nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống kích từ có xét đến bộ ổn định công suất – pss đến ổn định của hệ thống điện

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -tnu.e

1


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình do tôi tổng hợp và nghiên
cứu. Trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo như đã nêu trong
phần tài liệu tham khảo.

Tác giả luận văn



Đào Duy Yên

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -tnu.e

2

Ký hiệu, chữ viết tắt
Biểu diễn
Ghi chú tiếng anh
V
Điện áp
Voltage
PSS
Bộ ổn định công suất
Power Sýtem Stabilizer
AVR
Tự động điều chỉnh điện áp
Automatic Voltage Regulator

HTĐ
Hệ thống điện
Power Sytem
CSTD
Công suất tác dụng
Active Power
CSPK
Công suất phản kháng
Reactive Power
SSG
Máy phát đồng bộ tĩnh
Static synchronours Generator
UEL
Khối giới hạn thiếu kích từ
Under Excitation Limit
OEL
Khối giới hạn quá kích từ
Over Excitation Limit
HVG
Cổng chọn giá trị cao
Hight Value Gate
LVG
Cổng chọn giá trị thấp
Low Value Gate

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình vẽ
Tên hình vẽ
Trang
Hình 1.1
Máy phát đồng bộ kết nối với lưới
22
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -tnu.e

3
Hình 1.2
Đồ thị véc tơ máy phát nối lưới
23

Hình 1.3
Trạng thái ổn định tức thời
24
Hình 1.4
Ảnh hưởng của tác động nhanh đến hệ thống kích từ
25
Hình 1.5
Dao động máy phát làm việc song song
26
Hình 1.6
Dao động cục bộ
27
Hình 1.7
Dao động liên khu vực
27
Hình 2.1
Đồ thị sức điện động của máy phát điện cực lồi ở tải có tính
cảm và có tính dung
34
Hình 2.2
Đồ thị sức điện động của máy phát điện cực ẩn ở tải có tính
cảm và có tính dung
35
Hình 2.3
Đồ thị đặc tính góc công suất tác dụng P=f(δ) của máy phát
cực ẩn và máy phát cực lồi
36
Hình 2.4
Đặc tính góc CSPK của máy phát điện cực lồi
37

Hình 2.5
CSTD và công suất chỉnh bộ của máy phát điện đồng bộ cực
lồi
38
Hình 2.6
Điều chỉnh CSPK của máy phát điện đồng bộ
40
Hình 2.7
Họ đặc tính hình V của máy phát điện đồng bộ
41
Hình 2.8
Đặc tính không tải của máy phát điện đồng bộ
44
Hình 2.9
Đặc tính ngoài của máy phát điện đồng bộ
45
Hình 2.10
Đặc tính điều chỉnh máy phát điện đồng bộ
45
Hình 2.11
Đặc tính tải của máy phát điện đồng bộ
46
Hình 2.12
Đặc tính ngắn mạch của máy phát điện đồng bộ
46
Hình 2.13
Hệ trục tọa độ dq
49
Hình 3.1
Hệ thống kích từ bằng máy phát điện một chiều

59
Hình 3.2
Hệ thống kích từ bằng máy phát điện xoay chiều tần số
61
Hình 3.3
Sơ đồ mô phỏng hệ thống kích từ bằng máy phát điện xoay chiều
61
Hình 3.4
Hệ thống kích từ tĩnh
62
Hình 3.5
Sơ đồ mô phỏng hệ thống kích từ tĩnh
62
Hình 3.6
Bộ ổn định công suất dựa vào tín hiệu PSS1A
64
Hình 3.7
Sơ đồ khối bộ ổn định công suất PSS2A
66
Hình 3.8
Sơ đồ khối bộ ổn định công suất PSS2B
67
Hình 3.9
Mô tả PSS2A và PSS2B kết nối với hệ thống tuabin – máy phát
67
Hình 3.10
Sơ đồ khối của bộ ổn định công suất PSS3B
68
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -tnu.e

4
Hình 3.11
Sơ đồ khối bộ ổn định công suất PSS4B
68
Hình 3.12
Khâu lọc cao tần
69
Hình 3.13
Khâu lọc cao tần và quán tính bậc 1
69
Hình 3.14
Bộ lọc các thành phần xoắn
70
Hình 3.15
Khâu khuyếch đại và bù pha
71
Hình 3.16
Sơ đồ khối hệ thống tự động điều chỉnh điện áp và ổn định
công suất máy phát đồng bộ
71
Hình 3.17
Đồ thị véc tơ biểu diễn ổn định công suất khi co PSS
72
Hình 3.18
Sơ đồ mô phỏng hệ thống trong Matlab - Simulink
73

KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VỚI HỆ THỐNG KÍCH TỪ DÙNG

MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU

Hình 3.19
Điện áp đầu cực máy phát
75
Hình 3.20
Đáp ứng điện áp kích từ có PSS và không có PSS
75
Hình 3.21
Sai lệch góc roto
76
Hình 3.22
Công suất máy phát
76

KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VỚI HỆ THỐNG KÍCH TỪ TĨNH

Hình 3.23
Điện áp đầu cực máy phát
78
Hình 3.24
Đáp ứng điện áp kích từ có PSS và không có PSS
78
Hình 3.25
Sai lệch góc roto
79
Hình 3.26
Công suất máy phát
79

MỤC LỤC

Nộ i dung
Trang
Trang phụ bì a

Lời cam đoan

Danh mục ký hiệu và chữ viết tắt
Danh mụ c hình vẽ

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -tnu.e

5
Mục lục

Lời nói đầ u

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG KÍCH TỪ VÀ ỔN ĐỊNH
CÔNG SUẤT MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ
10
1. Ổn định Hệ thống điện
10
1.1.Chế độ của Hệ thống điện.
10
1.1.1.Hệ thống điện (HTĐ).

10
1.1.2. Chế độ của HTĐ.
10
1.1.3. Yêu cầu đối với các chế độ của HTĐ.
11
1.2. Khái niệm Ổn định HTĐ.
12
1.2.1. Cân bằng công suất.
12
1.2.2. Định nghĩa Ổn định HTĐ.
14
1.2.3. Các dạng mất ổn định.
17
1.3. Hệ thống kích từ máy phát
18
1.3.1. Khái niệm chung
18
1.3.2. Thành phần của hệ thống kích từ
19
1.3.3. Bộ tự động điều chỉnh điện áp máy phát
19
1.3.4. Bộ chỉnh lưu kích từ thyristor
21
1.3.5. Một số hệ thống kích từ cho máy phát điện đồng bộ
21
1.4. Hệ thống ổn định công suất
22
1.4.1. Trạng thái ổn định
22
1.4.2. Trạng thái ổn định tức thời

23
1.4.3. Tác động của hệ thống kích từ đối với sự ổn định
25
1.4.4. ổn định các tín hiệu nhỏ
26
1.4.5. Bộ ổn định công suất (PSS)
28
1.4.6. Triệt tiêu các dao động cơ điện
29
1.4.7. Nguyên lý hoạt động của bộ ổn định công suất (PSS)
30
1.4.8. Kết luận chương I
30
CHƢƠNG 2: MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ VÀ MÔ HÌNH TOÁN
HỌC MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ
31
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -tnu.e

6
2.1. Máy phát điện đồng bộ
31
2.1.1. Giới thiệu chung
31
2.1.2. Nguyên lý làm việc của máy phát đồng bộ
31
2.1.3. Phản ứng phần ứng của máy phát điện đồng bộ
32
2.1.4. Phương trình cân bằng điện áp của máy phát điện đồng bộ

33
2.1.5. Công suất điện từ của máy phát điện đồng bộ
35
2.1.6. Điều chỉnh công suất tác dụng và công suất phản kháng
37
2.1.7. Các đặc tính của máy phát đồng bộ
43
2.2. Mô hình toán học của máy phát điện đồng bộ
47
2.2.1. Phương trình máy điện ở hệ trục ba pha
47
2.2.2. Phương trình máy điện đồng bộ viết ở hệ trục vuông góc
48
2.2.3. Phương trình vi phân máy phát đồng bộ
55
2.2.4. Phương trình máy điện đồng bộ viết ở đại lượng tương đối
55
2.3. Kết luận chương II
58
CHƢƠNG 3: CẤU CHÚC HỆ THỐNG KÍCH TỪ VÀ ỔN ĐỊNH
CÔNG SUẤT
59
3.1. Các phương pháp kích từ cho máy phát
59
3.1.1. Hệ thống kích từ dùng máy phát điện một chiều
59
3.1.2. Hệ thống kích từ dùng máy phát điện xoay chiều tần số cao.
60
3.1.3. Hệ thống kích từ tĩnh ( Static Exciter )
62

3.1.4. Phương án ứng dụng hệ thống kích từ cho máy phát đồng bộ
63
3.2. Phân loại các bộ ổn định công suất
64
3.2.1. Các bộ ổn định dựa trên tốc độ
64
3.2.2. Các bộ phận ổn định đầu vào kép
65
1. Bộ ổn định đầu vào kép PSS2A
66
2. Bộ ổn định đầu vào kép PSS2B
67
3. Bộ ổn định đầu vào kép PSS3B
67
4. Bộ ổn định đầu vào kép PSS4B
68
3.2.3. Lựa chọn bộ ổn định công suất
68
3.2.4. Phân tích các thành phần trong mô hình PSS2A
68
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -tnu.e

7
3.3. Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp máy phát (có PSS)
71
3.4. Mô phỏng hệ thống
73
3.4.1. Cấu hình hệ thống mô phỏng

73
3.4.2. Thông số các phần tử chính
73
3.4.3. Kết quả mô phỏng
74
3.4.4. Kết quả mô phỏng hệ thống kích từ tĩnh
75
3.4.5. Kết quả mô phỏng hệ thống kích từ dung máy phát điện xoay chiều
78
3.5. Nhận xét kết quả mô phỏng
80
3.6. Kết luận chương III
80
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
81
TÀI LIỆU THAM KHẢO
82










LỜI NÓI 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.
Sự mất ổn định của HTĐ thường do phụ tải của hệ thống thay đổi, công
suất làm việc của máy phát cần thay đổi theo. Do có sụt áp trên điện kháng
trong, điện áp đầu cực máy phát bị biến thiên, lệch khỏi trị số định mức.Nếu
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -tnu.e

8
không có biện pháp điều chỉnh, độ lệch sẽ rất đáng kể ảnh hưởng đến chất lượng
điện năng.
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, bộ ổn định
công suất (PSS) đã được sử dụng cho mục đích này. Vì vậy tôi chọn luận văn
với đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của Hệ thống kích từ có xét đến bộ ổn định
công suất – PSS đến ổn định của Hệ thống điện”
Trong phạm vi đề tài này sẽ đi giải quyết 2 vấn đề đó là:
- Khảo sát, đánh giá khả năng, phạm vi ứng dụng của các loại hệ
thống kích từ ảnh hưởng đến chất lượng điện áp, công suất của máy phát.
Dựa trên cơ sở phân tích kinh tế, kỹ thuật của các phương án để lựa chọn
loại hệ thống kích từ tối ưu nhất
- Nghiên cứu cấu trúc, mô hình PSS trong HTĐ. Các hiệu quả và khả
năng ứng dụng của chúng
Trong quá trình hoàn thành luận văn tôi đã có được sự giúp đỡ và chỉ
dẫn rất tận tình của các thầy, cô giáo. Qua đây tôi xin gửi lời cảm ơn chân
thành tới thầy PGS.TS Nguyễn Như Hiển và các thầ y cá c cô khoa sau đạ i
học, khoa điện và khoa điện tử - Trườ ng ĐHKT Công nghiệ p Thá i Nguyên .
Đã giúp đỡ tôi hoàn thành bản luận văn này. Tuy vậy với kinh nghiệm và

trình độ thực tế của tôi còn bị hạn chế nên trong quá trình thiết kế tôi không
tránh khỏi những thiếu sót. Nên bản luận văn của tôi vẫn còn có chỗ chưa
được hoàn thiện. Tôi rất mong được sự chỉ dẫn chân thành của các thầy cô
và các bạn đồng nghiệp để bản luận văn của tôi đạt chất lượng tốt.
Tôi xin chân thành cám ơn!






Thái nguyên, ngày 30 tháng 08 năm 2011
Tác giả luận văn




Đào Duy Yên
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -tnu.e

9

Chƣơng 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.

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -tnu.e

10
- 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…
Mỗi phần tử của HTĐ được đặc trưng bởi các thông số, các thông số này
được xác định về lượng bởi tính chất vật lý của các phần tử, sơ đồ liên lạc giữa
chúng và nhiều sự giản ước tính toán khác. Ví dụ: Tổng trở, tổng dẫn của đường
dây, hệ số biến áp, hệ số khuếch đại của bộ phận tự động điều chỉnh kích thích…
Các thông số của các phần tử cũng được gọi là các thông số của HTĐ.
Nhiều thông số của HTĐ là các đại lượng phi tuyến, giá trị của chúng phụ
thuộc vào dòng công suất, tần số… như là X, Y, độ từ hoá… trong phần lớn các
bài toán thực tế có thể coi là hằng số và như vậy ta có hệ thống tuyến tính. Nếu
tính đến sự biến đổi của các thông số ta có hệ thống phi tuyến, đây là một dạng
phi tuyến của HTĐ, dạng phi tuyến này chỉ phải xét đến trong một số ít trường
hợp như khi phải tính đến độ bão hoà của MF, MBA trong các bài toán ổn định.
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.
Các quá trình nói trên được đặc trưng bởi các thông số U, I, P, Q, f, …
tại mọi điểm của HTĐ. Ta gọi chúng là các thông số chế độ, các thông số này
khác với các thông số hệ thống ở chỗ nó chỉ tồn tại khi HTĐ làm việc. Các
thông số chế độ xác định hoàn toàn trạng thái làm việc của HTĐ.
Các thông số chế độ quan hệ với nhau thông qua các thông số HTĐ,
nhiều mối qua hệ này có dạng phi tuyến. Ví dụ P = U
2

/R.
Đó là dạng phi tuyến thứ hai của HTĐ, dạng phi tuyến này không thể bỏ
qua trong các bài toán điện lực.
Các chế độ của HTĐ được chia thành hai loại:
a. Chế độ xác lập (CĐXL) là chế độ các thông số của nó dao động rất
nhỏ xung quanh giá trị trung bình nào đó, thực tế có thể xem như các
thông số này là hằng số.
Trong thực tế không tồn tại chế độ nào mà trong đó các thông số của nó
bất biến theo thời gian vì HTĐ bao gồm một số vô cùng lớn các phần tử, các
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -tnu.e

11
phần tử này luôn luôn biến đổi khiến cho các thông số của chế độ cũng biến
đổi không ngừng.
CĐXL được chia thành:
+ CĐXL lập bình thường là chế độ vận hành bình thường của HTĐ.
+ CĐXL sau sự cố xảy ra sau khi đã loại trừ sự cố.
+ Chế độ sự cố xác lập là chế độ sự cố duy trì sau thời gian quá độ ví dụ
như chế độ ngắn mạch duy trì…
b. Chế độ quá độ là chế độ mà các thông số biến đổi rất nhều. Chế độ quá
độ gồm có:
+ Chế độ quá độ bình thường là bước chuyển từ CĐXL bình thường này
sang CĐXL bình thường khác.
+ Chế độ quá độ sự cố xảy ra sau sự cố.
1.1.3. Yêu cầu đối với các chế độ của HTĐ.
a. CĐXL bình thường, các yêu cầu là:
- Đảm bảo chất lượng điện năng: điện năng cung cấp cho các phụ tải
phải có chất lượng đảm bảo, tức giá trị của các thông số chất lượng (điện áp

và tần số) phải nằm trong giới hạn được quy định bởi các tiêu chuẩn.
- Đảm bảo độ tin cậy: các phụ tải được CCĐ liên tục với chất lượng đảm
bảo. Mức độ liên tục này phải đáp ứng được yêu cầu của các hộ dùng điện và
điều kiện của HTĐ.
- Có hiệu qủa kinh tế cao: chế độ thoả mãn độ tin cậy và đảm bảo chất lượng
điện năng được thực hiện với chi phí sản xuất điện, truyền tải và phân phối điện
năng nhỏ nhất.
- Đảm bảo an toàn điện: phải đảm bảo an toàn cho người vận hành,
người dùng điện và thiết bị phân phối điện.
b. CĐXL sau sự cố, yêu cầu là:
Các yêu cầu mục a được giảm đi nhưng chỉ cho phép kéo dài trong một
thời gian ngắn, sau đó phải có biện pháp hoặc là thay đổi thông số của chế độ
hoặc là thay đổi sơ đồ hệ thống để đưa chế độ này để về CĐXL bình thường.
c. Chế độ quá độ (CĐQĐ), yêu cầu là:
- Chấm dứt một cách nhanh chóng bằng CĐXL bình thường hay CĐXL
sau sự cố.
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -tnu.e

12
- 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…
- Các yêu cầu của HTĐ được xét đến khi thiết kế và được bảo đảm bằng
cách điều chỉnh thường xuyên trong quá trình vận hành HTĐ.
1.2. Khái niệm Ổn định HTĐ.
1.2.1. Cân bằng công suất.
Điều kiện cần để CĐXL có thể tồn tại là sự cân bằng công suất tác dụng
(CSTD) và công suất phản kháng (CSPK). Công suất do các nguồn sinh ra

phải bằng công suất do các phụ tải tiêu thụ cộng với tổn thất công suất trong
các phần tử của HTĐ.
PPPP
ptF

(1.1)
QQQQ
ptF

(1.2)
Giữa CSTD và CSPK có mối quan hệ:
222
QPS 
(1.3)
Cho nên các điều kiện cân bằng công suất (1.1) và (1.2) không thể xét
một cách độc lập mà lúc nào cũng phải xét đến mối quan hệ giữa chúng.
Tuy vậy trong thực tế tính toán và vận hành HTĐ một cách gần đúng có
thể xem sự biến đổi của CSTD và CSPK tuân theo các quy luật riêng biệt ít
ảnh hưởng đến nhau. Đó là:
- Sự biến đổi CSTD chỉ có ảnh hưởng đến tần số của HTĐ, ảnh hưởng của
nó đến điện áp không đáng kể. Như vậy tần số có thể xem là chỉ tiêu để đánh giá
sự cân bằng CSTD.
- Sự biến đổi của CSPK ảnh hưởng chủ yếu đến điện áp của HTĐ. Như
vậy có thể xem điện áp là chỉ tiêu để đánh giá sự cân bằng CSPK.
Trong khi vận hành HTĐ các điều kiện cân bằng công suất (1.1) và (1.2)
được đảm bảo một cách tự nhiên. Các thông số của chế độ luôn giữ các giá trị
sao cho các điều kiện cân bằng công suất được thoả mãn.
Ví dụ, khi xuất phát từ một vị trí cân bằng nào đó ta tăng CSTD của
nguồn lên lập tức tần số sẽ tăng lên làm cho công suất tiêu thụ của phụ tải
cũng tăng lên theo cho tới khi cân bằng với công suất của nguồn. Hay khi

Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -tnu.e

13
đóng thêm một phụ tải CSPK thì lập tức điện áp toàn hệ thống sẽ giảm làm
cho các phụ tải phản kháng khác sẽ giảm đi cho tới khi đạt lại sự cân bằng
CSPK. Tất nhiên sự điều chỉnh này chỉ thực hiện được trong phạm vi cho
phép.
Các điều kiện cân bằng công suất (1.1) và (1.2) và (1.3) là các cơ sở xuất
phát để tính toán các chế độ của HTĐ. Từ các điều kiện ấy ta tính được các
thông số của chế độ U, I, P, Q…
Để đảm bảo sự làm việc đúng đắn của phụ tải điện và HTĐ, quy định các
giá trị cân bằng cho CSTD và CSPK như sau:
- Công suất tác dụng là cân bằng khi tần số của hệ thống bằng tần số
đồng bộ f (50 hay 60 Hz) hoặc là nằm trong giới hạn cho phép:
maxcpmincp
fff 
.
- Công suất phản kháng là cân bằng khi điện áp tại các nút của HTĐ nằm
trong giới hạn cho phép:
maxcpmincp
UUU 
.
Khi điện áp và tần số lệch khỏi các giá trị cho phép thì xem như sự cân
bằng công suất không đảm bảo và cần có biện pháp để bảo đảm chúng.
Sự cân bằng CSTD có tính chất toàn hệ thống. Vì ở tất cả các điểm trên
hệ thống tần số luôn có giá trị chung. Việc đảm bảo tần số do đó dễ thực hiện,
chỉ cần điều chỉnh công suất tại một nhà máy nào đó.
Trái lại, sự cân bằng CSPK mang tính chất cục bộ thừa chỗ này thiếu chỗ

khác. Việc điều chỉnh CSPK phức tạp không thể thực hiện chung cho toàn bộ
hệ thống được.
Trong HTĐ, máy phát điện (MF) là phần tử quyết định sự làm việc của
toàn hệ thống, vì vậy sự cân bằng CSTD trên trục roto của các MF đóng vai trò
quan trọng quyết định sự tồn tại của CĐXL. Đây là sự cân bằng Cơ-Điện,
nghĩa là sự cân bằng giữa công suất cơ học của tuabin
TB
P
và công suất điện
MF
P
do MF phát ra:
MFTB
PP 
.
Như trên đã nói, sự cân bằng CSTD có tính chất toàn hệ thống cho nên
bất cứ sự mất cân bằng nào xảy ra ở bất cứ đâu cũng đều tức khắc tác động
lên MF và gây ra sự mất cân bằng cơ điện ở đây.
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -tnu.e

14
Đối với CSPK sự cân bằng ở các nút phụ tải lớn có ý nghĩa quan trọng
hơn cả.
Còn đối với các phụ tải quay cũng có sự cân bằng cơ điện công suất điện
của lưới
PT
P
và công suất cơ

C
P
của các máy công cụ:
PTC
PP 
.
1.2.2. Định nghĩa Ổn định HTĐ.
Điều kiện cân bằng công suất không đủ cho một CĐXL tồn tại trong
thực tế. Vì các chế độ trong thực tế luôn bị các kích động từ bên ngoài. Một
chế độ thoả mãn các điều kiện cân bằng công suất muốn tồn tại được trong
thực tế phải chịu đựng được các kích động mà điều kiện cân bằng công suất
không bị phá huỷ.
Các kích động đối với chế độ HTĐ được chia làm 2 loại: các kích động
nhỏ và các kích động lớn.
c. Ổn định tĩnh.
Các kích động nhỏ xảy ra liên tục và có biên độ nhỏ, đó là sự biến đổi
của thiết bị điều chỉnh… Các kích động này tác động lên roto của MF, phá
hoại sự cân bằng công suất ban đầu làm cho CĐXL tương ứng bị dao động.
CĐXL muốn duy trì được thì phải chịu được các kích động nhỏ này, có nghĩa
là sự cân bằng công suất phải được giữ vững trước các kích động nhỏ, nói
đúng hơn là sự cân bằng công suất phải được khôi phục sau các kích động
nhỏ, trong trường hợp đó ta nói rằng hệ thống có ổn định tĩnh.
Ta có, định nghĩa 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.
Như vậy ổn định tĩnh là điều kiện đủ để một CĐXL tồn tại trong thực tế.
b. Ổn định động.
Các kích động lớn xảy ra ít hơn so với các kích động nhỏ, nhưng có biên
độ khá lớn. Các kích động này xảy ra do các biến đổi đột ngột sơ đồ nối điện,
biến đổi của phụ tải điện và các sự cố ngắn mạch… Các kích động lớn tác

động làm cho cân bằng công suất Cơ-Điện bị phá vỡ đột ngột, CĐXL tương
ứng bị dao động rất mạnh. Khả năng của HTĐ chịu được các kích động này
mà CĐXL không bị phá hoại gọi là khả năng ổn định động của HTĐ.
Ta có định nghĩa ổn định động:
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -tnu.e

15
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.
Như vậy ổn định động là điều kiện để cho chế độ của HTĐ tồn tại lâu
dài.
c. Ổn định tổng quát.
Khi một chế độ nào đó của HTĐ chịu các kích động nhỏ hoặc lớn, nếu
HTĐ có ổn định tĩnh hoặc động thì sự cân bằng CSTD ban đầu sẽ được khôi
phục lại, chế độ làm việc được giữ vững. Trong quá trình dao động này tần số
bị lệch khỏi giá trị định mức song độ lệch này quá nhỏ cho nên tần số được
xem như không thay đổi. Vì vậy đặc trưng quá trình dao động rotor của MF
khi chưa mất ổn định là tốc độ góc của chúng vẫn giữ giá trị đồng bộ
0


)/.,.( srad314501432f2
0

chế độ vẫn là chế độ đồng bộ.
Nếu hệ thống mất ổn định thì sự cân bằng bị phá huỷ, tốc độ góc của
roto bị lệch khỏi giá trị định mức với giá trị lớn, trong hệ thống xuất hiện hệ
số trượt s.

0
0
s




Trong đó: +

là tốc độ góc tức thời của các MF.
+
0

là tốc độ đồng bộ.
Khi đó HTĐ rơi vào chế độ không đồng bộ, công suất và các thông số
khác của chế độ dao động rất mạnh với biên độ lớn. Chế độ không đồng bộ
kéo dài sẽ dẫn đến:
- Hệ thống bị tan rã hoàn toàn, các MF bị cắt khỏi lưới và ngừng làm
việc.
- Chế độ đồng bộ lại được khôi phục, khi đó hệ thống có khả năng ổn định
tổng quát.
Ta có, định nghĩa 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.
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -tnu.e

16

Ở các nút phụ tải, các kích động nhỏ làm cho điện áp biến đổi. Sự biến
đổi điện áp này có thể làm cho cân bằng CSTD và CSPK bị phá hoại dẫn đến
mất ổn định phụ tải, các động cơ không đồng bộ ngừng làm việc. Khả năng
của HTĐ chịu được các kích động này mà chế độ làm việc không bị phá hoại
gọi là ổn định phụ tải hay là ổn định điện áp.
Ta có, định nghĩa ổn định điện áp (ổn định phụ tải):
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.
d. Mất ổn định tiệm cận.
Khi công suất phát của nhà máy điện lên hệ thống qua đường dây dài
vượt quá giới hạn ổn định tĩnh thể hiện bằng
gh
P
hay góc
gh

(góc giữa vector
sức điện động của máy phát và điện áp trên thanh góp của hệ thống nhận
điện) thì hệ thống mất ổn định tĩnh và góc

tăng lên. HTĐ rơi vào chế độ
không đồng bộ, các thông số chế độ biến đổi mạnh vượt ra ngoài phạm vi cho
phép, các MF bị cắt khỏi lưới vận hành làm cho HTĐ tan rã.
Để đối phó với dạng mất ổn định này phải thiết kế hệ thống có

gh
P
cao
hơn công suất cần phát của nhà máy điện.
b. Mất ổn định dao động, có 2 dạng:
- Tự dao động tăng dần: nguyên nhân chính có thể xảy ra là không chỉnh
định đúng hệ thống tự động điều chỉnh kích từ (TĐK), góc

vừa dao động
vừa tăng lên. Để hạn chế tự dao động tăng dần phải chỉnh định đúng TĐK loại
tỷ lệ. Khi đường dây dài tải công suất lớn thì nên dùng TĐK loại mạnh có khả
năng hạn chế nguy cơ tự dao động tăng dần cao hơn so với TĐK loại tỷ lệ.
- Tự kích là hiện tượng dòng điện kích từ và dòng điện máy phát tự tăng
lên kéo theo sự biến đổi của điện áp máy phát. Tự kích hay xảy ra trong
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -tnu.e

17
trường hợp máy phát làm việc với đường dây dài không tải. Điện dung của
đường dây (do điện dung lớn hơn điện kháng nên đường dây thể hiện với máy
phát như một tụ điện) tạo với điện kháng, điện trở máy phát mạch dao động
R, L, C có tần số riêng
r

. Trong những điều kiện nhất định, năng lượng của
roto truyền sang làm cho mạch này dao động, nếu tần số riêng
r

gần bằng tần

số của máy phát sẽ gây ra cộng hưởng và làm cho dòng điện và điện áp máy
phát tăng lên. Để tránh hiện tượng này khi thiết kế đường dây dài phải chú ý
khi chọn và hiệu chỉnh thông số của đường dây.
Nói chung thì sau khi thiết kế và chỉnh định đúng hệ thống với đường dây
dài, thì các hiện tượng tự dao động tăng dần và tự kích có thể xem như được loại
trừ. Trong vận hành chỉ còn phải đối phó với mất ổn định dạng tiệm cận khi mà
công suất phát biến đổi mạnh.
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 nhất quyết
định đến sự làm việc an toàn của máy phát điện. Nó có nhiệm vụ cung cấp
dòng điện một chiều cho các quận dây kích thích của máy phát điện đồng bộ.
Dòng kích từ phải có khả năng điều chỉnh bằng tay hoặc tự động để đảm bảo
chế độ làm việc luôn ổn định, kinh tế của máy phát điện với chất lượng điện
năng cao trong mọi tình huống.
Trong chế độ làm việc bình thường, điều chỉnh dòng kích từ sẽ điều
chỉnh được điện áp đầu cực máy phát và thay đổi lượng công suất phản kháng
phát vào lưới điện.
Một vấn đề đáng quan tâm khi máy phát điện làm việc ở chế độ quá độ.
Chế độ quá độ có thể xảy ra trong quá trình khởi động máy hoặc khi nối máy
phát điện làm việc với lưới. Quá trình quá độ xảy ra có thể làm chất lượng
điện năng giảm. Nếu không khống chế kịp thời có thể gây nên phá hủy máy.
Thông thường thời gian quá độ của máy phát điện nói chung đòi hỏi phải tắt
rất nhanh biên độ dao động của các quá trình quá độ trong máy phải nằm
trong phạm vi cho phép. Đặc biệt trong trường hợp sự cố (ngắn mạch), cần có
bộ phận để cưỡng bức dòng kích thích cho phép điện áp lưới ổn định. Do đó
vấn đề điều chỉnh tự động dòng kích từ có vai trò hết sức quan trọng.
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -tnu.e

18


1.3.2. Thành phần của hệ thống kích từ
Thiết bị kích từ bao gồm máy biến áp kiểu khô, bộ chỉnh lưu thyristor, bộ
điều chỉnh tự động điện áp AVR, bộ phận diệt từ, thiết bị bảo vệ quá áp và tất
cả trang thiết bị cần thiết cho việc điều khiển, bảo vệ hệ thống kích từ và máy
phát trong các điều kiện vận hành bình thường và sự cố.
Thiết bị kích từ ban đầu sẽ cung cấp dòng kích từ định mức thích hợp,
đảm bảo chắc chắn và ổn định phát xung mở cơ cấu chỉnh lưu thyristor. Thiết
bị cho phép kích hoạt các thiết bị kích thích từ các nguồn tạm thời bên ngoài
với công suất dòng kích từ liên tục tới 1,2 lần công suất định mức và có thể
điều chỉnh liên tục với các bước điều chỉnh 10% đến 100% điện áp đầu cực
máy phát, để kiểm soát sự bão hòa máy phát và thử nghiệm đặc tính trở kháng
trong thời gian vận hành.
Tất cả các tính năng điều khiển, bảo vệ và hoạt động của thiết bị tương
thích với chế độ điều khiển từ xa từ phòng điều khiển nhà máy. Điều khiển từ
xa được giới hạn trong một vài điều khiển, chẳng hạn chỉ với chức năng như
“khởi động-dừng” và tăng – giảm” thông qua bộ điều chỉnh tự động điện áp
và điều khiển bằng tay biến trở tăng – giảm.
1.3.3. Bộ tự động điều chỉnh điện áp máy phát
Để tự động điều chỉnh dòng kích từ của máy phát điện đồng bộ, người ta
sử dụng hệ thống tự động điều chỉnh kích từ có bộ phận điều khiển chính là
thiết bị tự động điều chỉnh điện áp (AVR – Automatic Voltage Regulator).
Thiết bị này có nhiệm vụ giữ cho điện áp đầu cực máy phát là không đổi (với
độ chính xác nào đó) khi phụ tải thay đổi và nâng cao giới hạn công suất
truyền tải của máy phát vào hệ thống lưới điện. Đặc biệt khi máy phát được
nối với hệ thống qua đường dây dài. Những yêu cầu chung với hệ thống tự
động điều chỉnh kích từ:

- Hệ thống phải đảm bảo ổn định tĩnh và nâng cao tính ổn định động.
- Hệ thống còn có chế độ kích thích cưỡng bức, khi máy làm việc ở chế
độ sự cố (như ngắn mạch trong lưới) …thì chỉ có bộ phận kích thích cưỡng
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -tnu.e

19
bức làm việc là chủ yếu. Bộ phận này cho phép duy trì điện áp của lưới thông
qua đó tạo điều kiện giải quyết sự cố và giữ ổn định cho hệ thống.
Hiệu quả thực hiện các nhiệm vụ trên phụ thuộc vào đặc trưng và thông
số của hệ thống kích từ như kết cấu của thiết bị AVR.
Để cung cấp một cách tin cậy dòng điện một chiều cho quận dây kích từ
của máy phát điện đồng bộ, cần phải có hệ thống kích từ của máy phát điện
đồng bộ, cần phải có hệ thống kích từ thích hợp với công suất định mức đủ
lớn. Thông thường đỏi hỏi công suất định mức của hệ thống kích từ bằng (0,2
 0,6)% công suất định mức của máy phát điện. Việc tạo ra các hệ thống kích
từ có công suất lớn như vậy thường gặp nhiều khó khăn. Đó là vì công suất
chế tạo các máy phát điện một chiều có công suất lớn bộ phận này làm việc
kém tin cậy và mau hỏng do tia lửa điện phát sinh. Với các hệ thống kích từ
dùng máy phát điện động cơ xoay chiều và chỉnh lưu có ưu điểm nổi trội hơn.
Ngày nay người ta đang áp dụng phổ biến hệ thống kích từ tĩnh, dùng bộ
chỉnh lưu có điều khiển.
Ngoài công suất định mức và điện áp định mức, hệ thống kích từ còn
được đặc trưng bởi hai thông số quan trọng khác là điện áp kích từ giới hạn
(U
fgh
) và hằng số thời gian (T
e
).

Điện áp kích từ giới hạn là điện áp kích từ lớn nhất có thể tạo ra được của
hệ thống kích từ. Giá trị điện áp này càng lớn thì phạm vi điều chỉnh dòng
kích từ càng rộng và càng có khả năng điều chỉnh nhanh. Đối với máy phát
điện tuabin hơi thường có U
fgh
 2U
fđm
. Trong nhiều trường hợp để đáp ứng
các yêu cầu đảm bảo ổn định hệ thống, người ta chế tạo U
fgh
= (3  4) U
fđm
.
Tuy nhiên, U
fgh
càng cao đòi hỏi hệ thống kích từ phải có khả năng cách điện
cao.
Hằng số thời gian T
e
đặc trưng cho tốc độ thay đổi dòng kích từ. T
e
được
xác định bởi quán tính điện từ của các quận dây điện cảm. T
e
có trị số càng
nhỏ thì tốc độ điều chỉnh kích từ càng nhanh. Đặc trưng cho tính tác động
nhanh của hệ thống kích từ bằng tốc độ điện áp kích từ khi có kích thích
cưỡng bức.
1.3.4. Bộ chỉnh lƣu kích từ thyristor
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -tnu.e

20
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.
Trong trường hợp cầu đang mở có sự cố thì mạch điều khiển của nó tự
động ngắt xung kích từ để khóa thyristor, và mạch điều khiển xung của cầu
kia được tác động để tự động mở thyristor. Mỗi thyristor được lắp cùng với
một cầu chì bảo vệ, một cảm biến nhiệt điện trở (RTD) để theo dõi nhiệt độ.
Các cầu chỉnh lưu được thiết kế và bảo vệ để nó có thể hoạt động trong
mọi điều kiện, thậm trí cả khi hệ thống điện bị dao động mà không có bất cứ
nguy hại nào. Hệ thống kích từ có khả năng chịu được dòng cảm ứng trong
mạch kích từ trường hợp ngắn mạch một pha hay nhiều pha phía hạ áp máy
biến áp chính, hoặc trong trường hợp mất động bộ, mà các điểm đấu nối
thyristor không bị quá nhiệt.
Các bộ thyristor được đặt trong các phiến tỏa nhiệt thích hợp và được làm
mát bằng không khí cưỡng bức. Hệ thống làm mát được trang bị hai quạt gió
400/230 VA.C. mỗi quạt đảm bảo 100% công suất làm mát cho các bộ
thyristor, một quạt làm việc và một dự phòng. Sự chuyển đổi hoạt động giữa
hai quạt được thực hiện tự động.
Để giám sát nhiệt độ bộ chỉnh lưu, các quạt được trang bị các bộ đo lưu
lượng không khí làm mát và các cảm biến nhiệt độ với hai mức cảnh báo,
mức thứ nhất gửi đi tín hiệu báo động và mức thứ hai gửi đi tín hiệu cắt.
1.3.5. Một số hệ thống kích từ cho máy phát điện đồng bộ
Trong thực tế có bốn loại hệ thống kích từ điển hình được sử dụng cho
máy phát điện đồng bộ là:
- Hệ thống kích từ bằng máy phát điện một chiều.

- Hệ thống kích từ bằng máy phát điện xoay chiều tần số cao.
- Hệ thống kích từ không chổi than.
- Hệ thống kích từ tĩnh.
Những hệ thống kích từ này sẽ được trình bày ở chương 3.
1.4. Hệ thống ổn định công suất
1.4.1. Trạng thái ổn định
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -tnu.e

21
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. Bởi tốc độ đáp ứng khác nhau, nên tồn
tại sự khác biệt tạm thời về cân bằng công suất. Sự mất cân bằng công suất
này làm cho rôto của máy phát đồng bộ quay nhanh hơn hoặc chậm đi, tùy
thuộc vào xu hướng của sự mất cân bằng.
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:
gT
e
g
EE
P sinθ
X
(1.1)

Hình 1.1. Máy phát đồng bộ kết nối với lưới
Trong đó  là góc lệch giữa điện áp đầu cực máy phát và nguồn áp lý
tưởng bên trong máy phát. Khi công suất phát tăng, góc  tăng. Có thể thấy
điều này ở trong (Hình 1.2) dưới đây.
Nếu do tác động mà làm tăng dòng điện I, điện áp đầu cực giảm, công
suất phát sẽ giảm. Nguyên nhân này sẽ làm tăng góc rôtor, có thể hoạt động
của máy đồng bộ sẽ vượt giới hạn.
1.4.2. Trạng thái ổn định tức thời
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -tnu.e

22
Công suất phát ra của máy phát điện đồng bộ có thể chuyển sang dạng
mômen điện từ, M
e
nhân với vận tốc góc, . Sự thay đổi của mômen điện có
thể biến đổi thành 2 thành phần:

Hình 1.2. Đồ thị véc tơ máy phát nối lưới

M
e
= M
S
 + M
C
 (1.2)
Trong đó:
- M
S
 là thành phần của mômen với góc rôtor thay đổi (được xem như
mômen đồng bộ).
- M
C
 là thành phần mômen với tốc độ thay đổi (được xem như mômen hãm).
Cả hai thành phần của mômen đều có trong mỗi máy phát đồng bộ. Việc
thiếu mômen đồng bộ có thể làm mất đồng bộ. Việc mất đồng bộ có thể tránh
được nếu có một hệ thống kích từ đáp ứng ban đầu cao, hệ thống này có khả
năng cưỡng bức rất tốt và đáp ứng nhanh ngăn cản việc tăng hay giảm tốc độ
của rôtor. Để đạt hiệu quả đáp lại việc tăng tốc hay giảm tốc của rôtor, bộ
kích từ phải có khả năng cưỡng bức điện áp. Khi rôtor tăng tốc độ đối với từ
thông stator, góc rôtor tăng lên do mômen cơ cao hơn mômen điện. Hệ thống
kích từ phải tăng kích từ lên bằng cách cho điện áp trên điện áp kích từ định
mức tới các máy phát càng nhanh càng tốt. Ngượi lại, khi góc rôtor giảm đi
do mômen cơ thấp hơn mômen điện, hệ thống kích thích phải giảm kích từ đi
bằng việc cho điện áp dưới điện áp kích từ định mức tới các máy phát nhanh
nhất có thể.
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -tnu.e

23
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
(Hình 1.3) minh họa cho một trường hợp điển hình phản ứng của một
máy phát trong điều kiện sự cố. Bắt đầu tại một điểm vận hành ban đầu (điểm
1), một sự cố truyền tải làm cho đầu ra điện áp của máy phát Pe bị giảm đi. Sự
lệch nhau giữa công suất điện từ và công suất cơ làm cho rôtor máy phát tăng
tốc, góc lệch công suất  cũng tăng lên (điểm 2). Khi sự cố được khắc phục,

công suất điện được giữ ở mức phù hợp với điểm trên đường cong góc công
suất (điểm 3). Sau khi khắc phục sự cố, công suất điện đầu ra của máy phát
trở nên lớn hơn so với công suất cơ. Điều mày sẽ làm giảm tốc độ tuabin
(điểm 4). Nếu có đủ mômen hãm sau khi khắc phục sự cố, máy phát sẽ ổn
định tạm thời ở mức ban đầu và sẽ quay dần trở lại điểm vận hành. Nếu
không đủ mômen hãm, góc công suất  sẽ tiếp tục tăng cho đến khi quá trình
đồng bộ mất đi.
Ổn định hệ thống phụ thuộc vào thời gian khắc phục sự cố trong hệ thống
truyền tải. Thời gian khắc phục sự cố nhanh hơn làm cho việc tăng tốc của
rôtor sẽ nhanh hơn nhiều, đảm bảo khôi phục đủ các mômen đồng bộ với độ
an toàn rất lớn. ảnh hưởng này làm tăng nhu cầu cần lắp đặt cho các thiết bị
rơle bảo vệ tác động nhanh nhất nhằm bảo vệ được đường truyền tải điện.
1.4.3. Tác động của hệ thống kích từ đối với sự ổn định
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -tnu.e

24
P
0
PP
max
PPP
M
O
90
O
180
O
Cong suat tua bin

May phat mat
dong bo
PPP
E
B
A

Hình 1.4. Ảnh hưởng của tác động nhanh đến hệ thống kích từ
Duy trì ổn định hệ thống điện cũng phụ thuộc tốc độ đáp ứng và khả năng
cưỡng bức của hệ thống kích từ. Tăng khả năng cưỡng bức và giảm thời gian
đáp ứng sẽ làm tăng độ ổn định. Tác động này được minh hoạ trong (hình 1.4),
đường cong A đại diện cho đường cong góc công suất  của hệ thống kích từ
với mức cưỡng bức thấp hơn, mức đáp ứng chậm hơn. So sánh khu vực bên
dưới đường cong A với quá trình tăng tốc độ khi phụ tải điện thấp hơn phụ tải
cơ vớí khu vực bên dưới đường cong A với quá trình giảm tốc độ chỉ ra rõ
ràng rằng thiết bị này sẽ mất đi sự đồng bộ. Đường cong B đại diện cho bộ
kích từ với khả năng cưỡng bức nhanh hơn và cao hơn, đủ để cho phép máy
phát khôi phục được sự đồng bộ. Tác động này là nguyên nhân cần thiết lắp
đặt các bộ kích từ đáp ứng đủ nhanh để đảm bảo ở mức cao nhất tránh mất
đồng bộ tạm thời.
Thực tế, hệ thống kích từ tác động nhanh có thể giảm khả năng triệt tiêu
các dao động bởi vì nó có thể làm giảm đi các mômen hãm. Với các hệ thống
kích từ cơ điện cũ, đáp ứng tức thời tương đối chậm so với các hệ thống ngày
nay. Đáp ứng chậm này có tác động tối thiểu hóa tác động làm giảm mômen hãm.


1.4.4. Ổn định các tín hiệu nhỏ
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -tnu.e

25
ổn định tín hiệu nhỏ được định nghĩa như khả năng của hệ thống điện để
duy trì ổn định khi có sự xuất hiện của các tác động nhỏ. Những tác động nhỏ
này có thể thay đổi rất ít về phụ tải hay máy phát trong hệ thống. Nếu mômen
hãm không đủ, kết quả có thể là làm cho các dao động góc rôtor thay đổi với
biên độ lớn hơn. Các máy phát trong mạng sử dụng các điều khiển điện áp tự
động khuếch đại lớn có thể tạo nên việc thiếu hãm đối với các dao động hệ thống.
Như chúng ta đã nói đến trong phần trước về sự thay đổi các mômen điện
từ, M
e
chia thành hai thành phần là mômen đồng bộ và mômen hãm. Mômen
đồng bộ tăng sức hút giữa rôtor và từ thông stator, giảm góc , và hạn chế
nguy cơ sự cố. Mặt khác, mômen hãm có được do trễ pha hay sớm pha của
các dòng kích từ.
Có ba loại dao động được thử nghiệm với các máy phát và lưới điện, bao gồm:
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.

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. Những dao động này gây khó khăn khi nhà mát ở tải cao với hệ
thống đường truyền điện kháng cao.