Hoà đồng bộ máy phát điện lên lưới bằng phương pháp điều khiển Passivity – Based

Đặng Danh Hoằng Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 64(02): 70 - 74 
70 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
HOÀ ĐỒNG BỘ MÁY PHÁT ĐIỆN LÊN LƯỚI BẰNG PHƯƠNG PHÁP 
ĐIỀU KHIỂN PASSIVITY – BASED 
 Đặng Danh Hoằng 
Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp 
TÓM TẮT 
Việc điều khiển hoà đồng bộ máy phát điện lên lƣới là một trong những vấn đề quan trọng của hệ 
thống máy phát điện sử dụng máy điện dị bộ nguồn kép (MDBNK). Bài báo này đƣa ra một 
phƣơng pháp điều khiển mới để điều khiển máy phát và tự động quá trình hoà đồng bộ máy phát 
vào lƣới điện, đó là phƣơng pháp điều khiển phi tuyến dựa trên thụ động (Passivity – Based). 
Từ khoá: Hoà đồng bộ máy phát điện 
*MỞ ĐẦU 
Hệ thống máy phát điện sử dụng máy điện dị bộ 
nguồn kép, đang đƣợc nghiên cứu mạnh mẽ 
trên toàn thế giới. Hiện nay trên thế giới cũng 
nhƣ ở nƣớc ta chƣa có một công trình khoa học 
nào nghiên cứu phƣơng pháp điều khiển phi 
tuyến dựa trên thụ động (Passivity – Based) áp 
dụng cho đối tƣợng này. Vì vậy bài báo này đƣa 
ra phƣơng pháp điều khiển Passivity – Based để 
điều khiển máy phát điện dị bộ nguồn kép, 
trong đó tập trung vào vấn đề tự động hoà đồng 
bộ máy phát lên lƣới thay vì sử dụng phƣơng 
pháp đèn hoà đồng bộ trƣớc đây. 
CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 
NLPL: Nghịch lƣu phía lƣới 
 NLPMP: Nghịch lƣu phía máy phát. 
 MĐC: Máy đóng cắt. 
 IE: Thiết bị đo tốc độ bằng khắc vạch 
xung. 
*
 Tel: 0974.155.446 
 MP: Máy phát (sử dụng MDBNK) 
 Từ sơ đồ cấu trúc hình 1, ta thấy hệ 
thống gồm 2 phần điều khiển cơ bản: 
 + Điều khiển phía lƣới 
 + Điều khiển phía máy phát 
Hai phần điều khiển đều điều khiển bộ biến 
đổi công suất (nghịch lƣu) và hai cụm nghịch 
lƣu này đƣợc nối với nhau bởi mạch một 
chiều trung gian. Ở đây ta chỉ quan tâm đến 
cụm NLPMP, nó có 2 nhiệm vụ điều chỉnh 
và cách ly công suất hữu công và vô công 
gián tiếp thông qua 2 đại lƣợng mô men mG 
và Q đồng thời có nhiệm vụ thực hiện hoà 
đồng bộ cũng nhƣ điều chỉnh tách máy phát 
ra khỏi lƣới khi cần thiết. 
TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN DÕNG ĐIỆN 
RÔTO THEO PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU 
KHIỂN PHI TUYẾN PASSIVITY – BASED 
Để điều khiển máy phát, cũng nhƣ thực hiện 
hoà đồng bộ máy phát điện lên lƣới ta sử 
dụng sơ đồ cấu trúc điều khiển phía máy phát 
nhƣ hình 2. Ở đây tác giả sử dụng phƣơng 
pháp Passivity – Based (dựa trên thụ động) để 
thiết kế bộ điều khiển dòng điện rotor cho 
máy phát điện dị bộ nguồn kép. 
Nhƣ trong [1], [3] hệ phƣơng trình mô tả mô 
hình dòng rotor của MDBNK sau khi đƣợc 
tách ra trên hệ trục toạ độ dq nhƣ sau: 
C 
3~ 
3
~ 
= 
Thiết bị điều khiển 
(DSP) 
IE 
MĐ
u
N 
us 
MP 
UD
C 
ir 
is 
n 
iN 
NLPL NLPMP 
Hình 1: Sơ đồ cấu trúc hệ thống máy phát 
điện sử dụng MDBNK 
= 
3
~ 
Đặng Danh Hoằng Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 64(02): 70 - 74 
71 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
' '
' '
1 1 1
( )
1 1 1 1
( ) .
1 1 1
( )
1 1 1 1
( ) .
sd sq sd
sq sd
rd
rd r rq
r s
rd
s r m
rq
rq r rd
r s
rq sq
s r m
di
i i
dt T T
u u
T L L
di
i i
dt T T
u u
T L L



 
 
  



 
 
  
(1) 
mG
* 
3~ 
TSP 
ejr 
e-jr 
 3 
 2 
e-jN 
 3 
 2 
GTT 
PLL 
IE 
urd 
urq 
ura 
urb 
tr 
ts 
tt 
isdq usdq ’*sd
q 
r u*sdq 
r 
ir 
irβ 
ird 
irq 
irr 
irs 
isu 
isv 
is
isβ 
isd 
isq 
uNu 
uNv 
uNd = su 
N 
N 
r 
mG 
Q 
r 
mG
Q* 
Q 
- 
- 
Khâu ĐCMM 
Khâu ĐCQ 
ĐCVTKG NL 
uDC 
Từ mạch một 
chiều trung gian 
r 
S 
t 
MP 
n 
MĐN 
u v w 
Lưới 
ĐCDMP 
i*rd 
i*rq 
Hình 2. Hệ thống điều khiển máy phát (MDBNK) trong hệ thống phát điện sức gió sử 
dụng bộ điều chỉnh Passivity - Based 
GTĐ 

s 
i
*
rd 
i*rq 
’
*
sd 
’
*
sq 
u
*
sd 
u
*
sq 
Đặng Danh Hoằng Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 64(02): 70 - 74 
72 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
Để đặt bài toán điều chỉnh các thành phần 
của ir, ta đặt biến ir là biến điều khiển và với 
giá trị mong muốn là i*r đƣợc lấy từ bộ điều 
chỉnh mô men mG và công suất Q thông qua 
khâu tính toán giá trị đặt (GTĐ). 
Bộ điều chỉnh dựa trên thụ động (viết tắt: 
PBC) đƣợc xây dựng theo nguyên tắc là cần 
phải tác động vào tín hiệu điều khiển một tín 
hiệu dạng D().ir - gọi là tín hiệu suy giảm, 
và D() gọi là hệ số suy giảm. 
Tín hiệu điều khiển của bộ điều chỉnh dòng 
máy phát đƣợc xác định: 
*
*
( ).
( ).
rd
rd
rq
rq
PBC
rd
PBC
rq
u u D i
u u D i


 (2) 
Trong đó: ;
rd rq
PBC PBCu u là điện áp do bộ điều 
khiển PBC tạo ra (theo các thành phần d và q) 
u*rd; u*rq là điện áp rotor mong muốn 
của máy phát (theo các thành phần d và q) 
đƣợc xác định theo (1). 
*
*
rd rd rd
rq rq rq
i i i
i i i
 là sai lệch dòng điện rotor 
giữa giá trị đặt và giá trị thực lấy từ máy phát 
(theo các thành phần d và q). 
Với D() là hệ số suy giảm đƣợc chọn sao 
cho hàm trữ năng lƣợng của biến điều khiển 
vẫn giữ đƣợc đặc điểm thụ động. 
Bộ điều khiển dòng điện thực hiện quá trình 
hoà đồng bộ, cần phải thoả mãn các điều kiện 
hệ thống điện áp đầu ra máy phát so với hệ 
thống điện áp lƣới: 
+ Cùng tần số 
+ Cùng góc pha 
+ Cùng trị số 
Muốn vậy trong quá trình điều khiển ta cần 
phải xác định các giá trị sau để thoả mãn các 
điều kiện đặt ra ở trên: 
- Xác định góc chuyển đổi r đƣa vào biến tần 
để đảm bảo điều kiện điện áp cùng tần số: 
 r = l -  (3) 
Với: l - góc quay của véc tơ không gian điện 
áp lƣới,  - góc quay của rotor (góc điện) 
Để thấy đƣợc việc xác định r theo (3) là thoả 
mãn điều kiện cùng tần số, ta xuất phát từ: 
 lrr l
dd d
dt dt dt
 
   (4) 
Từ (4) rõ ràng thấy từ trƣờng quay do dòng 
điện rotor sinh ra sẽ quay với tốc độ r so với 
rotor, mà rotor quay với tốc độ  so với stato, 
do đó từ trƣờng quay rotor sẽ có tốc độ: 
 rs = r + (5) 
So sánh (4) và (5) thì từ trƣờng rotor sẽ cảm 
ứng vào stato điện áp có tần số góc rs đúng 
bằng tần số góc lƣới l, nghĩa là cùng tần số 
với điện áp lƣới. Nhƣ vậy với việc đƣa góc 
chuyển đổi r vào biến tần thì sẽ đảm bảo 
điều kiện tần số điện áp đầu ra máy phát và 
điện áp lƣới có cùng tần số. 
- Để điều kiện trùng pha đƣợc đảm bảo, ta 
thực hiện thông qua điều khiển các thành 
phần dòng điện rotor ird và irq, có giá trị thích 
hợp. Theo [1], [5], ta phải điều khiển sao cho 
ird = 0 và irq < 0. 
- Xác định mối quan hệ giữa trị số biên độ 
điện áp lƣới (ulm), điện áp đầu ra máy phát 
(usm) và giá trị irq. Xuất phát từ phƣơng trình 
véc tơ điện áp stato: 
u
i
s
s s s
s m r
d
j
dt
L .




 (6) 
Từ (6) suy ra u is s m rj L . 
Và ở đây ta chuyển sang hệ trục toạ độ dq tựa 
theo điện áp lƣới, ta có: 
sd s m rq
sq s m rd rd
u L .i
u L .i 0( i 0 )


 (7) 
 Từ (7), dễ dàng có: 
 usm = usd = - s.Lm.irq (8) 
Để điện áp máy phát và điện áp lƣới có cùng 
trị số (usm = ulm), theo (8) ta có ngay: 
 lmrq
s m
u
i
L
 (9) 
* Để tự động hoà đồng bộ ta chỉ cần kiểm tra 
tín hiệu ird và irq nếu đảm bảo ird = 0 và irq = 
const < 0, thì sau một vài chu kỳ (do ta đặt 
thiết bị đo lường và điều khiển) hệ thống sẽ tự 
động hoà đồng bộ máy phát lên lưới điện. 
SƠ ĐỒ VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG BẰNG 
MATLAB – SIMULINK – PLECS 
Đặng Danh Hoằng Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 64(02): 70 - 74 
73 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
 Mô phỏng hệ thống máy phát điện 
không đồng bộ nguồn kép với bảng số liệu: 
Pđm = 7.5 
KW 
Uđmr = 366 
V 
Rr = 0.66  
Uđms = 
230/400( /) 
nđm =1950 
V/p 
Ls = 0.033H 
fđm = 50 Hz Rs =0.5035 
 
Ls = 0.0049H 
zp = 2 Iđmr = 6,7 A Lm = 0,0805H 
J = 
0.05Kgm2 
Cos đm = 
0.85 
Iđms = 
32,4/17,8A( /) 
KẾT LUẬN 
- Kết quả mô phỏng ta thấy bộ điều chỉnh đã 
điều khiển đƣợc các dòng điện thành phần ird 
và irq đảm bảo ird = 0 và irq < 0, sau 0,12s 
(hình 4) và ta thấy điện áp pha của lƣới và 
máy phát trùng nhau sau 0,12s (hình 5). Đồng 
thời đến 0,2s thì hoà đồng bộ lên lƣới (hình 6) 
và ta thấy chúng vẫn trùng nhau. Nhƣ vậy với 
kết quả mô phỏng hệ thống điều khiển đã giải 
quyết đƣợc các vấn đề bài báo đặt ra. 
- Bài báo mở ra một phƣơng pháp thiết kế phi 
tuyến mới để điều khiển quá trình làm việc 
của máy phát điện dị bộ nguồn kép, trong đó 
có hoà đồng bộ lên lƣới. 
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
Hình 3. Sơ đồ mô phỏng hệ thống 
Hình 6. Đáp ứng điện áp pha máy phát và điện 
áp pha lƣới khi hoà đồng bộ lên lƣới ở 0,2s 
Dang Danh Hoang
Thai Nguyen University of Technology
u_grid
1000
uDC_ref
uDC
n
mG
mG_ref mG
i_stator
i_rotor
cosphi
cos phi
Sync
0
RSw itch
Q
Q_ref
f(u)
Q -> cos
OmegaR
sinphi_ref
uDC_ref
uDC 
ugrid
omg_grid
iN_dq
theta
pulses
cos phi
Grid Side
Controller
mM_ref
Q_ref
us_dq
is_dq
omegaS
P's_dq
ir_dq
omegaR
thetaR
omega
uDC
pulses
mG
cos phi
i*r
Generator Side
Controller
-K-
Fault1
Fault
pulses1
pulses2
Sync
voltage dip
RSwitch
mL
Omega_roto
Ugrid_dq
omegaS
theta_grid
us_dq
is_dq
ir_dq
iN_dq
P's_dq
omega
omegaR
thetaR
uDC
DFIM Model
125.6
Constant
Hình 4. Đáp ứng dòng điện ird và irq 
theo giá trị đặt 
ird i
*
rd 
irq 
i
*
rq 
0.15 0.16 0.17 0.18 0.19 0.2 0.21 0.22 0.23 0.24 0.25
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
Hình 5. Đáp ứng điện áp pha máy phát và 
điện áp pha lƣới 
ulƣới uphát 
Đặng Danh Hoằng Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 64(02): 70 - 74 
74 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Cao Xuân Tuyển (2008): “Tổng hợp các thuật 
toán phi tuyến trên cơ sở phương pháp 
Backstepping để điều khiển máy phát điện dị bộ 
nguồn kép trong hệ thống máy phát điện sức gió”, 
Luận án Tiến sỹ kỹ thuật. 
[2] Levent U.gödere, Marwan A. Simaan, Charles 
W. Brice (1997): “Passivity – Based Control of 
Saturated Induction Motors”, IEEE. 
[3] Ng.Ph.Quang (2004): “Matlab  Simulink 
dành cho kỹ sư điều khiển tự động”. Nxb Khoa 
học và Kỹ thuật, Hà Nội. 
[4] Ng.Ph.Quang, Andreas Dittrich: “Truyền động 
điện thông minh”. Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà 
Nội, 2002. 
[5] Ng.Ph.Quang (1996), “Điều khiển tự động 
truyền động điện xoay chiều ba pha”. Nxb Giáo 
dục, Hà Nội, 1996. 
[6] N.D.Phƣớc, P.X.Minh, H.T.Trung (2003): Lý 
thuyết điều khiển phi tuyến. Nxb Khoa học và Kỹ 
thuật, Hà Nội. 
[7] R.Ortega, A.Loria, P.J.Nicklasson, H.Sira-
Ramírez (1998): “Passivity-based Control of 
Euler Lagrange Systems: Mechanical, Electrical 
and Electromechanical Applications”. Springer-
Verlay, London-Berlin-Heidelberg. 
SYNCHRONIZE ELECTRIC GENERATORS TO A POWER GRID BY 
PASSIVITY - BASED CONTROL METHODOLOGY 
Dang Danh Hoang
2
Thai Nguyen University of Tecnology 
SUMMARY 
Synchronizing electric generators to a power grid is one of the most critical issues of the power 
systems using double-fed induction machines (DFIM). In this paper, a new controlling approach 
which control and synchronize electric generators to the grid automatically is represented. This 
methodology is called the passitivity-based non-linear control. 
Key word: Synchronize electric generators 
2
 Tel:0974.155.446