Điều khiển hệ thống phát điện hỗn hợp gió – Diesel trong lưới cô lập theo hướng tối đa hóa mức thâm nhập điện gió

(Pw-Pwmin,Pdsmax-Pds) 
Pregmax=(Pwmax-Pw)Nw+(Pdsmax-Pds)Nds 
Pregmin=-(Pw-Pwmin)Nw-(Pds-Pdsmin)Nds 
Sai 
Đúng 
Pregf>0 
Bắt đầu 
∆Pds=Pds – Pdsmin 
∆Pw=Pw – Pwmin 
|Pregf|≥∆PdsNds+∆PwNw 
Nw<Nwlapdat 
∆Preg= Pregf–∆PwNw 
∆Preg≥∆PdsNds 
Nds<Ndslapdat 
Kds = (Nds–1)/Nds 
Pds= PdsKds 
Qds= QdsKds 
Nds=Nds+1 
Đọc các thông số: Pregf, Pwmin, Pwmax, Pw, Qw, Nw, Pds,Qds, Nds 
∆Pw=Pwmax – Pw 
∆Pds=Pdsmax – Pds 
Pregf≥∆PdsNds+∆PwNw 
Nds≥2 
∆Preg= Pregf+∆PdsNds 
|∆Preg|≥∆PwNw 
Kw = (Nw+1)/Nw 
Pw= PwKw 
Qw= QwKw 
Nw=Nw-1 
Kds = (Nds+1)/Nds 
Pds= PdsKds 
Qds= QdsKds 
Nds=Nds – 1 
Pdp ≥ Pdpmin 
Qdsmax(Nds-1)≥Qt-QwNw 
Pdp=(Pdsmax–Pds)(Nds-1) 
Nw>0 
Nw>0 
Đúng 
Sai 
Đúng 
Sai 
Đúng 
Sai 
Đúng 
Sai 
Kw = (Nw–1)/Nw 
Pw= PwKw 
Qw= QwKw 
Nw=Nw+1 
Đúng 
Sai 
Sai 
Đúng 
Đúng Sai 
Đúng 
Sai 
Sai 
Đúng 
Kết thúc 
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(96).2015, QUYỂN 2 55 
Đúng Sai 
Đúng Đúng 
Sai Sai 
0≤Preg 
Bắt đầu 
∆Pw=Pwmax – Pw 
Preg≤∆PwNw 
Pwreg2= Preg/Nw 
Pdsreg2= 0 
Pwreg2= 0 
Pdsreg2= Preg/Nds 
Pwreg2= ∆Pw 
reg w w
dsreg2
ds
P – P N
P
N
Đọc các thông số: Preg, Pwmin, Pwmax, Pw, Nw, Pdsmax, Psdmin Pds, Nds 
∆Pds=Pds – Pdsmin 
|Preg|≤∆PdsNds 
Pdsreg2= –∆Pds 
reg ds ds
wreg2
w
P P N
P
N
Kết thúc 
Hình 6. Thuật toán khối phân phối công suất 
αβ 
abc 
dq 
abc 
Tính góc 
quay từ 
trường stato Lsids+Lmidr 
ωslip ωs 
ωr 
ωslip(Lmmims+σLridr) 
ωslipσLriqr 
PWM 
dq 
abc 
PI 
PI 
u'dr 
PI 
PI 
dq 
abc 
∫dt 
Tính công 
suất 
d/dt 
1/Lm 
ism 
idr ids 
udqs Pw 
Qw 
idr 
iqr 
Pwreg 
uαβs 
iαβs 
uabcs 
iabcs ψds 
idr ωslip 
u'qr 
i*dr 
i*qr 
u*dr 
u*qr 
u*abcr 
iabcr 
θr θs-θr 
θs 
ωr 
DFIG 
GSC 
RSC 
ids 
iabcw idqw 
Qwreg 
Hình 7. Sơ đồ bộ điều khiển cho khối chuyển đổi phía 
roto của DFIG 
PI 
PI 
Pw ωref 
ωr 
Pwref 
β 
βmax 
βmax 
0 
0 
 (a) (b) 
Hình 8. (a) Sơ đồ điều khiển góc nghiêng cánh; 
(b) Sơ đồ điều khiển công suất cơ trên máy diesel 
Sơ đồ khối thể hiện quá trình thu thập số liệu, tính 
toán số máy phát điện gió, số máy phát điện diesel và 
công suất tương ứng, cũng như thiết lập lại cho hệ thống 
như Hình 2. Trong sơ đồ Hình 2, w và ds là các ký hiệu 
thể hiện các thông số của máy phát điện gió và máy phát 
điện diesel; ký hiệu N là số máy phát tham gia vận hành. 
Khi trên lưới có biến động công suất hoặc sự sụt giảm 
tốc độ gió đột ngột thì các máy phát điện diesel sẽ đáp 
ứng để cân bằng công suất. Sau đó các kết quả đo sẽ được 
đưa vào tính toán công suất thực trên lưới, khả năng phát 
của trạm điện gió và xác định số lượng máy phát cũng 
như công suất phát điện của các máy trong hai trạm điện 
nhờ khối tính toán trên Hình 4. Hệ thống điều khiển sẽ 
tiến hành thay đổi điểm đặt công suất từ từ tiến đến thông 
số đã tính, cũng như thêm hoặc giảm số máy phát nhờ 
khối Điều chỉnh công suất đặt trên Hình 2 và được cụ thể 
hóa trên Hình 3. Như vậy, sau một khoảng thời gian ngắn 
hệ thống sẽ tiến đến điểm làm việc mới với lượng phát 
công suất của trạm điện gió là cực đại. 
Sự tăng tốc độ gió nhanh và có nhiều thay đổi theo 
kiểu gió giật sẽ bị hệ thống điều khiển cũng như tính toán 
lọc bỏ. Khi có một quá trình thay đổi tốc độ gió thì hệ 
thống điều khiển cũng như tính toán sẽ tiến hành tính toán 
lại và bám theo. 
Quá trình điều chỉnh công suất của toàn hệ thống được 
thực hiện theo hướng phát tối đa công suất của trạm điện 
gió như Hình 3. Khi tốc độ gió tăng thì hệ thống sẽ tăng 
công suất phát của trạm điện gió và giảm công suất phát 
của trạm diesel nhờ phần điều chỉnh theo sai lệch công 
suất. Khi tần số trên lưới có biến động không quá lớn, 
thông qua phần điều chỉnh theo tần số sẽ ưu tiên tăng 
công suất trạm điện gió và giảm công suất trạm diesel. Cụ 
thể, việc thay đổi cho từng máy phát được định hướng 
nhờ khối phân phối công suất được thể hiện trên Hình 6. 
Khi lượng công suất điều chỉnh liên tục nằm ngoài giới 
hạn từ Pregmin đến Pregmax thì sau một khoảng thời gian, ∆t 
sẽ thực hiện quá trình huy động thêm máy phát hoặc giảm 
máy phát. Cụ thể, quá trình huy động thêm máy phát hoặc 
giảm máy phát được điều khiển nhờ khối huy động máy ở 
Hình 5. Khi tần số có biến động lớn hơn giới hạn cho 
phép (∆fcp) thì bổ sung phần điều chỉnh tác động trực tiếp 
vào công suất trạm diesel trên sơ đồ Hình 3. 
4. Kết quả và thảo luận 
4.1. Mô phỏng quá trình điều khiển chung cho cả hệ 
thống 
Hình 9. Mô hình hệ thống hỗn hợp gió - diesel 
Hình 10. Biểu đồ tốc độ gió trong mô phỏng 
Hình 11. Số lượng máy phát tham gia vận hành 
Bộ 
điều tốc 
PI 
ωref 
ωmeas 
Pdsreg 
Pdsm 
He thong phat dien hon hop gio diesel trong luoi co lap 
khong co thiet bi phu tro
(3 x 2 MW)
(6 x 500 kW)
Discrete,
Ts = 0.0001 s.
Tm 
Qref _pu
mA
B
C
 (pu)
f (pu)
Tram dien gio 
3 DFIG
E
m
A
B
C
Pm
Tam dien diesel
[Q_pu]
[Pitch]
[wr]
[Vdc]
[P_pu]
[PQw_ref]
[PQds_ref]
[Tm]
m
PQref
Pm
Vf
Dieu khien
 diesel A B C
a b cB_Tai
A
B
C
a
b
c
B690
(690 V)
A
B
C
a
b
c
B380
(0.4 kV)
A
B
C
a
b
c
B22w
(22 kV)
A
B
C
a
b
c
B22ds
(22 kV)
A
B
C
A
B
C
6 km 
A
B
C
A
B
C
6 km
A B C
500 kW
A
B
C
a
b
c
3.2 MVA 
22 kV/0.4 kV
A
B
C
a
b
c
A
B
C
a
b
c
22 kV/ 690 V
3x2.2 MVA
A B C
10 kW
A
B
C
1,5 MW 
+j 0,85 MVAr
0 2 4 6 8 10 12
8.5
9
9.5
10
V (m/s)
Thzøi gian (s)
0 2 4 6 8 10 12
0
1
2
3
4
N (maùy)
Thzøi gian (s)
N
w
N
ds
56 Lê Thái Hiệp, Đoàn Đức Tùng, Nguyễn Thế Công, Lê Văn Doanh 
Hình 12. Biểu đồ phát công suất tác dụng của hai trạm điện 
Hình 13. Biểu đồ phát công suất phản kháng của hai trạm 
Hình 14. Biểu đồ biểu diễn tỷ lệ phát công suất tác dụng của 
hai trạm điện 
Hình 15. Biểu đồ tần số trên lưới 
Trong mô phỏng quá trình điều khiển chung cho cả hệ 
thống, tốc độ gió biến đổi theo hàm ngẫu nhiên có tốc độ 
trung bình khoảng 9 m/s, sự dao động được trung bình 
hóa trong một khoảng thời gian 2s được thể hiện trên 
Hình 10. Việc lựa chọn này nhằm mục đích để các kết 
quả mô phỏng thể hiện rõ hơn quá trình điều khiển bám 
theo phụ tải và ổn định tần số theo xu hướng tối đa hóa 
khả năng phát điện của trạm điện gió. Các mô phỏng với 
tốc độ gió dao động mạnh thì cấu trúc điều khiển đã đề 
xuất hoàn toàn đáp ứng tốt, tuy nhiên kết quả bị ảnh 
hưởng mạnh của dao động này (sẽ trình bày ở mục 4.2). 
Trên Hình 12 xuất hiện một số điểm nhấp nháy về công 
suất do hiện tượng huy động thêm hoặc cắt giảm máy phát 
trong hai trạm điện (như Hình 11). Các dao động về tần số 
cũng xảy ra vào thời điểm này (Hình 15). Khi đó, hệ thống 
điều khiển chung sẽ điều chỉnh để công suất các máy tham 
gia vận hành trong vùng giới hạn của mỗi máy. Sau đó, 
thuật toán điều khiển sẽ điều chỉnh để các máy phát điện 
diesel bám lấy mức công suất thấp nhất, các tuabin gió bám 
theo mức công suất cao nhất có thể. 
Trong quá trình vận hành, các tuabin gió được huy 
động với số lượng nhiều nhất có thể. Ngược lại, huy động 
số máy phát trong trạm điện diesel ít nhất có thể để vừa đủ 
đảm bảo dự trữ quay và cung cấp công suất phản kháng. 
Trong quá trình khởi động, tuabin gió sử dụng máy 
phát không đồng bộ nguồn kép nhận nhiều công suất phản 
kháng để thành lập điện áp (như Hình 13). Tuy nhiên, 
trong quá trình làm việc thì các máy phát này có thể phát 
bổ sung công suất phản kháng, còn trạm điện diesel đóng 
vai trò chính trong việc phát công suất phản kháng. 
Kết quả khảo sát cho thấy mức thâm nhập điện gió 
trung bình khoảng 80 %Pt (như Hình 14). Với mức thâm 
nhập này, chỉ tiêu về chất lượng tần số hoàn toàn tốt so 
với tiêu chuẩn vận hành hiện nay (như Hình 15). 
4.2. Áp dụng cho hệ thống phát điện hỗn hợp gió – 
diesel trên đảo Phú Quý 
Hình 16. Biểu đồ tốc độ gió trên đảo Phú Quý ngày 13/7/2014 
Hình 17. Số lượng máy phát tham gia vận hành 
Hình 18. Biểu đồ công suất dự trữ quay trong hệ thống 
Hình 19. Biểu đồ phát công suất tác dụng của hai trạm điện 
Hình 20. Biểu đồ phát công suất phản kháng của hai trạm điện 
Hình 21. Biểu đồ biểu diễn tỷ lệ phát công suất tác dụng 
của hai trạm điện 
Việc áp dụng cấu trúc điều khiển đã đề xuất cho hệ 
thống phát điện hỗn hợp trên đảo Phú Quý được thực hiện 
với ngày điển hình - ngày 13/7/2014. Biểu đồ phụ tải thực 
tế trong ngày thể hiện trên Hình 19 tương tự với rất nhiều 
ngày trong mùa nắng nóng, mùa có phụ tải cao nhất. Tốc 
độ gió được lựa chọn trong tháng này không phải tháng có 
tốc độ gió tốt. Biểu đồ gió tức thời trong ngày 13/7/2014 
được đo trên Hình 16 có giá trị trung bình gần với tốc độ 
gió trung bình trong năm trên đảo (khoảng 9 m/s [3]). 
0 2 4 6 8 10 12
0
0.5
1
1.5
2
P (MW)
Thzøi gian (s)
P
1
P
2
P
t
0 2 4 6 8 10 12
-0.5
0
0.5
1
Q (MVAr)
Thzøi gian (s)
Q
1
Q
2
Q
t
0 2 4 6 8 10 12
0
20
40
60
80
100
P
1
/P
t
, P
2
/P
t
 (%)
Thzøi gian (s)
P
1
/P
t
P
2
/P
t
0 2 4 6 8 10 12
49.9
50
50.1
F (Hz)
Thzøi gian (s)
f
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
6
8
10
12
14
V (m/s)
Thzøi gian (gizø)
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
0
1
2
3
4
N (maùy)
Thzøi gian (gizø)
N
w
N
ds
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
0
1000
2000
3000
P
dp
 (kW)
Thzøi gian (gizø)
P
dp2
P
dp
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
0
500
1000
1500
2000
P (kW)
Thzøi gian (gizø)
P
1
P
2
P
t
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
0
250
500
750
1000
1250
Q (kVAr)
Thzøi gian (gizø)
Q
1
Q
2
Q
t
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
0
20
40
60
80
100
P
1
/P
t
, P
2
/P
t
 (%)
Thzøi gian (gizø)
P
2
/P
t
P
1
/P
t
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(96).2015, QUYỂN 2 57 
Công suất trạm điện gió có thể nhận được từ nguồn 
năng lượng gió thông qua các tuabin gió đang vận hành 
bằng lượng công suất thực phát P1 (trên Hình 19) cộng 
với dự trữ quay của trạm điện gió Pdp1 (Pdp1=Pdp-Pdp2, trên 
Hình 18). Có thể thấy rằng hệ thống điều khiển đã khai 
thác gần hết khả năng phát điện của trạm điện gió vào 
những giờ có tốc độ gió không quá 9 m/s. Trong thời gian 
này toàn bộ dự trữ quay của hệ thống do trạm điện diesel 
đáp ứng. Còn vào các giờ năng lượng gió thừa so với nhu 
cầu phụ tải (trước 3 giờ, từ 7 giờ đến 9 giờ, sau 21 giờ) thì 
chỉ vận hành một máy phát điện diesel để đảm bảo mức 
dự trữ quay tối thiểu. Riêng trường hợp từ 20 giờ đến 21 
giờ cũng thừa năng lượng gió, nhưng không thể cắt giảm 
số máy phát điện diesel xuống còn một máy vì nhu cầu 
công suất phản kháng của phụ tải lớn (Hình 20). 
Từ kết quả khảo sát cho thấy, vào thời điểm gió có tốc 
độ cao, trạm điện gió cung cấp phần lớn công suất cho 
phụ tải, chỉ phải huy động công suất từ trạm diesel nhiều 
vào thời điểm gió thấp (Hình 19). Vào các giờ gió có tốc 
độ cao các máy phát diesel chỉ vận hành ở mức công suất 
tối thiểu để tiêu thụ ít nhiên liệu diesel nhất có thể. 
Vào thời điểm sau 23 giờ vì phụ tải giảm thấp, mặc 
dù gió có tốc độ cao, nhưng phải cắt giảm số tuabin gió 
xuống còn một tuabin vận hành chung với một máy phát 
trong trạm điện diesel (Hình 17). Trong trường hợp này 
không thể tạm ngừng vận hành trạm điện diesel vì một số 
lý do sau: các máy phát điện diesel được trang bị ở đây có 
chức năng thích ứng với sự thay đổi của phụ tải tốt, trong 
khi các tuabin gió thì ngược lại vì có quán tính lớn; trạm 
điện diesel được vận hành để đảm bảo dự trữ quay tối 
thiểu cho hệ thống và đảm nhiệm vai trò chính trong việc 
cung cấp công suất phản kháng cho phụ tải vì không có 
thiết bị bù trên lưới. Vào thời điểm trước 3 giờ cũng vận 
hành tương tự. 
Nhìn chung, kết quả khảo sát cho thấy mức thâm nhập 
điện gió trung bình khoảng 80% Pt như trên Hình 21. Theo 
kết quả khảo sát ngày 13/7/2014, trạm điện gió cung cấp 
79.88 % tổng điện năng tiêu thụ cả đảo. Trong khi đó theo 
số liệu thực tế cùng ngày, trạm điện diesel đã phát 82.3 % 
tổng điện năng tiêu thụ trên đảo. Đây là một lợi ích đáng 
kể, nếu áp dụng giải pháp bài báo đã đề xuất vào thực tế. 
5. Kết luận 
Bài báo đã xây dựng thuật toán và cấu trúc điều khiển 
chung cho hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel không 
có thiết bị phụ trợ. Cấu trúc này điều chỉnh hệ thống theo 
hướng khai thác tối đa khả năng của trạm điện gió, mà 
vẫn thỏa mãn các điều kiện vận hành. 
Kết quả nghiên cứu với đối tượng là hệ thống phát 
điện hỗn hợp gió – diesel ở đảo Phú Quý cho thấy, mức 
thâm nhập điện gió trung bình khoảng 80% Pt. Như vậy, 
vận hành nhờ cấu trúc điều khiển đã đề xuất sẽ tối đa hóa 
lợi ích kinh tế của hệ thống. 
Hướng nghiên cứu tiếp theo là triển khai ứng dụng cụ 
thể cấu trúc điều khiển đã đề xuất cho lưới điện trên đảo 
Phú Quý nhằm khai thác tối đa hiệu quả của hệ thống đã 
lắp đặt ở đây. Điều này cho phép khuyến nghị sử cấu trúc 
điều khiển này cho quá trình điều khiển toàn hệ thống hỗn 
hợp gió – diesel trong lưới cô lập tương tự nhằm tận dụng 
tối đa nguồn năng lượng gió. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Cty TNHH 1TV năng lượng tái tạo Điện lực Dầu khí Việt Nam, 
Cty điện lực Bình Thuận, Qui trình vận hành hỗn hợp gió – diesel 
trên đảo Phú Quý, Bình Thuận, 2012. 
[2] Tổng công ty Điện lực miền Nam, Tình hình đấu nối dự án nhà 
máy phong điện đảo Phú Quý, thành phố Hồ Chí Minh, 2012. 
[3] Nguyen Duc Huy, Tran Nam Trung, Tran Khanh Viet Dung, 
Nguyen Phung Quang, Vo Hong Thai, “Solutions for local isolated 
grid with hybrid system”, PetroVietnam – journal, vol. 10, 2013, 
pp. 62–67. 
[4] Dinh Chung Phan and Anh Tuan Doan, “Maximum Utilization of 
Wind Energy in a Wind Farm and Diesel Generator-Based Isolated 
Grid without Energy Storage System”, International Journal of Energy, 
Information and Communications, vol. 4, no. 1, 2013, pp. 23–36. 
[5] Mustafa Kayikçi and Jovica V. Milanovic´, “Dynamic contribution 
of DFIG-based wind plants to system frequency disturbances”, 
IEEE Transactions on Power Systems, vol. 24, no. 2, may 2009, 
pp. 859-867. 
[6] Olivare Dzune Mipoung, Luiz A. C. Lopes and Pragasen Pillay, 
“Frequency support from a fixed-pitch type-2 wind turbine in a 
diesel hybrid mini-grid”, IEEE Transactions on Sustainable 
Energy, vol. 5, no. 1, january 2014, pp. 110-118. 
[7] R. Sebastián, R. Peña-Alzola, J. Quesada, “Peak shaving simulation 
in a wind diesel power system with battery energy storage”, 
Industrial Electronics Society, IECON 2013 - 39th Annual 
Conference of the IEEE, 10-13 Nov. 2013, pp. 7642 – 7647. 
[8] Võ Hồng Thái, Nguyễn Đức Huy, Trần Nam Trung, “Giải pháp 
hoạt động hỗn hợp gió - diesel đảo Phú Quý”, Tạp chí Dầu Khí, số 
3, 2014, trang 55–64. 
[9] Lê Thái Hiệp, Nguyễn Duy Khiêm, Nguyễn Thế Công, Lê Văn 
Doanh, “Tính toán lượng công suất phát cực đại của trạm điện gió 
trong hệ thống điện hỗn hợp gió – diesel trên đảo Phú Quý”, Tạp 
chí Khoa học & Công nghệ các Trường Đại học Kỹ thuật, số 104, 
2015, trang 6-10. 
(BBT nhận bài: 26/07/2015, phản biện xong: 04/09/2015)