Nghiên cứu ứng dụng thiết bị phục hồi điện áp động để ngăn chặn sụt áp ngắn hạn trên lưới điện phân phối

ểm k 
có thể được thiết lập như sau: 
 1 11
2 21
1 0
0 1
k
k k
x x
x
x x
 (9) 
trong đó: ω = 2πf là vận tốc góc; f là tần số; 
ΔT là khoảng thời gian lấy mẫu. 
Do vậy tín hiệu đo lường tại thời điểm k+1 có 
thể được dự đoán liên quan đến các biến trạng 
thái tại thời điểm k+1: 
1
1
2 1
1 1
sin 1
cos 1
T
k
k
k k
k T x
z
xk T
H x


 (10) 
Ước lượng hiệp phương sai P- ở bước thời 
gian k+1 được thiết lập theo (11). 
1
T
k k k k kP P Q 
 (11) 
trong đó Qk là ma trận hiệp phương sai của 
wk. 
Hệ số khuếch đại Kalman được tính toán theo 
phương trình (12): 
1
T T
k k k k k k kK P H H P H R
 (12) 
trong đó Rk là ma trận hiệp phương sai của vk. 
Ước lượng trạng thái có thể được cập nhật 
theo tín hiệu đo lường thực tế như sau: 
 ˆ ˆ ˆk k k k k kx x K z H x (13) 
Hiệp phương sai nhiễu quá trình được cập 
nhật: 
 k k k kP I K H P
 (14) 
Biên độ và góc pha của tín hiệu điện áp tại 
thời điểm k được tính toán từ các biến trạng 
thái đã ước lượng theo (15) và (16). 
Ngô Minh Khoa và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN 225(06): 3 - 10 
 Email: jst@tnu.edu.vn 7 
 2 21 2k kA x x (15) 
 2
1
arctank
k
x
x
 (16) 
Phát hiện sụt áp ngắn hạn để điều khiển DVR 
chuyển đổi trạng thái giữa chế độ chờ 
(standby) và chế độ kích hoạt (active) sụt áp 
ngắn hạn sẽ được phát hiện khi Ak < 0,9 pu. 
3.3. Phương pháp điều khiển 
Có hai phương pháp được sử dụng để điều 
khiển DVR: điều khiển vòng hở và điều khiển 
vòng kín [7], [11]. Điều khiển vòng kín có 
hiệu quả trong việc điều khiển cao hơn; tuy 
nhiên, nó phụ thuộc vào sự thay đổi của phụ 
tải. Bài báo này đề xuất phương pháp điều 
khiển vòng hở như hình 4. 
VSC
3 3
6
+
-
+
utai
-
- +
PLL abc αβ
αβ
dq
2θ
θ
2
udq.ref
2
αβ
dq2 2
abc
αβ 3
PWM
6
KF
Standby/
Active
Standby/
Active
θ
Nguồn Tải
uDC
unguon
Cf
uDVR
Hình 4. Điều khiển DVR trong hệ d-q 
Điều khiển véctơ không gian được ứng dụng 
để điều khiển DVR, do đó điện áp ba pha 
được chuyển đổi sang hệ véctơ không gian: 
 2 3 4 3j ja b cu ju u u e u e
  (17) 
Véctơ không gian được chuyển đổi sang hệ 
tham chiếu quay d-q như sau: 
 jd qu ju u ju e   (18) 
Điện áp trong hệ d-q được so sánh với điện áp 
tham chiếu udq.ref để tính toán điện áp cần bù 
bởi DVR. Các giá trị điện áp tham chiếu: ud.ref 
= 1 (pu) và uq.ref = 0 (pu). 
3.4. Khâu đồng bộ pha (PLL) 
Khâu đồng bộ pha với điện áp nguồn được 
thể hiện như hình 5. Góc γ là góc tức thời của 
điện áp nguồn và góc θ là góc của PLL [7]. 
PLL đánh dấu thành phần thứ tự thuận của 
điện áp nguồn và góc PLL được sử dụng cho 
việc chuyển đổi từ hệ α-β sang hệ tham chiếu 
d-q và ngược lại như hình 4. 
cosγ 
sinγ 
ω0
Δω ω
θ
sinθ 
cosθ 
sin(γ-θ) sin
cos
Hình 5. Khâu đồng bộ pha (PLL) 
4. Kết quả mô phỏng 
Để đánh giá hiệu quả hoạt động của cấu hình 
và sơ đồ điều khiển DVR đã đề xuất ở mục 
trên, bài báo này sử dụng Matlab/Simulink để 
mô phỏng sơ đồ lưới điện như hình 6. Lưới 
điện bao gồm nguồn 22 kV cấp điện cho phụ 
tải nhạy cảm thông qua MBA 22/0,4 kV. Sử 
dụng cấu hình DVR đã trình bày ở trên để bù 
sụt áp ngắn hạn ở phía nguồn khi có xảy ra 
bốn dạng ngắn mạch trên đường dây 22 kV. 
Số liệu của các phần tử trên sơ đồ lưới điện và 
các thông số các phần tử của DVR được thể 
hiện như trong bảng 1 và bảng 2. 
~
Đường dây
MBA (Δ/Yo)
22/0,4 kV
Nguồn
unguon utai
N
22kV
Δ Yo DVR Tải
Hình 6. Mô hình mô phỏng DVR
Bảng 1. Thông số phần tử trên lưới điện 
Phần tử Thông số 
Nguồn Uđm = 22 kV; f = 50 Hz; 
R = 0,3457 Ω; X = 2,42 Ω 
Máy biến áp Sđm = 250 kVA; 22/0,4 kV; 
R = 0,002 pu; X = 0,08 pu 
Tổ nối dây: Δ/Y0 
Đường dây r0 = 0,32 Ω/km; x0 = 0,35 Ω/km; 
Lre = 15 km 
Tải S = 20 kVA; cosφ = 0,95 
Ngô Minh Khoa và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN 225(06): 3 - 10 
 Email: jst@tnu.edu.vn 8 
Bảng 2. Thông số các phần tử của DVR 
Phần tử Thông số 
Máy biến áp nối tiếp 1 
pha 
Sđm = 10/3 kVA; 
400/200 V; 
R = 0,002 pu; X = 0,08 pu 
Tụ lọc Cf = 100 μF 
Liên kết DC UDC = 565 V; CDC = 1 mF 
Tần số mang fs = 5000 Hz 
Trong bài báo này, vị trí ngắn mạch được giả 
định là nằm trên một đường dây 22 kV thuộc 
một nhánh khác không phải nhánh để cấp 
điện trực tiếp cho phụ tải có ứng dụng DVR. 
Trường hợp xuất hiện ngắn mạch thoáng qua 
tại vị trí đó sau khi bảo vệ rơle đầu nguồn cắt 
ra và đóng lại thành công thì sẽ xuất hiện sụt 
áp ngắn hạn tại điểm đấu nối chung trong 
khoảng thời gian từ lúc bắt đầu ngắn mạch 
đến khi máy cắt cắt ra. Còn nếu có xuất hiện 
ngắn mạch vĩnh cửu tại vị trí đó thì bảo vệ 
rơle ở đầu nhánh đó sẽ thực hiện theo chu 
trình cắt – đóng - cắt định trước để cô lập 
điểm ngắn mạch cho nên hiện tượng sụt áp 
ngắn hạn vẫn xuất hiện tại điểm đấu nối 
chung trong khoảng thời gian từ lúc ngắn 
mạch đến khi cắt ra lần thứ nhất và trong 
khoảng thời gian máy cắt đóng lại. Như vậy, 
sụt áp ngắn hạn vẫn xuất hiện tại điểm đấu 
nối chung trong những khoảng thời gian tồn 
tại ngắn mạch. Do đó, để kiểm chứng cho khả 
năng bù sụt áp ngắn hạn của DVR trong 
khoảng thời gian tồn tại của nó thì bài báo 
này giả sử thời điểm bắt đầu xảy ra ngắn 
mạch là 50 ms và được loại trừ sau đó 100 ms 
có thể do ngắn mạch thoáng qua hoặc cũng có 
thể do bảo vệ tác động. Sơ đồ mô phỏng trên 
Matlab/ Simulink được thể hiện như hình 7. 
Hình 7. Mô hình trên Matlab/Simulink 
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
-400
-200
0
200
400
a) Dien ap nguon
u
n
g
u
o
n
 (
V
)
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
-100
-50
0
50
100
b) Dien ap tren DVR
u
D
V
R
 (
V
)
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
-400
-200
0
200
400
c) Dien ap tai
u
ta
i (
V
)
t (ms)
Hình 8. Bù sụt áp ngắn hạn do ngắn mạch ba pha 
trên đường dây 22 kV; (a) Điện áp phía nguồn; 
(b) Điện áp trên DVR; (c) Điện áp phía tải 
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
-10
-5
0
5
10
a) Dong dien nhanh shunt
i s
h
u
n
t (
A
)
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
-50
0
50
b) Dong dien phia nguon
i n
g
u
o
n
 (
A
)
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
400
500
600
700
c) Dien ap lien ket DC
u
D
C
 (
V
)
t (ms)
Hình 9. Bù sụt áp ngắn hạn do ngắn mạch ba pha 
trên đường dây 22 kV; (a) Dòng điện nhánh shunt; 
(b) Dòng điện phía nguồn; (c) Điện áp liên kết DC 
Hình 8 và hình 9 thể hiện kết quả mô phỏng 
bù sụt áp ngắn hạn khi có ngắn mạch ba pha 
xảy ra tại điểm N trên đường dây 22 kV. 
Ngắn mạch ba pha trên đường dây 22 kV gây 
ra sụt áp ngắn hạn đối xứng như hình 8(a). 
Khoảng thời gian từ 0 đến 50 ms là giai đoạn 
ở chế độ làm việc bình thường nên KF không 
phát hiện sụt áp ngắn hạn, do đó DVR làm 
việc ở chế độ chờ nên điện áp trên DVR hầu 
như bằng 0 như hình 8(b). Tại thời điểm 50 
ms xảy ra ngắn mạch ba pha trên đường dây 
22 kV, KF phát hiện sụt áp ngắn hạn nên 
DVR chuyển sang chế độ kích hoạt và điện áp 
trên DVR được điều khiển để bù sụt áp ngắn 
hạn như hình 8(b). Vì sụt áp ngắn hạn ba pha 
đối xứng nên điện áp ba pha trên DVR cũng 
đối xứng với nhau. Do vậy, kết quả điện áp 
Ngô Minh Khoa và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN 225(06): 3 - 10 
 Email: jst@tnu.edu.vn 9 
tải được phục hồi trở lại điện áp trước khi xảy 
ra sụt áp ngắn hạn như hình 8(c). Đồng thời 
khi DVR được kích hoạt thì VSC sẽ lấy một 
lượng công suất ở liên kết DC để bù sụt áp 
ngắn hạn, đo đó dòng điện đi qua nhánh shunt 
cấp cho mạch chỉnh lưu sẽ tăng lên như hình 
9(a) làm cho dòng điện phía nguồn cũng tăng 
lên nhẹ như hình 9(b) và điện áp liên kết DC 
bị giảm xuống như hình 9(c). 
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
-400
-200
0
200
400
a) Dien ap nguon
u
n
g
u
o
n
 (
V
)
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
-100
-50
0
50
100
b) Dien ap tren DVR
u
D
V
R
 (
V
)
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
-400
-200
0
200
400
c) Dien ap tai
u
ta
i (
V
)
t (ms)
Hình 10. Bù sụt áp ngắn hạn do ngắn mạch hai 
pha trên đường dây 22 kV; (a) Điện áp nguồn; 
(b) Điện áp trên DVR; (c) Điện áp tải 
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
-400
-200
0
200
400
a) Dien ap nguon
u
n
g
u
o
n
 (
V
)
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
-100
-50
0
50
100
b) Dien ap tren DVR
u
D
V
R
 (
V
)
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
-400
-200
0
200
400
c) Dien ap tai
u
ta
i (
V
)
t (ms)
Hình 11. Bù sụt áp ngắn hạn do ngắn mạch hai 
pha chạm đất trên đường dây 22 kV; (a) Điện áp 
nguồn; (b) Điện áp trên DVR; (c) Điện áp tải 
Kết quả mô phỏng với hai dạng ngắn mạch 
hai pha và ngắn mạch hai pha chạm đất (với 
giả thiết pha A là pha bình thường) trên 
đường dây 22 kV trên nhánh rẽ được thể hiện 
ở hình 10 đến hình 13. Khi xảy ra ngắn mạch 
hai pha hoặc ngắn mạch hai pha chạm đất tại 
điểm ngắn mạch trên đường dây 22 kV sẽ gây 
ra sụt áp ngắn hạn không đối xứng ở phía hạ 
áp của MBA như hình 10(a) và hình 11(a). 
Do đó DVR bù sụt áp ngắn hạn trên các pha 
cũng không đối xứng nhau như Hình 10(b) và 
hình 11(b). Tuy nhiên trong hai trường hợp 
này, biên độ điện áp của pha B ở phía hạ áp 
hầu như không bị thay đổi như hình 10(a) và 
hình 11(a), nhưng có sự dịch góc pha do đó 
DVR vẫn phải bù điện áp pha B để ngăn chặn 
sự dịch góc pha đó như hình 10(b) và hình 
11(b). Kết quả là điện áp tải đảm bảo yêu cầu 
như hình 10(c) và hình 11(c). 
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
-400
-200
0
200
400
a) Dien ap nguon
u
n
g
u
o
n
 (
V
)
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
-100
-50
0
50
100
b) Dien ap tren DVR
u
D
V
R
 (
V
)
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
-400
-200
0
200
400
c) Dien ap tai
u
ta
i (
V
)
t (ms)
Hình 12. Bù sụt áp ngắn hạn do ngắn mạch một 
pha trên đường dây 22 kV; (a) Điện áp nguồn; (b) 
Điện áp trên DVR; (c) Điện áp tải 
Hình 12 thể hiện kết quả mô phỏng của việc 
bù sụt áp ngắn hạn bằng DVR đối với dạng 
ngắn mạch một pha (giả thiết pha A là pha bị 
ngắn mạch) trên đường dây 22 kV. Khi ngắn 
mạch một pha tại điểm ngắn mạch trên đường 
dây 22 kV sẽ gây ra sụt áp ngắn hạn pha A và 
pha B ở phía hạ áp của MBA có tổ nối dây 
Δ/Y0 như hình 12(a), DVR được kích hoạt để 
bù sụt áp ngắn hạn như hình 12(b) và kết quả 
là điện áp tải được đảm bảo yêu cầu như hình 
12(c). Nhưng trong trường hợp này, pha C 
không bị sụt áp ngắn hạn về biên độ và cũng 
không bị dịch góc pha nên DVR không bù 
điện áp pha C mà chỉ có pha A và pha B được 
bù sụt áp ngắn hạn như hình 12(b). 
5. Kết luận 
Bài báo trình bày cấu hình và phương pháp 
điều khiển DVR nhằm ngăn chặn sụt áp ngắn 
hạn do ngắn mạch gây ra trên LĐPP. Cấu 
hình này có khả năng bù sụt áp ngắn hạn đối 
Ngô Minh Khoa và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN 225(06): 3 - 10 
 Email: jst@tnu.edu.vn 10 
xứng và không đối xứng kể cả khi có sự dịch 
chuyển góc pha. Sơ đồ điều khiển vòng hở 
dựa trên hệ tham chiếu quay d-q kết hợp với 
KF được sử dụng để phát hiện nhanh và chính 
xác sụt áp ngắn hạn. Hiệu quả của cấu hình và 
phương pháp điều khiển của DVR được kiểm 
chứng bằng phương pháp mô phỏng trên 
Matlab/Simulink. Các kết quả mô phỏng khả 
năng bù sụt áp ngắn hạn của DVR khi xảy ra 
bốn dạng ngắn mạch trên xuất tuyến đi ra từ 
thanh cái cao áp của trạm biến áp đã cho thấy 
rõ hiệu quả của phương pháp đề xuất trong 
việc ngăn chặn sụt áp ngắn hạn trên LĐPP. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO/ REFERENCES 
[1]. M. H. Bollen, Understanding Power Quality 
Problems: Voltage Sags and Interruptions, 
New York: IEEE Press, vol. 1, 2000. 
[2]. M, H. J. Bollen, and Irene Yu-Hua Gu, Signal 
Processing Of Power Quality Disturbances, 
Wiley-Interscience, IEEE Press, 2006. 
[3]. IEEE, Std. 1159-1995 - IEEE Recommended 
Practice for Monitoring Electric Power 
Quality, IEEE Publisher, 1995. 
[4]. F. A. Mohammad, E. Babaei, and F. 
Blaabjerg, “A comprehensive review of 
dynamic voltage restorers,” International 
Journal of Electrical Power & Energy 
Systems, vol. 92, pp.136-155, 2017. 
[5]. S. K. Singh, and S. K. Srivastava, 
“Enhancement in power quality using dynamic 
voltage restorer (DVR) in distribution 
network”, 2017 International Conference on 
Innovations in Information, Embedded and 
Communication Systems (ICIIECS), 
Coimbatore, India, 2017, pp. 17-18. 
[6]. R. Pal, and S. Gupta, “Topologies and Control 
Strategies Implicated in Dynamic Voltage 
Restorer (DVR) for Power Quality 
Improvement,” Iranian Journal of Science 
and Technology, Transactions of Electrical 
Engineering, vol. 44, no. 2, pp. 581-603, 
2019. 
[7]. J. G. Nielsen, and F. Blaabjerg, “A detailed 
comparison of system topologies for dynamic 
voltage restorers,” IEEE Transactions on 
Industry Applications, vol. 41, iss. 5, pp. 
1272-1280, 2005. 
[8]. R. Omara, and N. A. Rahimb, “Voltage 
unbalanced compensation using dynamic 
voltage restorer based on supercapacitor,” 
International Journal of Electrical Power & 
Energy Systems, vol. 43, iss. 1, pp. 573-581, 
2012. 
[9]. P. T. Ogunboyo, R. Tiako, and I. E. Davidson, 
“Effectiveness of Dynamic Voltage Restorer 
for Unbalance Voltage Mitigation and 
Voltage Profile Improvement in Secondary 
Distribution System,” Canadian Journal of 
Electrical and Computer Engineering, vol. 
41, iss. 2, pp. 105-115, 2018. 
[10]. T. L. Ilamkar, and V. Joshi, “Voltage Sag 
Compensation Using Synchronously 
Reference Frame Theory Based Dynamic 
Voltage Restorer,” 2018 International 
Conference on Current Trends towards 
Converging Technologies (ICCTCT), 
Coimbatore, India, 1-3 March 2018. 
[11]. C. Tu, Q. Guo, F. Jiang, C. Chen, X. Li, F. 
Xiao, and J. Gao, “Dynamic voltage restorer 
with an improved strategy to voltage sag 
compensation and energy self-recovery,” 
CPSS Transactions on Power Electronics and 
Applications, vol. 4, iss. 3, pp. 219-229, 2019. 
[12]. E. A. Al-Ammar, A. Ul-Haq, A. Iqbal, M. 
Jalal, and A. Anju, “SRF based versatile 
control technique for DVR to mitigate voltage 
sag problem in distribution system,” Ain 
Shams Engineering Journal, vol. 11, no. 1, 
pp. 99-108, 2020. 
[13]. F. B. Ajaei, S. Afsharnia, A. Kahrobaeian, 
and S. Farhangi, “A Fast and Effective 
Control Scheme for the Dynamic Voltage 
Restorer,” IEEE Transactions on Power 
Delivery, vol. 26, iss. 4, pp. 2398-2406, 2011. 
[14]. A. M. Rauf, and V. Khadkikar, “An 
Enhanced Voltage Sag Compensation Scheme 
for Dynamic Voltage Restorer,” IEEE 
Transactions on Industrial Electronics, vol. 
62, iss. 5, pp. 2683-2692, 2015. 
[15]. C. Dhanamjayulu, and S. Meikandasivam, 
“Improved Performance of a Dynamic 
Voltage Restorer Using Hybridized Cascaded 
Multilevel Inverter for Solar PV Grid 
Connected System,” Artificial Intelligence 
and Evolutionary Computations in 
Engineering Systems, pp. 675-686, 2018. 
[16]. E. Pérez, and J. Barros, “An extended 
Kalman filtering approach for detection and 
analysis of voltage dips in power systems,” 
Electric Power Systems Research, vol. 78, iss. 
4, pp. 618-625, 2008.