Ảnh hưởng của nhà máy điện mặt trời solar pv công suất lớn đối với hệ thống điện và giải pháp ngăn ngừa

giá trị điện dẫn tức 
thời (I/V) với giá trị điện dẫn gia tăng INC (dI/dV). Tại điểm công suất cực đại INC 
(dI/dV) bằng với điện dẫn tức thời (I/V) nghĩa rằng độ dốc của đường cong công suất là 
bằng không. Khi điện dẫn gia tăng bé hơn hoặc lớn hơn điện dẫn tức thời thì điện áp đầu 
ra của PV hoặc tăng lên hoặc giảm xuống. 
2.1.3. Tích hợp mô hình động PV 
Một mô hình động cho PV với thuật toán MPPT đã được xây dựng. Trong PSS/E, 
mô hình PV được sử dụng thay thế là mô hình nhà máy gió loại WT4 đồng thời kết hợp 
thêm mô hình tuyến tính đường cong đầu ra PV Panel và model điều khiển như bộ 
converter PVGU, điều khiển điện PVEU. Thông số cường độ bức xạ mặt trời là đầu vào 
cho mô hình Panel [8]. 
Mô hình PV được sử dụng mô phỏng là mô hình nhà máy gió loại WT4 do 2 loại 
thiết bị này sử dụng cùng 1 loại công nghệ. Cả hai công nghệ PV và turbine gió loại 
WT4 đều dùng công nghệ điều khiển và inverter để đẩy công suất vào lưới. 
Theo hình 2 trong mô hình converter, tính hiệu dòng điện tác dụng và dòng điện 
phản kháng được dùng để tính toán dòng điện bơm vào hệ thống. Công suất từ PV thay 
đổi phù hợp với điều kiện thời tiết. Điều kiện về sự thay đổi nhiệt độ là điều kiện tiên 
quyết nhưng trong nghiên cứu này nhiệt độ được giả định là hằng số không đổi 
(t = 25 oC) và cường độ bức xạ mặt trời là đầu vào. 
214 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 
Hình 2: Mô hình điều khiển trong PSS/E [8] 
2.2. Mô hình thiết bị STATCOM 
Nguyên lý tạo công suất bù bằng bộ nghịch lưu điện áp được thể hiện trên hình 3. 
X là điện kháng của máy biến áp. Bộ nghịch lưu áp sẽ được điều khiển để tạo điện áp 3 
pha cùng tần số của điện áp hệ thống. Mỗi áp pha tạo nên bởi bộ nghịch lưu áp sẽ cùng 
pha với điện áp hệ thống và điện áp tạo thành đó mắc liên kết vào hệ thống lưới điện 
nhờ máy biến áp liên kết, điện kháng X thường có giá trị nhỏ. 
Hình 3: Mô hình STATCOM và sơ đồ tương đương 
Mô hình hàm truyền điều khiển STATCOM được thể hiện bên dưới: 
Hình 4: Sơ đồ khối hàm truyền của STATCOM 
Tín hiệu điện áp tại thanh cái lắp đặt STATCOM liên tục đưa về để so sánh với tín 
hiệu đặt VT. Nếu điện áp VT cùng pha với điện áp hệ thống V, nhưng có biên độ lớn 
hơn, dòng công suất phản kháng chạy từ STATCOM vào hệ thống ICMAX, để nâng điện 
áp lên. Ngược lại, nếu điều khiển điện áp VT thấp hơn điện áp hệ thống, thì dòng điện 
ILMAX chạy từ lưới vào STATCOM, do vậy hạn chế quá điện áp trên lưới điện. 
PHÂN BAN NGUỒN ĐIỆN | 215 
2.3. Mô hình Battery Energy Storege System – BESS 
Thiết bị BESS có thể dùng để nâng cao ổn định hệ thống khi cần thiết, vì nó có 
thể hấp thụ công suất từ lưới hoặc đẩy công suất lên hệ thống trong trường hợp khẩn 
cấp. Nếu công suất thiết bị BESS là đủ để hấp thụ hoặc đẩy toàn bộ công suất cần thiết 
của hệ thống trong trường hợp khẩn cấp sẽ giảm thiểu sự mất ổn định về tần số. 
Hình 5: Mô hình thiết bị BESS 
 Mô hình điều khiển BESS 
Điều khiển BESS dựa trên tín hiệu phụ trợ là tần số hệ thống Paux thông qua thiết 
bị PAUX1. Trong trường hợp này, chức năng của BESS là hạn chế dao động tần số. Mô 
hình PAUX1 (hình 6) về cơ bản là một bộ điều khiển tỷ lệ với hằng số Kc yêu cầu. Ngõ 
vào lấy tín hiệu dao động tần số, ngõ ra điều khiển công suất, được gửi đến mô hình 
BESS. Đáp ứng công suất ra của BESS tỷ lệ với độ lệch tần số tại nút, nơi pin được nối. 
Ngoài ra, nó có bộ lọc thông thấp (hằng số thời gian TR), một bộ lấy mẫu hoặc thiết bị 
chuyển đổi có độ trễ (hằng số thời gian TD) và một khối giới hạn đầu ra, để giới hạn 
công suất tác dụng của pin. 
Hình 6: Mô hình thiết bị điều khiển BESS 
216 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 
2.4. Các kịch bản mô phỏng 
Bài viết mô hình hóa và xây dựng hệ thống lưới điện 500 kV, 220 kV Việt Nam, 
tỉnh Ninh Thuận phù hợp với QHĐ VII điều chỉnh có xem xét đến quy hoạch nguồn 
năng lượng tái tạo tỉnh Ninh Thuận đến năm 2025. Trong đó các NM ĐMT khu vực 
huyện Thuận Nam được mô phỏng như là 1 nhà máy ĐMT (Solar T.N 24) có công suất 
tổng là 1.187 MW (Cos = ±0,95) được đấu nối với trạm biến áp 220 kV Thuận Nam 
qua đường dây mạch kép 220 kV dài khoảng 15 km. Hình 7 là phân bố công suất trên 
lưới điện 500 kV, 220 kV khu vực kết nối giữa tỉnh Ninh Thuận và Bình Thuận tại thời 
điểm lúc 11h am. Hình 8 là hoạt động trong 1 ngày của Solar T.N 24, trong đó thời gian 
tính toán được phân tích trong 24h với thời gian lấy mẫu theo 60 phút/lần. 
Hình 7: Phân bố công suất trên lưới điện 500 kV, 220 kV khu vực Ninh Thuận và Bình Thuận 
Để đánh giá ảnh hưởng của nhà máy điện mặt trời công suất lớn đến lưới điện, bài 
viết trình bày các kịch bản mô phỏng như sau: 
 Kịch bản 1: Ảnh hưởng bởi mây che gây ảnh hưởng đến cường độ bức xạ; 
 Kịch bản 2: Sự cố ngắn mạch trên cung đường dây 220 kV Thuận Nam – 220 kV 
Solar T.N24 với thời gian tồn tại sự cố 0,2 sec. 
PHÂN BAN NGUỒN ĐIỆN | 217 
Hình 8: Hoạt động của NMĐMT Solar T.N24, công suất trên 1 mạch đường dây 220 kV Thuận Nam 24-
TBA 220 kV Thuận Nam và dao động điện áp trên thanh cái 220 kV T.N24 trong 1 ngày 
2.4.1. Ảnh hưởng bởi mây che gây ảnh hưởng đến cường độ bức xạ 
Một đám mây che phủ lớn có thể thay đổi độ rọi năng lượng mặt trời và làm thay 
đổi lớn về công suất ra của Solar T.N24. Việc mất một lượng lớn công suất PV trong 
một thời gian ngắn có thể có tác động đáng kể đến hệ thống gây ra các dao động tần số 
và điện áp trên lưới. Mặc dù không có ghi nhận được từ dữ liệu quá khứ về hiện tượng 
này, tuy nhiên bài viết cũng xem xét tính toán đối với các trường hợp này theo các 
hướng tiêu cực nhất. Trong đó xem xét thời gian đám mây che phủ duy trì trong thời 
gian đến 1 phút. Với thời gian mây che lượng bức xạ mặt trời giảm mạnh từ 1000 W/m2 
xuống 0 W/m2 và phục hồi trở lại sau đó. 
Hình 9: Cường độ bức xạ mặt trời thay đổi trong 1 phút do tác động của mây che tương ứng 
với công suất phát của Solar Thuận Nam 
23:0018:24:0013:48:0009:12:0004:36:0000:00:00
1600.00
1200.00
800.00
400.00
0.00
-400.00
THUANAM24: Total Active Power in MW
THUANAM24: Total Reactive Power in Mvar
11:00:00
1180.000 MW
11:00:00
171.695 Mvar
23:00:0018:24:0013:48:0009:12:0004:36:0000:00:00 [s]
80.00
60.00
40.00
20.00
0.00
-20.00
1.084
1.082
1.080
1.078
1.076
1.074
220THUANNAM220_THUANAM24_1: Loading in % 859672 THUANAM24: u, Magnitude in p.u.
218 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 
Hình 10: Dao động tần số tại thanh cái 220 kV Thuận Nam 
Hình 10 trình bày về dao động tần số trên thanh cái 220 kV Thuận Nam. Tần số 
giảm gần 1,5 Hz khi mất đi lượng công suất hơn 1000 MW và phục hồi dần khi đám mây 
đi qua, tuy nhiên tần số sau đó có xu hướng tăng lên trước khi trở về giá trị định mức. 
Hình 11: Dao động điện áp tại thanh cái 220 kV Thuận Nam 
Hình 11 thể hiện biên độ dạng sóng điện áp tại thanh cái 220 kV trạm biến áp 
220 kV Thuận Nam. Nhận thấy rằng biên độ điện áp ngay tại thời điểm cường độ bức xạ 
mặt trời giảm có dao động lớn tăng vọt đột ngột. Sau thời gian dao động điện dần phục 
hồi về ổn định ở chế độ vận hành bình thường. Với các kết quả mô phỏng trên nhận 
thấy rằng trường hợp cường độ bức xạ mặt trời thay đổi đột ngột đã gây ra sự gián đoạn 
về phát công suất của nhà máy điện mặt trời. Kéo theo sự giảm bức xạ mặt trời từ 1000 
W/m2 xuống 0 W/m2 là sự dao động điện áp và tần số tại các nút, tuy nhiên so với yêu 
cầu về quy định [9] thì sự dao động này vẫn còn nằm trong phạm vi cho phép vận hành. 
0 10 20 30 40 50 60 70
236
236.5
237
237.5
238
238.5
239
239.5
240
240.5
Time (sec)
V
ol
ta
ge
 (k
V)
Without-FACTS
PHÂN BAN NGUỒN ĐIỆN | 219 
2.4.2. Sự cố ngắn mạch 1 mạch đường dây 220 kV Thuận Nam – 220 kV Solar 
T.N24 với thời gian tồn tại sự cố 0,2s 
Trường hợp này, bài báo giả định trường hợp sự cố trên 1 mạch đường dây 220 
kV Thuận Nam – 220 kV Solar T.N24 tại thời gian t = 1s và sự cố được loại trừ sau 
0,2s. Đường dây vận hành 1 mạch. Trường hợp này bức xạ mặt trời đang tính toán ở 
mức 1000 W/m2. 
Hình 12: Đáp ứng công suất phát của nhà máy Solar T.N24 
Hình 13: Dao động điện áp tại thanh cái 220 kV Thuận Nam 
Hình 14: Dao động tần số tại thanh cái 220 kV Thuận Nam 
220 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 
Hình 13, 14 trình bày dao động điện áp và tần số trên thanh cái 220 kV Thuận 
Nam. Tần số tăng khoảng gần 0,5 Hz trong khoảng thời gian sự cố và dao động về giá 
trị định mức sau khoảng 4 sec. 
2.5. Các giải pháp nâng cao ổn định 
Tương ứng với các kịch bản nghiên cứu, các kết quả phân tích thấy rằng nhà máy 
Solar T.N24 tạo ra các ảnh hưởng về điện áp cũng như tần số đến hệ thống, tuy nhiên sự 
dao động này vẫn nằm trong phạm vi cho phép của thông tư 25/2016/TT - BCT [9]. 
Nhưng với mục tiêu nâng cao hơn về chất lượng điện năng, tăng độ ổn định của 
hệ thống điện, bài báo xem xét 2 giải pháp tích hợp vào hệ thống lưới điện là đưa vào 
vận hành thiết bị STATCOM (công suất ±500 MVAr) hoặc BESS (P = 500 MW, 
Q = ±500 MVAr). Ba trường hợp được đưa ra xem xét là trường hợp lưới không trang 
bị thiết bị FACTS, lưới trang bị STATCOM và lưới trang bị BESS như hình 15. So sánh 
ưu điểm các thiết bị thông qua đánh giá dao động tần số và điện áp qua phân tích ổn định 
hệ thống. 
Hình 15: Sơ đồ đấu nối nhà máy điện mặt trời T.N24 và các giải pháp 
2.5.1. Ảnh hưởng bởi mây che gây ảnh hưởng đến cường độ bức xạ 
Hình 16: Dao động tần số tại thanh cái 220 kV Thuận Nam 
PHÂN BAN NGUỒN ĐIỆN | 221 
Hình 16, 17 là các kết quả so sánh của 3 trường hợp có và không có lắp đặt thiết 
bị hỗ trợ. Kết quả cho thấy đối với trường hợp ảnh hưởng bởi mây che, STATCOM 
không tham gia hỗ trợ duy trì tần số của lưới điện. STATCOM với chức năng phát/thu 
công suất phản kháng và không tham gia điều phối công suất tác dụng, do đó cũng như 
trường hợp không trang bị thiết bị FACTS, tần số lưới điện đối với hệ thống có lắp đặt 
STATCOM vẫn giảm thấp đến 1,5 Hz khi có hiện tượng mây che. 
Ngược lại, BESS lại đóng vai trò rất lớn trong việc duy trì tần số. Hình 17 cho 
thấy đối với trường hợp lưới điện trang bị STATCOM, tần số vẫn giảm đến 1,5 Hz tại 
thời điểm hơn 10 sec, trong khi đó đối với lưới điện có trang bị thiết bị BESS, tần số chỉ 
giảm khoảng 0,6 Hz. Ưu điểm này là do khi mất đi một lượng công suất lớn từ 
NMĐMT, BESS tham gia cung cấp một phần công suất tác dụng ra lưới nhằm duy trì 
tần số đảm bảo không cho tần số giảm nhiều. 
Hình 17: Đáp ứng công suất phản kháng của STATCOM và vận hành của BESS (xả) 
Hình 18: Dao động điện áp tại thanh cái 220 kV Thuận Nam 
Đối với ổn định điện áp, tại thời điểm bức xạ giảm về 0, STACOM giữ điện áp 
khá tốt khi cho độ vọt lố điện áp thấp hơn so với BESS. Tuy nhiên, giai đoạn trở về xác 
222 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 
lập, BESS điều khiển biên độ điện áp trở về xác lập với đáp ứng thời gian nhanh hơn so 
với STATCOM. 
2.5.2. Sự cố ngắn mạch 
Xem xét trường hợp cắt loại trừ sự cố 3 pha trên 1 mạch đường dây 220 kV Thuận 
Nam – Solar T.N24 với thời gian tồn tại sự cố 0,2s. Điểm sự cố nằm gần TBA 220 kV 
Solar T.N24. Trường hợp này bức xạ mặt trời đang tính toán ở mức 1000 W/m2. 
Hình 19, 20 trình bày các kết quả so sánh của 3 trường hợp có và không có lắp đặt 
thiết bị hỗ trợ đối với sự cố lưới điện có đấu nối với NMĐMT. Kết quả cho thấy, xét về 
chất lượng điện áp, STATCOM duy trì điện áp tốt hơn ở giai đoạn sau sự cố, trong khi 
đó BESS lại cho độ vọt lố điện áp cao hơn. Tuy nhiên, xét về tần số có thể thấy BESS 
chiếm ưu thế hơn khi duy trì tần số trong dải yêu cầu tốt hơn. Hình 21 trình bày hoạt 
động nạp, xả của thiết bị BESS cũng như đáp ứng công suất phản kháng đầu ra của 
STATCOM trong quá trình quá độ. 
Hình 19: Dao động điện áp tại thanh cái 220 kV Thuận Nam 
Hình 20: Dao động tần số tại thanh cái 220 kV Thuận Nam 
PHÂN BAN NGUỒN ĐIỆN | 223 
Hình 21: Đáp ứng công suất phản kháng của STATCOM và vận hành của BESS (nạp) 
2.6. Kết luận 
Bài viết thực hiện xây dựng các mô hình thiết bị PV, STATCOM, BESS trên phần 
mềm PSS/E-33 với khảo sát phân tích ổn định hệ thống qua các trường hợp tiêu cực 
nhất trong quá trình vận hành. Các kết quả phân tích thấy rằng nhà máy Solar T.N24 tạo 
ra các ảnh hưởng về điện áp cũng như tần số đến hệ thống, tuy nhiên sự dao động này 
vẫn nằm trong phạm vi cho phép theo Thông tư số 25/2016/TT-BCT [9]. Với mục tiêu 
nâng cao hơn về chất lượng điện năng, tăng độ ổn định của hệ thống điện, bài viết xem 
xét 2 giải pháp tích hợp vào hệ thống PV là sử dụng thiết bị STATCOM hoặc BESS. 
Để nâng cao ổn định về tần số và điện áp khi tích hợp nguồn điện mặt trời công 
suất lớn thiết bị BESS phù hợp hơn so với STATCOM. Do đó, bài viết kiến nghị ứng 
dụng thiết bị BESS cho việc hỗ trợ ổn định tần số và điện áp cho hệ thống điện có kết 
nối NMĐ mặt trời công suất lớn. 
Với đặc tính của thiết bị BESS có khả năng nạp và xả năng lượng khi cần thiết, vì 
vậy BESS rất phù hợp với việc hỗ trợ nhà máy điện mặt trời công suất lớn cũng như hệ 
thống. Ngoài sự ổn định, BESS có thể hỗ trợ về chạy phủ đỉnh (san bằng đồ thị phụ tải) 
- giảm tổn thất truyền tải, tăng khả năng phát công suất (cung cấp dự phòng quay). 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Rakibuzzaman Shah, Nadarajah Mithulananthan, Arthit- Sode-Yome and Kwang.Y.Lee 
“Impact of Large-Scale PV Penetration on PowerSystem Oscillatory Stability” in Power 
and Energy Society General Meeting, 2010 IEEE. 
[2] Daniel Noel, Felipe Sozinho, Dwight Wilson, Kenan Hatipoglu “Analysis of Large Scale 
Photovoltaic Power System Integration into the Existing Utility Grid Using PSAT” in 
SoutheastCon, 2016 IEEE. 
[3] Quyết định số 428/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ: Phê duyệt điều chỉnh Quy hoạch 
phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 - 2020 có xét đến năm 2030. 
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
-400
-200
0
200
400
600
Time (sec)
S
TA
T
C
O
M
 a
nd
 B
E
SS
 O
ut
pu
t
STATCOM-Qout(MVAr)
BESS-Charging(MW)
BESS-Qout(MVAr)
224 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 
[4] JAGow, C.D.Manning; “Development of a photovoltaic array model for use in power-
electronics simulation studies”, IEE Proc.·Electr. Power Appl.. Vol. 146, No, 2. March 
1999. 
[5] Jinhui Xue, Zhongdong Yin, Bingbing Wu, Jun Peng; “Design of PV Array Model Based 
On EMTDC/PSCAD” in Power and Energy Engineering Conference, 2009, Page(s): 1 – 5. 
[6] Trishan Esram, Patrick L. Chapman;” Comparison of Photovoltaic Array Maximum 
Power Point Tracking Techniques” in IEEE Transactions on Energy Conversion, VOL. 22, 
NO. 2, JUNE 2007. 
[7] Tae-Yeop Kim, Ho-Gyun Ahn; Seung-Kyu Park; Youn-Kyu Lee; “A Novel Maximum 
Power Point Tracking Control For Photovoltaic Power Systems Under Rapidly Changing 
Solar Radiation” in IEEE International Symposium on Industrial Electronics 
Proceedings, 2001, VOL.2, Pages(s):1011-1014. 
[8] PSS/E documentation, version 33.0.0 
[9] Quyết định số 25/2016/TT – BCT ngày 30/11/2016 thông tư quy định hệ thống truyền 
tải điện.