Tóm tắt Luận án Nghiên cứu hệ thống phát điện gió – Diesel nhằm nâng cao mức thâm nhập điện gió với lưới cô lập

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI 
LÊ THÁI HIỆP 
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ – DIESEL NHẰM 
NÂNG CAO MỨC THÂM NHẬP ĐIỆN GIÓ VỚI LƯỚI CÔ LẬP 
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện 
Mã số: 62520202 
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN 
HÀ NỘI - 2015 
  ii  
Công trình này được hoàn thành tại: 
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 
Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. LÊ VĂN DOANH 
 2. TS. NGUYỄN THẾ CÔNG 
Phản biện 1: TSKH. Trần Kỳ Phúc 
Phản biện 2: PGS.TS. Lê Mạnh Việt 
Phản biện 3: PGS.TS. Kim Ngọc Linh 
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ 
cấp trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 
Vào hồi .. giờ, ngày  tháng. năm . 
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 
1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội 
2. Thư viện Quốc gia Việt Nam 
 1  
MỞ ĐẦU 
1. Tính cấp thiết của đề tài 
Các hệ thống phát điện sử dụng năng lượng tái tạo đã và đang phát triển ở vùng 
sâu, vùng xa, hải đảo1, những nơi mà sự phát triển lưới điện quốc gia không khả thi 
về mặt kinh tế [15,42,61,65]. Ở Việt Nam có rất nhiều đảo có điều kiện tương tự như 
những vùng đã lắp đặt hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel trên thế giới [78]. 
Chính phủ đã ban hành nhiều chính sách định hướng và hỗ trợ cho sự phát triển 
điện gió, điển hình: Quyết định số 37/2011/QĐ–TTg, 1208/2011/QĐ–TTg. Như vậy, 
phát triển các hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel là rất cần thiết và phù hợp với 
xu hướng chung của thế giới. 
2. Tình hình nghiên cứu về hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel 
trong lưới cô lập 
2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới 
Đã có nhiều công trình nghiên cứu quan tâm đến việc lựa chọn hệ thống phát điện 
hỗn hợp gió – diesel tối ưu. Tính toán tối ưu xác định số lượng tuabin gió và loại 
tuabin gió để lắp đặt cho nhiều khu vực được kết nối với nhau thành một hệ thống 
[47]. Tuy nhiên nghiên cứu này không tính toán cho lưới cô lập. Bên cạnh đó, các 
nghiên cứu [28,29] cũng đã tính toán được số lượng tuabin gió phù hợp trong hệ này. 
Tuy nhiên các nghiên cứu [28,29] chỉ tính toán cho một loại tuabin gió, chẳng hạn 
loại 600kW trong [29]; loại 1500kW trong [28]. Cá biệt, có nghiên cứu chỉ tính toán 
lựa chọn một tuabin gió vận hành cùng một máy phát điện diesel [43]. Chương trình 
tính toán trong các nghiên cứu [28,29] dùng để tính toán cho cả vòng đời của dự án, 
chứ không phải là chương trình tính toán theo vận hành. Như vậy, cách giải quyết vấn 
đề ở các nghiên cứu này không phù hợp cho việc tính toán thiết kế một trạm điện gió 
mới cho các đảo ở nước ta. 
Các nghiên cứu [85,87] đều nghiên cứu về tối ưu chế độ vận hành của hệ thống 
phát điện hỗn hợp gió – diesel, nhưng có thiết bị phụ trợ. 
Các nghiên cứu [37,40,41] đã đánh giá chỉ số hiệu năng của hầu hết các công nghệ 
lưu trữ năng lượng. Từ đó, bình áp suất dùng để lưu trữ năng lượng được áp dụng vào 
hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel cấp nguồn cho một khu dân cư. Trong trường 
hợp phụ tải đỉnh là 851 kW thì giảm tiêu hao nhiên liệu 27%; trong trường hợp áp 
dụng cho phụ tải 5 kW thì giảm tiêu hao nhiên liệu là 98% [37,38,39,40]. 
Sử dụng cuộn siêu cảm làm kho từ trong lưới cô lập với tải 650 kW cho chất lượng 
tần số cũng như chất lượng công suất tương đối tốt [84]. 
Hiện nay, việc tích hợp khớp ly hợp điện từ (EMC) vào tuabin gió cũng mới chỉ 
được đề xuất trong các nghiên cứu [70,71,72]. Tuy nhiên các nghiên cứu này chỉ 
nhằm mục đích khẳng định tuabin gió loại máy phát đồng bộ nối trực tiếp với lưới 
được tích hợp EMC có chất lượng điện năng tương đương với các loại tuabin gió có 
tốc độ thay đổi hiện nay. 
1 Trong quyển luận án này, để tránh trùng lặp quá nhiều từ “vùng” từ đây trở về sau cụm từ “vùng sâu, vùng xa, hải 
đảo” sẽ được viết ngắn gọn là “vùng cô lập”. 
 2  
 2  
2.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam 
Hầu hết các nghiên cứu ở Việt Nam đều về vấn đề điều khiển tuabin gió sử dụng 
máy phát không đồng bộ cấp nguồn từ hai phía (DFIG). Nghiên cứu phương pháp 
điều khiển máy phát loại DFIG trên cơ sở: các thuật toán điều chỉnh đảm bảo phân ly 
giữa momen và hệ số công suất [10,11]; các thuật toán phi tuyến trên cơ sở kỹ thuật 
Backstepping [1,2]; phương pháp tựa theo thụ động Euler-Lagrange và luật 
Hamiltonian [6]; điều khiển bám lưới [17]. Bên cạnh đó, cũng có các nghiên cứu để 
đảm bảo chất lượng điện năng của DFIG: điều chỉnh ổn định điện áp [18]; khử sai 
lệch tĩnh trên cơ sở các thuật toán phi tuyến theo kỹ thuật Backstepping [3]; điều 
khiển dòng thích nghi bền vững trên cơ sở kỹ thuật Backstepping [4]. Ngoài ra, để 
tuabin gió có thể hỗ trợ lỗi lưới không đối xứng và sập lưới đối xứng, nghiên cứu 
[13] đã phân tích và đề xuất phương pháp tựa thụ động cho DFIG. 
Điều kiện gió và khí hậu của Việt Nam có những đặc điểm riêng, do đó cần có 
thiết kế tuabin gió phù hợp. Do đó nghiên cứu [12] đã thiết kế và chế tạo máy phát 
điện gió công suất 10–30kW. Tuy nhiên kết quả vận hành còn chưa phù hợp với điều 
kiện khí hậu ở Việt Nam. 
Nghiên cứu [19] đã đề nghị với lưới cô lập nên lắp đặt loại tuabin gió sử dụng máy 
phát không đồng bộ roto lồng sóc (SCIG – Squirrel Cage Induction Generator) hoặc 
máy phát đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSG – Permanent Magnet Synchronous 
Generator). Tuy nhiên nghiên cứu [19] chỉ khẳng định SCIG và PMSG tốt hơn DFIG 
mà chưa có mô phỏng hoặc thực nghiệm kiểm chứng. Nghiên cứu này cũng chưa xác 
định được sẽ sử dụng tuabin gió công suất bao nhiêu và lắp đặt bao nhiêu tuabin gió. 
Các nghiên cứu [19,60] đã thống kê chi tiết về tính năng của từng loại thiết bị phụ 
trợ, phân tích và đề xuất sử dụng máy phát điện diesel tải thấp để nâng tỷ lệ thâm 
nhập điện gió lên 70%Pt mà vẫn đảm bảo ổn định tần số. 
Nghiên cứu [32] đã mô phỏng chế độ vận hành theo hướng sử dụng tối đa năng 
lượng gió trên Matlab với hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel không có thiết bị 
phụ trợ trong lưới cô lập. Tuy nhiên nghiên cứu này chưa quan tâm đến phân bố công 
suất phản kháng cho điện gió và điện diesel, cũng như chưa kể đến giới hạn làm việc 
của từng máy phát, chưa thể hiện tỷ lệ thâm nhập điện gió phù hợp. 
3. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu 
Đối với hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel trong lưới cô lập thì hai chỉ tiêu 
quan trọng là chất lượng điện năng2 và tỷ lệ thâm nhập điện gió. Hai tiêu chí này tỷ lệ 
nghịch với nhau trong vùng có tỷ lệ thâm nhập điện gió cao. Do vậy, cần có phương 
pháp vận hành phù hợp để tối đa hóa tỷ lệ thâm nhập điện gió mà vẫn đảm bảo chất 
lượng điện năng. Đây chính là mục đích nghiên cứu của luận án. 
Qua phân tích tình hình nghiên cứu về hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel 
trong lưới cô lập cho thấy còn một số vấn đề chưa được giải quyết trọn vẹn, kết hợp 
với mục tiêu vừa trình bày thì luận án tập trung giải quyết các nhiệm vụ sau: 
● Nghiên cứu điều kiện vận hành ổn định hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel 
trong lưới cô lập hoàn toàn không có thiết bị phụ trợ. 
2 Chỉ tiêu chất lượng điện năng được nghiên cứu trong luận án chỉ giới hạn ở hai tiêu chí là độ lệch điện áp và độ 
lệch tần số. 
 3  
 3  
● Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả khai thác điện gió mà vẫn đảm bảo chất 
lượng điện năng và vận hành ổn định đối với hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel 
trong lưới cô lập. 
● Nghiên cứu xác định loại và số lượng tuabin gió (lắp đặt mới) phù hợp với trạm 
điện diesel đã có ở vùng cô lập nhằm đạt được hiệu quả khai thác điện gió cao nhất. 
4. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 
Đối tượng nghiên cứu: Tập trung nghiên cứu về tuabin gió sử dụng DFIG kết nối 
với các máy phát điện diesel trong lưới cô lập. Đối tượng cụ thể trong các khảo sát 
được lựa chọn là hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel ở đảo Phú Quý. 
Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu phương pháp tính toán và giải pháp vận hành 
nhằm đạt tỷ lệ thâm nhập điện gió lớn nhất đối với hệ thống phát điện hỗn hợp gió – 
diesel đã có. Đồng thời cũng nghiên cứu phương pháp tính toán để xác định được 
trạm điện gió phù hợp với trạm điện diesel đã có ở vùng cô lập. 
5. Phương pháp nghiên cứu 
● Thu thập và tổng hợp các tài liệu về hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel. 
● Thiết lập mô hình toán cho các giải pháp nhằm nâng cao tỷ lệ thâm nhập điện 
gió của hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel không có thiết bị phụ trợ trong lưới 
cô lập; 
● Ứng dụng mô hình toán đã đề xuất cho đối tượng cụ thể là hệ thống phát điện 
hỗn hợp gió – diesel ở đảo Phú Quý; 
● Mô phỏng kiểm nghiệm các giải pháp đề xuất trên phần mềm chuẩn (như 
MatLab, PSS/adept), kết quả thu được từ mô phỏng sẽ so sánh với số liệu thực tế để 
đánh giá hiệu quả của các đề xuất. 
6. Nội dung và bố cục luận án 
Ngoài các mục theo quy định, nội dung nghiên cứu của luận án được trình bày 
trong 5 chương kết hợp với phần Mở đầu, Kết luận và kiến nghị và Phụ lục. Cụ thể: 
Chương 1. Tổng quát về hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel trong lưới cô lập. 
Chương 2. Mô hình hóa hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel. 
Chương 3. Nghiên cứu tính ổn định của hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel 
với lưới cô lập. 
Chương 4. Nghiên cứu nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống phát điện hỗn hợp gió 
– diesel trong lưới cô lập. 
Chương 5. Nghiên cứu xác định trạm điện gió phù hợp với trạm điện diesel đã có ở 
vùng cô lập. 
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của Luận án 
Về khoa học: Luận án đã xây dựng cấu trúc điều khiển chung và thuật toán vận 
hành phù hợp cho hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel không có thiết bị phụ trợ 
trong lưới cô lập nhằm nâng cao mức thâm nhập điện gió. Bên cạnh đó, luận án cũng 
đã xây dựng phương pháp tính toán xác định loại và số lượng tuabin gió phù hợp với 
trạm điện diesel đã có ở vùng cô lập. Đây là cơ sở khoa học vững chắc cho ứng dụng 
hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel trong thực tiễn. Bên cạnh đó luận án sẽ là 
một tài liệu có ích cho học tập và làm cơ sở cho các nghiên cứu khác. 
Về thực tiễn: Kết quả nghiên cứu được tính toán để áp dụng thực tế cho hệ thống 
phát điện hỗn hợp gió – diesel ở đảo Phú Quý và các vùng tương tự. 
 4  
 4  
Chương 1. TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN HỖN HỢP 
GIÓ – DIESEL TRONG LƯỚI CÔ LẬP 
1.1. Đặt vấn đề 
Chương này giới thiệu khái quát về điện gió ở các vùng cô lập. Đồng thời tập trung 
phân tích các tính năng kỹ thuật của hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel trong 
lưới cô lập. 
1.2. Ứng dụng điện gió ở vùng cô lập 
Hệ thống phát điện gió kết hợp diesel 
thích hợp cho các vùng cô lập là những nơi 
mà sự mở rộng lưới điện quốc gia đến đó sẽ 
rất tốn kém. 
Ở Việt Nam đã có một số hệ thống phát 
điện sử dụng năng gió kết hợp với điện 
diesel. Trong số đó chỉ còn hệ thống phát 
điện hỗn hợp gió – diesel ở đảo Phú Quý 
(Hình 1.4b [5]) đang vận hành và có tính chất tiêu biểu hơn (quy mô lớn nhất và hiệu 
quả nhất), nên luận án chọn làm đối tượng chính cho các tính toán và phân tích cũng 
như so sánh. 
1.3. Khái quát về tuabin gió và máy phát điện diesel 
Cấu trúc tuabin gió và máy phát điện diesel trình bày trên Hình 1.15 và 1.17. 
1.4. Điều khiển hệ thống 
phát điện hỗn hợp gió – 
diesel 
Với hệ thống phát điện hỗn 
hợp gió – diesel trong lưới cô lập 
thường được điều khiển theo ba 
cấp khác nhau như Hình 1.20. 
Trong nghiên cứu [35] còn phân 
cấp mili giây. Chức năng cụ thể 
của các cấp như sau: 
● Điều khiển cấp I, đây là cấp 
điều khiển trực tiếp tại từng 
nguồn phát, có cấu trúc tổng quát 
như Hình 1.19. Chức năng điều 
khiển theo đặc tính độ dốc được 
sử dụng để chia sẻ công suất 
nhằm điều chỉnh các thông số 
điện áp và tần số một cách tức 
thời khi các thông số này có thay 
đổi. Riêng đối với tuabin gió thì 
bao gồm điều khiển cấp 1 và cấp 
2 (thể hiện trên Hình 1.15). 
Trạm điện gió 3x2 MW
Trạm điện diesel
6x0,5 MW
0,69/22 kV 380 V
22kV 22 kV
471471
472 472
Tải
Tải
Hình 1.4b Hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel 
trên đảo Phú Quý. 
Điều khiển 
RSC 
Điều khiển 
GSC 
Điều khiển cả tuabin gió 
Điều khiển cả trạm điện gió 
hoặc cả hệ thống điện 
Psref Qsref 
Pwref Qwref 
U, f, cosφ 
udcref Qgref 
iabcr i ab
cs
uabcs 
iabcg 
uabcw 
i a
b
cw
ωr 
V 
β 
Gió 
Hộp số 
DFIG 
Lưới 
điện 
udc 
Điều khiển 
cấp 1 
Điều khiển 
cấp 2 
Điều khiển 
cấp 3 
Điều 
khiển 
bảo vệ 
udc 
Thời gian đáp ứng 
khoảng mili giây 
Thời gian đáp ứng 
khoảng giây 
Thời gian đáp ứng 
khoảng phút 
Hình 1.15 Cấu trúc tổng thể hệ thống điều khiển và bảo vệ tuabin gió 
kiểu DFIG [36,64]. 
PMSG 
Động cơ diesel 
Lưới điện 
SG 
Máy phát 
kích từ chính 
Máy phát 
 kích từ phụ 
Ikt2 
Ikt1 
CLQ 
Điều khiển 
AVR 
Điều tốc 
ω 
ωref 
Van 
Nhiên liệu 
Điều khiển 
chung 
Pdsref, Qdsref 
Uref 
U 
SG 
Hình 1.17 Cấu trúc cơ bản của máy phát điện diesel [31]. 
Pref 
P 
Điều 
khiển P 
Qref 
Q 
Điều 
khiển Q 
Điều khiển 
theo hệ 
trục d-q 
Nguồn 
công suất 
Lưới 
điện 
∆f 
∆U 
f 
fN 
U 
UN 
kFP 
∆P 
P0 
kUQ 
∆Q 
Q0 
Hình 1.19 Sơ đồ điều khiển theo đặc tính độ dốc khi có thay đổi tần 
số, điện áp [45]. 
 5  
 5  
 ● Điều khiển cấp II thực 
hiện điều chỉnh các thông 
số điện áp và tần số theo 
đặc tính độ dốc của nguồn 
phát khi các thông số này 
vượt quá giới hạn của tiêu 
chuẩn vận hành do các biến 
động lớn của phụ tải. Bên 
cạnh đó cấp điều khiển này 
cũng thực hiện việc phân 
chia phụ tải một cách cân 
đối cho từng nguồn phát cụ 
thể. Vì thực tế các máy phát trong trạm phát điện có đặc tính không hoàn toàn giống 
nhau nên dẫn đến sự tự phân chia phụ tải sẽ không bằng nhau. Thời gian đáp ứng của 
cấp điều khiển này thường tính bằng phút. 
● Điều khiển cấp III bao gồm các phương thức sản xuất điện tối ưu dựa trên các số 
liệu dự đoán phụ tải cũng như dự đoán về tốc độ gió kết hợp với những số liệu đo đạt 
hiện tại. Ở cấp này điều chỉnh hệ thống theo chế độ vận hành đã xếp đặt trước một 
ngày hoặc nhiều giờ. Đồng thời cũng điều chỉnh hỗ trợ để các thông số điện áp và tần 
số trên lưới quay về trong giới hạn của tiêu chuẩn vận hành. Thời gian đáp ứng của 
cấp điều khiển này thường mất nhiều phút. 
Vấn đề phân cấp điều khiển hệ thống phát điện gió – diesel được trình bày trên đây 
là những tổng hợp cơ bản từ các nghiên cứu [25,35,45,88]. Các phân tích cụ thể hơn 
về vấn đề này có thể tìm thấy trong các công trình nghiên cứu vừa nêu. 
Mặc dù được điều khiển với nhiều phương pháp và nhiều cấp, nhưng thực tế vận 
hành hệ thống phát điện hỗ hợp gió – diesel trên thế giới còn nhiều hạn chế nên dẫn 
đến tỷ lệ thâm nhập điện gió còn khá thấp. Do vậy cần có nghiên cứu chuyên sâu cho 
từng điều kiện cụ thể hoặc từng phạm vi công suất cụ thể. 
1.5. Vận hành hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesl 
Trong hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel với lưới cô lập thì hai chỉ tiêu chất 
lượng điện năng và mức thâm nhập điện gió tỷ lệ nghịch với nhau trong vùng có mức 
thâm nhập điện gió cao. Các thông số đặc trưng cho chất lượng điện năng mà luận án 
quan tâm là điện áp và tần số. Kết quả khảo sát được đ ... )
Tuabin:1.5 MW
N
w
 lap dat (may)
P
1
/P
t 
(%
)
Nwlapdat 
(may) (b) 
800 1000
1200 1400
1600 1800
2000 2200
1
2
3
4
5
0
20
40
60
80
100
P
t
 (kW)
Tuabin:1.2 MW
N
w
 lap dat (may)
P
1
/P
t 
(%
)
Nwlapdat 
(may) (c) 
800 1000
1200 1400
1600 1800
2000 2200
1
2
3
4
5
0
20
40
60
80
100
P
t
 (kW)
Tuabin:1 MW
N
w
 lap dat (may)
P
1
/P
t 
(%
)
Nwlapdat 
(may) (d) 
800 1000
1200 1400
1600 1800
2000 2200
1
2
3
4
5
6
7
0
20
40
60
80
100
P
t
 (kW)
Tuabin:0.8 MW
N
w
 lap dat (may)
P
1
/P
t 
(%
)
Nwlapdat 
(may) (e) 
800 1000
1200 1400
1600 1800
2000 2200
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0
20
40
60
80
100
P
t
 (kW)
Tuabin:0.5 MW
N
w
 lap dat (may)
P
1
/P
t 
(%
)
(f) 
Nwlapdat 
(may) 
Hình 5.5 Tỷ lệ phát công suất của trạm điện gió (P1) so với tổng công suất phụ tải (Pt) ứng với số tuabin gió khác 
nhau, khi có gió ở tốc độ 9m/s. Trạm điện gió được lắp đặt các tuabin gió kiểu C sử dụng DFIG với mức công suất (a) 
2MW; (b) 1,5MW ; 1,2MW ; (d) 1MW ; (e) 0,8MW; (f) 0,5MW. 
 21  
 21  
 (a)
800 1000 1200 1400
1600 1800 2000
2200
0
20
40
60
80
100
P
t
 (kW)
P
1
/P
t 
(%
)
8 WTs 0.5 MW
5 WTs 0.8 MW
4 WTs 1.0 MW
4 WTs 1.2 MW
3 WTs 1.5 MW
3 WTs 2.0 MW
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
1 2 3 4 5 6 7 8
A1/At (%)
Nwlapdat
WT 2.0MW
WT 1.5MW
WT 1.2MW
WT 1.0MW
WT 0.8MW
WT 0.5MW
max
68.81%
80.72%
83.91%
84.59%
84.59%
84.59%
 (c) 
(d) 
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1 2 3 4 5 6 7 8
Aw/Nw (pu)
Nwlapdat
WT 2.0MW
WT 1.5MW
WT 1.2MW
WT 1.0MW
WT 0.8MW
WT 0.5MW
0
10
20
30
40
50
60
1 2 3 4 5 6 7 8
P1/(PwNNwlapdat ) %
Nwlapdat
WT 2.0MW
WT 1.5MW
WT 1.2MW
WT 1.0MW
WT 0.8MW
WT 0.5MW
max
32.44%
42.16%
46.46%
46.46%
48.99%
49.35%
min
15.27%
23.88%
23.27%
23.27%
28.15%
28.15%
49.35%
max
32.44%
42.16%
46.46%
46.46%
48.99%
49.35%
28.15%
23.27%
15.27%
 (e) 
Hình 5.7 Thể hiện các đặc tính của tuabin gió sử dụng DFIG với các mức công suất khác nhau. (a) So sánh các loại 
tuabin gió trên phương diện P1/Pt; (c) So sánh các loại tuabin gió trên phương diện tỷ lệ sản xuất điện năng của trạm 
điện gió (A1) so với tổng điện năng tiêu thụ của phụ tải (At) khi vận hành ở tốc độ gió 9m/s với phụ tải của ngày 
02/07/2014; (d) So sánh các loại tuabin gió trên phương diện hiệu quả sản xuất điện năng của mỗi tuabin gió 4; (e) So 
sánh các loại tuabin gió trên phương diện tỷ lệ công suất phát của trạm điện gió so với tổng công suất lắp đặt. 
Từ kết quả ở Hình 5.5 cho thấy rằng nên lắp đặt tối đa là 3 tuabin gió 1.5÷2 MW, 
hoặc 4 tuabin gió 1÷1,2 MW, hoặc 5 tuabin gió 0,8 MW, hoặc 8 tuabin gió 0,5 MW. 
Nếu lắp đặt nhiều hơn thì lợi ích mang lại cũng chỉ như vậy. Nhằm so sánh lợi ích 
kinh tế mang lại giữa các loại tuabin gió, trên Hình 5.7 chỉ khảo sát đến giới hạn về 
số lượng đã nêu với một số mức công suất tiêu biểu. 
Với kết quả thể hiện ở Hình 5.7a cho thấy việc lắp đặt loại tuabin gió có công suất 
không quá 1 MW sẽ mang lại lợi ích kinh tế tối đa. Ứng với mỗi loại thì số tuabin gió 
lắp đặt phù hợp thể hiện trên Hình 5.7c, d. Nếu diện tích lắp đặt tuabin gió trên đảo là 
một giới hạn quan trọng thì việc lựa chọn 3 tuabin gió 1,0÷1,5 MW hoặc 4 tuabin gió 
0,8÷1,2 MW vẫn mang lại lợi ích khá tốt. Với điều kiện về diện tích lắp đặt trên đảo 
Phú Quý hoàn toàn có thể lắp đặt 4 tuabin gió hoặc nhiều hơn, nên việc chọn 4 tuabin 
gió loại 0,8÷1,2 MW hoặc 4÷5 tuabin gió 0,8 MW hoặc 6÷8 tuabin gió 0,5 MW sẽ có 
lợi ích kinh tế cao hơn so với các lựa chọn khác. 
♦ Tính toán theo tốc độ gió trung bình với tuabin gió kiểu D sử dụng SCIG 
Kết quả khảo sát cho thấy nếu lắp đặt 3 tuabin gió 1,2 MW sẽ có hiệu quả cao nhất. 
Vì số lượng tuabin gió lắp đặt ít nhất so với các loại khác mà vẫn đạt tỷ lệ sản xuất 
điện năng lớn nhất (Hình 5.10), đồng thời có chỉ số hiệu quả khai thác trên tổng công 
suất lắp đặt cao (Hình 5.11a). 
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
1 2 3 4 5 6 7 8
A1/At (%)
Nwlapdat
WT 2.0MW
WT 1.5MW
WT 1.2MW
WT 1.0MW
WT 0.8MW
WT 0.5MW
78.05%
0
10
20
30
40
50
60
1 2 3 4 5 6 7 8
P1/(PwNNwlapdat ) %
Nwlapdat
WT 2.0MW WT 1.5MW
WT 1.2MW WT 1.0MW
WT 0.8MW WT 0.5MW
max
68.81%
80.72%
83.91%
84.59%
84.59%
84.59%
17.32%
25.98% 25.98%
49.35%
25.98%
Hình 5.10 So sánh các loại tuabin gió kiểu D sử dụng SCIG trên 
phương diện tỷ lệ A1/At khi vận hành ở tốc độ gió 9m/s với phụ 
tải của ngày 02/07/2014. 
Hình 5.11a So sánh các loại tuabin gió kiểu D sử 
dụng SCIG trên phương diện tỷ lệ công suất phát 
của trạm điện gió so với tổng công suất lắp đặt. 
4 Đơn vị pu trong các biểu đồ “So sánh các loại tuabin gió trên phương diện hiệu quả sản xuất điện năng của mỗi 
tuabin gió” được tính theo sản lượng điện năng của mỗi loại chỉ 1 tuabin gió. 
 22  
 22  
♦ Tính toán theo tốc độ gió trung bình với tuabin gió kiểu D sử dụng SG hoặc 
PMSG 
Kết quả khảo sát cho thấy nếu lắp đặt 3 
tuabin gió 2 MW hoặc 4 tuabin gió 1 MW sẽ có 
hiệu quả cao nhất (Hình 5.14). Nếu xét theo số 
lượng tuabin gió lắp đặt ít nhất mà vẫn đạt tỷ lệ 
sản xuất điện năng lớn nhất thì chọn 3 tuabin 
gió 2 MW. Còn nếu xét theo chỉ số hiệu quả 
khai thác trên tổng công suất lắp đặt thì chọn 4 
tuabin gió 1 MW sẽ tốt nhất (Hình 5.15a). 
♦ Tính toán theo tốc độ gió trung bình với 
tuabin gió có tích hợp EMC 
Các tính toán ở mục này thực hiện với kiểu 
tuabin gió có thể được sản xuất trong tương lai. 
Kết quả khảo sát trên Hình 5.18 thì nên lựa 
chọn 3 tuabin gió 1,5 MW. 
5.4. Tổng kết chương 
Các kết quả đạt được trong chương: 
1. Đề xuất phương pháp tính toán xác định trạm 
điện gió phù hợp với trạm điện diesel đã có ở 
vùng cô lập. 
2. Khuyến nghị về việc lắp đặt trạm điện gió 
cho các vùng cô lập tương tự như đảo Phú 
Quý: 
* Nếu lắp đặt các tuabin gió loại DFIG, chọn 
công suất tuabin 1 MW trở xuống là hiệu 
quả nhất, khi đó tỷ lệ điện năng của trạm 
điện gió có thể đạt 84,59%At. 
* Nếu lựa chọn tuabin gió kiểu D sử dụng SG hoặc PMSG thì nên lắp đặt 4 tuabin 
1 MW, theo đó tỷ lệ điện năng của trạm điện gió lên đến 87,6% At. 
* Hơn nữa, nếu trong tương lai loại tuabin gió tích hợp EMC được sản xuất thì sử 
dụng 3 tuabin gió loại này với công suất 1,5 MW là tốt nhất (A1max=116,5% At). 
* Trong điều kiện hiện nay nên lựa chọn tuabin gió kiểu D sử dụng SG hoặc 
PMSG. Lựa chọn này cho phép khai thác tốt tài nguyên gió, giảm tiêu tốn diesel 
và bảo vệ môi trường. 
3. Các khuyến nghị khác: 
* Không nên lựa chọn tuabin gió kiểu D sử dụng SCIG cho việc xây lắp trạm điện 
gió trên các đảo. 
* Trong trường hợp đã đầu tư trạm điện gió như hiện nay ở Phú Quý, nên vận hành 
theo giải pháp mà luận án đã đề xuất để sử dụng năng lượng gió tốt hơn. 
* Khuyến nghị ứng dụng phương pháp tính toán đã đề xuất làm chương trình cố 
vấn cho việc lựa chọn trạm điện gió ở các vùng cô lập khác. 
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1 2 3 4 5 6 7 8 9
A1/At (%)
Nwlapdat
WT 2.0MW
WT 1.5MW
WT 1.2MW
WT 1.0MW
WT 0.8MW
WT 0.5MW
87.6 %
Hình 5.14 So sánh các loại tuabin gió kiểu D sử 
dụng SG hoặc PMSG trên phương diện tỷ lệ A1/At 
khi vận hành ở tốc độ gió 9m/s với phụ tải của 
ngày 02/07/2014. 
0
10
20
30
40
50
60
1 2 3 4 5 6 7 8 9
P1/(PwNNwlapdat ) %
Nwlapdat
WT 2.0MW WT 1.5MW
WT 1.2MW WT 1.0MW
WT 0.8MW WT 0.5MW
max
68.81%
80.72%
83.91%
84.59%
84.59%
84.59%25.92%
19.44%
24.30%
49.35%
Hình 5.15a So sánh các loại tuabin gió kiểu D sử 
dụng SG hoặc PMSG trên phương diện tỷ lệ công 
suất phát của trạm điện gió so với tổng công suất 
lắp đặt. 
0
20
40
60
80
100
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
(A1-Adsdc)/At (%)
Nwlapdat
WT 2.0MW
WT 1.5MW
WT 1.2MW
WT 1.0MW
WT 0.8MW
WT 0.5MW
116.5 %
Hình 5.18 So sánh các loại tuabin gió có tích hợp 
EMC trên phương diện tỷ lệ điện năng trạm điện 
gió cung cấp trực tiếp cho phụ tải (A1 - Adsdc) so 
với At khi vận hành ở tốc độ gió 9m/s với phụ tải 
của ngày 02/07/2014. 
 23  
 23  
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 
Kết luận 
Chủ đề xuyên suốt toàn bộ luận án hướng đến mục tiêu nâng cao mức thâm nhập 
điện gió của hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel trong lưới cô lập, cụ thể là: bắt 
đầu từ tổng quát về hệ thống phát điện hỗn hợp này (Chương 1), khái quát lý thuyết 
và đề xuất giải pháp nâng cao mức thâm nhập điện gió có xét đến các điều kiện ràng 
buộc trong vận hành (Chương 2), xây dựng mô hình đánh giá về khả năng vận hành 
ổn định (Chương 3), xây dựng mô hình đánh giá hiệu quả của giải pháp đề xuất 
(Chương 4); từ bài học kinh nghiệm đối với các hệ thống đã có, luận án đề xuất 
phương pháp tính toán xác định trạm điện gió phù hợp với trạm điện diesel đã có ở 
vùng cô lập nhằm tối đa lợi ích kinh tế trong vận hành nhưng lại giảm thấp chi phí 
đầu tư (Chương 5). 
Những kết quả đạt được của luận án: 
1. Trên cơ sở các công trình nghiên cứu trước luận án đã tổng hợp một cách khái 
quát về hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel trong lưới cô lập; Phân tích các đặc 
tính kỹ thuật của tuabin gió sử dụng DFIG và đặc tính của máy phát đồng bộ trong 
trạm điện diesel; Nghiên cứu phân tích cấu trúc điều khiển hệ thống phát điện hỗn 
hợp gió – diesel. 
2. Nghiên cứu mô hình hóa hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel: 
* Luận án đã tổng hợp và kế thừa các nghiên cứu trước để lập mô hình toán ứng 
với các chế độ vận hành. 
* Đề xuất thuật toán điều khiển hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel không có 
thiết bị phụ trợ trong lưới cô lập: tính toán phân phối công suất tác dụng, công 
suất phản kháng, số lượng máy phát cần vận hành trong các trạm điện theo 
hướng khai thác tối đa khả năng của trạm điện gió. 
* Luận án đã đề xuất cấu trúc tuabin gió chuyên dụng cho lưới cô lập. Từ đó, đề 
xuất phương thức vận hành hiệu quả hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel 
trong lưới cô lập với tuabin gió có tích hợp EMC. 
3. Nghiên cứu điều kiện vận hành ổn định hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel: 
Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định tĩnh của hệ thống: điện kháng truyền 
tải; khả năng phát công suất phản kháng của các máy phát; Yếu tố ảnh hưởng đến 
ổn định quá độ: khả năng cắt nhanh của các máy cắt. 
Các khuyến nghị đối với hệ thống phát điện hỗn hợp ở đảo Phú Quý: 
* Đối với các thiết bị truyền tải phải có điện kháng tổng nhỏ hơn 0,518 pu; 
* Trạm điện gió phải phát công suất phản kháng phù hợp với khả năng của loại 
tuabin gió (V80–2MW cho phép phát công suất phản kháng với cosφS1=0,98); 
* Thiết lập thời gian cắt ngắn mạch trên các máy cắt đầu nguồn phải nhỏ hơn 173 
ms đối với phía trạm điện diesel, 500 ms đối với phía trạm điện gió; 
* Lắp đặt thêm tụ bù để nâng cao tính ổn định của hệ thống, giảm lượng công suất 
phản kháng phải phát của trạm điện diesel, giảm tổn thất công suất, giảm sụt áp. 
4. Nghiên cứu bài toán áp dụng các giải pháp vận hành đã đề xuất trên đối tượng là 
hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel ở Phú Quý: 
 24  
 24  
* Áp dụng thuật toán điều khiển đã đề xuất cho kết quả đạt mức thâm nhập điện 
gió trung bình 80% Pt, mức thâm nhập tối đa 89,159% Pt; 
* Mô phỏng và tính toán thử nghiệm với tuabin gió có tích hợp EMC cho kết quả 
có thể đạt mức thâm nhập điện gió 100% Pt vào lúc gió mạnh hoặc phụ tải thấp 
mà vẫn đảm bảo chất lượng điện năng tốt, tiêu tốn ít nhiên liệu diesel vào giờ cao 
điểm hoặc lúc gió yếu. 
5. Đề xuất thuật toán và chương trình tính toán xác định trạm điện gió phù hợp với 
lưới cô lập đã có trạm điện diesel: xác định công suất tuabin và số lượng tuabin với 
các loại tuabin gió khác nhau. 
 Khuyến nghị về việc lắp đặt trạm điện gió cho các vùng cô lập tương tự như đảo 
Phú Quý: 
* Nếu lắp đặt các tuabin gió DFIG có công suất không quá 1,0 MW thì tỷ lệ điện 
năng của điện gió có thể đạt 84,59% At; 
* Nếu lựa chọn tuabin gió kiểu D sử dụng SG hoặc PMSG thì nên lắp đặt 4 tuabin 
1,0 MW, tỷ lệ điện năng của điện gió có thể đạt 87,6% At; 
* Nếu sử dụng loại tuabin gió có tích hợp EMC thì nên lựa chọn 3 tuabin 1,5 MW 
(A1max=116,5% At); 
Trong điều kiện hiện nay nên dùng tuabin gió kiểu D sử dụng SG hoặc PMSG. 
Đóng góp khoa học của luận án 
Với các nội dung đã trình bày, có thể khẳng định các đóng góp khoa học của luận 
án như sau: 
1. Phân tích đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến tính ổn định của hệ thống phát điện 
hỗn hợp gió – diesel trong lưới cô lập. 
2. Đề xuất cấu trúc điều khiển chung và thuật toán vận hành phù hợp cho hệ thống 
phát điện hỗn hợp gió – diesel không có thiết bị phụ trợ trong lưới cô lập nhằm 
nâng cao mức thâm nhập điện gió mà vẫn thỏa mãn các điều kiện ràng buộc trong 
vận hành. Bên cạnh đó luận án cũng đã đề xuất giải pháp sử dụng tuabin gió có 
tích hợp EMC để đạt mức thâm nhập điện gió 100 %Pt mà vẫn đảm bảo chất lượng 
điện năng. 
3. Đề xuất thuật toán xác định trạm điện gió phù hợp nhất với trạm điện diesel đã có 
ở vùng cô lập. Số lượng và công suất tuabin gió được xác định theo mục đích khai 
thác tối đa nguồn năng lượng gió với chi phí đầu tư thấp. 
Kiến nghị hướng nghiên cứu tiếp theo 
Đề nghị các cơ quan chủ quản các trạm điện gió tạo điều kiện cho người nghiên 
cứu được tiếp cận và có thể triển khai ứng dụng các giải pháp mới. 
Tiếp tục nghiên cứu các giải pháp nhằm nâng cao hơn nữa mức thâm nhập điện 
gió, giảm chi phí nhiên liệu diesel đến mức tối thiểu. 
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 
1. Lê Thái Hiệp, Nguyễn Duy Khiêm, Nguyễn Thế Công, Lê Văn Doanh 
(2014) “Giải pháp kỹ thuật để nâng cao tính ổn định của hệ thống điện hỗn 
hợp gió – diesel cấp nguồn cho các đảo”. Hội nghị khoa học và công nghệ 
Điện lực toàn quốc 2014, Đà Nẵng, Việt Nam, tháng 11, trang 226-236. 
2. Lê Thái Hiệp, Doãn Văn Đông, Nguyễn Thế Công, Lê Văn Doanh (2014) 
“Phân tích ổn định tĩnh hệ thống điện hỗn hợp gió – diesel trên đảo Phú 
Quý”. Tạp chí Khoa học và Công nghệ Đại học Đà Nẵng, số 11(84), quyển 
2, trang 24-28. 
3. Lê Thái Hiệp, Nguyễn Duy Khiêm, Nguyễn Thế Công, Lê Văn Doanh 
(2015) “Tính toán lượng công suất phát cực đại của trạm điện gió trong hệ 
thống điện hỗn hợp gió – diesel trên đảo Phú Quý”. Tạp chí Khoa học & 
Công nghệ các trường Đại học kỹ thuật, số 104, trang 6-10. 
4. Le Thai Hiep, Nguyen Duy Khiem, Nguyen The Cong, Le Van Doanh 
(2015) “The Suitable Determination the Number and Capacity of Wind 
Turbines Connected to the Diesel Power Station in Phu Quy Island”. 
Journal of Science & Technology technical universities, no. 107, pp. 36-41. 
5. Lê Thái Hiệp, Nguyễn Thế Công, Lê Văn Doanh (2015) “Tích hợp khớp ly 
hợp điện từ vào tuabin gió nhằm tăng mức độ thâm nhập của điện gió trong 
lưới cô lập”. Tạp chí Khoa học & Công nghệ các trường Đại học kỹ thuật, 
số 108, trang 19-25. 
6. Lê Thái Hiệp, Đoàn Đức Tùng, Nguyễn Thế Công, Lê Văn Doanh (2015) 
“Điều khiển hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel trong lưới cô lập theo 
hướng tối đa hóa mức thâm nhập điện gió”. Tạp chí Khoa học và Công 
nghệ Đại học Đà Nẵng, số 11(96), quyển 2, trang 53-57.