Xây dựng hệ thống giám sát phóng điện cục bộ (PD) và nhiệt độ trong tủ hợp bộ 24kV & hệ thống ắc-quy trong trạm biến áp 110kV
Chịu trách nhiệm chính trong toàn bộ vòng đời dự án, từ thiết kế, phát triển đến triển khai hệ thống.
Mô tả dự án
Vấn đề
Hệ thống tủ điện đóng cắt trung thế 24kV và hệ thống ắc-quy trạm biến áp 110kV là mạch máu vận hành của lưới điện. Tuy nhiên, việc giám sát truyền thống phụ thuộc lớn vào kiểm tra thủ công định kỳ, tạo ra các điểm mù trước các sự cố suy giảm chất lượng âm thầm (như phóng điện cục bộ - PD, suy yếu ắc-quy). Một sự cố bất ngờ tại đây có thể gây dây chuyền cháy nổ, thiệt hại về tài sản và gián đoạn an ninh năng lượng diện rộng.
Giải pháp
Phát triển một giải pháp giám sát không dây toàn diện, số hóa hoàn toàn quy trình đánh giá tình trạng thiết bị. Hệ thống kết hợp mạng cảm biến không dây Zigbee công nghiệp, xử lý dữ liệu tại biên (Edge Computing) để phát hiện bất thường tức thì, và đồng bộ về trung tâm xử lý dữ liệu lớn. Giải pháp giúp chuyển đổi mô hình từ sửa chữa khi có sự cố sang bảo trì dự đoán (Predictive Maintenance), tối ưu 100% độ tin cậy cung cấp điện.
Tính năng chính
- Thu thập liên tục các chỉ số động (sóng PD, nội trở, nhiệt độ) từ môi trường nhiễu điện từ cao với độ trễ cực thấp.
- Hệ thống phân loại cấp độ sự cố, tự động kích hoạt thông báo qua in-app và email ngay khi thông số vượt ngưỡng an toàn, giảm thiểu thời gian phản ứng (MTTR).
- Phân tích dữ liệu lịch sử để dự đoán tốc độ suy hao thiết bị, tự động xuất báo cáo và đề xuất lịch trình bảo trì phòng ngừa.
Vai trò & trách nhiệm của tôi
Toàn quyền thiết kế kiến trúc & quản lý vòng đời (End-to-End Ownership)
- Đảm nhiệm vai trò kỹ sư cốt lõi, làm chủ toàn bộ vòng đời sản phẩm từ khảo sát bài toán, thiết kế kiến trúc hệ thống đến triển khai thực tế.
- Đảm bảo hệ thống đáp ứng các tiêu chuẩn nghiêm ngặt của ngành điện lực về tính toàn vẹn dữ liệu, khả năng hoạt động liên tục (24/7) và bảo mật thông tin.
Phát triển hệ thống Edge Computing & IoT Gateway (Python)
- Thiết kế và phát triển dịch vụ biên (Edge Service) bằng Python trên thiết bị Gateway để thu thập dữ liệu từ mạng cảm biến Zigbee và các thiết bị Modbus.
- Tối ưu thuật toán xử lý và lọc nhiễu dữ liệu tại chỗ (Local Processing), tự động phân tích để phát hiện xung phóng điện (PD) hoặc sụt áp ắc-quy ngay tại biên, giảm tải 80% băng thông truyền dữ liệu về máy chủ trung tâm và đảm bảo cảnh báo tức thời kể cả khi mất kết nối mạng ngoại vi.
Xây dựng backend (Golang) & cơ sở dữ liệu (MySQL)
- Xây dựng hệ thống lõi backend API bằng Golang để xử lý luồng dữ liệu lớn từ các trạm biến áp đổ về một cách ổn định và tiết kiệm tài nguyên.
- Thiết kế cấu trúc DB MySQL, tối ưu hóa các phân vùng lưu trữ (Partitioning) và Index để phục vụ việc truy xuất dữ liệu chuỗi thời gian (Time-series) của cảm biến, đảm bảo hệ thống tra cứu biểu đồ lịch sử mượt mà.
- Triển khai cơ chế xác thực bảo mật chuẩn JWT và phân quyền chặt chẽ theo mô hình doanh nghiệp.
Phát triển ứng dụng đa nền tảng (Flutter Web/Mobile)
- Lên ý tưởng, hiện thực hóa thiết kế UI/UX theo phong cách hiện đại, trực quan, giúp các kỹ sư vận hành trạm biến áp dễ dàng theo dõi trạng thái thiết bị và các biểu đồ phân tích dữ liệu.
- Phát triển ứng dụng bằng Flutter (Single Codebase) đồng bộ mượt mà trên cả phiên bản web và di động.
Đóng gói triển khai (Docker) & chuyển giao tri thức
- Container hóa toàn bộ các microservices bằng Docker Compose, giúp việc triển khai trên hạ tầng máy chủ cục bộ của khách hàng trở nên nhanh chóng và độc lập với môi trường hệ điều hành.
- Trực tiếp biên soạn tài liệu kỹ thuật, vận hành và tổ chức đào tạo, chuyển giao công nghệ bài bản cho đội ngũ kỹ sư của đối tác, đảm bảo hệ thống được làm chủ hoàn toàn sau khi nghiệm thu.
Công nghệ sử dụng
Frontend (web & mobile)
Flutter cho phát triển ứng dụng đa nền tảng, xây dựng cả ứng dụng web và ứng dụng di động từ một mã nguồn chung
Backend
Golang cho API service với hiệu suất cao, Node.js/JavaScript cho xử lý dữ liệu real-time
Dịch vụ biên (Edge Computing)
Chương trình Python cho thu thập, xử lý dữ liệu tại chỗ, phân tích cảnh báo và truyền dữ liệu về máy chủ
Cơ sở dữ liệu
MySQL làm cơ sở dữ liệu quan hệ chính để lưu trữ dữ liệu cảm biến, người dùng và cấu hình hệ thống
DevOps & hạ tầng
Docker Compose để triển khai và quản lý các microservices, Windows Server làm máy chủ cục bộ của khách hàng
Giao thức & công nghệ IoT
Zigbee cho mạng cảm biến không dây, Modbus cho giao tiếp công nghiệp, JWT cho xác thực API, REST API cho giao tiếp client-server
Thách thức & giải pháp
Tính linh động và khả năng triển khai nhanh
Hệ thống cần có khả năng nhân rộng và lắp đặt dễ dàng tại nhiều trạm biến áp khác nhau mà không yêu cầu chỉnh sửa mã nguồn phức tạp hoặc đi dây vật lý rườm rà làm ảnh hưởng đến kết cấu tủ điện hiện hữu.
Giải pháp
Về phần cứng, ưu tiên mạng cảm biến không dây Zigbee loại bỏ hoàn toàn việc đi dây. Về phần mềm, ứng dụng tư duy thiết kế cấu hình động thông qua các file YAML tại Edge Client. Toàn bộ các service backend, frontend và database được container hóa hoàn chỉnh bằng Docker Compose, biến quá trình cài đặt tại máy chủ của trạm thành một thao tác lệnh duy nhất, rút ngắn thời gian triển khai thực địa xuống chỉ còn vài giờ.
Toàn vẹn dữ liệu trong môi trường nhiễu điện từ trường cao (High EMI)
Môi trường điện lực trung và cao thế (24kV - 110kV) sinh ra nhiễu điện từ cực lớn, dễ gây mất mát gói tin không dây, gián đoạn kết nối giữa cảm biến - Gateway và Gateway - Server trung tâm, đe dọa tính liên tục của dữ liệu giám sát.
Giải pháp
Phát triển một cơ chế chịu lỗi mạnh mẽ trên dịch vụ biên bằng Python. Thiết kế hàng đợi dữ liệu tạm thời tại chỗ (Local Buffer Queue) và thuật toán tự động kết nối lại (Auto-reconnection). Khi xảy ra nhiễu hoặc mất mạng ngoại vi, dữ liệu cảm biến được lưu tạm tại bộ nhớ của Gateway. Ngay khi kết nối ổn định trở lại, hệ thống kích hoạt cơ chế đồng bộ bù theo cơ chế cuốn chiếu, đảm bảo không một bản ghi phóng điện (PD) hay sụt áp quan trọng nào bị bỏ sót.
Thuật toán cảnh báo thông minh & giảm thiểu báo động giả
Các đỉnh nhiễu tức thời trong trạm dễ bị nhầm lẫn với hiện tượng phóng điện cục bộ thực tế. Nếu hệ thống đưa ra quá nhiều cảnh báo sai, kỹ sư vận hành sẽ bị 'lờ đi cảnh báo', hoặc gây tiêu tốn nhân lực kiểm tra thực tế vô ích và làm giảm độ tin cậy của phần mềm.
Giải pháp
Làm việc chặt chẽ với các chuyên gia kỹ thuật điện cao thế để số hóa các tiêu chuẩn kỹ thuật vận hành. Thay vì chỉ cảnh báo dựa trên ngưỡng tĩnh (Static Threshold), tôi đã thiết kế thuật toán phân tích xu hướng (Trend Analysis) kết hợp bộ lọc trung vị di động (Moving Median Filter) ở tầng backend. Hệ thống chỉ phát lệnh báo động đa kênh (email/in-app) khi các chỉ số suy giảm thiết bị có tính chất liên tục và khớp với mô hình suy hao thực tế, giúp giảm thiểu tối đa báo động giả do nhiễu môi trường.
Kết quả & thành tựu
- Triển khai thực địa thành công hệ thống giám sát end-to-end trong môi trường trạm biến áp thực tế, đáp ứng hoàn toàn các tiêu chuẩn kỹ thuật vận hành và bảo mật khắt khe của ngành Điện lực.
- Chuyển đổi thành công mô hình vận hành của khách hàng từ bảo trì khắc phục sang bảo trì dự đoán chủ động, giúp phát hiện sớm các dấu hiệu suy hao thiết bị và ngăn ngừa rủi ro sự cố nghiêm trọng gây gián đoạn lưới điện.
- Minh chứng toàn diện năng lực Full-stack Architectural Capability thông qua việc tự chủ thiết kế và làm chủ toàn bộ các lớp công nghệ: từ phần mềm dịch vụ biên (Edge), lõi hệ thống backend (Golang), cơ sở dữ liệu, đến giao diện ứng dụng đa nền tảng (Flutter Web/Mobile).
- Đóng góp giá trị tri thức cho cộng đồng chuyên gia: Các dữ liệu vận hành thực tế và thuật toán xử lý dữ liệu từ dự án đã được nghiên cứu, biên soạn thành một bài báo khoa học và trình bày thành công tại hội nghị quốc tế, khẳng định tính thực tiễn và chiều sâu công nghệ của giải pháp.
Các dự án khác
Hệ thống giám sát cảm biến sử dụng công nghệ LoRaWAN
Đạt điểm cao nhất trong hội đồng bảo vệ luận văn tốt nghiệp với điểm số 9/10 từ các giảng viên và chuyên gia khách mời.
Hệ thống giám sát & điều khiển điện mặt trời Solarmon
Kỹ sư chịu trách nhiệm bảo trì, nâng cấp & tối ưu hóa hiệu năng toàn diện hệ thống (từ giữa năm 2024).
Giám sát năng lượng tòa nhà sử dụng LoRaWAN
Bài báo xuất sắc tại Hội nghị Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ Đồng bằng sông Cửu Long (ETMD) & In trên Tạp chí Khoa học Đại học Cần Thơ (CTUJoS)