Đánh giá so sánh các giải pháp duy trì kết nối của hệ thống năng lượng gió DFIG khi lưới bị sự cố

Tạp chí Khoa học công nghệ và Thực phẩm 15 (1) (2018) 114-126 
114 
ĐÁNH GIÁ SO SÁNH CÁC GIẢI PHÁP DUY TRÌ KẾT NỐI 
CỦA HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG GIÓ DFIG KHI LƯỚI BỊ SỰ CỐ 
Văn Tấn Lượng*, Nguyễn Thị Thanh Trúc, Trần Hoàn
Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP.HCM
*Email: luonghepc@gmail.com 
Ngày nhận bài: 07/7/2017; Ngày chấp nhận đăng: 18/5/2018
TÓM TẮT 
Máy phát điện gió loại không đồng bộ ba pha nguồn kép rất nhạy cảm với các nhiễu của
lưới, đặc biệt là giảm áp lưới. Khả năng một tua-bin gió tiếp tục duy trì kết nối lưới khi có 
giảm áp lưới trong thời gian ngắn mà không bị ngắt được gọi là khả năng lướt qua điện áp 
thấp (LVRT). Các giải pháp như crowbar, bộ phục hồi điện áp động (DVR) và hệ thống lưu 
trữ năng lượng (ESS) được nghiên cứu để đảm bảo vẫn duy trì kết nối lưới khi có giảm áp.
Bài báo trình bày các kết quả nghiên cứu và đánh giá các giải pháp điều khiển để thấy được
khả năng vượt trội của chúng. Hệ thống DVR thể hiện đáp ứng vận hành tốt nhất thông qua 
việc giữ điện áp stator của máy phát không đồng bộ ba pha nguồn kép (DFIG) bằng hằng số
khi có giảm áp cũng như điều kiện bình thường.
Từ khóa: Bộ phục hồi điện áp động, crowbar, độ giảm điện áp, hệ thống lưu trữ năng lượng, 
máy phát điện không đồng bộ ba pha nguồn kép.
1. MỞ ĐẦU
Gần đây, việc sử dụng năng lượng tự nhiên một cách hiệu quả đã tạo ra sự quan tâm 
nhiều kể từ khi cuộc khủng hoảng cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch và ô nhiễm môi trường trở
thành vấn đề nóng bỏng. Trong số các loại nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng gió được
xem như nguồn năng lượng đầy hứa hẹn và được thương mại hóa lớn nhất so với các nguồn
khác. Các tua-bin gió có tốc độ thay đổi được, được trang bị bằng máy phát điện không đồng
bộ ba pha nguồn kép (DFIG) và được ứng dụng phổ biến nhất do có nhiều lợi ích [1].
Khi có giảm áp xảy ra với DFIG, từ thông stator không thể thay đổi kịp sự thay đổi đột
ngột điện áp stator và một thành phần DC xuất hiện trong từ thông stator, bởi vì thành phần
tích phân giảm và vec-tơ từ thông stator trở nên gần như đứng yên. Rotor tiếp tục quay và độ
trượt cao, gây ra tình trạng quá áp và quá dòng trong mạch rotor do ảnh hưởng của điện áp 
lưới. Sự cố điện áp nguồn bất đối xứng gây ra quá dòng và quá áp quá cao trong rotor do
thành phần điện áp thứ tự nghịch có trong điện áp stator và độ trượt của thành phần thứ tự
nghịch này rất cao [2]. Một số công trình nghiên cứu lớn đã và đang được tiến hành nhằm
điều khiển hệ thống năng lượng gió dùng DFIG trong trường hợp giảm áp sâu và kết quả
nghiên cứu cho thấy quá dòng rotor xảy ra ở trường hợp này (Hình 1). Ngoài ra, dòng điện
tăng quá mức trong rotor làm tăng điện áp tụ DC. Hơn nữa, mức độ dao động dòng điện,
công suất tác dụng và công suất phản kháng xảy ra trong máy phát cũng tăng cao [3-5].
Tạp chí Khoa học công nghệ và Thực phẩm 15 (1) (2018) 114-126 
114 
ĐÁNH GIÁ SO SÁNH CÁC GIẢI PHÁP DUY TRÌ KẾT NỐI 
CỦA HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG GIÓ DFIG KHI LƯỚI BỊ SỰ CỐ 
Văn Tấn Lượng*, Nguyễn Thị Thanh Trúc, Trần Hoàn
Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP.HCM
*Email: luonghepc@gmail.com 
Ngày nhận bài: 07/7/2017; Ngày chấp nhận đăng: 18/5/2018
TÓM TẮT 
Máy phát điện gió loại không đồng bộ ba pha nguồn kép rất nhạy cảm với các nhiễu của
lưới, đặc biệt là giảm áp lưới. Khả năng một tua-bin gió tiếp tục duy trì kết nối lưới khi có 
giảm áp lưới trong thời gian ngắn mà không bị ngắt được gọi là khả năng lướt qua điện áp 
thấp (LVRT). Các giải pháp như crowbar, bộ phục hồi điện áp động (DVR) và hệ thống lưu 
trữ năng lượng (ESS) được nghiên cứu để đảm bảo vẫn duy trì kết nối lưới khi có giảm áp.
Bài báo trình bày các kết quả nghiên cứu và đánh giá các giải pháp điều khiển để thấy được
khả năng vượt trội của chúng. Hệ thống DVR thể hiện đáp ứng vận hành tốt nhất thông qua 
việc giữ điện áp stator của máy phát không đồng bộ ba pha nguồn kép (DFIG) bằng hằng số
khi có giảm áp cũng như điều kiện bình thường.
Từ khóa: Bộ phục hồi điện áp động, crowbar, độ giảm điện áp, hệ thống lưu trữ năng lượng, 
máy phát điện không đồng bộ ba pha nguồn kép.
1. MỞ ĐẦU
Gần đây, việc sử dụng năng lượng tự nhiên một cách hiệu quả đã tạo ra sự quan tâm 
nhiều kể từ khi cuộc khủng hoảng cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch và ô nhiễm môi trường trở
thành vấn đề nóng bỏng. Trong số các loại nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng gió được
xem như nguồn năng lượng đầy hứa hẹn và được thương mại hóa lớn nhất so với các nguồn
khác. Các tua-bin gió có tốc độ thay đổi được, được trang bị bằng máy phát điện không đồng
bộ ba pha nguồn kép (DFIG) và được ứng dụng phổ biến nhất do có nhiều lợi ích [1].
Khi có giảm áp xảy ra với DFIG, từ thông stator không thể thay đổi kịp sự thay đổi đột
ngột điện áp stator và một thành phần DC xuất hiện trong từ thông stator, bởi vì thành phần
tích phân giảm và vec-tơ từ thông stator trở nên gần như đứng yên. Rotor tiếp tục quay và độ
trượt cao, gây ra tình trạng quá áp và quá dòng trong mạch rotor do ảnh hưởng của điện áp 
lưới. Sự cố điện áp nguồn bất đối xứng gây ra quá dòng và quá áp quá cao trong rotor do
thành phần điện áp thứ tự nghịch có trong điện áp stator và độ trượt của thành phần thứ tự
nghịch này rất cao [2]. Một số công trình nghiên cứu lớn đã và đang được tiến hành nhằm
điều khiển hệ thống năng lượng gió dùng DFIG trong trường hợp giảm áp sâu và kết quả
nghiên cứu cho thấy quá dòng rotor xảy ra ở trường hợp này (Hình 1). Ngoài ra, dòng điện
tăng quá mức trong rotor làm tăng điện áp tụ DC. Hơn nữa, mức độ dao động dòng điện,
công suất tác dụng và công suất phản kháng xảy ra trong máy phát cũng tăng cao [3-5].
Đánh giá so sánh các giải pháp duy trì kết nối của hệ thống năng lượng gió DFIG  
115 
1:n
D
F
IG
D
F
IG
D
F
IG
DFIG
t
PWM
Converter
Switch
Sụt áp 
lưới
Hộp số
D
F
IG
D
F
IG
D
F
IG
DFIG
Cánh quạt
Sụt áp lưới0
Từ thông stator Dòng điện stator
Sụt áp lưới
r
Sụt áp lưới
dcV
Dòng điện rotor
Sụt áp lưới
Tốc độ (rpm)
Tăng tốc
Sụt áp lưới AC
DC AC
DC
Hình 1. Phản ứng của hệ thống năng lượng gió khi có sự cố giảm áp lưới
Khi có sự cố lưới, bộ nghịch lưu phía rotor (RSC) của DFIG có thể được khóa để bảo
vệ mạch rotor khỏi hiện tượng quá dòng quá mức [6]. Tua-bin gió thường cắt trong thời gian 
ngắn sau khi bộ biến đổi công suất bị khóa và tự động được nối với lưới điện sau khi sự cố
đã được giải quyết và vận hành trở lại bình thường như cũ. Tuy nhiên, điều này không còn 
được chấp nhận theo quy luật làm việc của lưới mới. Các quy luật này đòi hỏi trang trại gió 
tiếp tục được nối với lưới điện khi có sự cố giảm áp. Hình 2 thể hiện yêu cầu về lướt qua 
điện áp thấp (LVRT) theo quy luật làm việc của lưới điện Tây Ban Nha [7].
Giải pháp điều khiển kết nối liên tục của tua-bin gió DFIG với lưới trong trường hợp sự
cố lưới đã được đề xuất trong nghiên cứu của Akhmatov [8]. Trong trường hợp này, RSC bị
khóa và rotor bị ngắn mạch qua crowbar và DFIG trở thành máy phát điện không đồng bộ
thông thường và bắt đầu hấp thụ công suất phản kháng từ lưới điện. Tua-bin gió tiếp tục hoạt
động để phát ra công suất tác dụng và bộ chỉnh lưu phía lưới (GSC) có thể được dùng để
điều khiển phát ra công suất phản kháng hay điều khiển điện áp lưới tại điểm kết nối lưới,
tùy theo yêu cầu của lưới. Khi sự cố kết thúc, điện áp và tần số trong lưới điện được thiết lập
lại, RSC sẽ khởi động lại và tua-bin gió sẽ trở lại hoạt động bình thường. 
VPCC(pu)
1
0 1.5 Time (s)
Vùng liên tục kết nối lưới
(WT must stay connected)
Vùng cắt
(May trip)
0.8
0.2
10.5
0.95
Điện áp tại điểm kết nối lưới
Hình 2. Quy luật làm việc của lưới điện Tây Ban Nha khi kết nối hệ thống tua-bin gió [7]
Một giải pháp khác dùng hệ thống tích tụ năng lượng (ESS) đã được đề xuất. ESS bao 
gồm một bộ chuyển đổi buck/boost DC-DC và một siêu tụ điện hai lớp điện (EDLC), được
kết nối ở phía thanh cái DC của các bộ chuyển đổi back-to-back (back-to-back converters) 
[9-11]. Ngoài công dụng trên, ESS còn được sử dụng để nâng cao chất lượng điện năng ở
đầu ra của máy phát bằng cách lưu trữ hoặc giải phóng các dao động công suất trong trường 
hợp tốc độ gió thay đổi ngẫu nhiên.
Văn Tấn Lượng, Nguyễn Thị Thanh Trúc, Trần Hoàn 
116 
Ngoài ra, bộ phục hồi điện áp động (DVR) đã được đề xuất như một giải pháp để cô lập
tua-bin gió DFIG bởi sự cố giảm áp lưới [12-13]. DVR là bộ chỉnh lưu nguồn điện áp (VSC) 
được mắc nối tiếp giữa máy phát điện gió và lưới điện, mà điện áp ngõ ra của nó được thêm 
vào lưới để bù cho sự cố sụt điện áp lưới.
Trong bài báo này, các giải pháp điều khiển LVRT như crowbar, DVR và ESS được áp 
dụng. Trước tiên, cơ sở lý thuyết về các giải pháp điều khiển LVRT 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 giải pháp điều khiển khác nhau được cung cấp để so 
sánh, đánh giá ưu và khuyết của từng phương pháp.
2. GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN LƯỚT QUA SỰ CỐ GIẢM ÁP LƯỚI
2.1. Crowbar
Hệ thống bảo vệ crowbar bao gồm một điện trở và bộ chỉnh lưu diode 3 pha được nối ở
phía rotor của máy phát DFIG (Hình 3). Giải pháp điều khiển crowbar dựa trên tiêu chuẩn
quá áp tại thanh cái tụ DC-link và quá dòng trong dây quấn rotor, khi lưới có sự cố.
m
DFIG
Lưới
Máy biến áp
Rcrowbar
SCR
Hình 3. Hệ thống năng lượng gió DFIG với crowbar 
Sơ đồ khối điều khiển của DFIG được thể hiện trong Hình 4. Để bảo vệ các bộ chuyển 
đổi công suất trong điều kiện lưới bị sự cố, giải pháp dùng crowbar được áp dụng. Để quyết 
định khi nào crowbar được kích hoạt và bộ nghịch lưu phía rotor (RSC) bị khóa, hệ thống sẽ 
theo dõi các thông số liên quan như dòng rotor, dòng stator và điện áp DC. Khi ít nhất một 
trong các thông số này không phải là giá trị bình thường, bộ nghịch lưu phía rotor sẽ dừng 
chuyển mạch (tắc nghẽn) và crowbar được kích hoạt, khi đó rotor bị ngắn mạch thông qua 
điện trở crowbar. Dòng rotor bị giảm do sự gia tăng điện trở của rotor. Khi bộ nghịch lưu 
phía rotor bị khóa, nó sẽ đợi để khởi động lại từ hệ thống điều khiển. Khi điện áp lưới, tần số 
và dòng rotor quay trở lại giá trị bình thường, điện trở của crowbar bị ngắt kết nối và bộ 
chuyển đổi rotor bắt đầu chuyển đổi (chế độ đồng bộ) (Hình 5). Điện áp rotor ba pha cho 
RSC được đặt như sau:
*
*
*
.
.
.
ar crowbar ar
br crowbar br
cr crowbar cr
V R i
V R i
V R i
 (1) 
Trong đó: các dòng rotor đo được (iar, ibr, icr ) là đầu vào của các bộ điều khiển.
Văn Tấn Lượng, Nguyễn Thị Thanh Trúc, Trần Hoàn 
116 
Ngoài ra, bộ phục hồi điện áp động (DVR) đã được đề xuất như một giải pháp để cô lập
tua-bin gió DFIG bởi sự cố giảm áp lưới [12-13]. DVR là bộ chỉnh lưu nguồn điện áp (VSC) 
được mắc nối tiếp giữa máy phát điện gió và lưới điện, mà điện áp ngõ ra của nó được thêm 
vào lưới để bù cho sự cố sụt điện áp lưới.
Trong bài báo này, các giải pháp điều khiển LVRT như crowbar, DVR và ESS được áp 
dụng. Trước tiên, cơ sở lý thuyết về các giải pháp điều khiển LVRT 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 giải pháp điều khiển khác nhau được cung cấp để so 
sánh, đánh giá ưu và khuyết của từng phương pháp.
2. GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN LƯỚT QUA SỰ CỐ GIẢM ÁP LƯỚI
2.1. Crowbar
Hệ thống bảo vệ crowbar bao gồm một điện trở và bộ chỉnh lưu diode 3 pha được nối ở
phía rotor của máy phát DFIG (Hình 3). Giải pháp điều khiển crowbar dựa trên tiêu chuẩn
quá áp tại thanh cái tụ DC-link và quá dòng trong dây quấn rotor, khi lưới có sự cố.
m
DFIG
Lưới
Máy biến áp
Rcrowbar
SCR
Hình 3. Hệ thống năng lượng gió DFIG với crowbar 
Sơ đồ khối điều khiển của DFIG được thể hiện trong Hình 4. Để bảo vệ các bộ chuyển 
đổi công suất trong điều kiện lưới bị sự cố, giải pháp dùng crowbar được áp dụng. Để quyết 
định khi nào crowbar được kích hoạt và bộ nghịch lưu phía rotor (RSC) bị khóa, hệ thống sẽ 
theo dõi các thông số liên quan như dòng rotor, dòng stator và điện áp DC. Khi ít nhất một 
trong các thông số này không phải là giá trị bình thường, bộ nghịch lưu phía rotor sẽ dừng 
chuyển mạch (tắc nghẽn) và crowbar được kích hoạt, khi đó rotor bị ngắn mạch thông qua 
điện trở crowbar. Dòng rotor bị giảm do sự gia tăng điện trở của rotor. Khi bộ nghịch lưu 
phía rotor bị khóa, nó sẽ đợi để khởi động lại từ hệ thống điều khiển. Khi điện áp lưới, tần số 
và dòng rotor quay trở lại giá trị bình thường, điện trở của crowbar bị ngắt kết nối và bộ 
chuyển đổi rotor bắt đầu chuyển đổi (chế độ đồng bộ) (Hình 5). Điện áp rotor ba pha cho 
RSC được đặt như sau:
*
*
*
.
.
.
ar crowbar ar
br crowbar br
cr crowbar cr
V R i
V R i
V R i
 (1) 
Trong đó: các dòng rotor đo được (iar, ibr, icr ) là đầu vào của các bộ điều khiển.
Đánh giá so sánh các giải pháp duy trì kết nối của hệ thống năng lượng gió DFIG  
117 
SVPWM SVPWM
PI PI
PI PI
PI PI
PI PI
iabc iabc
idqr idq
idriqr idiq
Q Vdc Qgrid
RSC GSC
Vdc
Vdqr
Vabc
Vdq
Vabc
*
qrV *drV *qV *dV
*
qrI *drI *qI
*
dI
*
sP *sQ *dcV *gridQ
sP
Hình 4. Sơ đồ khối điều khiển năng lượng gió DFIG 
SVPWM
RSC
iar Rcrowbar
ibr
icr
*
arV
*
brV
*
crV
Rcrowbar
Rcrowbar
Hình 5. Đồng bộ hóa ở bộ nghịch lưu phía rotor (RSC) 
Tại thời điểm này, việc điều khiển công suất stator dựa vào bộ điều khiển tích phân tỷ
lệ (PI) được áp dụng như trong Hình 5. Trong đó, công suất tác dụng stator tham chiếu, *sP ,
đạt được từ việc điều khiển phát công suất cực đại (MPPT) và công suất phản kháng stator, 
*
sQ thường được cài đặt bằng 0 [14]. 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 được thiết lập bởi bộ điều khiển thông thường, bộ
nghịch lưu phía rotor sẽ trở về chế độ điều khiển thông thường.
2.2. Hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS)
2.2.1. Điều khiển hệ thống ESS 
Hệ thống lưu trữ năng lượng bao gồm bộ biến đổi DC/DC bán cầu và siêu tụ điện được 
kết nối tại thanh cái của tụ DC-link được thể hiện trong Hình 6. 
Trong trường hợp lưới bình thường, ESS được dùng để loại bỏ dao động công suất phát 
ngõ ra bằng cách điều khiển siêu tụ điện hấp thụ thành phần dao động công suất (Pfluc) từ 
lưới hoặc bơm thành phần dao động công suất cho lưới thông qua bộ lọc thông cao bậc hai. 
Công suất tham chiếu ESS, 
*
ESSP , đạt được từ giá trị sai lệch công suất giữa công suất stator 
và rotor thông qua bộ lọc thông cao. 
Ở trạng thái lưới bị sự cố, công suất tác dụng tham chiếu ESS, 
*
ESSP , đạt được từ công 
suất tác dụng rotor (Pr). 
Hệ thống lưu trữ năng lượng bao gồm vòng lặp điều khiển công suất siêu tụ điện ở bên 
Văn Tấn Lượng, Nguyễn Thị Thanh Trúc, Trần Hoàn 
118 
ngoài và vòng lặp điều khiển dòng điện siêu tụ điện ở bên trong. Cả hai vòng lặp điều khiển 
công suất và dòng điện đều dùng bộ tích phân tỷ lệ. Ngõ ra của bộ điều khiển dòng điện siêu 
tụ điện là điện áp tham chiếu (
*
LV ). Từ giá trị điện áp tham chiếu này, ta tính được duty ratio 
(DESS). Kỹ thuật điều chế độ rộng xung (PWM) được thực hiện bằng cách so sánh hệ số 
(DESS) với sóng mang để tạo xung (g1 và g2) đóng cắt các khóa S1 và S2. 
2.2.2. Thiết kế siêu tụ điện
Năng lượng E được lưu trữ trong siêu  ... 200 
400 
600 
ES
S 
cu
rre
nt
 (k
A)
Isup Isup_ref
(a
).
C
ô
ng
 s
u
ấ
t s
iê
u
 tụ
 đ
iệ
n 
(k
W
)
(b
).
D
òn
g 
đ
iệ
n 
si
êu
 tụ
 đ
iệ
n 
(A
)
Time(s)Time(s)
Hình 13. Đáp ứng ESS 
Văn Tấn Lượng, Nguyễn Thị Thanh Trúc, Trần Hoàn 
122 
Dòng điện stator và rotor được giảm khi sử dụng ESS, trong trường hợp có sự cố (Hình 
11b và 11c). Ngoài ra, đáp ứng của điện áp tụ DC cũng giảm đáng kể (Hình 11d). Công suất
phát stator và mô men máy phát được điều khiển bằng không khi có sự cố (Hình 12a và 12d),
trong khi đó tốc độ máy phát có sự tăng tốc đáng kể do quán tính của tua-bin (Hình 12d). Hình 
13 thể hiện đáp ứng vận hành của hệ thống lưu trữ năng lượng ESS khi lưới bị sự cố. 
Main : Graphs
 2.00 2.10 2.20 2.30 2.40 2.50 ...
 ...
 ...
-2.0k
-1.5k
-1.0k
-0.5k
0.0 
0.5k
1.0k
1.5k
G
S
C
 c
ur
re
nt
 (
A
)
Ia_gsc Ib_gsc Ic_gsc
-3.0k
-2.0k
-1.0k
0.0 
1.0k
2.0k
3.0k
S
ta
to
r 
cu
rr
en
t 
(k
A
)
Ias Ibs Ics
Grid voltage
 2.00 2.10 2.20 2.30 2.40 2.50 ...
 ...
 ...
-1.00 
-0.50 
0.00 
0.50 
1.00 
y
Ec2 Eb2 Ea2
(a
).
Đ
iệ
n 
á
p
 lư
ớ
i (
kV
)
(b
).
D
òn
g 
đ
iệ
n 
st
a
to
r 
(k
A
)
Main : Graphs
 2.00 2.10 2.20 2.30 2.40 2.50 ...
 ...
 ...
-3.0k
-2.0k
-1.0k
0.0 
1.0k
2.0k
3.0k
R
ot
or
 C
ur
re
nt
s 
[k
A
]
Iar Ibr Icr
Main : Graphs
 2.00 2.10 2.20 2.30 2.40 2.50 ...
 ...
 ...
1.1k
1.2k
1.3k
y
Vdcm Vdc_ref
Time(s)
(c
).
D
òn
g 
đ
iệ
n 
ro
to
r 
(k
A
)
(d
).
Đ
iệ
n 
á
p
 D
C
 (
kV
)
Time(s)
Time(s)
Time(s)
Hình 11. Kết quả mô phỏng DFIG dùng ESS 
Active pow er control
 2.00 2.10 2.20 2.30 2.40 2.50 ...
 ...
 ...
-0.2M
0.0 
0.2M
0.4M
0.6M
0.8M
1.0M
1.2M
1.4M
1.6M
y
Ps_ref Ps
Main : Graphs
 2.00 2.10 2.20 2.30 2.40 2.50 ...
 ...
 ...
-200.000k
-100.000k
0.000 
100.000k
200.000k
y
Pr
(a
).
C
ô
ng
 s
u
ấ
t s
ta
to
r 
(M
W
)
(b
).
C
ô
ng
 s
u
ấ
t r
o
to
r 
(k
W
)
Main : Graphs
 2.00 2.10 2.20 2.30 2.40 2.50 ...
 ...
 ...
1.60k
1.62k
1.64k
1.66k
1.68k
1.70k
1.72k
y
Wrpm
(c
).
T
ố
c 
đ
ộ
 m
á
y
 p
h
á
t (
10
3 r
pm
)
Main : Graphs
 2.00 2.10 2.20 2.30 2.40 2.50 ...
 ...
 ...
-800.000k
-600.000k
-400.000k
-200.000k
0.000 
200.000k
400.000k
y
Te
(d
).
M
ô
m
en
m
áy
ph
át
(k
N
m
)
Time(s)Time(s)
Time(s)Time(s)
Hình 12. Đáp ứng của DFIG 
Psup
 2.00 2.10 2.20 2.30 2.40 2.50 ...
 ...
 ...
-150.00k
-100.00k
-50.00k
0.00 
50.00k
100.00k
150.00k
200.00k
y
Pref Psup_fil
Current controller
 2.00 2.10 2.20 2.30 2.40 2.50 ...
 ...
 ...
-400 
-200 
0 
200 
400 
600 
ES
S 
cu
rre
nt
 (k
A)
Isup Isup_ref
(a
).
C
ô
ng
 s
u
ấ
t s
iê
u
 tụ
 đ
iệ
n 
(k
W
)
(b
).
D
òn
g 
đ
iệ
n 
si
êu
 tụ
 đ
iệ
n 
(A
)
Time(s)Time(s)
Hình 13. Đáp ứng ESS 
Đánh giá so sánh các giải pháp duy trì kết nối của hệ thống năng lượng gió DFIG  
123 
Hình 14 thể hiện đáp ứng làm phẳng công suất phát của hệ thống khi tốc độ gió thay đổi
(Hình 14a). Thành phần dao động công suất phát (Pfluc) đạt trích ra, thông qua bộ lọc thông cao 
(trong đó:  = 0,707; fc = 0,1 Hz) và được hấp thu hay xả vào lưới bởi việc điều khiển ESS. Do 
đó, công suất lưới (Pgrid) trở nên phẳng hơn công suất phát (Pgen = Ps Pr) (Hình 14b). Ngoài 
ra, công suất, dòng điện và điện áp siêu tụ điện được thể hiện từ Hình 14c đến 14e. 
Wind
 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 ...
 ...
 ...
8.0 
10.0 
12.0 
14.0 
16.0 
y
Windspeed
Psup
 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 ...
 ...
 ...
-600.000k
-400.000k
-200.000k
0.000 
200.000k
400.000k
600.000k
E
S
S
 p
ow
er
 (
kW
)
Pref Psup_fil
(a
)T
ố
c
 đ
ộ
 g
ió
 (m
/s
)
(b
)C
ô
n
g 
su
ấ
t 
p
h
á
t 
(M
W
)
Main : Graphs
 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 ...
 ...
 ...
-2.00 
-1.50 
-1.00 
-0.50 
0.00 
0.50 
1.00 
1.50 
2.00 
y
Pgrid Pr Ps Qgenerator
0.0 
0.2M
0.4M
0.6M
0.8M
1.0M
1.2M
1.4M
1.6M
1.8M
2.0M
P
ow
er
 [
M
W
]
Pess Pgenerator
(c
)C
ô
n
g 
su
ấ
t 
si
êu
 t
ụ
đ
iệ
n
 (k
W
)
Time (s)
Time (s)
Time (s)
Current controller
 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 ...
 ...
 ...
-1.0k
-0.5k
0.0 
0.5k
1.0k
E
S
S
 c
ur
re
nt
 (
kA
)
Isup_ref Isup
Vsup
 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 ...
 ...
 ...
400 
500 
600 
700 
800 
900 
y
Vsup
(d
)D
òn
g 
đ
iệ
n
 s
iê
u
 t
ụ
đ
iệ
n
 (k
A
)
(e
)Đ
iệ
n
 á
p
 s
iê
u
 t
ụ
đ
iệ
n
 (V
)
Time (s)
Time (s)
Hình 14. Kết quả mô phỏng làm phẳng công suất phát dùng ESS
3.4. Kết quả mô phỏng dùng DVR
Việc mô phỏng hệ thống năng lượng gió máy phát DFIG công suất 2 MW dùng DVR 
đã được áp dụng. Sự cố lưới được giả định là sự cố gián đoạn nguồn 3 pha (interruptions) và 
khoảng thời gian xảy ra sự cố là 20 ms. Ở thời điểm bắt đầu sự cố, t = 1,4 s, DVR được kích 
hoạt và điện áp được phát ra từ DVR được bù vào điện áp lưới (Hình 15c-15i). Lúc này, điện
áp stator vẫn được giữ định mức và có dạng như Hình 15b. Ngoài ra, công suất phát stator, 
điện áp tụ DC và mô men máy phát vẫn được duy trì ở giá trị hằng số theo tốc độ gió không 
đổi (13 m/s). Kết quả mô phỏng cho thấy, mặc dù sự cố nguồn 3 pha bị gián đoạn, nhưng hệ
thống năng lượng gió DFIG vẫn làm việc bình thường, như trường hợp không có sự cố. 
Bảng 3 thể hiện sự so sánh về đặc điểm vận hành của các giải pháp điều khiển kết nối
lưới khi có sự cố. Trong đó, DVR cho kết quả vận hành tốt nhất so với giải pháp dùng 
crowbar và ESS. Bảng 4 liệt kê các công dụng, chi phí và tính đơn giản trong điều khiển của
crowbar, DVR và ESS. Trong đó, DVR có nhiều ứng dụng nhất so với crowbar và ESS, mặc
dù chi chí DVR rất đắt.
Văn Tấn Lượng, Nguyễn Thị Thanh Trúc, Trần Hoàn 
124 
Bảng 3. So sánh đặc điểm vận hành của các giải pháp điều khiển
Đại lượng
Đặc điểm vận hành 
Crowbar ESS DVR
Công suất stator Giảm Giảm Ổn định
Mô men máy phát Méo dạng nhiều Méo dạng ít Ổn định
Tốc độ Tăng và méo dạng Tăng Ổn định
Điện áp tụ DC Độ vọt lố tăng Độ vọt lố giảm Ổn định
Main,DVR : Graphs
 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 ...
 ...
 ...
-1.00 
-0.50 
0.00 
0.50 
1.00 
Tr
an
sf
or
m
er
 H
V 
si
de
 V
ol
ta
ge
s 
[p
u]
Eat Ebt Ect
-1.00 
-0.50 
0.00 
0.50 
1.00 
Tr
an
sf
or
m
er
 L
V 
si
de
 V
ol
ta
ge
s 
[p
u]
Eag Ebg Ecg
-1.00 
-0.50 
0.00 
0.50 
1.00 
St
at
or
 V
ol
ta
ge
s 
[p
u]
Eas Ebs Ecs
Vu_ref and Vc
 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 ...
 ...
 ...
-1.50 
-1.00 
-0.50 
0.00 
0.50 
1.00 
1.50 
y
Vua_ref Eca
-1.50 
-1.00 
-0.50 
0.00 
0.50 
1.00 
1.50 
y
Vub_ref Ecb
-1.50 
-1.00 
-0.50 
0.00 
0.50 
1.00 
1.50 
y
Vuc_ref Ecc
Time (s)
(a
).
Đ
iệ
n 
áp
 lư
ớ
i (
pu
)
(b
).
Đ
iệ
n 
áp
 st
at
o 
(p
u)
(c
).
Đ
iệ
n 
áp
D
V
R
-p
ha
A
(p
u)
(d
).
Đ
iệ
n 
áp
D
V
R
-p
ha
B
(p
u)
(e
).
Đ
iệ
n 
áp
D
V
R
-p
ha
C
(p
u)
(f
).C
ôn
g
 su
ất
 st
at
or
 (M
W
)
Active pow er control
 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 ...
 ...
 ...
1.8M
2.0M
2.2M
y
Ps Ps_ref
Main : Graphs
 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 ...
 ...
 ...
0.0 
0.5M
1.0M
1.5M
2.0M
y
P_dvr Q_dvr
Vdc
 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 ...
 ...
 ...
0.00 
0.50 
1.00 
1.50 
2.00 
 D
FI
G
 C
on
ve
rte
r d
c 
vo
lta
ge
 [p
u]
Vdc_b2b
0.00 
0.50 
1.00 
1.50 
2.00 
 R
ot
or
 S
pe
ed
 [p
u]
Wp.u
-2.00 
-1.50 
-1.00 
-0.50 
0.00 
 D
FI
G
 E
le
ct
ro
m
ag
ne
tic
 T
or
qu
e 
[p
u]
Te
(g
).C
ôn
g
 su
ất
 D
V
R
 (M
W
)
(h
).Đ
iệ
n 
áp
 tụ
 D
C
 (p
u)
(i)
.T
ố
c 
đ
ộ
 m
áy
 p
há
t (
pu
)
(j)
.M
ô
m
en
m
áy
ph
át
(p
u)
Time (s)
Hình 15. Kết quả mô phỏng DFIG dùng DVR 
Văn Tấn Lượng, Nguyễn Thị Thanh Trúc, Trần Hoàn 
124 
Bảng 3. So sánh đặc điểm vận hành của các giải pháp điều khiển
Đại lượng
Đặc điểm vận hành 
Crowbar ESS DVR
Công suất stator Giảm Giảm Ổn định
Mô men máy phát Méo dạng nhiều Méo dạng ít Ổn định
Tốc độ Tăng và méo dạng Tăng Ổn định
Điện áp tụ DC Độ vọt lố tăng Độ vọt lố giảm Ổn định
Main,DVR : Graphs
 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 ...
 ...
 ...
-1.00 
-0.50 
0.00 
0.50 
1.00 
Tr
an
sf
or
m
er
 H
V 
si
de
 V
ol
ta
ge
s 
[p
u]
Eat Ebt Ect
-1.00 
-0.50 
0.00 
0.50 
1.00 
Tr
an
sf
or
m
er
 L
V 
si
de
 V
ol
ta
ge
s 
[p
u]
Eag Ebg Ecg
-1.00 
-0.50 
0.00 
0.50 
1.00 
St
at
or
 V
ol
ta
ge
s 
[p
u]
Eas Ebs Ecs
Vu_ref and Vc
 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 ...
 ...
 ...
-1.50 
-1.00 
-0.50 
0.00 
0.50 
1.00 
1.50 
y
Vua_ref Eca
-1.50 
-1.00 
-0.50 
0.00 
0.50 
1.00 
1.50 
y
Vub_ref Ecb
-1.50 
-1.00 
-0.50 
0.00 
0.50 
1.00 
1.50 
y
Vuc_ref Ecc
Time (s)
(a
).
Đ
iệ
n 
áp
 lư
ớ
i (
pu
)
(b
).
Đ
iệ
n 
áp
 st
at
o 
(p
u)
(c
).
Đ
iệ
n 
áp
D
V
R
-p
ha
A
(p
u)
(d
).
Đ
iệ
n 
áp
D
V
R
-p
ha
B
(p
u)
(e
).
Đ
iệ
n 
áp
D
V
R
-p
ha
C
(p
u)
(f
).C
ôn
g
 su
ất
 st
at
or
 (M
W
)
Active pow er control
 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 ...
 ...
 ...
1.8M
2.0M
2.2M
y
Ps Ps_ref
Main : Graphs
 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 ...
 ...
 ...
0.0 
0.5M
1.0M
1.5M
2.0M
y
P_dvr Q_dvr
Vdc
 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 ...
 ...
 ...
0.00 
0.50 
1.00 
1.50 
2.00 
 D
FI
G
 C
on
ve
rte
r d
c 
vo
lta
ge
 [p
u]
Vdc_b2b
0.00 
0.50 
1.00 
1.50 
2.00 
 R
ot
or
 S
pe
ed
 [p
u]
Wp.u
-2.00 
-1.50 
-1.00 
-0.50 
0.00 
 D
FI
G
 E
le
ct
ro
m
ag
ne
tic
 T
or
qu
e 
[p
u]
Te
(g
).C
ôn
g
 su
ất
 D
V
R
 (M
W
)
(h
).Đ
iệ
n 
áp
 tụ
 D
C
 (p
u)
(i)
.T
ố
c 
đ
ộ
 m
áy
 p
há
t (
pu
)
(j)
.M
ô
m
en
m
áy
ph
át
(p
u)
Time (s)
Hình 15. Kết quả mô phỏng DFIG dùng DVR 
Đánh giá so sánh các giải pháp duy trì kết nối của hệ thống năng lượng gió DFIG  
125 
Bảng 4. Liệt kê công dụng, chi phí và tính đơn giản điều khiển của crowbar, DVR và ESS 
Tiêu chí Crowbar ESS DVR
Họa tần dòng điện × × ○
Điều khiển công suất phản kháng × × ○
Họa tần điện áp × ○ ○
Chập chờn điện áp (flicker) × □ ○
Voltage dips □ ○ ○
Chi phí ○ △ △
Tính đơn giản ○ □ □
Ghi chú: ○: tốt, □: trung bình, △: không tốt , ×: không có
4. KẾT LUẬN 
Các giải pháp điều khiển kết nối lưới khi có sự cố lưới như crowbar, ESS và DVR đã 
được nghiên cứu trong bài báo để đảm bảo yêu cầu liên tục kết nối lưới. 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 giải pháp điều khiển có ưu điểm và 
khuyết điểm riêng. Tuy nhiên, so với giải pháp dùng crowbar và ESS, thì giải pháp dùng 
DVR vượt trội hơn vì có thể đảm bảo được hệ thống năng lượng gió làm việc bình thường, 
bất chấp sự cố gián đoạn kết nối lưới. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Zhou Y., Bauer P., Ferreira J. A., and Pierik J. - Operation of grid-connected DFIG 
under unbalanced grid voltage condition, IEEE Transactions on Energy Conversion 24
(1) (2009) 240-246. 
2. Seman S., Niiranen J., and Arkkio A. - Ride-through analysis of doubly fed induction 
wind-power generator under unsymmetrical network disturbance, IEEE Transactions 
on Power Systems 21(4) (2006) 1782–1789. 
3. Sun T., Chen Z., and Blaabjerg F. - Voltage recovery of grid-connected wind turbines 
after a short-circuit fault, Proceedings of the 29th Annual Conference of the IEEE 
Industrial Electronics Society (2003) 2723–2728.
4. Awad H., Svensson J., and Bollen M. - Mitigation of unbalanced voltage dips using static 
series compensator, IEEE Transactions on Power Electronics 19 (3) (2004) 837–846.
5. Nunes M. V. A., Lopes J. A. P., Zurn H. H., Bezerra U. H., and Almeida R. G. -
Influence of the variable-speed wind generators in transient stability margin of the 
conventional generators integrated in electrical grids, IEEE Transactions on Energy 
Conversion 19 (4) (2004) 692–701.
6. Lima F. K. A., Luna A., Rodriguez P., Watanabe E. H., and Blaabjerg F. - Rotor 
voltage dynamics in the doubly-fed induction generator during grid faults, IEEE 
Transactions on Power Electronics 25 (1) (2010) 118–113.
7. Tsili M. and Papathanassiou S. - A review of grid code technical requirements
for wind farms, IET Renewable Power Generation 3 (3) (2009) 308-332.
Văn Tấn Lượng, Nguyễn Thị Thanh Trúc, Trần Hoàn 
126 
8. Akhmatov V. - Analysis of dynamic behavior of electric power systems with large 
amount of wind power, Ph.D. dissertation, Department of Electrical Power 
Engineering, Technical University of Denmark, Kongens Lyngby, Denmark, 2003.
9. Abbey C. and Joos G. - Supercapacitor energy storage for wind energy applicatons, 
IEEE Transactions on Industry Applications 43 (3) (2007) 769-776.
10. Nguyen T. H. and Lee D.-C. - Improved LVRT capacity and power smoothening of 
DFIG wind turbine systems, Journal of Power Electronics 11 (4) (2011) 568-575.
11. Van T. L. and Ho V. C. - Enhanced fault ride-through capability of DFIG wind turbine 
systems considering grid-side converter as STATCOM, Lecture Notes in Electrical 
Engineering (2015) 185-196.
12. Nielsen J. G. and Blaabjerg F. - A detailed comparison of system topologies for 
dynamic voltage restorers, IEEE Transactions on Industry Applications 41 (5) (2005)
1272–1280.
13. Wessels C., Gebhardt F., and Fuchs F.W. - Fault ride-through of a DFIG wind turbine 
using a dynamic voltage restorer during symmetrical and asymmetrical grid faults, 
IEEE Transactions Power Electronics 26 (3) (2011) 807-815.
14. Kim K.-H., Van T. L., Lee D.-C., Song S.-H., and Kim E.-H. - Maximum output 
power tracking control in variable-speed wind turbine systems considering rotor 
inertial power, IEEE Transactions on Industrial Electronics 60 (8) (2013) 3207-3217.
ABSTRACT 
OVERVIEW OF LOW-VOLTAGE RIDE-THROUGH SOLUTIONS 
FOR DFIG WIND TURBINE SYSTEM 
Van Tan Luong*, Nguyen Thi Thanh Truc, Tran Hoan
Ho Chi Minh City University of Food Industry 
*Email: luonghepc@gmail.com
Doubly-fed induction generator wind turbines are very sensitive to grid disturbances, 
especially to voltage dips, since they are connected directly to the grid. The ability of a wind 
turbine to survive a short voltage dip without tripping is referred to as the low-voltage ride-
through (LVRT) capability. Crowbar, dynamic voltage restorer (DVR) and energy storage 
system (ESS) are the solutions which are adopted in this study. In order to test the LVRT 
capability of the wind turbine system, the PSCAD/EMTDC simulation has been performed 
for a 2 MW DFIG wind turbine system. In comparison of the LVRT techniques, although the 
ESS, with relatively high cost, outperforms the crowbar, the DVR system presents the best 
performances of the wind turbines through keeping the stator voltage at constant under grid 
fault condition despite the balanced and unbalanced voltage dips as well as normal condition. 
Keywords: Crowbar, doubly-fed induction generator (DFIG), dynamic voltage restorer,
energy storage system, voltage sag.