Xây dựng cấu trúc điều khiển cho hệ năng lượng tái tạo

 Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất Tập 59, Kỳ 1 (2018) 37-43 37 
Xây dựng cấu trúc điều khiển cho hệ năng lượng tái tạo 
Phạm Thị Thanh Loan *, Đào Hiếu 
Khoa Cơ điện, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Việt Nam 
THÔNG TIN BÀI BÁO 
TÓM TẮT 
Quá trình: 
Nhận bài 15/6/2017 
Chấp nhận 20/7/2017 
Đăng online 28/2/2018 
 Cấu trúc điều khiển phi tập trung cho hệ năng lượng tái tạo thiết lập bởi các 
nguồn phát phân tán, tải và thiết bị lưu trữ điện năng được nghiên cứu trong 
bài báo này. Tín hiệu điện áp dc bus được sử dụng để quyết định việc chia sẻ 
năng lượng giữa các nguồn khác nhau đồng thời được dùng để chọn chế độ 
hoạt động của hệ thống. Với kỹ thuật điều khiển phi tập trung, các bộ biến 
đổi được điều chỉnh độc lập mà không cần đến bộ điều khiển trung tâm hay 
các kết nối truyền thông. Vì thế, độ tin cậy và tính linh hoạt có thể được nâng 
cao. Hai chế độ hoạt động cho pin mặt trời và ắc quy được được tóm tắt phụ 
thuộc vào thành phần đang nắm quyền cân bằng năng lượng cho hệ thống. 
Hiệu quả của cấu trúc điều khiển đề xuất được chứng minh qua các kết quả 
mô phỏng cho một hệ một chiều với nguồn năng lượng tái tạo là năng lượng 
mặt trời. 
© 2018 Trường Đại học Mỏ - Địa chất. Tất cả các quyền được bảo đảm. 
Từ khóa: 
Lưới điện siêu nhỏ 
Điều khiển phi tập trung 
Điều khiển Droop 
1. Mở đầu 
Hệ thống lưới điện xoay chiều thông thường 
được xây dựng dựa trên nguồn nhiên liệu hóa 
thạch tập trung hay các nhà máy điện hạt nhân 
đang đứng trước thách thức cần phải thay đổi sâu 
sắc về cấu trúc bởi sự góp mặt của nguồn năng 
lượng tái tạo. Sự phụ thuộc vào điều kiện thời tiết 
của hai nguồn năng lượng tái tạo hứa hẹn nhất là 
năng lượng mặt trời và năng lượng gió gây nên sự 
biến thiên và gián đoạn ở điện áp đầu ra, do đó 
không đảm bảo đáp ứng các yêu cầu về tải của lưới 
điện, đặc biệt trong trường hợp có tải ngẫu nhiên 
lớn (Zhongqing and Akagi, 2004). Việc sử dụng 
các thành phần lưu trữ năng lượng tích hợp trong 
hệ thống lưới điện là một giải pháp phù hợp để giải 
quyết vấn đề này. 
Lưới điện siêu nhỏ một chiều (dc-Microgrid) 
là một trong những cấu trúc mới bao gồm nguồn 
phát không tập trung, tải và thành phần tích trữ 
năng lượng được thiết kế để tiếp nhận nguồn năng 
lượng tái tạo, cung cấp dịch vụ phụ trợ cho số 
lượng lớn hệ thống điện, nâng cao chất lượng điện 
năng và độ tin cậy cho người tiêu dùng 
(Venkataramanan and Marnay, 2008). 
Hầu hết các hệ dc-Microgrid hiện nay đang 
được điều khiển thông qua bộ biến đổi điện tử 
công suất với giải pháp dựa trên điện áp một 
chiều. So với cấu trúc xoay chiều thông thường, 
giải pháp này có nhiều ưu điểm như: loại bớt bộ 
biến đổi ac/dc và dc/ac; khả năng điều khiển là tốt 
hơn vì không cần đồng bộ và bù công suất phản 
kháng. Hơn nữa, các thành phần (terminal) có thể 
được tách rời khỏi lưới điện mà không ảnh hưởng 
_____________________ 
*Tác giả liên hệ 
E-mail: phamthithanhloan@humg.edu.vn 
38 Phạm Thị Thanh Loan và Đào Hiếu/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (1), 37-43 
đến hoạt động của hệ thống (Rodriguez et al., 
2016). 
Việc lựa chọn cấu trúc và xây dựng bộ điều 
khiển có vai trò then chốt quyết định tới chất 
lượng của hệ dc-Microgrid. Có rất nhiều chiến 
lược điều khiển cho hệ ac đã được công bố, tuy 
nhiên nó không hoàn toàn phù hợp với hệ dc vì các 
đặc thù nêu trên của hệ dc. Hai cấu trúc điều khiển 
cho hệ dc hiện nay là cấu trúc điều khiển tập trung 
và cấu trúc điều khiển phi tập trung. Trong cấu 
trúc tập trung, tất cả các terminal được điều chỉnh 
bởi một bộ điều khiển trung tâm thông qua truyền 
thông. Một sự thay đổi nhỏ ở một thành phần có 
thể gây ảnh hưởng lớn tới toàn hệ thống dẫn đến 
độ tin cậy và tính linh hoạt của hệ thống bị giảm 
xuống. Do đó, cấu hình này không phù hợp cho hệ 
thống có yêu cầu cao về khả năng mở rộng như dc- 
Microgrid (Chen and Xu, 2010). 
Cấu trúc điều khiển phi tập trung được đề 
xuất để khắc phục nhược điểm trên. Các terminal 
trong hệ thống được điều khiển độc lập dựa trên 
thông tin cục bộ với hai phương pháp điều khiển 
droop cơ bản dựa trên nguồn dòng (V/I) hoặc 
nguồn áp (V/P) (Zhongqing and Akagi, 2004). Ở 
đây, tín hiệu điện áp bus được sử dụng để quyết 
định tới việc chia sẻ năng lượng giữa các nguồn 
phát. Mặc dù cải thiện được độ tin cậy, tính linh 
hoạt của kỹ thuật điều khiển droop vẫn bị hạn chế 
vì tất cả các thiết bị trong hệ thống hoạt động theo 
một đường cong droop cài đặt sẵn mà không có sự 
chuyển đổi linh hoạt giữa các chế độ (Rodriguez et 
al., 2013). 
Bài báo này giới thiệu phương pháp điều 
khiển phi tập trung được cải tiến so với các 
phương pháp droop thông thường. Với phương 
pháp này, các đường cong droop của các thành 
phần khác nhau sẽ được đặt tại các dải điện áp 
khác nhau, do đó điện áp dc bus có thể được sử 
dụng để chọn chế độ hoạt động cho hệ thống. Với 
cách tiếp cận này, bộ điều khiển của mỗi terminal 
sẽ có khả năng tự xử lý hoàn toàn mà không cần 
tới bộ điều khiển tập trung hoặc các kết nối khác. 
Do đó, cả độ tin cậy và tính linh hoạt đều được 
nâng cao. Kết quả của nghiên cứu sẽ được thể hiện 
thông qua quá trình mô phỏng cho hệ thống bao 
gồm pin mặt trời, ắc quy và tải. 
2. Phân loại kiểu nguồn sử dụng trong hệ 
thống 
Hiệu quả hoạt động phối hợp của các terminal 
phụ thuộc vào khả năng điều khiển điện áp của các 
bộ chuyển đổi trong hệ thống, bao gồm bộ chuyển 
đổi giảm áp dc/dc cho pin mặt trời, chuyển đổi (2 
chiều) dc/dc cho thành phần tích trữ điện áp. Các 
bộ chuyển đổi khác nhau có cấu trúc, nguyên tắc 
Hình 1. Cấu trúc của lưới điện siêu nhỏ một chiều (dc-Microgrid) (Rodriguez et al., 2016). 
Hình 2. Mô hình đơn giản của bộ biến đổi. 
Hình 3. Mô hình bộ biến đổi nguồn dòng. 
Hình 4. Mô hình bộ biến đổi nguồn áp. 
 Phạm Thị Thanh Loan và Đào Hiếu/Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (1), 37-43 39 
hoạt động và chiến lược điều khiển khác nhau. Vì 
vậy, cách mô tả chung cho từng bộ biến đổi cần