1
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

ĐÀO DUY YÊN
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG KÍCH
TỪ CÓ PSS (POWER SYSTEM STABILIZ ER)ĐẾN ỔN
ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN
Chuyên ngành : Thiết bị, mạng & Nhà máy điện
Mã số : 605250
THÁI NGUYÊN - 2011
Luận văn được hoàn thành tại trường Đại học Kỹ tuật
Công nghiệp Thái Nguyên.
Cán bộ HDKH : PGS.TS Nguyễn Như Hiển
Phản biện 1 : TS. Phan Đăng Khải
Phản biện 2 : TS. Trần Xuân Minh
Luận văn đã được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn, họp
tại: Phòng cao học số 02, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái
Nguyên.
Vào 14 giờ 30 phút ngày 12 tháng 01 năm 2012.
Có thể tìm hiển luận văn tại Trung tâm Học liệu tại Đại học
Thái Nguyên và Thư viện trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái
Nguyên.
2
MỞ ĐẦU
Trong những năm qua, với sự phát triển mạnh mẽ về kinh tế
và từng bước công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, nhu cầu sử
dụng điện của nước ta tăng trưởng không ngừng.Vì vậy sự phát triển
nhảy vọt về công suất của hệ thống điện Việt Nam đã làm tăng yêu
cầu cấp thiết phải đi sâu nghiên cứu đặc tính ổn định.

cảm ơn các thầy, cô giáo trong Bộ môn Hệ thống điện - Trường Đại
học Bách Khoa Hà Nội và các thầy cô giáo trường Đại học Kỹ thuật
Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện giúp đỡ trong
suốt quá trình tham gia khóa học. Xin chân thành cảm ơn Khoa sau
đại học, bạn bè đồng nghiệp và người thân đã tạo điều kiện giúp đỡ
tôi hoàn thành luận văn này.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn và chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày 10 tháng 12 năm 2011
Người thực hiện
Đào Duy Yên
4
Chương I
TỔNG QUAN HỆ THỐNG KÍCH TỪ VÀ ỔN ĐỊNH CÔNG
SUẤT MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ
1. Ổn định Hệ thống điện
1.1. Chế độ của Hệ thống điện.
1.1.1 Hệ thống điện (HTĐ).
HTĐ là tập hợp các phần tử tham gia vào quá trình sản xuất,
truyền tải và tiêu thụ năng lượng.
Các phần tử của HTĐ được chia thành hai nhóm:
- Các phần tử tự lực làm nhiệm vụ sản xuất, biến đổi, truyền tải,
phân phối và sử dụng điện năng như MF, đường dây tải điện và các
thiết bị dùng điện.
- Các phần tử điều chỉnh làm nhiệm vụ điều chỉnh và biến đổi
trạng thái HTĐ như điều chỉnh kích từ máy phát đồng bộ, điều chỉnh tần
số, bảo vệ rơle, máy cắt điện…
1.1.2. Chế độ của HTĐ.
Tập hợp các quá trình xảy ra trong HTĐ và xác định trạng thái
làm việc của HTĐ trong một thời điểm hay một khoảng thời gian nào
đó gọi là chế độ của HTĐ.

- Trong thời gian quá độ các thông số biến đổi trong giới hạn
cho phép như: giá trị của dòng điện ngắn mạch, điện áp tại các nút
của phụ tải khi ngắn mạch…
1.2. Khái niệm Ổn định HTĐ.
6
1.2.1. Cân bằng công suất.
1.2.2. Định nghĩa Ổn định HTĐ.
a. Ổn định tĩnh.
Ổn định tĩnh là khả năng của HTĐ khôi phục lại chế độ ban
đầu hoặc rất gần chế độ ban đầu sau khi bị kích động nhỏ.
b. Ổn định động.
Ổn định động là khả năng của HTĐ khôi phục lại chế độ làm
việc ban đầu hoặc là rất gần chế độ ban đầu sau khi bị kích động
lớn.
c. Ổn định tổng quát.
Ổn định tổng quát là khả năng của HTĐ lập lại chế độ đồng
bộ sau khi đã rơi vào chế độ không đồng bộ do mất ổn định tĩnh
hoặc mất ổn định động.
d. Ổn định điện áp.
Ổn định phụ tải là khả năng của HTĐ khôi phục lại điện áp
ban đầu hay rất gần ban đầu khi bị các kích động nhỏ ở nút phụ tải.
1.2.3. Các dạng mất ổn định.
Có 2 dạng mất ổn định:
- Mất ổn định tiệm cận.
- Mất ổn định dao động, gồm 2 loại:
+ Tự dao động tăng dần.
+ Tự kích thích.
1.3. Hệ thống kích từ máy phát
1.3.1. Khái niệm chung
Hệ thống kích từ là một trong các hệ thống thiết bị quan trọng

ổn định cho hệ thống.
1.3.4. Bộ chỉnh lưu kích từ thyristor
Sử dụng cho hệ thống kích từ tĩnh, bộ chỉnh lưu sử dụng ở đây
là kiểu chỉnh lưu 3 pha, gồm hai cầu như nhau nối song song. Trong
chế độ vận hành bình thường, cả hai cầu đều ở vị trí làm việc nhưng
chỉ một cầu có xung kích từ để mở cổng thyristor, cầu còn lại ở trạng
thái đóng.
1.4. Hệ thống ổn định công suất
1.4.1. Trạng thái ổn định
Trong trạng thái hoạt động ổn định, công suất điện đầu ra cân
bằng với công suất cơ đầu vào (bỏ qua tổn hao). Khi hệ thống bị tác
động bởi sự cố, hoặc phụ tải thay đổi nhanh, công suất điện phát ra sẽ
thay đổi. Công suất điện từ đầu ra có thể thay đổi nhanh chóng, nhưng
công suất cơ trong máy phát đồng bộ thay đổi tương đối chậm.
Máy phát đồng bộ được xây dựng với một nguồn áp lý tưởng,
E
g
, nối tiếp với trở kháng, X
g
. Điện áp đầu cự máy phát, E
T
được gia
cường để truyền tới máy biến áp tăng thế được nối vào lưới qua
đường truyền đặc trưng bởi điện kháng, X
S
. Công suất phát từ máy
phát trong trạng thái ổn định được tính bằng công thức:
g T
e
g

P
0
Thieu mo men can
Cong suat tua bin
Mat on dinh, may
phat mat dong bo
PP
max
PPP
M
O
90
O
180
O
On dinh du
momen can
1
2
3
4
Hình 1.3. Trạng thái ổn định tức thời
1.4.3. Tác động của hệ thống kích từ đối với sự ổn định
P
0
PP
max
PPP
M
O

Dao động máy phát làm việc song song: Những dao động liên
quan đến hai hoặc nhiều hơn các máy đồng bộ trong một nhà máy
điện hoặc các nhà máy gần nhau. Các máy quay với nhau, với tần số
dao động trong khoảng 1,5 đến 3 Hz.
12
Hình 1.5. Dao động máy phát điện làm việc song song
Các dao động cục bộ: Những dao động này thường liên quan
đến một hoặc nhiều hơn các máy đồng bộ taih một trạm điện cùng
quay với nhau khi so với một hệ thống điện lớn hay trung tâm tải.
Tần số dao động trong khoảng 0,7 đến 2 Hz.
Hình 1.6. Dao động cục bộ
Các dao động liên khu vực: Những dao động này thường liên
quan đến việc kết hợp rất nhiều máy tại một phần của một hệ thống
điện đối với các máy tại các phần khác của hệ thống điện. Tần số
những dao động liên khu vực thường trong dải nhỏ hơn 0,5 Hz.
Hình 1.7. Dao động liên khu vực
1.4.5. Bộ ổn định công suất (PSS)
PSS là một thiết bị tăng mômen hãm các dao động cơ điện
trong máy phát. Các thiết bị này được dùng cho các máy lớn trong
13
vài thập kỷ qua, cho phép sử dụng để cải tiến các hạn chế vận hành
cưỡng bức ổn định.
Khi bị tác động bởi một sự thay đổi đột ngột trong điều kiện
vận hành, tốc độ và công suất của mát phát sẽ thay đổi xung quanh
điểm vận hành trạng thái ổn định. Mối quan hệ giữa những đại lượng
này có thể được diễn tả bởi một công thức đơn giản sau:
2
m e c
2
o

s
: Hệ số đồng bộ
M
c
: Hệ số hãm
∆δ: Sai lệch góc rôtor
1.4.6. Triệt tiêu các dao động cơ điện
14
Với hệ số hãm có các giá trị dương, và công suất đầu vào là
hằng số, sự thay đổi của góc quay rôtor theo các nhiễu nhỏ sẽ có
dạng một hãm hình sin.
Các yếu tố ảnh hưởng tới hệ số hãm của một máy phát đồng bộ
bao gồm: kiểu thiết kế mày phát, công suất của máy so với lưới điện
mà nó tham gia và hệ thống kích từ. Khi nhiều máy phát có hệ số
hãm hợp lý trong các điều kiện vận hành bình thường, chúng vẫn có
thể dẫn đến các hệ số hãm thấp dưới mức cho phép. Trong các
trường hợp đặc biệt, hệ số hãm có thể mạng giá trị âm, gây ra các dao
động điện cơ tăng dần, thậm chí còn gây ra mất đồng bộ. Dạng mất
ổn định này thường gọi là mất ổn định tín hiệu nhỏ hay mất ổn định
dao động.
Bằng cách bổ sung bộ ổn định công suất vào hệ thống có đáp
ứng kích từ ban đầu lớn, thì sẽ đạt được mômen đồng bộ cao hợn và
khắc phục được hiện tượng giảm mômen hãm. Chức năng của hệ
thống ổn định công suất là ngăn chặn bất cứ dao động nào bằng cách
gửi tín hiệu để thay đổi kích từ vào đúng thời điểm ngăn cản hình
thành dao động. Nguyên nhân làm giảm hệ số hãm là chậm pha do
các hằng số thời gian và các trễ trong vòng điều chỉnh điện áp bình
thường. Vì vậy, PSS (bộ ổn định công suất) sử dụng bù pha để điều
chỉnh thời điểm gửi tín hiệu để ngăn chặn các dao động tạo ra từ
rôtor máy phát.

2.1. Máy phát điện đồng bộ
2.1.1. Giới thiệu chung
Máy phát điện xoay chiều có tốc độ quay rôtor n bằng tốc độ
quay của từ trường n
1
gọi là máy phát điện đồng bộ. ở chế độ xác lập,
16
máy phát điện đồng bộ có tốc độ quay rôtor luôn không đổi khi tải
thay đổi.
2.1.2. Nguyên lý làm việc của máy phát đồng bộ
Theo tài liệu [9] cho dòng điện kích từ một chiều vào dây quấn
kích từ sẽ tạo nên từ trường rôto. Khi quay rôto bằng động cơ sơ cấp,
từ trường của rôto sẽ cắt qua dây quấn phần ứng stato và cảm ứng
một điện động xoay chiều hình sin có trị số hiệu dụng là:
E
0
= 4,44.f.W
1
.K
dq
.Φ
0
(2.1)
2.1.3. Phản ứng phần ứng của máy phát điện đồng bộ
Khi máy phát điện làm việc, từ trường của cực từ rôto Φ
0
cắt
dây quấn. Cảm ứng ra sức điện động E
0
chậm pha so với từ thông Φ

I
q
I
d
I
E
ud
E
uq
-I
ru
-jx
I
I
q
I
d
E
0
a)
b)
Hình 2.1. Đồ thị sức điện động của máy phát điện cực lồi ở tải
có tính cảm (a) và ở tải có tính dung (b)
E
0
E
ud
E
uq
E

0
O
90
O
180
O
P = P + P
e
u
P
Hình 2.3. Đồ thị đặc tính góc công suất tác dụng P =f(θ) của máy
phát cực ẩn (a), máy phát cực lồi (b)
2 2
0
1 1 1 1
cos cos2
2 2
d q d d q
mUE
mU mU
Q
X X X X X
θ θ
   
= + − − +
 ÷  ÷
 ÷  ÷
   

b. Điều chỉnh công suất phản kháng

M
M






AB
B
CB
M
L
M

AC
BC
C
M
M
L





là ma trận tự cảm của
các pha stato
[ ]
rr

[ ]
sr
M
,
[ ]
rs
M
- ma trận độ cảm ứng tương hỗ giữa mạch stato
với rôto và ngược lại.
[ ] [ ]
rs sr
M M= =

Af
Bf
Cf
M
M
M






Ard
Brd
Crd
M
M

dt









(2.39)
2. Phương trình rôto
0
0
f f f f
rd rd rd
rq rq rq
d
U R I
dt
d
R I
dt
d
R I
dt
ψ
ψ
ψ


d d
U =-U =ψ γ- ψ -RI
dt dt
d
U =-R I
+ψ
dt
d
0 = R I +ψ
dt
d
0 = R I +ψ
dt
dγ 3
J + (ψ I +ψ I )=M
dt 2















(2.71)
2.3.Kết luận chương II.
Trong chương này ta đã nghiên cứu về máy phát điện đồng
bộ, mô hình toán học của máy phát điện đồng bộ trong hệ truc pha.
Nguyên tắc chuyển đổi từ hệ trục pha sang hệ trục vuông góc để có
22
thể giải quyết được hệ phương trình hệ số phụ thuộc thành hệ số
hằng phục vụ cho quá trình tính toán cho chương tiếp theo. Cũng như
giải quyết vấn đề chuyển đổi mô hình thực trong hệ đơn vị SI sang
mô hình tương đối (p.u) thuận tiện cho quá trình mô phỏng và phát
triển hệ thống khi cần thay đổi tham số được dễ dàng.
Chương III
CẤU CHÚC HỆ THỐNG KÍCH TỪ VÀ ỔN ĐỊNH CÔNG SUẤT
3.1. Các phương pháp kích từ cho máy phát
Ta xét 3 loại hệ thống kích từ điển hình
3.1.1. Hệ thống kích từ dùng máy phát điện một chiều
23
Hình 3.1. Hệ thống kích từ bằng máy phát điện một chiều
3.1.2. Hệ thống kích từ dùng máy phát điện xoay chiều tần số cao.
Hình 3.2. Hệ thống kích từ bằng máy phát điện xoay chiều tần số
3.1.3. Hệ thống kích từ tĩnh ( Static Exciter )
Hình 3.4. Hệ thống kích từ tĩnh
Hình 3.5. Sơ đồ mô phỏng hệ thống kích từ tĩnh
3.1.4. Phương án ứng dụng hệ thống kích từ cho máy phát đồng bộ
24
Bảng 3.1. Bảng so sánh giữa các phương pháp kích từ máy phát
đồng bộ
Đặc tính
DC-
exciter

Công suất
và tốc độ
máy phát
chính
Điện
Chỉnh lưu
Không yêu
cầu
Chỉnh lưu
ngoài
Chỉnh lưu
quay
Chỉnh lưu
Trực tiếp đo
dòng kích từ
Có thể Có thể Không thể có
Khả năng triệt từ
nhanh
Có Có Không Có
Đặc
tính
động
Hằng số thời gian
điều chỉnh
T’
d
+T
e
T’
d

Phải dừng
máy
Phải dừng
máy
Bộ biến đổi
Phải dừng
máy
Hoạt động
bình thường
Phải dừng
máy
Hoạt động
bình
thường
3.2. Phân loại các bộ ổn định công suất
Hầu hết các hãng sản xuất nổi tiếng đều đưa ra các giải pháp của
riêng mình tuy nhiên chúng chia làm 2 loại mô hình: Bộ ổn định dựa
vào tín hiệu tốc độ và bộ ổn định đầu vào kép ( Tín hiệu tốc độ và
công suất )
25