Tp chí Khoa học Đại học Công Thương 25 (4) (2025) 60-68
60
ĐIU KHIN B BIN ĐI CÔNG SUT TRONG H THNG
CÁC NGUỒN ĐIN PHÂN TÁN
Phạm Thị Xuân Hoa, Nguyễn Khắc Bình,
Trần Thị Như Hà, Nguyễn Thị Thanh Trúc*
Trường Đại hc Công Thương Thành ph H Chí Minh
*Email: trucntt@huit.edu.vn
Ngày nhn bài: 17/4/2024; Ngày nhn bài sa: 03/6/2024; Ngày chp nhận đăng: 30/8/2024
TÓM TT
Trong bài báo này trình bày phương pháp điều khin b biến đi công sut nhm duy trì ổn định
đin áp tn s cho microgrid hn hp AC/DC, b biến đổi công sut s hoạt động hai chiu để truyn
ti công sut qua li giữa hai lưới điện con AC và DC trong microgrid hn hp AC/DC hoạt động chế
độ độc lập. Phương pháp điu khin s duy trì s ổn định điện áp tn s cũng như sự cân bng ca
công sut tác dng và công sut phản kháng. Ngoài ra phương pháp đ xut có th nâng cao kh năng
phc hi đin áp tn s cho microgrid trong trường hp tải tăng hoặc s c ngun phát công sut
trong lưới con AC DC. Điều này được chng minh bng kết qu phng trên phn mm
Matlab/simulink.
T khóa: Nguồn điện phân tán, lưới điện siêu nh AC/DC lai, điu khin công suất trong lưới điện siêu
nhỏ, điều khin các b biến đổi công suất, điều khiển đin áp và tn s.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Vấn đ điu khin công sut cho các b biến đổi công sut trong microgrid đã nhận đưc s chú
ý đáng kể trong các công trình nghiên cu, nhiu công trình nghiên cứu trong ngoài ớc đã được
phát triển để gii quyết vấn đề này. Hin nay nhiu công trình nghiên cu v vic điu khin công
sut cho microgrid AC hoc microgrid DC [1-6]. Nhng nghiên cu này tp trung vào vic chia s công
sut cho các b biến đổi công sut kết ni song song đ gim dòng điện tuần hoàn trong microgrid độc
lp, ổn định tn s và điện áp khi microgrid b mt kết ni với lưới điện. Ngoài ra còn có nhng nghiên
cứu để ổn đnh dòng công sut phát vào lưới cho microgrid kết nối lưới [7-10], các nghiên cu này được
thc hin cho microgrid AC hoc DC thuần túy, chưa được áp dng cho microgrid hn hp AC/DC.
Vi li thế ca các tin ích và thiết b đin gia dng DC AC, vì vậy đ cung cp c hai nguồn điện
AC và DC cho các thiết b đin, microgrid hn hợp AC/DC dường như là một gii pháp kh thi. Ngun
đin xoay chiều thường được có sn cho các thiết b đin. Tuy nhiên, thông qua vic s dng microgrid
hn hp AC/DC, ngun DC có th đưc cung cp cho thiết b DC mà không có tn tht chuyển đổi
đáng kể. Công suất thu đưc t các ngun tái tạo như quang điệnpin nhiên liu là loại DC. Do đó,
cn hp nhất c lưới điện siêu nh AC DC thông qua b biến đi công sut hai chiu và thiết lp
mt microgrid hn hp AC/DC, giúp gim bt vic chia s công sut trên c mạng khác nhau cũng
như cả hai loi ph tải. Hơn nữa, có tính đến s ổn định ca h thng điện. Vì vy trong bài báo này s
đề xuất phương pháp điều khin công sut cho microgrid hn hp AC/DC cha các ngun cung cp và
các ti cấu trúc như Hình 1. Cu trúc này ci thin tính linh hot ca vic phân phối điện s
dng các nguồn năng lưng phân tán. B chuyển đổi AC/DC để điu khin chuyn đổi công sut gia
các bus AC và DC trong microgrid AC/DC, được gi Interlinking Converter (IC), IC cn qun
dòng công sut hai chiu giữa hai lưới điện con AC DC, phi hợp điều khin vic truyn công
sut giữa lưới con AC DC giúp duy trì ổn định tn s, điện áp bus AC và DC. Điều này có nghĩa là
khi tình trng mt cân bằng điện năng xảy ra trong một lưới điện con thì các lưới điện khác s b nh
ởng, khi đó buc phi cung cp công sut h tr cn thiết để đảm bo cung cấp đin cho toàn b ti
trng quan trng trong h thống lưới điện siêu nh hn hp AC/DC.
DOI: https://doi.org/10.62985/j.huit_ojs.vol25.no4.331
Điu khin b biến đổi công sut trong h thng các nguồn điện phân tán
61
Trng tâm ca bài báo này là tp trung vào vic nghiên cứu điều khin công sut cho IC nhm duy trì
ổn định tn s đin áp c hai phía ACDC cho microgrid hn hp AC/DC chế độ độc lp, cũng như
s cân bng ca công sut tác dng và phản kháng. Phương pháp điều khiển cũng kết hp vi vic nâng
cao kh năng phục hi ca microgrid hn hp AC/DC khi tải tăng đột ngt hoc s c ngun phát công
sut trong lưới con AC và DC.
Hình 1. Cu trúc ca microgrid hn hp AC/DC [6]
2. B ĐIU KHIỂN ĐỀ XUT
Cấu trúc đơn giản hóa của microgrid AC/DC được hin th trong Hình 1. Nó bao gm c i con
AC DC. i con AC bao gm các ngun phát điện phân tán DG (distributed generator), ti xoay
chiu, ti phi tuyến đường dây. Tương tự, i con DC bao gm nguồn điện mt chiu, ti mt chiu
đường dây. Hai thanh cái AC DC chia toàn b h thng microgrid thành ba phần: lưới điện AC,
ới điện DC IC. B chuyển đổi IC được điu khin để đảm bảo điện áp tn s s vn ổn định
trong các điều kin hoạt động khác nhau, liên kết c hai i con AC và DC, IC tạo điều kin thun li
cho vic truyn ti dòng công sut hai chiu. Do s biến động đột ngt ca ti AC, h thng microgrid
th hin s st gim tn số. Tương tự như vậy, s thay đổi mnh trong ti DC th hin s st giảm điện
áp. Các s thay đổi t phát v tn s điện áp không ch bt lợi đối vi hiu sut ca h thng microgrid
mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến tui th ca các thiết b đin.
chế độ vận hành đc lp, không có ngun đin t ới điện, IC cn phi được điu khin để duy trì
tn s đin áp c bus AC và DC không đổi, do đó cần đề xut một phương pháp điều khin phù hp.
Hình 1 cho thy ti DC ph thuc trc tiếp vào người tiêu dùng, có th xảy ra trường hp công sut
ti DC yêu cầu t quá công sut ca c ngun DC to ra. Trong tình hung này, s cn công sut truyn
ti t phía ngun AC qua DC để bù cho nhu cu công sut tải phía DC. Tương tự như vậy, trong trưng
hp tải AC tăng, nhu cầu ti AC có th t quá ngun cung cp AC thìng cn công sut truyn ti
t phía ngun DC qua AC để đáp ứng yêu cu. Vì thế, vic duy trì ổn định đin áp bus và cân bng công
sut là mục tiêu điu khin cho IC.
Trong bài báo này, kết hợp phương pháp điều khin droop P/f -Q/Vac droop P/Vdc để điu khin
công sut hai chiu cho IC trong các chế độ hoạt động khác nhau. Chiến ợc điều khiển đề xuất để ci
thin tính ổn định ca microgrid để gii quyết dòng công sut ca IC, khi đó tần s phía AC và điện áp
phía DC ca microgrid th đưc gii hn trong phạm vi cho phép. Đồng thi phương pháp đề xut cũng
nâng cao kh năng phục hi ca microgrid khi có s c các nguồn phát trong lưi con AC và DC, sơ đồ
điu khin đề xut đưc thiết kế để đáp ứng 2 mc tiêu trên s đưc trình bày trong phn tiếp theo.
2.1. Phương pháp điều khin droop cho i con AC
Droop là phương pháp điu khin công sut không cn truyn thông [10-11], droop hoạt động
không cn giao tiếp điu cn thiết để kết ni các b biến đổi công sut xa. có th tránh s
phc tp và chi phí cao, nâng cao độ tin cy ca h thng. Ngoài ra, mt h thng như vậy d dàng
để m rng hơn những tính năng plug-and-play ca các mô đun, cho phép thay thế mt b nghch
lưukhông dng li toàn b h thng. Theo nguyên lý droop, công sut tác dng và công sut phn
kháng được điều khin theo hai đại lượng độc lp tn s biên đ điện áp. Trong đó, công suất tác
dụng điu khin tn s h thng, trong khi công sut phản kháng điều khiển biên độ đin áp (droop P/f
Phm Th Xuân Hoa, Nguyn Khc Bình, Trn Th Như Hà, Nguyễn Th Thanh Trúc
62
và droop Q/V). Phương pháp droop này có ưu điểm là thc hiện đơn giản, không cn giao tiếp, linh hot
và đáp ng d dàng khi m rng microgrid.
Theo Hình 1, công sut tác dng phn kháng ca các nguồn phân tán trong lưới con AC phát
ra được tính như sau [11-15]:
𝑃 = 𝑉
𝑅2+𝑋2[𝑅(𝑉 𝑉𝐴𝐶𝑐𝑜𝑠𝛿)+𝑋𝑉𝐴𝐶𝑠𝑖𝑛𝛿] (1)
𝑄 = 𝑉
𝑅2+𝑋2[−𝑅𝑉𝐴𝐶𝑠𝑖𝑛𝛿 +𝑋(𝑉𝑉𝐴𝐶𝑐𝑜𝑠𝛿)] (2)
Trong đó: V đin áp ngõ ra ca ngun phân tán trong lưới con AC, I dòng điện chy trên
đưng dây ni t nguồn phân tán đến thanh cái AC chung,
là góc lch pha giữa điện áp đầu ra ca ca
nguồn phân tán trong lưới con điện áp bus AC, VAC điện áp bus AC chung, R X tr kháng
trên đường dây.
Trong mng phân phối, đường dây thường X lớn hơn nhiều so vi R góc lch
thường rt
nh, khi đó phương trình (1) và (2) được viết lại như sau:
𝛿 𝑋𝑃
𝑉𝑉𝐴𝐶 (3)
𝑉𝑉𝐴𝐶 𝑋𝑄
𝑉 (4)
Phương trình (3) (4) cho thy: công sut tác dng (P) ph thuc tn s (f), công sut phn kháng
(Q) ph thuộc điện áp (V). T đó ta có thể thiết lp b điu khin droop P/fQ/V để điu khin công
sut cho các b biến đổi công suất như sau:
𝑓 = 𝑓0𝑚𝑝𝑃 (5)
𝑉 = 𝑉0𝑚𝑞𝑄 (6)
Trong đó hệ s độ dc mp và mq đưc chọn theo độ lệch điện áp tn s cho phép so vi định mc:
𝑚𝑝=𝑓0𝑓𝑚𝑖𝑛
𝑃𝑚𝑎𝑥 ; 𝑚𝑞=𝑉0𝑉𝑚𝑖𝑛
𝑄𝑚𝑎𝑥 (7)
Trong đó Pmax là công sut tác dng ln nht mà nguồn điện phân tán cho phép; Qmax là công sut
phn kháng ln nht mà nguồn điện phân tán cho phép; P0 Q0 công sut tác dng và phn kháng
định mc ca nguồn điện phân tán; P, Q các giá tr công sut tác dng phn kháng thc tế
nguồn điện phân tán phát ra; V0, f0 là điện áp định mc và tn s định mc ca h thng microgrid; V, f
là điện áp và tn s ngõ ra ca nguồn điện phân tán.
2.2. Phương pháp điều khiển droop cho lưới con DC
Theo Hình 1, ta có phương trình:
𝑉𝑑𝑐,𝐷𝐺 = 𝑖𝑑𝑐𝑅𝑑𝑐 +𝑉𝑑𝑐 (8)
Trong đó: Vdc,DG điện áp ngõ ra ca nguồn điện phân tán; Vdc điện áp bus DC chung; Rdc
đin tr của đường dây ni t ngun điện phân tán đến bus DC chung, idc là dòng đin chạy trên đường
dây. Mt khác, ta có:
𝑉𝑑𝑐 =𝑃𝐿,𝑑𝑐
𝑖𝐿,𝑑𝑐 (9)
Trong đó: PL,dc là công sut tiêu th ca ti DC; iL,dc là dòng điện chy qua ti DC
Kết hp (8) và (9) ta có:
𝑉𝑑𝑐,𝐷𝐺 = 𝑖𝑑𝑐𝑅𝑑𝑐 +𝑃𝐿,𝑑𝑐
𝑖𝐿,𝑑𝑐 (10)
T phương trình (10), phương pháp droop cho lưới con DC th đưc thc hiện theo phương
trình Pdc/Vdc:
Điu khin b biến đổi công sut trong h thng các nguồn điện phân tán
63
𝑉𝑑𝑐 = 𝑉𝑑𝑐0𝑚𝑑𝑐𝑃𝑑𝑐 (11)
Trong đó mdc là h s độ dốc, được tính theo công thc sau:
𝑚𝑑𝑐 =𝑉𝑑𝑐0 𝑉𝑑𝑐,𝑚𝑖𝑛
𝑃𝑑𝑐,𝑚𝑎𝑥 (12)
Trong đó Pdc,max là công sut tác dng tối đa mà nguồn điện phân tán cho phép phát ra khi điện áp
trên thanh cái DC gim xung mức điện áp ti thiu cho phép Vdc,min.
2.3. Phương pháp điều khin droop cho IC
T các phương trình trên cho thy ng sut tác dng mt trong c i con AC DC, còn
công sut phn kháng ch mặt trong lưới con AC. Khi công sut tác dụng thay đổi thì tn s trong
ới con cũng thay đổi.
Để hp nhất lưới con AC và DC li vi nhau thì tn s f trong lưới xoay chiều và điện áp Vdc trong
i mt chiều được chuẩn hóa như sau:
𝑁𝑓=𝑓 (𝑓𝑚𝑎𝑥 +𝑓𝑚𝑖𝑛)/2
(𝑓𝑚𝑎𝑥 𝑓𝑚𝑖𝑛)/2 (13)
𝑁𝑉=𝑉𝑑𝑐 (𝑉𝑑𝑐,𝑚𝑎𝑥 +𝑉𝑑𝑐,𝑚𝑖𝑛)/2
(𝑉𝑑𝑐,𝑚𝑎𝑥 𝑉𝑑𝑐,𝑚𝑖𝑛)/2 (14)
Trong đó Nf NV biu th cho tn s chuẩn a điện áp chun hóa ca microgrid. Tn s và
điện áp trong microgrid AC/DC đưc ổn định khi Nf = NV. Vì IC phn t liên kết giữa hai i con
ca microgrid AC/DC, tn s AC và điện áp bus DC có th thu được trong ni b microgrid thông qua
IC. Do đó, việc điều khiển đ Nf = NV th thu đưc bng cách s dng b điu khin tích phân t l
(PI) trong b điu khin công sut cho IC. T đó IC được điều khiển dưới dạng như là mt ngun điện
áp xoay chiu vi droop hai chiu:
𝑓 = 𝑓0𝑚𝑝,𝑖𝑐𝑃𝑖𝑐 (15)
𝑉 = 𝑉0𝑚𝑞,𝑖𝑐𝑄𝑖𝑐 (16)
Trong đó hệ s độ dc mp,ic mq,ic đưc chọn theo độ lệch điện áp tn s cho phép so với định mc:
𝑚𝑝,𝑖𝑐 =𝑓𝑚𝑎𝑥 𝑓𝑚𝑖𝑛
𝑃𝑖𝑐,𝑚𝑎𝑥 (17)
𝑚𝑞,𝑖𝑐 =𝐸𝑚𝑎𝑥 𝐸𝑚𝑖𝑛
𝑄𝑖𝑐,𝑚𝑎𝑥 (18)
Trong đó Pic,maxcông sut tác dng ln nht IC cho phép; Qic,max công sut phn kháng
ln nht IC cho phép; P0 Q0 công sut tác dng phản kháng định mc ca IC; P, Q các
giá tr công sut tác dng và phn kháng thc tế mà IC phát ra; V0, f0 là điện áp định mc và tn s định
mc ca h thng microgrid; V, f là điện áp và tn s ngõ ra ca IC.
Với đặc tính droop, tn s f đưc h tr bi Pic giữa hai lưới AC và DC. Bt k kết ni ngun AC
hay không, IC vn có th điu chỉnh điện áp bus DC. Để đạt được s ổn định tn s điện áp trong
microgrid AC/DC, b điu khiển PI đưc s dụng để dch chuyển đường droop dc theo trc f, đ làm
cho Nf NV bng nhau mà không ảnh hưởng đến điện áp xoay chiu AC:
∆𝑓 = 𝑘𝑝∫(𝑁𝑉𝑁𝑓)𝑑𝑡 (19)
Trong đó: kp là h s tích phân, Nv Nf đưc tính theo (13) và (14)
Nf chun hóa vn nm trong phm vi chp nhận đưc, b điu khin PI trong (19) có th giúp
NV bám theo Nf chun hóa.
Kết hp (15) và (19), ta có:
𝑓 = 𝑓0𝑚𝑝,𝑖𝑐𝑃𝑖𝑐 + 𝑓 (20)
Phm Th Xuân Hoa, Nguyn Khc Bình, Trn Th Như Hà, Nguyễn Th Thanh Trúc
64
Bằng cách điu chnh công sut tác dng nra t IC, điện áp của lưới DC th đưc h tr
xung quanh phm vi chp nhận đưc ca nó. Sơ đồ điu khin công sut cho IC đề xut th điu
chỉnh điện áp xoay chiu hoc điện áp mt chiu đưc thc hiện theo phương trình (16) và (20), nhm
duy trì ổn định tn s đin áp c hai phía AC và DC cho microgrid hn hp AC/DC chế độ độc lp,
cũng như sự cân bng ca công sut tác dng và phn kháng, nâng cao kh năng phc hi khi các ngun
trong lưới con b s c, tránh chuyển đổi chế độ và đạt được hoạt động trơn tru. Sơ đồ khối điều khin
công sut cho IC được cho trong Hình 2.
i
Phát điện áp tham
chiếu
Tính toán công
suất và lọc thông
thấp
Bộ điều khiển
droop 2 chiều cho
IC theo (16) và
(20)
vV
ref
Bộ điều khiển
dòng điện
Bộ điều khiển
điện áp
P
Q
V
q
Iref VICref SVPWM VIC
Hình 2. Sơ đồ khối điều khin công sut cho IC
Hình 2 trình bày sơ đồ khi điều khin công sut cho IC, sơ đồ này bao gm:
Vòng điều khiển bên ngoài là vòng điu khin công sut (droop 2 chiu), để điu khin công
sut phát ca IC.
Vòng điều khin n trong vòng điu khiển điện áp đ điu khiển điện áp ngõ ra ca IC sau khi
lc vòng điu khiển dòng điện đ điu khiển dòng điện ngõ ra ca IC.
B điu chế vec tơ không gian (SVPWM) đ to ra đin áp 3 pha nra ca b biến đi công sut.
3. KT QU MÔ PHNG
B điu khiển đề xuất được mô phng bng Matlab/Simulink (Hình 3), các thông s ca b điu
khiển được trình bày trong Bng 1.
Hình 3. Mô hình mô phng bng phn mm Matlab/Simulink
Bng 1. Bng các thông s ca b điu khin
Thông s
Giá tr
Thông s
Giá tr
Vcd (V)
600
f0 (Hz)
50
Lf (mH)
4,2
fmax(Hz)
51
Rf (
)
0,1
VAC,p (V)
311
C (
F)
2,2
fz(kHz)
10
Vcd, max (V)
610
fmin(Hz)
49
Vcd, min (V)
590
kp
0,9