Ứng dụng các bộ biến đổi điện tử công suất trong điều khiển nối lưới cho Tuabin gió

trong của dòng điện . 
Lê Kim Anh /Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 58(1), 24-32 27 
Mặt khác theo (Kazmierkowski, Krishnan, 
Blaabjerg, 2002) hàm truyền của mạch lọc được 
tính như sau: 
SLRsu
si
sG f


1
)(
)(
)(
Hàm truyền của PWM 
ST
sG
s
d
5.11
1
)(


Từ các biểu thức (8), (9), (10), (11) và (12) 
cấu trúc điều khiển mạch vòng điện áp và mạch 
vòng dòng điện cho bộ chỉnh lưu và nghịch lưu 
được mô tả, như Hình 5 và Hình 6. 
3. Mô hình tuabin gió 
3.1. Mô hình tuabin gió 
Theo (Lê Kim Anh, 2013) công suất của 
tuabin gió được tính theo biểu thức: 
3
2
),( v
A
CP pm


Trong đó: Pm: Công suất đầu ra của tuabin 
(W); Cp(λ,β): Hệ số biến đổi năng lượng (là tỷ số 
giữa tốc độ đầu cánh λ và góc cánh β); A: Tiết diện 
vòng quay của cánh quạt (m2); ρ: Mật độ của 
không khí, ρ = 1.255 (kg/m3). 
Từ biểu thức (13) ta thấy vận tốc gió là yếu tố 
quan trọng nhất của công suất; công suất đầu ra 
tăng theo lũy thừa 3 của vận tốc. Hệ số biến đổi 
năng lượng Cp(λ, β) của biểu thức (13) được tính 
như sau: 


  0068.0)54.0
116
(5176.0),(
21


ieC
i
p
với 
31
035.0
08.0
11
 



i 
Như ta đã biết tỷ số tốc độ đầu cánh tuabin gió 
và tốc độ là: 
v
R
  trong đó ω tốc độ quay của 
tuabin, R bán kính của tuabin, v vận tốc của gió. Do 
vậy mômen của tuabin gió được tính như sau: 
3
3
5
2
1




p
m
m CR
P
T 
Mặt khác tuabin gió có thể vận hành theo các 
quy tắc điều khiển khác nhau tùy thuộc vào tốc độ 
của gió. Đường cong biểu diễn mối quan hệ giữa 
Pm và tốc độ gió, như Hình 8. 
Từ các biểu thức (13), (14), (15), (16) đã phân 
tích ở trên, mô hình tuabin gió được xây dựng trên 
Matlab/Simulink với thông số đầu vào tốc độ gió, 
tốc độ của máy phát điện và thông số đầu ra 
mômen, như Hình 9. 
3.2. Mô hình máy phát điện (PMSG) 
Mô hình máy phát điện đồng bộ nam châm 
vĩnh cửu (PMSG) có hai loại hệ trục tọa độ được sử 
dụng: hệ tọa độ  gắn cố định với Stator và hệ tọa 
độ dq còn gọi là hệ tọa độ tựa hướng từ thông 
rotor, như Hình 10. Theo (Nguyễn Phùng Quang, 
2006) phương trình dòng điện và điện áp của 
PMSG biểu diễn trên hệ tọa độ dq như sau: 
sd
sd
sq
sd
sq
ssd
sd
sd u
L
i
L
L
i
Tdt
di 11
 
sq
p
ssq
sq
sq
sq
sd
sq
sd
s
sq
L
u
L
i
T
i
L
L
dt
di 
 
11
Trong đó: Lsd điện cảm Stator đo ở vị trí đỉnh 
cực; Lsq điện cảm Stator đo ở vị trí ngang cực; p
từ thông cực (vĩnh cửu); Tsd, Tsq là hằng số thời 
gian Stator tại vị trí đỉnh cực. Phương trình 
mômen tính như sau:
(12) 
(11) 
(13) 
(14) 
(15) 
(16) 
Hình 7. Đường cong biểu diễn mối quan hệ giữa Cp 
và λ.. 
Hình 8. Đường cong biểu diễn mối quan hệ giữa 
Pm và tốc độ gió. 
(17) 
(18) 
28 Lê Kim Anh /Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 58(1), 24-32 
Hình 9. Mô hình tuabin gió. 
UA 
UB 
Tọa độ α 
Tọa độ β 
Tọa độ d 
Tọa độ q 
θ 
ω
UC 
Hình 10. Hệ trục tọa độ αβ và dq. 
Hình 11. Mô hình máy phát điện PMSG. 
Lê Kim Anh /Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 58(1), 24-32 29 
 )(
2
3
sqsdsqsdsqpcM LLiiiPm  
Để xây dựng mô hình PMSG trên 
matlab/simulink dựa vào biểu thức (17), (18), 
(19), như Hình 11. 
3.3. Phương pháp điều khiển bám điểm công 
suất cực đại 
Hiện nay có nhiều kỹ thuật để điều khiển 
tuabin gió theo phương pháp bám điểm công suất 
cực đại (Maximum Point Power Tracking, MPPT). 
Ở mỗi kỹ thuật điều khiển đều có những ưu và 
nhược điểm khác nhau. Hình 12 sơ đồ nguyên lý 
điều khiển trực tiếp theo phương pháp MPPT. 
Các kỹ thuật này có thể phân thành 2 nhóm 
chính như sau: kỹ thuật tìm kiếm và kỹ thuật tìm 
kiếm dựa trên mô hình. Ở kỹ thuật tìm kiếm dễ 
thực hiện nhưng đòi hỏi một số bước lớn mới hội 
tụ được điểm cực đại (Maximum Point Power, 
MPP) trong khi đó sẽ hội tụ rất nhanh điểm MPP 
với kỹ thuật tìm kiếm dựa trên mô hình. Hình 13, 
lưu đồ thuật toán P&O điều khiển trực tiếp theo 
phương pháp MPPT. Trong Hình 13, Bộ điều 
khiển MPPT sẽ đo các giá trị dòng điện I và điện áp 
V, sau đó tính toán độ sai lệch ∆P = P1-P2 , ∆V = Vdc1 
-Vdc2. 
4. Xây dựng mô hình trên Matlab-Simulink 
4.1. Xây dựng mô hình trên Matlab-Simuink 
Mô hình được xây dựng dựa trên sơ đồ cấu 
trúc điều khiển nối lưới cho tuabin gió và ứng 
dụng các bộ biến đổi điện tử công suất như đã 
phân tích ở Hình 1, mục 2. Sơ đồ mô phỏng trên 
Matlab - Simulink như Hình 14. 
4.2. Kết quả mô phỏng trên Matlab - Simuink
(19) 
Tuabin 
gió 
Thuật 
toán 
MPPT 
Tải 
Hình 12. Sơ đồ nguyên lý điều khiển trực tiếp theo 
phương pháp MPPT. 
Vdc1, Idc1, Vdc2, Idc2 
 P1 - P2 = 0 
P1 - P2 >0 
Vdc1-Vdc2 >0 Vdc1-Vdc2 < 0 
Return 
V = V+ΔV V = V+ΔV V = V -ΔV V = V -ΔV 
P1 = Idc1. Vdc1 
Start 
Hình 13. Lưu đồ thuật toán P& O điều khiển trực tiếp theo phương pháp MPPT. 
30 Lê Kim Anh /Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 58(1), 24-32 
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
t/s 
Hình 14. Mô hình điều khiển tuabin gió nối lưới. 
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-500
0
500
1000 
t/s
650Vdc V
380Vg V
Hình 15. Điện áp ra của chỉnh lưu và nghịch lưu (V). 
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-5000
0
5000
10000
15000
Hình 16. Công suất của tuabin gió (W). 
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
500
t/s
Hình 17. Điện áp ngõ ra Uabc (V). 
Hình 18. Dòng điện ngõ ra Iabc (A). 
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1
-100
0
100
Selected signal: 5 cycles. FFT window (in red): 1 cycles
Time (s)
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0
5
10
15
Harmonic order
Fundamental (50Hz) = 40.2 , THD= 4.95%
M
a
g
(
%
o
f
F
u
n
d
a
m
e
n
t
a
l)
Hình 19. Đặc tính sóng hài của dòng điện. 
Hình 20. Điện áp nối lưới Uabc (V). 
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-3
-2
-1
0
1
2
3
x 10
4
Lê Kim Anh /Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 58(1), 24-32 31 
Nhận xét: Trong Hình 15 thể hiện điện áp ra 
của bộ chỉnh lưu là điện áp một chiều Vdc = 650V, 
điện áp ra bộ nghịch lưu Vg = 380V. Ở thời điểm t 
< 0.02s, hệ thống làm việc không tải, lúc này tuabin 
gió bắt đầu phát ra công suất được thể hiện trên 
Hình 16. Đồng thời điện áp và dòng điện ra được 
thể hiện trên Hình 17 và Hình 18. Trong khoảng 
thời gian 0.02s đến 0.1s, hệ thống điều khiển 
tuabin gió vận hành mang tải, lúc này điện áp và 
đáp ứng của tần số có dao động, nhưng nằm trong 
phạm vi cho phép theo tiêu chuẩn IEEE 1547 thể 
hiện trên Hình 17 và Hình 21. Sử dụng giải thuật 
điều khiển MPPT tại thời điểm t = 0.1s hệ thống 
bắt đầu nối với lưới và công suất phát đạt giá trị 
lớn nhất thể hiện trên Hình 16. Khi thực hiện đồng 
bộ với lưới các giá trị điện áp, tần số và công suất 
đầu ra luôn bằng giá trị đặt, hệ thống làm việc luôn 
ở trạng thái ổn định. 
5. Kết luận 
Điều khiển nối lưới cho tuabin gió ứng dụng 
các bộ biến đổi điện tử công suất và sử dụng giải 
thuật điều khiển MPPT đã phát huy tối đa công 
suất phát ra của hệ thống. Hệ thống điều khiển nối 
lưới thông qua máy biến áp 400V/22kV và đường 
dây tải điện. Việc ứng dụng các bộ biến đổi điện tử 
công suất trong điều khiển nối lưới cho tuabin gió 
là nhằm hướng đến phát triển lưới điện thông 
minh và điều khiển nối lưới linh hoạt cho các 
nguồn năng lượng tái tạo. 
Tài liệu tham khảo 
Yang Degang, Zhao Liangbing, Liu Runsheng, 
1999. Modeling and closed - loop cotroller 
design of three - phase high power factor 
Rectifier. Power Electronics. 49 - 52. 
Bai Haoran, Wang Fengxiang, Xing Junqiang, 
2007. Control Strategy of Combined PWM 
Rectifier/ Inverter for a High Speed Generator 
Power System. Conference on Industrial 
Electronics and Applications. Harbor, China. 
Kazmierkowski. M., Krishnan, R., Blaabjerg, F., 
2002. Control in Power Electronics - Selected 
Problems. Academic Press. 
Lê Kim Anh, 2013. Ứng dụng các bộ biến đổi điện 
tử công suất trong điều khiển nối lưới các 
nguồn phân tán. Tạp chí khoa học, Đại Học Cần 
Thơ 28, 1-8. 
Nguyễn Phùng Quang, 2006. Matlab & Simulink 
dành cho kỹ sư điều khiển tự động. Nhà xuất bản 
Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội. 
Nguyễn Văn Nhờ, 2015. Giáo trình Điện tử công 
suất 1. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia, Hà Nội. 
Onar, O.C., Uzunoglu, M., Alam, M.S., 2006. 
Dynamic modeling, design and simulation of a 
wind/fuel cell/ultra -capacitor-based hybrid 
power generation system. Journal of Power 
Sources 161, 707 - 722. 
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
49.985
49.99
49.995
50
50.005
50.01
t/s
f(
H
z)
fTuabin gió 
fLưới 
Hình 21. Đáp ứng tần số. 
Bảng 1. Các thông số cơ bản của PMSG. 
32 Lê Kim Anh /Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 58(1), 24-32 
ABSTRACT 
Application of power electronic converters in grid-connected 
control of wind turbine 
Anh Kim Le 
Faculty of Electrical and Electronic Engineering, Tuy Hoa Industrial College, Vietnam. 
Doing research to efficiently exploit the wind power for electricity generation plays an important 
role to reducing climate change as well as lessening the reliance on the fossil fuels which are at high 
risks of exhaustion, causing environmental pollution. The advantageous point of connecting wind 
turbines by using the capacity electronic shifting sets is two-directional energy transmission. 
Especially, as connected with the filtering net, it will surely reduce harmonics via nets except for high 
level harmonics, which is greatly meaningful towards improving electricity power quality. The article 
presents the results of modeling and monitoring connecting nets to wind turbines by using the 
capacity electronic conversion of electrical energy. The algorithm of maximum point power tracking 
system are applied to ensure wind turbines to be constantly working of maximum point power when 
changing at the changes of transmission.