Điều khiển chế độ làm việc của cụm mạng điện áp thấp

 TẠP CHÍ KHOA HỌCTẠP VÀ CHÍ CÔNG KHOA NGHỆ HỌC VÀ CÔNG NGHỆ JOURNAL OF SCIENCE BulatovAND TECHNOLOGY Yu.N. và ctv.
 TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÙNG VƯƠNG HUNG VUONG UNIVERSITY
 Tập 23, Số 2 (2021): 94-100 Vol. 23, No. 2 (2021): 94-100
 Email: tapchikhoahoc@hvu.edu.vn Website: www.hvu.edu.vn
 ĐIỀU KHIỂN CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA CỤM MẠNG ĐIỆN ÁP THẤP
 Bulatov Yu.N.1, Kryukov A.V.2, Phạm Tuấn Hải3, Trần Duy Hưng3*
 1Trường Đại học Quốc gia Bratsk, CHLB Nga 
 2Trường Đại học Tổng hợp Quốc gia đường sắt Irkutsk, CHLB Nga 
 3Trường Cao đẳng Công nghiệp Quốc phòng, Phú Thọ
 Ngày nhận bài: 07/9/2020; Ngày chỉnh sửa: 25/9/2020; Ngày duyệt đăng: 30/9/2020
 Tóm tắt
 ài báo mô tả kết quả mô phỏng trên máy tính chế độ làm việc bình thường và khi có sự cố của cụm mạng 
Bđiện áp thấp được xây dựng trên cơ sở liên kết điện một chiều. Với kết cấu nêu trên có mang lại được một số 
 ưu điểm sau: Tăng độ tin cậy trong cung cấp điện; tăng chất lượng năng lượng điện; giảm thời gian sụt áp; hạn 
 chế dòng điện ngắn mạch; là cơ sở để kết nối các nguồn điện một chiều, biến tần không cần chỉnh lưu, các đèn 
 led, pin mặt trời; cải thiện điều kiện làm việc của trạm phát điện phân phối. Từ kết quả mô phỏng trên máy 
 tính có thể đưa ra các kết luận như sau: Nhờ có các thanh dẫn điện một chiều cho phép kết nối các loại nguồn phi 
 truyền thống, qua đó tăng độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện; liên kết điện một chiều hạn chế đáng kể dòng 
 điện ngắn mạch; việc thay đổi hệ số điều chế của biến tần cho phép giảm thời gian sụt áp trong cung cấp điện.
 Từ khóa: Hệ thống cung cấp điện đường sắt, cụm mạng, chế độ làm việc bình thường và sự cố.
 1. Đặt vấn đề trở nên cấp thiết. Để giải quyết vấn đề nêu trên 
 Hiện nay, việc tìm ra phương tiện kỹ thuật có thể sử dụng công nghệ điện một chiều [1] và 
 phổ biến có thể liên kết và điều khiển các tổ hợp hình thành các cụm mạng điện áp thấp [2-4], sơ 
 năng lượng với các dạng nguồn khác nhau đang đồ của hệ thống được miêu tả ở hình 1. 
 (TP- trạm biến áp kéo; PL - đường 
 dây truyền tải; R - chỉnh lưu; I - 
 nghịch lưu; AR - điều khiển nghịch 
 lưu tự động; RG - máy phát điện 
 phân phối; ARV - điều khiển kích 
 thích tự động; ARTV - điều khiển 
 tốc độ quay tự động; ES - các bộ 
 tích trữ năng lượng; FC - pin nhiên 
 liệu; ASG - máy phát không đồng 
 bộ; K - bộ chuyển đổi; ASM - động 
 cơ không đồng bộ; WPP - trạm phát 
 điện gió; Micro - HPS - các trạm 
 thủy điện cỡ nhỏ; SG - máy phát 
 Hình 1. Sơ đồ cụm mạng điện áp thấp đồng bộ).
 94 *Email: tranhungcdcnqp@gmail.com
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Tập 23, Số 2 (2021): 94-100
 Công nghệ thay thế nhằm tích hợp các các nguồn năng lượng tái tạo. Bộ điều khiển 
nguồn năng lượng tái tạo có thể được thực cấp hai điều khiển chế độ làm việc của các 
hiện với việc sử dụng các bộ định tuyến năng bộ chuyển đổi công suất làm việc song song 
lượng [5]. với nhau. Ở đây, công suất của các nguồn 
 Trên cơ sở cụm mạng điện có thể giải năng lượng tái tạo phụ thuộc rất lớn vào môi 
quyết một số bài toán sau: trường xung quanh (tốc độ gió, sự chiếu sáng 
 của mặt trời,) do đó cần phải tính toán đến 
 • Tăng cường độ tin cậy cho hệ thống trong quá trình điều khiển cụm mạng điện.
cung cấp điện do có các nguồn năng lượng 
bổ sung; Thực tế cho thấy, để hiện thực hóa khái 
 niệm cụm mạng điện trước hết cần phải phát 
 • Tăng cường chất lượng năng lượng triển các phương pháp mô phỏng các chế độ 
điện về độ sai lệch, độ sụt giảm, điện áp làm việc trên máy tính. Các dữ liệu ban đầu 
không đối xứng và không hình sin; để xây dựng mô hình cho cụm mạng điện có 
 • Hạn chế dòng điện ngắn mạch bằng thể thu được trên cơ sở phương pháp đồng 
các liên kết điện một chiều; nhất song song [6-8]. Các mô hình đầy đủ 
 • Tạo ra giao diện cho phép kết nối các của mạng điện bên ngoài có thể thực hiện 
bình ắc quy dung lượng lớn, các bóng đèn được bằng công nghệ tương đương [9].
led, các bộ truyền động động cơ điện không 
cần chỉnh lưu; 2. Phương pháp nghiên cứu
 • Cải thiện điều kiện làm việc của máy Mô hình mô phỏng dựa trên sơ đồ của cụm 
phát qua đó làm giảm sự sụt áp, điện áp mạng điện áp thấp được biểu diễn ở hình 1. Hệ 
không đối xứng và không hình sin; thống cung cấp điện cho các phụ tải không kéo 
 được kết nối với trạm phát điện phân phối công 
 • Có thể tiến hành sạc điện cho ô tô điện suất 650 kVA, cung cấp điện cho nhóm tải 1,17 
và các thiết bị điện một chiều MVA. Công suất của trạm phát điện gió là 160 
 Từ sơ đồ ở hình 1 có thể thấy các phụ tải kVA. Để mô phỏng các trạm thủy điện cỡ nhỏ 
được cấp nguồn từ bộ biến tần chung, nhờ đó sử dụng mô hình máy phát đồng bộ (SG) có 
chất lượng nguồn điện được tăng lên. Nhờ có công suất 85 kVA. Bộ truyền động điều chỉnh 
thanh dẫn điện một chiều làm đơn giản hóa bài [10-11] với các động cơ không đồng bộ công 
toán kết nối các bộ tích trữ năng lượng dưới suất 90 kW được được cấp điện từ thanh một 
dạng ắc quy. Việc sử dụng các bộ chỉnh lưu có điện một chiều thông qua biến tần.
điều khiển cho phép kết nối với mạng các trạm 
 Quá trình mô phỏng được thực hiện 
phát điện gió (WPP) với tần số thay đổi.
 bằng chương trình Matlab, thư viện 
 Để tăng tính linh hoạt cho hệ thống, các bộ 
 SimPowerSystem. Sơ đồ mô hình mô phỏng 
chuyển đổi nguồn được thực hiện theo các mô 
đun riêng biệt. Đồng thời yêu cầu công suất cụm mạng điện áp thấp được biểu diễn ở hình 
và điện áp phải được hình thành bằng các liên 2. Trạm thủy điện cỡ nhỏ được mô phỏng bằng 
kết nối tiếp - song song các mô đun nguồn hợp khối Synchrnous machine và được biểu diễn ở 
nhất. Điều này cho phép làm giảm điện áp làm hình 3. Sơ đồ mô hình trạm phát điện gió với 
việc của các mô đun riêng lẻ và sử dụng các các máy phát không đồng bộ được miêu tả ở 
khóa là các transistor trường. hình 4. Khối Wind turbine sử dụng các dữ liệu 
 Hệ thống điều khiển cụm mạng điện được xấp xỉ của các tuabin gió trục ngang để tính 
phân chia thành hai cấp. Bộ điều khiển trung toán mô men xoắn (Tm) phụ thuộc vào sức gió 
tâm cung cấp khả năng tối ưu lưu lượng (w_Turb). Mô hình động cơ không đồng bộ với 
năng lượng dựa trên các tiêu chí lựa chọn biến tần được biểu diễn ở hình 5. 
 95
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Bulatov Yu.N. và ctv.
 Hình 2. Mô hình mô phỏng cụm mạng điện áp thấp
 Hình 3. Mô hình máy phát đồng bộ cho trạm thủy điện cỡ nhỏ
 Hình 4. Mô hình máy phát không đồng bộ với tuabin gió
96
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Tập 23, Số 2 (2021): 94-100
 Hình 5. Mô hình động cơ không đồng bộ với biến tần
3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận đến 11. Bảng 1 biểu diễn tham số chất lượng 
 điện, đặc biệt quan trọng đối với các phụ tải 
 Kết quả mô phỏng được biểu diễn dưới 
 không kéo: Hệ số bất đối xứng chuỗi âm 
dạng đồ thị phụ thuộc vào thời gian của điện k2U, hệ số sóng hài kU đối với điện áp giữa 
áp và vận tốc góc, và được biểu diễn ở hình 6 các pha.
 Bảng 1. Bất đối xứng và hệ số sóng hài trong mạng điện 0,4 kV
 kU,%
STT Chế độ làm việc k2U,%
 Uab Ubc Uca
 1 Khi không có cụm mạng điện và máy phát điện phân phối 9,55 11,75 11,95 10,32
 2 Khi có cụm mạng điện 2,67 2,55 2,72 0,4
 3 Khi có cụm mạng điện và máy phát điện phân phối 0,34 0,34 0,33 0,02
 4 Khi có cụm mạng điện và máy phát điện phân phối, và các 0,31 0,33 0,30 0,03
 nguồn năng lượng phi truyền thống
 Hình 6. Điện áp trên thanh 0,4 kV
 97
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Bulatov Yu.N. và ctv.
 Hình 7. Điện áp đầu ra của máy phát đồng bộ Hình 8. Dòng điện stator của máy phát đồng bộ
 Hình 9. Điện áp đầu ra của máy phát Hình 10. Vận tốc góc của động cơ 
 không đồng bộ với tuabin gió không đồng bộ
 Mô phỏng quá trình chuyển đổi gây ra bởi Ngoài ra, bài báo còn đưa ra kết quả mô 
sự ngắt nguồn cung cấp chính tại thời điểm phỏng chế độ khẩn cấp gây ra bởi sự ngắn 
t=3,5s và sau 0,5s thì đóng nguồn cung cấp mạch của hai pha A, B. Quá trình ngắn mạch 
trở lại. Kết quả mô phỏng quá trình chuyển xảy ra tại thời điểm t = 0,5s, và kết thúc vào 
đổi được biểu diễn ở hình 11. lúc t = 0,6s. Mô phỏng thực hiện ở hai chế độ 
 làm việc của cụm mạng điện:
 Chế độ làm việc bình thường của cụm 
 mạng điện;
 Chế độ sửa chữa khi các liên kết một 
 chiều được ngắt, cung cấp điện cho các phụ 
 tải được thực hiện thông qua đấu tắt (hình 1).
 Kết quả quá trình mô phỏng được biểu 
 Hình 11. Điện áp trên các thanh 0,4 kV diễn ở bảng 2, hình 12, 13.
 trong quá trình chuyển đổi
 Bảng 2. Dòng điện ngắn mạch, kA
 Chế độ làm việc của cụm mạng điện Dòng ngắn mạch, kA
Có liên kết một chiều 0,82
Đấu tắt 2,78
Chênh lệch, % 239
98
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Tập 23, Số 2 (2021): 94-100
 Hình 12. Dòng điện tại ví trí ngắn mạch Hình 13. Dòng điện tại ví trí ngắn mạch 
 khi có liên kết một chiều khi đấu tắt bộ
 Kết quả mô phỏng sự sụt áp trên các thanh Khi hệ số điều chế của biến tần kMOD là 
0,4 kV khi nối thêm các phụ tải với công suất không đổi (hình 14);
50+j30 kV.A tại thời điểm t = 0,5 s. Giá trị Khi điều chỉnh hệ số điều chế của biến tần 
điện áp hiệu dụng giảm khoảng 16% so với kMOD (hình 15).
định mức. Mô phỏng được tiến hành với hai 
trường hợp:
Hình 14. Điện áp trên các thanh 0,4 kV khi sụt áp Hình 15. Điện áp trên các thanh 0,4 kV khi sụt áp 
 với hệ số điều chế biến tần không đổi kMOD khi điều chỉnh hệ số điều chế biến tần kMOD
4. Kết luận Tài liệu tham khảo
 Trên cơ sở các kết quả mô phỏng được [1] Kovalev V. D., Ivakin V. N. & Fotin V. P. (2006). 
tiến hành trên máy tính có thể đưa ra một số Công nghệ mới và triển vọng phát triển ngành 
kết luận như sau: năng lượng điện. Tạp chí Điện lực, 9, 8-15.
 Do có các thanh một chiều cho phép kết [2] Bulatov Yu. N., Kryukov A. V. & Tran Duy 
nối các nguồn năng lượng phi truyền thống, Hung (2015). Các cụm mạng trong hệ thống cấp 
ví dụ như các trạm phát điện gió, các trạm điện đường sắt. Irkutsk: IrGUPS, 208с.
thủy điện cơ nhỏ,... Các nguồn năng lượng [3] Bulatov Y., Kryukov A., Nguyen V. H. & Tran 
này cho phép tăng độ tin cậy của hệ thống Duy Hung (2019). Fuzzy Controller of Rotation 
cung cấp điện không kéo. Angle of Blades of Horizontal-Axial Wind 
 Liên kết điện một chiều hạn chế đáng kể Power Generation Plant. International Scientific 
 Conference Energy Management of Municipal 
dòng điện ngắn mạch. Facilities and Sustainable Energy Technologies 
 Có khả năng giảm thời gian sụt áp trong EMMFT 2018. Advances in Intelligent Systems 
hệ thống cung cấp điện gây ra bởi quá trình and Computing. 983. Springer, Cham.
khởi động động cơ, kết nối thêm các phụ tải, [4] Arsentiev Yu., Bulatov N., Kryukov A. V., 
thông qua việc điều chỉnh hệ số điều chế của Kutsyi A. P., Nguyen Van Huang, Cherepanov 
biến tần. A. V. & Tran Duy Hung (2019). Quản lý hệ 
 99
 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Bulatov Yu.N. và ctv.
 thống cung cấp điện đường sắt dựa trên công công suất của trạm biến áp kéo. Tạp chí Izvestiya 
 nghệ lưới điện thông minh. Irkutsk: IrGUPS, . Transsib, 1(13), 54-63.
 [5] Kryukov A. V. & Arsentiev G. O. (2017). Ứng [9] Zakaryukin V. P., Kryukov A. V. & Abramov N. 
 dụng bộ định tuyến năng lượng trong hệ thống A. (2007). Xây dựng mô hình đơn giản hóa hệ 
 cung cấp điện của đường sắt. Hội thảo Tăng hiệu thống điện phục vụ mục đích quản lý vận hành. 
 quả sản xuất và sử dụng năng lượng ở Siberia. Tạp chí Công nghệ hiện đại - Hệ thống phân tích 
 Irkutsk, 1, 61-65. - Mô hình hóa, 16, 66-71.
 [6] Zakaryukin V. P., Kryukov A. V. & Shulgin M. [10] Konovalov Yu. V. & Dudko A. A. (2014). Khảo 
 S. (2011). Nhận dạng tham số của máy biến áp sát tính chất của việc tạo ra các tổ hợp kỹ thuật 
 trong tọa độ pha. Tạp chí Công nghệ hiện đại - điện. Hội thảo Tăng hiệu quả sản xuất và sử 
 Hệ thống phân tích - Mô hình hóa, 4, 141-147. dụng năng lượng ở Siberia. Irkutsk: IrGUPS, 1, 
 [7] Zakaryukin V. P., Kryukov A. V. & Shulgin M. 88-92.
 S. (2017). Xác định các thông số của máy biến [11] Abramovich B. N., Konovalov Yu. V., Loginov 
 áp dựa trên phép đo. Tap chí Hệ thống - Các A. S. & Charonov V. Ya. (1990). Động cơ điện 
 phương pháp - Công nghệ, 1(13), 71-79. và trạm bơm như phụ tải - điều chỉnh công suất 
 [8] Zakaryukin V. P., Kryukov A. V. & Shulgin M. tác dụng và phản kháng. Tạp chí Công nghiệp 
 S. (2013). Nhận dạng tham số của máy biến áp dầu mỏ, 5, 9.
 MANAGEMENT OF LOW-VOLTAGE NETWORK CLUSTER MODES
 Bulatov Yu.N.1, Kryukov A.V.2, Pham Tuan Hai3, Tran Duy Hung3
 1Bratsk State University, Russia 
 2Irkutsk State Transport University, Russia 
 3Military Industrial College, Phu Tho, Vietnam
 Abstract
 he article describes the results of computer simulation of normal and emergency modes low-voltage network 
Tcluster constructed on the basis of a direct current insert. With this structure, it is possible to obtain the 
 following positive effects: increased reliability of power supply; improving power quality; reduction of voltage 
 dips; limiting short circuit currents; creating simple interfaces for the connection of DCsource, static frequency 
 converters without rectifiers, LEDs, solar battery...; improving working conditions of distributed generation 
 plants. From simulation results on a computer it possible to draw the following conclusions: the presence of 
 direct current bus allows us to connect non-traditional sources of electricity; these sources make it possible to 
 increase the reliability of power supply system; direct current insert significantly limits short-circuit currents; 
 there is a principal possibility of reducing the duration of voltage dips based on the regulation of the modulation 
 factor of the inverter.
 Keywords: Power supply systems for railways, network clusters, normal and emergency modes.
 100