CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION EIGHT

SESSION 8
Phòng: Board | Chủ tọa: Nguyễn Văn Vinh, Nguyễn Kiên Trung

ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG DỊNG NGẮN MẠCH
TỪ TUA BIN GIĨ
Trần Hoàng Nam, Hoàng Nguyên Khánh, Bùi Thị Phương,
Hà Đức Mạnh, TS. Nguyễn Quốc Minh
Sinh viên chuyên ngành hệ thống điện K61-K62, Viện Điện, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Tác giả liên hệ:

TĨM TẮT
Năng lượng gió đang dần phát triển theo xu hướng năng lượng sạch trên thế giới, nhưng
với cấu trúc khác với các dạng năng lượng truyền thống và tính bất ổn định đã đặt ra nhiều
vấn đề cần giải quyết để tận dụng nguồn năng lượng này. Bài viết này đề cập đến 1 trong
những vấn đề đó là lúc xảy ra các sự cố ngắn mạch, đóng góp của dịng ngắn mạch từ
tuabin gió sẽ thay đổi và ảnh hưởng như nào. Việc phân tích 2 loại tuabin gió điển hình
hiện nay đã cho ta thấy sự khác nhau giữa chúng. Ở máy tuabin máy phát điện gió loại 1 và
loại 2 đường đặc tính của dòng điện vẫn tuân theo đường xác định bởi các đặc tính thơng
thường của máy phát điện cảm ứng dạng roto lồng xóc nhưng riêng loại 2 bị thay đổi do
ảnh hưởng của biến trở trên roto. Phát hiện những thay đổi của dịng ngắn mạch này sẽ
giúp ích rất nhiều cho công tác vận hành và bảo vệ cho lưới .
Từ khóa: Năng lượng gió, ngắn mạch, 4 loại tuabin gió, ảnh hưởng của năng lượng gió

1. GIỚI THIỆU
Cùng với sự phát triển của ngành điện

điện gió là nhu cầu tất yếu nhưng cùng với

nói riêng và hệ thống điện nói chung, các

đó cần phải phát triển tồn bộ mạng lưới

nguồn năng nượng tái tạo trên toàn thế giới

điện truyền thống trong nước. Việc tích hợp

đang ngày một phát triển đem nguồn năng

các nguồn năng lượng có cơng suất và tần

lượng vô tận thay thế cho các nguồn năng

số khơng ổn định có thể gây mất đồng bộ

lượng khống thạch có hạn, sự phát triển

cùng với đó là việc kiểm soát và điều phối sẽ

của năng lượng sạch đang và sẽ là xu thế

cực kì khó, cùng với một số chỉ tiêu về kinh

phát điện mới của tương lại [3]. Trong đó

tế là những vấn đề đặt ra cho các kĩ sư hệ

năng lượng điện gió được đánh giá sẽ phát

thống điện. Một vấn đề được nêu ra trong


triển tốt tại Việt Nam với nhiều điều kiện

nghiên cứu này là sự thay đổi của các dòng

thuận lợi. Tuy việc phát triển năng lượng

điện ngắn mạch khi tuabin máy phát không

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


CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION EIGHT

còn là tuabin của máy phát điện thông

cảm ứng. Máy phát điện hoạt động trong

thường mà thay thế bằng tuabin gió, dịng

điều kiện bình thường sẽ có độ trượt từ 0%

điện ngắn mạch khi có sự cố đóng góp vào

đến -1% [1]. Độ trượt và cơng suất phát tn

hệ thống có sự thay đổi.

theo đường đặc tính .


2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Một số ứng dụng chính của năng lượng
gió là hịa điện và lưới cung cấp điện cho
phụ tải, nhưng tua bin này thường có kích
thước khá lớn lên tới trên 1 MW. Có 4 loại
tua bin gió chính đang được sử dụng.
2.1 Loại 1- Tuabin máy phát cảm ứng dạng

Hình 2. Đường đặc tính giữa độ trượt và

lồng xóc

cơng suất phát thực của tua bin loại 1 [1]
Có thể thấy moment của máy phát tăng
tuyến tính với tốc độ , với độ trượt 0.005 pu
sẽ phát công suất định mức. khi vượt quá
hệ số này công suất phản kháng sẽ tăng
khi cơng suất phát tăng.

Hình 1. Tuabin gió Loại 1
Tuabin gió loại 1 sử dụng máy phát điện
dạng roto lồng sóc nối trực tiếp đến 1 máy

Mơ hình tuabin Loại 1 mô phỏng bằng
phần mềm pscad [5].

biến áp tăng áp dạng bậc thang [5]. Tuabin
máy quay với tốc độ gần bằng với tần số
lưới. Một đặc điểm bởi quán tính cơ học
khi tốc độ gió thay đổi đột ngột sẽ dẫn đến

Hình 3. Mơ hình tạo sự cố ngắn mạch

điều chỉnh công suất bị hạn chế
Tuabin này được điều khiển chính bằng tốc

tuabin gió Loại 1

độ đồng bộ( tốc độ từ trường quay). Ảnh

Trên mơ hình điểm ngắn mạch đặt tại

hưởng của tốc độ đồng bộ đến công suất

điểm đầu tua bin

phát được thể hiện qua độ trượt. Độ trươt
được hiểu là độ lệch giữa tốc độ từ trường
quay và tốc độ hoạt động của máy điện
DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO | 149


CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION EIGHT

Hình 5. Tuabin gió loại 2
Tuabin gió Loại 2 sử dụng máy phát điện
cảm ứng roto dây quấn nối trực tiếp với
máy biến áp tăng áp. Mạch stato tương tự
như mạch của tuabin loại 1 với việc bổ sung
một biến trở. Một thiết bị điện tử công suất
với điện trở được lắp ngồi roto (thiết kế

Weier) giúp kiểm sốt dịng điện roto cho
cơng suất phát ổn định nhưng thiết kế có
nhược điểm dễ ảnh hưởng đến phản ứng
động khi có sự cố [3]
Hình 4. Dịng ngắn mạch của 4 dạng sự
cố gây ra bởi tuabin loại 1
Dòng điện ngắn mạch khi cho 4 loại sự cố
tác động được thể hiện trên hình với thời
gian bắt đầu từ giây thứ 3 khi tốc độ tuabin

Hình 6. Mơ hình tạo sự cố ngắn mạch
tuabin gió Loại 2

ổn định và kéo dài trong vịng 1s. Ở sự cố
3 pha trạm đất, dịng xung kích ban đầu
tăng cao gấp khoảng 4 đến 5 lần dòng
định mức sau đó giảm xuống trị số rất nhỏ
so với dòng định mức, còn với các sự cố
khác dòng điện tăng lên và giảm xuống 1
trị số nhất định nhưng vẫn đạt giá trị lớn
hơn dòng định mức
2.2 Loại 2- Máy phát điện cảm ứng dạng
lồng xóc có biến trở

Hình 7. Đường đặc tính cơng suất phát và
độ trượt tuabin gió Loại 2 [1]

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



CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION EIGHT

Bộ điều khiển điện trở roto cho phép thay
đổi rất nhanh điện trở hiệu dụng đặt trên
roto. Đặc tính trượt của Loại 2 được so sánh
với Loại 1:
Đường đặc tính độ trượt của tuabin loại 2
là các đường thẳng tuyến tính, tại đỉnh giá
trị định mức của công suất phát độ trượt
thay đổi sẽ ko làm thay đổi giá trị công suất
phát. Bộ điều khiển điện trở roto vận hành
rất linh hoạt, tốc độ gió thấp góc mở cánh

Hình 8. Dịng ngắn mạch của 4 dạng sự
cố gây ra bởi tuabin gió loại 2

đạt giá tri tối đa để giữ cơng suất đạt định

Đồ thị dòng đã thể hiện biên độ dòng xung

mức độ trượt sẽ thay đổi giá trị điện trở tự

kích và duy trì của tuabin gió Loại 2 gây ra

điều chỉnh giá trị thấp nhất và ngược lại,

nhỏ hơn Loại 1 do điện trở roto hoạt động

nhưng sẽ xảy ra vấn đề phát nóng và tổn


làm giảm dịng ngắn mạch. Khi điện trở

thất nhiệt khi máy hoạt động ở độ trượt

roto giảm cực đại dòng ngắn mạch tương

quá cao giá trị điện trở tăng. Một sơ đồ

tự như máy phát roto lồng xóc.

tương đương và biểu thức

[1]

được đưa ra từ

sơ đồ tương đương của máy phát để kiểm

3. KẾT LUẬN

sốt độ trượt và giữ cơng suất định mức(

Qua nghiên cứu ta thấy được ảnh hưởng

vân hành tối ưu nhất).

của dòng ngắn mạch từ tuabin Loại 1 và

Máy phát điện loại 2 có một ưu điểm là cho
phép độ trượt dao động trong phạm vi ±

0.01 pu dù cho góc mở cánh điều chỉnh để
khống chế độ trượt .

Loại 2 máy phát điện gió đến lưới có sự
khác biệt. Giá trị dòng ngắn mạch lớn nhất
ở sự cố ngắn mạch 3 pha, dịng ngắn mạch
1 pha chạm đất có biên độ duy trì lớn hơn
do ảnh hưởng của điện áp đường dây...

Dòng ngắn mạch trong các chế độ sự cố:

Các giá trị thu thập được có thể đóng góp
vào công tác lập kế hoạch cài đặt bảo vệ
role cho đường dây hay chế tạo và cài đặt
các thiết bị làm việc riêng cho các lưới có
tích hợp năng lượng gió. Việc đánh giá
ảnh hưởng sự cố để đưa ra các biện pháp
phịng ngừa khá quan trọng trong cơng
tác quản lý và vận hành, giảm thiếu tối đa
ảnh hưởng của sự cố tác động. Các nguồn
năng lượng tái tạo nói riêng và năng lượng

DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO | 151


CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION EIGHT

gió nói chung cần được quan tâm và phát

NHĨM SINH VIÊN THỰC HIỆN


triển hơn nữa vì đây là những nguồn năng

Trần Hồng Nam 1999) sinh viên lớp KTD-

lượng sạch và vơ tận, trong tương lai cơng

06 khóa 62, chun ngành hệ thống điện,

tác nghiên cứu sẽ được phát triển hơn để

Viện Điện, Trường Đại học Bách khoa Hà

dáp ứng nhu cầu phổ biến, tăng cơng suất

Nội

hịa lưới của nguồn năng lượng này.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.

Bùi Thị Phương (1998) sinh viên lớp KTD01 khóa 62, chuyên ngành hệ thống điện,

E.Muljadi, V.Gevorgian, N.Samaan, J.Li, S.

Viện Điện, Trường Đại học Bách khoa Hà

Pasupulat, “Short Circuit Current Contribution for

Nội


Different Wind Turbine Generator Types, ” IEEE
PES General Meeting, Providence, RI, USA, July

Hoàng Nguyên Khánh (1998) sinh viên

2010, IEEE Xplore, 2010, pp.1-8, DOI: 10.1109/

lớp chương trình tiên tiến khóa 61, chuyên

PES.2010.5589677

ngành hệ thống điện, Viện Điện, Trường

2. E.Muljadi, Y.Zhang, V.Gevorgian, D.Kosterev,
“Understanding dynamic model validation of
a wind turbine generator and a wind power
plant, ” 2016 IEEE Energy Conversion Congress

Đại học Bách khoa Hà Nội
Hà Đức Mạnh (1999) sinh viên lớp KTD-06

and Exposition (ECCE), Milwaukee, WI, USA Sept.

khóa 62, chuyên ngành hệ thống điện, Viện

2016, IEEE Xplore, 2017, pp.1-5, DOI: 10.1109/

Điện, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội


ECCE.2016.7855542
3. Ryoichi Hara, “ Prediction of wind power generation
output and network operation” , Integration of
Distributed Energy Resources in Power Systems, 2016.
4. National Renewable Energy Laboratory,

Thầy Nguyễn Quốc Minh tốt nghiếp Thạc

“Modeling of Type 2 Wind Turbine Generators ”.

sĩ, chuyên ngành kỹ thuật điện, Trường Đại

[Oline]. Avalible: rgy/wiki-

học Bách khoa Hà Nội 2009. Tốt nghiệp

main-page/modeling-of-type-2-wind-turbine-

Tiến sĩ, chuyên ngành kỹ thuật điện, The

generators/ [Accessed 11/4/2020].
5. National Renewable Energy Laboratory,

University of Texas at Arlington, Texas, USA,

“Modeling of Type 1 Wind Turbine Generators ,”.

2016.

[Oline]. Avalible: rgy/wiki-


Hướng nghiên cứu chính: Bảo vệ và điều

main-page/modeling-of-type-1-wind-turbine6.

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

generators/ [Accessed 11/4/2020].
Development of an on-grid photovoltaic system
for an electrical charging station” by Đỗ Tùng
Dương, Nguyễn Phạm Đăng Khôi, Phan Nguyễn
Duy Thái, Nguyễn Khánh Huyền, Vũ Ngọc Hương
Giang, Nguyễn Xuân Trường. Add this document
after this page - Link ( />file/d/1K3oawcTUMBgv8Nqft0V_OY30x1Vcb-4W/
view?usp=sharing)

khiển hệ thống điện; Ứng dụng AI trong
lưới điện thơng minh; Ăng ten và truyền
sóng…
Hiện nay thầy đang đảm nhiệm vị trí Phó
Trưởng Bộ mơn Hệ thống điện, Viện Điện,
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

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