Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ 6 107

Mã bài: 29
Thiết bị kho điện cho hệ thống phát điện sức gió lưới hải đảo:
Cấu trúc hệ thống, nguyên tắc làm việc và những vấn đề kỹ
thuật cần giải quyết
Energy storage systems for stand-alone wind power generation:
System topology, principles and technical conception
necessities
Phạm Tuấn Anh
Trường ĐH Hàng hải Việt Nam
e-Mail:

Nguyễn Phùng Quang
Trường ĐH Bách khoa Hà nội
e-Mail:
Tóm tắt
Năng lượng gió là một trong những nguồn năng lượng tái tạo được nghiên cứu - triển khai góp phần
làm giảm sự tiêu thụ năng lượng hóa thạch, kìm hãm sự nóng lên toàn cầu. Lưới điện hải đảo có đặc điểm
“lưới mềm” khi có sự kết hợp giữa nguồn năng lượng truyền thống từ nhiên liệu hóa thạch với năng
lượng gió có đặc điểm cố hữu là sự không ổn định dẫn tới chất lượng điện năng thấp, do đó sự cần thiết
phải có một thiết bị kho điện để đảm bảo chất lượng điện năng. Một giải pháp khả thi là sử dụng thiết bị
kho điện tích hợp vào hệ thống phát điện sức gió lưới điện hải đảo sử dụng công nghệ tiên tiến với đặc
điểm động học nhanh - siêu tụ để có thể thực hiện các chức năng như: Trao đổi công suất với lưới, điều
chỉnh điện áp tại điểm kết nối, nâng cao chất lượng và tính ổn định của hệ thống.
Abstract:
Wind power generation is one of renewable energy which save natural resources and lower the
global warming speed. A negative aspect of the wind power generation is that the output voltage
changes as the wind power changes. A potential solution for stand-alone power generation to smooth
the output of the wind power generation is to use a hybrid energy system in parallel with energy
storage. The potential integrated approach used a shunt-connected voltage-source converter with added

supercapacitors as storage included on the DC link bus to enable fast-dynamic energy storage for high
power dynamic requirement. The system can: Exchange active power with the system; Regulate voltage
at the point of common coupling; Increase power quality and system stability.

Chữ viết tắt
D-G Diesel – Generator
ESS Energy Storage System
WTG Wind Turbine Generator
WDHS Wind Diesel Hybrid System
SC Supercapacitor

1. Đặt vấn đề
Đối với khu vực hải đảo, hệ thống điện năng chủ
yếu được cung cấp từ những tổ hợp Diesel –
Generator (D–G). Trong những năm gần đây, sự
phát triển nhanh chóng của những nguồn năng
lượng tái tạo như: gió, mặt trời,… đã dẫn tới xu
hướng tích hợp thêm các hệ thống phát điện sử
dụng sức gió, pin mặt trời,… vào trong hệ thống
năng lượng khu vực hải đảo. Ưu điểm chính của
năng lượng tái tạo là ít gây ô nhiễm môi trường,
giảm sự tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch. Hạn chế của
năng lượng tái tạo là khu vực lắp đặt đặc thù, giá
thành xây lắp cao và sự bất ổn định về mặt công
suất dẫn tới phải có giải pháp cân bằng điện năng,
đảm bảo chất lượng và độ tin cậy của hệ thống.

H. 1 Các nguồn năng lượng tái tạo ghép với lưới
điện
108 Phạm Tuấn Anh, Nguyễn Phùng Quang



VCM2012
Một hệ thống điện năng có sự kết hợp của một vài
nguồn năng lượng như minh họa trên hình H.1
được gọi là hệ thống năng lượng lai (Hybrid
Power Systems) [1, 2]. Đó là sự vận hành kết hợp
giữa những thiết bị: Thiết bị phát điện sức gió, pin
mặt trời, thiết bị tích trữ năng lượng, thiết bị biến
đổi và điều khiển dòng năng lượng. Với đặc trưng
giàu tài nguyên gió, hơn thế nữa là sự phát triển
tương đối hoàn thiện của công nghệ phát điện sức
gió, năng lượng gió được xem là sự bổ sung lý
tưởng cho hệ thống phát điện khu vực hải đảo
nhằm giảm sự tiêu hao nhiên liệu, nâng cao tuổi
thọ hệ thống D – G.

H. 2 Biểu đồ minh họa năng lượng gió hàng năm
(MidWest of the US) [3]
Tuy nhiên, năng lượng gió với đặc điểm cố hữu là
tính thất thường, biến động nhanh (hình H.2) đòi
hỏi phải có biện pháp kỹ thuật phù hợp để đảm
bảo chất lượng điện năng. Thiết bị kho điện ESS
chính là một giải pháp giúp ổn định công suất,
đảm bảo chất lượng và độ tin cậy, tăng dung lượng
điện năng phối ghép với lưới đặc biệt là lưới điện
hải đảo (vận hành ở chế độ độc lập, mang tính chất
lưới mềm)[4]. Thiết bị kho điện sử dụng siêu tụ
hứa hẹn khả năng đáp ứng phù hợp với hệ thống
phát điện sức gió do khả năng phóng nạp nhanh,

mật độ công suất lớn, tuổi thọ cao.
2. Hệ thống điện lai Wind-Diesel Hybrid
Các hệ thống Hybrid thường được thiết kế cho
lưới điện khu vực hải đảo công suất hàng MW cho
tới lưới điện nhỏ của một hộ tiêu thụ công suất vài
kW. Hệ thống trên 100 kW thông thường sử dụng
lưới AC, bao gồm: D–G, thiết bị phát điện sử năng
lượng tái tạo, thiết bị kho điện. Hệ thống dưới 100
kW thường kết hợp giữa lưới AC và DC. Những
hệ thống dưới 5kW sử dụng lưới DC thường chỉ
bao gồm những phụ tải DC công suất nhỏ (ví dụ:
Các trạm repeater viễn thông). Một cách tổng quát,
các thành phần có thể có của hệ thống Hybrid có
thể được minh họa trên hình H.3 [2]


H. 3 Cấu trúc tổng quát của hệ thống Hybrid
lưới ốc đảo sử dụng năng lượng tái tạo
Hệ thống lai giữa thiết bị phát điện sức gió (Wind
Turbine Generator – WTG) với thiết bị phát điện
sử dụng diesel (D-G) được gọi là Wind Diesel
Hybrid System (WDHS). Sự kết hợp giữa máy
phát sức gió với máy phát diesel nhằm mục đích
phát huy tối đa năng lượng từ gió đồng thời vẫn
duy trì được sự phát điện liên tục với chất lượng
đảm bảo. Nếu một hệ thống WDHS có khả năng
dừng hẳn tổ hợp D-G thì được gọi là hệ thống có
tỷ lệ năng lượng gió cao. Hệ thống này có 3 chế độ
vận hành: Chỉ Diesel (Diesel Only – DO), Diesel
kết hợp với gió (Wind Diesel – WD) và chỉ gió

(Wind Only – WO). Ở chế độ DO, các tổ hợp D-G
cung cấp công suất tác dụng và phản kháng theo
yêu cầu phụ tải. Việc phân chia tải, điều chỉnh
điện áp, tần số được thực hiện bởi việc điều chỉnh
tốc độ các diesel và điều chỉnh dòng kích từ các
máy phát. ESS cũng có thể tham gia và quá trình
điều phối dòng năng lượng để đảm bảo hiệu suất
của các D-Gs lớn nhất. Ở chế độ WD, các WTGs
chia sẻ công suất với các D-Gs thực hiện chức
năng điều chỉnh điện áp và tần số lưới. Lúc này,
thiết bị ESS được sử dụng để hỗ trợ quá trình điều
tiết dòng năng lượng giữa các WTGs và D-Gs để
tránh hiện tượng công suất ngược đối với các D-
Gs. Ở chế độ WO, không có D-G nào hoạt động,
chỉ có các WTGs cung cấp công suất cho lưới để
thực hiện chức năng điều chỉnh điện áp và tần số.
Lúc này cần phải có ESS hỗ trợ việc điều khiển
dòng công suất để đảm bảo chất lượng điện năng
của các WTGs. Như vậy, vai trò của ESS là tương
đối quan trọng trong việc hỗ trợ các thiết bị phát
điện WTGs, D-Gs để đảm bảo chất lượng điện
năng, nâng cao hiệu suất làm việc.
Năng lượng có thể được tích lũy năng lượngdưới
ba hình thức: Điện cơ (Electromechanical, ví dụ
như: bánh đà, khí nén,…), điện hóa
(Electrochemical, ví dụ như: acqui, tế bào nhiên
liệu Fuel Cell), điện (Electrical, ví dụ như: tụ điện,
Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ 6 109



Mã bài: 29
cuộn dây). ESS có thể bao gồm một hoặc một vài
thiết bị tích lũy năng lượng kết hợp với thiết bị
biến đổi năng lượng sang dạng điện năng và điều
tiết dòng công suất. Như vậy đòi hỏi ESS cần thiết
phải được lựa chọn công nghệ tích trữ năng lượng,
hệ thống thiết bị biến đổi năng lượng phù hợp
cùng với các phương pháp điều khiển có hiệu quả
đối với lưới điện. Nội dung này sẽ được phân tích
kỹ ở mục 3.

H. 4 Các nguyên lý điều khiển máy phát sức
gió[5, 6]
Thiết bị phát điện sức gió phổ biến hiện này đều
sử dụng một trong số các nguyên lý máy phát
được minh họa trên hình H.4. Động học của hệ
thống điều khiển một turbine gió bao gồm cả quá
trình nhanh và chậm. Công suất được điều khiển
dựa trên hệ thống khí động học và giá trị đặt sao
cho tối đa công suất đầu ra. Hai hệ thống điện và
cơ phối hợp với nhau. Điều khiển bộ biến đổi công
suất phía máy phát nhằm mục đích tối đa hóa công
suất đầu ra và đảm bảo sự vận hành không bị phá
hủy của máy phát. Điều khiển bộ biến đổi công
suất phía lưới nhằm đảm bảo các chỉ tiêu chất
lượng điện năng yêu cầu, đồng bộ với lưới, điều
chỉnh hướng dòng công suất.
Do đặc điểm lưới điện hải đảo là lưới yếu (weak
grid), điện áp rất dễ bị dao động do tác động của
sự thay đổi phụ tải hoặc nguồn phát nên việc hòa

năng lượng từ máy phát sức gió vào lưới sẽ bị hạn
chế về dung lượng để tránh làm biến động biên độ
điện áp vượt quá ngưỡng cho phép. Ý tưởng cơ
bản điều khiển công suất là sử dụng một bộ đệm
(buffer) để phóng/nạp số lượng công suất phù hợp
mà không làm biến động điện áp tại điểm kết nối –
thiết bị kho điện.
3. Các công nghệ tích trữ năng lượng
ESS được phân loại theo nhiều cách khác nhau.
Tùy theo ứng dụng mà ESS cần phải đáp ứng về
công suất cũng như thời gian giải phóng năng
lượng phù hợp như minh họa trên hình H.5. Ví dụ
như: Ứng dụng quản lý năng lượng yêu cầu ESS
phải có dung lượng lớn, thời gian giải phóng có
thể kéo dài hàng giờ; ứng dụng chuyển nguồn yêu
cầu dung lượng thấp hơn, thời gian giải phóng
năng lượng có thể kéo dài cỡ vài phút; ứng dụng
nâng cao chất lượng điện năng và độ tin cậy, ESS
phải có khả năng giải phóng năng lượng nhanh (cỡ
mili giây) [1, 3].


H. 5 Mối quan hệ giữa công suất và thời gian
giải phóng năng lượng theo lĩnh vực ứng
dụng của ESS[1]
Các công nghệ tích trữ năng lượng được nghiên
cứu ứng dụng và triển khai cho đến nay có gặp
như:
 Nhóm điện năng (Electrical energy storage):
Siêu tụ (Supercapacitors – SC hay

Ultracapacitor - UC); Cuộn dây từ trường siêu
dẫn (Superconducting magnetic energy
storage-SMES).
 Nhóm cơ năng (Mechanical energy storage):
Bánh đà (Fywheels); Thủy điện tích năng
(Pumped hydroelectric storage – PHS); Khí
nén (Compressed air energy storage – CAES).
 Nhóm hóa năng (Chemical energy storage):
Pin-Acqui (Batteries: lead-acid, nickel metal
hydride, lithium ion, zinc bromine, vanadium
redox); pin nhiên liệu (fuel cells, molten
carbonate fuel cells – MCFCs; Metal -Air
batteries).
Mỗi công nghệ có những đặc điểm riêng phù hợp
với những lĩnh vực ứng dụng đặc thù khác nhau
như thể hiện trên hình H.6. Những công nghệ ở
góc trên bên phải như PHS, CAES, FC-HS phù
hợp với yêu cầu dung lượng lớn và thời gian giải
phóng dài. Ngược lại, những công nghệ ở góc dưới
bên trái như là SCs, SMES, Flywheels phù hợp với
yêu cầu công suất lớn với thời gian xả nhanh cho
các ứng dụng về nâng cao chất lượng và tính ổn
định của hệ thống.
110 Phạm Tuấn Anh, Nguyễn Phùng Quang


VCM2012
Các nghiên cứu về ứng dụng các công nghệ tích
trữ năng lượng đã được công bố trong thời gian
gần đây có thể tìm thấy ở [7-12]. Các tác giả đã

xuất phát từ cấu trúc hệ thống phát điện sức gió
như đã trình bày trên hình H.4, sau đó tích hợp
thêm vào WTG một hoặc một vài công nghệ tích
trữ năng lượng.

H. 6 Phân loại các lĩnh vực ứng dụng ESS[1]
Hầu hết các công bố đều nhằm vào các hệ thống
mà WTGs nối với lưới cứng hoặc chỉ xem xét ở
mức độ đơn lẻ WTG mà chưa xem xét hệ thống
phát điện sức gió đối với lưới hải đảo cũng như
ảnh hưởng của việc công tác song song giữa nhiều
WTGs kết hợp với nhiều D-G. Trong nội dung tiếp
theo, tác giả giới thiệu một cấu trúc hệ thống dự
định nghiên cứu có sử dụng thiết bị kho điện để
đảm bảo chất lượng điện năng đối với lưới điện
khu vực hải đảo.
4. Thiết bị kho điện cho hệ thống phát điện
sức gió khu vực hải đảo
Những lưới điện hải đảo được vận hành ở chế độ
độc lập và vận hành ở chế độ độc lập và có đặc
điểm lưới mềm: Điện áp rất kém ổn định và khó
đồng bộ giữa các thành phần của. Việc điều khiển
lưới đòi hỏi phải sử dụng thiết bị kho điện, thiết bị
điều độ điều độ năng lượng và truyền thông giữa
các thành phần. [6]
Để đảm bảo chất lượng điện năng, công nghệ tích
trữ năng lượng đòi hỏi phải có động học nhanh để
đáp ứng được sự biến động bất thường của gió.
Như đã phân tích ở trên, công nghệ tích trữ năng
lượng phù hợp và khả thi nhất ở thời điểm hiện tại

được tác giả lựa chọn để nghiên cứu là siêu tụ -
Supercapacitors với một số ưu điểm vượt trội như:
Mật độ công suất rất cao, thời gian nạp/xả cực
nhanh, tuổi thọ làm việc lâu dài. Hạn chế cơ bản là
điện áp mỗi đơn vị (cell) thấp nên phải sử dụng kết
hợp nhiều cells để nâng cao điện áp làm việc dẫn
tới yếu tố chi phí giá thành lớn. Cấu trúc tổng thể
thiết bị kho điện được trình bày trên hình H.7.
Thiết bị kho điện được Supercapacitor ESS
(SCESS) cấu thành bởi ba thành phần: Phần tử tích
trữ năng lượng sử dụng siêu tụ (Supercapacitors –
Ultracapacitors); bộ biến đổi DC/DC trao đổi năng
lượng hai chiều (Bidirectional) và bộ nghịch lưu
DC/AC cũng có khả năng trao đổi năng lượng theo
hai chiều.
Kho điện được thiết kế sử dụng tụ DLC (Maxwell
boostcap capacitors) Tụ DLC rất tiện cho các ứng
dụng đòi hỏi xả lượng điện năng lớn trong thời
gian ngắn nhờ có điện trở trong nhỏ. Tụ có tuổi
thọ cao và chi phí bảo dưỡng thấp. Vì điện áp công
tác tối đa của mỗi tụ chỉ là 2,7V nên sẽ phải mắc
nối tiếp một lượng lớn tụ để đạt được điện áp cần
thiết. Tùy thuộc lượng điện năng cần đuợc nạp vào
kho ta có thể mắc song song nhiều nhánh tụ DLC.
Tụ DLC phải được giám sát điện áp và nhiệt độ
chặt chẽ cũng như phải có giải pháp cân bằng điện
áp trên từng tụ khi ghép thành bộ tụ để đảm bảo
vận hành an toàn cho hệ thống.



H. 7 Cấu trúc SCESS sử dụng siêu tụ ghép với
lưới AC
Nghịch lưu Inverter là bộ biến đổi sử dụng van
IGBT. Khi điện áp lưới ổn định nghĩa là: khi chức
năng kho điện không cần thiết, nghịch lưu có thể
hoạt động như bộ lọc tích cực, giúp cải thiện hệ số
công suất cũng như chất lượng điện lưới. Khi cần
công suất lớn có thể mắc song song nhiều nghịch
lưu. Ưu điểm khi vận hành ở chế độ lọc tích cực:
Cải thiện hệ số công suất, loại trừ điều hòa bậc
cao, hạn chế tổn thất trên lưới, tăng hiệu suất
truyền tải điện năng.
Chopper ghép nối nghịch lưu với kho điện (bản
chất là dàn siêu tụ) có chức năng biến đổi giảm áp
(buck converter) khi nạp vào kho và chức năng
biến đổi tăng áp (boost converter) khi xả điện hỗ
trợ lưới. Giới hạn dòng nạp/xả khi điện áp quá
thấp nhằm hạn chế tổn hao và quá trình phát nhiệt.
Khi công suất lớn có thể mắc song song nhiều bộ
biến đổi DC/DC.
SCESS được ghép với lưới điện ở những vị trí như
hình H.8 theo hai phương án: Tập trung
(Centralize) hoặc phân tán (Decentralize) [6]. Với
phương án bù tập trung, bộ biến đổi công suất của
thiết bị kho điện phải được thiết kế với công suất
lớn tương ứng với dung lượng kho điện dẫn tới
Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ 6 111


Mã bài: 29

khó khăn về mặt kỹ thuật chế tạo. Do đó phương
án bù phân tán được lựa chọn. Với phương án bù
phân tán, thiết bị kho điện được ghép với lưới
ngay tại đầu ra của các WTGs hoặc ghép với điểm
sử dụng để thực hiện chức năng điều phối dòng
năng lượng.
SCESS điều tiết công suất tác dụng thông qua việc
nạp/phóng của siêu tụ. Hơn nữa, việc điều tiết
công suất phản kháng sẽ giúp ổn định điện áp tại
điểm đấu nối. Việc điều khiển độc lập hai thành
phần công sất là yêu cầu bắt buộc. Yêu cầu điều
khiển đó được thực hiện thông qua hai bộ biến đổi
được trình bày dưới đây.
Có hai vòng điều khiển sẽ phải được giải quyết là
vòng điều khiển dòng điện (phía bên trong) của
các khâu nghịch lưu I
inv
và mạch chooper I
chopper
để
can thiệp và các biến điều khiển vòng ngoài bao
gồm điện áp một chiều V
dc link
, điện áp tại điểm
Vpcc, và công suất tác dụng của SCESS [13-15].

Diesel
Diesel
G
3~

Village
G
3~
G
3~
V
i
l
l
a
g
e
0.4/22 KV
0.4/22 KV
G
3~
0.4/22 KV
22/0.4 KV
D-Decentralize
Bù phân tán
C-Centralize
Bù tập trung
Factory
Airport
G
3~

H. 8 Các phương án lắp đặt SCESS cho lưới hải
đảo
Khâu nghịch lưu (mô hình đơn giản được thể hiện

trên hình H.9) hoạt động như một nguồn áp có
điều khiển. Trong mô hình này, bỏ qua sự ảnh
hưởng của sóng hài dòng điện, các yếu tố như
khâu lọc đầu ra, biến áp nối lưới cũng không được
xem xét.

H. 9 Mô hình đơn giản khâu nghịch lưu
Hệ phương trình toán học mô tả khâu nghịch lưu
như sau:
. .
pcca
inva inva inva
invb invb invb pccb
invc invc invc
pccc
V
V I I
d
V R I L I V
dt
V I I
V
 
     
 
     
 
     
  
 

     
 
     
 
     
     
 

(1)
Để thuận lợi cho việc thiết kế điều khiển, phép
biến đổi Park được sử dụng để đưa các đại lượng
xoay chiều trong (1) về dạng tín hiệu một chiều
như (2).
0 0 0
0 0
0 0
. . 0 0 .
0 0 0
.
invd invd invd
invq invq invq
inv inv inv
pccd
invd
invq pccq
inv pcc
V I I
V R I L I
V I I
V

I
d
L I V
dt
I V
w
w
     
 

     
 
     
 
 
     
 
     
 
     
 
     
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
(2)
Sơ đồ cấu trúc thiết kế khâu điều chỉnh dòng điện
được thể hiện ở hình H.10
1
R Ls

1
R Ls

L

L

+
-
+
pcc d
V

+
-
-
pcc q

V

inv q
I

inv d
I

ˆ
ˆ
.
L

ˆ
ˆ
.
L

+
ˆ
pcc d
V

ˆ
pcc q
V

+
+
+

-
+
Controller
inv d
R

Controller
inv q
R

*
inv d
I

*
inv q
I

+
+
-
-
Current Controller
System Model
inv d
I

inv q
I



H. 10 Cấu trúc điều khiển dòng điện khâu nghịch
lưu
Khâu điều chỉnh được thiết kế đảm bảo chất lượng
điều khiển chính xác với động học nhanh nhất để
phục vụ quá trình điều khiển của các mạch vòng
bên ngoài. Ở đây khâu điều chỉnh có thể được
thiết kế trên miền tần số với cấu trúc PI hoặc miền
thời gian gián đoạn với phương pháp thiết kế dead-
beat.
Đối với mạch Chopper, sơ đồ cấu trúc như hình
H.11 được mô tả với hệ phương trình toán học như
(3)
Chopper
VDC Link
Vstorage
Lchopper
ichoper

H. 11 Cấu trúc mạch Chopper
Để điều khiển i
chopper
có nhiều phương pháp thiết
kế điều khiển như: thiết kế điều khiển tuyến tính
với bộ điều khiển P hoặc điều khiển phi tuyến với
112 Phạm Tuấn Anh, Nguyễn Phùng Quang


VCM2012
một số phương pháp như: Điều khiển trên cơ sở

nguyên lý hệ phẳng Flatness Based, hệ thụ động
Passivity-based,… khi xem xét các yếu tố phi
tuyến của Chopper như: ảnh hưởng của độ bão hòa
từ cuộn dây, sự thay đổi các tham số của phần tử
tích trữ năng lượng theo chế độ công tác,…
.
.
storage chopper chopper
chopper storage chopper
d
V L I V
dt
d
V V L I
dt
 
 
(3)
Nếu giải quyết tốt bài toán điều khiển các đại
lượng dòng điện Inverter và Chopper sẽ là điều
kiện tiên quyết để thực hiện vấn đề điều khiển sau
đây:
 Điều khiển giữ ổn định điện áp một chiều
Vdc Link:
Việc điều khiển giữ ổn định Vdc Link được thực
hiện thông qua điều khiển I
chopper
theo phương trình
(4)
.

chopper dc link losses inv out
dc link chopper chopper inv out losses
P P P P
P I V P P
 
 
  
  
(4)
Khi giả sử tổn hao P
losses
=0 ta thu được:
2
1
. .
2
dc link dc link chopper storage inv out
d
C V I V P
dt
  
  (5)
Nếu thực hiện tuyến tính hóa phương trình (5)
quanh điểm làm việc của điện áp V
storage
ta có:
2
1
. . ( ) ( ). ( )
2

dclink dclink chopper storage invout
C sV s I s V P s
  (6)
2
2.
( )
( ) ( )
storage
out
dc link chopper
dc link storage
V
P s
V s I s
C V


 




 





 
(7)

Sơ đồ cấu trúc phục vụ thiết kế điều khiển như
hình H.12
out
storage
P
V
ˆ
ˆ
out
storage
P
V

2.
.
storage
dc link
V
C s
link
dc
V
R
2
link
dc
V
2
link ref
dc

V
chopper
I

H. 12 Cấu trúc điều khiển điện áp một chiều V
dc link

 Điều khiển ổn định điện áp tại điểm kết
nối Vpcc.
Khả năng điều chỉnh điện áp tại điểm kết nối phụ
thuộc và trở kháng của lưới. Việc điều chỉnh được
thực hiện thông qua thành phần dòng điện ngang
trục của nghịch lưu I
invq
.
a
pcc
V
b
pcc
V
c
pcc
V
c
inv
I
b
inv
I

a
inv
I
source
R
source
L
source
R
source
L
source
R
source
L
a
source
V
b
source
V
c
source
V
Inverter
Vpcc a
R
L
Vpcc b
R

L
Vpcc c
R
L
C
VDC Link
Iinv a
Iinv b
Iinv c
Vinv a
Vinv b
Vinv c

H. 13 Mô hình đơn giản inverter nối với lưới
Đơn giản hóa mọi yếu tố phi tuyến như ảnh
hưởng của biến áp, sự đóng cắt của van bán dẫn,…
ta có mối quan hệ:



. .
pcca
inva inva src a
pccb source invb source invb src b
invc invc src c
pccc
V
I I V
d
V R I L I V

dt
I I V
V
 
     
 
     
 
     
  
 
     
 
     
 
     
     
 
(8)
Thực hiện biến đổi Park, bỏ đi thành phần thứ tự 0,
biến đổi Laplace, định nghĩa độ chênh điện áp rơi
trên trở kháng của lưới là ΔV thì ta có mối quan hệ
với các thành phần dòng điện nghịch lưu như sau:
2
2
2
2
2
/ 1/
( ) . ( ) . ( )

/ 1/
( ) . ( )
source source
inv d q d
source
source
source
source
source
source
source sou
inv q d
source
source
L L
I s V s V s
R
R
s
s
L
R
L
s
L
L L
I s V s
R
s
L

w
w
w
w
w


   
 
 





 


 
 

 



  

 









 

  
 



 





 
2
. ( )
rce
q
source
source
source
source
V s
R

s
L
R
s
L
w

 



 



 

 









 
(9)
Điện áp rơi trên trở kháng nguồn phụ thuộc cả vào

hai thành phần dòng điện dọc trục và ngang trục
của nghịch lưu. Tuy nhiên ở tần số thấp, sự liên hệ
giữa thành phần xen kênh I
inv-q
lớn hơn nhiều sự
ảnh hưởng trực tiếp của I
inv-d
nên việc điều chỉnh
điện áp V
pcc
chỉ được thực hiện thông qua thành
phần ngang trục I
inv-q
. Bộ điều khiển ở đây có thể
được tổng hợp theo nhiều phương pháp khác nhau
như: thiết kế trên miền tần số theo tiêu chuẩn nào
đó hoặc thiết kế điều khiển số. Mặt khác, tham số
trở kháng nguồn là biến động không thể dự đoán
nên cần thiết phải có giải pháp điều khiên thích
nghi để điều chỉnh tham số của bộ điều khiển.
Vấn đề điều chỉnh công suất tác dụng bản chất là
tính toán lượng đặt công suất cho khâu nghich lưu
để ổn định công suất hệ thống nằm trong giới hạn
cho phép. Thành phần công suất tác dụng được
điều khiển thông qua dòng I
inv-d
. Đối với lưới ốc
đảo Hybrid, công suất tác dụng được sinh ra do hai
nguồn phát là D-G và WTGs. Ba chế độ làm việc
của hệ thống điện gió lai diesel như đã giới thiệu ở

Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ 6 113


Mã bài: 29
phần 2, SCESS đều tham gia vào quá trình điều
phối dòng công suất để cân bằng giữa nguồn phát
và phía tiêu thụ. Phương pháp xác định lượng đặt
công suất cho inverter có thể áp dụng là: sử dụng
khâu lọc để loại bỏ những biến động tần số cao, sử
dụng kết hợp với phương pháp điều khiển dự báo
dựa trên dữ liệu thống kê về biểu đồ gió trong
ngày, theo mùa, theo năm,…hay dữ liệu thống kê
về biến động phụ tải để tính toán lượng đặt tối ưu.
5. Kết luận
Bắt kịp xu hướng ứng dụng, triển khai những hệ
thống phát điện sử dụng năng lượng tái tạo đặc
biệt là năng lượng gió, bài viết này đã giới thiệu về
sự cần thiết như một yếu tố bắt buộc phải trang bị
cho hệ thống phát điện sức gió lưới điện hải đảo
thiết bị kho điện để đảm bảo chất lượng điện năng.
Những nguyên tắc làm việc cơ bản cũng như cơ sở
thiết kế điều khiển hệ thống cũng đã được trình
bày và gợi mở hướng giải quyết.

Tài liệu tham khảo
[1] J. K. Kaldellis: "Stand-alone and hybrid wind
energy systems," ed: Woodhead Publishing Limited,
2010.
[2] J. F. Manwell, A. Rogers, G. Hayman, C. T.
Avelar, J. G. McGowan, U. Abdulwahid, and K. Wu:

"Hybrid2-A hybrid system simulation model," June
30, 2006.
[3] EPRI-PAC-Coporation: "EPRI-DOE Handbook
Supplement of Energy storage for grid connection
wind generation applications," ed: US Department of
Energy, 2004.
[4] David Connolly: "A Review of Energy Storage
Technologies For the integration of fluctuating
renewable energy," ed: University of Limerick, 2010.
[5] R. Teodorescu, M. Liserre, and P. Rodríguez:
(2011). Grid Converters for Photovoltaic and Wind
Power Systems
[6] N. P. Quang: "Hệ thống năng lượng sức gió lai
dành cho hải đải đảo," in Giải pháp đấu nối và hoạt
động hỗn hợp gió - Diesel vào lưới điện Quốc gia và
lưới điện độc lập trên đảo, Thành phố Hồ Chí Minh,
2012.
[7] K. Yoshimoto, T. Nanahara, and G. Koshimizu:
"Analysis of data obtained in demonstration test
about battery energy storage system to mitigate
output fluctuation of wind farm," in Integration of
Wide-Scale Renewable Resources Into the Power
Delivery System, 2009 CIGRE/IEEE PES Joint
Symposium, 2009, pp. 1-1.
[8] N. Mendis, K. M. Muttaqi, S. Sayeef, and S.
Perera: "Application of a hybrid energy storage in a
remote area power supply system," in Energy
Conference and Exhibition (EnergyCon), 2010 IEEE
International, 2010, pp. 576-581.
[9] L. Barote and C. Marinescu: "Storage analysis for

stand-alone wind energy applications," in
Optimization of Electrical and Electronic Equipment
(OPTIM), 2010 12th International Conference on,
2010, pp. 1180-1185.
[10] C. N. Rasmussen: "Improving wind power
quality with energy storage," in Sustainable
Alternative Energy (SAE), 2009 IEEE PES/IAS
Conference on, 2009, pp. 1-7.
[11] C. Abbey and G. Joos: "Supercapacitor
Energy Storage for Wind Energy Applications,"
Industry Applications, IEEE Transactions on, vol.
43, pp. 769-776, 2007.
[12] A. Abdelkafi, L. Krichen, and A. Ouali:
"Control and energy management of a hybrid power
source including WECS-FC-SC," in Systems,
Signals and Devices (SSD), 2011 8th International
Multi-Conference on, 2011, pp. 1-7.
[13] A. M. Leon: "Advanced Power Electronic For
Wind-Power Generation Buffering," University Of
Florida, 2005.
[14] R. Sebastián and R. P. Alzola: "Simulation of
an isolated Wind Diesel System with battery energy
storage," Electric Power Systems Research, vol. 81,
2011.
[15] G. Mandic and A. Nasiri: "Modeling and
simulation of a wind turbine system with
ultracapacitors for short-term power smoothing," in
Industrial Electronics (ISIE), 2010 IEEE
International Symposium on, 2010, pp. 2431-2436.


Nguyễn Phùng Quang Sau
khi tốt nghiệp phổ thông Chu
Văn An năm 1970, đi du học
tại Đức (TU Dresden, viết tắt:
TUD). Tháng 9/1975 tốt
nghiệp Dipl Ing. (Uni.) tại
TUD về truyền động điện tự
động. Tháng 11/1991 bảo vệ
luận án Dr Ing. với đề tài về
“Áp nhanh mômen quay cho
động cơ xoay chiều ba pha
nuôi bởi biến tần nguồn áp”.
Trong 4 năm 1992-1995 làm việc tại công ty
REFU Elektronik Metzingen với nhiệm vụ phát
triển thế hệ biến tần mới điều khiển trên cơ sở
phương pháp tựa theo từ thông rotor, tháng 4/1994
bảo vệ và nhận bằng Dr Ing. habil. thuộc lĩnh vực
“Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều
ba pha”. Firmware điều khiển đã được cài đặt
trong các biến tần REFU 402 Vectovar, RD500
(REFU Elektronik), Simovert 6SE42, Master
Drive MC (Siemens).
114 Phạm Tuấn Anh, Nguyễn Phùng Quang


VCM2012
Ba năm 1996-1998 là giảng viên tại TUD và tháng
10/1997 được TUD công nhận là Privatdozent.
Tháng 1/1999 quay về Việt Nam và là giảng viên
của ĐHBK Hà Nội từ đó đến nay. Tháng 2/2004

được TUD phong Honorarprofessor, tháng
11/2004 nhận chức danh Phó Giáo sư và 11/2009
Giáo sư về Tự động hóa của ĐHBK Hà Nội.
Trong hơn 10 năm ĐHBK Hà Nội đã hướng dẫn
70 kỹ sư, 45 thạc sĩ, hướng dẫn 9 NCS (1 NCS
người Đức của TUD), trong số đó 5 NCS đã bảo
vệ thành công. Là tác giả / đồng tác giả của hơn
110 bài báo, báo cáo hội nghị trong và ngoài nước.
Là tác giả / đồng tác giả của 7 đầu sách chuyên
khảo và tham khảo, trong đó có 3 quyển bằng
tiếng Đức và 1 quyển tiếng Anh “Vector Control
of Three-Phase AC Machines – System
Development in the Practice” xuất bản 2008 tại
nhà xuất bản Springer.
Các lĩnh vực nghiên cứu: điều khiển truyền động
điện, điều khiển chuyển động và robot, điều khiển
vector cho các loại máy điện, điều khiển điện tử
công suất, điều khiển các hệ thống năng lượng tái
tạo (sức gió, mặt trời), hệ thống điều khiển số, mô
hình hóa và mô phỏng.

Phạm Tuấn Anh tốt
nghiệp hệ đào tạo
chính quy kỹ sư Điện
tự động công nghiệp
(2005), nhận bằng
Thạc sỹ khoa học về
Tự động hóa (2009)
của trường Đại học
Hàng hải Việt nam –

cơ quan công tác từ
năm 2005 cho đến
nay. Từ tháng 2/2011 là Nghiên cứu sinh chuyên
ngành Thiết bị và hệ thống điều khiển tự động tại
Đại học Bách khoa Hà Nội.
Các lĩnh vực nghiên cứu: Hệ thống điều khiển
số, điều khiển điện tử công suất, điều khiển máy
điện, hệ thống năng lượng tái tạo.