Assessment of D-FACTS performance on power quality mitigation for the industrial istribution systems with the presence of electric arc furnace

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
32 Số 15 tháng 2-2018 
 ASSESSMENT OF D-FACTS PERFORMANCE ON POWER QUALITY 
MITIGATION FOR THE INDUSTRIAL ISTRIBUTION SYSTEMS WITH 
THE PRESENCE OF ELECTRIC ARC FURNACE 
ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG 
 CỦA CÁC THIẾT BỊ D-FACTS TRONG LƯỚI CÔNG NGHIỆP 
CÓ LÕ HỒ QUANG 
 Nguyễn Văn Minh1, Bạch Quốc Khánh2, Phạm Việt Phương2 
1Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long, 2Trường Đại học Bách kho Hà Nội 
Ngày nhận bài: 25/12/2017, Ngày chấp nhận đăng: 26/2/2018, Phản biện: TS. Nguyễn Đăng Toản 
Abstract: 
The paper analyses a case study where D-FACTS effectiveness for power quality (PQ) mitigation in 
the distribution system with the presence of electric arc furnace is considered, that typically refers to 
PQ issues in industrial distribution systems in Vietnam now. The effectiveness is considered 
systematically, not only for a single load. The comparative estimation is made between using the 
Dynamic Voltage Restorer (DVR) and Distribution Statics synchronous Compensator (D-STATCOM) 
on MatLab/Simulink in IEEE 13 bus test system including an electric arc furnace. Diffirent scienarios 
of DVR and D-STATCOM connecting locations are introduced for better illustrating their effectiveness 
of mitigating harmonics generated by the electric arc furnace operation. The results in the paper can 
be referred by utilities for mitigating PQ in the distribution system connected with the electric arc 
furnace. 
Key words: 
Power quality; distribution system; non-linear load; EAF; DVR; D-STATCOM. 
Tóm tắt: 
Bài báo phân tích một trường h p đánh giá hiệu quả c a các thi t bị D-FACTS trong việc cải thiện 
chất lư ng điện năng (CLĐN) lưới phân phối khi có lò hồ qu ng điện điển hình cho vấn đề CLĐN 
đ ng nóng hiện n y trong các lưới điện công nghiệp tại Việt Nam. Hiệu quả n ng c o CLĐN đư c xét 
cho toàn hệ thống chứ không chỉ cho riêng một ph tải c thể. Việc đánh giá có t nh so sánh giữa 
hiệu quả c a việc s d ng thi t bị ph c hồi điện áp động (DVR) và thi t bị b đồng bộ tĩnh (D-
ST TCOM) đư c thực hiện trên MatLab/Simulink s d ng lưới điện mẫu 13 nút c a IEEE và mô 
phỏng lò hồ qu ng điện dựa trên mô phỏng điện dẫn phi tuy n c a hồ quang. Các kịch bản vị tr đặt 
DVR và D-ST TCOM đư c đề xuất để làm rõ hiệu quả đối với khả năng hạn ch sóng hài trên lưới 
điện sinh ra bởi lò hồ qu ng điện. Bài báo có thể dùng làm tại liệu tham khảo cho các đơn vị cung 
cấp điện nhằm cải thiện CLĐN lưới phân phối có lò hồ qu ng điện. 
Từ khóa: 
Chất lư ng điện năng; lưới phân phối; tải phi tuy n; lò hồ qu ng điện, DVR; D-STATCOM 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 15 tháng 2-2018 33 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ 
Ngày nay ngành điện Việt Nam đang 
bước đầu chuyển sang vận hành theo mô 
hình thị trường, yêu cầu về cung cấp điện 
với chất lượng ngày càng nâng cao từ 
phía khách hàng thông qua các hợp đồng 
với các quy định rất cụ thể về độ tin cậy, 
chất lượng điện áp, tần số [1, 2]. Tuy 
nhiên, chất lượng điện năng (CLĐN) 
trong hệ thống điện luôn có nguy cơ bị 
làm xấu đi do nhiều nguyên nhân. Một 
trong các nguyên nhân cơ bản chính là 
việc tồn tại nhiều tải phi tuyến, đặc biệt 
trong các hệ thống phân phối điện [2, 3]. 
Gần đây, sự phát triển của công nghiệp 
sản xuất thép ở Việt Nam đã gây ra rất 
nhiều ảnh hưởng xấu đến CLĐN của lưới 
phân phối công nghiệp. Nguyên nhân là 
việc sử dụng các lò hồ quang điện - tải phi 
tuyến. Điện dẫn của lò hồ quang có dạng 
phi tuyến và biến thiên tương đối bất định 
gây ra những vấn đề CLĐN chính như 
dao động điện áp và sóng hài. Nhìn 
chung, công suất lò hồ quang càng lớn thì 
các vấn đề CLĐN trên càng trở nên trầm 
trọng. Trong lưới phân phối điện tại các 
khu công nghiệp có nhiều phụ tải gần các 
nhà máy sản xuất thép, sự than phiền của 
các khách hàng về CLĐN có những thời 
điểm đã trở nên rất nóng đối với các đơn 
vị quản lý và cung cấp điện. Việc tìm 
kiếm giải pháp hiệu quả nhằm hạn chế tác 
động xấu đến CLĐN của các lò hồ quang 
điện vẫn đang là vấn đề thời sự trong 
quản lý vận hành lưới phân phối điện 
hiện nay. 
Ngày nay, một trong những giải pháp hiệu 
quả cao nhằm đảm bảo CLĐN trong lưới 
phân phối là sử dụng các thiết bị 
D-FACTS. Các thiết bị này này sử dụng 
bộ nghịch lưu nguồn áp VSI (Voltage 
Source Inverter) có thể cho phép khắc 
phục nhiều hiện tượng CLĐN như biến 
thiên điện áp, sóng hài, dao động điện 
áp Đã có rất nhiều nghiên cứu ứng 
dụng các thiết bị D-FACTS như thiết 
bị phục hồi điện áp động DVR 
(Dynamic Voltage Restorer) nối tiếp 
trên đường dây [3, 4, 5] và thiết bị bù 
tĩnh D-STATCOM (Distribution Static 
Synchronous Compensator) nối song song 
với tải [3, 6, 7]. Tuy nhiên hiệu quả sử 
dụng của hai thiết bị này có thể khác nhau 
tùy theo các kịch bản và đối tượng áp 
dụng. Đến nay đã có nghiên cứu so sánh 
hiệu quả sử dụng DVR và D-STATCOM 
trong nâng cao CLĐN [8], tuy nhiên đối 
với các vấn đề CLĐN trong lưới phân 
phối gây ra bởi lò hồ quang, hiệu quả sử 
dụng DVR và D-STATCOM cần được 
kiểm chứng lại. Nhằm giúp làm sáng tỏ 
điều này, bài báo này sẽ phân tích so sánh 
hiệu quả cải thiện CLĐN của lưới phân 
phối điện có lò hồ quang sử dụng DVR và 
D-STATCOM. Bài báo sử dụng lưới phân 
phối IEEE 13 nút ba pha cân bằng với các 
tải tổng hợp cho trước [9] và tải phi tuyến 
là lò hồ quang. Việc mô phỏng lưới điện, 
lò hồ quang và các thiết bị D-FACTS trên 
đây với các kịch bản kết nối được xây 
dựng trên Matlab/Simulink. 
2. TỔNG QUAN VỀ CÁC THIẾT BỊ 
D-FACTS 
Các thiết bị D-FACTS có thể xem là 
thiết bị FACTS được sử dụng trong lưới 
phân phối. Như đã giới thiệu ở phần 
trước, trong bài báo này sẽ xem xét 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
34 Số 15 tháng 2-2018 
việc sử dụng hai thiết bị DVR và 
D-STATCOM. 
2.1. Thiết bị DVR 
Là một trong các thiết bị FACTS, DVR 
được kết nối nối tiếp trên các đoạn mạch 
điện với mục đích để hoặc là bảo vệ các 
phụ tải điện nhạy cảm với CLĐN, hoặc 
ngăn cản việc phát thải các vấn đề về 
CLĐN vào lưới điện từ một nguồn “gây ô 
nhiễm” về CLĐN. Một trong những ứng 
dụng phổ biến nhất của DVR là bảo vệ 
các phụ tải đối với sự kiện sụt giảm điện 
áp ngắn hạn do sự cố ngắn mạch trên lưới 
điện Bên cạnh đó DVR cũng có thể 
hoạt động như một tổng trở hạn chế phát 
thải sóng hài và bù các dao động điện áp 
[3, 4, 5]. 
Hình 1. Sơ đồ kết nối lƣới của DVR 
Hình 1 biểu diễn cấu trúc cơ bản của một 
DVR trong trường hợp ứng dụng điển 
hình, được nối giữa lưới và phụ tải thông 
qua máy biến áp kết nối. Về mặt cấu trúc, 
DVR sử dụng bộ biến đổi nguồn áp 
(VSC) với phía một chiều có thể sử dụng 
nhiều dạng nguồn năng lượng. Tùy thuộc 
vào biên độ điện áp bảo vệ phía tải (VL) 
mà DVR sẽ chèn một điện áp tương ứng, 
điện áp này được đo lường và so sánh với 
điện áp mẫu. Khi có sự chênh lệch điện 
áp, bộ nghịch lưu sẽ điều khiển nguồn áp 
để bổ sung vào một lượng điện áp bù phù 
hợp nhằm đảm bảo điện áp cho đối tượng 
được bảo vệ. Khả năng bù điện áp phụ 
thuộc lớn vào năng lực (công suất) của 
nguồn một chiều. 
2.2. Thiết bị D-Statcom 
Một dạng khác của D-FACTS là thiết bị 
D-STATCOM. Thiết bị này được kết 
nối song song với phụ tải cần bảo vệ 
hoặc song song với các nguồn gây ra 
các vấn đề CLĐN để hạn chế sự lan 
truyền các vấn đề CLĐN đó. Nhờ vậy, 
D-STATCOM có thể khắc phục được các 
ảnh hưởng về CLĐN như biến thiên điện 
áp, không đối xứng điện áp, sóng hài và 
bù công suất phản kháng trên lưới điện 
[3, 6, 7]. 
Hình 2. Sơ đồ khối điển hình của D-STATCOM 
Hình 2 minh họa trường hợp ứng dụng 
điển hình của D-STATCOM khi kết nối 
song song một D-STATCOM với phụ tải 
tại nút phụ tải kết nối với lưới điện (điểm 
kết nối chung - PCC). D-STATCOM 
được kết nối thông qua máy biến áp kết 
nối. Điện áp tại nút D-STATCOM nối 
vào (VL) sẽ được so sánh với một giá trị 
mẫu. Sự khác biệt điện áp sẽ được dùng 
làm tín hiệu để điều khiển bộ nghịch lưu 
nguồn áp của D-STATCOM bơm công 
suất phù hợp để nâng điện áp lên giá trị 
mong muốn. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 15 tháng 2-2018 35 
3. MÔ PHỎNG LÒ HỒ QUANG ĐIỆN 
Hồ quang điện được ứng dụng rộng rãi 
trong công nghiệp như luyện kim, sản 
xuất thép, hàn điện. Nhiệt lượng lớn của 
hồ quang được dùng để nấu chảy kim loại 
cho các mục đích trên đây. Các lò hồ 
quang điện dùng cho sản xuất thép thường 
có công suất lớn. Sự phi tuyến của điện 
dẫn hồ quang điện sẽ gây ra các vấn đề 
lớn về biến dạng sóng và dao động điện 
áp cho lưới điện và các phụ tải lân cận. 
Trong quá trình luyện thép sử dụng lò hồ 
quang, quá trình hồ quang lớn nhất xảy ra 
là quá trình nấu chảy kim loại. Do tính 
chất bất định của hồ quang và việc điều 
chỉnh khe hở giữa các điện cực khiến rất 
khó mô phỏng quá trình này. Trong các 
phương pháp mô phỏng lò hồ quang điện, 
bài báo sử dụng phương pháp mô phỏng 
dựa trên sự kết hợp giữa phương pháp 
Cassie và phương trình toán học Mayr 
[10]. Điện dẫn G của lò hồ quang điện 
trong giai đoạn nấu chảy có dạng như sau: 
2
min 2 2
0 0
2 2
2
0 0
1 exp
exp
i vi
G G
I E
i i dG
I P dt

 (1) 
vGi . 
Trong đó: 
i, v: Dòng điện và điện áp hồ quang; 
Gmin: Điện dẫn ban đầu giữa các điện cực 
khi hồ quang chưa sinh ra; 
Eo: Điện áp hồ quang không đổi ở trạng 
thái xác lập; 
Po: Tổn hao hồ quang không đổi; 
Io: Dòng điện chuyển dịch không đổi; 
: Hằng số thời gian của hồ quang. 
Việc mô phỏng phương trình điện dẫn hồ 
quang (1) được [10] xây dựng trên 
Matlab/Simulink (hình 6) sẽ được sử dụng 
trong bài báo này để tạo các vấn đề về 
CLĐN do lò hồ quang điện sinh ra trên 
lưới phân phối. 
4. XÂY DỰNG MÔ PHỎNG LƢỚI ĐIỆN 
CÓ LÒ HỒ QUANG VÀ CÁC KỊCH BẢN 
SỬ DỤNG THIẾT BỊ D-FACTS 
4.1. Lƣới điện mẫu 
Bài báo sử dụng lưới phân phối điện mẫu 
13 nút của IEEE (hình 3) đặc trưng cho 
lưới điện công nghiệp với một nguồn cấp 
(nút 650) và 12 nút tải [9]. Lò hồ quang 
điện được giả thiết nối vào nút 633 tương 
đối gần nguồn như một kịch bản thử 
nghiệm. Mô hình thử nghiệm này được sử 
dụng tương tự như lưới điện công nghiệp 
tại Việt Nam có lò hồ quang. 
4.2. Các kịch bản lắp đặt D-FACTS 
Để so sánh hiệu quả khắc phụ CLĐN của 
các thiết bị DVR và D-STATCOM trong 
lưới điện có lò hồ quang điện như trên, 
các giả thiết sau được đề xuất: 
 Vấn đề CLĐN: Bài báo xem xét khả 
năng DVR và D-STATCOM khắc phục 
được các vấn đề về sóng hài gây ra bởi lò 
hồ quang bằng cách đánh giá THD%. 
 Các kịch bản vị trí đặt DVR và 
D-STATCOM: Hai trường hợp vị trí đặt 
được xem xét. Kịch bản đầu tiên, đặt một 
DVR trên nhánh 632-645 hoặc đặt một 
D-STATCOM tại nút 632 gần nguồn 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
36 Số 15 tháng 2-2018 
như hình 4. Kịch bản thứ hai đặt 
D-STATCOM tại nút 692 xa nguồn. Đó là 
các vị trí có thể cho phép thấy được hiệu 
quả khắc phục CLĐN của các thiết bị 
D-FACTS này. 
Hình 3. Lƣới phân phối mẫu 13 nút 
Các thông số của D-FACTS và lò hồ 
quang được cho như bảng 1. 
Bảng 1. Lƣới điện mẫu và các thiết bị D-FACTS 
và lò hồ quang 
Nguồn HTĐ 12kV, 50Hz 
Các tham số của DVR 
Mạch lọc L=5 10-3(H); R=0.026; 
C=1.0 10-3(F) 
Máy biến áp 
kết nối 
10MVA, tỷ số biến 1:1 
tại 6.9kV 
Các tham số của D-STATCOM 
Mạch lọc L=0,6(H); R=1, C=4,210-3(F) 
Máy biến áp 
kết nối 
100MVA, tỷ số biến 1:1 
tại 12kV 
Mạch lò hồ quang điện 
Máy biến áp 
kết nối lò hồ 
quang 
Công suất 10MVA, tỷ số biến 
12/0,4kV 
RHV = 0,002pu; LHV = 0,04pu; 
RLV = 0,002pu; LLV = 0,04pu 
Cáp nối giữa 
lò và MBA 
kết nối 
RA = RB = RC = 0,0004; 
LA = LB = LC = 1.6x10
-5
H 
Lò hồ quang o=100.10
-6
; 1=110.10
-6
; 
Po=100; Io=10; Eo=200; 
Gmin=0,008; =0,05 [10] 
Hình 4. Lƣới điện mẫu có lò hồ quang điện
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 15 tháng 2-2018 37 
(a) 
(b) 
Hình 5. Mô hình của các thiết bị DVR (a) và D-STATCOM (b) trong Simulink 
4.3. Mô phỏng Simulink 
Hình 4 là mô phỏng simulink mô tả lưới 
điện mẫu trong đó có lắp đặt các thiết bị 
D-FACTS và lò hồ quang điện. Chi tiết 
mô phỏng simulink của các thiết bị DVR 
và D-STATCOM gồm cả phần điều khiển 
được cho trên hình 5. Các mô phỏng này 
được tham khảo trực tiếp từ [8] trong đó 
sự biến thiên của điện áp (chất lượng điện 
áp) được đo và so sánh với điện áp mẫu. 
Việc so sánh này được thực hiện thông 
qua phép biến đổi Park từ hệ tọa độ a-b-c 
sang hệ tọa độ d-q-0 và so sánh trong hệ 
d-q-0. Sự sai khác sẽ được biến đổi ngược 
trở lại từ d-q-0 về a-b-c, và khâu PWM 
generator được sử dụng để phát xung điều 
khiển cho bộ nghịch lưu phát điện áp hoặc 
công suất bù cho sự kiện chất lượng điện 
năng. 
Lò hồ quang điện được mô phỏng có 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
38 Số 15 tháng 2-2018 
tham khảo [10] trong đó các thông số máy 
biến áp kết nối được điều chỉnh lại cho 
phù hợp với lưới phân phối mẫu 13 nút 
(12kV). Các tham số lò hồ quang cho 
trong hệ đơn vị tương đối như bảng 1. Mô 
phỏng Simulink 1 pha lò hồ quang diễn tả 
hệ phương trình (1) như hình 6, 7. Ba pha 
ghép lại trong một subsystem “EAF” như 
kết nối vào lưới điện mẫu như trên hình 4. 
Hình 6. Mô hình điện dẫn 1 pha lò hồ quang trong Simulink 
Hình 7. Simulink Subsystem mô tả 1 pha lò hồ quang 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 15 tháng 2-2018 39 
5. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 
5.1. Kịch bản thứ nhất, thiết bị D-FACTS 
đặt gần nguồn 
Trong kịch bản bày bài báo lần lượt xét 
việc đặt thiết bị DVR và D-STATCOM 
tại nút 645 khá gần nguồn của lưới mẫu. 
Cụ thể như sau: 
(a) Trường hợp xét một thiết bị DVR đặt 
giữa nút 645 và 632 với tải lò hồ quang 
vận hành trong khoảng thời gian từ 0,2s 
đến 0,4s kết nối tại nút 633. Khi không có 
thiết bị DVR (DVR bị đấu tắt), điện áp 
nút 645 khi lò hồ quang làm việc cũng 
như phân tích phổ của biến dạng điện áp 
và chỉ số THD có dạng hình 8 và 9. Chỉ 
số THD tại nút 645 tương ứng sẽ là 
5,33%. Điện áp tại nút 645 giảm xuống 
còn 0,83p.u. 
Hình 8. Điện áp nút 645 khi lò hồ quang nối vào 
nút 633 hoạt động và chƣa đặt thiết bị 
D-FACTS 
Hình 9. Phân tích FFT biến dạng điện áp tại nút 
645 khi lò hồ quang nối vào nút 633 hoạt động 
và chƣa đặt thiết bị D-FACTS 
Nếu có thiết bị DVR nối trên nhánh 645 - 
632, điện áp và phân tích phổ sóng hài ở 
vị trí nút 645 có dạng hình 10 và 11 sau 
đây. Chỉ số THD tại nút 645 giảm xuống 
còn 4,54% và điện áp nút 645 là 0,975p.u. 
Điện áp hiệu dụng và chỉ số THD của các 
nút trên lưới điện khi lò hồ quang làm 
việc và có hoặc không xét đến DVR được 
cho trong bảng 2. 
Hình 10. Điện áp nút 645 khi lò hồ quang nối 
vào nút 633 hoạt động và có đặt thiết bị DVR 
giữa nút 645 và 632 
Hình 11. Phổ sóng hài điện áp nút 645 
khi lò hồ quang nối vào nút 633 hoạt động 
và có đặt thiết bị DVR giữa nút 645 và 632 
(b) Trường hợp xét một thiết bị 
D-STATCOM nối tại nút 645 với tải lò hồ 
quang vận hành trong khoảng thời gian từ 
0,2s đến 0,4s tiếp tục được kết nối tại nút 
633. Khi đó điện áp tại nút 645 và chỉ số 
THD đo được tại nút này cũng được cải 
thiện gần giống trường hợp dùng thiết bị 
DVR tức là điện áp nút 645 là 0,98p.u và 
chỉ số THD là 4,53%. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
40 Số 15 tháng 2-2018 
Bảng 2. Thông số trƣớc và sau khi có DVR, 
kịch bản thứ nhất 
Nút Điện áp 
CĐXL 
chưa có 
LHQ 
Điện áp 
CĐLX 
khi có 
LHQ 
THD% 
khi có 
LHQ 
Điện áp 
CĐXL có 
LHQ và 
không có 
DVR 
THD% 
khi có 
LHQ và 
có DVR 
650 1,0 1,0 0 1,0 0 
632 0,98 0,87 5,30 0,87 5,30 
633 0,98 0,81 7,22 0,81 7,22 
634 0,96 0,78 0,96 0,78 0,96 
645 0,97 0,83 5,33 0,975 4,54 
646 0,96 0,84 5,33 0,97 4,52 
671 0,98 0,85 5,34 0,86 5,34 
680 0,97 0,84 5,34 0,84 5,34 
684 0,96 0,84 5,36 0,84 5,36 
652 0,95 0,83 5,33 0,83 5,33 
611 0,95 0,83 5,46 0,83 5,46 
692 0,96 0,84 5,34 0,85 5,34 
675 0,95 0,83 5,48 0,83 5,48 
Hình 12. Điện áp nút 645 khi lò hồ quang nối 
vào nút 633 hoạt động và có đặt thiết bị 
D-STATCOM tại nút 645 
Hình 13. Phổ sóng hài điện áp nút 645 khi lò hồ 
quang nối vào nút 633 hoạt động và có đặt thiết 
bị D-STATCOM tại nút 645 
Bảng 3. Thông số trƣớc 
và sau khi có D-STATCOM, kịch bản thứ nhất 
Nút Điện áp 
CĐXL 
chưa có 
LHQ 
Điện áp 
CĐLX 
khi có 
LHQ 
THD% 
khi có 
LHQ 
Điện áp 
CĐLX có 
LHQ và có 
D-
STATCOM 
THD% khi 
có LHQ và 
có D-
STATCOM 
650 1,0 1,0 0 1,0 0 
632 0,98 0,87 5,30 0,98 4,58 
633 0,98 0,81 7,22 0,89 6,23 
634 0,96 0,78 0,96 0,86 0,68 
645 0,97 0,83 5,33 0,98 4,53 
646 0,96 0,84 5,33 0,97 4,58 
671 0,98 0,85 5,34 0,97 4,62 
680 0,97 0,84 5,34 0,96 4,62 
684 0,96 0,84 5,36 0,96 4,90 
652 0,95 0,83 5,33 0,96 4,90 
611 0,95 0,83 5,46 0,96 4,61 
692 0,96 0,84 5,34 0,95 4,62 
675 0,95 0,83 5,48 0,94 4,71 
5.2. Kịch bản thứ hai, thiết bị D-FACTS 
đặt xa nguồn 
Trong kịch bản bày bài báo lần lượt xét 
việc đặt thiết bị DVR và D-STATCOM 
tại nút 692 khá gần nguồn của lưới mẫu. 
Cụ thể như sau: 
(a) Các thiết bị DVR đặt giữa nút 671 và 
692 với tải lò hồ quang tại vận hành trong 
khoảng thời gian từ 0,2s đến 0,4s kết nối 
tại nút 633. Khi đó, phân tích phổ của 
biến dạng sóng điện áp tại nút 692 khi có 
và không có thiết bị DVR có dạng hình 14 
và 15 sau đây. 
Bảng 4 tổng hợp điện áp các nút khác trên 
lưới điện mẫu và chỉ số THD tương ứng 
khi đặt thiết bị DVR giữa nút 671 và nút 
692. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 15 tháng 2-2018 41 
Hình 14. Phổ sóng hài điện áp nút 692 khi lò hồ 
quang nối vào nút 633 hoạt động và chƣa có 
đặt thiết bị DVR 
Hình 15. Phổ sóng hài điện áp nút 692 khi lò hồ 
quang nối vào nút 633 hoạt động và có đặt thiết 
bị DVR giữa nút 671 và nút 692 
Ngoài các nút 675 và 692, các THD% 
không cải thiện là do nằm khác nhánh đặt 
DVR, bản thân DVR có bộ lọc và bộ lọc 
này chỉ lọc nối tiếp các tính hiệu qua nó 
và do máy biến áp của DVR đấu nối tiếp. 
Điều này cũng có kết quả tương tự cho 
kịch bản 1, bảng 2. 
Bảng 4. Thông số trƣớc và sau khi có DVR, 
kịch bản thứ hai 
Nút Điện áp 
CĐXL 
chưa có 
LHQ 
Điện áp 
CĐLX 
khi có 
LHQ 
THD% 
khi có 
LHQ 
Điện áp 
CĐLX có 
LHQ và 
DVR 
THD% khi có 
LHQ và có 
DVR 
650 1,0 1,0 0 1,0 0 
632 0,98 0,87 5,30 0,87 5,30 
633 0,98 0,81 7,22 0,81 7,22 
634 0,96 0,78 0,96 0,78 0,96 
645 0,97 0,83 5,33 0,85 5,33 
646 0,96 0,84 5,33 0,84 5,30 
671 0,98 0,85 5,34 0,85 5,34 
680 0,97 0,84 5,34 0,84 5,34 
684 0,96 0,84 5,36 0,84 5,36 
652 0,95 0,83 5,33 0,83 5,33 
Nút Điện áp 
CĐXL 
chưa có 
LHQ 
Điện áp 
CĐLX 
khi có 
LHQ 
THD% 
khi có 
LHQ 
Điện áp 
CĐLX có 
LHQ và 
DVR 
THD% khi có 
LHQ và có 
DVR 
611 0,95 0,83 5,46 0,83 5,46 
692 0,96 0,84 5,34 0,96 4,63 
675 0,95 0,83 5,48 0,97 4,53 
(b) Các thiết bị D-STATCOM tại nút 692 
trong khi phụ tải lò hồ quang vận hành 
trong khoảng thời gian từ 0,2s đến 0,4s 
vẫn được kết nối tại nút 633. Khi đó phổ 
sóng hài của điện áp tại nút 692 được cho 
ở hình 16. Bảng tổng hợp điện áp hiệu 
dụng và chỉ số THD của tất cả các nút 
trên lưới điện được cho ở bảng 5. 
Bảng 5. Thông số trƣớc và sau khi có 
D-STATCOM, kịch bản thứ hai 
Nút Điện áp 
CĐXL 
chưa có 
LHQ 
Điện áp 
CĐLX 
khi có 
LHQ 
THD% 
khi có 
LHQ 
Điện áp 
CĐLX khi 
có LHQ và 
D-
STATCOM 
THD% khi có 
LHQ và có 
D-
STATCOM 
650 1,0 1,0 0 1,0 0 
632 0,98 0,87 5,30 0,90 4,89 
633 0,98 0,81 7,22 0,84 6,65 
634 0,96 0,78 0,96 0,81 0,83 
645 0,97 0,83 5,33 0,91 4,89 
646 0,96 0,84 5,33 0,90 4,89 
671 0,98 0,85 5,34 0,98 4,40 
680 0,97 0,84 5,34 0,97 4,40 
684 0,96 0,84 5,36 0,98 4,92 
652 0,95 0,83 5,33 0,96 4,92 
611 0,95 0,83 5,46 0,96 6,04 
692 0,96 0,84 5,34 0,98 4,40 
675 0,95 0,83 5,48 0,98 4,71 
Hình 16. Phổ sóng hài điện áp nút 692 
khi lò hồ quang nối vào nút 633 hoạt động 
và có đặt thiết bị D-STATCOM tại nút 692 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
42 Số 15 tháng 2-2018 
Nhận xét: 
Khi mạch chỉ có tải tuyến tính điện áp xác 
lập (cột đầu của các bảng 2-5) điện áp tại 
các nút tải ổn định và chỉ số THD rất nhỏ. 
Hình 17. Phân tích FFT biến dạng điện áp tại 
nút 633 khi lò hồ quang nối vào nút 633 hoạt 
động trong chu kỳ đầu nối LHQ có THD cao 
Khi kết nối tải phi tuyến (lò hồ quang), 
điện áp tại các nút tải giảm rõ rệt và sóng 
hài bị bơm vào hệ thống. Khi mới kết nối 
lò hồ quang vào hệ thống, sóng hài sinh ra 
lớn (chỉ số THD gần bằng 30%-40%) 
trong khoảng 3 chu kỳ (hình 17) và giảm 
dần đến xác lập khi lò hồ quang vận hành 
vào giai đoạn cháy ổn định thì chỉ số 
THD giảm xuống và có giá trị xác lập (giả 
lập cho mô phỏng tại nút 633 có chỉ số 
THD xác lập là 7,22%). 
Các nút lân cận lò hồ quang do phụ thuộc 
các thông số đường dây, tính chất phụ tải, 
nên chỉ số THD giảm dần, các nút càng xa 
thì bị ảnh hưởng càng nhỏ và đặc biệt nếu 
các phụ tải sau máy biến áp với tổ nối dây 
Y/Y (634) gần như không bị ảnh hưởng 
bởi sóng hài mà chỉ ảnh hưởng bởi dao 
động về biên độ điện áp. 
Các phụ tải có tính dung (611; 675) và 
các phụ tải kết nối lân cận nó bị ảnh 
hưởng và có chỉ số THD lớn hơn và khả 
năng ổn định chỉ số THD lâu hơn (khoảng 
5 chu kỳ) sau đó cũng xác lập về một trị 
số (các bảng 2-5). 
Khi lắp đặt DVR vào hệ thống: 
 Tất cả các phụ tải phía sau DVR phục 
hồi biên độ điện áp, chỉ số THD nhỏ hơn 
mức tiêu chuẩn (5%); các phụ tải sau 
MBA Y/Y cũng có chỉ số THD nhỏ. 
 Các phụ tải khác lân cận vị trí lò hồ 
quang có biên độ điện áp giảm, chỉ số 
THD lớn hơn mức tiêu chuẩn (5%) như 
thể hiện trong bảng thống kê. Điều này 
làm gia tăng tổn thất công suất do sóng 
hài cũng như có thể làm các phụ tải ngừng 
làm việc hoặc làm việc sai do chất lượng 
điện áp không đảm bảo. 
Khi lắp đặt D-STATCOM vào hệ thống: 
Tất cả các phụ tải phía sau D-STATCOM 
đều được phục hồi điện áp, chỉ số THD 
giảm sâu và nhỏ hơn mức tiêu chuẩn 
(5%). Các phụ tải lân cận không những 
được phục hồi điện áp tương ứng mà còn 
được cải thiện chỉ số THD rõ rệt (bảng 
thống kê 2-5). 
6. KẾT LUẬN 
Bài báo đã phân tích hiệu quả của việc sử 
dụng DVR và D-STATCOM nhằm cải 
thiện CLĐN của lưới phân phối điện có lò 
hồ quang điện. Đây là một nghiên cứu có 
ý nghĩa giúp đề xuất giải pháp cho việc 
khắc phục CLĐN trong lưới phân phối 
công nghiệp. Dựa trên việc mô phỏng 
MatLab/Simulink đối với lưới phân phối 
điện sử dụng lưới mẫu IEEE 13 nút có lò 
hồ quang điện, bài báo đã xét các kịch bản 
sử dụng thiết bị D-FACTS. Kết quả phân 
tích cho thấy nhìn chung DVR chỉ phục 
hồi hiện tượng sụt giảm điện áp và giảm 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 15 tháng 2-2018 43 
chỉ số THD cho các phụ tải phía sau nó, 
nghĩa là DVR chỉ bảo vệ cho các thiết bị 
được xác định trước mà ít có tác dụng cải 
thiện CLĐN cho phụ tải toàn hệ thống. 
Trong khi đo D-STATCOM là thiết bị bù 
ngang có thể lắp bất kỳ ở vị trí nào trong 
lưới phân phối và có tác dụng cải thiện 
CLĐN cho nhiều phụ tải ở lân cận vị trí 
đặt D-STATCOM, tức là có tác dụng tốt 
hơn về mặt cải thiện CLĐN cho hệ thống. 
Với việc phát triển khoa học kỹ thuật 
trong lĩnh vực ứng dụng điện tử công suất 
trong hệ thống điện, giá thành của các 
thiết bị D-FACTS sẽ giảm dần và việc sử 
dụng thiết bị này như giải pháp cải thiện 
CLĐN trên lưới phân phối điện bởi các 
đơn vị quản lý lưới điện sẽ ngày càng 
nhiều. Khi đó lựa chọn vị trí và công suất 
các thiết bị D-FACTS sẽ đặt ra bài toán 
tối ưu hóa và là hướng phát triển cho 
nghiên cứu của bài báo này. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Thông tư 39 /2015/TT-BCT ngày 18/11/2015 Quy định hệ thống điện ph n phối. 
[2] M. Bollen “Underst nding Power Quality Problems - Volt ge S gs nd Interruptions” IEEE Press 
Series on Power Engineering John Wiley and Sons, Piscataway, USA (2000). 
[3] A. Ghosh and G. Ledwich, Power Quality Enhancement Using Custom Power Devices, Kluwer 
Academic Publishers. ISBN 14020-7180-9, 2002. 
[4] T. Devaraju, V. C. Reddy and M. Vijaya Kumar, Performance of DVR under different voltage sag 
and swell conditions, VOL. 5, NO. 10, OCTOBER 2010 
[5] R. Om r nd N. . R him “Mitig tion Of Volt ge S gs/Swells Using Dyn mic Volt ge Restorer 
(DVR)” ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, Vol.. 4, No. 4, 2009, pp. 50-56. 
[6] P. S. Sensarma, K. R. Padiyar and V. Ramanarayanan, "Analysis and performance evaluation of a 
distribution STATCOM for compensating voltage fluctuations," in IEEE Transactions on Power 
Delivery, vol. 16, no. 2, pp. 259-264, Apr 2001. 
[7] B. Singh, A. Adya, A. P. Mittal and J. R. P. Gupta, "Modeling, Design and Analysis of Different 
Controllers for DSTATCOM," 2008 Joint International Conference on Power System Technology 
and IEEE Power India Conference, New Delhi, 2008, pp. 1-8. 
[8] Nguyen Van Minh, Bach Quoc Khanh, Pham Viet Phuong, Comparative simulation results of DVR 
and D-STATCOM to improve voltage quality in distributed power system, Proceedings, pp. 210-
213, IEEE-ICSSE2017, Ho Chi Minh city, 2017. 
[9] IEEE Distribution Pl nning Working Group Report “R di l distribution test feeders” IEEE 
Transactioins on Power Systems, August 1991, Volume 6, Number 3, pp. 975-985. 
[10] B ch Quoc Kh nh M tL b/Simulink’s Modeling of Power Qu lity Issues in Industrial Distribution 
System with the Presence of Electric Arc-Furnace, Journal of Sience and Technology, Hanoi 
University of Industry, No 41, trang 15-17, 2017 (bản ti ng nh). 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
44 Số 15 tháng 2-2018 
Giới thiệu tác giả: 
Tác giả Nguyễn Văn Minh nhận bằng Thạc sĩ năm 2016 tại Đại học Sư phạm Kỹ 
thuật TP Hồ Ch Minh. 
Lĩnh vực nghiên cứu: hệ thống cung cấp điện công nghiệp; thi t bị điện công 
nghiệp; chất lư ng điện năng lưới ph n phối; các thi t bị F CTS D-FACTS; tối ưu 
kỹ thuật và chi ph lưới cung cấp; năng lư ng mới. 
Tác giả Bạch Quốc Khánh nhận bằng Ti n sĩ năm 2002 tại Trường Đại học Bách 
kho Hà Nội. 
Lĩnh vực nghiên cứu: lưới cung cấp điện; chất lư ng điện năng lưới ph n phối; các 
thi t bị F CTS D-F CTS; ngắn mạch; tiêu chuẩn n toàn điện. 
Tác giả Phạm Việt Phương nhận bằng Ti n sĩ năm 2009 tại Viện Công nghệ Tokyo, 
Nhật Bản. 
Lĩnh vực nghiên cứu: tự động hóa các thi t bị điện công nghiệp; các bộ điều khiển thi t 
bị FACTS, D-FACTS; tối ưu hó kỹ thuật và chi phí thi t bị.