Nhà máy phát năng lượng gió với kỹ thuật tìm kiếm điểm công suất cực đại MPPT trong hệ thống điện

ió tăng trong khi tốc độ cánh 
quạt là hằng số và giá trị β vẫn là 0o. Trong vùng này tốc độ tham chiếu là giới hạn tốc 
độ trên của thuật toán điều khiển. 
ωr ref = ωr max (11) 
Khi công suất phát P đạt đến định mức, thuật toán được chuyển sang vùng IV. 
2.4. Vùng IV 
Đây là vùng mà TG sẽ làm việc, trong khoảng giới hạn dưới của tốc độ gió là 
Vrated và giới hạn trên là Vcut out. Nếu tốc độ gió vượt quá giới hạn trên này, TG sẽ dừng 
hoạt động và hệ thống hãm sẽ được kích hoạt. Trong vùng này, tốc độ TG vẫn được giữ 
là hằng số tại giá trị lớn nhất. λ và Cp khi đó sẽ không có giá trị tối ưu, góc nghiêng β sẽ 
thay đổi trong phạm vi từ 0o đến 45o để thải bỏ năng lượng gió dư thừa và TG vẫn giữ 
công suất phát ra ở giá trị định mức do thuật toán MPPT sẽ yêu cầu gia tăng góc 
nghiêng β. Trong vùng này tốc độ tham chiếu ωr ref vẫn giữ ở mức cao nhất. Trong Hình 
2, khi góc nghiêng β tăng lên, hệ số Cp giảm và công suất cơ có được sẽ giảm và do đó 
công suất phát ra sẽ giảm về giá trị định mức. 
PHÂN BAN NGUỒN ĐIỆN | 229 
Từ giả thiết 4 vùng làm việc như Hình 3, đặc tính công suất TG theo tốc độ máy 
phát và tốc độ gió với β = 0o được minh họa trong Hình 4. Đường công suất TG yêu cầu 
là đường nối các điểm ABCD. AB là đoạn thẳng đứng tại tốc độ nhỏ nhất của máy phát 
và tương ứng với vùng I. BC là quỹ tích công suất max của TG và các điểm nằm trên 
đường này có hệ số đầu cánh đạt tối ưu λ = 6,4. Tốc độ gió tại điểm B và C được xác 
định theo biểu thức (4) và đoạn BC tương ứng với vùng II. CD là đoạn thẳng đứng 
tương tự như AB tại tốc độ lớn nhất của máy phát và tương ứng với vùng III. Vùng IV 
hoạt động tại điểm D, lúc này góc nghiêng β sẽ tăng và làm cho các đặc tính công suất 
theo tốc độ máy phát thay đổi. 
Từ biểu thức (7), (8), (10), (11), mô hình cho thuật toán điều khiển đề xuất được 
xây dựng trong hệ qui chiếu quay rotor dq. Các dòng rotor (ira, irb, irc) của DFIG được 
chuyển vào các thành phần trục dq như idr và iqr. 
Từ thông stator và rotor có thể được biểu diễn như sau: 
 φୢୱ = Lୱiୢୱ + L୫iୢ୰ (12) 
 φ୯ୱ = Lୱi୯ୱ + L୫i୯୰ (13) 
 φୢ୰ = L୰iୢ୰ + L୫iୢୱ (14) 
 φ୯୰ = L୰i୯୰ + L୫i୯ୱ (15) 
Trong đó Ls, Lr, theo thứ tự là điện cảm stator và rotor. Lm là hỗ cảm giữa stator 
và rotor. 
Các công suất tác dụng và phản kháng phía stator là như sau: 
 Pୱ = vୢୱiୢୱ + v୯ୱi୯ୱ (16) 
 Qୱ = v୯ୱiୢୱ − vୢୱi୯ୱ (17) 
Các công suất tác dụng và phản kháng phía rotor được định nghĩa như sau: 
 P୰ = vୢ୰iୢ୰ + v୯୰i୯୰ (18) 
 Q୰ = v୯୰iୢ୰ − vୢ୰i୯୰ (19) 
Momen điện từ: 
 Tୣ = p൫φୢୱi୯ୱ − φ୯ୱiୢୱ൯ (20) 
Với p là số đôi cực. 
Để triệt tiêu thành phần từ thông stator trục q, chọn φୢୱ = φୱ và φ୯ୱ = 0. 
Momen điện từ được đơn giản thành: 
 Tୣ = −P ୐ౣ୐౩ i୯୰φୱ (21) 
230 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 
Do đó, chỉ có thành phần iqr góp phần vào momen và công suất. Nếu idr và iqr có 
thể được điều khiển một cách chính xác, có thể điều khiển riêng biệt công suất tác dụng 
và phản kháng phía stator. 
 Pୱ = −Vୱ ୐ౣ୐౩ i୯୰ (22) 
 Qୱ = ୚౩஦౩୐౩ −
୚౩୐ౣ
୐౩ iୢ୰ (23) 
Giá trị chính xác của idr và iqr trong rotor có được bằng cách tạo ra dòng tham 
chiếu pha ira_ref, irb_ref và irc_ref, và sau đó bộ biến đổi công suất đưa các dòng điện này 
vào rotor, các dòng tham chiếu (ira_ref, irb_ref và irc_ref) sẽ dựa vào độ sai lệch tốc độ 
(ωpu - ωref_pu). 
Mô hình turbine gió và máy phát DFIG được thành lập và các mô phỏng được 
thực hiện trên PSCAD 4.2 dựa trên các thông số của TG Nordex N80. 
Máy phát: Công suất 2500 KW, điện áp 660 V, tốc độ 740 - 1310 vòng/phút. 
Turbine: Tỷ số hộp số 1:68, tốc độ gió cut-in 4 m/s, tốc độ gió cut-out: 25 m/s, 
bán kính cánh quạt turbine: 40 m. 
 Hình 5: Tốc độ gió (m/s) Hình 6: Đáp ứng tốc độ của rotor máy phát 
 (ωref_pu tốc độ tham chiếu, 
 ωpu tốc độ thực của rotor) 
 Hình 7: Hệ số Cp Hình 8: Góc nghiêng β 
PHÂN BAN NGUỒN ĐIỆN | 231 
Các kết quả được trình bày từ Hình 5 đến Hình 8. Tốc độ gió được thay đổi từ tốc 
độ Vcutin là 4 m/s đến tốc độ Vcutout là 25 m/s, mỗi lần thay đổi tăng thêm 1 m/s như Hình 
5. Tốc độ rotor máy phát ổn định trong thời khoảng 10s với sai số khoảng 0,003 pu 
như Hình 6. Đường cong Cp đạt giá trị lớn nhất trong khoảng vận tốc gió từ 7 m/s đến 
12 m/s như Hình 7 và góc nghiêng β được kích hoạt tại vận tốc 13 m/s như trong 
Hình 8. Hình 9 cho thấy đường cong công suất phát PG và hiệu suất Cp theo tốc độ gió 
có từ kết quả tính toán là phù hợp với các đường cong tương ứng của máy phát gió thực 
tế Nordex N80/2500. 
Hình 9: So sánh kết quả với số liệu TG Nordex N80/2500 KW 
3. TÁC ĐỘNG CỦA CÁC NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ LÊN LƯỚI ĐIỆN 
Mô hình đề xuất trên cho turbine gió và máy phát DFIG được xây dựng trên nền 
PSCAD 4.2 và đưa vào sơ đồ tính toán trên lưới điện của EVN- SPC, với kịch bản các 
nhà máy điện gió tại các tỉnh Bình Thuận, Ninh Thuận, Bạc Liêu dự kiến được đấu nối 
vào lưới điện theo qui hoạch điện gió đến 2020. Do khuôn khổ giới hạn của bài báo, ở 
đây chỉ trình bày một số điểm tiêu biểu của tác động các nhà máy gió trên địa bàn tỉnh 
Ninh Thuận, với kịch bản qui hoạch điện gió như sau [16]. 
 Dự án PDV1-1: Công suất lắp đặt 30 MW, dự kiến bố trí trạm 110/22 kV - 40 MVA 
PĐV1-1 đấu nối chuyển tiếp vào đường dây 110 kV Ninh Hải - Cam Ranh 
hiện hữu. 
 Dự án PDV1-2: Công suất lắp đặt 30 MW, dự kiến bố trí trạm 110/22 kV – 40 MVA 
PĐV1-2 đấu nối chuyển tiếp vào đường dây 110 kV Phan Rang - Cam Ranh 
hiện hữu. 
 Dự án PDV3-1: Công suất lắp đặt 40 MW, dự kiến bố trí trạm 110/22 kV – 40 MVA 
PĐV3-1 đấu nối chuyển tiếp vào đường dây 110 kV Ninh Phước - Tháp Chàm hiện 
hữu. 
 Dự án PDV3-2: Công suất lắp đặt 30 MW, dự kiến bố trí trạm 110/22 kV – 40 MVA 
PĐV3-2 đấu nối chuyển tiếp vào đường dây 110 kV Ninh Phước - Vĩnh Hảo hiện 
hữu. 
232 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 
 Dự án PDV3-3: Công suất lắp đặt 30 MW, dự kiến bố trí trạm 110/22 kV – 40 MVA 
PĐV3-3 đấu nối chuyển tiếp vào đường dây 110 kV Ninh Phước - Vĩnh Hảo 
hiện hữu. 
 Dự án PDV4-1: Công suất lắp đặt 30 MW, dự kiến bố trí trạm 110/22 kV – 40 MVA 
PĐV4-1 đấu nối vào trạm 110 kV Ninh Phước thông qua đường dây 110 kV mạch 
kép dài 14 km. 
 Dự án PDV4-2: Công suất lắp đặt 30 MW, dự kiến bố trí trạm 110/22 kV – 40 MVA 
PĐV4-2 đấu nối vào trạm 110 kV Ninh Phước thông qua đường dây 110 kV mạch 
kép dài 14 km. 
Hình 10 và Bảng 1 cho thấy điện áp tại các nút (tiêu biểu) khi có sự cố ngắn mạch 
thoáng qua, cũng là đường cong điện áp phục hồi sau sự cố LVRT (Low Voltage Ride 
Through), tại Bus PVD3_1 phía 110 kV, cho trường hợp các nhà máy gió trong kịch 
bản làm việc ở tốc độ gió 7 m/s. 
Hình 11 và Bảng 2 cho thấy điện áp tại các nút (tiêu biểu) và dòng công suất khi 
có sự cố cắt đột ngột các nhà máy gió khi đang làm việc ở tốc độ gió 7 m/s. 
Bảng 1. Điện áp nút 
Điện áp nút - Sự cố thoáng qua 2020-7 m/s 
STT Tên Nút Điện áp nút 
lúc bình thường
kV 
Điện áp khi ngắn mạch BUS PDV3_1 
22 kV 
1 PDV1_1 120.07 116.88 
2 PDV1_2 120.54 115.77 
3 PDV3_1 118.40 99.99 
4 PDV3_2 117.60 112.71 
5 PDV3_3 117.90 110.90 
6 PDV4_1 118.45 110.24 
7 PDV4_2 118.41 110.39 
Hình 12 theo Sổ tay kĩ thuật đấu nối điện gió vào hệ thống điện Việt Nam qui 
định về đường cong phục hồi điện áp với độ võng cho phép tối đa và điện áp sau sự cố 
theo thời gian (ms). Hình 13 cho thấy diễn biến điện áp tại các điểm nút trong khu vực 
khảo sát hoàn toàn nằm trong qui định về khả năng phục hồi điện áp LVRT. 
PHÂN BAN NGUỒN ĐIỆN | 233 
 Hình 10: Đường cong điện áp phục hồi Hình 11: Điện áp nút khi cắt đột ngột các 
 sau ngắn mạch (LVRT) nhà máy gió khỏi lưới điện 
Hình 12: Qui định cho đường cong phục hồi Hình 13: Điện áp tại các nút sau sự cố 
 điện áp (LVRT) 
234 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 
Bảng 2. Dòng công suất trên các nhánh 
Dòng công suất - Sự cố các nhà máy gió cắt ra khỏi lưới điện 
STT Tên nhánh Cấp 
điện 
áp 
Kết nối đến năm 
2020 ở 
vận tốc gió 7 m/s 
Chưa kết nối 
máy phát gió 
P 
(MW) 
Q 
(Mvar) 
P 
(MW) 
Q 
(Mvar) 
1 NINHPHUOC2_VINHTAN52 220 42.7 8.5 -29.3 18.2
2 DANHIM2_DUCTRONG2 220 -29.2 15.7 -22.3 12.4
3 KCNVINHHAO1_PDV3_2 110 0.7 -3.3 28.3 -9.0
4 CAMRANH1_NHATRANG 110 44.9 -48.6 10.3 -42.7
4. THẢO LUẬN 
Các khảo sát cho thấy khi xảy ra sự cố ngắn mạch ở thanh cái 22 kV, khả năng 
phục hồi điện áp, sau các dao động điện áp, tại các điểm nút ở khu vực Bình Thuận, 
Ninh Thuận là khả quan. Điều này được giải thích là do công suất phát của các nhà máy 
gió tại các tỉnh có tiềm năng gió dồi dào, ngay cả khi vận hành ở mức công suất tối đa 
theo qui hoạch 2020, là nhỏ so với tổng công suất của các nhà máy điện có công suất rất 
lớn trong các khu vực gần đó. Song song, các kết quả cho thấy khi các nhà máy gió bị 
buộc phải ngừng hoạt động, do các nguyên nhân khách quan liên quan đến thời tiết bất 
thường, do gió bão trên diện rộng,, điện áp trên các thanh cái tại các nút ở các khu 
vực Bình Thuận, Ninh Thuận sẽ trở về giá trị ổn định nằm trong mức qui định điện áp 
qui định của lưới truyền tải (< 5%). 
Bài báo đã xem xét các kịch bản cực trị theo qui hoạch đến 2020 và theo tiềm 
năng gió tối đa có thể có trên địa bàn cụ thể, bằng cách tính toán cho trường hợp các 
nhà máy gió ở Bình Thuận, Ninh Thuận và các nhà máy gió ở Bạc Liêu, khi chúng đều 
phát ra công suất cực đại. Việc đánh giá khả năng điện áp phục hồi sau sự cố trên lưới 
LVRT, hay khi công suất từ các nhà máy gió bị cắt do thời tiết đã được thực hiện, trong 
điều kiện hệ thống điện được qui hoạch đến thời điểm tương ứng. Hoàn toàn có thể áp 
dụng phương pháp đánh giá này cho các kịch bản trong tương lai xa hơn, khi công suất 
các nhà máy gió tại các địa bàn khác sẽ được bổ sung, trong điều kiện hệ thống điện 
được qui hoạch đến thời điểm tương ứng. Chất lượng điện năng và từ đó, độ tin cậy lưới 
điện, khi đấu nối các nhà máy điện gió vào lưới điện đã được khảo sát đến qua việc 
đánh giá khả năng phục hồi điện áp sau sự cố LVRT của các nhà máy điện gió, trong 
các kịch bản cực trị, khi có sự cố xảy ra hoặc ngừng các nhà máy. 
Một chương trình tính toán dựa trên nền PSCAD đã được xây dựng và phát triển 
với sơ đồ chi tiết, thể hiện đầy đủ hệ thống điện do EVN-SPC quản lí. Sơ đồ có khả 
năng mở rộng dễ dàng và có thể tích hợp với các nhà máy gió sẽ dần được đưa vào đấu 
nối, vận hành với lưới điện ở các giá trị tốc độ gió khác nhau. Sơ đồ tính toán này có thể 
phân tích các kịch bản khác nhau, theo qui hoạch phát triển của các nhà máy gió sẽ 
PHÂN BAN NGUỒN ĐIỆN | 235 
được đưa vào vận hành trong tương lai. Mặt khác, chương trình tính toán cho phép đánh 
giá và tiên đoán khả năng đấu nối các nhà máy điện gió sẽ đưa vào vận hành, theo các 
điều kiện và tiêu chuẩn đấu nối do EVN và EVN-SPC qui định. 
Cần lưu ý thêm là kĩ thuật kĩ thuật tìm kiếm vận tốc tối ưu và phương pháp điều 
khiển vận tốc sử dụng dòng rotor (MPPT) - với đặc điểm tính trễ của hệ cơ học - sẽ 
không thể có tác dụng được khi có sự cố ngắn mạch thoáng qua - với đặc điểm thời 
hằng của hệ điện từ nhanh hơn nhiều lần so với hệ cơ học vốn có quán tính lớn. Tuy 
vậy, mô hình xây dựng được với kĩ thuật MPPT sẽ có ý nghĩa khi khảo sát phân bố công 
suất trong lưới điện, trong điều kiện vận hành có các thay đổi (tương đối dài) của vận 
tốc gió và khi đó có ảnh hưởng nhất định đến chất lượng điện năng, cụ thể qua dòng 
chảy công suất trên các nhánh đường dây, do đó đến điện áp tại các nút gần các nhà 
máy gió, nếu các nhà máy gió không có khả năng bù công suất phản kháng. 
5. KẾT LUẬN 
Bài báo đã trình bày một giải thuật điều khiển hướng đến tối đa hóa công suất 
phát từ năng lượng gió trong các miền làm việc khác nhau và sau đó đã áp dụng mô 
hình đề xuất trong tính toán, đánh giá ảnh hưởng của việc đưa các nhà máy điện gió vào 
vận hành trên lưới điện cụ thể. Các kết quả cho thấy sự phù hợp giữa đặc tính làm việc 
của mô hình máy phát gió được đề nghị với đặc tính của các máy phát thực tế. Mô hình 
tính toán được đề nghị sau đó đã được đưa vào tính toán các kịch bản khác nhau với 
mức độ xâm nhập khác nhau của các nhà máy điện gió trên lưới điện. Dựa trên sơ đồ 
tính toán này có thể phân tích các kịch bản khác nhau, theo qui hoạch phát triển của các 
nhà máy gió sẽ được đưa vào vận hành trong tương lai. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Shabani, A. Deihimi, “A New Method of Maximum Power Point Tracking for DFIG 
Based Wind Turbine”, Power System Conference 2010. 
[2] T. Ackermann, “Wind Power in Power Systems”, New York, John Wiley &Sons, 2005. 
[3] Hee-Sang Ko, Gi-Gab Yoon, and Won-Pyo Hong, “Active Use of DFIG-Based Variable-
Speed Wind-Turbine for Voltage Regulation at a Remote Location”, IEEE Trans, Power 
Systems, Vol. 22, No. 4, pp. 1916-1925, Nov 2007. 
[4] Olimpo Anaya-Lara, Nick Jenkins, Janaka Ekanayake, Phill Cartwright, Mike Hughes, 
“Wind Energy Generation Modelling and Control”, John Wiley & Sons Ltd, 2009. 
[5] Siegfried Heier, “Grid Integration of Wind Energy Conversion Systems”, John Wiley & 
Sons Ltd, 1998, ISBN 0-471-97143-X. 
[6] B. Beltran, M.E.H. Benbouzid and T. Ahmed-Ali, “High-Order Sliding Mode Control of a 
DFIG-Based Wind Turbine for Power Maximization and Grid Fault Tolerance”, Electric 
Machines and Drive Conference, 2009. 
[7] Brice Beltran, Tarek Ahmed-Ali, and Mohamed El Hachemi Benbouzid, “Sliding Mode 
Power Control of Variable-Speed Wind Energy Conversion Systems”, IEEE Transactions 
on Energy Conversion, Vol. 23, No. 2, June 2008. 
236 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 
[8] Changhong Shao, Xiangjun Chen and Zhonghua Liang, “Application Research of 
Maximum Wind-Energy Tracking Controller Based on Adaptive Control Strategy in 
WECS”, IPEMC 2006. 
[9] Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 - 2020 có xét đến năm 2030 
(Quy hoạch điện VII) đã được phê duyệt, Quyết định số 1208.QĐ-TTg ngày 21/7/2011. 
[10] Quy hoạch phát triển điện lực các tỉnh phía Nam giai đoạn 2011 - 2015 có xét đến năm 
2020 đã được phê duyệt. 
[11] Quy hoạch phát triển điện gió tỉnh Bình Thuận giai đoạn 2011 – 2020, Tầm nhìn đến 
năm 2030 đã được phê duyệt, Quyết định số 4715/QĐ-BCT ngày 16/8/2012. 
[12] Quy hoạch phát triển điện gió tỉnh Ninh Thuận giai đoạn 2011 – 2020, Tầm nhìn đến 
năm 2030 đã được phê duyệt, Quyết định số 2574/QĐ-BCT ngày 23/4/2013. 
[13] Atlas Tài nguyên năng lượng gió khu vực Đông Nam Á (Wind Energy Resource Atlas of 
Southeast Asia - World Bank 2001. 
[14] Đánh giá tài nguyên gió tại các vị trí lựa chọn ở Việt Nam (Wind Resource Assessment 
at the Selected Sites in Vietnam), AWS TruePower 2011. 
[15] Tạ Văn Đa, “Báo cáo tài nguyên năng lượng gió trên lãnh thổ Việt Nam”, Hội Thảo Khoa 
Học Lần Thứ 10 Viện Khoa Học Khí Tượng Thủy Văn và Môi Trường. 
[16] Nguyễn Hữu Phúc, “Nghiên cứu ảnh hưởng của đấu nối các nhà máy phát năng lượng 
gió vào hệ thống điện do Tổng công ti Điện lực miền Nam quản lí”, Đề tài Nghiên cứu 
khoa học - Tổng công ti Điện lực miền Nam (EVN SPC), 05.2012-12.2013.