Giải pháp ổn định nhanh điện áp bằng bộ bù nối tiếp đảm bảo hoạt động cho các thiết bị y tế trước sự cố tăng giảm điện áp lưới dài hạn

f
f
dq
inj
f
dq
inv
f
dq
f  (11) 
Viết dưới dạng phương trình trạng thái như sau: x(t) = [if
(d)
, if
(q)
, uinj
(d), uinj
(q))]T; u(t) = 
[uinv
(d), uinv
(q)]T; d(t) = [iinj
(d), iinj
(q))]T 
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)(
1
0
0
1
00
00
00
00
1
0
0
1
0
1
0
00
1
1
0
0
1
q
inj
d
inj
f
f
q
inv
d
inv
f
f
q
inj
d
inj
q
f
d
f
f
f
ff
f
ff
f
q
inj
d
inj
q
f
d
f
i
i
C
Cu
u
L
L
u
u
i
i
C
C
LL
R
LL
R
u
u
i
i
dt
d




 (12) 
Trong đó: if
(d)
, if
(q) là các thành phần d và q của dòng điện cuộn cảm; uinj
(d), uinj
(q) là các 
Kỹ thuật điều khiển & Điện tử 
T. D. Trinh, , T. H. Nguyên, “Giải pháp ổn định  tăng giảm điện áp lưới dài hạn.” 68 
thành phần d và q của điện áp bù vào; uinv
(d), uinv
(q) là các thành phần d và q của điện áp bộ 
biến đổi DC-AC; i(d)inj, i
(q)
inj là các thành phần d và q của dòng điện bù vào. Từ (11) xây 
dựng sơ đồ mạch tương đương của mô hình bộ biến đổi DC-AC và bộ lọc LC nối lưới trên 
hệ tọa độ quay dq. Như hình 5. 
Hình 5. Mô hình của bộ bù nối tiếp trên hệ tọa độ quay dq. 
2.3. Cấu trúc điều khiển bộ bù nối tiếp trên hệ tọa độ quay dq 
Cấu trúc điều khiển vector của bộ bù nối tiếp trên hệ tọa độ quay đồng bộ dq được xây 
dựng dựa trên nguyên lý bù điện áp đã mô tả từ giản đồ vector ở hình 3. Ở đây, 
injDVRSPostsagsLpresags UVUUUU ;; . 
Hình 6. Cấu trúc điều khiển vector trên hệ tọa độ quay dq. 
Trong cấu trúc điều khiển có hai vòng hồi tiếp từ dòng điện if và điện áp bù uinj cùng 
với vòng hồi tiếp thẳng từ điện áp u
dq inj.ref. 
Các phương trình mô tả thuật toán điều khiển vector được trình bày sau đây. 
Lượng đặt của điện áp bù bởi bộ bù nối tiếp. 
dq
s
dq
refL
dq
refinj uuu 
*
,, (13) 
Điện áp bù vào thực tế uinj của bộ bù nối tiếp. 
dq
s
dq
L
dq
C
dq
inj uuuu (14) 
Để điện áp tải được bù chính xác cả góc pha và độ lớn bằng lượng đặt của nó, hai vòng 
uinv,d + 
LfRf 
1
 1/Cfs 
+ 
Lf Cf 
 iinj,d 
if,d + 
Lf 
uinj,d + 
Cf 
if,q+ uinv,q + 
- 
+ ic,d 
- 
uinj,q + 
- - 
1/Cfs 
iinj,q - ic,q 
- 
LfRf 
1
abc 
  
  
dq 
abc 
  
  
dq 
PLL 
GU GI 
abc 
  
  
dq 
dq 
 abc 
PWM 
us 
uinj 
if 
Phát hiện 
sụt giảm 
Phát điện 
áp tải đặt 
UL.ref 
 
 
 
 
 
udq inj 
udq inj.ref 
(Feed-back) 
(Feedfoword) 
Chuyển mạch logic 
idq f 
udqL.ref 
idqf 
idqf,ref 
udq inj.ref 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 67, 6 - 2020 69
điều khiển nối tầng dòng điện và điện áp, trong đó, bộ điều khiển GU, GI là khâu PI được 
áp dụng để bù sai lệch, các hàm truyền toán học mô tả hai vòng điều chỉnh được viết như 
sau [1]: 
Vòng điều chỉnh điện áp: 
Mạch vòng điều chỉnh điện áp được viết bởi phương trình. 
)( ,,
dq
inj
dq
refinjU
dq
injF
dq
inj
dq
reff uuGuCjii  (15) 
Phương trình (15) được viết lại với hai thành phần d và q như sau. 
)( ,,
d
inj
d
refinjU
q
injF
d
inj
d
reff uuGuCjii  (16) 
)( ,,
q
inj
q
refinjU
d
injF
q
inj
q
reff uuGuCjii  . 
Vòng điều chỉnh dòng điện: 
Mạch vòng điều chỉnh dòng điện được viết bởi phương trình. 
)( ,,,,
dq
f
dq
reffI
dq
refff
dq
ff
dq
refinj
dq
refinv iiGiLjiRuu  (17) 
Phương trình (17) được viết lại với hai thành phần d và q như sau. 
)( ,,,,
q
f
q
reffI
q
refff
d
ff
d
refinj
d
refinv iiGiLjiRuu  (18) 
)( ,,,,
q
f
q
reffI
d
refff
q
ff
q
refinj
q
refinv iiGiLjiRuu  . 
Hình 7 là sơ đồ mô tả thuật toán điều khiển điều khiển bộ bù nối tiếp. 
Hình 7. Sơ đồ cấu trúc thuật toán điều khiển bộ bù nối tiếp [1]. 
3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ 
3.1. Mô hình mô phỏng 
Cấu trúc điều khiển DVR được thiết kế trên phần mềm Matlab/Simulink (hình 8), các 
thông số cho trong bảng 1và tham số bộ điều khiển được cho trong bảng 2. 
Bảng 1. Các tham số cơ bản của bộ bù nối tiếp. 
Tham số Ký hiệu Giá trị 
Tham số lưới 
Điện áp hiệu dụng Us,đm 220 
Tần số lưới fg 50 
uqinj 
udinj 
uqinj,ref 
1/Lf
s + 
1/Cfs 
1/Cfs 1/Lf
s 
Rf 
Rf 
Lf 
Lf 
Cf 
Cf 
idf + 
idinj 
 - 
- 
iqinj 
iqf + 
+ 
+ 
+ - 
- - 
- 
- 
- + 
idC 
iqC 
udinj,ref 
PI 
+ PI 
PI PI 
Cf 
Cf 
Lf 
Lf 
-idf 
+iqf uqinj,ref 
- 
+ - + 
+ 
- 
- + 
idf 
iqf 
+ 
idf,ref 
+ 
+ 
+ 
+ 
- 
+ i
q
f,ref 
udinj 
uqinj 
+ 
idinj 
iqinj 
udinj,ref 
+ 
+ 
+ 
uqinv,ref 
udinv,ref 
idf+ 
iqf
+ 
Kỹ thuật điều khiển & Điện tử 
T. D. Trinh, , T. H. Nguyên, “Giải pháp ổn định  tăng giảm điện áp lưới dài hạn.” 70 
Tham số bộ biến đổi 
Tần số điều chế fc 5kHz 
Công suất Pc 5kVA 
Tham số bộ lọc 
Điện cảm L2f 2mH 
Tụ điện C2f 10F 
Bảng 2. Các tham số điều khiển của bộ bù nối tiếp. 
Tham số Ký hiệu Giá trị 
Bộ điều khiển PI trong vòng khóa pha (PLL) 
Thành phần khuếch đại Kp_pll 1 
Thành phần tích phân Ki_pll 9.96 
Bộ điều khiển dòng điện 
Thành phần khuếch đại Kpi 123.3 
Thành phần tích phân Kii 8x10-3 
Bộ điều khiển điện áp 
Thành phần khuếch đại Kpu 0.02 
Thành phần tích phân Kiu 1.33x10-6 
Hình 8. Mô hình mô phỏng bộ bù nối tiếp. 
3.2. Kết quả mô phỏng 
Hình 9. Dạng điện áp tải đặt uL_ref và điện áp lưới u_sa và góc  của PLL. 
Góc theta () uLref 
usa 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 67, 6 - 2020 71
Trường hợp 1: Kiểm tra khả năng đồng bộ điện áp lưới của bộ bù nối tiếp dựa trên 
vòng khóa pha (PLL) trong điều kiện điện áp lưới usa có một bước nhảy góc pha -45
0 tại 
0.7s và xuất hiện thành phần hài bậc 3th, 2th tại thời điểm 0.8s. 
Kết quả mô phỏng cho thấy cấu trúc PLL được lựa chọn làm việc trên hệ tọa độ dq 
luôn bám theo góc pha của thành phần thứ tự thuận, nên góc pha của PLL được xác định 
chính xác ngay cả trong trường hợp sự cố giảm điện áp có nhảy góc pha và xuất hiện các 
thành phần sóng hài lớn. Điều này đảm bảo cho điện áp bù vào của bộ bù nối tiếp được 
đồng bộ tốt với điện áp lưới. 
Trường hợp 2: Kiểm tra khả năng ổn định điện áp tải với giá trị điện áp tải đặt UL.ref 
=220V, trong điều kiện điện áp nguồn tăng/giảm như sau: 
Từ 0s  0.5, Us =220V. 
Từ 0.5s  0.58s Us tăng lên 30% (293V). 
Từ 0.58s  0.64s Us trở về 220V. 
Từ 0.64s  0.72s Us giảm 50% (110V). 
và sau đó trở về Us =220V. Như hình 10. 
Hình 10. Dạng sóng điện áp lưới us_abc, điện áp uL_abc; điện áp bù uinj_abc. 
Hình 10 thể hiện kết quả mô phỏng đã cho thấy, điện áp tải được bù và giữ ổn định ở giá 
trị đặt trước UL_ref = 220V, trong khi điện áp nguồn bị tăng/giảm trong phạm vi lớn. Khoảng 
thời gian từ khi xảy ra tăng/giảm đến khi điện áp tải được bù đủ bằng giá trị đặt là khoảng ½ 
chu kỳ lưới (0.01s). Điện áp dao động trong thời gian quá độ tại thời điểm đầu và cuối của 
sự cố tăng/giảm nằm trong pham vi cho phép. Hình 11 là thành phần dq của điện áp lưới, 
điện áp bù và điện áp tải. Có thể dễ dàng nhận ra khi bù tăng, bộ bù tạo ra điện áp ngược pha 
uinj bù khi us tăng
us sụt giảm 50% us tăng 30% 
uinj bù khi us giảm
us định mức 
Thành phần q của điện áp tải đặt uLq_ref 
Kỹ thuật điều khiển & Điện tử 
T. D. Trinh, , T. H. Nguyên, “Giải pháp ổn định  tăng giảm điện áp lưới dài hạn.” 72 
với điện áp lưới. Để bù giảm bộ bù tạo ra điện áp cùng pha với điện áp lưới. 
Hình 11. Thành phần dq của điện áp lưới us-dq, điện áp tải uLdq; điện áp bù uinj_dq. 
Hình 12. Dạng sóng điện áp lưới us_abc, điện áp tải uL_abc; điện áp bù uinj_abc. 
Trường hợp 3: Kiểm tra khả năng điều chỉnh điện áp tải của bộ bù nối tiếp trong điều 
us nhảy góc pha -45
0 
Kết thúc nhảy góc pha 
Thành phần q của điện áp tải đặt uLq_ref 
Khi us tăng 30%
 Khi us giảm 50% 
usd 
usq 
uinj_q 
uinj_d 
uL_q 
uL_d 
us định mức 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 67, 6 - 2020 73
kiện điện áp nguồn được giữ ổn định (Us =220V) và có một bước nhảy góc pha -45
0 bắt 
đầu tại thời điểm 0.55s, kết thúc tại 0,65s. Như hình 12: 
Giá trị điện áp tải đặt (UL_ref) được thay đổi theo thời gian như sau: 
Từ 0s  0.5, UL_ref =220V. 
Từ 0.5s  0.6s UL_ref giảm xuống 156V. 
Từ 0.6s  0.7s UL_ref tăng lên 298V. 
và sau đó, từ 0.7s trở về UL_ref =220V bằng điện áp lưới. Như hình 12. 
Hình 13. Thành phần dq của điện áp lưới us-dq, điện áp tải uLdq; điện áp bù uinj_dq. 
Kết quả mô phỏng ở hình 12 cho thấy, giá trị điện áp trên tải bám chính xác với các 
giá trị điện áp tải đặt tại các khoảng thời gian khác nhau. Ngay cả khi điện áp nguồn có sự 
cố nhảy góc pha thì bộ bù vẩn làm việc ổn định. Các thành phần điện áp dq ở hình 13 cho 
thấy rõ hơn về cách thức mà bộ bù tạo ra điện áp bù khi điều chỉnh điện áp tải dưới giá trị 
điện áp nguồn và khi điều chỉnh điện áp tải lớn hơn điện áp nguồn. Khoảng thời gian từ 
khi thay đổi giá trị đặt đến khi giá trị điện áp tải xác lập chính xác với lượng đặt mới là 
khoảng ½ chu kỳ lưới (0.01s). Điện áp dao động trong thời gian quá độ tại thời điểm đầu 
và cuối khi thay đổi giá trị điện áp đặt, nằm trong pham vi cho phép. 
Trường hợp 4: Kiểm tra khả năng ổn định điện áp tải uL của bộ bù nối tiếp trong điều 
kiện giả sử có một sự cố ngắn mạch vừa gây sụt giảm điện áp nguồn xuống 50% (từ 220v 
xuống 110v), đồng thời, xuất hiện một bước nhảy góc pha (-450) tại thời điểm xảy ra ngắn 
mạch (0.64s) và kết thúc tại thời điểm 0.7s như hình 14. 
Kết quả mô phỏng cho thấy, khi điện áp nguồn bị sụt giảm xuống 50% đồng thời kéo 
theo một bước nhảy pha -450 tại thời điểm (0.64s) và kết thúc tại 0.7s nhưng điện áp tải 
vẩn được bù chính xác và giữ ổn định ở giá trị đặt trước. Điều đó cho thấy, thuật toán điều 
khiển cho phép bù cả độ lớn và góc pha trong một sự cố tăng/giảm điện áp như đã trình 
bày ở trên, đã làm việc chính xác và ổn định trong điều kiện nguồn thay đổi phức tạp nhất. 
Khi us nhảy góc pha -
0 
Kết thúc nhảy góc pha 
usd 
usq 
uinj_q 
uinj_d 
uL_q 
uL_d 
Kỹ thuật điều khiển & Điện tử 
T. D. Trinh, , T. H. Nguyên, “Giải pháp ổn định  tăng giảm điện áp lưới dài hạn.” 74 
Hình 14. Điện áp lưới (us), điện áp bù (uinj), 
điện áp tải (uL) và tương ứng với thành phần dq của chúng. 
4. KẾT LUẬN 
Bài báo này đã đề xuất cấu trúc bộ bù nối tiếp không sử dụng hệ thống lưu trữ năng 
lượng độc lập, thay vào đó, sử dụng một bộ biến đổi AC-DC liên kết với bộ tụ DC-Link 
tạo nên bộ phận cấp nguồn cho thiết bị bù nối tiếp. Cấu trúc này đã mang lại lợi thế cho bộ 
bù nối tiếp là có khả năng bù tăng/giảm điện áp lưới nhanh trong khoảng thời gian kéo dài, 
nhằm ổn định điện áp cho các thiết bị y tế làm việc một cách liên tục mà không lo lắng về 
vấn đề giới hạn của hệ thống lưu trữ năng lượng khi xảy ra sự cố tăng/giảm điện áp lưới 
vượt ngoài mức quy định của thiết bị. 
Kết quả đã chỉ ra khả năng làm việc của bộ bù nối tiếp có thể ổn định nhanh điện áp tải 
trong khoảng thời gian từ 0.01s đến 0.04s (1/2 chu kỳ đến 2 chu kỳ lưới) trước một sự cố 
tăng/giảm điện áp trên lưới. Có khả năng điều chỉnh giá trị điện áp ra trên tải chính xác 
theo lượng đặt. Thuật toán và cấu trúc điều khiển lựa chọn làm việc ổn định, nhanh và 
chính xác trong điều kiện điện áp lưới tăng/giảm và có kèm theo các biến cố phức tạp như 
nhảy góc pha. Thành phần sóng hài của điện áp tải sau bù dưới mức quy định (THD <5%). 
Với kết quả đạt được, có thể khẳng định bộ bù nối tiếp đáp ứng được các yêu cầu chất 
lượng điện áp, đảm bảo cho một thiết bị y tế làm việc ổn định trước một sự cố tăng/giảm 
điện áp trên lưới điện. 
Đề xuất giải pháp này có thể tiếp tục nghiên cứu để tích hợp thêm khả năng bù các 
thành phần sóng hài trên lưới. Giải pháp có thể tiếp tục nghiên cứu thiết kế chế tạo các bộ 
nguồn có chất lượng cao trong các lĩnh vực quân sự, sản xuất công nghiệp và đời sống. 
Lời cảm ơn: Nhóm tác giả cảm ơn sự tài trợ về kinh phí của Đề tài nghiên cứu khoa học cấp 
bộ, mã số CB2019-16. 
us_abc giảm 50% và nhảy góc pha -45
o usdq giảm 50% và nhảy góc pha -45
o 
Điện áp bù uinj_abc
Điện áp bù uinj_dq
Điện áp tải uL_abc
 Điện áp tải uL_dq
usd 
usq 
uinjd 
uinjq 
uLd 
uLq 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 67, 6 - 2020 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. Trần Duy Trinh, Nguyễn Văn Liễn, Trần Trọng Minh; Bộ điều khiển Vector nối tầng 
cho hệ thống phục hồi điện áp động giảm thiểu lõm điện áp trên lưới điện phân phối; 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ các trường đại học kỹ thuật, trang 23-29, số 91, 2013. 
[2]. Mohammad Monfared, Saeed Golestan, Josep M. Guerrero; Analysis, Design, and 
Experimental Verification ofA Synchronous Reference Frame Voltage Control for 
Single-Phase Inverters; IEEE Transactions on inducstraial electronics. Copyright c 
2012 IEEE. 
[3]. Po-Tai Cheng, Chia-Long Ni, and Jhao-Ming Chen (2007), “Design of a State 
Feedback Controller for Series Voltage Sag Compensators” ©2007 IEEE. 
[4]. Angelo Baggini (2008) “Handbook of Power Quality”, John Wiley & Sons Ltd, The 
Atrium, Southern Gate, Chichester, West Sussex PO19 8SQ, England. 
[5]. A. Khoshkbar Sadigh, Student Member, IEEE, and K. M. Smedley, Fellow, IEEE 
“Review of voltage compensation methods in dynamic voltage restorer (DVR)” 
https://www.researchgate.net /publication/260751863. 
[6]. Ryszard Strzelecki, Grzegorz BenysekPower (2008) Electronics in Smart Electrical 
Energy Networks, © 2008 Springer-Verlag London Limited, (2008), PP.250-258. 
ABSTRACT 
SOLUTION FOR STABILIZING VOLTAGE BY SERIES COMPENSATOR 
ENSURE THE OPERATION OF MEDICAL EQUIPMENT 
AGAINST THE INCREASE / DECREASE OF VOLTAGE 
A series compensator is an electrical device used in a distribution system in 
order to improve the power quality. Its main function is to mitigate the 
increase/decrease of grid voltage that can affect sensitive loads. Medical equipment 
is one of the loads requires the high voltage quality. Although its own voltage 
stabilization system inside, however, in case of a short-circuit happen on the grid 
nearly the load, it leads to a rapid increase/decrease in voltage, which exceed the 
limits of the device. Especially in the case of rapid increase / decrease of voltage 
with phase angle jump and occur in a long time, it can affect the operation of 
equipment (inaccuracy of control devices, stalling of loads). In this paper, we 
propose a solution that uses a structure of an AC-DC converter to provide power in 
long-term voltage drop mode and a DC-AC converter to generate a compensation 
voltage for the device. An algorithm and control structure are also proposed to 
ensure the quick and accurate compensation function of the serial compensator. The 
effectiveness of method is demonstrated by simulation results in MATLAB/Simulink. 
Keywords: Series compensator; Increase / decrease of voltage; Converter; MATLAB/Simulink. 
Nhận bài ngày 26 tháng 3 năm 2020 
Hoàn thiện ngày 19 tháng 4 năm 2020 
Chấp nhận đăng ngày 12 tháng 6 năm 2020 
Địa chỉ: 1Khoa Điện – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vinh; 
 2Viện Tích hợp hệ thống- Học viện Kỹ thuật quân sự. 
 *Email: duytrinhktv@gmail.com.