Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn

NGUYỄN ĐỨC NINH

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT TỰ ĐỘ NG HÓ A

NGÀNH: TỰ ĐỘ NG HÓ A NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO THIẾT BỊ ỔN
ĐỊNH HỆ THỐNG NGUỒN CÔNG SUẤT – PSS NGUYỄN ĐỨC NINH

THÁI NGUYÊN – 2011 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƢỜNG ĐẠI HỌC
KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Họ và tên học viên
:
Nguyễn Đức Ninh
Ngày tháng năm sinh
:
Ngày 12 tháng 03 năm 1984
Nơi sinh

NGƢỜI HƢỚNG DẪN TS. Phạm Quang Đăng
HỌC VIÊN Nguyễn Đức Ninh
BAN GIÁM HIỆU
KHOA SAU ĐẠI HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
1
MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 5
MỞ ĐẦU 7
1. Tính cấp thiết của đề tài 7
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 7
3. Phương pháp nghiên cứu 7
4. Phạm vi nghiên cứu 8
5. Kết cấu luận văn 8
CHƢƠNG 1: NGHIÊN CỨU VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ MÁY PHÁT ĐIỆN TRONG
ĐIỀU KIỆN HÕA LƢỚI 9
1.1. Máy phát điện đồng bộ 9
1.1.1. Giới thiệu chung 9
1.1.2 Kết cấu máy phát điện đồng bộ 3 pha 9
1.1.3. Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ 9

2.1.5.2. Hệ thống kích từ dùng máy phát điện xoay chiều tần số cao 39
2.1.5.3. Hệ thống kích từ không chổi than 40
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
2
2.1.5.4. Hệ thống kích từ tĩnh (Static Exciter) 41
2.1.6. Thiết lập hệ phương trình của hệ thống điều chỉnh kích từ 42
2.1.6.1. Hệ thống tự động điều chỉnh kích từ (Automatic Voltage Regulator) 42
2.1.6.2. Thiết lập hệ phương trình của hệ thống điều chỉnh kích từ 43
2.2. Hệ thống ổn định công suất 45
2.2.1. Trạng thái ổn định 45
2.2.2. Trạng thái ổn định tức thời 46
2.2.3. Tác động của hệ thống kích từ đối với sự ổn định 47
2.2.4. Ổn định các kích động nhỏ 48
2.2.4.1. Dao động máy phát khi làm việc song song với lưới điện 48
2.2.4.2. Dao động cưỡng bức của máy phát điện đồng bộ khi làm việc ở chế độ ốc đảo
(dao động nội tại của máy phát điện) 51
2.2.4.3. Dao động liên khu vực 51
2.2.5. Thiết bị ổn định hệ thống nguồn công suất (PSS) 52
2.2.6. Triệt tiêu các dao động cơ điện 53
2.3. Phân loại các thiết bị ổn định hệ thống nguồn công suất 54
2.3.1. Các thiết bị ổn định hệ thống nguồn công suất dựa trên tín hiệu tốc độ 54
2.3.2. Thiết bị ổn định hệ thống nguồn công suất đầu vào kép 55
2.3.2.1. Thiết bị ổn định công suất đầu vào kép PSS2A 56
2.3.2.2. Thiết bị ổn định công suất đầu vào kép PSS2B 57
2.3.2.3. Thiết bị ổn định công suất đầu vào kép PSS3B 58
2.3.2.4. Thiết bị ổn định công suất đầu vào kép PSS4B 58
2.3.3. Lựa chọn thiết bị ổn định công suất 59
2.3.3.1. Tín hiệu tốc độ 59
2.3.3.2. Bộ lọc xoắn 59

4.4.1. Dạng đáp ứng đầu ra PSS 95
4.4.2. Dạng đáp ứng đầu ra của hệ thống kích từ 96
4.4.3. Sai lệch góc phụ tải 96
4.4.4. Dạng điện áp đầu cực máy phát 97
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 98
TÀI LIỆU THAM KHẢO 99

Chế độ xác lập.
QTQĐ
Quá trình quá độ.
VP
Kênh điều chỉnh theo tín hiệu đạo hàm.
CH
Bộ phận kích thích cường hành.
ĐL
Máy biến áp đo lường.
BĐ
Thiết bị biến đổi(chỉnh lưu và lọc).
SS
Khối so sánh.
TCL
Chỉnh lưu thyristor.
MBA
Máy biến áp.
MF
Máy phát.
15
Hình 1.8: Công suất tác dụng và công suất chỉnh bộ của máy phát điện…
17
Hình 1.9: Đồ thị véc tơ suất điện động…………………………………….
20
Hình 1.10: Họ các đặc tính hình V của máy phát điện đồng bộ……………
21
Hình 1.11: Biểu diễn hệ số tự cảm cuộn dây pha a stato…………………
27
Hình 1.12: Biểu diễn hệ số hỗ cảm giữa các pha stato…………………….
28
Hình 2.1: Hệ thống kích từ dùng máy phát điện một chiều………………
39
Hình 2.2: Hệ thống kích từ dùng máy phát điện xoay chiều tần số cao……
40
Hình 2.3: Hệ thống kích từ không chổi than……………………………….
41
Hình 2.4: Hệ thống kích từ tĩnh……………………………………………
42
Hình 2.5: Sơ đồ cấu trúc TĐK tác động mạnh……………………………
42
Hình 2.6: Sơ đồ khối cấu trúc và hàm truyền hệ TĐK tác động mạnh…….
44
Hình 2.7: Trạng thái ổn định tức thời………………………………………
46
Hình 2.8: Ảnh hưởng của tác động nhanh đến hệ thống kích từ…………
47
Hình 2.9: Thiết bị ổn định hệ thống nguồn công suất dựa vào tín hiệu tốc
độ PSS1A…………………………………………………………………


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
6
Hình 3.4: Sơ đồ mạch thay thế tương đương máy phát điện………………
69
Hình 3.5: Hệ thống lưới với nhiều máy phát đồng bộ……………………
71
Hình 3.6: Sơ đồ tương đương với máy phát……………………………….
76
Hình 3.7: Hệ thống kích từ thyristor với AVR……………………………
79
Hình 3.8: Mô hình sơ đồ khối hệ thống kích từ và máy phát đồng bộ với
AVR……………………………………………………………………….

80
Hình 3.9: Mô hình sơ đồ khối đã tuyến tính của máy phát đồng bộ bao gồm
AVR và PSS………………………………………………………………

81
Hình 3.10: Sơ đồ khối hệ thống kích từ thyristor AVR và PSS……………
83
Hình 3.11: Sơ đồ cấu trúc của mô hình hệ thống kích từ yêu cầu cao…….
86
Hình 4.1: Mô hình máy phát điện đồng bộ………………………………
93
Hình 4.2: Hệ thống kích từ………………………………………………
93
Hình 4.3: Bộ điều khiển PSS………………………………………………
94
Hình 4.4: Hệ thống điều tốc governor……………………………………
94


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
7
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Ở Việt Nam, sự khởi sắc của nền kinh tế sau đổi mới, làm nhu cầu về điện gia tăng
đột biến. Để đáp ứng được sự gia tăng đó, chúng ta đang xây dựng rất nhiều các nhà máy
điện như: thủy điện Sơn La, nhiệt điện Vĩnh Tân 2, nhiệt điện Vũng Áng… đồng thời mở
rộng các nhà máy nhiệt điện đang có: Phả Lại 2, Uông Bí, Cẩm Phả, trung tâm nhiệt điện
Phú Mỹ… Đặc biệt là việc phát triển các nhà máy thủy điện nhỏ: thủy điện Nho Quế 3
hay thủy điện Nậm Ly…, phần lớn thiết bị của chúng là ngoại nhập.
Trong các nhà máy điện thì máy phát điện đồng bộ là thiết bị quan trọng, mà hệ
thống kích từ là một trong các hệ thống thiết bị quan trọng nhất quyết định đến sự làm
việc an toàn của máy phát điện. Nên khi vận hành cần quan tâm đến các vấn đề:
Một là khi hệ thống bị tác động bởi sự cố hoặc khi phụ tải thay đổi nhanh, dẫn đến
công suất phát ra sẽ thay đổi xuất hiện sự mất đồng bộ của máy phát điện đồng bộ, thời
gian kéo dài có thể gây phá hủy máy.
Hai là khi vận hành các tổ máy phát điện đồng bộ làm việc song song trong một nhà
máy hay quá trình hòa vào lưới điện, làm xuất hiện các dao động, ảnh hưởng đến chế độ
làm việc của hệ thống điện, nếu thời gian kéo dài làm cho chất lượng điện năng giảm.
Để đảm bảo cho hệ thống làm việc tốt thì cần phải loại bỏ được hoặc làm suy giảm
tới mức tối thiểu những nhiễu loạn trên hệ thống, thiết bị ổn định hệ thống nguồn công
suất (PSS) đã được sử dụng cho mục đích này [7, 8, 9].
Cho đến nay thiết bị ổn định hệ thống nguồn công suất (PSS) đã được rất nhiều các
tác giả nước ngoài quan tâm, tuy nhiên trong nước thì rất ít tác giả hay tài liệu nói đến
PSS. Do đó trong quá trình xây dựng, cũng như để hòa lưới cho các nhà máy gặp nhiều
khó khăn như: thiết bị ngoại nhập có giá cao làm tăng chi phí đầu tư ban đầu, tài liệu viết
bằng tiếng anh…
Đề tài này, nhằm nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển cho thiết bị ổn định hệ thống

5. Kết cấu luận văn
Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung luận văn sẽ trình bày trong 4 chương:
Chương 1: Nghiên cứu về hệ thống điện và máy phát điện trong điều kiện hòa lưới.
Chương 2: Nghiên cứu về hệ thống kích từ của máy phát điện và thiết bị ổn định hệ
thống nguồn công suất.
Chương 3: Thiết kế bộ điều khiển cho thiết bị ổn định hệ thống nguồn công suất.
Chương 4: Mô hình hóa và mô phỏng thiết bị ổn định hệ thống nguồn công suất.
Rôto máy phát điện đồng bộ có các cực từ và dây quấn kích từ. Có thể phân rôto
thành 2 loại chính: rôto cực ẩn và rôto cực lồi.
Rôto cực ẩn: thường dùng cho các máy phát tuabin hơi có tốc độ quay cao.
Rôto cực lồi: thường dùng cho các máy phát tuabin nước có tốc độ quay thấp.
1.1.3. Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ
Chúng ta biết rằng máy phát làm nhiệm vụ biến cơ năng thành điện năng theo sơ đồ
nguyên lý hình 1.1 sau đây: Hình 1.1: Nguyên lý quá trình sản xuất điện năng.
Trong đó các năng lượng cơ dạng sơ cấp (như thế năng của nước ở các hồ đập, nhiệt
năng của các loại nhiên liệu như than, dầu, khí đốt, năng lượng hạt nhân hay sức gió, thủy
triều…) qua một số khâu trung gian được đưa vào tuabin nối với rôto của máy phát. Khi
rôto được quay bằng các năng lượng sơ cấp trên và cho dòng kích từ vào dây quấn kích từ
U,I,f
F
Năng lượng
sơ cấp
Turbine
Máy phát
Kích từ
máy phát
Kích từ
U,I,f

: từ thông cực từ rôto.
Nếu rôto có p đôi cực, khi rôto quay được một vòng thì sức điện động phần ứng sẽ
biến thiên p chu kỳ. Do đó nếu tốc độ quay của rôto là n (vòng/phút) tần số
f
của sức
điện động sẽ là:

f p n*
(1.3)
Nếu tốc độ của rôto được tính bằng phút thì:

pn
f
*
60

(1.4)
Dây quấn ba pha có trục lệch nhau trong không gian một góc là 120
0
điện, cho nên
sức điện động các pha cũng lệch nhau góc pha là 120
0
. Khi dây quấn nối với tải, trong các
pha sẽ có dòng điện ba pha. Dòng điện ba pha trong dây quấn sẽ tạo nên từ trường quay,
với tốc độ
f
n
p
1
60*

Trong đó:
U
là điện áp ở đầu cực máy.
ö
r
và
ö
x


là điện trở và điện kháng tản từ của dây quấn phần ứng.

E
là sức điện động cảm ứng trong dây quấn do từ trường khe hở.
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
11
Khi máy điện làm việc có tải, dòng điện trong dây quấn stato sẽ sinh ra từ trường
của dây quấn stato và còn gọi là từ trường phần ứng. Từ trường khe hở lúc có tải là do từ
trường cực từ
t
F
và từ trường phần ứng
ö
F
sinh ra, khi mạch từ của máy không bão hòa
có thể xem như các từ trường
t
F
,

öd
F
và ngang trục
öq
F
. Từ thông
öd

và
öq

tương ứng với các sức từ động
öd
F
,
öq
F
sẽ sinh ra trong dây quấn phần ứng
các sức điện động:
öq q öq
E jI x
và
öd d öd
E jI x
.
Kết quả là ở đây phương trình cân bằng sức điện động có dạng:
 
öd öq ö ö
U E E E I r jx
0
Hình 1.2: Đồ thị sức điện động của máy phát điện cực lồi.
 
ö ö ö
jIx j Ix Ixcos sin
  

   

=
q ö d ö
jI x jI x



Do đó (1.8) trở thành:
 
 
d öd ö q öq ö ö
U E jI x x jI x x Ir



d
I


q
I











LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
12
=
d d q q ö
E jI x jI x Ir
0
  
(1.9)
Trong đó:
d öd ö


và
t
t
tñmo
i
i
i
*

(1.10)
Như trên hình 1.3, trong đó
tñm
i
0
là dòng điện không tải khi
ñm
UU
.
khi
U=0
và
ñm
f f
(khi đó dây quấn
phần ứng được nối tắt ngay ở đầu máy). Nếu bỏ qua điện trở dây quấn phần ứng (
ö
r 0
)
thì mạch điện dây quấn phần ứng lúc ngắn mạch là thuần cảm (

=90
0
) như vậy I
q
=
Icos

= 0 và I
d
= Isin

= I. Theo biểu thức (1.9) ta có:
d d d
E +jI x jIx
0
  
(1.11)
Lúc ngắn mạch phản ứng phần ứng là khử từ, mạch từ của máy không bão hòa, vì từ

1

2

E
*
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
13
Hình 1.4: Đặc tính ngắn mạch của máy phát đồng bộ.
Tỷ số ngắn mạch K: theo định nghĩa là tỷ số giữa dòng điện ngắn mạch I
no
ứng với
dòng điện kích thích sinh ra sức điện động E = U
đm
khi không tải với dòng điện định mức
I
đm
nghĩa là:
đm
no
I
I
K 

> 1 do đó K < 1 và dòng điện ngắn mạch xác lập
no ñm
I I
, vì vậy có thể
kết luận rằng dòng điện ngắn mạch xác lập của máy phát điện đồng bộ không lớn là do tác
dụng khử từ rất mạnh của phản ứng phần ứng.
Tỷ số ngắn mạch K là một tham số quan trọng của máy phát điện đồng bộ. Với K
lớn có ưu điểm cho độ thay đổi điện áp
U
nhỏ và sinh ra công suất điện từ lớn khiến
cho máy làm việc ổn định khi tải dao động, nhưng muốn K lớn thì x
d
phải nhỏ nghĩa là
phải tăng khe hở

đồng nghĩa với việc phải tăng dây quấn kích thích từ dẫn đễn phải
tăng kích thước máy. Kết quả là giá thành cao.
1.2.4. Đặc tính ngoài
Đặc tính ngoài là quan hệ
 
U f I
khi i
t
= const, cos

= const và
ñm
f f
. Nó cho
thấy khi phải thay đổi tải sao cho cos

= cos
ñm

;
ñm
f f
được gọi là dòng điện từ hóa định mức.
Hình 1.5: Đặc tính ngoài của máy phát điện đồng bộ.
Từ hình 1.5 cho thấy các đặc tính ngoài phụ thuộc vào tính chất của tải, tải có tính
chất cảm khi I tăng, phản ứng khử từ của phần ứng tăng, điện áp giảm và đường biểu diễn
đi xuống. Nếu tải có tính chất dung khi I tăng, phản ứng phần ứng là trợ từ, điện áp tăng
và đường biểu diễn đi lên.
Độ thay đổi điện áp định mức
ñm
U
của máy phát điện đồng bộ theo định nghĩa là
sự thay đổi điện áp khi tải thay đổi từ định mức với cos

= cos
ñm

đến không tải, trong
điều kiện không thay đổi dòng điện kích thích. Trị số
ñm

f f
. Đặc
tính này cho biết hướng điều chỉnh dòng điện i
t
của máy phát điện đồng bộ giữ cho điện
áp U ở đầu máy không đổi. Khi lấy đặc tính điều chỉnh phải thay đổi tải và đồng thời thay
đổi i
t
để có cos

= const và U = const. Hình 1.6
Dạng đặc tính ở các trị số cos

khác nhau như trên hình 1.6 cho thấy ở tải cảm khi I
tăng, tác dụng khử từ của phản ứng phần ứng cũng tăng làm cho U bị giảm. Để giữ cho U
không đổi phải tăng dòng từ hóa i
t
, ngược lại ở tải dung khi I tăng, muốn giữ U không đổi
phải giảm i
t
. Thông thường cos
ñm

= 0.8 (thuần cảm), nên từ không tải (
ñm
UU
; I = 0)
đến tải định mức (
ñm
UU

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
15

Hình 1.6: Đặc tính điều chỉnh của máy phát điện đồng bộ.
1.2.6. Đặc tính tải
Đặc tính tải là quan hệ giữa
 
t
U f i
khi I = const;
ñm
ff
; cos

= const. Với các
trị số khác nhau của I và cos

sẽ có các đặc tính tải khác nhau, trong đó có ý nghĩa nhất
là đặc tính tải thuần cảm ứng với cos

= 0 (


п/2) và

đm
I

8.0cos 

(điện cảm)

8.0cos 

(điện dung)

1cos 


"
O

'
O

'
B

"
B

i
t
A
B

C

1
2
3
C
Q
P
O
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
16
Cách tính ngắn mạch như đường 2 hình 1.7: Để có trị số
n ñm
I I
, dòng điện kích
thích i
m
hoặc sức điện động F
m
cần thiết bằng F
m
≡ I
m
= OC. Khi máy làm việc ở chế độ
ngắn mạch, sức từ động của cực từ F
m
= OC gồm các phần:
− Một phần để khắc phục phản ứng khử từ của phần ứng BC = k
ưd

t
U f i 
trên là ứng với
ñm
II
. Để chứng minh ta cần chú ý, ở
hai trường hợp ngắn mạch
ñm
II
và tải thuần cảm với
ñm
II
, sức từ động
ö
E

và phản
ứng khử từ F
ưd
không đổi do các cạnh AB =
ö
E

và BC = k
ưd
.F
ưd
của tam giác điện kháng
không đổi. Như vậy với một sức từ động tùy ý của cực từ F
0

’
− AB
’
= QA
’
− AB = QB
’
= PC
’
.
Trên thực tế do ảnh hưởng của bão hòa từ, đặc tính thuần cảm có được bằng thí
nghiệm tải trực tiếp có dạng như đường nét đứt. Nguyên nhân của sự sai khác do khi dòng
điện kích từ tăng, cực từ của máy càng bão hòa do từ thông tản của dây quấn kích từ lớn
hơn sức từ động của cực từ cần thiết để khắc phục phản ứng khử từ của phần ứng càng
phải lớn hơn, nghĩa là cạnh BC của tam giác điện kháng càng phải dài hơn.
1.3. Điều chỉnh công suất trong máy phát
Tải của hộ dùng điện trong lưới điện thường thay đổi theo điều kiện sản xuất và tiêu
dùng. Có trường hợp tải không thay đổi nhưng do điều kiện vận hành của lưới điện nên
phải thay đổi chế độ làm việc của máy phát điện, cho nên trên thực tế phải điều chỉnh
công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q của máy phát.
Có hai trường hợp điều chỉnh: trường hợp thứ nhất là máy phát điện làm việc trong
hệ thống điện lực có công suất vô cùng lớn với U,
f const
. Lúc đó tổng công suất của
máy phát điện đang làm việc song song trong hệ thống rất lớn so với công suất của máy
phát điện đó, do đó việc điều chỉnh P và Q của máy phát điện đó không làm thay đổi U,
f

của hệ thống điện.
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT


(1.16)
Với m là số pha. Hình 1.8: Công suất tác dụng và công suất chỉnh bộ của máy phát điện.
Đối với máy phát cực lồi có r
ư
rất nhỏ so với các điện kháng đồng bộ (x
db
, x
d
, x
q
)
nên coi r
ư
= 0 ta có:
d
d
EU
I
x
0



1


0

m


2




LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
18
Thay biểu thức (1.19) vào biểu thức (1.16) ta được:
P = mUIcos
 


= mU(Icos

cos

+ Isin

sin

2
sin cos


Vậy: P =
d
mUE
x
0
sin

+
qd
mU
xx
2
11
sin2
2






(1.21)
P = P
e
+ P
u

t
), thành phần P
u
tỷ lệ
với sin2

và không phụ thuộc vào E
0
(hoặc i
t
).
Như vậy muốn điều chỉnh công suất tác dụng P của máy phát thì phải thay đổi góc

, đồng nghĩa với việc thay đổi giao điểm A bằng cách thay đổi công suất cơ trên trục
máy.
Công suất tác dụng cực đại P
m
của máy phát điện có thể cung cấp cho hệ thống khi
0

d
dp
tương ứng với
m


Áp dụng điều kiện này với biểu thức (1.21) của máy phát cực lồi thì có thể suy ra
được góc
m







(1.26)
Và P
m
=
m
d
mUE
x
0
sin

+
m
qd
mU
xx
2
11
sin2
2






> P
cơ
, kết quả là rôto
sẽ bị ghìm và máy phát điện làm việc xác lập. Nhưng ở điểm B thì công suất cơ thay đổi,
góc

tăng thêm


sẽ làm cho P của máy phát điện giảm như vậy P < P
cơ
kết quả là rôto
quay nhanh thêm, góc

càng tăng và máy phát điện sẽ mất đồng bộ với lưới điện. Vậy
khi điều chỉnh công suất tác dụng mà muốn giữ cho máy phát điện ổn định thì phải có
điều kiện
dP
d
0


trong đó
dP
d

gọi là công suất chỉnh bộ, đặc trưng cho khả năng giữ cho
máy phát làm việc đồng bộ trong lưới điện và được ký hiệu là P
cb
. Công suất chỉnh bộ cho


thì khả năng chỉnh bộ bằng không.
Trong thực tế, đề phòng trường hợp U hoặc E
0
giảm hay do nguyên nhân khác làm
cho công suất P đưa ra lưới điện giảm theo nhưng vẫn duy trì được đồng bộ, máy phát
điện thường làm việc với công suất định mức P
đm
ứng với

< 30
0
.
Khả năng quá tải của máy phát điện đồng bộ được xác định bằng tỷ số
m
m
ñm
P
k
P

hệ
số năng lực quá tải. Theo quy định thì cần đảm bảo k
m
> 1.7 và muốn như vậy thì máy
phát phải có tỷ số ngắn mạch k lớn nghĩa là
d
x
phải nhỏ hoặc khe hở lớn. Trường hợp
máy phát điện công suất tương tự làm việc song song: Nếu có hai máy phát điện công suất

0
và từ đó suy ra dòng kích thích i
t
cần thiết để sinh ra E
0
nhưng cần lưu ý:
d
mUE
P P const
x
0
1
sin

  
(1.29)
Trong đó U, x
d
không đổi nên P

E
0
sin

= OB = const và mút của vectơ E
0
luôn
nằm trên đường 2, thẳng góc với OB. Kết quả phân tích cho thấy, muốn điều chỉnh công
suất phản kháng Q thì phải thay đổi dòng điện kích thích i
t



đb
xIj


U


'


A


1
2
B
0


'


I


'
I


của một máy mà vẫn giữ nguyên dòng kích thích của máy hai, thì do công suất
phản kháng của máy 1 tăng, dẫn đến tổng công suất phản kháng tăng làm thay đổi điện áp
U của lưới điện, ảnh hưởng đến trạng thái làm việc bình thường của lưới điện với U =
const, như vậy khi tăng dòng kích thích của một máy thì phải giảm tương ứng dòng kích
thích của máy kia và sẽ thực hiện được sự phân phối lại công suất phản kháng Q giữa 2
máy.
1.4. Mô hình toán máy phát điện đồng bộ
1.4.1. Phương trình máy phát điện đồng bộ trong hệ trục 3 pha
Để nghiên cứu quá trình quá độ trong máy điện đồng bộ thường sử dụng phương
trình vi phân ở hệ trục tọa độ pha (hệ trục không chuyển động) của máy.
Các phương trình viết dưới dạng ma trận như sau:
Phương trình cân bằng sức điện động mạch stato:
s s s s
d
u R i
dt

      
  
      
(1.30)
Phương trình cân bằng điện áp mạch rôto:
      
rrrr
dt
d
iRu


(1.31)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn
22
Phương trình cân bằng mô men:
m
MM
dt
d
J 
2
2

(1.32)
Phương trình vi phân thứ nhất (1.30) là phương trình cân bằng sức điện động của
stato có giá trị như sau:
T
s a b c
   
   

   
;
T
s a b c
i i i i
   

   

T
s a b c

   





;
T
r fd kd kq
i i i i






T
r fd
uu00





;
fd
r kd
kq
R
RR

,
kq

là từ thông móc vòng của các pha a, b, c của stato, của
cuộn kích từ, cuộn ổn định trục dọc, cuộn ổn định trục ngang.
a
i
,
b
i
,
c
i
,
fd
i
,
kd
i
,
kq
i
là dòng điện các pha a, b, c của stato, cuộn kích từ, cuộn ổn định
dọc, cuộn ổn định ngang.
fd
R
,
kd
R
,