BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VŨ THỊ NGỌC VÂN

NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ KHÔI PHỤC ĐIỆN ÁP ĐỘNG
TRONG HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN TRONG CÔNG NGHIỆP
THEO NGUYÊN LÝ DỰA TRÊN VÉC TƠ ĐIỆN ÁP LƯỚI

LUẬN ÁN TIẾN SĨ
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Hà Nội – 2023


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VŨ THỊ NGỌC VÂN

NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ KHÔI PHỤC ĐIỆN ÁP ĐỘNG
TRONG HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN TRONG CÔNG NGHIỆP
THEO NGUYÊN LÝ DỰA TRÊN VÉC TƠ ĐIỆN ÁP LƯỚI

Ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Mã số:9 5 2 0 2 1 6

LUẬN ÁN TIẾN SĨ
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOAHỌC:

1. PGS.TS. Nguyễn HuyPhương
2. TS. Phạm QuangĐăng

Hà Nội –2023


LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan rằng đây là cơng trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự hướng
dẫn của tập thể hướng dẫn. Tài liệu tham khảo trong luận án được trích dẫn đầyđủ.
Cáckếtquảnghiêncứucủaluậnánlàtrungthựcvàchưatừngđượccáctácgiảkháccơngbố.
Hà Nội, ngày 05 tháng 12 năm 2023
Tập thểhướng dẫn

PGS.TS. NguyễnHuyPhương

Nghiên cứusinh

TS. PhạmQuangĐăng

Vũ Thị NgọcVân

1


LỜI CẢM ƠN
Trongqtrìnhnghiêncứuluậnán,tácgiảđãgặpnhiềukhókhăn,thửthách.Chủ quan là do
khả năng nghiên cứu cịn hạn chế. Khách quan là do thông tin tư liệu và
tàiliệuthamkhảokhơngthậtđầyđủ,đặcbiệtlàsựảnhhưởngcủađạidịchCovid-19 trên thế giới
nói chung và lan tới Việt Nam từ 22/01/2020 đến nay, dẫn đến Chính phủ Việt Nam đã
phải thực hiện nhiều đợt cách ly toàn xã hội và giãn cách xã hội,

làmchoqtrìnhnghiêncứu,traođổihọcthuật,xâydựngmơhìnhthựcnghiệm,mơ phỏng và
chạy thử nghiệm kết quả nghiên cứu của luận án gặp nhiều khó khăn.Tuynhiên, nhờ
sự cố gắng của bản thân và được sự giúp đỡ tận tình của hai thầy giáo hướng dẫn,
các gợi ý, chỉ bảo của các thầy/cô trong ViệnKỹthuật Điều khiển và Tự động hóa
(KTĐK&TĐH) và Trường Điện-Điện tử, Đại học Bách khoa Hà Nội, sự
độngviêntậntìnhcủagiađình,đồngnghiệp,bạnbè,luậnánđếnnayđãhồnthành.
Trướctiên,tácgiảxingửilờicámơnsâusắctớihaithầygiáohướngdẫnPGS.TS. Nguyễn Huy
Phương và TS. Phạm Quang Đăng, đã giúp định hướng, hướng dẫn và có nhiều gợi ý cho
tác giả hoàn thành các nhiệm vụ đặt ra của luận án. Tác giả chân
thànhcảmơnViệnKTĐK&TĐH,TrườngĐiện-Điệntử,ĐạihọcBáchkhoaHàNội,
đặcbiệtlàPGS.TS.NguyễnQuangĐịch,GiámđốcViệnKTĐK&TĐHđãdànhthời gian và tạo
mọi điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất cũng như hỗ trợ các nguồn tài liệu cho tác giả
trong thời gian thực hiện nghiên cứu tại Viện, những lời động viên
kịpthờicủaThầyđãgiúptácgiảcóthêmniềmtinđểhồnthànhluậnán.Chânthành
cảmơnBanđàotạo,ĐạihọcBáchKhoaHàNộiđãtậntìnhhỗtrợtácgiảhồnthành các thủ tục
của luận án. Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới GS.TSKH. Nguyễn Phùng
Quang, PGS.TS. Bùi Quốc Khánh, PGS.TS. Trần Trọng Minh, PGS.TS. Phạm Hồng
Phúc, PGS.TS. Vũ Hồng Phương và các thầy/cơ đã dành thời gian hướng dẫn, đọc và
đóng góp những ý kiến q báu giúp luận án có tính khoa
họchơn.Nhữngbuổithảoluậnvàseminarkhoahọcbổíchcùngvớicácthầy/cơ,các bạn nghiên
cứu sinh, thạc sỹ tại Viện định kỳ hàng tuần đã giúp tác giả có thêm sự say mê, kinh
nghiệm nghiên cứu cũng như phương pháp phân tích và tổng hợp tài liệu phục vụ cho
luận án tiến sĩ. Cảm ơn các bạn nghiên cứu sinh, thạc sỹ vàkỹsư của Viện
KTĐK&TĐH vì sự hỗ trợ quý báu cho tác giả trong q trình làm nghiên
cứucủaluậnán.CảmơnLãnhđạoBộKhoahọcvàCơngnghệ,Lãnhđạovàcácđồng nghiệp Vụ
Cơng nghệ cao, Bộ Khoa học và Công nghệ đã tạo điều kiện về thờigian,
đặcbiệtđãhỗtrợtácgiảsansẻbớtcôngviệccủaVụtrongnhữngthờiđiểmcầnnhiều thời gian nghiên
cứu tạiViện.
Cuối cùng xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến gia đình, người bạn đời tri kỷ, các
concủatácgiảđangtuổimớilớnđơikhibịthiếutìnhcảmvàthiếubàntaychămsóc của tác giả,

người thân, đồng nghiệp và bạn bè đã dành những tình cảm, động viên giúp tác giả vượt
qua những khó khăn để hồn thành luậnán.
Nghiên cứu sinh


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮVIẾT TẮT.......................................6
DANH MỤCCÁCBẢNG.......................................................................................11
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀĐỒTHỊ........................................................12
MỞĐẦU.................................................................................................................16
1. Tínhcấp thiết của đềtài.................................................................................16
2. Mục tiêunghiêncứu......................................................................................18
3. Đối tượng và phạm vinghiêncứu..................................................................18
4. Phương phápnguyêncứu...............................................................................19
5. Ý nghĩa khoa học vàthực tiễn.......................................................................19
6. Nội dung củaluận án.....................................................................................19
7. Những đóng góp mới củaluậnán..................................................................20
CHƯƠNG1.
TỔNG QUAN VỀ BIẾN ĐỘNG ĐIỆN ÁP VÀ CHỐNG BIẾN
ĐỘNGĐIỆNÁP 21
1.1
Hiện tượng biến động điện áp ngắn hạn và các giải pháp chống biến động
điện áp ngắn hạn được sử dụng trongthựctế.............................................................21
1.2

Nguyên tắc hoạt động và các chế độ làm việccủa AVC...........................26
1.2.1 Nguyên tắchoạtđộng........................................................................26
1.2.2 Các chế độ làm việccủa AVC...........................................................27

1.3


Cấu tạo của AVC và các nghiên cứu liên quantớiAVC...........................29
1.3.1 Cấu trúccủaAVC..............................................................................29
1.3.2 Bộ biến đổi phía lướicủaAVC..........................................................29
1.3.3 Bộ biến đổi phía tảicủaAVC............................................................32
1.3.4 Các nghiên cứuvềAVC....................................................................38

CHƯƠNG2.
MƠHÌNHTỐNHỌCVÀĐIỀUKHIỂNBỘBIẾNĐỔIPHÍA TẢI
AVC SỬ DỤNG NGHỊCH LƯU BA PHABỐNNHÁNH............................................41
2.1

Xây dựng mơ hình tốn học và điều khiển bộ biến đổi phíatảiAVC........41

2.1.1 Cấu trúc của AVC sử dụng nghịch lưu 3 pha 4 nhánh và biến áp nối
tiếp sơ cấpđấusao.............................................................................................41
2.1.2 Mơ hình máy biến áp nối tiếptrongAVC...........................................43
2.1.3 Mơ hình bộ lọc đầu ranghịchlưu.......................................................46


2.1.4 Mơ hình tốn học tồn bộ mạch đầu ra của biến đổiphía tải..............49
2.2

Điều khiển bộ biến đổi phía tảicủa AVC.................................................50

2.2.1 Phân tích hàm truyền đối tượng điều khiển bộ biến đổi phía tải của
AVC
51
2.2.2 Thiết kế điều khiển theo cấu trúc điều khiểnnốitầng........................53
2.3


Kết quả mô phỏng vàđánhgiá..................................................................56
2.3.1 Tham sốmôphỏng............................................................................56
2.3.2 Kết quả mơ phỏngtrên Matlab/Simulink...........................................57
2.3.3 Mơ phỏng thờigianthực....................................................................61

CHƯƠNG3.
3.1

XÂY DỰNG MƠ HÌNHTHÍ NGHIỆM.....................................66

Kịch bảnthửnghiệm.................................................................................66
3.1.1 Thiết kế bộ thí nghiệm AVC sử dụng nghịch lưu ba pha bốn nhánh66
3.1.2 Kịchbản1..........................................................................................67
3.1.3 Kịchbản2..........................................................................................68
3.1.4 Kịchbản3..........................................................................................68

3.2

Lắp đặt hệ thốngthửnghiệm.....................................................................70
3.2.1 Lắp đặt trong phịngthí nghiệm.........................................................70

3.3

Kết quả thử nghiệm trong phịngthínghiệm.............................................72
3.3.1 Kết quả thử nghiệm bộAVC5kVA...................................................72

CHƯƠNG4.
NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN CHO BỘ BIẾN ĐỔI
PHÍA TẢICỦA AVC................................................................................................83

4.1

Thiết kế mạch vòng điện áp theo cấu trúc hai vòng điều khiển song song
83
4.1.1 Thiếtkếbộđiềukhiểnđiệnáptheocấutrúchaimạchvòngsongsong 84
4.1.2 Khử tác độngxenkênh......................................................................87

4.2

Thiết kế hệ điều khiển trong điều kiện khôngđốixứng............................89
4.2.1 Nguyên nhân gây mất đối xứng điện ápchotải.................................89
4.2.2 Phân tích điện áp thành các thành phầnđối xứng..............................89
4.2.3 Cấutrúcđiềukhiểntrongđiềukiệnkhôngđốixứngcủanguồnvàcủa tải
91
4.2.4 Feed-forward điện áp lưới để tăng tốc độđápứng.............................93