nghiên cứu bộ lọc tích cực sử dụng lí thuyết công suatas tức thời

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, nhu cầu tiêu thụ điện
ngày càng tăng, cùng với nó là sự gia tăng của các phụ tải công nghiệp, các tải phi
tuyến, các bộ biến đổi công suất và nó là các nguyên nhân chính làm ô nhiễm lưới
điện, làm sóng hài trên lưới gia tăng, ảnh hưởng tới chất lượng điện năng. Vấn đề
tiết kiệm điện và làm sạch lưới điện là một trong những yêu cầu bức thiết trong
ngành điện Việt Nam nói riêng và toàn thế giới nói chung. Trước thực tế đó, em đã
chọn tên đề tài tốt nghiệp là :”Nghiên cứu các cấu trúc lọc tích cực trong lưới điện”.
Đây là một trong những công nghệ hiện đại đã được ứng dụng rất rộng rãi ở các
nước tiên tiến trên thế giới nhưng vẫn còn rất mới mẻ với nước ta.
Trong quá trình nghiên cứu, với sự nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ của các
thầy giáo, cô giáo trong Bộ môn Điện tự động Công nghiệp đặc biệt là thầy PHẠM
TUẤN ANH, cùng với sự hỗ trợ của các bạn, em đã hoàn thành được đồ án này.
Tuy nhiên, do thời gian tương đối ngắn và trình độ chuyên môn còn hạn chế nên
bản đồ án không tránh khỏi thiếu sót. Em mong nhận được sự góp ý của các thầy cô
giáo để bản đồ án này được hoàn thiện hơn.

Sinh viên
Nguyễn Đức Công
1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH
1.1. ĐỊNH NGHĨA VỀ LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH
Trong vài năm qua, năng lượng điện tiêu thụ đã liên tục phát triển và,
đồng thời, đầu tư cơ sở hạ tầng T & D ( Test and Diagnostic-kiểm tra và chẩn
đoán) do đó bị suy sụp. Các giải pháp truyền thống để nâng cấp cơ sở hạ tầng hệ
thống điện đã chủ yếu được thực hiện theo hình thức nhà máy điện mới, đường dây
truyền tải mới, trạm biến áp, và thiết bị liên quan. Tuy nhiên, như kinh nghiệm đã
chứng minh, các quá trình cho phép, định vị, và xây dựng đường dây truyền tải mới
trở nên vô cùng khó khăn, tốn kém và mất thời gian. Kết quả là, lưới điện là bị suy
giảm, dẫn đến độ tin cậy bị giảm và chi phí năng lượng cao hơn [5].
Bất chấp những vấn đề trên, độ tin cậy của hệ thống là quan trọng và không

thể bị ảnh hưởng. Để khắc phục vấn đề này, các nhà khai thác mạng lưới đã di
chuyển từ hệ thống hình tia tới mạng lưới. Tuy nhiên điều này làm giảm khả năng
kiểm soát của mạng vì dòng điện chạy dọc theo các đường dây cụ thể mà không dễ
dàng được kiểm soát. Tình hình thậm chí còn tồi tệ hơn nếu một sự cố như quá tải
xảy ra, tăng khả năng mất điện lưới. Thêm vào đó, việc tăng trưởng phụ tải nhanh
chóng dẫn đến tắc nghẽn trên các đường dây trọng điểm, do đó, dẫn đến các hoạt
động không hiệu quả của thị trường năng lượng.
Câu trả lời dường như nằm trong việc biến dòng EPS (Electric Power
System) vào mạng năng lượng điện thông minh (SEEN-Smart Electrical Energy
Network). Hệ thống lưới điện thông minh trong tương lai sẽ phát triển mạnh mẽ
hơn, đáng tin cậy hơn,linh hoạt hơn và có khă năng tự phục hồi, hoàn toàn kiểm
soát được, có khả năng sở hữu và sẽ là một nền tảng đẻ làm cho sự cùng tồn tại của
hệ thống lưới điện thông minh với một số lượng lớn của các máy phát diesien (DG-
Diesel Generator )và các nhà máy điện quy mô lớn tập trung. Sự cần thiết phải sửa
đổi, yêu cầu để loại bỏ các rào cản đối với việc khai thác quy mô lớn và hội nhập
của DGs và các vấn đề khác, sẽ đòi hỏi phải nghiên cứu sáng tạo và phát triển công
2
nghệ mới từ truyền tải và phân phối cho các công cụ truyền thông, với số lượng
cảm biến nhiều hơn so với hiện nay.
Vì vậy, dự kiến rằng các hệ thống FACTS ( flexible ac transmissition
system), CUPS, ESS, DG thông minh cho người dùng trực tiếp với các thiết bị
thông tin liên lạc sẽ được đặt tại trung tâm của các hệ thống lưới điện thông minh
trong tương lai, xem hình 1.1.
Hệ thống lưới điện thông minh (SEEN ) sẽ cho phép các khách hàng có một
vai trò tích cực trong việc cung cấp điện, để có thể giúp hệ thống điện đáp ứng với
sự cố thiết bị hay các điều kiện thời tiết liên quan đến trường hợp khẩn cấp, và các
điều kiện khác.
Hiện nay, các nhà điều hành hệ thống phải duy trì đủ dư thừa công suất phát
điện trực tuyến hoặc nhanh chóng có sẵn để tiếp tục cung cấp hệ thống nạp nếu
phát sinh một đơn vị tiêu thụ lớn hoặc đường dây truyền tải bị sự cố.

Trong mạng lưới điện thông minh, phần lớn năng lượng dự trữ có thể được
cung cấp bởi các đơn vị EPS hoặc DG nhỏ, ESS nằm ở gần các vị trí của người sử
dụng trực tiếp.
Hình 1.1: Định nghĩa mạng năng lượng điện thông minh
3
Tóm lại, một lưới điện thông minh hiện đại sẽ tạo ra EPS là :
• Sẽ giảm các tải đỉnh và tạo ra các phần dự trữ.
• Sẽ loại trừ các chi phí cơ bản của cơ sở hạ tầng (kiểm tra và chẩn đoán) mới
cũng như tạo ra các nhà máy.
• Sẽ giảm tổn thất đường dây cùng với chi phí vận hành và bảo dưỡng.
• Sẽ chuyển hướng dòng năng lượng chảy, thay đổi mô hình tải, cải thiện bên
dạng điện áp và độ ổn định.
• Sẽ cho phép tải ESS và DG để tham gia vào hoạt động hệ thống.
• Thông qua giám sát rộng rãi, thông tin liên lạc nhanh chóng, và kiểm soát
thông tin phản hồi của các hoạt động, sẽ có nhiều thông tin hơn về các vấn
đề phát sinh của hệ thống trước khi chúng ảnh hưởng đến dịch vụ.
• Cung cấp các tiện ích hệ thống với các công cụ trực quan tiên tiến để nâng
cao khả năng giám sát hệ thống.
1.2. CÁC VẤN ĐỀ CHẤT LƯỢNG TRONG CÁC MẠNG ĐIỆN THÔNG MINH
1.2.1. Chất lượng điện và EMC
Một trong những khái niệm cơ bản liên quan đến sử dụng năng lượng điện là
sự tương thích điện từ (EMC-Electromagnetic Compatibility) - giữa các thiết bị
điện và môi trường của nó, hoặc giữa thiết bị này và các thiết bị khác. Đó là, theo
định nghĩa của Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế (IEC-Electro-technical Commission) :
"khả năng của một thiết bị hoặc hệ thống hoạt động tốt trong môi trường điện từ
của nó mà không cần quan tâm đến các nhiễu điện từ phân bố tại bất cứ nơi nào
trong môi trường đó" .
Sự tương tác lẫn nhau giữa môi trường điện từ và tải có thể qua dây dẫn hoặc
bức xạ. Hiện nay, không giống như trong quá khứ, các khái niệm về tính tương
thích điện từ không chỉ liên quan đến các vấn đề của truyền thông tin. Nó cũng bao

gồm các vấn đề của sự tương tác lẫn nhau giữa các thiết bị và các hệ thống sử dụng
hiện tượng điện từ năng lượng truyền tải và mục đích chuyển đổi, cũng như tác
động của thiết bị này và các hệ thống trong môi trường điện từ tự nhiên và sinh
4
quyển, do đó, nó bao gồm tất cả các trường hợp của mọi sự không tương thích điện
từ.
Điện là kết quả của một quá trình sản xuất và là một sản phẩm được thẩm
định và tiêu chuẩn hóa. Nó cũng là một vấn đề của kim ngạch thương mại thị
trường, do đó giá trị tiện ích của nó có phải là một sự đánh giá mô tả trong một thỏa
thuận giữa các bên trong giao dịch thương mại. Trong ý nghĩa thông qua bởi Hội
đồng châu Âu điều tiết năng lượng (CEER-Council of European Energy
Regulators) chất lượng cung cấp điện bao gồm ba lĩnh vực chính, xem hình 1.2:
Hình 1.2: Sự phân loại các vấn đề cung cấp năng lượng điện
Ở đó :
• Quality of power delivery : Chất lượng của cung cấp năng lượng điện
• Commercial quality : Đặc tính thương mại
• Continuity of supply : Sự liên tục cung cấp
• Voltage quality : Chất lượng điện áp
• Frequency : Tần số
• Level : Mức
• Waveform shape : hình dạng sóng
5
• Asymmetry : Sự không đối xứng.
 Chất lượng thương mại được hiểu là chất lượng của các mối quan hệ thương
mại giữa các nhà cung cấp điện và khách hàng.
 Liên tục cung cấp thường được đo trong điều kiện của số lượng sự gián đoạn
cung cấp, khoảng thời gian của một sự gián đoạn, thời gian tích tụ của các gián
đoạn cung cấp điện trong một khoảng thời gian nhất định.
 Chất lượng điện áp đo lường trong điều kiện của sự khác biệt giữa dạng sóng
thực tế và dạng sóng điện áp và dòng ba pha sin cân bằng về giá trị danh định.

Phần lớn, các ngành công nghiệp chấp nhận định nghĩa của vấn đề chất lượng
điện như sau : "Chất lượng cung cấp năng lượng điện là một tập hợp các thông số
trong đó mô tả quá trình phân phối năng lượng điện tới người sử dụng trong điều
kiện hoạt động bình thường, xác định sự cung cấp liên tục (cung cấp gián đoạn
ngắn hạn và dài) và đặc trưng của các điện áp cung cấp (độ lớn, không đối xứng,
tần số, và hình dạng sóng) ".
1.2.2. Các vấn đề về chất lượng điện
a, Biên độ của các điện áp cung cấp
Lý do chính làm thay đổi giá trị hiệu dụng của điên áp trong mạng điện là sự
biến đổi của tải. Như hình 1.3, điện áp thay đổi trong mạng điện cung cấp vượt quá
giới hạn cho phép, có ảnh hưởng xấu đến tải và có thể dẫn tới hỏng hóc các thiết bị
hoặ trong trường hợp tồi tệ nhất có thể dẫn tới sự phá hủy chúng. Điện áp giảm làm
tăng tổn hao trong đường dây truyền tải , máy biến áp Trong khi việc tăng biên
độ điện áp sẽ làm tăng dòng từ hóa ở các máy biến áp và động cơ, làm giảm tuổi
thọ hay phá hủy cách điện và làm tăng sự tiêu tán năng lượng trong tải (quá nóng).
6
Hình 1.3 Ví dụ vê sự thay đổi theo tuần trong điện áp pha và dòng pha
b, Dao động điện áp
Điện áp biến động là một loạt các sự thay đổi giá trị hiệu dụng của điện áp
hoặc sự thay đổi đường bao điện áp, xem hình 1.4. Các nguồn chính của sự dao
động điện áp trong mạng lưới điện là nhiễu của các tải công nghiệp năng lượng cao
(hàn điện, ổ đĩa máy cán, máy cẩu, lò hồ quang, vv) và hoạt động chuyển mạch
trong hệ thống điện để làm thay đổi cấu hình mạng hay gây ra bởi hệ thống điều
chỉnh điện áp.
Hình 1.4 Ví dụ của sự dao động điện áp trong dạng sóng tức thời
7
c, Sự sụt áp và sự ngắt nguồn ngắn
Sự sụt áp là sự giảm đột ngột của điện áp tại một điểm cụ thể của một hệ
thống cung cấp điện dưới ngưỡng nhúng quy định (trong một khoảng thời gian
không nhỏ hơn 10 ms), tiếp theo là phục hồi của nó sau một khoảng thời gian ngắn.

Thông thường một sự sụt áp thường gắn với một sự cố hay hiện tượng ngắn mạch
hay sự tăng của dòng cực trên hệ thống hay tại điểm kết nối ban đầu của nó (ví dụ
sự khởi động của động cơ lớn). Một sự sụt điện áp như một sự nhiễu loạn điện từ 2
chiều, mức độ của nó được xác định tại cả 2 điện áp (điện áp dư hoặc biên độ) và
thời gian (khoảng thời gian). Xem hình 1.5 và 1.6 có thể thấy rằng nguồn nhiễu là ở
phía người sử dụng như dưới đây từ bản chất của sự thay đổi dòng trong suốt sự
nhiễu loạn này.
Hình 1.5: Sự sụt áp và đặc tính của nó
8
Hình 1.6: Ví dụ về sự sụt áp tại các cực của thiết bị
Sự ngắt nguồn ngắn là một sự giảm đột ngột của điện áp trên tất cả các pha
tại điểm cụ thể của một hệ thống điện cung cấp dưới một ngưỡng gián đoạn đặc
trưng theo sự phục hồi của nó sau một khoảng thời gian ngắn. Sự ngắt nguồn ngắn
là một trường hợp cụ thể của sự sụt điện áp. Sự gián đoạn ngắn thường đi cùng với
hoạt động chuyển mạch liên quan tới sự xuất hiện và chấm dứt hiện tượng ngắn
mạch trên hệ thống hoặc tại điểm kết nối khởi tạo với nó.
d, Sự méo dòng điện và điện áp
Các dạng sóng dòng điện và điện áp méo trở thành một điều kiện hoạt động
thông thường trong hệ thống điện ngày nay. Thông thường chấp nhận đo lường sự
méo bao gồm cả sóng hài điện áp và dòng điện (các thành phần mà tần số của nó là
bội của các tần số cơ bản). Các thông tin toàn diện nhất thu được từ các thiết lập,
nó xác định bậc, biên độ và pha của các sóng hài cụ thể. Các tài liệu chuẩn hóa
chấp nhận sự thay đổi của số lượng xác định trên thiết lập này. Chúng thì phần lớn
là hệ số sóng hài bậc n.Và toàn bộ điện áp hài méo được tính toán cụ thể lên sóng
hài bậc 50. Những yếu tố này là cơ sở để tiêu chuẩn hóa chất lượng điện.
Trong số các nguồn sóng hài xảy ra trong hệ thống điện, ba nhóm thiết bị có thể
được phân biệt :
• Thiết bị có lõi từ, ví dụ, máy biến áp, động cơ, máy phát điện.
9
• Lò hồ quang và các thiết bị khác, ví dụ, đèn phóng điện cao áp, hồ quang.

• Điện tử và thiết bị điện điện tử.
1.2.3. Phân loại các nhiễu loạn điện từ
Nhiễu loạn điện áp có thể được chia thành hai nhóm :
• Biến đổi, tức là sự sai lệch nhỏ tử các giá trị danh nghĩa hoặc mong muốn ,
nó xảy ra liên tục (sự thay đổi nhanh hoặc chậm trong biên độ điện áp, sự biến đổi,
….). Nguyên nhân chính là sự biến đổi của tải hệ thống hay tải phi tuyến. Kết quả
làm điện áp biến đổi từ hoạt động của hệ thống, và do đó giá trị của chỉ số mô tả
các nhiễu loạn này thì không thể khác biệt đáng kể so với mức danh định. Kể từ
khi hệ thống điện được thiết kế để hoạt động tối ưu dưới điều kiện thông thường và
điện áp và dòng hình sin, sự biến đổi điện áp được giảm đến mức tối thiểu. Hệ
thống điều hành phải có biện pháp để đạt được điều kiện này để dẫn đến quản lý hệ
thống hiệu quả hơn.
• Các sự kiện, tức là sự lệch đáng kể và đột ngột từ dạng sóng mong muốn và
danh định. Sự biến đổi nhanh, sụt áp nhanh hay quá điện áp tức thời là các nhiễu
điển hình trong hệ thống và cùng với sự ngắt nguồn cung cấp, là các sự kiện điển
hình nhất của trường hợp này. Không giống như sự biến đổi điện áp – liên tục xuất
hiện, còn các sự kiện điện áp thì xảy ra ngẫu nhiên. Chúng được xác định bằng
cách giám sát liên tục bằng thiết bị ghi âm cung cấp một chức năng kích hoạt và nó
được kích hoạt khi số lượng ghi vượt quá giá trị ngưỡng. Những sự kiện điện áp
mô tả "bệnh lý" trong hoạt động mạng lưới cung cấp và có ý nghĩa rất lớn đối với
thiết bị sử dụng. Chúng có thể làm gián đoạn một quá trình sản xuất sử dụng điện,
ngay cả khi một sự gián đoạn nguồn cung cấp không xảy ra. Vì chúng có tính chất
ngẫu nhiên nên chúng được xử lý bằng cách sử dụng chủ yếu là các phương pháp
thống kê.
Các nhiễu loạn, được đo lường trong các điều kiện của sự tác động kinh tế
của chúng, có sự khác biệt đáng kể, vì thế các sự xếp hạng dưới đây có thể được
chấp nhận :
10
• Trong môi trường công nghiệp : sự sụt điện áp , sự ngắt nguồn cung cấp,
biên độ điện áp, sự không đối xứng, các sóng hài, độ biến đổi điện áp, sự biến đổi

tần số.
• Đối với doanh nghiệp nhỏ và các dịch vụ : Gián đoạn nguồn cung cấp, biên
độ điện áp , sự sụt điện áp, không đối xứng, sóng hài, biến đổi điện áp, biến đổi tần
số.
• Trong môi trường dân cư : biên độ điện áp, độ biến đổi điện áp, sự ngắt
nguồn cung cấp, sự sụt áp, quá áp, sóng hài, không đối xứng, tần số biến đổi.
1.3. KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG
1.3.1. Thủ tục đo
Hiện nay có 3 tài liệu tiêu chuẩn hóa cơ bản điều chỉnh sự đo lường các tham
số chất lượng điện. Với mỗi tham số đo lường, được phân thành 2 loại : A (viết tắt
của “Advanced” và B (viết tắt của “Basic”). Với mỗi loại thì phương pháp đo lường
và các yêu cầu thi hành sẽ khác nhau. Người dùng sẽ lựa chọn loại mà họ yêu cầu
dựa trên ứng dụng của họ [5].
Loại A được sử dụng mà các phép đo chính xác là cần thiết. Bất cứ sự đo
lường của một tham số được đưa ra với 2 dụng cụ khác nhau đồng thuận với các
yêu cầu của lớp A, khi đo lường cùng tín hiệu sẽ sinh ra kết quả phù hợp trong sự
bất định của tham số đó.
Loại B có thể được sử dụng để khảo sát chất lượng, xử lý các sự cố ứng dụng
và các ứng dụng khác, ở đó độ bất định thấp là không cần thiết. Chất lượng điện
được đo lường có thể được truy cập trực tiếp , như trường hợp thông thường trong
hệ thống điện áp thấp hay sự truy cập qua bộ chuyển đổi đo lường. Các chuỗi đo
lường được thể hiện như trong hình 1.6
11
Hình 1.7. Chuỗi đo lường
1.3.2. Sự tập hợp các kết quả đo lường qua các khoảng thời gian
Đối với loại A đo lường cơ bản khoảng thời gian cho tham số biên độ (về điện
áp cung cấp, sóng hài, và các sóng không đối xứng) sẽ là khoảng thời gian 10 chu
kì cho hệ thống điện 50Hz . Giá trị 10 chu kì thì sau đó được tập hợp qua 3 khoảng
thời gian bổ sung:
• Khoảng thời gian 150 chu kì (với tần số 150Hz), dữ liệu sẽ được tập hợp không

có độ hở từ khoảng thời gian 15 10 chu kì. Khoảng thời gian này không phải là
thời gian đồng hồ mà nó dựa trên đặc tính tần số và sự chạy không tải với
khoảng thời gian 10 chu kì.
• Khoảng thời gian 10 phút. Dữ liệu cho khoảng thời gian này sẽ được tập hợp từ
khoảng thời gian 10 chu kì. Mỗi khoảng thời gian 10 phút sẽ bắt đầu trên đồng
hồ thời gian quốc tế 10 phút nhịp. Bất cứ sự trùng khớp nào của khoảng thời
gian 10 chu kì được chèn vào trong sự tập hợp của khoảng thời gian 10 phút
trước.
• Khoảng thời gian 2 giờ : Dữ liệu cho khoảng thời gian này sẽ được tích hợp từ
khoảng thời gian từ 12-10 phút.
Sự tập hợp phải được thực hiện bằng cách sử dụng căn bậc hai trung bình của bình
phương giá trị đầu vào.
1.3.3. Khái niệm đánh dấu (Flagging Concept)
Trong suốt sự sụt áp, tăng áp hay sự ngắt nguồn, thuật toán đo lường cho các
tham số khác có thể sinh ra một giá trị không đáng tin cậy. Khái niệm Flagging do
đó ngăn chặn việc đếm một sự kiện đơn hơn một lần trong các tham số khác nhau
12
và chỉ ra rằng một giá trị tập hợp có thể không đáng tin cậy. Khái niệm đánh dấu
được áp dụng cho loại A trong suốt quá trình đo lường tần số , biên độ điện áp, độ
nhấp nháy, sự không đối xứng điện áp cung cấp, sóng hài, tín hiệu quan trọng và sự
đo lường dưới độ lệch và qua các tham số độ lệch.
Nếu trong một khoảng thời gian nhất định, bất cứ giá trị nào được đánh dấu
(flag) , thì giá trị tập hợp sẽ bao gồm giá trị của nó, cũng sẽ được đánh dấu. Người
sử dụng cũng có thể quyết định cách đánh giá các dữ liệu đã đánh dấu.
1.4. TÍCH HỢP CÁC PHÂN HỆ (DISTRIBUTED GENERATION) VỚI HỆ
THỐNG ĐIỆN NĂNG
1.4.1. Hệ thống tích trữ năng lượng trong quá khứ và tương lai
Hệ thống tích trữ là một đơn vị phát sinh công suất điện dự trữ được sử dụng
trong nhiều thiết bị công nghiệp, bệnh viện, trường học, các khu tòa nhà, biệt
thự Hầu hết các đơn vị dự trữ này đều được sử dụng chủ yếu khi hệ thống lưới

điện quốc gia gặp sự cố hay không có hiệu lực. Việc lắp đặt đơn vị dự trữ khép kín
có tác dụng hạn chế sự tốn kém đường dây và tổn hao trên đường dây truyền tải.
Các đơn vị dự trữ thì hiện thời được coi như là sản lượng điện phân phối phân biệt
từ mô hình máy phát điện tập trung cổ truyền. Mô hình máy phát điện tập trung
phải cung cấp nguồn điện tiết kiệm và tin cậy.
Có khoảng 12 triệu đơn vị DG (Diesel Generator) được lắp đặt ở Mỹ, với toàn
bộ năng lượng khoảng 200GW. DG thì được dự đoán là được sử dụng trong thị
trường năng lượng mới với tất cả các lợi ích chính sau:
• Như EPS, DG sẽ tăng khả năng truyền tải và phân phối và do đó, giới hạn thị
trường và ảnh hưởng tới sự tăng giá thành năng lượng.
• Với hệ thống điện của người tiêu dùng lớn hoặc nhỏ, DG sử dụng khả năng cục
bộ kết hợp với nguồn nhiên liệu cơ bản, như làm giảm sự phụ thuộc vào sự nhập
khẩu. Nó cũng có thể được sử dụng cho trường hợp dự trữ khẩn cấp và hơn nữa
nó có thể được coi như một phương tiện thu nhập máy phát nếu nó được liên kết
với một hệ thống lưới chủ.
13
Ngày nay DG được biến đổi với giới hạn công suất từ vài watt tới hàng mega
watt. Giới hạn công nghệ DC từ đơn vị chỉ ra rằng chỉ chó hệ thống điện như hệ
thống quang điện tới đơn vị của chúng mới sinh ra một sự kết hợp của nhiệt và
điện.
1.4.2. Kết nối với một lưới chính hoạt động song song
Để kết hợp thành công DG với một hệ thống lưới chính thì sự liên kết rõ
ràng phải yêu cầu một công thức chính xác. Các công trinh hiện thời thi hành cho
các hệ thống liên kết mạng DG/phân phối thì khôi phục mạng phân phối tới cấu
hình cổ điển của nó với tất cả các đơn vị liên kết DG. Trong thực tế có rất nhiều hệ
thống kết hợp DG như :
• Liên kết của nhiên liệu DG với nhiên liệu hóa thạch
• Liên kết của nhiên liệu DG với nhiên liệu phi hóa thạch
• Liên kết của nhiên liệu DG với sự kết hợp của cả nhiên liệu hóa thạch và phi
hóa thạch.

Ngày nay cấu trúc thứ 3 được sử dụng rộng rãi trong thực tế. Nó bao gồm
cấu trúc AC, DC, cấu trúc AC/DC như trong hình 1.8. Khi một bộ đơn vị năng
lượng sinh ra tồn tại trong một vị trí giới hạn, chúng đặt một điện áp cao cho việc
tạo ra một miến nguồn phân phối. Nó có khả năng tạo ra một mạng phân phối trong
hệ thống định nghĩa như một hệ thống phát sinh và phân phối Micro Grid (MGR).
Mục đích ở đây là kết hợp tất cả nguồn năng lượng có hiệu lực và các đơn vị liên
kết DG trong một miền để đáp ứng các yêu cầu của khách hàng một cách tốt nhất.
Bất cứ phần năng lượng thừa nào có thể được trao đổi với một đơn vị gần đó, do
đó, bổ sung một phần trong thị trường năng lượng trong thời gian rất ngắn.
14
15
Hình 1.8: Các cấu trúc MGR : a Cấu trúc AC nền tảng ; b Cấu trúc dòng DC nền
tảng ; c Cấu trúc DC nền tảng và AC nền tảng tập trung.
Như sơ đồ trong hình 1.5, ta thấy có 3 cấu trúc phân phối trong mạng điện
MGR là cấu trúc AC,DC và cấu trúc AC/DC.
Cấu trúc AC : Về riêng biệt, mỗi một DG phát sinh một nguồn năng lượng
chất lượng cao cho bản thân nó. Các đơn vị DG biến đổi thì sau đó được kết nối với
nhau từ cấu trúc của toàn bộ mạng phân phối như chỉ ra trong hình 1.5a. Đây là một
cấu trúc mô đun của kết nối DG. Các đơn vị DG lớn hơn hay nhỏ hơn có thể được
thêm vào để đáp ứng yêu cầu cục bộ. Yêu cầu thì liên tục được cung cấp qua cấu
trúc MG. Cấu hình như vậy yêu cầu có hỗ trợ phụ thuộc các yêu cầu thi hành VAR
(Volt-Ampere-Reactive). Sự phối hợp chính xác giữa các đơn vị DG thì chủ yếu cho
sự liên tục của dòng năng lượng tới lưới. Sự trao đổi năng lượng giữa các hệ thống
với các tiện ích có sẵn cũng có thể thực hiện được.
Cấu trúc DC : Bỏ qua nhiên liệu sơ khai, tất cả các đơn vị DG thì sinh ra
năng lượng DC như trong hình 1.5b, tạo ra mạng phân phối DC. Bus DC tạo ra có
thể cấp trực tiếp cho các hộ tiêu thụ riêng lẻ bởi mức điện áp một chiều tiêu chuẩn.
Cấu hình như vậy có một độ ổn định và độ dư thừa cao như nó yêu cầu một sự tinh
xảo nhỏ trong quá trình kết nối nguồn DC so sánh với nguồn xoay chiều. Lợi thế
16

chính là sự rủi ro trong quá trình dòng điện tuần hoàn giữa các đơn vị. Mỗi hộ tiêu
thụ có thể sử dụng nguồn một chiều hay đảo ngược nó vào trong nguồn xoay chiều
phụ thuộc vào các thiết bị sử dụng. Sự trao đổi công suất với năng lực ưu tiên thì
cũng có khả năng thực hiện bởi việc sử dụng một bộ phận đơn vị nghịch lưu tiêu
chuẩn.
Cấu trúc DC/AC: MGR có cấu trúc quanh đơn vị phát sinh riêng lẻ, nó sinh
ra nguồn điện áp một chiều kết nối tới một bus một chiều. Nhìn chung, các đơn vị
được nối mạng tới hệ thống giao diện AC tập trung cho mục đích tích hợp với lưới
đã tồn tại như mô tả trong hình 1.5c. Một điểm yếu trong cấu hình này là toàn bộ
tổn hao của năng lượng xoay chiều nết bộ nghịch lưu tập trung ngừng hoạt động.
Trong tất cả các cấu trúc có hệu lực, các kết nối khác nhau hay các yêu cầu
quản lý năng lượng cần phải được đồng nhất hóa và địa chỉ hóa bởi người điều
khiển MGR và bởi mạng lưới chính. Tương tự như sự đa dạng của các cách thức
DG có thể tích hợp lẫn nhau và với một lưới chính cung cấp một vài cơ hội. Nó
cung cấp sự hỗ trợ cho khu vực năng lượng theo các công nghệ mới xuất hiện. Nó
cũng mở ra một hướng nghiên cứu mới cho sự phát triển của các công nghệ mới
này.
1.4.3. Nguyên lý tiêm công suất
Toàn bộ công suất biểu kiến được tiêm vào trong đường dây truyền tải thì
bao gồm 2 phần chính là tác dụng và phản kháng. Thành phần công suất tác dụng P
là một phần của năng lượng được chuyển đổi vào trong cấu trúc năng lượng vật lý.
Thành phần công suất phản kháng Q thì giúp cho việc tạo ra môi trường từ rất cần
thiết cho các hệ thống và các thiết bị điện từ chuyển đổi năng lượng hiện nay.
Chẳng hạn như động cơ điện xoay chiều hấp thụ cả 2 thành phần P và Q một lần nó
được cung cấp bởi nguồn xoay chiều. Phần công suất phản kháng thu hút tạo ra
trường điện từ cần thiết để cho phép quá trình chuyển đổi năng lượng cần thiết
trong động cơ. Thành phần công suất tác dụng được thu hút và chuyển đổi trong
năng lượng cơ, nó di chuyển cả bộ đôi tải cơ học như một băng chuyền cơ học.
17
Động cơ điện sẽ tích trữ công suất phản kháng như năng lượng từ dao động

trong cuộn dây của nó như một quá trình chuyển đổi liên tục. Hầu hết các ứng dụng
trong công nghiệp và thương mại thì yêu cầu cả 2 công suất P và Q đều phải hoạt
động.
Cả 2 công suất P và Q thì cần thiết ngay tức thời và với các số lượng khác
nhau để đáp ứng yêu cầu của các thiết bị chuyển đổi năng lượng điện kết nối tới
nguồn xoay chiều. Công suất phản kháng có thể được hút hay cung cấp phụ thuộc
vào môi trường năng lượng liên kết với thiết bị điện. Các thành phần năng lượng
thu hút hay cung cấp là cuộn cảm hoặc tụ điện. Cuộn cảm thì thu hút công suất
phản kháng +Q và rút phần được định nghĩa như dòng trễ pha. Năng lượng tiêu thụ
được tích trữ như năng lượng từ trong cuộn cảm. Trong khi đó, tụ điện lại cung cấp
công suất phản kháng –Q và rút một dòng sớm pha, tích trữ nó như việc nạp năng
lượng vào trong môi trường điện môi và các khu vực liên kết.
Để hiểu sự chảy của P và Q trong đường dây, ta xem xét một đường dây đơn
thuần nó tạo ra các bus truyền và nhận với cáp truyền tải ở giữa như trong hình 1.6.
Hình 1.9: Mô tả đường dây đơn của mạng lưới phân phối năng lượng
Giả định điện trở đường dây nhỏ R<<X, các thành phần công suất tác dụng
và phản kháng có thể xấp xỉ tính như sau :
)(sin
RS
RS
S
X
VV
P
δδ
−=
X
VVV
Q
RSRSS

S
)(cos
2
δδ
−−
=
Có thể thấy rằng từ công thức xấp xỉ trên, các thành phần công suất chảy thì
phụ thuộc vào 4 biến điều khiển : V
S
, V
R
,X và
)(
RS
δδ
−
.
18
Việc bù song song tại điểm giữa trên đường dây truyền tải sẽ làm tăng cả 2
thành phần công suất P và Q của công suất tiêm vào. Để bộ bù không tổn hao và
các đường dây truyền tải V
S
=V
R
=V, thì công suất tiêm vào tại điểm giữa thì bây
giờ được xác định bởi :
)2/)sin((
2
2
RSSh

X
V
P
δδ
−=
Và
))2/)cos((1(
4
2
RSSh
X
V
Q
δδ
−−=
Trong khi đó, việc bù nối tiếp tại điểm giữa với điện áp V
C
trong trạng thái
vuông góc với dòng dây tương ứng cho phép các yếu tố bù chỉ giúp đỡ điều khiển
công suất phản kháng. Kết quả là công suất tiêm vào thì được xác định bởi :
)sin(
)1(
2
RSSer
Xr
V
P
δδ
−
−

=
Và
))cos(1(
)1(
2
2
2
RSSer
r
r
X
V
Q
δδ
−−
−
=
Ở đó r chính là mức độ của bộ bù nối tiếp (
10
≤≤
r
)
1.4.4. Tiêm công suất sử dụng bộ bù tĩnh
Đa số các bộ bù tĩnh thì được thiết kế để cung cấp điều khiển công suất phản
kháng. Các bộ bù nối tiếp và song song được sử dụng và cung cấp một giải pháp thi
hành cho bộ bù VAR. Các linh kiện chuyển mạch công suất được sử dụng để điều
khiển kết nối với một bộ cố định hay một bộ ngắt được của cuộn cảm hay tụ điện
tới đường dây truyền tải.
a. Bù VAR cố định
Bộ bù VAR cố định được thực hiện bởi tụ điện song song kết nối với đường

dây truyền tải. Tụ điện song song có thể chuyển mạch để đáp ứng các mức độ biến
đổi của công suất VAR yêu cầu để duy trì mức độ tốt nhất của bộ điều chỉnh điện
áp và hệ số công suất sử dụng bộ đôi tụ điện như trong hình 1.10. Để dòng công
19
suất tác dụng là hằng số và cung cấp điện áp V, yêu cầu năng lượng VAR phải có
sự chênh lệch giữa lần bù trước và phần bù yêu cầu, như vậy số lượng của năng
lượng điện nạp được xác định bởi :
2
V
VARVAR
B
khôngbùcâuyêu
C
−
=
Từ đó điện dung yêu cầu có giá trị :
ω
C
B
C
=
Hình 1.10: (a) Bộ điều khiển bộ đôi tụ điện chuyển mạch; (b) Mô hình tương
đương
Bộ điện kháng nối tiếp thì thường được điều chỉnh với tụ điện song song để
loại trừ các dòng hài không mong muốn và thực hiện giới hạn dòng khởi động
trong suốt sự chuyển mạch của tụ điện. Nó là một sơ đồ giá thành thấp và chỉ cung
cấp công suất chính. Hạn chế của nó là xuất hiện chuyển mạch ngắn với giá trị khác
nhau của tụ điện khi chuyển mạch ON và OFF.
b. Bộ bù điều khiển VAR động
Bộ bù VAR động được sinh ra bởi việc sử dụng SVC, nó cho phép dòng bù

biến đổi từ giá trị sớm pha hoặc trễ pha. Điều này có thể được thi hành bởi sự thay
đổi trở kháng tại cực bởi sử dụng bộ điều khiển điện dung và các yếu tố cuộn cảm
20
kết nối song song tại điểm tiêm công suất. Sự trễ của dòng với điện áp được đưa ra
bởi sử dụng các thiết bị như Thyristor hay transistor công suất.
- Thyristor chuyển mạch tụ điện
Sơ đồ Thyristor chuyển mạch tụ điện (TSC-Thyristor Switched Capacitor)
được chỉ ra trong hình 1.11. Linh kiện chuyển mạch trong TSC chỉ sử dụng các
chuyển mạch ON và OFF, không có điều khiển góc pha. Bản thân TSC không cung
cấp sóng hài nhưng có thể chuyển mạch rất nhanh. Sự chuyển mạch của bộ tụ điện
được sử dụng khi tải yêu cầu tụ điện hỗ trợ. Sự hỗ trợ của tụ điện thường được chia
thành 3 tới 4 bước:
Nhìn chung thì điện kháng nối tiếp được kết nối song song với bộ tụ điện để
giới hạn sự chảy năng lượng trong khi tụ điện chuyển mạch và giới hạn giá trị định
mức của sự tăng của dòng của linh kiện chuyển mạch trong một giá trị an toàn.
Hình 1.11 (a) TSC; (b) Mô hình tương đương
-Thyristor điều khiển điện kháng
Trong sơ đồ Thyristor điều khiển điện kháng (TCR-Thyristor Controlled
Reactor), các switch tĩnh thì được kết nối nối tiếp với điện kháng như trong hình
21
1.12. TCR thi hành như một điện nạp biến đổi và phụ thuộc vào thyristor điều
khiển chuyển mạch. Bộ điều khiển góc pha chuyển mạch từ 90
0
đến 180
0
, dòng
chảy qua bộ điện kháng thì biến đổi. Các dòng cơ bản qua cuộn cảm thì do đó có
chức năng như một nhánh điện nạp B
TCR
, nó phụ thuộc vào sự trễ của góc mở van

α
và được ước lượng theo công thức :
)
)2sin(2
1(
1
π
α
π
α
ω
−−=
L
VI
L
Hình 1.12: (a) TCR; (b) Mô hình tương đương
Trong sơ đồ 3 pha, TCR thì thường được kết nối hình tam giác để làm giảm
sóng hài. Các thành phần sóng hài trong dòng cuộn cảm chảy vào trong mạng gồm
các sóng hài bậc 3,5,7,9,11,và 13 với biên độ cực đại là 13,8%, 5%, 2,5%,
1,6%,1% và 0,7%. Nếu mạng lưới mà cân bằng, tất cả các bội số của sóng hài bậc 3
sẽ được triệt tiêu trong kết nối tam giác TCR và sẽ không chảy trong mạng. Cũng
chú ý rằng trong trường hợp tải không cân bằng, bội của các sóng hài bậc 3 cũng
chảy trong mạng và nó thêm vào các sóng hài. Do đó yếu tố tụ điện lọc phải được
tăng trong khi lọc các thành phần dòng hài không mong muốn tạo ra bởi TCR trong
suốt quá trình nó hoạt động.
22
-Cố định tụ điện và Thyristor điều khiển điện kháng
Phải chú ý rằng TSC thì bản thân nó không thể cung cấp công suất phản
kháng biến đổi một cách nhẹ nhàng. Nó chỉ điều khiển trong những bước nhảy, vì
vậy để cho hoạt động an toàn và nhẹ nhàng của nó thì cần phải kết hợp giữa TSC

và TCR. Trong sơ đồ một tụ điện cố định được kết nối qua một sự kết hợp của linh
kiện chuyển mạch nối tiếp với bộ điện kháng như hình 1.13.
Hình 1.13: (a) Tụ điện cố định với Thyristor điều khiển điện kháng ; (b) Mô hình
tương đương
Dòng trong cuộn cảm thì biến đổi bởi phương pháp đã trình bày ở trước của
sự điều khiển góc trễ pha. Tụ điện cố định trong thi hành thì thường được thay thế
hoàn toàn hay một phần bởi mạng bộ lọc, nó cần thiết phải có tụ điện và cuộn cảm
tại tần số cơ bản để phát sinh công suất VAR yêu cầu. Tuy nhiên, điều này sẽ cung
cấp một trở kháng thấp tại tần số lựa chọn để lọc các dòng hài song song chủ yếu
sinh ra bởi TCR. VAR cố định sớm pha thì cung cấp bởi tụ điện và nó đối kháng
với công suất VAR trễ pha cung cấp bởi cuộn cảm. Toàn bộ điện nạp cho bởi hệ
thống thì chia thành 2 phần (cố định và biến đổi) và nó được xác định như sau :
)(
α
TCRCTCRC
BBB
+=
−
23
Tại điện dung cực đại đầu ra, thyritor điều khiển điện kháng thì OFF. Để làm
giảm điện dung đầu ra, dòng trong bộ điện kháng thì tăng bởi việc giảm góc trễ
pha. Tại công suất đầu ra VAR = 0, dòng trong cuộn cảm và tụ điện thì cân bằng
nhau. Với sự giảm hơn nữa của góc lệch pha, dòng trong cuộn cảm trở nên lớn hơn
so với dòng trong tụ điện, kết quả là cuộn cảm cung cấp công suất đầu ra.
- Thyristor chuyển mạch tụ điện và Thyristor điều khiển điện kháng
Thyristor chuyển mạch tụ điện và Thyristor điều khiển điện kháng (TSC-
TCR) thì tương tự như hoạt động của tụ điện cố định và TCR (FC-TCR-Fixed
Capacitor and Thyristor-controlled Reactor) nhưng với giá trị bước nhảy của tụ
điện. Một pha đơn TSC-TCR được chỉ ra như trong hình 1.14. Để giới hạn điện
dung đầu ra, nó bao gồm số lượng bội của nhánh TSC và một TCR. Số lượng của

các nhánh thì được xác định bởi yêu cầu thực tế nó bao gồm sự hoạt động của các
mức điện áp hoạt động, công suất đầu ra tối đa, giới hạn dòng của linh kiện chuyển
mạch. Giới hạn cuộn cảm có thể khuếch đại tơi bất cứ giới hạn cực đại nào bởi việc
thêm vào nhánh TCR. Toàn bộ giới hạn năng lượng đầu ra thì được chia thành n
khoảng. Trong khoảng thời gian đầu tiên, đầu ra của máy phát VAR được điều
khiển trong giới hạn VAR/n không. Ở đó VAR là toàn bộ giới hạn cung cấp bởi tất
cả các nhánh TSC. Trong khoảng thời gian này, một tụ điện thì chuyển mạch và
đồng thời, dòng trong TCR thì được đặt bởi góc mở trễ và nó là tổng của VAR đầu
ra của TSC và của TCR cân bằng với năng lượng đầu ra yêu cầu.
24
Hình 1.14: (a)TSC-TCR ; (b) Mô hình tương đương
1.4.5. Tiêm công suất sử dụng thiết bị tĩnh hiện đại
Các bộ bù thụ động và ngắt được sinh ra sóng hài tần số thấp trongkhi cung
cáp công suất VAR yêu cầu. Bởi việc sử dụng các linh kiện chuyển mạch thông
minh, hiện đại và nhanh sẽ làm giảm sóng hài được thi hành với giá thành thấp của
bộ lọc thông cao. Lợi thế của việc sử dụng linh kiện chuyển mạch này là việc điều
khiển các bộ tụ bù hay cuộn cảm bù đưa ra hệ thống bù với khả năng điều khiển cà
công suất phản kháng và tác dụng. Trong số các bộ tụ bù hiện đại thì bộ bù đồng bộ
tĩnh STATCOM thường được sử dụng nhiều nhất như bộ D-STATCOM (Dynamic
Static Synchronous Compensator) hay UPFC (- Unified Power Flow Controller).
a. Bộ bù đồng bộ tĩnh
STATCOM là một bộ bù chất lượng cao cho để làm giảm sự dao động của
thành phần công suất phản kháng tiêm vào. Nó được cấu tạo từ 6 linh kiện chuyển
mạch công suất trong sơ đồ cầu 3 pha. Cầu được điều khiển để cung cấp dòng tới tụ
điện một chiều lớn. Giới hạn công suất củ các linh kiện thì tương đối thấp. Các linh
kiện chuyển mạch được điều khiển bởi mạch điều khiển chuyển mạch logic PWM.
Các thành phần sóng hài tần số cao có thể dễ dàng được lọc sử dụng các yếu tố lọc
thụ động tần số cao. Các thành phần cơ bản của điện áp dây biến đổi, vì thế dòng
25