Phân tích, đánh giá và giảm thiểu sóng hài trong lưới điện khi có kết nối hệ thống pin năng lượng mặt trời

Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 67, 6 - 2020 85
PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ VÀ GIẢM THIỂU SÓNG HÀI 
TRONG LƯỚI ĐIỆN KHI CÓ KẾT NỐI 
HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 
Lê Đức Tùng*, Nguyễn Quốc Minh 
Tóm tắt: Hệ thống pin năng lượng mặt trời đang ngày càng phổ biến do những 
ưu điểm của nó so với các nguồn năng lượng truyền thống. Nhưng bên cạnh đó, hệ 
thống này cũng gây ra những ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng điện năng của hệ 
thống điện. Trong bài báo này, tác giả tập trung nghiên cứu, đánh giá chỉ số méo 
sóng điện áp THDv trong lưới điện phân phối khi kết nối hệ thống pin năng lượng 
mặt trời và đề xuất giải pháp sử dụng bộ lọc để giảm thiểu ảnh hưởng sóng điều 
hoà bậc cao. Nghiên cứu được thực hiện trên mô hình hệ thống pin năng lượng mặt 
trời, lưới điện mẫu IEEE-13 nút được xây dựng trên phần mềm Matlab/Simulink. 
Các kết quả mô phỏng tính toán đã chỉ ra được tính đúng đắn và thiết thực của 
nghiên cứu. 
Từ khóa: Kỹ thuật điện-điện tử; Kỹ thuật điện; Hệ thống pin năng lượng mặt trời; Sóng hài trong hệ thống điện. 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ 
Với sự cạn kiệt của các nguồn năng lượng hoá thạch, năng lượng tái tạo ngày càng 
được quan tâm và đầu tư, hướng đến phát triển bền vững, hài hoà giữa kinh tế và môi 
trường sống. Nằm gần đường xích đạo và có bờ biển trải dài, vị trí địa lý đã ưu ái cho Việt 
Nam có một nguồn năng lượng tái tạo vô cùng lớn, đặc biệt là năng lượng mặt trời và năng 
lượng gió. Cường độ bức xạ mặt trời của nước ta ở mức cao, trung bình đạt từ 4 đến 
5kWh/m2 mỗi ngày [1]. Trong bối cảnh các nguồn thuỷ điện đã đạt giới hạn và dừng phát 
triển năng lượng nguyên tử, thì hệ thống pin năng lượng mặt trời PV (Photovoltaic) là giải 
pháp tốt để đảm bảo an ninh năng lượng, phát triển bền vững đất nước. 
Tuy nhiên, ứng dụng hệ thống PV trong việc cung cấp điện gặp những khó khăn và rào 
cản nhất định về mặt kỹ thuật. Một trong những vấn đề phát sinh đó là sóng hài. Khi hệ 
thống PV kết nối lưới điện sẽ có hai nguồn gây ra sóng hài: thứ nhất là do thiết bị phi 
tuyến của mạch kết nối (Diode, IGBT, Thyristor, ) và thứ hai là do việc biến đổi từ dòng 
một chiều thành dòng xoay chiều thông qua các bộ DC/DC, DC/AC. Sự tồn tại sóng điều 
hòa bậc cao gây ảnh hưởng tới tất cả các thiết bị và lưới điện. Chúng gây ra quá áp, méo 
điện áp lưới, giảm chất lượng điện năng, làm tăng tổn thất và giảm tuổi thọ các thiết bị 
điện-điện tử [2]. 
Hiện nay, có rất nhiều nghiên cứu về sóng hài trong hệ thống PV kết nối lưới điện. 
Trong [3, 4], các tác giả đã trình bày ảnh hưởng của của các nguồn phân tán (gió, mặt trời) 
đến chỉ số sóng hài của lưới điện. Tuy nhiên, nghiên cứu chưa đề cập đến giải pháp giảm 
sóng hài. Trong [5-8], các tác giả nghiên cứu thiết kế các bộ lọc ứng dụng để lọc sóng hài 
do các bộ biến đổi điện tử công suất gây nên. Các nghiên cứu này không đề cập đến tính 
chất hệ thống khi kết nối PV vào lưới điện. 
Trong nội dung bài báo này, tác giả nghiên cứu đánh giá chỉ số méo dạng sóng hài 
THDv (Total Harmonic Distortion of the Voltage) của lưới điện khi kết nối hệ thống PV. 
Hai vấn đề được tập trung: một là đánh giá chỉ số sóng hài THDv theo mức độ xâm nhập 
của hệ thống PV (lượng công suất PV nối lưới), theo cấp điện áp điểm đấu nối; hai là đánh 
giá hiệu quả của bộ lọc sóng hài với đến chỉ số THDv trên lưới điện. 
Phần tiếp theo của bài báo giới thiệu mô hình toán học mô tả hệ thống PV. Mô hình 
hoá hệ thống được xây dựng trong phần mềm Matlab/simulink và kết quả mô phỏng với 
Kỹ thuật điều khiển & Điện tử 
L. Đ. Tùng, N. Q. Minh, “Phân tích, đánh giá  hệ thống pin năng lượng mặt trời.” 86 
lưới điện đơn giản và lưới điện chuẩn IEEE – 13 nút được trình bày trong mục 3. Cuối 
cùng là kết luận và các định hướng nghiên cứu tiếp theo được trình bày trong mục 4. 
2. MÔ HÌNH HỆ THỐNG PV NỐI LƯỚI 
Hình 1. Cấu trúc hệ thống PV. 
Một hệ thống PV bao gồm hai phần chính: các tấm PV được cấu thành từ các tế bào 
quang điện, bộ biến đổi điện tử công suất DC-DC và bộ tìm điểm công cuất cực đại MPPT 
(Maximum Power Point Tracker) được mô tả như hình 1. Để kết nối hệ thống PV vào lưới 
điện, chúng ta phải sử dụng các bộ biến đổi điện tử công suất DC/AC [3, 4, 9]. 
2.1. Mô hình tấm pin năng lượng mặt trời 
Pin mặt trời hay còn gọi là pin quang điện là thiết bị ứng dụng hiệu ứng quang điện 
trong lớp bán dẫn (thường gọi là hiện tượng quang dẫn) để tạo ra dòng điện một chiều khi 
được chiếu sáng [3, 9]. 
Hình 2. Mạch tương đương của tế bào pin mặt trời. 
Khi được chiếu sáng thì các tế bào pin mặt trời phát ra một dòng quang điện Iph, vì vậy, 
pin mặt trời có thể xem như một nguồn dòng như ở sơ đồ hình 2. 
Phương trình đặc tính I – V của một tế bào pin mặt trời được viết: 
I = I − I − I = I − I e
(.)
.. − 1 −
V + I. R
R
, (1) 
trong đó: 
ID: Dòng qua diode (A); 
Is: Dòng bão hòa qua diode (A); 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 67, 6 - 2020 87
q: Điện tích electron(q = 1,602.10-19 (C)); 
k: Hằng số Boltzman, k = 1,381.10-23 (J/K); 
T: Nhiệt độ lớp tiếp xúc (K); 
n: Hệ số lý tưởng của diode; 
VD: Điện áp nhiệt (V); 
IPV: Dòng điện ra của pin mặt trời (A); 
VPV: Điện áp ra của pin mặt trời (V); 
Rsh: Điện trở shunt Rsh, đặc trưng cho dòng diện rò qua lớp tiếp xúc p – n; 
Rs: Ðặc trưng cho tổng các điện trở của các lớp bán dẫn. 
Dòng điện Iph là hàm số của cường độ ánh sáng trên mặt tế bào quang điện G và nhiệt 
độ T: 
I = I
G
G
[1 + (T − T)], (2) 
với IphR là dòng điện ngắn mạch tại cường độ ánh sáng GR và nhiệt độ TR quy chuẩn; T là 
hệ số nhiệt độ của dòng quang điện. 
Xét tấm pin quang điện được xây dựng từ việc ghép nối tiếp Ns các tế bào pin mặt trời 
thành các module và và ghép song song Np các module lại lại, thì phương trình đặc tính I – 
V tổng quát như sau: 
I = . I − . I − I 
= . I − . I e
(.)
... − 1 −
V + I. R
R
(3) 
Sử dụng các hệ số của thiết bị và các phương trình toán học trên, chúng ta có thể dễ 
dàng mô hình hoá các tế bào quang điện và xây dựng mô hình tấm PV phục vụ cho nghiên 
cứu đánh giá hoạt động của chúng. Điện áp một chiều của PV có thể được nâng lên mức 
mong muốn xác định bằng cách sử dụng bộ tăng áp DC-DC. Ngoài ra, bộ MPPT được sử 
dụng kết hợp trong bộ chuyển đổi DC-DC để tối ưu công suất PV [3, 4]. 
2.2. Mô hình bộ biến đổi DC-DC (Boost converter) và điều khiển bám điểm công suất 
cực đại (MPPT) 
Trong hệ thống PV, bộ biến đổi Boost được sử dụng vì yêu cầu điện áp ra cao hơn điện 
áp vào. Nguyên lý hoạt động của bộ biến đổi này dựa vào đặc tính trữ và phóng năng 
lượng của cuộn dây. Mô hình bộ biến đổi Boost có cấu hình đầy đủ như được trình bày 
trong hình 3. 
Hình 3. Mô hình bộ biến đổi Boost DC-DC. 
Mối quan hệ giữa điện áp, dòng điện đầu vào và đầu ra của bộ biến đổi Boost: 
V
V
=
1
1 − D
; 
I
I
= 1 − D, (4) 
với D đặc trưng cho thời điểm chuyến khóa Diode, 0<1<D (hình 4). 
88
năng chuy
có th
dụng nhiều ph
(Perturb
11]. Trong đó, phương pháp IC đư
đơn gi
MPP, đ
điểm MPP (h
Ngoài ch
ể điều khiển đ
Để xác định điểm công suất cực đại MPP (Maximum Power Point), ng
Phương pháp IC d
M
Nếu xét trong khoảng thời gian 
ản, xác định nghiệm nhanh v
ộ dốc n
ặt khác, ta có:
ển đổi nguồn một chiều không ổn định th
 and Observe), phương pháp đi
L. Đ. Tùng
ức năng biến đổi giá trị điện áp một chiều, bộ biến đổi DC
ình 5):
Hình 4.
ương pháp khác nhau, ví d
Hình 5
ày có giá tr
ược (h
, N
ựa tr
. Q
ình 4). 
 D
. Đ

. Minh
ạng sóng điện áp v
ặc tính P(V) của pin năng l
ên đ
ị d
dP
dP
ặc điểm: độ dốc của đ
ương khi 
dP
/dV
/dV
dP
dV
, “
ợc lựa chọn sử dụng trong b
à không ph
/dV
>
<
=
Phân tích, đánh giá 
0
0,
d
t r
dP
dV
ện dẫn 
ở b
= 0
, ở 
ở b
(V.
dV
ất nhỏ, ta có thể viết:
=
ụ: ph
ên trái đi
, tạ
bên
ên
I)
I +
à dòng 
tăng d
ải đo công xuất đầu ra của PV.
i đ
 tr
 ph
= I
V
ương pháp nhi
iểm
ái đ
ải 
+
∆I
∆V
ành ngu
đi
ần IC (Incremental Conductance) [10, 
ểm MPP v
 MPP
iểm
điể
V
dI
dV
ện tr
ượng mặt trời
ường đặc tính P(V) bằng 0 tại điểm 
 MPP
m MPP
 hệ
ên cu
K
 thố
ồn điện một chiều ổn định v
ài báo này
 
ỹ thuật điều khiển & Điện tử
ng pin năng lư
ộn dây L.
ễu loạn v
à gía tr

 [11].

ị âm khi ở b

-
ư
à quan sát P&O 
, do có ưu đi

ợ
DC còn có kh
ời ta có thể sử 
ng mặ
ên ph
t trời.
ểm l
”
ả 
à 
à 
ải 
(5) 
(6)
(7)
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 67, 6 - 2020 89
Như vậy, (5) trở thành: 

∆I/∆V = −I/V, tại điểm MPP
∆I/∆V > −/, ở ê á để 
∆I/∆V < −/, ở ê ℎả để 
 (8) 
Hình 6. Lưu đồ thuật toán IC. 
Phương pháp IC điều khiển trực tiếp hệ số D để tìm điểm công suất cực đại theo sơ 
đồ thuật toán (hình 6) [10, 11]. Bằng cách so sánh giá trị điện dẫn tức thời (I/V) với giá 
trị điện dẫn gia tăng (∆I/∆V), thuật toán này sẽ tìm được điểm làm việc có công suất lớn 
nhất. Tại điểm MPP, điện áp chuẩn Vref = VMPP. Mỗi khi điểm MPP được tìm ra, hoạt 
động của pin lại được duy trì ở điểm làm việc này trừ khi có sự thay đổi về dòng điện ∆I, 
sự thay đổi của dòng điện ∆I thể hiện sự thay đổi của điều kiện môi trường (nhiệt độ, 
cường độ ánh sáng). 
Với thuật toán này, nếu điểm hoạt động vẫn ở điểm MPP (điều kiện ΔV = 0) và điều 
kiện bức xạ không thay đổi (ΔI = 0) thì sẽ không phải điều chỉnh dòng điện hoạt động. 
Nếu như bức xạ tăng (ΔI > 0) thì dòng điện MPP tăng, nên thuật toán INC phải tăng hệ số 
D để tăng điện áp nhằm bám được điểm MPP. Ngược lại, nếu bức xạ giảm (ΔI < 0) thì sẽ 
giảm hệ số D. 
Sau khi qua bộ DC-DC, tín hiệu tiếp tục đưa qua bộ nghịch lưu nguồn áp 3 pha để kết 
nối với lưới điện xoay chiều. Hệ thống điều khiển nghịch lưu sử dụng hai mạch vòng điều 
khiển. Thứ nhất là mạch vòng điều khiển phía ngoài để điều chỉnh được điện áp xoay 
chiều dựa trên tín hiệu một chiều đưa vào. Trong khi đó, mạch vòng điều khiển thứ hai để 
+ +- -
90
điều khiển đáp ứng theo tín hiệu phản hồi từ l
cách đ
2.3. L
trong tiêu chu
đơn gi
tần nhất định
số điều h
một giải pháp lý t
do h
DC
tần số nhỏ h
mối t
mạch v
chuy
cu
(15% 
với V
điều khiển bán dẫn. 
điện dung C v
vào t
Kết quả l
ph
Đi
với hệ số 
định mức của hệ thống PV v
Để nâng cao chất l
Bộ lọc l
Trong nghiên c
ệ thống PV gây ra. Cấu trúc bộ lọc LC bao gồm cuộn cảm nối tiếp với bộ nghịch l
-AC và t
Để thiết kế bộ lọc thông thấp cho hệ thống PV, giá trị cuộn cảm L đ
ển mạch v
ộn dây cũng tăng l
Vi
ải lớn để đáp ứng các y
ện dung C đ
ồng bộ [3, 4, 9]. 
ọc sóng h
ản v
ương quan v
à d
- 25%) dòng 
DC 
ệc lựa chọn giá trị tụ điện dựa v
ụ c
à cho hi
à thi
òa d
ẫn điện của van điều khiển bán dẫn v
là đi
àng nhi
à hi
L. Đ. Tùng
ẩn l
 đi qua đ
ễ xuất hiện trong l
ụ điện lắp song song với bộ nghịch l
ơn t
ện áp một chiều đầu v
ệu suất sẽ giảm. Điện dung cũng không thể quá nhỏ. Nếu không, độ tự cảm sẽ 
 thư
ài
ết bị tạo ra đặc tuyến tần số định tr
ần số cắt đi qua (h
à d
à trong đi
ều v
ược xác định dựa v
ờng đ
à v
ệu quả cao [5
ưởng do thiết kế đ
ứu 
ới độ nhấp nhô d
ẫn điện của van c
đi
, N
ư
ấn đề tất yếu. Sử dụng bộ lọc sóng h
ồng thời loại bỏ những dải tần khác. Khi phải lọc một dải nhiều tần 
này, tác gi
ên. Thông thư
ện định mức. Giá trị cuộn cảm L đ
à nhu c
ược chọn d
. Q
ợng điện năng th
ện cảm L. Giá trị điện dung c
. Minh
Hình 7. 
ầu d
êu c
à V
-
ư
òng 
ầu độ suy giảm, dẫn đến sụt áp tăng cao tr
đm
, “
7]. 
ới điện có kết nối hệ thống PV, bộ lọc thông thấp LC l
ả đề xuất sử dụng bộ lọc thông thấp LC để giảm sóng h
ình 7).
ờng, độ nhấp nhô tối đa có thể đ
L =
ào công th
C
ưới 15%, f
 là đi
Phân tích, đánh giá 
Bộ lọc thông thấp LC [6]
ơn gi
òng 
àng th
1
8
ào c
đi
=
ì vi
ản v
đi
∆
ủa bộ DC/AC, 
ào s
ện từ điện cảm L v

2
ện áp định mức tại điểm đặt tụ.
ệc áp dụng các b
ện 
ấp, nh
V

ự t
ức sau [5
. P
. 
0 
ư
à kh
 i
. 
ương quan gi
đ
. Vđ

là t
ới điện để có thể kết nối hệ thống PV một 
ư
ả năng lọc hiệu quả. 
ưu. B
r (current ripple); gi
à t
ưng cu

ần số định mức l
ớc m
ổn thất c
-
à ch
ộ lọc n
ộn cảm c
ược xác định bởi công thức [5
fsw
àng l
7]: 
 hệ
ài th
u
 là t
ữa công suất phản kháng trong 
ớn, công suất phản kháng chảy 
à các chuy
K
 thố
. 
iện pháp để giới hạn sóng h
ụ động l
ức năng của nó l
ày ch
ộn dây. 
ần số chuyển mạch của van 
ỹ thuật điều khiển & Điện tử
ng pin năng lư
àng l
ư
ỉ cho phép sóng h
ữa tổn thất do chuyển 
ược chọn trong khoảng 
ới điện, P
à m
 ir 
ớn, dẫn đến tổn thất 
ển mạch c
ột ph
ược lựa chọn theo 
càng nh
ên cu
ợ
à cho m
đm 
ng m
ương pháp 
ỏ, tổn thất 
àng nhi
ộn cảm L. 
là công su
ặt trời.
ột dải 
ài có 
-7]:
(10)
”
ài 
à 
ài 
ưu 
(9)
ều. 
ất 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 67, 6 - 2020 91
3. MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PV NỐI LƯỚI 
Mô hình hệ thống PV kết nối lưới trong phần mềm Matlab/Simulink được giới thiệu 
trong hình 8. Đây là mô hình được thiết kế dựa trên cơ sở lý thuyết trình bày ở phần 2 của 
bài báo với công suất hệ thống PV là 100 kW, điện áp đầu ra của bộ DC-DC là 500V, điện 
áp đầu ra của bộ DC-AC là 260V. 
Hình 8. Mô hình hệ thống PV nối lưới điện đơn giản. 
Để đánh giá ảnh hưởng sóng hài của hệ thống PV nối lưới, tác giả xem xét hai trường 
hợp với hai lưới điện khác nhau. Trường hợp thứ nhất kết nối hệ thống PV vào nguồn công 
suất vô cùng lớn (hình 8). Trường hợp thứ hai là kết nối các hệ thống PV vào lưới điện 
IEEE-13 nút như hình 9 [12]. Với mỗi trường hợp, tác giả tiến hành mô phỏng khi không 
có bộ lọc và khi có bộ lọc và so sánh chỉ số THDv. 
Tác giả đã mô hình hoá các phần tử lưới điện trong phần mềm Matlab/Simulink. Sau 
đó, các mô phỏng với nhiều kịch bản xâm nhập PV khác nhau được thực hiện. 
Hình 9. Lưới điện IEEE-13 nút. 
3.1. Đánh giá ảnh hưởng của hệ thống PV đến chỉ số THDv trong lưới điện 
3.1.1. Trường hợp 1: Kết nối hệ thống PV vào lưới điện đơn giản 
Trong trường hợp này, lưới còn có các thành phần sóng hài bậc cao với tổng độ biến 
dạng sóng hài điện áp là 5,01% (hình 10), vượt quá giới hạn cho phép [2-4]. Điều này là 
do khi kết nối nguồn PV vào lưới, trong hệ thống PV có các bộ biến độ điện tử công suất 
tạo ra sóng hài và làm cho tăng độ méo sóng hài trong lưới. 
Kỹ thuật điều khiển & Điện tử 
L. Đ. Tùng, N. Q. Minh, “Phân tích, đánh giá  hệ thống pin năng lượng mặt trời.” 92 
Hình 10. Phân tích biến đổi Fourier FFT ( Fast Fourier Transform) điện áp trong lưới 
điện (trường hợp 1). 
3.1.2. Trường hợp 2: Kết nối các hệ thống PV vào lưới điện IEEE-13 nút 
Hình 11. Mô hình hoá lưới điện IEEE-13 nút và các nguồn PV trong Matlab/Simulink. 
Lưới điện IEEE- 13 nút gồm: 2 nút nguồn, 7 phụ tải với cấp điện 13,8kV, tổng công 
suất phụ tải là 9280 kW (hình 9). Đây là lưới điện chuẩn do IEEE nghiên cứu xây dựng, 
dùng để chuyên nghiên cứu tác động của các nguồn gây ra sóng hài [12]. Căn cứ vào số 
liệu trong [12], tác giả đã xây dựng lưới điện IEEE-13 nút trong phần mềm 
Matlab/Simulink (hình 11). 
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Frequency (Hz)
Fundamental (60Hz) = 1.129e+04 , THD= 5.01%
M
a
g
 (
%
 o
f 
F
u
n
d
a
m
e
n
ta
l)
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 67, 6 - 2020 93
Trong nghiên cứu này, các nguồn PV được xem xét đặt ở nút điện áp cao 13,8kV như 
nút 6, 9 và 11 và tại nút điện áp thấp 0,4kV (nút 2). Nguồn PV kết nối vào nút 2 được mô 
phỏng như hệ thống PV đặt tại nhà dân, phục vụ cho nhu cầu năng lượng của hộ gia đình. 
Kết nối lưới cho phép mô hình năng lượng này hoạt động linh hoạt hơn (có thể bán điện 
lại cho công ty điện khi thừa), thúc đẩy thị trường đầu tư, sử dụng PV trong tư nhân, trong 
các hộ gia đình. 
Để có thể nghiên cứu đánh giá tác động của sóng hài khi kết nối PV vào lưới IEEE 13 
nút một cách toàn diện, tác giả đề xuất 5 kịch bản sau: 
- Kịch bản 1: Không kết nối PV vào lưới điện. 
- Kịch bản 2: Một nguồn PV 100kW được lắp tại nút 6. 
- Kịch bản 3: Một nguồn PV 100kW được lắp đặt tại nút 6, một nguồn PV 
100kW được lắp tại nút 11. 
- Kịch bản 4: Một nguồn PV 100kW được lắp tại tại nút 6, một nguồn PV 
100kW được lắp tại nút 11, một nguồn PV 100kW được lắp tại nút 9. 
- Kịch bản 5: Một nguồn PV 100kW được lắp tại nút 6, một nguồn PV 100kW 
được lắp tại nút 11, một nguồn PV 100kW được lắp tại nút 9, một nguồn PV 
100kW được lắp tại nút 2 (hình 12). 
 Kết quả của THDv tại nút 3, 6, 9 và 2 cho các trường hợp được thể hiện trong bảng 1. 
a) Nút 2: THDv = 4,16%. 
b) Nút 3: THDv = 3,4%. 
c) Nút 6: THDv = 3,41% 
d) Nút 9: THDv = 3,41% 
Hình 12. Phân tích biến đổi Fourier FFT các sóng điện áp ở kịch bản 5 (trường hợp 2). 
Kết quả ở bảng 1 cho thấy rằng khi tỷ trọng công suất PV tăng lên, chỉ số THDv tại các 
nút trong lưới điện cũng tăng lên đáng kể. Cấp điện áp của vị trí đặt nguồn PV cũng có tác 
động đến biến dạng sóng hài điện áp. Khi nguồn PV được đặt tại thanh cái cùng cấp điện 
áp cao như nút 6, 9 và 11, kết quả cho thấy những biến dạng sóng hài điện áp tại các nút 
xấp xỉ nhau. Tuy nhiên, khi có nguồn PV được đặt tại nút điện áp thấp, chẳng hạn như nút 
2, thì giá trị THDv tại nút đó sẽ tăng nhiều sơn so với các nút điện áp cao. Các kết quả đã 
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
Frequency (Hz)
Fundamental (60Hz) = 1.057e+04 , THD= 4.16%
M
a
g
 (
%
 o
f 
F
u
n
d
a
m
e
n
ta
l)
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
0
0.5
1
1.5
2
2.5
Frequency (Hz)
Fundamental (60Hz) = 1.099e+04 , THD= 3.40%
M
a
g
 (
%
 o
f 
F
u
n
d
a
m
e
n
ta
l)
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
0
0.5
1
1.5
2
2.5
Frequency (Hz)
Fundamental (60Hz) = 1.099e+04 , THD= 3.41%
M
a
g
 (
%
 o
f 
F
u
n
d
a
m
e
n
ta
l)
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
0
0.5
1
1.5
2
2.5
Frequency (Hz)
Fundamental (60Hz) = 1.099e+04 , THD= 3.41%
M
a
g
 (
%
 o
f 
F
u
n
d
a
m
e
n
ta
l)
Kỹ thuật điều khiển & Điện tử 
L. Đ. Tùng, N. Q. Minh, “Phân tích, đánh giá  hệ thống pin năng lượng mặt trời.” 94 
chứng minh rằng vị trí của nguồn PV tại nút điện áp cao có thể giảm thiểu tác động của 
biến dạng sóng hài điện áp trong hệ thống điện [3, 4]. 
Bảng 1. Kết quả tính toán THDv cho các kịch bản (trường hợp 2). 
Kịch bản 
mô phỏng 
Nút 2 Nút 3 Nút 6 Nút 9 Nút 11 
Kịch bản 1 0.04% 0.04% 0.04% 0.04% 0.04% 
Kịch bản 2 0,93% 0,94% 0,94% 0,94% 0,94% 
Kịch bản 3 1,83% 1,85% 1,85% 1,85% 1,85% 
Kịch bản 4 2,69% 2,72% 2,72% 2,72% 2,72% 
Kịch bản 5 4,16% 3,4% 3,41% 3,41% 3,41% 
3.2. Đánh giá chỉ số THDv khi có bộ lọc sóng hài 
Áp dụng các công thức (9) và (10), ta xác định thông số một bộ lọc LC: Cuộn cảm L = 
0,5mH, điện dung C=140,72 F và tần số cộng hưởng fr=600Hz. 
Bộ lọc thông thấp này được đặt ở đầu ra bộ DC/AC khi kết nối hệ thống PV vào lưới 
điện. 
Hình 13. Phân tích biến đổi Fourier FFT điện áp lưới điện khi có bộ lọc (Trường hợp 1). 
Hình 13 là kết quả phân tích biến đổi Fourier FFT điện áp lưới khi có bộ lọc trong trường 
hợp kết nối hệ thống PV vào lưới điện đơn giản (trường hợp 1). Chúng ta nhận thấy chỉ số 
THDv chỉ còn 1,45%. Như vậy, việc sử dụng bộ lọc là có tác dụng và thực sự cần thiết khi 
xem xét các dự án phát triển các nguồn năng lượng mặt trời sử dụng pin quang điện. 
Tiếp tục nghiên cứu với lưới điện IEEE-13 nút, các kịch bản mô phỏng được thực hiện 
như mục 3.1.2. Kết quả phân tích biến đổi Fourier (FFT) sóng điện áp tại các nút quan 
trọng được thể hiện trong hình 14. Bảng 2 là kết quả THDv cho 4 kịch bản. 
Bảng 2. Kết quả tính toán THDv cho các kịch bản (Khi có bộ lọc). 
Kịch bản Nút 2 Nút 3 Nút 6 Nút 9 Nút 11 
Kịch bản 2 0,15% 0,15% 0,15% 0,15% 0,15% 
Kịch bản 3 0,29% 0,29% 0,29% 0,29% 0,29% 
Kịch bản 4 0,43% 0,43% 0,43% 0,43% 0,43% 
Kịch bản 5 1,34% 0,56% 0,56% 0,56% 0,56% 
So sánh kết quả chỉ số THDv trong bảng 2 và bảng 1 cho chúng ta thấy hiệu quả của 
việc sử dụng bộ lọc sóng hài. Bộ lọc đã giúp giảm thiểu rất nhiều độ méo sóng hài trong hệ 
thống điện có sự kết nối hệ thống PV. 
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
Frequency (Hz)
Fundamental (60Hz) = 1.128e+04 , THD= 1.45%
M
a
g
 (
%
 o
f 
F
u
n
d
a
m
e
n
ta
l)
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 67, 6 - 2020 95
a) Nút 2: THDv = 1,34%. 
b) Nút 3: THDv = 0,56%. 
c) Nút 6: THDv = 0,56% 
d) Nút 9: THDv = 0,56% 
Hình 14. Phân tích biến đổi Fourier FFT các sóng điện áp ở kịch bản 5 (Khi có bộ lọc). 
Ở kịch bản 5, khi nguồn PV chiếm tới 4% tổng công suất phụ tải trong đó có một 
nguồn kết nối ở điện áp thấp, thì độ méo sóng hài vẫn được hạn chế ở giá trị thấp (hình 
14). Trong tương lai, khi công nghệ điện năng lượng mặt trời phổ biến hơn, nguồn PV 
được sử dụng rộng rãi, công suất phát tăng cao thì các bộ lọc sẽ góp phần quan trọng trong 
việc hạn chế độ méo sóng hài điện áp trong hệ thống điện. 
4. KẾT LUẬN 
Bài báo đã giới thiệu mô hình hệ thống PV kết nối lưới điện. Các phần tử của hệ thống: 
tế bào quang điện, bộ biến đổi DC-DC, bộ tìm điểm công suất cực đại MPPT, bộ nghịch 
lưu và bộ lọc thông thấp LC được nghiên cứu và trình bày dưới mô hình toán học cụ thể. 
Để đánh giá chỉ số THDv của lưới điện khi kết nối các nguồn PV, mô hình lưới điện chuẩn 
IEEE-13 nút được xây dựng trong phần mềm Matlab/Simulink. Kết quả mô phỏng với 
nhiều kịch bản, với mức độ thâm nhập của PV khác nhau, tại nhiều cấp điện áp đã minh 
chứng được ảnh hưởng gây ra sóng hài, làm méo sóng điện áp của hệ thống PV là rất lớn, 
đặc biệt khi kết nối vào cấp điện áp thấp. Ngoài ra, bài báo cũng đã đề xuất sử dụng bộ lọc 
thông thấp LC và minh chứng được tác dụng và khả năng của nó. Phân tích, đánh giá ảnh 
hưởng sóng hài của lưới điện do hệ thống kết nối nhiều nguồn năng lượng tái tạo khác 
nhau (pin mặt trời, điện gió) sẽ tiếp tục được đầu tư nghiên cứu. 
Lời cảm ơn: Tác giả cảm ơn sự hỗ trợ mô phỏng, tính toán của sinh viên Đổng Quí Cường và 
sinh viên Nguyễn Quang Thắng (trường ĐHBK Hà Nội). 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. Quyết định số 1208/QĐ – TTg ngày 21/7/2011 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt 
quy hoạch phát triển điện lực quốc gia gia đoạn 2011 – 2020 có xét đến 2030. 
[2]. IEEE Std 519-1992, "IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic 
Control in Electrical Power Systems," IEEE, New York, 1993. 
[3]. A. F. Abdul Kadir, A. Mohamed and H. Shareef, “Harmonic impact of Different 
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
Frequency (Hz)
Fundamental (60Hz) = 1.055e+04 , THD= 1.34%
M
a
g
 (
%
 o
f 
F
u
n
d
a
m
e
n
ta
l)
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
Frequency (Hz)
Fundamental (60Hz) = 1.099e+04 , THD= 0.56%
M
a
g
 (
%
 o
f 
F
u
n
d
a
m
e
n
ta
l)
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
Frequency (Hz)
Fundamental (60Hz) = 1.099e+04 , THD= 0.56%
M
a
g
 (
%
 o
f 
F
u
n
d
a
m
e
n
ta
l)
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
Frequency (Hz)
Fundamental (60Hz) = 1.099e+04 , THD= 0.56%
M
a
g
 (
%
 o
f 
F
u
n
d
a
m
e
n
ta
l)
Kỹ thuật điều khiển & Điện tử 
L. Đ. Tùng, N. Q. Minh, “Phân tích, đánh giá  hệ thống pin năng lượng mặt trời.” 96 
Distributed Generation Units on Low Voltage Distribution System,” IEEE 
International Electric Machines & Drives Conference, (2011), pp.1201-1206. 
[4]. Farhoodnea, Masoud & Mohamed, Azah & Shareef, Hussain & Zayandehroodi, 
Hadi, “Power quality impact of grid-connected photovoltaic generation system in 
distribution networks,” IEEE Student Conference on Research and Development 
(2012), pp. 1-6. 
[5]. M. Azri and N. A. Rahim, "Design analysis of low-pass passive filter in single-phase 
grid-connected transformerless inverter," 2011 IEEE Conference on Clean Energy 
and Technology (CET), Kuala Lumpur, 2011, pp. 348-353. 
[6]. Hyosung Kim and Kyoung-Hwan Kim, "Filter design for grid connected PV 
inverters," 2008 IEEE International Conference on Sustainable Energy Technologies, 
Singapore, (2008), pp. 1070-1075. 
[7]. Wang, T.C.Y, Zhihong, Y., Sinha, G., and Yuan, X, “Output Filter Design for a 
Grid-interconnected Three- Phase Inverter,” Power Electronics Specialist 
Conference (2003), pp. 779-784. 
[8]. Đoàn Đức Tùng, Nguyễn Minh Nhất, “Hạn chế sóng hài từ nguồn năng lượng mặt 
trời qua việc sử dụng bộ lọc ứng dụng lý thuyết công suất tức thời kép,” Tạp chí 
KHCN – Đại học Đà Nẵng, 11(132), (2018), trang: 92-96. 
[9]. F. Zheng, M. Ding and J. Zhang, "Modelling and simulation of grid-connected PV 
system in DIgSILENT/powerfactory," 2nd IET Renewable Power Generation 
Conference (RPG 2013), Beijing, 2013, pp. 1-6. 
[10]. M. A. G. de Brito, L. P. Sampaio, G. Luigi, G. A. e Melo and C. A. Canesin, 
"Comparative analysis of MPPT techniques for PV applications," 2011 International 
Conference on Clean Electrical Power (ICCEP), Ischia, 2011, pp. 99-104. 
[11]. A. Safari and S. Mekhilef, "Simulation and Hardware Implementation of Incremental 
Conductance MPPT With Direct Control Method Using Cuk Converter," in IEEE 
Transactions on Industrial Electronics, vol. 58, no. 4, pp. 1154-1161, April 2011. 
[12]. IEEE Task Force on Harmonics Modeling and Simulation, “Test systems for 
harmonics modeling and simulation”, IEEE Trans on Power Delivery, Vol. 14, No. 1 
(1999), pp. 579-587. 
ABSTRACT 
ANALYSIS, ASSESSMENT AND MITIGATION OF HARMONIC DISTORTION 
IN THE GRID-CONNECTED PV SYSTEM 
 Photovoltaic power systems are becoming increasingly popular due to their 
advantages compared to traditional energy sources. But besides that, this system 
also causes negative effects on the electrical power system quality. In this paper, the 
author focuses on researching and evaluating the total voltage harmonic distortion 
THDv in the distribution grid connected PV system. Furthermore, the paper 
presents a solution for eliminating high harmonic waves, by the LC filter. The study 
has carried out by the model of the PV system and the grid of the IEEE-13 node 
built on the Matlab/Simulink software. The simulated results show the accuracy and 
practicality of the research. 
Keywords: Electrical and electronic engineering; Electrical engineering; Grid-connected PV system; 
Harmonics in the electrical power system. 
Nhận bài ngày 16 tháng 08 năm 2019 
Hoàn thiện ngày 06 tháng 11 năm 2019 
Chấp nhận đăng ngày 12 tháng 6 năm 2020 
Địa chỉ: Bộ môn hệ thống điện, viện Điện, trường ĐHBK Hà Nội. 
 *Email: [email protected].