Nghiên cứu ổn định và tối ưu hệ thống phức hợp nhiều thành phần ứng dụng cho hệ thống điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------

VŨ DUY THUẬN

Nghiên cứu ổn định và tối ưu hệ thống phức hợp
nhiều thành phần ứng dụng cho hệ thống điện

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI – 2017

1


VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
……..….***…………

VŨ DUY THUẬN

Nghiên cứu ổn định và tối ưu hệ thống phức hợp
nhiều thành phần ứng dụng cho hệ thống điện

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Mã số: 62 52 02 16

Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS. TS Thái Quang Vinh
2. TS Hoàng Ngọc Nhân

Hà Nội – 2017

2


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu khoa học của tôi
và không trùng lặp với bất kỳ công trình khoa học nào khác. Các số liệu trình
bày trong luận án đã được kiểm tra kỹ và phản ánh hoàn toàn trung thực. Các
kết quả nghiên cứu do tác giả đề xuất chưa từng được công bố trên bất kỳ tạp
chí nào đến thời điểm này ngoài những công trình của tác giả.

Tác giả luận án

NCS VŨ DUY THUẬN

3


LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn và lòng kính trọng đối với hai người thầy
hướng dẫn: PGS. TS Thái Quang Vinh và TS Hoàng Ngọc Nhân bởi những
chỉ dẫn quý báu về định hướng nghiên cứu và phương pháp luận để luận án
này được hoàn thành.

Tác giả cũng cảm ơn Viện Công nghệ thông tin, Học viện Khoa học và
công nghệ, Viện Hàn lâm và khoa học công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện
về cơ sở vật chất và thời gian để tác giả hoàn thành luận án.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn các nhà khoa học, các đồng nghiệp đã
phản biện, đóng góp các ý kiến lý luận để xây dựng và trao đổi về các vấn đề
lý thuyết cũng như thực tiễn cho luận án được hoàn thiện.
Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc nhất đến gia đình đã
luôn chia sẻ, gánh đỡ những khó khăn và là nguồn cổ vũ, động viên tinh thần
không thể thiếu đối với tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận án này.

4


MỤC LỤC

MỤC LỤC .................................................................................................................. 5
DANH MỤC HÌNH VẼ ..................................................................................................... 8
DANH MỤC BẢNG ........................................................................................................ 10
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT ...................................................... 11
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................ 13
1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................. 13
2. Mục tiêu, phạm vi, đối tượng và phương pháp nghiên cứu ........................... 13
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ........................................................................ 15
4. Cấu trúc luận án .............................................................................................. 15
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ........................................................................................... 17
1.1 Đặc điểm của hệ thống phức hợp nhiều thành phần ....................................... 17
1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước về tối ưu hóa các mô hình của hệ tương tác
............................................................................................................................... 18
1.1.1. Các nghiên cứu trong nước ..................................................................... 18
1.1.2. Nghiên cứu nước ngoài về sự ổn định và hệ thống phức hợp nhiều thành

phần ................................................................................................................... 20
1.3. Kết luận sơ bộ về tình hình nghiên cứu liên quan đến đề tài ......................... 26
1.4. Kết luận chương I .......................................................................................... 28
CHƯƠNG 2: HỆ PHÂN TÁN VÀ ĐIỀU KHIỂN PHI TẬP TRUNG CHO HỆ
THỐNG ĐIỆN LỚN......................................................................................................... 29
2.1. Giới thiệu ....................................................................................................... 29
2.2. Mô hình tổng quát hệ thống điện đa máy phát .............................................. 31
2.2.2. Phân tích các hệ thống con ...................................................................... 35
2.2.3. Vùng ổn định ........................................................................................... 39
5


2.3. Các chiến lược điều khiển ổn định chất lượng hệ thống điện lớn ................. 45
2.3.1. Giới thiệu................................................................................................. 45
2.3.2. Bài toán ổn định quá trình quá độ ........................................................... 46
2.3.3. Điều khiển mờ áp dụng cho bài toán kiểm soát tần số - phụ tải ............. 47
2.3.4. Các bộ điều khiển mờ ............................................................................. 55
2.4. Kết luận chương 2 .......................................................................................... 58
CHƯƠNG 3: CHIẾN LƯỢC ĐIỀU KHIỂN PHI TẬP TRUNG ỔN ĐỊNH HỆ
THỐNG ĐIỆN................................................................................................................... 60
3.1. Giới thiệu ....................................................................................................... 60
3.2. Cấu trúc chung của các hệ thống điện đa máy phát ....................................... 61
3.3. Mô hình toán học của hệ thống điện đa máy ................................................. 62
3.4. Giải pháp điều khiển ổn định hệ thống điện đa máy phát ............................. 66
3.5. Mô phỏng và đánh giá ................................................................................... 68
3.6. Kết luận chương 3 .......................................................................................... 75
CHƯƠNG 4: KIỂM SOÁT TẦN SỐ - PHỤ TẢI LƯỚI ĐIỆN LỚN ....................... 77
4.1. Giới thiệu ....................................................................................................... 77
4.2. Mô hình hóa hệ thống điện diện rộng trong bài toán kiểm soát tần số - phụ tải
............................................................................................................................... 79

4.2.1. Khái quát về hệ thống điện diện rộng ..................................................... 79
4.2.2. Mô hình toán học của hệ thống điện diện rộng ....................................... 80
4.2.3. Mô hình thiết bị lưu trữ từ trường siêu dẫn - SMES ............................... 81
4.3. Các bộ điều khiển kiểm soát tần số - phụ tải ................................................. 85
4.3.1 Các bộ điều khiển kinh điển ..................................................................... 85
4.3.2. Các bộ điều khiển logic mờ kiểu PD ...................................................... 86
4.4. Mô phỏng và kết quả ..................................................................................... 90
4.4.1. Hiệu quả của các bộ điều khiển mờ kiểu PD .......................................... 91
4.4.2. Tác dụng của các bộ SMES .................................................................... 95
6


4.5. Kết luận chương 4 .......................................................................................... 96
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................................... 97
1. Đánh giá kết quả nghiên cứu ............................................................................ 97
2. Hướng phát triển của nghiên cứu ...................................................................... 97
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ.................................. 100
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................. 101

7


DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 2.1: Một hệ thống lớn gồm N hệ thống con liên kết chặt chẽ với nhau ..................... 30
Hình 2.2: Sơ đồ cấu trúc ba máy phát đồng bộ liên kết từng đôi một ................................ 33
Hình 2.3. Sơ đồ cấu trúc hệ thống ba máy phát .................................................................. 34
(a) Sơ đồ phân tích (b) Sơ đồ thu gọn ................................................................................ 34
Hình 2.4. Cấu trúc điều khiển điển hình cho một vùng điều khiển của hệ thống điện lớn . 34
Hình 2.5. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển mờ .................................................................... 48

Hình 2.6. Sơ đồ khối tổng quát hệ thống điều khiển mờ logic ........................................... 52
Hình 2.7. Sơ đồ hiểu biết của con người và đối tượng ....................................................... 53
Hình 2.8. Quan hệ truyền đạt bộ điều khiển mờ theo luật tỉ lệ ........................................... 56
Hình 2.9. Bộ điều khiển mờ theo luật PID dùng thuật toán chỉnh định PID mờ ................ 57
Hình 2.10. Bộ điều khiển mờ theo luật PID dùng thuật toán PID tốc độ ........................... 57
Hình 2.11. Hệ thống điều khiển mờ theo luật PD ............................................................... 58
Hình 2.12. Hệ thống điều khiển theo luật PI....................................................................... 58
Hình 3.1. Cấu trúc của một hệ thống điện đa máy phát kết nối .......................................... 62
(a) Hệ thống điện với N vùng kết nối .................................................................................. 62
(b) Ba thành phần cơ bản của một vùng phát điện .............................................................. 62
Hình 3.2. Mô hình hệ thống điện ba máy phát kết nối ....................................................... 64
Hình 3.3. Mô hình điều khiển phản hồi trạng thái áp dụng cho hệ thống điện thứ i .......... 67
Hình 3.4. Đáp ứng động học của các máy phát thứ nhất và thứ hai trong trường hợp mô
phỏng thứ nhất ..................................................................................................................... 72
Hình 3.5. Đáp ứng động học của các máy phát thứ nhất và thứ hai trong trường hợp mô
phỏng thứ hai ....................................................................................................................... 72
Hình 3.6. So sánh thời gian xác lập cho cả hai trường hợp mô phỏng ............................... 73
Hình 3.7: Đáp ứng động học của các máy phát thứ nhất và thứ hai trong trường hợp mô
phỏng thứ ba ........................................................................................................................ 74
8


Hình 3.8: Thời gian xác lập cho các thông số của hai máy phát với sai số 2% ở trường hợp
mô phỏng thứ ba .................................................................................................................. 75
Hình 4.1: Một số mô hình hệ thống điện diện rộng gồm 5 vùng ........................................ 79
Hình 4.2: Cấu trúc chung của một vùng điều khiển (vùng phát điện) ................................ 80
Hình 4.3: Mô hình nguyên lý thiết bị SMES ...................................................................... 82
Hình 4.4: Mô hình một thiết bị SMES sử dụng các bộ biến đổi Thyristor ......................... 83
Hình 4.5: Mô hình bộ SMES trong bài toán kiểm soát tần số - phụ tải .............................. 84
(a) Mô hình SMES xây dựng trên MATLAB/Simulink ...................................................... 84

(b) (c) Mô hình SMES trong hệ thống điện có kiểm soát tần số - phụ tải ........................... 84
Hình 4.6. Cấu trúc điều khiển kiểm soát tần số - phụ tải một vùng sử dụng bộ điều khiển
mờ PD .................................................................................................................................. 87
Hình 4.7. Các hàm liên thuộc cho các đầu vào và đầu ra của mô hình điều khiển mờ đã đề
xuất ...................................................................................................................................... 88
Hình 4.8. Mô hình mô phỏng xây dựng trên nền Simulink sử dụng các bộ điều khiển LFC
khác nhau ............................................................................................................................. 92
(a) Mô hình mô phỏng dạng khối con ................................................................................. 92
(b) Cấu trúc chi tiết bộ điều khiển “PD-FL controller” ....................................................... 92
Hình 4.9. Hai trường hợp thay đổi của phụ tải được sử dụng cho mô phỏng ..................... 93
Hình 4.10. Đáp ứng sai lệch tần số trong các vùng điều khiển #1, #4 và #5 trong trường
hợp mô phỏng thứ nhất ........................................................................................................ 93
Hình 4.11. So sánh độ quá điều chỉnh (giá trị tuyệt đối) và thời gian xác lập cho tất cả các
vùng trong trường hợp mô phỏng thứ nhất .......................................................................... 94
Hình 4.12. So sánh độ quá điều chỉnh (giá trị tuyệt đối) và thời gian xác lập cho tất cả các
vùng trong trường hợp mô phỏng thứ hai ............................................................................ 94
Hình 4.13. Đáp ứng tần số thay đổi cho các vùng điều khiển 2, 3 và 5 trong trường hợp mô
phỏng thứ hai ....................................................................................................................... 95

9


DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1. Bộ thông số mô phỏng sử dụng cho mô hình hệ thống điện ba máy phát kết nối
[41] ...................................................................................................................................... 68
Bảng 3.2. Điều kiện đầu cho ba trường hợp mô phỏng ...................................................... 71
Bảng 4.1. Luật mờ sử dụng cho bộ điều khiển mờ kiểu PD ............................................... 89
Bảng 4.2. So sánh độ vọt lố của đáp ứng thay đổi công suất đường dây cho các vùng điều
khiển .................................................................................................................................... 95

10


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT
i

chỉ số của máy phát thứ i hay vùng phát điện thứ i

δi

góc công suất của máy phát thứ i, rad

ωi

tốc độ của máy phát thứ i, rad/s

Pmi

công suất cơ đầu vào tương ứng với máy phát thứ i, p.u.

Pei

công suất điện, p.u.

ω0

tốc độ góc của máy phát điện, rad/s

Di

hệ số tắt dần trong đơn vị tương đối

Hi

hằng số quán tính, s

E’qi

sức điện động tức thời ngang trục trong hệ tọa độ dq, p.u.

Eqi

sức điện động ngang trục trong hệ tọa độ dq, p.u.

Efi

sức điện động tương đương trong cuộn kích từ, p.u.

T’doi

hằng số thời gian ngắn mạch tức thời theo trục d (dọc trục), s

xdi

điện kháng dọc trục, p.u.

x’di

điện kháng tức thời dọc trục, p.u.

Iqi

dòng điện ngang trục, p.u.

kci

hệ số khuếch đại kích từ, p.u.

ufi

đầu vào của bộ khuếch đại SCR, p.u.

xadi

điện kháng tương hỗ giữa cuộn dây kích từ và cuộn dây stator, p.u.

xTi

điện kháng của máy biến áp, p.u.

xij

điện kháng đường dây truyền tải giữa máy phát thứ i và máy phát thứ j, p.u.

Vti

điện áp đầu ra của máy phát thứ i, p.u.

Xei

độ mở van hơi nước (tua-bin) ứng với máy phát thứ i, p.u.

Pci

đầu vào điều khiển công suất của máy phát thứ i, p.u.

Tmi

hằng số thời gian của tua-bin máy phát thứ i, s

Kmi

hệ số khuếch đại của tua-bin máy phát thứ i

Tei

hằng số thời gian của bộ điều tốc cho máy phát thứ i, s

Kei

hệ số khuếch đại của bộ điều tốc cho máy phát thứ i

Ri

hệ số điều chỉnh của máy phát thứ i, p.u.

Bij

phần tử thuộc hàng thứ i và cột thứ j của ma trận điện thế nút tại các nút sau khi
loại bỏ các bus vật lý, p.u.

Qei

công suất phản kháng, p.u.

Ifi

dòng kích từ, p.u.

Idi

dòng điện dọc trục, p.u.

fi

tần số thực của lưới điện, Hz

fn

tần số danh định của lưới điện, fn = 50Hz
11


∆fi

biến thiên của tần số lưới điện, p.u.

∆PD,i

lượng biến thiên công suất tải, p.u.

TG,i

hằng số thời gian của bộ điều tốc, sec

TT,i

hằng số thời gian của tua bin không hồi nhiệt, sec

Mi

mô men quán tính máy phát, p.u.

Di

hệ số tắt dần dao động của phụ tải, p.u. MW/Hz

Tij

hằng số thời gian qui đổi của đường dây, sec

Ptie,i

công suất đường dây, p.u.

∆ Ptie,i sai lệch của công suất đường dây, p.u.
Bi

hệ số qui đổi tuyến tính, MW/p.u. Hz

GG,i

hàm truyền đạt của bộ điều tốc

GT,i

hàm truyền đạt của tua-bin không hồi nhiệt

GP,i

hàm truyền đạt của máy phát – phụ tải

s

toán tử Laplace

ACEi

sai lệch điều khiển vùng

SMESi thiết bị lưu trữ năng lượng từ trường siêu dẫn của vùng thứ i

12


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Một trong những thách thức đầu tiên của lý thuyết hệ thống phải đối mặt khi
nghiên cứu các hệ thống lớn (large-scale system) là các hệ thống này có mô hình toán
học ngày càng phức tạp và cồng kềnh. Điều này được lý giải là do bản thân các hệ

thống lớn ngày nay luôn chịu sự ảnh hưởng tương hỗ của nhiều quá trình công nghệ,
môi trường và xã hội phức tạp. Có thể lấy một vài ví dụ về các hệ thống lớn chịu tác
động của nhiều quá trình phức tạp như mạng lưới sinh thái, hệ thống giao thông, mạng
máy tính toàn cầu, hệ thống điện diện rộng…Ngoài ra, khối lượng tính toán cho mỗi
hệ thống lớn này lại thường phát triển nhanh hơn nhiều so với sự gia tăng về kích
thước của bản thân hệ thống nên các vấn đề phát sinh của mỗi hệ thống lớn phức tạp
như vậy hoặc là không thể giải quyết được, hoặc là không kinh tế, cho dù khoa học
tính toán ngày nay đã tương đối phát triển. Một hướng giải quyết khả thi cho các bài
toán điều khiển, ổn định, tối ưu của hệ thống lớn trong trường hợp này là ta tiến hành
phân rã hệ thống lớn phức tạp đó thành nhiều hệ thống con đơn giản hơn được kết nối
một cách chặt chẽ (simple interconnected subsystems). Những hệ thống con này có thể
được nghiên cứu một cách độc lập, sau đó các giải pháp hay chiến lược điều khiển
được áp dụng cho mỗi hệ con có thể kết hợp được với các điều kiện tương tác ràng
buộc (interconnection constraints) để tiến gần hơn đến giải pháp cho bài toán điều
khiển của toàn hệ thống (overall system). Theo hướng này, ta có thể tận dụng được đặc
điểm cấu trúc đặc trưng của mỗi hệ thống con để xây dựng các thuật toán từng phần
hiệu quả và khả thi (feasible “piece-by-piece algorithms) cho các bài toán điều khiển
hay ổn định đang xét cho một hệ thống lớn, một nhiệm vụ mà có vẻ phi thực tế khi
muốn áp dụng phương pháp thực hiện trực tiếp (“one shot” method). Ý tưởng của giải
pháp là sẽ phân rã (decomposition) một hệ thống lớn thành n hệ thống con liên kết với
nhau. Người ta chỉ cần phân tích và tìm hiểu các chiến lược điều khiển áp dụng cho
một hệ con, trong sự độc lập tương đối với các hệ con còn lại. Sau đó, áp dụng tương
tự cho các hệ con khác và có giải pháp điều khiển tổng thể.

2. Mục tiêu, phạm vi, đối tượng và phương pháp nghiên cứu
a, Mục tiêu của đề tài
13


Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu về một phương pháp phân tích hệ thống phức

hợp nhiều thành phần thành các hệ thống con có tính độc lập tương đối. Sau đó, luận
án sẽ tập trung xây dựng thuật toán điều khiển phi tập trung cho hệ thống đa phức hợp
đã được phân rã thành các hệ con nói trên. Phương pháp điều khiển đề xuất trong luận
án được áp dụng cho một đối tượng điển hình là các hệ thống điện lớn. Tác giả đã xây
dựng hai chiến lược điều khiển áp dụng cho hệ thống điện diện rộng: bài toán điều
khiển đảm bảo tính ổn định cho từng vùng điều khiển dựa trên phương pháp giải tích,
cụ thể là ứng dụng phương trình Riccati mở rộng; bài toán kiểm soát tần số cho toàn
hệ thống điện lớn được xét khi phụ tải thay đổi về công suất dựa trên phương pháp
điều khiển mờ kiểu PD kết hợp với bộ lưu trữ năng lượng từ trường siêu dẫn SMES.
Với mục tiêu trên, nhiệm vụ của luận án sẽ bao gồm:
- Nghiên cứu về hệ thống phức hợp nhiều thành phần với mối quan hệ tương tác
bất định để từ đó xây dựng cơ sở toán học cho việc phân rã hệ thống điện lớn thành
các vùng con có tính độc lập tương đối.
- Xây dựng 2 lớp bài toán điều khiển: điều khiển phi tập trung tuyến tính để điều
khiển quá độ các vùng con và điều khiển mờ kiểu PD để kiểm soát tần số cho hệ thống
điện lớn.
- Xây dựng và mô phỏng trên phần mềm Matlab Simulink để kiểm tra lại tính đúng
đắn của các luật đã đề ra.
b, Phạm vi và đối tượng nghiên cứu
Trên cơ sở nghiên cứu trước của các tác giả về ứng dụng thực tiễn bài toán tối ưu
hóa mô hình mẫu, bài toán con lắc ngược, mạng Neuron, hệ thống điện... bài toán môi
trường và các yếu tố, ứng dụng logic mờ vào robot song song đã được kiểm chứng; tác
giả sử dụng phương pháp khái quát hóa và chọn một phương án tính toán bao quát
chung nhất, ứng dụng vào xây dựng hướng giải pháp cho bài toán Ổn định tần số hệ
thống lưới điện diện rộng. Phạm vi nghiên cứu của bài toán này là xây dựng mô hình
toán cho hệ thống lưới điện có từ 3 đến 5 đối tượng (máy phát, phụ tải, SMES...) có
mối liên hệ bất định. Từ các biến động về máy phát, truyền tải và phụ tải, kết hợp với
bộ SMES, tác giả xây dựng luật điều khiển và phương pháp tính mới (sử dụng giải tích
và logic mờ), áp dụng một trong các giải pháp mà các công trình đã công bố và được
kiểm nghiệm bằng MATLAB, từ đó xác định được mức độ sai lệch của phương pháp

14


đề xuất cho áp dụng vào tính toán ổn định và tối ưu các luật mờ - Hệ tương tác bất
định của mô hình tính toán đề xuất.
c, Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết: Phân tích lý thuyết, xây dựng cơ sở lý thuyết cho bài toán
tương tác bất định với một số luật và điều kiện cho trước. Nhiệm vụ là ổn định về tần
số cho lưới điện diện rộng.
- Công cụ: Lý thuyết ôn định Lyapunov, Phương trình Riccati, sử dụng các phương
pháp của Đại số tuyến tính, lý thuyết điều khiển mờ... các phương pháp nghiên cứu mà
các nhà nghiên cứu khác đã tiên phong như: Siljak, Mohammad Jamshidi,,.. Vũ Ngọc
Phát, Phan Xuân Minh, Thái Quang Vinh...
- Luận án sử dụng lý thuyết điều khiển mờ, giải tích với phương trình Riccati, lý
thuyết ổn định Lyapunov... Tổng hợp bộ điều khiển dựa trên phương trình đại số
Riccati cải tiến để tìm ra luật điều khiển tối ưu phản hồi trạng thái có khả năng kiểm
soát và dập tắt các dao động của hệ thống do ảnh hưởng nhiễu, đảm bảo tính ổn định
của hệ thống. Tiếp theo, sẽ sử dụng thuật toán điểu khiển thông minh dựa trên logic
mờ loại PD, kết hợp với bộ SMES để kiểm soát tần số - phụ tải. Sau đó mô phỏng trên
phần mềm MATLAB-Simulink để kiểm chứng tính đúng đắn cũng như sự ưu việt của
các luật và phương pháp đề ra đối với đối tượng đã xem xét. Tác giả cho rằng kết quả
nghiên cứu này sẽ là nền tảng cho những nghiên cứu sâu hơn về tính ổn định cho hệ
thống bất định cũng như tối ưu hóa và điều khiển ứng dụng vào thực tiễn.

3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Khẳng định lại tính đúng đắn của một số lí thuyết được xem xét và áp dụng vào
nghiên cứu tính toán trong điều khiển tối ưu và điều khiển mờ.
- Khái quát hóa một phương thức tính toán, tốt nhất, đơn giản nhất có thể để thu
được kết quả với các phép sai số cho phép. Áp dụng cho xây dựng hướng giải pháp

cho bài toán kiểm soát tần số - phụ tải của hệ thống điện diện rộng.
- Ý nghĩa thực tiễn: do hệ thống điện được coi là mạch máu lưu thông nguồn năng
lượng của đất nước nên việc ổn định hệ thống truyền tải là cực kỳ quan trọng. Việc
xây dựng bộ điều khiển mờ lai kết hợp với bộ SMES giải quyết được bài toán về ổn
định tần số khi phụ tải thay đổi (gọi tắt là ổn định tần số - phụ tải), tăng hiệu suất và
nâng cao chất lượng điện năng, đảm bảo được an ninh về năng lượng quốc gia.

4. Cấu trúc luận án
15


Nội dung nghiên cứu của luận án được trình bày trong bốn chương:
Chương I. Tổng quan: phân tích chung về hệ thống lớn. Đánh giá tóm tắt các kết
quả nghiên cứu trong và ngoài nước, những vấn đề còn tồn tại và hướng giải quyết của
luận án.
Chương II. Lý thuyết về hệ phân tán và điều khiển phi tập trung. Nội dung chủ
yếu của chương này là trình bày về xây dựng mô hình tổng quát cho đối tượng Hệ
thống điện lớn, xét vùng ổn định của hệ. Xây dựng bài toán điều khiển 2 lớp: điều
khiển ổn định quá trình quá độ cho vùng con và điều khiển mờ lai để ổn định tần số phụ tải cho toàn hệ thống.
Chương III. Nghiên cứu chiến lược điều khiển phi tập trung hiệu quả để ổn định
chất lượng hệ thống điện quy mô lớn. Trình bày về cấu trúc chung và mô hình toán
học của hệ thống điện đa máy phát. Sau đó, phân tích và đề xuất giải pháp điều khiển
ổn định chất lượng của hệ thống điện đa máy phát. Áp dụng cho một hệ điển hình 3
phần tử với các chế độ vận hành khác nhau. Phân tích, đánh giá chất lượng điều khiển
thông qua việc mô phỏng trên phần mềm MATLAB – Simulink.
Chương IV. Nghiên cứu và giải pháp điều khiển hệ thống điện diện rộng. Ở
chương này, luận án giới thiệu về mô hình hóa và mô hình toán hệ thống điện diện
rộng. Giới thiệu về mô hình thiết bị lưu trữ từ trường SMES. Từ đó, đề xuất giải pháp
điều khiển thông minh sử dụng bộ điều khiển mờ lai với SMES để ổn định và kiểm
soát tần số - phụ tải của hệ thống điện diện rộng. Phân tích, đánh giá và so sánh chất

lượng của bộ điều khiển mờ lai SMES với các bộ điều khiển khác.
Kết luận và kiến nghị. Trình bày tóm tắt các kết quả trong quá trình nghiên cứu.
Đánh giá, so sánh và bàn luận về kết quả đạt được và đưa ra các hướng nghiên cứu
trong tương lai.

16


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Đặc điểm của hệ thống phức hợp nhiều thành phần
Các hệ thống phức hợp nhiều thành phần, còn gọi là hệ thống có quy mô lớn
(large-scale system), ví dụ như các mạng lưới sinh thái (hoặc hệ sinh thái), hệ thống
cấp nước, mạng máy tính toàn cầu và mạng lưới giao thông…, thông thường chứa
nhiều hệ con đặc trưng bởi các thành phần phi tuyến và bất định. Ta nhận thấy rằng
tính phi tuyến và bất định của những hệ thống này là không thể tránh khỏi. Chúng
được lý giải là do những hệ thống như vậy có kích thước lớn, bậc cao, chứa nhiều
tham số chưa biết, thông tin về trạng thái hệ thống bị hạn chế… Vì vậy, việc mô hình
hóa và điều khiển một hệ thống quy mô lớn để đảm bảo chất lượng, sự ổn định cũng
như độ tin cậy của nó là một công việc hết sức khó khăn, đòi hỏi phải có một giải pháp
điều khiển đồng bộ và hiệu quả.
Mặt khác, điều khiển các hệ thống quy mô lớn chứa các mối quan hệ nhiều thành
phần là một vấn đề thường không có lời giải tối ưu, hướng giải quyết là không dễ
dàng. Các nghiên cứu chính tập trung vào đó là tính ổn định, độ dao động của biên độ
và tối ưu hóa kết quả theo hướng có lợi. Khó khăn nảy sinh trong các bài toán nghiên
cứu ổn định và tối ưu hóa không chỉ có trong quá trình tìm kiếm các thuật toán điển
hình tối ưu, mà còn có cả trong quá trình xây dựng mô hình đối tượng xem xét, chứa
các yếu tố bất định. Đôi khi mô hình đối tượng điều khiển được xây dựng chính xác lại
là một thách thức lớn khó có thể vượt qua được đối với lí thuyết điều khiển khi xét
trong mối quan hệ bất định. Do đó, có hai vấn đề cần giải quyết: thứ nhất là mô tả mô
hình nghiên cứu ổn định chứa các mối quan hệ tương tác bất định; thứ hai là đưa ra

luật điều khiển - tìm kiếm các thuật toán tối ưu và thông minh đảm bảo các điều kiện
của hệ thống.
Nghiên cứu trong luận án này sẽ sử dụng những thuật toán và các phương pháp
toán học để đạt được tối ưu hóa thông qua việc xem xét các bài toán đã được giải
quyết của các tác giả trước. Đồng thời đề xuất thêm một số thuật toán điều khiển để
chất lượng đáp ứng đầu ra tốt hơn đối với yêu cầu đặt ra.

17


1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước về tối ưu hóa các mô hình của hệ
tương tác
1.1.1. Các nghiên cứu trong nước
Nghiên cứu về hệ bất định và tính ổn định của nó cũng như tối ưu hóa ở Việt Nam
xuất hiện chưa lâu, nhưng công trình có tính phân tích sâu sắc và đầy đủ thường
khoảng từ cuối những năm 90 thế kỷ trước trở lại [1-18]; tức là lĩnh vực này chúng ta
mới chính thức nghiên cứu khoảng 20 năm gần đây. Đề tài nghiên cứu về tính ổn định
đặc biệt sử dụng phương pháp Lyapunov là hướng nghiên cứu không chỉ ở Việt Nam
mà cả ở các nước trên thế giới. Còn trước đó cũng có những nghiên cứu nhưng không
nhiều và thường là mang tính nhỏ lẻ, ta điểm qua một số mốc như sau:
Theo [2], tác giả giới thiệu một số phương pháp thiết kế hệ thống điều khiển thích
nghi tham chiếu theo mô hình mẫu (MRAS). Luật điều khiển thích nghi được xây
dựng trên cơ sở lý thuyết ổn định của Lyapunov với đối tượng là thiết bị MeDe5 có
bậc tương đối là 6, đây là một đối tượng có những thành phần độc lập nhưng có mối
liên kết bất định bởi các yếu tố vật lý và kết cấu cơ khí. Kiểm chứng cho thấy, kết quả
lý thuyết và thực nghiệm là tương đương nhau đã chứng minh tính đúng đắn của
nghiên cứu với cả 3 dạng thể hiện khác nhau của MRAS: Trực tiếp, gián tiếp, học
phản hồi (learning feed forward). Lý thuyết ổn định Lyapunov được sử dụng trong
việc thiết kế bộ điều khiển, do đó tiêu chí ổn định luôn được đảm bảo. Mặc dù điều
kiện biên đều dựa trên thông số của đối tượng được tuyến tính hoá trong khi thực tiễn

là tính phi tuyến, bất định. Kết quả mô phỏng gần với kết quả thực tế nên phương pháp
nghiên cứu, luật đưa ra có tính hợp lí trong điều khiển.
Ở [3], tác giả đã nêu được phương pháp xây dựng bộ điều khiển PID bền vững và
áp dụng để điều khiển một hệ phi tuyến MIMO như tay máy công nghiệp. Các kết quả
mô phỏng tay máy 2 bậc tự do cho thấy độ chính xác của quỹ đạo có thể khống chế
được theo yêu cầu cho trước. Các hệ số của bộ điều khiển PID được xác định bằng các
công thức tường minh, phụ thuộc vào các thông số Kconsti, Ii, φi, Ci. Sự ổn định của hệ
thống kín đã được chứng minh dựa vào tiêu chuẩn ổn định Lyapunov. Ảnh hưởng của
sự thay đổi các thông số Kconsti, di, Ci đến chất lượng đầu ra của hệ thống cũng được
phân tích và trình bày. Các kết quả mô phỏng cho thấy tín hiệu điều khiển không còn
sự thay đổi nhanh và sai lệch bám của hệ thống đảm bảo tiến về không. Những kết quả

18


này một lần nữa chứng minh lý thuyết và thể hiện tính khả thi của bộ điều khiển phi
tuyến và tối ưu hóa.
Một dạng đối tượng có các mối liên kết bất định khác được nghiên cứu trong bài
báo [16]. Bài báo này đã trình bày về hệ thống cần cẩu xoay là một hệ thống phi tuyến,
bao gồm một xe con và một vật nặng treo trên sợi dây mềm. Xe di chuyển dọc theo
phương ngang của thanh ray và bản thân thanh ray có thể xoay quay một khớp bản lề.
Chiều dài của dây treo được điều khiển một cách độc lập nhờ một động cơ riêng. Khó
khăn ở đây là hàm phi tuyến f(x) không biết. Do đó cần xấp xỉ luật điều khiển trên. Để
giải được bài toán mang tính tối ưu này, tác giả thực hiện được bằng cách Điều khiển
mờ thích nghi gián tiếp, dùng mô hình mờ hay mạng neural để xấp xỉ hàm phi tuyến
f(x) sử dụng cho tín hiệu điều khiển dựa trên nguyên lý chắc chắn tương đương, và kết
quả mô phỏng trên MATLAB Realtime của công trình cho thấy đã đạt được tối ưu
trong điều khiển.
Gần đây nhất là [8] với nghiên cứu về điều khiển dự báo thích nghi cho đối tượng
bất định. Nội dung của nghiên cứu trình bày rằng: điều khiển các đối tượng có tính bất

định (tham số không biết trước) là cực kỳ khó khăn. Tác giả đã nói rõ rằng tính bất
định của mô hình đối tượng không cho phép sử dụng trực tiếp mô hình đối tượng làm
mô hình dự báo. Cho nên, việc xây dựng mô hình dự báo là đặc biệt quan trọng trong
điều khiển đối tượng bất định. Tuy nhiên, trong nghiên cứu của tác giả, điều kiện để
đưa ra mô hình dự báo có điều kiện: mô hình đối tượng chứa tham số bất định là hằng
số chưa biết và không thay đổi theo thời gian.
Từ điều kiện mà tác giả đưa ra, có thể thấy vẫn chưa giải quyết thỏa đáng yêu cầu
của bài toán điều khiển đối tượng bất định: đó là tham số bất định thay đổi ngẫu nhiên
và liên tục. Đồng thời cũng không áp dụng được phương pháp điều khiển mờ - một
phương pháp điều khiển thông minh ngày càng được ứng dụng nhiều. Đây là hướng đi
cần phải giải quyết để đảm bảo có thể ứng dụng cho các hệ thống lớn có mối liên hệ
bất định.
Đối với nghiên cứu sâu về lý thuyết hệ bất định nhiều thành phần trình bày trong
[6], [38], [39], [46], [47], các tác giả đã trình bày khá chi tiết về một số khía cạnh điều
khiển và tối ưu hệ phức hợp nhiều thành phần. Trong [38], tác giả đã mô hình hóa hệ
phức hợp nhiều thành phần theo mô hình trạng thái, và đã đưa ra tiêu chuẩn tối ưu cho
hệ thống theo phương trình Riccati, đưa ra luật điều khiển tối ưu phân lớp cho từng
19


thành phần của hệ thống. Ở [47], tác giả đã so sánh giữa bộ điều khiển PID và điều
khiển mờ trượt, ứng dụng vào con lắc đôi ngược để chứng minh tính đúng đắn và tốt
hơn của bộ điều khiển mờ trượt đã đề xuất. Tuy nhiên, trong nghiên cứu của tác giả
cũng đã chỉ ra các điều kiện ràng buộc để hệ thống nằm trong vùng ổn định cho phép.
Trong tất cả các nghiên cứu trong nước cùng chủ đề mà tác giả có thể tiếp cận
được, vấn đề nghiên cứu hệ thống lớn vẫn còn đang được xem xét dưới nhiều dạng
khác nhau. Đặc biệt trong mô hình hệ thống điện lớn, là một mô hình quan trọng trong
vấn đề an ninh năng lượng vẫn còn đang bị bỏ ngỏ.
1.1.2. Nghiên cứu nước ngoài về sự ổn định và hệ thống phức hợp nhiều thành
phần

A. M. Lyapunov là người đặt nền móng cho nghiên cứu tính ổn định và điều khiển
của khoa học hiện đại ngày nay. Ông đã định nghĩa và đưa ra một cách chặt chẽ về mặt
toán học bài toán nghiên cứu ổn định vi phân thường. Nghiên cứu đã phát triển 2
phương pháp nghiên cứu tính ổn định của phương trình vi phân thường là phương
pháp số mũ và phương pháp sử dụng hàm số. Những ý tưởng của ông đều được các
nhà nghiên cứu sau này phát triển chuyên sâu và thu được nhiều kết quả về học thuật
và ứng dụng trong thực tiễn. Tuy nhiên đối với phương trình vi phân ngẫu nhiên Ito
các nhà nghiên cứu lí thuyết khi nghiên cứu vẫn còn một số hạn chế và đặt ra nhiều bài
toán cho các nhà lí thuyết toán học đương đại khi mà có nhiều lĩnh vực ứng dụng cần
đến như các bài toán về ổn định và tối ưu trong điều khiển hay ứng dụng trong môi
trường và công nghiệp...
Từ khi chính thức ra đời bởi những người đặt nền móng như Lotfi A. Zadeh [69]
điều khiển lôgic mờ là một công cụ đắc lực trong việc tìm kiếm các thuật toán điều
khiển gần đúng và hợp lí đối với các đối tượng điều khiển chứa tính bất định cùng các
dạng phức tạp khác nhau. Đặc trưng quan trọng của lí thuyết mờ là cung cấp cách biểu
diễn phù hợp tính không chắc chắn hay bất định trong tri thức của con người. Sự phát
triển của lí thuyết điều khiển dựa vào mô hình toán học của các hệ vật lí thực tại mà
các mô hình này cũng là một loại tri thức. Năm 1973, tiếp nối những công trình nghiên
cứu trước đó, Lofi A.Zedeh đã công bố tài liệu cơ bản để thiết lập nền tảng cho điều
khiển mờ, ông đã giới thiệu khái niệm về các sự biến đổi ngôn ngữ và đề ra cách sử
dụng các quy luật IF- THEN mờ để trình bày rõ ràng, chính xác về kiến thức của con
nguời. Các ứng dụng ban đầu của điều khiển mờ với các hệ thống thực, như bộ điều
20


khiển động cơ hơi nước và bộ điều khiển lò luyện sắt tại Đan Mạch, đã chỉ ra rằng lĩnh
vực mờ đầy hứa hẹn. Các sự kiện lớn sau đó trên một quy mô lớn đã khuyến khích mọi
người thực hiện điều khiển mờ.
Trong [70], tác giả đã bắt đầu ứng dụng lí thuyết logic mờ vào điều khiển một số
mô hình của cơ hệ tuyến tính bất định và có những thành công nhất định trong điều

khiển và kiểm soát truyền động của các cảm biến. Sau đó dần dần các phép logic mờ
và tối ưu hóa các thành phần bất định ngày càng được ứng dụng vào các ngành công
nghiệp như hệ thống phân phối và cung cấp điện năng, khi đó đôi khi có những mất
cầu điện ngẫu nhiên ở một vài khu vực cục bộ trong tổng mạng điện. Nhưng cần phải
có những tính toán nhằm tối ưu hóa cho cả hệ thống điện khi đó.
Tác giả của [71] đã đề xuất nhiều bài toán đặt ra về tối ưu hóa các cơ hệ có mối
quan hệ bất định ngày càng lớn, điển hình như khi xây dựng nhà máy điện năng lượng
mặt trời tại Califonia với máy phát có công suất 10MW- sử dụng một máy thu năng
lượng trung tâm, trong đó nước lạnh được cung cấp và được chuyển thành hơi quá
nhiệt sử dụng năng lượng mặt trời thông qua các tấm nhận năng lượng. Năng lượng
mặt trời được phản xạ đến các tấm nhận nhiệt bằng một hệ thống điều khiển. Lượng
nước làm mát và lấy nhiệt vào ra của hệ thống được điều khiển thông qua sự đo tức
thời của hệ thống trung tâm, đo đạc được mức năng lượng chiếu đến từ mặt trời, và
đương nhiên vấn đề này thương là tương đối liên tục. Nhưng cũng bắt đầu bài toán bất
định ở chỗ, đôi khi có một đám mây bay qua, làm mờ hệ thống, giảm nhiệt lượng nhận
được có thể trong khoảng 1 phút hoặc hơn một chút, và đó chính là vấn đề khó khăn
gặp phải của hệ thống điều khiển trung tâm nhà máy điện này. Những thay đổi đột
ngột có thể là thường xuyên và cơ bản là không thể đoán trước, và do đó có thể được
mô hình hóa bằng cách sử dụng một quá trình ngẫu nhiên rời rạc. Mariton đã ứng dụng
lí thuyết điều khiển mờ và tính ổn định, tối ưu hóa thông qua các toán tử tuyến tính và
phương pháp Markov hữu hạn đưa ra các giải quyết cho bài toán trên.
Quay trở lại với bài toán hệ thống lớn với mối quan hệ tương tác bất định, trong
[20] tác giả đã nghiên cứu rất chi tiết về hệ thống lớn. Tác giả đã trình bày về cấu trúc
cơ bản của một hệ thống lớn có các mối liên hệ phức tạp và bất định. Từ đó, tác giả đã
đưa ra mô hình toán và chỉ ra các đặc điểm của hệ dựa trên phương trình trạng thái.
Trong tài liệu này, tính ổn định của hệ thống lớn cũng được xét dựa trên tiêu chuẩn
ổn định Lyapunov với các điều kiện ràng buộc phụ thuộc vào hệ thống được nghiên
21

cứu, vì bản thân mỗi hệ thống có giới hạn vật lý là khác nhau. Từ đề xuất đó, tác giả
cũng đưa ra tính ổn định của hệ thống lớn khi nhiều yếu tố tác động qua lại có tính bất
định. Tác giả Siljak đã đưa ra một vài ví dụ về con lắc ngược song song, hệ thống điều
khiển kính thiên văn, máy bay theo nhóm… và mô hình hóa nó, xét tới sự ổn định của
một vài trường hợp cơ bản và đơn giản…. Trong tài liệu này, lý thuyết cơ bản của hệ
thống lớn là nền móng cho những hướng nghiên cứu về sau của các tác giả khác. Đây
cũng là tài liệu tham khảo quan trọng mà tác giả sử dụng để phục vụ cho luận án của
mình.
Với [28], nội dung của bài báo trình bày một lớp hệ thống lớn phi tuyến và hệ
thống con tương ứng được nghiên cứu. Dựa trên phương trình Lyapunov được giới
hạn, với một bộ điều khiển phản hồi phân cấp phi tuyến động được đề xuất. Trong đó,
tác giả đã trình bày phương pháp phân tách các liên kết rõ và chưa rõ có tính bất định
để tính toán riêng biệt, các tính toán cho việc giải phương trình Lyapunov được giảm
đi đáng kể, kết quả được đánh giá qua việc mô phỏng trên MATLAB – Simulink.
Những nghiên cứu nền tảng lý thuyết đã chứng minh cho thấy hệ thống lớn, phức
tạp thường rất khó để tính toán và điều khiển, đặc biệt là những hệ thống có mối liên
kết bất định. Cụ thể và điển hình có thể thấy rõ ràng nhất là hệ thống điện diện rộng.
Nó bao gồm các vùng điều khiển độc lập nhưng lại có mối liên kết và ảnh hưởng qua
lại lẫn nhau thông qua đường dây truyền tài. Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về
hệ thống điện diện rộng, về đặc tính ổn định và ảnh hưởng tới phụ tải trong quá trình
vận hành và phân phối.
Tác giả của [21] đã nghiên cứu về hệ thống điện, tính điều khiển và ổn định của hệ
thống điện diện rộng. Trong tài liệu này, tác giả tập trung chủ yếu vào việc mô hình
hóa hệ thống điện dựa trên các mô tả về vật lý, có xét đến các yếu tố về truyền tải –
công suất và tần số - phụ tải… Tác giả xét tính ổn định của các thành phần riêng lẻ
trong hệ thống điện như: tuabin máy phát, nhà máy điện, các thành phần điều khiển bổ
sung… và cho rằng việc mô hình hóa các thành phần hệ thống điện là cần thiết hơn
bao giờ hết.
Nhóm tác giả tỏng [23] đã nghiên cứu về ổn định hệ thống điện. Trong bài báo này,
tác giả nêu lên một số trường hợp hệ thống điện đang vận hành bị thay đổi điều kiện

làm việc. Và đưa ra thuật toán điều khiển Hybrid Big Bang-Big Crunch áp dụng cho
việc thiết kế đồng nhất ổn định 3 pha trong 4 máy phát điện của 11 khu vực, đồng thời
22


kiểm soát các thông số tĩnh VAR được coi là thành phần trong mạng điện diện rộng
này. Kết quả được mô phỏng và tính toán trên MATLAB – Simulink đã chứng minh
tính đúng đắn của thuật toán. Tuy nhiên, bài báo mới dừng lại ở điều khiển máy phát,
chưa xét tới tính ổn định và tối ưu về tần số trong quá trình làm việc mà có sự tác động
qua lại giữa các máy phát và phụ tải.
Tác giả tài liệu [43] đã trình bày một chiến lược kiểm soát toàn cục cho các hệ
thống điện đa máy phát để tăng cường sự ổn định. Các mô hình hệ thống điều khiển
toàn cục được đề xuất để đại diện cho hệ thống điện với sự thay đổi cấu trúc đột ngột.
Các hệ thống điện đa năng được đại diện bởi các hệ thống con kết nối với sự bất định
và phi tuyến. Sau đó, mỗi hệ thống con được phân tách thành bốn hệ thống con khác
theo các bộ chuyển mạch của máy cắt với sự thay đổi không biết trước. Bộ điều khiển
phản hồi một phần được thiết kế tương ứng cho các mô hình từng phần và bộ điều
khiển phân tán cho mỗi hệ thống con được thu được thông qua các chức năng từng
phần. Cuối cùng, bộ điều khiển toàn cục là tổng của tất cả các hành động kiểm soát từ
mọi hệ thống con. Một hệ thống điện ba máy được sử dụng làm ví dụ để chứng minh
tính hiệu quả của chiến lược kiểm soát toàn cục được đề xuất cho các hệ thống điện đa
máy phát này.
Trong báo cáo [49], tác giả đưa ra giả thuyết về hệ thống điện với hai khu vực,
trong mỗi khu vực lại có hai hệ thống máy phát nhiệt điện. Trong đó, có một hệ thống
được kết nối với HVDC (truyền tải điện cao áp một chiều), lợi thế của việc kết nối với
HVDC là ổn định tần số với các hệ thống điện liên kết với nhau. Lý do của hệ thống
điều khiển máy phát tự động bị ảnh hưởng là việc truy cập hệ thống và sự mở rộng
diện tích phụ tải ngày càng nhiều. Bài báo thảo luận về tác động của các bộ điều khiển
P, PI, PID và Mờ khi có và không có bộ HVDC trên một hệ thống điện hai khu vực kết
nối với nhau trong môi trường không có sự điều khiển và điều tiết của trung tâm điều

độ. Sử dụng phần mềm MATLAB – Simulink để mô phỏng với các điều kiện khác
nhau, xét các phản ứng sai lệch của công suất truyền tải và sai lệch về tần số để đánh
giá sự tối ưu và hiệu suất của phụ tải.
Trong bài báo [50], vấn đề tái cấu trúc hệ thống điện được nêu lên là một trong
những công nghệ xu hướng được sử dụng trong Hệ thống Quản lý năng lượng trên
toàn thế giới. Hệ thống điện liên kết được phân quyền và sử dụng trong thời gian gần
đây có những vấn đề như nhiễu tải gây ảnh hưởng đến tần số đầu ra, các vấn đề không
23


tuyến tính, ngẫu nhiên về thời gian trễ, thời gian giải quyết bị trì hoãn, vượt quá đỉnh
điểm và độ lệch tần số lớn. Do đó để duy trì hiệu quả kiểm soát tần số phụ tải (LFC)
và để duy trì hiệu suất tối ưu, tác giả đã đề xuất một mô hình mới của hệ thống AGC.
Hệ thống Một-Diện tích đã được áp dụng với các phương pháp gán điểm cực và LQR.
Ngoài ra nó đã được nghiên cứu với bộ điều khiển thuật toán giải thuật di truyền
(AGC) và logic mờ, và kết quả mô phỏng đã được kiểm chứng. Đối với hệ thống điện
hai vùng, AGC đã được áp dụng. Các chương trình mô phỏng được trình bày cho hai
hệ thống điện khu vực kết hợp khái niệm hai chiều tương tác giữa các hệ thống DISCO
và GENCO với ma trận DPM.
Trong nghiên cứu [56], tác giả đã trình bày việc thiết kế và thực hiện các bộ điều
khiển thông minh, dựa trên mạng nơ ron nhân tạo (ANN) và logic mờ để điều khiển tự
động của hai khu vực thủy điện. Hiệu suất ANN với các bộ điều khiển thông minh
được so sánh với hiệu suất của các bộ điều khiển PID tích hợp được tối ưu hóa và điều
chỉnh thông thường dưới sự gây nhiễu bậc thang. Phân tích so sánh các kết quả cho
thấy đã cải thiện đáng kể hiệu suất của hệ thống với bộ điều khiển thông minh sau một
sự xáo trộn tải tại một trong hai khu vực. Bộ điều khiển ANN cho phép đáp ứng năng
động tốt hơn, giảm độ lớn lỗi và giảm thiểu tần số tạm thời. Hiệu suất của bộ điều
khiển mờ hầu như tương tự như bộ điều khiển ANN.
Trên thế giới đã có khá nhiều công trình nghiên cứu về bộ SMES. Trong [60], khi
nghiên cứu về năng lượng tái tạo, tác giả đã nhận thấy việc đưa các năng lượng tái tạo

vào lưới điện để truyền tải có ảnh hưởng tới công suất truyền tải và tần số danh định.
Với sự kết hợp của bộ SMES để cải thiện công suất truyền và tối ưu các hệ thống
chuyển đổi năng lượng gió dựa trên máy phát điện cảm ứng nguồn kép trong quá trình
chuyển đổi nội bộ khi có các sự cố. Kết quả được mô phỏng để so sánh giữa việc có và
không có bộ SMES và cho thấy sự hiệu quả khi đưa bộ SMES vào hệ thống.
Nhóm tác giả của [61] đã giới thiệu một ứng dụng có ý nghĩa của các bộ SMES
trong việc kiểm soát tần số của lưới điện dưới tác động của sự thay đổi phụ tải. Các bộ
SMES này kết hợp với bộ dịch pha trạng thái vững bền có tác dụng nâng cao hiệu quả
của chiến lược kiểm soát tần số - phụ tải. Chi tiết của nguyên lý và quá trình thiết kế
hệ thống kiểm soát tần số - phụ tải sử dụng sự hỗ trợ của các bộ SMES đã được trình
bày trong công trình nghiên cứu [63]. Kết quả thể hiện qua các mô phỏng số; lợi ích
kinh tế của các bộ SMES cũng được khẳng định trong bài báo.
24


Trong [62], tác giả đã tiếp tục nghiên cứu về ứng dụng của SMES trong việc kiểm
soát tần số phụ tải. Ở công trình nghiên cứu này, nhóm tác giả đã nghiên cứu bài toán
kiểm soát tần số phụ tải dưới góc độ bài toán tối ưu. Khi đó, SMES được coi như một
giải pháp điều khiển tối ưu hữu hiệu, giúp dập tắt ngay dao động của tần số lưới điện
trong khoảng thời gian ngắn nhất.
Cùng tác giả trên, trong bài báo [63] xuất bản năm 2012, tác giả đã trình bày một
ứng dụng khác của SMES khi kết hợp với thiết bị hạn chế dòng lỗi sử dụng cuộn siêu
dẫn (Superconducting fault current limiter – SFCL). Khi có lỗi xuất hiện trong hệ
thống điện, thiết bị hạn chế dòng lỗi sẽ ngay lập tức dập tắt dao động công suất tức
thời bởi hoạt động hạn chế dòng điện lỗi này. Sau đó, thiết bị SMES dập tắt phần dao
động công suất còn lại. Trong bài báo này, bài toán tối ưu của trở kháng SFCL và các
thông số bộ điều khiển công suất của SMES với kích thước cuộn dây tối ưu đã được
xây dựng dựa trên quá trình làm tăng biên ổn định tức thời và tính năng dập tắt. Lời
giải của bài toán dựa trên thuật toán tối ưu hóa sinh học bầy đàn PSO đã cho ra các
thông số tối ưu của SFCL và SMES một cách tự động. Bài báo đang đề cập đã sử dụng

các kết quả mô phỏng để khẳng định tính ưu việt của giải pháp kết hợp đề xuất so với
các phương pháp thiết kế chỉ sử dụng riêng rẽ từng bộ SMES hoặc SFCL.
Qua các tài liệu đã nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước có liên quan cho
thấy: các công trình nghiên cứu này đều nhằm mô hình hóa một hệ lớn có nhiều thành
phần, có các mối liên kết bất định để từ đó xét tới tính ổn định của hệ thống đã được
mô tả. Hoặc có thể sử dụng lý thuyết điều khiển mờ, thích nghi để điều khiển cho hệ
đạt chất lượng mong muốn hoặc trong giới hạn cho phép. Tuy nhiên, các hệ thống lớn
thường phức tạp nên việc mô tả tổng quát dưới dạng ma trận đầu vào, ma trận đầu ra
và ma trận liên kết là dạng thích hợp và được sử dụng nhiều nhất. Đặc biệt, đối với hệ
thống điện lớn là một lĩnh vực còn khá mới mẻ và đang được quan tâm. Một số công
trình nghiên cứu mới giải quyết từng phần trong hệ thống điện lớn như: ổn định tốc độ
tuabin máy phát, ổn định đường dây truyền tải, tối ưu tổn thất hệ thống điện… như
một số nghiên cứu đã trình bày.
Hệ thống điều khiển trong lưới điện diện rộng: một lưới điện thực tế thường chứa
nhiều hệ thống con (các trạm điện và phụ tải khu vực), bao gồm cả máy điện đồng bộ,
trạm điện, đường dây tải điện và mạng lưới phân phối. Hơn nữa, những nhiễu loạn
ngẫu nhiên, chẳng hạn như sự biến thiên của phụ tải và hiện tượng thay đổi thời tiết
25