BO CONG THUONG
TRUONG DAI HOC CONG NGHIEP THANH PHO HO CHi MINH

LE DUC TAI

GIAM THIEU SSCI CHO MAY PHAT DIEN GIO
DFIG SU DUNG THIET BI GCSC
Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN

Mã ngành: 8520201

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THANH PHO HO CHi MINH, NAM 2023


Cơng trình được hồn thành tại Trường Đại học Cơng nghiệp TP. Hề Chí Minh.
Người hướng dẫn khoa học: TS. Lê Văn Đại.
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường Đại học

Cơng nghiệp thành phố Hề Chí Minh ngày 20 tháng 08 năm 2023.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1.PGS. TS Châu Minh Thuyên

- Chủ tịch Hội đồng

2. TS. Nguyễn Nhật Nam

- Phản biện 1

3. PGS. TS Trương Việt Anh

- Phân biện 2

4. TS. Duong Thanh Long

- Uy vién

5. TS. Nguyén Thanh Thuận

- Thư ký

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc Si)

CHU TICH HOI DONG

TRUONG KHOA CONG NGHE DIEN

PGS. TS Chau Minh Thuyén

TS. Tran Thanh Ngoc


BỘ CƠNG THƯƠNG
TRUONG DAI HOC CONG NGHIEP
THÀNH PHĨ HỊ CHÍ MINH

CONG HOA XA HOI CHU NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hanh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: LÊ ĐỨC TÀI

MSHV: 20125571

Ngày, tháng, năm sinh: 14/07/1993

Nơi sinh: Tỉnh Long An

Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN

Mã ngành: 8520201

I. TEN DE TÀI:
Giảm thiểu SSCI cho máy phát điện gió DFIG sử dụng thiết bị GCSC.

NHIEM VU VA NOI DUNG:
“Trình bày cơ sở ly thuyết của hiện trong SSCI. Phan tích đánh giá các sự kiện va cơng
trình nghiên cứu về hiện tượng SSCI trên thế giới.
"_ Xây dựng mô hình tốn học các đối tượng nghiên cứu: Thiết bị GCSC, DEIG và mơ hình

đường dây.

“Xây dựng giải pháp điều khiến thiết bị GCSC dựa trên bộ điều khiển PI với thông số bộ
điều khiển được xác định bằng thuật tốn PSO.

= Thực hiện mơ phóng trên phần mềm MATLAB/Simulink kiêm chứng tính hiệu quả của
phương án đề xuất.

II. NGAY GIAO NHIEM VU: Quyét định số 2650/QĐ-ĐHCN ngày 18/11/2022.
II. NGÀY HỒN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 20 tháng 0§ năm 2023.

IV. NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Lê Văn Đại
Tp. Hồ Chí Minh, ngày .. tháng .. năm 2023
NGƯỜI HƯỚNG DẪN

CHU NHIEM BO MON ĐÀO TẠO

(Ho tén va chit ky)

(Ho tén va chit ky)

IS. he “Vania

TS. Nguyễn Thanh Thuận

TRƯỞNG

KHOA

CÔNG NGHỆ ĐIỆN

(Ho tên và chữ ký)


LOI CAM ON
Lời đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc với TS. Lê Văn Đại người thầy đã
trực tiếp tận tâm hướng dẫn tôi trong suốt quá trinh học tập cũng như thực hiện luận
văn.

Tôi xin chân thành cám ơn quý Thầy, Cô đặc biệt là quý Thầy, Cô khoa Công Nghệ
Điện Trường Đại học Công Nghiệp Thành phố Hề Chí Minh đã tận tình giảng dạy

truyền đạt kiến thức làm nền tảng để tơi hồn thành luận văn này. Cảm ơn các bạn
học viên cùng khóa, nhóm nghiên cứu đã cùng thảo luận, góp ý cho một số nội dung
liên quan trong luận văn.
Cuối cùng, tơi muốn gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp, những người
đã ủng hộ, hễ trợ và động viên tôi trong thời gian qua.


TOM TAT LUAN VAN THAC Si
Hệ thống điện (HTĐ) hiện đại đang hướng tới sự tích hợp cao của các nguồn năng
lượng tái tạo với tốc độ nhanh. Việc tích hợp năng lượng gió trong HTĐ

đặt ra nhiều

thách thức cùng với những lợi ích nhất định. Một trong những thách thức gần đây là
tương tác điều khiển dưới đồng bộ (SSCI) xây ra trong các trang trại điện gió sử dụng
máy phát điện cảm ứng nguồn kép (DFIG). Điều kiện SSCI xáy ra khi trang trại gió
sử dụng DFIG được kết với đường đây truyền tải có tụ bù nối tiếp. Mục đích của luận
văn này là điều tra và nghiên cứu các trường hợp và nguyên nhân của SSCI, đồng
thời đề xuất các giải pháp có thể giảm thiêu tình trang này từ hệ thống. Một mơ hình
tốn học của HTĐ sử dụng DFIG được mơ hình hóa và phân tích. Phân tích cho thay
rằng trong số nhiều yếu tố, mức bù đóng vai trị chính trong việc gây ra SSCI trong
hệ thống.
Kỹ thuật giảm thiểu dao động được trình bày trong luận văn này. Một thiết bị FACTS
(GCSC) được lắp đặt trên đường dây truyền tải. Tham số điều khiển được trình bày
và để xuất rằng với phương pháp điều khiển công suất không đổi dựa trên bộ điều

khiển PI thiết bị GCSC. Bằng cách sử dụng tín hiệu góc tắt y có thể giảm SSCI hệ
thống ngay cả đối với các mức bù cao hơn.
Việc đánh giá giảm thiểu SSCI thực hiện thông qua việc lựa chọn các tham số bộ điều


khiển thiết bị GCSC thích hợp được mơ phỏng trên HTĐ gió DFIG 100 MW kết nối
lưới có tụ bù nối tiếp điều chỉnh từ mơ hình chuẩn SSR đầu tiên của IEEE (FBM).
Việc phân tích SSCI cũng được thực hiện thông qua ba kịch bản điển hình và thiết bị
EACTS

để xuất giảm thiểu được thực hiện thành cơng. Ảnh hưởng của mức bù, tốc

độ gió, sự cố chạm đất đến SSCI cũng được nghiên cứu và trình bày. Nó chỉ ra rằng

bằng cách sử dụng các thiết bị FACTS để giảm thiêu SSCI một cách hiệu quả HTĐ
gió DFIG gồm 66 tua bin GE 1,5 MW hoạt động én định trong vùng an toàn khi mức
bù và tơc độ gió cao, sự cơ chạm đât xảy ra.

ii


ABSTRACT
The modern power system moves towards the high integration of renewable energy
sources with fast speed. The integration of wind energy in the power system poses
many challenges along with certain benefits. One of the recent challenges is the subsynchronous control interaction (SSCI) that occurs in wind farms using doubly-fed
induction generator (DFIG). The SSCI occurs when a wind farm using a DFIG is
connected to a transmission line with capacitors in series. The purpose of thesis is to
investigate, to study some cases and causes of SSCI and to provide solutions which
can minimize the situation from the system.

A mathematical model of the power

system using DFIG is modeled and analyzed. The analysis results show that in many
factors, the level of compensation plays a major role in the induction of SSCI in the
system.


The technique of reducing oscillation is presented in the thesis. A FACTS

device

(GCSC) is installed on the transmission line. The control parameter is presented and
proposed that with the constant power control method based on the GCSC device PI
controller. By using signal y reduces the SSCI system even for higher compensation
levels.

The mitigating assessment of SSCI is implemented by the selection of appropriate
GCSC device controller parameters simulated on a grid-connected 100 MW
wind

power

system

with

series-compensated

capacitors

adjusted

from

DFIG


the first

standard model SSR of IEEE (FBM). The SSCI analysis was performed through three
typical scenarios, and FACTS

device which proposed mitigation was successfully

implemented. The effects of compensation, wind speed, and ground fault on SSCI are
also studied and presented. It is shown that using FACTS

devices to effectively

reduce SSCI, the DFIG wind power system consisting of 66 1,5 MW

GE turbines

operates stably in the safe zone whenever the compensation level and wind speed are
high, a ground fault occurs.

1H


LOI CAM DOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của bản thân tôi. Các kết quả nghiên
cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn
nào và dưới bắt kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tai liệu (nếu có) đã được

thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Học viên


Lê Đức Tài

1V


LOT CAM ON ooo cso ceos cscs eosses cesses senses tettastestantesteitestanetetesaneteesaetansaneeaneeenes i
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

F0)

GÀ...

LỜI CAM ĐOAN. . . . . . . . . . .

MỤC LỤC

iii

22252 221222122212221222122212221212212212121222222222ee iv

..............................................
2...2 2222221
re v

DANH MỤC HÌNH ẢNH...........................222 22222222212211111211211211222212222
xe viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU........................
22522 S22222122212221227122712221222122222222 e6 xi
DANH MUC VIET TẮTT.......................--2-2222222222122212231111211111111111121111122111121xe xii
MỞ ĐẦU................................................2222222

22222212
e 1
DDS
V0

nan. .............
nàn 0

.........................

1
#

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.....................---©-2222222122212271127112712712712222
eo 11
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ............................©22:
S222 2222212221222222 xe. 12
là

can.

CHƯƠNG |
1.1

an.a.....Ả......

12

TONG QUAN VE LINH VỰC NGHIÊN CỨU ............................. 14


Dao động dưới đồng bộ (SSO)......................2
2222 222212221222222122222222
re 14

1.2 _ Cộng hưởng đưới đồng bộ (SSR)...........................552 2221 222112212. 1
re. 15
13

Tương tác điều khiển dưới đồng bộ (SSCI)........................---2222221221222122122ee 17

13.1

Phần loaihien.tương SSGI tuesseneibieniiitiibldEECHISHIGHIEIGIIREIHIRREIBĐASSBuiEM 18

13.2

Mốc thời gian của các sự kiện SSCI

1.3.3 Cơ chế và đặc điểm...........................
200 2t 22t 22 221 2111 2111211212111 rree
143.4 Hậu quả...................................--222 2222221121211217112221122112221222 1e. 24
1.4 _
II

Tổng quan lịch sử phát triển ngành cơng nghiệp gió và thị phan tua bin gid...

25

cổ


ch...
ố Ố.Ố..............

28

1.5.1

Tua bin gió tốc độ cế định (Loại-A)....................
22252222 2221222222222.2
ke 28

1.5.2

Tua bin gió tốc độ thay đổi (Loại-B)...................à.
222 2212222222222
ee 29

1.5.3.

Tua bin gió sử dụng máy phát điện nguồn kép (Loại-C).........................------- 30


1.5.4

Tua bin gid st dụng bộ chuyén đổi toàn phan

CHƯƠNG2_
2.1

(Loai-D, E, F)


CƠ SỞ LÝ THUYẾT........................-525552:cc22222EttttrrErrrrrrirrrriee

Hệ thống tụ bù nối tiếp...........................-.22--222221222122121121121122122
re. 40

2.2 — Vai trị của thiết bị điện tử cơng suất trong lưới điện ................................... 44

P

W0

23.1

May phái điỂN:nuuatrntriettitttiittitdtttgtttBittsttBitfGIGEIREHSIIOEiBifiiatiattaniiteesl 47

b8:

00s

0n

6

. ....................... 45

Na...

48


2.4 —

Các phương pháp nghiên cứu SSCÏ.....................
..ccc ccSnhnh Hee
48

2.4.1

Phương pháp qt tần sỐ..........................---©22
S22 221222122212212112112122121222 2e. 48

2.4.2

Phương pháp mơ phỏng q độ điện từ ............................c. SSScnnrrrree 49

2.4.3.

Phương pháp phân tích giá trị riÊng..................ác tSnnhnh
hp
49

244

Phuong pháp dựa trên trở kháng.....................
án nh
he rat 49

2.4.5.

Phương pháp phân tích miễn thời gian........................

2-2222 222222222122122122 xe. 30

2.5

Các giải pháp giảm thiểu SSCIH............................
2222 2222221221222122122112222 2 xe. 51

2.5.1

Sử dụng bộ giảm xóc bố sung......................2222222222 22122212212112112112122 2 ee. 51

2.5.2

Sử dụng thiết bị FACT.....................

2.5.3.

Một số kỹ thuật khác.......................---©-2222 2212212221221211211211211212222 re. 52

CHƯƠNG3_

2.222 2222221222122222122222re 52

MƠ HÌNH LƯỚI ĐIỆN TÍCH HỢP DFIG NGHIÊN CỨU SSGI...53

3.1 _

Cấu trúc tổng thể của hệ thống

32


M6 hình DEIiessseeritrettitrdtrhttdttOittSEOGUEHHROEHIGHEURRUANEiatiianeml

3.2.1

Mơ hình khí động học.........................
ch
HH HH hệt

3.22.

Mơ hình khơng gian trạng thái hệ thống trục hai khố..........................-2s22 56

3.2.3

Méhinh may phat dién cam tng rotor day quan...

3.2.4. Mơ hình điều khiến b6 chun 46i

cece cece eee

55

58

ce cece cece 22122212271222122212222
e0 60

3.2.5 Mơ hình thiết bị bảo vệ.......................
5c thue

65
3.3.

Mơ hình đường đây ............................
St th
HH,
66

3.4 _

Mơ hình hệ thống nghiên cứu trên MATLAB/Simulink..............................--- 66

3.4.1

Kịch bản Ì................................ SH.

1111111 ty G7

3.4.2

Kịch bản 2. . . . . c0

11111111 tk. 70

Eˆ‹

nh...

.oo...................


vi

73


CHƯƠNG4_

PHƯƠNG PHÁP ĐẺ XUẤT

mẽ... ...ˆ.............
4.2

Cấu hình của GCSC........................................2222221222222222222
re 79

4.3

Nguyên lý hoạt động của GCSC................... nh

Hee

rat 81

AA — Sóng hài..................................
Q2 ng
errrrrererre 86
4.5

Đánh giá GCSC với thiết bị FACTS cùng cấu trúc liên kết nếi tiếp............... 88


4.6 — Giá thành các thiết bị bù và bộ điều khiếển...........................-222222 2222222222122 xe. 90
4.7 — Bộ điều khiến GCSC.............................Ặ.222222222212221222222222222
re. 9]
CHƯƠNG 5_
5.1

ĐÁNH GIÁ CÁC GIẢI PHÁP NGĂN NGỪA................................ 98

Sứ dụng thiết bị GCSC kết hợp với FSC...........................22- 2212222222

ree 98

5.1.1 Kịch bản Ì...............................s2222 2222221122212...
ererree 99
5.12 Kịch bản 2..............................-.s 2222222122221... .2.errre 99
5.1.3 Kịch bản 3...............................Ặ
2222222122112 22222222eeerree 99
52 _ Sứ dụng thiết bị GCSC.............................
2222212212222
re 104

5.2.1
5.22
5.2.3.
5.3

Kịch
Kịch
Kịch
Đánh


bản Ì.................................
22222 222211222122 E2... .eree
bản 2.................................2
22 2221222112222. ...eeerree
bản 3................................
222222122 22 22 2
re
giá hai giải pháp GCSC kết hợp với FSC và GCSC..........................

105
105
105
110

5.4 _ Đánh giá với giải pháp sử dụng thiết bị TCSC

KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ........................-222 222222122112111211211111211212121222 xe
1l.
2. —

Kếtluận........................................................
2...2. 222 22222212e
Kiếnnghị..............................................
2...2 222 2122222rree 123

TÀI LIỆU THAM KHẢO. . . . . . . . . . . .

PHỤ LỤC


22. 22222222252231221121112111211121112122112212222
xe 125

_.......................................................
2.22222221122222 E2.EEererre 135

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN........................
222 22222222222112222222xe 138

Vii


DANH MỤC HÌNH ANH
Hình 0.1

Hình 0.2
Hình 0.3

Lịch sứ phát triển cơng suất lắp đặt (GW) năng lượng gió trên thế giới trên
bờ và ngoải khơi, 2016-2020......................
L1 HH
ties 1

Công suất (GW) điện gió tồn cầu bố sung hàng năm, 2011-2021............ 2

Hình 0.6

Cơng suất năng lượng gió lắp đặt bố sung cúa 10 của quốc gia hàng đầu,
¡002101100 ........................ 3
Một phần của mạng lưới miền nam Texas trải qua SSCI đầu tiên trong ..5

Ban ghi hiện trường của sự cố SSCI đầu tiên tại Ajo. Từ trên xuống: Dòng
điện đến Rio-Hondo (pha a, b và e màu xanh lam) và điện áp pha trong
pha a, b và e màu hỗng...........................©222222222 22122211221221121121121122 2e. 6
Thị phần công suất lắp đặt hàng năm theo loại tua bin trên tồn cầu........ 7

Hình I.I

Phân loại các hiện tượng SSỐ..................... nhau

Hình 13
Hình 1.4
Hình I.5

Vết nứt trục tổ máy số 1 nhà máy Vũng Áng I, Việt Nam
Mốc thời gian của SSCI được báo cáo giữa các trang trại điện gió và các
đường truyền bù nối tiếp......................--©---22222222221111211211221122222
xe 19
Sơ đồ đơn tuyến của một phần của hệ thống truyền tai Nam Texas ....... 20

Hinh 1.6

Điện áp và công suất hoạt động tại HOTNSG8 ¡á:icc6c2sicc62000222i2enaadao 22

Hinh 1.8

Thị phần (%) của 10 nhà sản xuất hàng đầu về năng lượng gió năm 2021

Hình
Hình
Hình

Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hinh

Sơ đồ khối của WT tốc độ cố định.........................2s cccScvccsrkrsrkrrsrrrree 29
Sơ đồ khối của WT tốc độ thay đỗi.......................
225 2212222222222 re 29
Sơ đồ khối của WT sử đụng DFIG...........................S2222222222221222122212222.ee 30
Sơ đồ khối của WT sử đụng BDFIG..........................-222222222221222122212222.ee 32
Sơ đồ khối cha WT sit dung BDFRG.........................
252 2222222221222122222 e6 32
Sơ đồ khối của WT sử đụng BCDFIG......................
222222 222212221222122222.ee 33
Sơ đồ khối cha WT sir dung DSBDFIG.........................-222222221221222122122.ee 34
Thi phần các nhà cung cấp DFIG dự án điện gió trên bờ năm 2015.......35
Thị phần các nhà cung cấp DFIG dự án điện gió ngồi khơi năm 2015 .35
Sơ đồ khối của WT loại D.......................
s22 c2 t2 21 2121 21112112112. ree 37
Sơ đồ khối của WT loại E........................-:s-22sc
22t 212221 211121112112. re 38
Sơ đồ khối của WT loại F............................2c 22x 22 2221 21112112112. eerree 38
Một HTĐ hai máy đơn giản không xét đến tổn thất...........................----- 41

Su thay d6i CSTD va CSPK cha dong day truyén tải khi đưa tụ bù nối

Hình 04
Hình 0.5

Hình I2

Hình l7

1.9
1.10
I.11
1.12
1.13
1.14
1.15
1.16
1.17
1.18
1.19
1.20
2.1
2.2

Sơ đồ đơn tuyến của một HTĐ đơn giản........................-2222
2222 2222212221222ee

Các mẫu WT cơng suất lớn

:


c2 1211221121211

12a

tiếp vào hệ thống so với góc ổ......
Hình2.3

Cấu hình WT dựa sử §005309)0 c0.

Vili

27

42
........... 45


Hinh 2.4

Hinh 3.1

Hình 3.2
Hình 3.3

Qua trinh chuyén déi năng lượng WT.......................-2
222 2212212221222222.2 xe 47

Sơ để HTĐ gió sứ dụng DFIG kết nối lưới có tụ bù mắc nối tiếp nghiên


i80.

............

54

Sơ đồ khối mơ hình khí động học của ASGWT........................--22cc22ccee 55
Mơ hình giảm xóc hệ hai khối truyền động WT và máy phát của DFIG
duoc nghién COU

An .....................

57

Hình 3.4

Cấu trúc điều khiển tổng thể của WT DFIG.........................22222222222222222ee 60

Hinh 3.5

Mối quan hệ giữa công suất cơ Ð; (p.u), tốc độ trục rotor tua bin @; (p.u),
tốc độ gió + (m/s) và đường cong MPPT.......................--- 2222221212212 cee 61

Hình 3.6
Hình 3.7

Vịng điều khiển RSC..........................-22
22 222222212221222222222222
re 63
Vịng lặp điều khiển G§C..........................

222222 222222122212221222222.2.2
xe 64

Hình 3.8

Mơ hình liên kết DC DFIG..........................--222222 222222E222E22EESEEESEkrrrkrree 64

Hình 3.9

Sơ đồ kết nối mạch Crowbar................
2: c 2c S1 2 11121 111211112111 11111 Ertre 65

Hình 3.10 Mơ hình mơ phỏng hệ thống trên MATLAB/Simulink..........................---Hình 3.11 Đáp ứng động của: (a) Mô men điện; (b) Điện áp đầu ra; (c) CSTD;
01 ............................
Hình 3.12 Phân tích FFT trên tín hiệu mơ men điện: (a) ƒ+„ = 9 m/s, K = 40%; (b)
=9 m/s, K = 50%; (c) Vo

Hình 3.13 Đáp ứng động của: (a) Mơ
CS) Ge
Hình 3.14 Phan tich FFT trén tin hiệu
= 12 ms, K = 60%; (©) ƒ¿
Hình 3.15 Đáp ứng động của: (a) Mô
CSPK sự gợ ban bu bền Ho

67
(d)
68
ƒ»

=9 m/s,

K = 60%

men điện; (b) Điện áp đầu ra; (c) CSTD;
ee
mô men điện: (a) Vo = 9 m/s, K = 60%; (b)
= lŠ m/s, K = 60⁄..............à. ca
men điện; (b) Điện áp đầu ra; (c) CSTD;
R1SI EU SHIEAEELIRTTGIGRDSEEILISGEDASASE1105SEN8
MS

(d)
71
Vo
72
(d)
74

Hình 3.16 Phân tích FFT trên tín hiệu mơ men điện (a) V2 = 6 m/s, K = 40%, Fault
2-2,1s; (b) Vo = 6 m/s, K = 50%, Fault 2-2,1 s; (c) Va = 6 m/s, K = 60%,
r0

520. 177Ẽ8..=.

75

Hình 4.1 Cấn hình đơn tuyến tụ bù nối tiếp điều khiển bang thyristor GTO: ve = điện
áp trên GCSC, ¿; = dòng điện đường dây truyền tải, 7c = đòng điện tụ
GCSC, /cro = dòng điện trên GTO, Xe = điện dung cố định của GCSC 79

Hình 4.2


Điện kháng đường truyền khi có GCSC........................-22222 2212212221222 .ee 80

Hình 4.4
Hình 4.5

Trở kháng của GCSC như một hàm của góc tắt GTO...............................
Nguyên lý hoạt động của GTO với góc tắt y trong nửa chu kỳ đương
0 .............
5S...
Thanh phan co ban ca điện áp tụ điện nối tiếp so với góc tắt y.............

Hinh 4.3

Hinh 4.6

Hình 4.7

Dién ap, dịng điện và tín hiệu điều khiển của GCSC.............................. 80
81
và
81
83

Đặc tính dịng điện - điện áp bù của thiết bị GCSC khi hoạt động ở chế độ
điều khiến bù điện áp..........................
22-222 222222121112111211121112111222222222 xe 85

1X



Hinh 4.8

Điện áp bù - đặc tính dịng điện của thiết bị GCSC khi hoạt động ở chế độ
điều khiến bù điện kháng.........................---©2222222222221221121112111212122122122xe 86

Hinh 4.9

Các biên độ của điện áp sóng hai được biểu thị bằng phan trăm của điện
áp tụ điện cơ bản cực đại so với góc tắt ..........

87

Hình 4.10 Phân loại thiết bị FACTS với cấu trúc liên kết nối tiếp trong các hệ thống
truyền đẫn theo công nghệ. . . . . . . . . .
22222221 2212712712711271221222121221
e0 89

Hình 4.11 Bộ điều khiến GCSC......................
55c 2222
re 92
Hình
Hình
Hình
Hinh
Hinh

4.12
4.13
4.14

5.1
5.2

Sơ đồ khối thuật tốn tối ưu hóa bay đàn.
....94
Hàm mục tiêu GCSC kết hợp FSC khi K tăng lên từ 1594- 60% với....... 96
Ham muc tiéu GCSC khi K tang lén tr 15%-60% véi Vo =9 m/s... 97
Mơ hình mơ phỏng hệ thống trên MATLAB/Simulink........................------ 98
Đáp ứng động của: (a) Mô men điện: (b) Điện áp đầu ra; (c) CSTD; (d)
CSPK................
TL nà
HH Ha HH
HT Hy 100
Hình 53 Đáp ứng động của: (a) Mô men điện: (b) Điện áp đầu ra; (c) CSTD; (d)
CSPK................
TL nà
HH Ha HH
HT Hy 101
Hình 54 Đáp ứng động của: (a) Mô men điện: (b) Điện áp đầu ra; (c) CSTD; (d)
CS) Ge ee
102
Hinh 5.5 Mơ hình mơ phóng hệ thống trên MATLAB/Simulink......................... 104
Hinh 5.6 Đáp ứng động của: (a) Mô men điện: (b) Điện áp đầu ra; (c) CSTD; (đ)
CS) Ge ee
106
Hình 57 Đáp ứng động của: (a) Mô men điện: (b) Điện áp đầu ra; (c) CSTD; (d)
Co) ee
107
Hình 5.8 Đáp ứng động của: (a) Mô men điện: (b) Điện áp đầu ra; (c) CSTD; (d)
Co) ee

108
Hinh 5.9 So sánh đáp ứng động của: (a) Mô men điện; (b) Điện ap dau ra; (c) CSTD;
902 .......aaIlắ
.ỗ... .
.
111
Hình 5.10 So sánh đáp ứng động của: (a) Mô men điện; (b) Điện áp đầu ra; (c) CSTD;
9052 ........a:lidúáúáắáắáááố.
.
.
112
Hình 5.11 So sánh đáp ứng động cúa: (a) Mơ men điện; (b) Điện áp đầu ra; (c) CSTD;
90.2:
.
113
Hình 5.12 Số lượng ấn phẩm được sắp xếp theo nhà xuất bản............................------ 115
Hình 5.13 So sánh hiệu suất hoạt động của hệ thống DEIG kịch bản l1: (a) Mô men

điện; (b) Điện áp đầu ra; (c) CSTD; (đ) CSPK........................--22-22ce
sec 117
Hình 5.14 So sánh hiệu suất hoạt động của hệ thống DEIG kịch bản 2: (a) Mô men

điện; (b) Điện áp đầu ra; (c) CSTD; (đ) CSPK........................--22-22ce
2e 118
Hình 5.15 So sánh hiệu suất hoạt động của hệ thống DEIG kịch bản 3: (a) Mô men

điện; (b) Điện áp đầu ra; (c) CSTD; (đ) CSPK........................--22-2-ce
2e 119



DANH MUC BANG BIEU
Bang 0.1
Bang 1.1

Mục tiêu về năng lượng gió của Việt Nam.........................-22 2222222222221
xeev 3
Tổng quan về các mốc quan trọng mà ngành cơng nghiệp gió đạt được kế
hà. ¡03 .........ố.ố.......... 25

Bang 1.2
Bang 1.3
Bang 1.4

Tổng hợp một số dự án sử dụng DFIG điển hình tại Việt Nam.............. 36

Bang 2.1
Bang 2.2
Bang 3.1

DFIG thương mại cơng suất cao hiện có......................2-22222
222222122 ee
Bảng thống kê các loại WT theo công nghệ và cầu hình hệ truyền động
HT
KH KH
11111
HH HH
11111111,
Tần số điện tự nhiên trong trường hợp bù nối tiếp và bù song song.......
Tóm tắt các phương pháp phân tích.........................-222222 22222222222222212222-ee
Thể hiện khi tốc độ gió (Ƒø) tăng, cả tốc độ trục rotor WT


36
...
39
43
30

(@z), công suất

cơ học (P;) và mô men cơ (7) đều tăng......................----22222222 2122122222.ee 56
Bang 3.2

Bang tong hợp biên độ dao động tại thời điểm 4 s của mô men điện, điện

ap dau ra, CSTD, CSPK và tần số của hệ thống các trường hợp ở Ƒ+ = 9
mís với K tăng đẪn......................------22s222222112211221122112211221121221222222
re 70

Bang 3.3

Bảng tổng hợp biên độ dao động tại thời điểm 4 s của mô men điện, điện

áp đầu ra, CSTD, CSPK và tần số của hệ thống các trường hợp ở K = 609%
“T8

Bang 3.4

hẽẽ.................

Bảng tổng hợp % biên độ dao động tại thời điểm 4 s của mô men


73
điện,

điện áp đầu ra, CSTD, CSPK và tần số của hệ thống các trường hợp ở J2

thấp nhất 6 m/s với K tăng dần...........................--S222
22 222122212222222222 e0 76
Bang 4.1
Bang 5.1

So sánh giá các thiết bị bù và bộ điều khiến FACTS..............................-.. 9]

Bảng tổng hợp biên độ dao động tại thời điểm xảy ra nhiễu loạn của mô
men điện, CSTD, CSPK

thiết lập. . . . . . . Bang 5.2

kich ban

1 đối với trường hợp trước và sau khi

22222 2221222121122112112112112112112122211222222ve 103

Bảng tổng hợp biên độ đao động tại thời điểm xảy ra nhiễu loạn của mô
men điện, CSTD, CSPK

kịch bản 2 đối với trường hợp trước và sau khi

thiết bị FSC kết hợp GCSC được đưa vào hệ thống.............................---- 103

Bang 5.3

Bảng tổng hợp biên độ dao động tại thời điểm xảy ra nhiễu loạn của mô
men điện, CSTD, CSPK

kịch bản 3 đối với trường hợp trước và sau khi

thiết bị FSC kết hợp GCSC được đưa vào hệ thống...........................------ 103
Bang 5.4

Bảng tổng hợp % biên độ dao động tại thời điểm 4 s của mô men

Bang 5.5

Bảng tổng hợp biên độ đao động tại thời điểm xảy ra nhiễu loạn của mô

điện,

điện áp đầu ra, CSTD, CSPK của hệ thống 3 kịch bản.......................... 104

men điện, CSTD, CSPK

kịch bản

1 đối với trường hợp trước và sau khi

thiết bị FSC kết hợp GCSC được đưa vào hệ thống.............................---- 109

XI



Bang 5.6

Bảng tổng hợp biên độ đao động tại thời điểm xảy ra nhiễu loạn của mô
men điện, CSTD, CSPK

kịch bản 2 đối với trường hợp trước và sau khi

thiết bị GCSC được đưa vào hệ thống........................-.
22-222 2222222222222. 222xe2 109
Bang 5.7

Bảng tổng hợp biên độ đao động tại thời điểm xảy ra nhiễu loạn của mô
men điện, CSTD, CSPK

kịch bản 3 đối với trường hợp trước và sau khi

thiết bị GCSC được đưa vào hệ thống........................-.
22-222 22 22222222222222Xe2 109
Bang 5.8

Bảng tổng hợp % biên độ dao động tại thời điểm 4 s của mô men

Bang 5.9

Bảng so sánh tổng hợp biên độ đao động tại thời điểm xây ra nhiễu loạn

điện,

điện áp dau ra, CSTD, CSPK của hệ thống 3 kịch bản............................ 110


của mô men điện, CSTD, CSPK

3 kịch bản đối với trường hợp trước và

sau khi thiết bị GCSC, GCSC kết hợp FSC được đưa vào hệ thống..... l 14

Bảng 5.10 Bảng tổng hợp %% biên độ dao động tại thời điểm 4 s của mô men điện,

điện áp đầu ra, CSTD, CSPK của hệ thống 3 kịch bản............................ 114

Bảng 5.11 Bảng so sánh tổng hợp biên độ dao động tại thời điểm xảy ra nhiễu loạn
của mô men điện, CSTD, CSPK

3 kịch bản đối với trường hợp trước và

sau khi thiết bị GCSC, TCSC được đưa vào hệ thống.............................. 120

Bảng 5.12 Bảng tổng hợp % biên độ dao động tại thời điểm 4 s của mô men điện,

điện áp đầu ra, CSTD, CSPK của hệ thống 3 kịch bản........................... 121

Xil


DANH MUC VIET TAT
2L-BTB

Two-Level Back-To-Back


ASEAN

Association of Southeast Asian Nations

ASGWT

Adjustable Speed Generator Wind Turbine

BCD-FIG

Brushless Cascade Doubly Fed Induction Generator

BDFIG

Brushless Doubly-Fed Induction Generator

BDFRG

Brushless Doubly-Fed Reluctance Generator

BIB

Back-To-Back

CIG

Converter Interfaced Generator

CM


Control Machine

CSPK

Céng suat phang khang

CSTD

Công suất tác dụng

DFIG

Doubly-Fed Induction Generator

DSBDFIG

Dual-Stator Brushless Doubly-Fed Induction Generator

DSSC

Distributed Static Series Compensators

EESG

Electrically Excited Synchronous Generator

ERCOT

Electric Reliability Council Of Texas


EWEA

European Wind Energy Association

FACTS

Flexible Alternating Current Transmission System

FBM

First Benchmark Model

XII


FFT

Fast Fourier Transform

FIT

Feed-in Tariffs

FSC

Fixed Series Compensation

FSGWT

Fixed Speed Generator Wind Turbine


GA

Genetic Algorithms

GCSC

Gate Controlled Series Capacitor

GE

General Electric

GSC

Grid Side Converter

GTO

Gate Turn Off

GWEC

Global Wind Energy Council

HTD

Hé théng dién

HVAC


High Voltage Alternating Current

HVDC

High Voltage Direct Current

IG

Induction Generator

IGBT

Insulated Gate Bipolar Transistor

IGE

Induction Generator Effect

ITAE

Integral Time

LOH

Low-Order Harmonic

LOR

Linear Quadratic Regulator


MGCSC

Multi Gate Controlled Series Capacitor

MME

Magnetomotive Force

Absolute Error

XIV


MPPT

Maximum Power Point Tracker

NMD

Nha may dién

PCC

Point of Common Coupling

PI

Proportional-Integral


PLL

Phase-Locked Loop

PM

Permanent Machine

PMSG

Permanent Magnet Synchronous Generator

PVG

Photovoltaic Generator

RD

Rotor Diameters

RSC

Rotor Side Converter

SCIG

Squirrel Cage Induction Generator

SSCI


Sub-Synchronous Control Interaction

sso

Sub-Synchronous Oscillation

SSR

Sub-Synchronous Resonance

SSSC

Static Synchronous Series Compensator

SSTI

Sub-Synchronous Torque Interaction

STATCOM

Static Synchronous Compensator

SVC

Static VAR Compensator

TA

Torque Amplification


TCPST

Thyristor Controlled Phase Shifting Transformer

TCR

Thyristor Controlled Reactors

XV


TCSC

Thyristor Controlled Series Compensator

TCSR

Thyristor Switched Series Reactor

TI

Torque Interaction

TO

Torsional Oscillation

TSSC

Thyristor-Switched Series Capacitor


TSSR

Thyristor Switched Series Reactor

UPFC

UPFC - Unified Power Flow Controller

VSC

Voltage Source Converter

VSC

Voltage Source Converter

WECS

Wind Energy Conversion Systems

WRIG

Wound Rotor Induction Generator

WT

Wind Turbine

WWEA


World Wind Energy Association

XVI


MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn để
Dân số trên toàn thế giới ngày càng lớn, nhu cầu điện tăng nhanh sẽ tiếp tục phổ biến.

cho các mục đích sinh hoạt, cơng nghiệp và giao thơng vận tải để duy trì và cải thiện
cuộc sống của con người. Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc đốt nhiên liện hóa
thạch trong các nhà máy điện (MĐ) để sản xuất điện năng có ảnh hưởng đáng kể
đến sự thay đổi khí hậu tồn cầu lượng khí thải nhà kính đưa vào bầu khí quyển. Để
giải quyết thách thức này, các quốc gia trên thể giới trong đó có Việt Nam đang hướng,
tới khai thác, sử dụng mạnh mẽ các nguồn năng lượng sạch bền vững không gây ô

nhiễm môi trường thay thế nguễn nhiên liệu héa thạch ngày càng cạn kiệt

Trong số các nguồn năng lượng sạch sẵn có khác nhau như năng lượng mặt trời, năng

lượng sóng biển, năng lượng địa nhiệt, ... năng lượng gió có lợi thế khác biệt so với
các nguồn năng lượng tái tạo khác và không ngừng phát triển mạnh mẽ đặc biệt là

trong hai thập kỷ qua như Hình 0.1
E3 Điệngióhênhờ I8 Điệngióxgbờ

sah

2001 2002 2003 2m4 2005 206 2007 2008 2009 2H0 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 209 2030

Hình 0.1 Lịch sử phát triển cơng suất lắp đặt (GW) năng lượng gió trên thể giới trên

bờ và ngoài khơi, 2016-2020 [1]


Ước tính cơng suất năng lượng gió trên tồn cầu được lắp đặt khoảng 102 GW vào
năm 2021 bao gồm hơn 83 GW trên bờ và 19 GW gần bờ. Vào cuối năm 2021, tổng
cơng suất điện gió tồn cầu tăng 13,5% để vượt qua 945 GW được thể hiện trong

Hình 0.2. Mặt khác, cơng nghệ ngồi khơi đã phát triển nhanh chóng vì các dự án lắp
đất ngồi khơi có thể tạo ra ngày càng nhiều năng lượng hơn do nguồn tài ngun gió
sẵn có. Do đó, cơng suất lắp đặt ngoài khơi trên toàn thế giới dự kién sé dat 134 GW

vào năm 2026 [2]

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018


2019

2020

2021

Hình 0.2 Cơng suất (3W) điện gió tồn cầu bổ sung hàng năm, 2011-2021 [3]
Hình 0.3 cho thấy Việt Nam lần đầu tiên nằm trong 10 thị trường hàng đầu về năng
lượng gió, xếp hạng thứ tư trên toàn cầu vào năm 2021. Số lượng công suất lắp đặt
hàng năm của Việt Nam tăng gấp nhiều lần. Năm 2020 bổ sung 0,1 GW, kế hoạch
3,5 GW (2,7 GW trên bờ và 0,8 GW gần bờ) với tổng số cuối năm là 4,1 GW.


Gigawatts
60
505
40

—]

30 |
20
10
0

13.4

Aa COP OO?


oe

Tình 0.3 Cơng suất năng lượng gió lắp đặt bổ sung của 10 của quốc gia hàng đầu,

năm 2021 [3]

Trong ASEAN, Viét Nam là quốc gia có nguồn tài nguyên gió dỗi đào nhất. Với bờ

biển dài hơn 3200 km và nhiều đảo là những điều kiện thuận lợi để khai thác nguồn

năng lượng gió cả gió trên bở và ngồi khơi. Bảng 0.1 trình bày tổng hợp mục tiêu về

năng lượng gió của Việt Nam giai đoạn 2020-2045
Bảng 0.1 Mục tiêu về năng lượng gió của Việt Nam [1]

Chitwan
[T0 [MS
[2030
Điện gió trên bb và gần bờ bên CMD)
Kich bin sao nhất
øm
TIM
|I60Đ
Kinh bản cơ sử
630
[is
|16010
Điện gió ngồi khơi Khu vee có GO sau tin JO met QW)
Rich bin cao nhật
0

0
5ñ00—
Kich bin oo oF
5
5
2000

[20s
|3
[23.110
[TI00
[9,000

[2000
[2100
[30,910
[15,000

[2005
[40,080
[39,410
[36000
[21,000

Trong nhiều trường hợp, các trang trai năng lượng điện gió kếtnối vào lưới điện hiện
hữu làm tăng nhu cầu truyền tải điên năng trên một khoảng cách xa tử các tổ máy

phát điện đến các trung tâm phụ tải điển hình như các trang trai điện gió ngồi khơi
Vì điều đó, việc truyền tải cơng suất lớn từ phía phát điện sang khu vực tiêu thụ trở


nên khó khăn. Thách thức này nảy sinh do độ tự cảm của đường dây tải điện ngày


càng tăng cùng với sự tăng chiều đài của nó làm hạn chế khả năng truyén tai điện
năng. Tuy nhiên, việc xây dựng và lắp đặt các đường dây truyền tải mới để đáp ứng
những nhu cầu này bị cản trở do chỉ phí cao, khó khăn trong việc quy hoạch và các
hạn chế nghiêm trọng về môi trường cùng các yếu tế khác.
Bù nếi tiếp đường dây truyền tải là kỹ thuật được sử dụng rộng rãi vì hiệu quả của nó
trong việc tăng cường khả năng truyền cơng suất của đường đây bằng cách giảm điện
kháng tương đương, cải thiện hệ số công suất kết quả là dung lượng của đường dây
truyễn tái tăng lên [4]. Bù nối tiếp đã được sử đụng để tối ưu hóa các hành lang truyền
dẫn cho khoảng cách xa và được coi là giải pháp hiệu quả về chi phi cho trang trại
gió kết nối với lưới điện. Một số nghiên cứu thực hiện bởi ABB cho thấy rằng bằng
cách bù nối tiếp ba pha đường đây 400 kV giữa trạm biến áp Yaracuy và trạm biến
áp El Tablazo, cộng với các tuyến giữa Yaracuy Planta Centro và Yaracuy-Arenosa.
Tổng công suất truyền tải điện được tăng lên tir 1800 MW

đến 2125 MW, sir dung

bù điện đung nối tiếp xấp xỉ 10% việc xây dựng đường dây song song thứ ba [5, 6].
Tuy nhiên, việc sử đụng rộng rãi tụ bù nối tiếp phải đối mặt với những thách thức

như HTĐ có nguy cơ tương tác điều khiển đưới đồng bộ (SSCT) [7, 8].
SSCI có thể được mơ tả là sự trao đổi năng lượng giữa các thiết bị điện tử công suất

của hệ thống điều khiển và các thành phần khác của lưới điện [9, 10]. Trong các
trường hợp đã xây ra, một trường hợp điển hình của SSCI là sự tương tác giữa bộ
chuyển đối điều khiển và đường dây truyền tải bù nối tiếp. Khi nói đến các trang trại
gió sử dụng tua bin có bộ chuyển đối như máy phát điện cảm ứng nguồn kép (DFIG),
các thông số của bộ chuyên đổi điều khiến đã cho thấy ảnh hướng đến giảm xóc của


hệ thống và đo đó ánh hướng đến độ ôn định SSCI. SSCI là một hiện tượng có sự phụ
thuộc nhiều biến số, gây khó khăn cho việc đự đoán bất kỳ tương tác nào [11].
O Minnesota năm 2007, một lỗi trong HTD dẫn đến một trang trại gió sử dụng DFIG

được kết nối xuyên tâm với một đường dây bù nối tiếp. Kết quả là các đao động dưới

đồng bộ (SSO) 9-13 Hz. Một sự kiện tương tự đã xảy ra ở Texas vào năm 2009 thé
hiện trong Hình 0.4, hậu quả là làm hỏng tụ điện nỗi tiếp và mạch bảo vệ Crowbar.


Một số sự kiện của SSCI đã được báo cáo trong HTD
năm

2016. Trong năm

ERCOT

2017, các sự kiện SSO

gid Guyuan từ năm 2012 dén

đã được báo cáo từ trang trại gió

ở Texas. Tất cả các sự kiện được đề cập là do sự tương tác giữa hệ thống

điều khiến DEIG và một đường dây bù nối tiếp. Hầu hết các sự kiện xảy ra do sự có
mat điện đường truyền, khiến trang trại gió được kết nối xuyên tâm với đường dây

bù nối tiếp [ 12].

i

20 miles

to Lon Hill

Nelson

transmission line

Sharpe

Ajo:

250 MVA

Zorillo

as
bypass
switch
Rio Hondo

network

200

series
capacitor


50% of X rio rondo.

Lon Hill

1800 MVA
60 Hz

34.5/0.69 kV

station
transformer

Xe=0.0125pu
R= 0.0075 pu

equivalent
unit transformer

0.429 x 10° pu/miles

0.038 x 10° pu/miles
6.250 x 10” pu/miles

X=5%

prc
‘
' 2.5 MVA
t 34.5/0.69 kV
\ X= 5%

\
{i unit\

X=

100 MVA base

collector

X=10% — equivalentsystem

Ị
R„„=
B,„=

100x2MW

345/34.5 kV

tcc

2-MW wind turbine
N,= 103.7 (6-pole)
DEIG

; transformer
1

equivalen


wind farm

asomva

|

|
+

a

pts
5,

HT

converter

oe

Hình 0.4 Một phần của mạng lưới miền nam Texas trải qua SSCI đầu tiên trong

Năm 2009 [11]
Các dao động dưới đồng bộ về điện áp và dịng điện bắt đầu hình thành nhanh chóng
(khoảng 20 Hz). Trong 1 giây, mức điện áp đạt gần 2 (p.u) trong khi đòng điện ghi
nhận đạt 4 (p.u). Các phép đo điện áp pha và dong điện tại Zorillo được thể hiện trong

Hình 0.5.

se



J

H——x

rane

|

f

AA

~^vvNym

ain oy

wn

A

fa day ví Lyd

pare
2

A

¬

Afi SS fy

V
N

J AY py AN

^nyLỄ

Ww

vf
V

A A why
V

Ñ yj.

\

A wy
N
|

4

———

—~—


V

Hinh 0.5 Bản ghi hiện trường của sự cỗ SSCI đầu tiên tại Ajo. Từ trên xuống: Dòng
điện đến Rio-Hondo (pha a, b va c màu xanh lam) và điện áp pha trong pha a, b vac

màu hồng [ 13]

Sự xuất hiện lặp đi lặp lại của loại đao động này trong các tua bin gió (WT) DEIG
được kết nối với các đường dây truyền tải có tụ bù nối tiếp làm cho việc nghiên cứu
nguyên nhân của nó trở nên có ý nghĩa. Xét về cấu tạo của WT DFIG, mặc đù có bộ
chuyển đổi điện tứ công suất ngược trở lại nhưng bộ chuyên đối này khơng cách ly
hồn tồn máy phát điện khỏi mạng điện. Trong DEIG, các cuộn day rotor cia may
phát điện cảm ứng rotor quấn (WB]G) được kết nếi với lưới điện truyền tai thông qua
bộ chuyên đối Black-To-Black (BTP), trong khi cuộn đây stator được kết nối trực
tiếp với lưới điện. Việc cách ly một phần máy phát với lưới điện này giúp loại bỏ
nguy cơ trao đối năng lượng giữa phần cơ cúa máy phát và lưới điện. Tuy nhiên, vẫn
tổn tại nguy cơ tương tác giữa máy phát và lưới truyền tái bên ngồi vì kết nối một

phan [14].
DFIG là WT có tốc độ thay đối, điều khiển góc nghiêng cánh quạt chú động phố biến
nhất trong số các cơng nghệ WT khác nhau hiện có, nó được sử dụng rộng rãi trong
ngành công nghiệp năng lượng tái tạo và các trang trại gió [15-18]. Cho đến cuối năm

2020, DEIG chiếm trên 60% thi phần công suất lắp đặt điện gió trên bờ và hơn 10%