệu hiệu quả.
Tuy nhiên, đi cùng với ưu điểm thì kỹ thuật 2FA cũng có thách thức trong việc áp
dụng xác thực hai yếu tố (2FA):
- Thời gian đăng nhập: Việc bổ sung bước xác thực thứ hai thường kéo dài thời
gian đăng nhập, tiềm ẩn khả năng gây phiền hà cho người dùng, đặc biệt là đối
với những cá nhân có nhu cầu sử dụng dịch vụ một cách nhanh chóng.
- Chi phí: Nỗ lực bảo mật thông qua 2FA đòi hỏi đầu tư và nỗ lực đáng kể. Không
có hệ thống nào hoàn toàn miễn nhiễm với các nguy cơ tấn công mạng, nhất là
khi đối mặt với những kẻ tấn công chuyên nghiệp và có động cơ.
- Lỗi kỹ thuật: Mặc dù hiện nay có nhiều giải pháp hỗ trợ triển khai 2FA một cách
nhanh chóng và hiệu quả, hệ thống 2FA càng phức tạp càng tiềm ẩn nhiều nguy
cơ lỗi kỹ thuật. Mặc dù tỷ lệ xảy ra lỗi thấp, nhưng những lỗi này có thể ảnh
hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất ứng dụng, trang web và trải nghiệm người
dùng.
54
4.1.3.2 Xây dựng chức năng đăng nhập với 2FA
- Bước 1: Add thư viện Google.Authenticator
- Bước 2 : Trong file Web.Config thêm đoạn cấu hình như sau:
- Bước 3: Trong controller Login thêm đoạn code bên dưới vào:
[HttpPost]
public ActionResult Login(Loginmodel login) { bool status = false;
if (Session["userName"] == null ||
Session["IsValidTwoFactorAuthentication"] == null ||
!(bool)Session["IsValidTwoFactorAuthentication"])
{
var repository = new Repository();
var userlogin = repository.GetAlUser().Where(x => x.UserName ==
login.userName && x.Password == login.password && x.isActive ==
true).FirstOrDefault();
if (userlogin!=null)
{
Session["UserName"] = login.userName;
string userSecret;
55
// Tạo QR code để hiển thị
string qrCodeUrl = TwoAuthenticatorService
.GenerateTwoFactorQRCode(login.userName,
out userSecret);
// Lưu secret vào Session (hoặc database) để sử dụng trong tương lai Session["UserUniqueKey"] = userSecret; // Truyền URL QR code ra view để hiển thị cho người dùng quét ViewBag.BarcodeImageUrl = qrCodeUrl;
ViewBag.SetupCode = userSecret;
status = true; } } else { return RedirectToAction("Index"); } ViewBag.Status = status;
return View();
}
public ActionResult TwoFactorAuthenticate() {
var token = Request["CodeDigit"]; string UserUniqueKey = Session["UserUniqueKey"].ToString(); bool isValid =TwoAuthenticatorService.VerifyTwoFactorCode
(UserUniqueKey, token);
if (isValid) {
HttpCookie TwoFCookie = new HttpCookie("TwoFCookie");
56
string UserCode = Convert.ToBase64String
(MachineKey.Protect(Encoding.UTF8.GetBytes
(UserUniqueKey)));
Session["IsValidTwoFactorAuthentication"] = true;
return RedirectToAction("Index","Chart");
}
ViewBag.Message = "Google Two Factor PIN is expired or wrong";
return RedirectToAction("Login","Login");
}
Bước 4: Dùng điện thoại smartphone chạy hệ điều hành android hay IoS tải ứng dụng:
Google Authenticator để thực hiện việc đăng nhập 2 lớp bằng ứng dụng.
Bước 5: Run chương trình website tại trang đăng nhập hệ thống sẽ xuất hiện mã code
để yêu cầu mình xác thực qua điện thoại như hình 4.13.
57
Hình 4.13 : Hình minh hoạ việc xác thực đăng nhập 2 lớp 2FA của Google
Sau khi thao tác nhập đúng mã code vào app google Authenticator thì hệ thống sẽ cho
phép người dùng vào trang chủ để xem thông tin cần thiết cũng như dữ liệu các thiết bị
IoT hiện tại, như hình 4.14.
58
Hình 4.14: Hình trang chủ từ hệ thống website của dự án
59
Sau đây là flow –Diagram của việc login 2FA dùng Google Authenticator :
Hình 4.15: Sơ đồ login theo cơ chế 2FA
60
4.2 Các tính năng “Quản lý” và “Thông minh” trong hệ thống
-
Hệ thống có các tính năng quản lý như : + Quản lý thiết bị : khi sử dụng chức năng này chúng ta có thể xem tên thiết bị,
nhà cung cấp thiết bị hay tình trạng hoạt động của thiết bị.
Hình 4.16: Quản lý thiết bị
+ Quản lý thông tin người dùng: khi sử dụng chức năng này, chúng ta có thể
xem danh sách nhân viên về username, họ và tên, tình trạng còn làm việc hay
không của công ty điện lực Tân Thuận.
Hình 4.17: Quản lý thông tin người dùng
61
- Do thời gian còn hạn hẹp, và phạm vi đề tài nên trước mắt hệ thống có tính
năng được xem là nổi bật trong hệ thống như:
+ Hệ thống có thể điều khiển giám sát các công tắc từ xa
Hình 4.18: Hình minh hoạt điều khiển thiết bị
+ Hệ thống có bảng giám sát thông số theo thời gian thực (realtime) hoặc hệ
thống có tính năng ghi log lại trong quá trình vận hành nếu một trong chức năng
giám sát của hệ thống bị lỗi , qua đó kịp thời phát hiện sự cố và khắc phục hệ
thống nhanh nhất.
+ Ngoài ra, hệ có có chức năng đăng nhập bảo mật 2 yếu tố, làm tăng tính an
toàn bảo mật cho hệ thống trong việc vận hành hệ thống điện.
4.3 Vận hành thử nghiệm tại công ty Điện Lực Tân Thuận TP.HCM
- Hệ thống giám sát điện hạ áp với các thông số cơ bản được thử nghiệm cũng
được triển khai tuân thủ đúng các quy trình và các bước trên để đảm bảo chất lượng
các thông số đo lường và tính an toàn bảo mật trong dự án.
+ Kiểm tra service Gateway “IoTDienLucTanThuanGateway” luôn chạy trong
lúc vận hành.
+ Kiểm tra chuỗi kết nối với cơ sở dữ liệu trong hệ thống website.
+ Kiểm tra tổng quan hệ thống điện, đảm bảo đã sẵn sàng cho quá trình vận hành.
+ Ghi nhật ký vận hành, đưa ra thông số tối ưu.
62
- Kiểm tra tổng quan hệ thống điện, các vị trí mối nối, tình trạng các vị trí lắp
thiết bị nguồn trong quá trình vận hành hệ thống.
- Thường xuyên kiểm tra chất lượng điện năng vào.
- Theo sát hoạt động trong suốt quá trình vận hành, giám sát chặt chẽ các thông số
kỹ thuật quan trọng như điện áp, dòng điện, hệ số công suất, công suất tiêu thụ
và điện năng tiêu thụ.
- Lập bảng đánh giá hiệu suất sử dụng điện qua các mùa trong năm. Đánh giá thời
gian hoạt động tối ưu của hệ thống.
- Ghi nhật ký vận hành, báo cáo lại tình hình hoạt động.
Bảng 4.7: Bảng lưu trữ các thông số kỹ thuật đo lường
STT Thông số Đơn vị
Ghi chú
Giới hạn Giá trị ghi nhận
I Thiết điện – Trạm đo
1 Điện áp
2 Dòng điện
3 Công Suất
4 Hệ số cosphi
5 Điện năng tiêu thụ
6 Tần số
Tình trạng nguồn điện 7
63
4.4 Kết luận chương
Chương trình giám sát chất lượng điện năng tại điện lực Tân Thuận thành phố
Hồ Chí Minh được xây dựng từ các dữ liệu đo được từ thiết bị cảm biến và
chương trình được thiết kế trên hệ quản trị cơ sở dữ liệu Microsoft SQL Server
2022, phần code được xây dựng với ngôn ngữ C# trên môi trường lập trình Visual
Studio 2022.
Chương trình quản lý có chức năng chính như đăng nhập bằng kỹ thuật bảo mật
hai lớp 2FA, hiển thị danh sách các thông số đo lường dưới dạng bảng hay bằng
đồ thị trực quan, nhằm để giám sát các thông số báo cáo dữ liệu kết quả đo được
từ cảm biến trả về , ngoài ra còn các chức năng như tìm kiếm dữ liệu từ ngày
đến ngày đến theo dõi thông tin trong quá khứ.
64
KẾT LUẬN
1. Kết quả của đề tài
Hệ thống giám sát cho Công Ty Điện Lực Tân Thuận TP.HCM ứng dụng công nghệ
IoT giúp cho việc quản lý thiết bị, dữ liệu một cách tự động hóa của từng máy trạm,
thiết bị mà điện lực đang sử dụng một cách hiệu quả, an toàn, nhanh chóng và bảo
mật với việc sử dụng kỹ thuật 2FA của google authenticator. Ngoài ra, cũng giảm
chi phí cho nhân công để đo đạc dữ liệu bằng phương pháp thủ công trước đây.
2. Hạn chế của đề tài
Tuy đề tài đã giải quyết bài toán của điện lực Tân Thuận đặt ra, nhưng trong thời gian
còn hạn hẹp thì đề tài cũng còn những mặt hạn chế sau:
- Hệ thống chưa xây dựng được với quy mô lớn hơn do thiết bị còn hạn hẹp.
- Chưa có hệ thống phân tích đánh giá hoặc dự đoán về số liệu đo được từ các
Trạm.
- Phụ thuộc vào tuổi thọ của thiết bị của các hãng sản xuất điện.
3. Hướng phát triển của đề tài
Dựa trên thành tựu nghiên cứu, những hướng tiếp nối đầy tiềm năng có thể được
khai thác trong tương lai đó là:
- Phát triển giải thuật điều khiển thông minh (neuron - fuzzy) ứng dụng trong
khép vòng hạ thế.
- Xây dựng hệ thống dự đoán, đánh giá tình hình tiêu thụ điện năng để qua đó
có kế hoạch đầu tư hoặc quản lý các thiết bị điện hiệu quả hơn.
- Giám sát đồng thời cùng một lúc nhiều vị trí khác nhau.
65
DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Tập Đoàn, Đ. V. (2011, 11 08). Lưới điện thông minh. Retrieved from Tập Đoàn
Điện Lực việt nam: https://www.evn.com.vn/d6/news/Luoi-dien-thong-minh-6-8-
2318.aspx.
[2] Tiêu chuẩn IEC 60870 “Quy định yêu cầu của hệ thống điện điều khiển từ xa”;Tiêu
chuẩn IEC 61968/61970 ; Tiêu chuẩn IEC 61850 -4,5,6,7,8,9 và 10 “Quy địnhcác tiêu
chuẩn về hệ thống mạng truyền thông phục vụ tự động hóa hệ thống điện” năm 2003.
[3] Trung Tâm, C. (2024, 18 06). Trung Tâm Chuyển Đối Số. Retrieved from IoT
(Internet of Things) và ứng dụng vào sản xuất trong cuộc cách mạng 4.0:
https://itgtechnology.vn/iot-va-ung-dung-trong-doanh-nghiep-san-xuat/.
[4] ICOMTECK, C. T. (2021, 03 31). CÔNG TY TNHH CÔNG NGHỆ THÔNG
MINH ICOMTECK. Retrieved from IoT Gateway công nghiệp là gì? Các trường hợp
sử dụng Gateway IoT công nghiệp: https://nexcom.vn/iot-gateway-cong-nghiep-la-gi-
cac-truong-hop-su-dung-gateway-iot-cong-ghiep-n330.html.
[5] GIẢI PHÁP, N. (2020, 02 07). Retrieved from Tìm hiểu về các thành phần cơ bản
của mô hình IoT phổ biến nhất hiện nay: https://ifactory.com.vn/tim-hieu-ve-cac-thanh-
phan-co-ban-cua-mo-hinh-iot-pho-bien-nhat-hien-nay/.
[6] hiendaihoa.com (2014, 06 22). TECHNOLOGYMAG. Retrieved from Mô hình
triển khai lưới điện thông minh tại Nga: https://www.technologymag.net/mo-hinh-trien-
khai-luoi-dien-thong-minh-tai-nga/.
[7] R.Morello, C.De Capua , G.FulCo, S.C. Mukhopadhayay, "A Smart ower Meter to
Monitor Energy Flow in Smart Grids: The Role of Advanced Sens-ing and IoT in the
Electric Grid of the Future", IEE Sensors Journal,17(23), 2017.
66
[8] Introduction to DMS. (2011, 06 15). Retrieved from Distribution Management
System:https://distributionmanagementsystem.blogspot.com/2011/06/i introduction-to-
dms.html.
[9] TRUNG TÂM, C. (2022, 04 29). ITG. Retrieved from Hệ thống SCADA là gì?Khi
nào cần hệ thống SCADA: https://itgtechnology.vn/he-thong-scada-la-gi-khi-nao-can-
he-thong-scada/.
[10] Tập Đoàn, Điện Lực Việt Nam. (2017, 08 11). Tập đoàn Điện lực Việt Nam.
Retrieved from Thiết bị giám sát thông số vận hành lưới điện hạ thế:
https://www.evn.com.vn/d6/news/Thiet-bi-giam-sat-thong-so-van-hanh-luoi-dien-ha-
the-6-8-20386.aspx.
[11] NASATI. (2021, 06 18). BỘ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ - CỤC THÔNG TIN
KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUỐC GIA. Retrieved from Nghiên cứu, thiết kế, chế
tạo thiết bị cảnh báo mất điện và giám sát Trạm biến áp hạ thế từ xa qua mạng thông tin
di động trên nền WebServer: https://www.vista.gov.vn/vi/news/ket-qua-nghien-cuu-
trien-khai/nghien-cuu-thiet-ke-che-tao-thiet-bi-canh-bao-mat-dien- va - giam-sat-tram-
bien-ap-ha-the-tu-xa-qua-mang-thong-tin-di-dong-tren-nen-webserver-3669.html.
[12] Amazon. (n.d.).Retrieved from MQTT là gì?: https://aws.amazon.com/vi/what-is/
mqtt/.
[13] BKAII. (n.d.). Retrieved from IoT - Internet Of Thing: 5 giao thức dùng để "nói
chuyện" mà bạn cần biết: https://bkaii.com.vn/tin-tuc/175-iot-internet-of-thing-5-giao-
thuc-dung-de-noi-chuyen-ma-ban-can-biet.
[14] CloudAMQP. (2019, 11 21). CloudAMQP. Retrieved from What is AMQP and
why is it used in RabbitMQ?: https://www.cloudamqp.com/blog/what-is-amqp-and-
why-is-it-used-in-rabbitmq.html.
67
[15] BKAII. (n.d.). Retrieved from IoT - Internet Of Thing: 5 giao thức dùng để "nói
chuyện" mà bạn cần biết: https://bkaii.com.vn/tin-tuc/175-iot-internet-of-thing-5-giao-
thuc-dung-de-noi-chuyen-ma-ban-can-biet.
[16] researchgate. (n.d.). Retrieved from https://www.researchgate.net/figure/XMPP-
communication-system-architecture_fig1_319219386.
[17] GIẢI PHÁP, N. (2020, 02 07). Retrieved from Tìm hiểu về các thành phần cơ bản
của mô hình IoT phổ biến nhất hiện nay: https://ifactory.com.vn/tim-hieu-ve-cac-thanh-
phan-co-ban-cua-mo-hinh-iot-pho-bien-nhat-hien-nay/.
(2020, 10 09). Retrieved from Introduction to SignalR: [18] Microsoft.
https://learn.microsoft.com/en-us/aspnet/signalr/overview/getting-started/ introduction-
to-signalr.
[19] Microsoft. (2023, 07 12). Retrieved from 2FA? Hướng dẫn kích hoạt 2 bước chỉ 1
phút: https://microsoft365.com.vn/2fa-la-gi/.
