Nhà máy điện ảo

g khuyết điểm. Sau cùng 
đến hệ thống điều khiển trung tâm hoạt động, quá trình phân cấp sẽ giám sát được tổng thể 
của hệ thống và đảm bảo hệ thống luôn làm việc liên tục hơn. 
2.3.3.Cấu trúc điều khiển VPP phân cấp toàn bộ 
Nhà máy điện ảo dựa theo cấu trúc điều khiển này được gọi là điều khiển phân cấp toàn bộ 
(Fully Distributed Controlled Virtual Power Plant - FDCVPP) như hình 6, cấu trúc điều khiển 
này có thể được coi là một phần mở rộng của hệ thống điều khiển phân cấp. Hệ thống điều 
khiển trung tâm dùng để trao đổi thông tin dữ liệu thông qua các bộ vi xử lý. VPP điều khiển 
phân cấp toàn bộ sẽ cho ta biết được dữ liệu về thị trường điện, dự báo thời tiết,...cũng như dữ 
liệu đăng nhập và các thông tin có giá trị khác của hệ thống. So với hai cấu trúc điều khiển 
trên, ở cấu trúc điều khiển này hiệu quả mang lại cao hơn. 
3. Ứng dụng mô hình VPP trong điều khiển nối lưới các nguồn điện phân tán
3.1. Tiêu chuẩn kết nối các DG vào lưới
(VPP) điều khiển 
t tâ
Điều khiển 
cấp cao Điều khiển 
cấp thấp 
Hình 5. Sơ đồ cấu trúc điều khiển VPP phân cấp 
DER Agent DER Agent DER Agent 
Phục vụ việc theo dõi 
Thời tiết, thị trường điện..v.v 
Hình 6. Sơ đồ cấu trúc điều khiển VPP phân cấp toàn bộ 
18
NHÀ MÁY ĐIỆN ẢO
Từ sơ đồ hình 7, ta thấy: Tổng trở của đường dây Z
ij
 = R
ij 
+ jX
ij
; các giá trị U
i
 và U
j
là các điện áp tại nút nguồn và nút cuối. 
Công suất phát tại điểm kết nối sẽ là : 
 S
I
 = P
I
 + jQ
I
 = (P
DG
 + j Q
DG
) - ( P
Lj
 + j Q
Lj
) (1)
Trong đó: 
P
DG
, Q
DG
, P
Lj
 , Q
Lj 
: lần lượt là công suất tác dụng, công suất phản kháng của DG 
và của phụ tải. 
Từ S
I
 = U
j
.Ý
I
 và I
I
 = (P
I
 - j Q
I
)/U*
j 
suy ra:
 (2)
Thông thường góc lệch ä giữa U
j
 và U
i
 là rất nhỏ, và j(P
I 
.X
ịj
 – Q
I 
.R
ij
)/U*
j 
= 0 như 
vậy giá trị ÄU = |U
j
 – U
i
| xấp xỉ bằng:
 (3)
Từ biểu thức đã phân tích ở trên ta thấy rằng, công suất của các DG khi tham gia 
nối lưới, có thể làm tăng hoặc giảm điện áp tại nút kết nối và các nút lân cận. Do đó, việc 
kết hợp với tỷ số R/X của hệ thống hoặc đặc tính của lưới kết nối DG với đặc tính của tải 
(hình dáng đồ thị phụ tải) để xác định được mức độ điện áp ở điểm kết nối tăng lên hay 
giảm xuống khi công suất phát của DG tăng lên.
3.3. Tính toán các thông số
3.3.1.Tính toán thông số của đường dây
Để điều khiển nối lưới các DG theo mô hình VPP theo [10], ta sử dụng cấu trúc 
điều khiển VPP tập trung bao gồm 3 nguồn điện phân tán ( là tuabin thủy lực, tuabin hơi, 
máy phát điện diesel) có sơ đồ đường dây và tải như hình 8. Ở đây: DG1: là Tuabin thủy 
lực, DG
2
: Tuabin hơi, DG
3
: Máy phát điện diesel. 
Theo [10], điện trở và điện kháng trên các đoạn đường dây ở hình 8, được tính như 
sau:
* Đoạn đường dây (L1) có chiều dài 0.5km. Điện trở trên đường dây (R1) = 
0.356Ω/km x 0.5km = 0.178Ω; điện kháng trên đường dây (X1) = 0.3226Ù/km x 0.5km 
= 0.1613Ω. 
* Đoạn đường dây (L
2
) có chiều dài 0.4km. Điện trở trên đường dây (R
2
) = 
**
*
)..()..(
))((
j
ijIijI
j
ijIijI
i
j
IIijij
iijIij
U
RQXPj
U
XQRP
U
U
jQPjXR
UZIUU
−
+
+
+=
−+
+=+=
**
)()()..(
j
ijLjDGijLjDG
j
ijIijI
U
XQQRPP
U
XQRP
U
−+−
=
+
=∆
19
LÊ KIM ANH
0.2426Ω/km x 0.4km = 0.09704Ω; điện kháng trên đường dây (X
2
) = 0.3614Ω/km x 
0.4km = 0.14456Ω.
* Đoạn đường dây (L
3
, L
4
, L
5
) có chiều dài 0.2km, sử dụng cùng loại dây dẫn và 
tiết diện dây bằng nhau, nên điện trở trên đường dây (R
3
= R
4
 = R
5
) = 0.437Ω/km x 0.2km 
= 0.0874Ω; điện kháng trên đường dây (X
3
 = X
4
 = X
5
) = 0.302Ω/km x 0.2km = 0.0602Ω.
3.3.2. Điện trở và điện kháng của máy biến áp tính theo đơn vị tương đối (per 
unit – p.u)
Theo [10], điện trở và điện kháng của máy biến áp (MBA) được tính như sau: 
Thông thường góc lệch δ giữa Uj và Ui là rất nhỏ, và j(PI .Xịj – QI .Rij)/U*j = 0 như vậy giá trị 
ΔU = |Uj – Ui| xấp xỉ bằng: 
**
)()()..(
j
ijLjDGijLjDG
j
ijIijI
U
XQQRPP
U
XQRP
U
 (3) 
Từ biểu thức đã phân tích ở trên ta thấy rằng, công suất của các DG khi tham gia nối lưới, có 
thể làm tăng hoặc giảm điện áp tại nút kết nối và các nút lân cận. Do đó, việc kết hợp với tỷ số 
R/X của hệ thống hoặc đặc tính của lưới kết nối DG với đặc tính của tải (hình dáng đồ thị phụ 
tải) để xác định được mức độ điện áp ở điểm kết nối tăng lên hay giảm xuống khi công suất 
phát của DG tăng lên. 
3.3. Tính toán các thông số 
3.3.1.Tính toán thông số của đường dây 
Để điều khiển nối lưới các DG theo mô hình VPP theo [10], ta sử dụng cấu trúc điều khiển 
VPP tập trung bao gồm 3 nguồn điện phân tán ( là tuabin thủy lực, tuabin hơi, máy phát điện 
diesel) có sơ đồ đường dây và tải như hình 8. Ở đây: DG1: là Tuabin thủy lực, DG2: Tuabin 
hơi, DG3: Máy phát điện diesel. 
Theo [10], điện trở và điện kháng trên các đoạn đường dây ở hì h 8, được tính như sau: 
* Đoạn đường dây (L1) có chiều dài 0.5km. Điện trở trên đường dây (R1) = 0.356Ω/km x 0.5km = 
0.178Ω; điện kháng trên đường dây (X1 = 0.3226Ω/km x 0.5km = 0.1613Ω. 
* Đoạn đường dây (L2) có chiều dài 0.4km. Điện trở trên đường dây (R2) = 0.2426Ω/km x 0.4km 
= 0.0970 Ω; iện kháng trên đường dây (X2) = 0.3614Ω/km x 0.4km = 0.14456Ω. 
* Đoạn đường dây (L3, L4, L5) có chiều dài 0.2km, sử dụng cùng l ại dây dẫn và tiết diện dây 
bằng nhau, nên điện trở trên đường dây (R3= R4 = R5) = 0.437Ω/km x 0.2km = 0.0874Ω; điện 
kháng trên đường dây (X3 = X4 = X5) = 0.302Ω/km x 0.2km = 0.0602Ω. 
3.3.2. Điện trở và điện kháng của máy biến áp tính theo đơn vị tương đối (per unit – p.u) 
Theo [10], điện trở và điện kháng của máy biến áp (MBA) được tính như sau: 
Lưới 
điện 
MBA 
22/0.4kV 
L1 = 0.5km 
L2 = 0.4km 
L3 = 0.2km 
L4 = 0.2km 
DG1 
Bus 1 
Tải (1) 
160k
Bus 2 
DG2 
DG3 
400V,150kVA 
400V,150kVA 
400V,150kVA 
Tải (2) 
100k
Tải (3) 
100kW 
Hình 8. Sơ đồ đường dây và tải điều khiển theo cấu trúc VPP 
Tr
un
g 
tâ
m
 đi
ều 
kh
iển
 (V
PP
) 
L5 = 0.2km 
 baseR
RupR )().(  (1) ; 
baseL
HLupL )().( (2) Trong đó:
n
n
base P
VR
2)(
 ; 
n
base
base f
RL
 2 
Đối với mạch từ hóa điện trở Rm và điện kháng Lm, để quy đổi sang đơn vị tương đối ta 
dựa trên các thông số định mức của cuộn dây sơ cấp 
  
 82.367000.450
3000.22
2
baseR ; Hxxf
RL basebase 171.15014.32
82.367
..2 
Điện trở và điện kháng của lưới điện (phía trước đoạn đường dây L1) là: R = 16Ω; X 
= 94.7Ω, như vậy điện cảm được tính như sau: 
Hxxf
XL 3.05014.32
7.94
..2 để quy đổi sang đơn vị tương đối (p.u) ta 
tính như sau:
upR
RR
base
.0434.082.367
16
1 
upL
LL
base
.256.0171.1
3.0
1 
4. Xây dựng mô hình và mô phỏng trên matlab/simulink 
4.1. Xây dựng mô hình trên matlab/simulink 
Mô hình được xây dựng trên cơ sở phân tích cấu trúc điều khiển VPP tập trung, bao gồm 3 
nguồn điện phân tán là các tuabin thủy lực, tuabin hơi và máy phát điện diesel, sơ đồ điều 
khiển nối lưới các nguồn điện phân tán xây dựng trên matlab/simulink như hình 9. 
4.2. Kết quả mô phỏng 
Hình 9. Sơ đồ điều khiển nối lưới các nguồn điện phân tán theo mô hình VPP tập trung 
20
NHÀ MÁY ĐIỆN ẢO
4. Xây dựng mô hình và mô phỏng trên matlab/simulink
4.1. Xây dựng mô hình trên matlab/simulink
Mô hình được xây dựng trên cơ sở phân tích cấu trúc điều khiển VPP tập trung, bao 
gồm 3 nguồn điện phân tán là các tuabin thủy lực, tuabin hơi và máy phát điện diesel, 
sơ đồ điều khiển nối lưới các nguồn điện phân tán xây dựng trên matlab/simulink như 
hình 9. 
4.2. Kết quả mô phỏng
 baseR
RupR )().(  (1) ; 
baseL
HLupL )().( (2) Trong đó:
n
n
base P
VR
2)(
 ; 
n
base
base f
RL
 2 
Đối với mạch từ hóa điện trở Rm và điện kháng Lm, để quy đổi sang đơn vị tương đối ta 
dựa trên các thông số định mức của cuộn dây sơ cấp 
  
 82.367000.450
3000.22
2
baseR ; Hxxf
RL basebase 171.15014.32
82.367
..2 
Điện trở và điện kháng của lưới điện (phía trước đoạn đường dây L1) là: R = 16Ω; X 
= 94.7Ω, như vậy điện cảm được tính như sau: 
Hxxf
XL 3.05014.32
7.94
..2 để quy đổi sang đơn vị tương đối (p.u) ta 
tính như sau:
upR
RR
base
.0434.082.367
16
1 
upL
LL
base
.256.0171.1
3.0
1 
4. Xây dựng mô hình và mô phỏng trên matlab/simulink 
4.1. Xây dựng mô hình trên matlab/simulink 
Mô hình được xây dựng trên cơ sở phân tích cấu trúc điều khiển VPP tập trung, bao gồm 3 
nguồn điện phân tán là các tuabin thủy lực, tuabin hơi và máy phát điện diesel, sơ đồ điều 
khiển nối lưới các nguồn điện phân tán xây dựng trên matlab/simulink như hình 9. 
4.2. Kết quả mô phỏng 
Hình 9. Sơ đồ điều khiển nối lưới các nguồn điện phân tán theo mô hình VPP tập trung 
Hình 9. Sơ đồ điều khiển nối lưới các nguồn điện phân tán theo mô hình VPP tập trung 
 hận xét: Qua kết quả mô phỏng ta thấy tại thời điểm [t = 0.05÷0.15s] thực hiện đóng tải nên 
các giá trị dòng, áp cũng như công suất bị dao động, nhưng khi qua 0.15s hệ thống làm việc 
ổn định. 
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5-400
-200
0
200
400
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5-600
-400
-200
0
200
400
600
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5-15
-10
-5
0
5
10
15
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5-2
-1
0
1
2 x 10
4
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.50
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.50.98
0.99
1
1.01
1.02
1.03
1.04
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5-200
-100
0
100
200
Hình 10. Công suất DG1 tính theo ( p.u) Hình 11. Công suất DG2 (kW) 
Hình 12. Công suất DG3 tính theo (p.u) 
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5-10
-5
0
5
10
15
Hình 13. Điện áp kích từ tính theo( p.u) 
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0 x 10
5
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5-1
-0.5
0
0.5
1
1.5 x 10
5
Hình 14. Công suất tác dụng nối lưới (W) Hình 15. Công suất phản kháng nối lưới (Var)
Hình 16. Dòng điện ngõ ra Iabc (A) 
Hình 18. Dòng điện nối lưới Iabc (A) 
Hình 17. Điện áp ngõ ra Uabc (V) 
Hình 19. Điện áp nối lưới Uabc (V) 
21
LÊ KIM ANH
 hận xét: Qua kết quả mô phỏng ta thấy tại thời điểm [t = 0.05÷0.15s] thực hiện đóng tải nên 
các giá trị dòng, áp cũng như công suất bị dao động, nhưng khi qua 0.15s hệ thống làm việc 
ổn định. 
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5-400
-200
0
200
400
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5-600
-400
-200
0
200
400
600
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5-15
-10
-5
0
5
10
15
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5-2
-1
0
1
2 x 10
4
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.50
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.50.98
0.99
1
1.01
1.02
1.03
1.04
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5-200
-100
0
100
200
Hình 10. Công suất DG1 tính theo ( p.u) Hình 11. Công suất DG2 (kW) 
Hình 12. Công suất DG3 tính theo (p.u) 
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5-10
-5
0
5
10
15
Hình 13. Điện áp kích từ tính theo( p.u) 
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0 x 10
5
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5-1
-0.5
0
0.5
1
1.5 x 10
5
Hình 14. Công suất tác dụng nối lưới (W) Hình 15. Công suất phản kháng nối lưới (Var)
Hình 16. Dòng điện ngõ ra Iabc (A) 
Hình 18. Dòng điện nối lưới Iabc (A) 
Hình 17. Điện áp ngõ ra Uabc (V) 
Hình 19. Điện áp nối lưới Uabc (V) 
Nhận xét: Qua kết quả mô phỏng ta thấy tại thời điểm [t = 0.05÷0.15s] thực hiện 
đóng tải nên các giá trị dòng, áp cũng như công suất bị dao động, nhưng khi qua 0.15s 
hệ thống làm việc ổn định. 
5. Kết luận 
Nghiên cứu mô hình nhà máy điện ảo và ứng dụng trong điều khiển nối lưới các 
nguồn điện phân tán đã mang lại hiệu quả cao kinh tế cao hơn so với điều khiển các 
nguồn điện độc lập, đồng thời phân bố được công suất phát ra trên hệ thống. Các nguồn 
điện phân tán (là tuabin thủy lực, tuabin hơi, máy phát điện diesel) được điều khiển theo 
mô hình VPP cho phép chúng đạt được quy mô tương đương và mức độ tin cậy cung 
cấp điện ổn định như các nhà máy điện truyền thống, hệ thống thực hiện nối lưới thông 
qua máy biến áp 22/0.4kV. Các nguồn điện phân tán được điều khiển theo mô hình VPP 
nhằm hướng đến việc phát triển lưới điện thông minh và điều khiển nối lưới linh hoạt 
cho các nguồn năng lượng tái tạo. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Markus Bayegan (2002), “ABB´s vision of the future electricity”, Carnegie Mellon 
22
NHÀ MÁY ĐIỆN ẢO
Electricity Industry Center March (20).
[2] 
[3] P. Lombardi, M. Powalko, K. Rudion (2009), “Optimal operation of a Virtual 
Power Plant”, PES General Meeting (GM) ,26 – 30.
[4] Shi You (2010), “Developing Virtual Power Plant for Optimized DER Operation 
and Integration”, Department of Electrical Engineering Centre for Electric 
Technology (CET) Technical University of Denmark. 
[5] Łukasz Nikonowicz, Jarosław Milewski (2012), “Virtual Power Plants – general 
review: structure, application and optimization”, Journal of Power Technologies 
92(3), 135 – 149.
[6] IEEE 1547 (2003), “Standard for interconnection distributed resources with electric 
power system”. 
[7] CIE/IEC 6140-21 (2001), “Measurement and assessment of power quality 
characteristics of grid connected wind turbines”, IEC Standard.
[8] The NRECA Guide to IEEE 1547 (2006), “Application guide for distributed 
generation interconnection”. 
 [9] Scott, N. C.; Atkinson, D. J.; Morrell, J.E (2002) “Use of load control to regulate 
voltage on distribution networks with embedded generation”IEEE Trans. on 
Power Systems, pp.510 –515.
 [10] C. K.Das, N. K.Das, M. M.Islam and S. M.Sazzad Hossain (2011) “Virtual 
power plant as a remedy to the power crisis of banglaesh: a case study-cuet”, 
Department. Of Electrical & Electronic Engineering, Chittagong University of 
Engineering & Technology.
Title: VIRTUAL POWER PLANTS 
LE KIM ANH
MienTrung Industry and Trade College
Abstract: The research on effectively using and exploiting of small and scattered 
capacity renewable energy sources (named Distributed Generation - DG) such as wind 
turbines, solar cells, fuel cells, small hydro and biogas etc., has appeared with a large 
number in power supply systems. To ensure continuously supply of energy demand, these 
systems must give estimates of power output with appropriate reliability. The using of DGs 
has an advantage of reducing power demand dependence on traditional power plants. 
However, the integration of DGs into power supply systems is a major issue because they 
have too small scales compared to those of the systems. The article gives the result of 
modulating grid-connected control system for DGs based on virtual power plant (Virtual 
Power Plants - VPP) model. This is a method to integrate the DGs to the grid. 
Key words: Power Plants; Virtual Power Plants; Renewable Energy; Small Power 
Sources; Distributed Generation.