So sánh các phương pháp điều khiển dòng điện cho hệ thống turbine gió dùng DFIG

ép (dual PI) theo trục d và q của thành 
phần thứ tự thuận và thứ tự nghịch, kỹ thuật 
tuyến tính hóa hồi tiếp (FL) và điều khiển cộng 
hưởng-tích phân- tỉ lệ (PIR) được áp dụng. 
Trước tiên, cơ sở lí thuyết về các phương pháp 
điều khiển dòng điện rotor đã được giới thiệu và 
phân tích. Sau đó, các kết quả mô phỏng từ việc 
mô phỏng hệ thống năng lượng gió dùng DFIG 
công suất 2 MW ứng với các phương pháp điều 
khiển khác nhau được cung cấp để so sánh và 
đánh giá ưu và khuyết của từng phương pháp.
2. ĐIỀU KHIỂN DFIG TRONG TRƯỜNG 
HỢP ĐIỆN ÁP LƯỚI KHÔNG CÂN BẰNG 
Trong trường hợp điện áp nguồn không 
cân bằng, công suất toàn phần stator được viết 
như sau:
 *5.1 sdqssdqss ivS = (1)
Trong đó:
( ) n
dqs
tjp
dqs
tjs
dqs vevev ee
ωω −+=
ThS. TRƯƠNG TRUNG HIẾU
Trường Cao đẳng Điện lực TP.HCM
TS. VĂN TẤN LƯỢNG
 Trường ĐH Công nghiệp thực phẩm TP.HCM
PGS.TS. NGUYỄN HÙNG
 Trường ĐH Công nghệ TP.HCM
SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU 
KHIỂN DÒNG ĐIỆN 
CHO HỆ THỐNG TURBINE GIÓ DÙNG DFIG
 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 3 / 2019 21
( ) n
dqs
tjp
dqs
tjs
dqs ieiei ee
ωω −+=
Công suất tác dụng và công suất phản kháng 
stator tức thời đạt được như sau:
 ( ) ( )tPtPPtp esescss ωω 2sin2cos)( 220 ⋅+⋅+= (2)
 ( ) ( )tQtQQtq esescss ωω 2sin2cos)( 220 ⋅+⋅+= (3)
Trong đó:
( )nqsnqsndsndspqspqspdspdss ivivivivP ⋅+⋅+⋅+⋅= 5.10
( )pqsnqspdsndsnqspqsndspdsc ivivivivPs ⋅+⋅+⋅+⋅= 5.12
( )nqndspdpqspqndspdnqss ivivivivP ⋅−⋅−⋅−⋅= 5.12
( )nqndsndsnqspqspdspdspqss ivivivivQ ⋅−⋅+⋅−⋅= 5.10
( )pqsndspdsnqsnqspdsndspqssc ivivivivQ ⋅−⋅+⋅−⋅= 5.12
( )pqspqspdsndspqspqsndspdss ivivivivQ ⋅−⋅−⋅+⋅= 5.12
Công suất toàn phần máy phát được tính 
như sau:
 ( )**5.1 sdqrsdqrsdqssdqsT ivivS += (4)
Trong đó:
( ) ( ) n
dqr
tjp
dqr
tjs
dqr vevev rere
ωωωω −−− +=
 ( ) ( ) ndqrtjpdqrtjsdqr ieiei ere ωωω −− +=
Dòng điện tham chiếu để làm giảm dao 
động của công suất được tính toán như sau: 
1* *
0
*
* *
2
* *
2
( ) 1.5
( ) 0
( )
( )
p p p n n
d ds qs ds qs s
p p p n n
q qs ds qs ds
n n n p p
d qs ds qs ds ss
p n n p p
q ds qs ds qs sc
i t v v v v P
i t v v v v
i t v v v v P
i t v v v v P
−ª º ª º ª º
« » « » « »− −« » « » « »=« » « » « »− − −« » « » « »−« »« » « » ¬ ¼¬ ¼ ¬ ¼
(5)
Trong đó, công suất tác dụng stator tham 
chiếu, *0sP , đạt được từ phương pháp điều khiển 
phát công suất cực đại (MPPT) và công suất 
phản kháng stator, *0sQ thường được cài đặt 
bằng 0 [5]. Công suất phản kháng lưới có thể 
được điều khiển theo giá trị tham chiếu ( *gridQ
) và giá trị này có thể được cài đặt theo yêu cầu 
của lưới. Khi giá trị công suất stator đạt đến giá 
trị tham chiếu, bộ nghịch lưu phía rotor sẽ trở 
về chế độ điều khiển thông thường.
1.1 Điều khiển dòng điện rotor của máy 
phát dùng bộ điều khiển PI kép cho thành 
phần thứ tự thuận và nghịch 
rω
Encoder
DFIGDFIG
iar
bri
PWMPWM
converter
Lưới
SVPWM
v∗abcr +
+
Tách thành phần thứ 
tự thuận và thứ tự 
nghịch
idr
n∗
iqr
n∗
*
dq
abc
dq
abc
vdrp∗
vqrp∗
vdrn∗
vqrn∗
idr
p∗
iqr
p∗
Điều khiển thành phần thứ tự thuận
n
dqs
p
dqs
n
dqs
p
dqs iivv ,,,
n
dqr
p
dqr ii ,
Điều khiển thành phần thứ tự nghịch
Bộ điều 
khiển dòng 
điện 
Bộ điều 
khiển dòng 
điện 
Hình 1: Sơ đồ khối điều khiển dòng điện 
máy phát dùng PI kép. 
Sơ đồ khối điều khiển dòng điện máy phát 
ở bộ nghịch lưu phía máy phát (RSC) được thể 
hiện ở hình 1. Phía rotor của hệ thống tua-bin 
gió dùng DFIG được kết nối với lưới thông qua 
bộ biến đổi công suất (back-to-back converters), 
quyết định vận hành của DFIG. Nếu thông số 
bộ điều khiển dòng điện dùng PI được thiết 
kế hợp lý, dao động công suất tác dụng và mô 
men có thể được giảm nhiều khi có sự cố lưới. 
Tuy nhiên, rất khó để có được thông số bộ điều 
khiển PI vì nó chịu ảnh hưởng bởi nhiễu của 
lưới.
1.2 Điều khiển dòng điện rotor máy phát 
dùng kĩ thuật tuyến tính hóa hồi tiếp 
Trong trường hợp điện áp lưới không cân 
bằng, điện áp, dòng điện và từ thông có chứa 
cả thành phần thứ tự thuận và thứ tự nghịch. 
Phương trình điện áp rotor trong hệ tọa độ 
quay dq được thể hiện như sau:
( )
( )
p
p p pdr m
dr r dr r s r qs
s
p
s r r qr
di Lv R i L
dt L
L i
σ ω ω λ
ω ω σ
= + − − −
− −
 (6)
( )
( )
p
qrp p pm
qr r qr r s r ds
s
p
s r r dr
di Lv R i L
dt L
L i
σ ω ω λ
ω ω σ
= + + − +
+ −
 (7)
( )
( )
n
n n ndr m
dr r dr r s r qs
s
n
s r r qr
di Lv R i L
dt L
L i
σ ω ω λ
ω ω σ
= + − − − −
− − −
 (8)
 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 3 / 201922
( )
( )
n
qrn n nm
qr r qr r s r ds
s
n
s r r dr
di Lv R i L
dt L
L i
σ ω ω λ
ω ω σ
= + + − − +
+ − − (9)
Trong đó: 
2
m
r r
s r
LL L
L L
σ = −
Mô hình phi tuyến của DFIG phía rotor 
được thể hiện như sau:
1 0
10
p p
rdr dr
p p
qr qr
r
Li vA
i vB
L
σ
σ
ª º
« »ª º ª ºª º « »= +« » « »« » « »« » « »¬ ¼¬ ¼ ¬ ¼« »¬ ¼

 (10)
1 0
10
n n
rdr dr
n n
qr qr
r
Li vC
i vD
L
σ
σ
ª º
« »ª º ª ºª º « »= +« » « »« » « »« » « »¬ ¼¬ ¼ ¬ ¼« »¬ ¼


 (11)
Trong đó:
 ( )p pr dr s r qr
r
RA i i
L
ω ωσ
−= + −
 ( ) ( )
2 p
p pm msr
qr s r s r dr
r r s
L iRB i i
L L L
ω ω ω ωσ σ
−= − − − −
 ( )n nr dr s r qr
r
RC i i
L
ω ωσ
−= + − −
 ( ) ( )
2 n
n nm msr
qr s r s r dr
r r s
L iRD i i
L L L
ω ω ω ωσ σ
−= − − − − − −
Kĩ thuật tuyến tính hóa hồi tiếp là một 
phương pháp loại bỏ tính chất phi tuyến của hệ 
thống sao cho đáp ứng quá độ của vòng lặp kín 
được giảm ở hình thức tuyến tính.
Xét hệ thống đa ngõ vào và đa ngõ ra 
(MIMO) sau [6], [7]:
guxfx += )( (12)
 )(xhy = (13) 
Trong đó: x là vec-tơ trạng thái, u là ngõ vào 
điều khiển, y là ngõ ra, f và g là các trường vec-
tơ và h là hàm vô hướng.
Mô hình phi tuyến của DFIG ở phía rotor 
trong (10) được thể hiện trong (12) và (13) là:
; ; ( )
T T Tp p p p p p
dr qr dr qr dr qrx i i u y h x i iv v= = = =ª º ª º ª º¬ ¼ ¬ ¼ ¬ ¼
Lấy đạo hàm ngõ ra, ta được:
( ) AA x
B
ª º= « »¬ ¼ (14)
Trong đó:
( ) AA x
B
ª º= « »¬ ¼
, ( )
1 0
10
r
r
L
E x
L
σ
σ
ª º
« »
« »= « »
« »¬ ¼
 và 
p
dr
p
qr
v
u
v
ª º
= « »
« »¬ ¼
Nếu ngõ vào điều khiển u được chọn là
 ( ) ( )[ ]vxAxEu +−= −1 (15)
Trong đó: v là đầu vào điều khiển tương 
đương được xác định:
1
2
v
y v
v
ª º= = « »¬ ¼

(16)
Ngõ vào điều khiển mới với điều khiển tích 
phân được cho bởi:
*
1 1 1 2 11
*
2 2 21 2 22 2
y k e k e dtv
v y k e k e dt
ª º+ +ª º « »=« » « »+ +¬ ¼ ¬ ¼
∫
∫


(17)
Trong đó: *1 1 1e y y= − và *2 2 2e y y= − . *1y và 1y lần 
lượt là giá trị tham chiếu của 1y và 1 11 1 12 1
2 21 2 22 2
0
0
e k e k e
e k e k e
+ + =
+ + =
 
 
. 
Phương trình (17) có thể được viết như sau:
1 11 1 12 1
2 21 2 22 2
0
0
e k e k e
e k e k e
+ + =
+ + =
 
 
(18)
Trong đó: k11, k12, k21 và k22 là các hằng số, có 
giá trị dương [7].
 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 3 / 2019 23
+
+
abc
S a
Sb
Sc
dq
vdqrp*
21
11
kk
s
+ +
−
+
+
s
v1
idrp*
22
21
kk
s
+ +
−
+
+
v2
s
idr
vdrp*
vqrp*
( ) ( )1u E x A x v−= − +ª º¬ ¼
SVPWM
p
iqrp*
i qrp
ii
pi
kk
s
+ +
−
idrn*
+
−
idrn
iqrn*
iqrn
i i
pi
kk
s
+
+
+
vdqrn* vdrn*
vqrn*
Thứ tự thuận
Thứ tự nghịch
Hình 2: Sơ đồ khối điều khiển dòng điện máy 
phát dùng kĩ thuật tuyến tính hóa hồi tiếp.
Sơ đồ khối điều khiển dòng điện máy phát 
ở bộ nghịch lưu phía máy phát (RSC) được thể 
hiện như hình 2, trong đó thành phần dòng 
điện thứ tự thuận dùng kĩ thuật tuyến tính hóa 
hồi tiếp và dòng điện thứ tự nghịch dùng bộ 
điều khiển tích phân-tỉ lệ (PI).
1.3 Điều khiển dòng điện rotor máy phát 
dùng bộ điều khiển cộng hưởng-tích phân-tỉ 
lệ (PIR) 
rω
Encoder
DFIGDFIG
iar
bri
PWM
PWM
converter
Lưới
Tách các thành 
phần
i ∗dqr
p
i ∗dqrn
Tách các thành 
phần
idqsp i dqsnvdqsp vdqsn
idrp∗
iqrp∗
dq
abc
vdrp∗
vqrp∗
abc
dq-
θ n
abc
dq+
θ p
+
+
+
+
-
+
-
+
slsl
idrpiqrp
PIR
PIR
idrn∗
iqrn∗
Hình 3: Sơ đồ khối điều khiển dòng điện máy 
phát dùng PIR.
Sơ đồ khối điều khiển dòng điện máy phát 
ở bộ nghịch lưu phía máy phát (RSC) được thể 
hiện ở hình 3. Hàm truyền của bộ cộng hưởng-
tích phân-tỉ lệ (PIR) được thể hiện như sau:
 ( )
20
2 2
2I R
P
k kPIR s k s
s s ω= + + +
 (19)
Trong đó: ,p ik k và rk lần lượt là hằng số 
tỉ lệ, tích phân và cộng hưởng, và 20ω là tần số 
có giá trị gấp đôi tần số cơ bản ( 20 2 sω ω= ). 
Với bộ điều khiển PIR, thành phần DC chủ 
yếu được điều khiển bởi bộ điều khiển PI, trong 
khi đó tín hiệu AC tần số 2 sω được điều khiển 
hoàn toàn bằng bộ điều khiển cộng hưởng (R).
1.	 KẾT Q UẢ M Ô P HỎN G 
Việc mô phỏng cho hệ thống máy phát 
DFIG được thực hiện bằng phần mềm mô 
phỏng PSCAD/EMTDC. Máy phát DFIG được 
sử dụng trong mô phỏng có giá trị định mức 
là 2 [MW] tương ứng với tốc độ gió định mức 
là 10 [m/s]. Điện áp lưới 690 [V]/ 60 [Hz]. 
Điện áp pha A giảm 12% (sự cố) được xem xét 
trong nghiên cứu này. Ban đầu, hệ thống chạy 
với trường hợp điện áp lưới bình thường (cân 
bằng). Sau đó, điện áp lưới bị sự cố bắt đầu tại 
thời điểm 1,5 giây và kết thúc sự cố ở thời điểm 
2 giây. 
Thông số của tua-bin gió và máy phát DFIG 
lần lượt được thể hiện trong Bảng 1 và 2.
Bảng 1. Thông số của tua-bin gió
Thông số Giá trị
Công suất định mức 2 MW
Bán kính cánh quạt 39 m
Cường độ không khí 1,225 kg/m3
Hệ số chuyển đổi công suất 
cực đại
0,4
Tốc độ gió cận dưới 3 m/s
Tốc độ gió cận trên 25 m/s
Hệ số quán tính cánh quạt 6,3x106 kg.m2
Bảng 2. Thông số của DFIG 
Thông số Giá trị
Công suất định mức 2 MW
Điện áp lưới 33 kV
Điện áp stator 690 V
Điện trở stator 0.00488 p.u
 Điện trở rotor 0.00549 p.u
Điện cảm rò stator 0.0924 p.u
Điện cảm rò rotor 0.0995 p.u
Hệ số quán tính máy phát 200 kg.m2
 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 3 / 201924
Hình 4 thể hiện kết quả vận hành của DFIG 
với việc điều khiển vector từ thông stator và sử 
dụng bộ điều khiển tích phân-tỉ lệ kép theo trục 
d và q của thành phần thứ tự thuận và thứ tự 
nghịch (Hình 4 (A)), kỹ thuật tuyến tính hóa 
hồi tiếp (Hình 4 (B)) và điều khiển cộng hưởng-
tích phân-tỉ lệ (Hình 4 (C)) trong trường hợp 
điện áp lưới không cân bằng.
Như thể hiện trong hình 4 (C), độ dao động 
của dòng điện rotor giảm nhiều, so với dòng 
điện rotor trong trường hợp dùng bộ điều khiển 
tích phân-tỉ lệ kép và kỹ thuật tuyến tính hóa hồi 
tiếp. Ngoài ra, độ dao động mô men, công suất 
tác dụng và công suất phản kháng stator giảm 
đi đáng kể. Do đó, điều khiển cộng hưởng-tích 
phân- tỉ lệ cho ra kết quả vận hành điều khiển 
tốt hơn.
4. KẾT LUẬN
Các phương pháp điều khiển dòng điện máy 
phát khi có sự cố lưới như bộ điều khiển tích 
phân-tỉ lệ kép (dual PI) theo trục d và q của 
thành phần thứ tự thuận và thứ tự nghịch, kỹ 
thuật tuyến tính hóa hồi tiếp (FL) và điều khiển 
cộng hưởng-tích phân- tỉ lệ (PIR) đã được 
nghiên cứu trong bài báo để làm giảm dao động 
công suất máy phát. Kết quả mô phỏng dùng 
phần mềm PSCAD cho hệ thống năng lượng 
gió DFIG công suất 2 MW được đưa ra để kiểm 
chứng tính vượt trội của từng phương pháp. 
Mỗi phương pháp pháp điều khiển có ưu điểm 
và khuyết điểm riêng. Tuy nhiên, so với phương 
pháp dùng bộ điều khiển tích phân-tỉ lệ kép 
theo trục d và q của thành phần thứ tự thuận 
và thứ tự nghịch và kỹ thuật tuyến tính hóa hồi 
tiếp thì phương pháp dùng bộ điều khiển cộng 
hưởng-tích phân- tỉ lệ vượt trội hơn vì có thể 
làm giảm dao động dòng điện, công suất đến 
giá trị thấp nhất.
Hình 4: Kết quả vận hành của hệ thống trong trường hợp điện áp pha A giảm 12% dùng ba phương pháp điều khiển: (A) PI 
kép. (B) Kĩ thuật tuyến tính hóa hồi tiếp. (C) PIR. (a). Điện áp lưới. (b). Điện áp tụ DC-link. (c). Dòng điện rotor. (d). Công suất 
tác dụng stator. (e). Công suất phản kháng stator. (f) Mô men máy phát.
 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 3 / 2019 25
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. L. Xu and Y. Wang,”Dynamic modeling 
and control of DFIG-based wind turbines under 
unbalanced network conditions,” IEEE Trans. 
on Power System, vol. 22, no.1, pp. 314 - 323, 
Feb., 2007
2. T. Brekken and N. Mohan, “A novel 
doubly-fed induction wind generator control 
scheme for reactive power control and torque 
pulsation compensation under unbalanced 
grid voltage conditions,” IEEE PESC Conf 
Proc., vol. 2, pp. 760 - 764, 2003.
3. T. Brekken, N. Mohan, and T. Undeland, 
“Control of a doubly-fed induction wind generator 
under unbalanced grid voltage conditions,” 
in Proc. Europe Conf. Power Electronics 
Applications, Sep. 2005.
4. T. Brekken and N. Mohan, “Control of 
a doubly fed induction wind generator under 
unbalanced grid voltage conditions,” IEEE Trans. 
On Energy Conv., vol. 22, no. 1, pp. 129-135, 
March 2007.
5. K.-H. Kim, T. L. Van, D.-C. Lee, S.-
H. Song, and E.-H. Kim, “Maximum Output 
Power Tracking Control in Variable-Speed Wind 
Turbine Systems Considering Rotor Inertial 
Power”, IEEE Trans. Ind. Electro., Vol. 60, No. 8, 
, pp. 3207-3217, Aug. 2013.
6. T. L. Van, L. M. T. Huynh, T. T. Trang, D. 
C. Nguyen, “Improved Control Strategy of Three-
Phase Four-Wire Inverters Using Sliding Mode 
Input-Ouput Feedback Linearization under 
Unbalanced and Nonlinear Load Conditions”, 
The International Conference on. Advanced 
Engineering – Theory and Applications 2015 
(AETA 2015), Vietnam, Dec. 2015.
7. J. J. E. Slotine and W. Li, Applied Nonlinear 
Control. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 
1991, pp. 207–271.
Chúng ta thường nghe nói rằng các loại năng lượng tái tạo ví dụ điện gió hoặc điện mặt trời không thể cung cấp điện 
cho phụ tải nền ( nghĩa là cung cấp điện 24/7). 
Người ta nói rằng: “ Mặt trời không chiếu sáng 
vào ban đêm và không phải lúc nào gió cũng 
thổi”. Muốn biết sự thật về việc này, chúng ta 
cần hiểu sâu một số vấn đề.
Như chúng ta đã biết, việc tích trữ điện trên 
quy mô lớn thì quá tốn kém, cho nên các nhà 
máy phát điện phải tuân sự biến đổi của biểu 
đồ phụ tải. Để làm được điều này, các hệ thống 
điện truyền thống có hai loại nhà máy điện chủ 
yếu: chạy nền và chạy đỉnh. Các nhà máy điện 
chạy nền thì vận hành 24 giờ một ngày, bảy 
ngày một tuần, trừ phi bị sự cố. Các nhà máy đó 
có chi phí vốn lớn và chi phí vận hành thấp. Các 
nhà máy điện chạy nền truyền thống thường 
là chạy bằng than, hoặc tại một số nước, điện 
nguyên tử. Muốn khởi động từ trạng thái lạnh 
thì các nhà máy đó mất cả ngày và không linh 
hoạt trong việc đáp ứng sự biến đổi của biểu đố 
phụ tải hàng ngày. Trái lại, các nhà máy điện 
chạy đỉnh thì vận hành tốn kém, nhưng rất linh 
hoạt trong việc đáp ứng phụ tải giờ cao điểm và 
thay thế cho các nhà máy điện chạy nền bị sự 
cố. Các nhà máy điện chạy đỉnh truyền thống là 
tua-bin khí chạy bằng khí thiên nhiên hoặc dầu, 
hoặc các nhà máy thủy điện. Để đáp ứng sự biến 
KS. CV cao cấp LÊ HẢI SƠN
Hội Điện lực miền Nam
NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO KHÔNG THỂ 
CUNG CẤP ĐIỆN CHO PHỤ TẢI NỀN, CÓ 
ĐÚNG KHÔNG?
(LƯỢC DỊCH)