Nghiên cứu ổn định điện áp trong lưới điện phân phối có kết nối nguồn điện gió

MC LC
Trang
Chương 0: M Đầu i
1. Mục đích và lý do chọn đề tài i
2. Nội dung và phương pháp nghiên cu i
3. Mục đích ca luận văn ii
4. Cấu trúc ca luận văn iii
Chương 1: Tng Quan Về Ngun Đin Ảió Và nh ảưng Ca Nó Đn Ch Độ Vn
ảành Lưới Đin Phợn Phối 1
1.1 Đặt vấn đề 1
1.2 Các kiểu tuabin gió 3
1.2.1 Cấu to chung 3
1.2.2 Tuabin gió trục đng và trục ngang 4
1.3 Các loi máỔ phát điện dùng trong tuabin gió 5
1.4 nh hưởng ca WP đến chế độ vận hành LĐPP 6
1.4.1 Bài toán đánh giá nh hưởng ca WP đến chất lượng điện năng LĐPP 6
1.4.2. Bài toán đm bo chất lượng điện áp và n định điện áp ca LĐPP có WP 7
1.5 Nội dung nghiên cu ca luận văn 9
Chương 2: Nghiên Cu n Định Đin Áp Trong LĐPP Có Kt Nối WP 11
2.1 Đặt vấn đề 11
2.2 Các bài toán phân tích n định điện áp khi có kết nối WP 11
2.2.1 n định điện áp nút có động cơ không đng bộ 11
2.2.2. n định điện áp nút phụ ti tng hợp 13
2.2.3. n định điện áp nút có các máỔ phát đng bộ công suất nhỏ 13
2.2.4. n định điện áp nút có các máỔ điện không đng bộ (KĐB) 15
2.2.5. Nhận ồỨt chung 16
2.3 Mô hình máỔ điện không đng bộ tuabin gió 16
2.3.1 Ảiới thiệu 16
2.3.2. Mô hình máỔ điện không đng bộ tuabin gió loi rôto lng sóc 16
2.3.3. Mô hình máỔ điện không đng bộ tuabin gió loi ngun kỨp (DạIM) 19
2.3.4. Nhận ồỨt 22

2.3.5. Bài toán tìm điều kiện đầu và PBCS trong LĐPP có WP sử dụng máỔ điện
không đng bộ 22
Chương 3: Nghiên Cu CáẾ Tiêu Chuẩn, Phương Pháp Đánh Ảiá Ảiới ản n Định
Đin Áp Nút Kt Nối WP Không Đng Bộ 26
3.1 Quá trình vật lý hiện tượng mất n định điện áp ca máỔ điện KĐB 26
3.1.1 Tiêu chuẩn n định 26
3.1.2. Xác định giới hn n định điện áp ca máỔ điện KĐB theo tiêu chuẩn thực
dụng 30
3.1.3. ảiện tượng sụp đ điện áp 31
3.2. Ví dụ minh họa 32
3.3. Các phương pháp đánh giá n định điện áp nút theo những kịch bn khác nhau khi
có WP. 36
3.3.1. Các phương pháp phân tích n định điện áp nút 36
3.3.2. Phương pháp phân tích giá trị riêng 36
3.3.3. Phương pháp phân tích n định điện áp theo đặc tính công suất - điện áp
(đặc tính PU) 38
3.3.4. Nhận ồỨt về kh năng ng dụng 41
3.4. phương pháp ồác định giới hn n định điện áp ti nút kết nối WP không đng bộ
trong LĐPP theo đặc tính PU 42
3.4.1. Nội dung phương pháp 42
3.4.2. Nghiên cu nh hưởng MBA điều chỉnh dưới ti (OLTC) và thiết bị bù công
suất phn kháng đến các giới hn n định điện áp nút kết nối WP không đng bộ 46
3.4.3. ng dụng tính toán 48
3.4.4 Nhận ồỨt chung 53
Chương 4: Phợn TíẾh n Định Đin Áp Lưới Đin Phợn Phối  Vit Nam Có Kt Nối
Ngun Đin Ảió 54
4.1 Đặt vấn đề 54
4.2. Phân tích n đinh điện áp lưới điện Ninh Thuận 2015 có kết nối ngun điện gió
(WP) 54
4.2.1. Đặc điểm hiện trng lưới điện Ninh Thuận 54

4.2.2. Phân tích n định điện áp nút kết nối WP với máỔ điện IM 56
4.2.2.1. Xác định điều kiện đầu 56
4.2.2.2. Kết qu phân tích n định nút kết nối bằng đặc tính PU 57
4.2.3. Phân tích n định điện áp nút kết nối WP với máỔ điện DạIM 59
4.2.3.1. Đặc tính n định điện áp ca WP khi điện áp đặt bằng điện áp
danh định 59
4.2.3.2. Đặc tính n định điện áp ca WP khi điện áp đặt vào máỔ phát
suỔ gim 60
4.2.3.3. Nhận ồỨt chung 62
4.3. Kết luận chương 4 62
Chương 5: Kt Lun 64
Tài Liu Tham Kho 66

DANả MC KÝ ảIU VÀ CÁC Cả VIT TT

CLDA: Chất lượng điện áp
CCĐ: Cung cấp điện
CĐXL: Chế độ ồác lập
IM (Induction Machine): MáỔ điện không đng bộ tốc độ cố định
DạIM (DoublỔ ạed Induction Machine): máỔ điện không đng bộ ngun kỨp
ảTĐ: ảệ thống điện
KĐB: Không đng bộ
K
dt
: ảệ số dự trữ
LĐPP: Lưới điện phân phối
M
gh
: Mômen giới hn

P
gh
: Công suất giới hn
PU: Đường đặc tính n định điện áp công suất tác dụng - điện áp
QU: Đường đặc tính n định điện áp công suất phn kháng - điện áp
s: ảệ số trượt
s
gh
: ảệ số trượt giới hn
U
gh
: Điện áp giới hn
WP (Wind power): ngun điện gió
WT (Wind turbine): tuabin gió
X
ả
: Điện kháng tính từ nút kết nối WP đến nút hệ thống





Chơng 0: M đầu GVHD: TS. Võ Viết Cng


i

CHƯƠNG 0
MỞ ĐẦU
1. MỤC ĐÍCH VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Các lới điện phân phối (LĐPP)  nớc ta đang trong quá trình ci to, đầu t và
phát triển mnh mẽ. Khối lợng các đng dây ti điện, các trm biến áp và các ngun
điện công suất nhỏ kết nối với LĐPP đang gia tăng một cách nhanh chóng để đáp ng nhu
cầu ca phụ ti. Tuy nhiên trong quá trình phát triển, kh năng n định điện áp và độ dự
trữ n định ca nhiều hệ thống cung cấp điện hiện còn  mc thấp.
Vấn đề nêu trên phần nào đư làm gim độ an toàn và chất lợng ca các LĐPP,
nhất là một số khu vực nằm xa lới điện. Để khắc phục các hiện tợng này, hệ thống điện
cần phi đợc tăng cng công suất ngun và kh năng ti ca đng dây. Do đó, hớng
gii quyết đợc đánh giá là có nhiều hiệu qu và cũng là xu thế hiện nay là phát triển các
ngun điện phân tán (Distributed Generation - DG) nh: điêzel, thuỷ điện nhỏ, điện mặt
tri, điện gió để cung cấp điện ti chỗ cho phụ ti, góp phần gim áp lực về ngun cho
lới điện Quốc gia.
 nớc ta trong thi gian gần đây, wind power ( WP ) đư và đang phát triển mnh
mẽ, một số lợng lớn các ngun WP đư đi vào vận hành. Nhng qua thực tế vận hành các
LĐPP với những WP này cũng đư đặt ra nhiều vấn đề cần gii quyết.
Với sự đa dng ca công nghệ máy phát điện phân tán, và sự phụ thuộc nhiều vào
điều kiện tự nhiên ca chúng đư gây ra một số nh hng nhất định đến chất lợng điện
áp và mc n định điện áp  khu vực có WP kết nối lới điện. Bối cnh này đặt ra nhiều
bài toán cần quan tâm nghiên cu nh: nh hng ca ngun phân tán đến chất lợng
điện áp, giới hn n định điện áp ca ngun WP trong các LĐPP, gii pháp để nâng cao
n định điện áp  các vị trí kết nối ngun WP với lới điện
Đề tài luận văn đư chọn nhằm nghiên cu gii quyết một số vấn đề liên quan đến
các nội dung nói trên.


Chơng 0: M đầu GVHD: TS. Võ Viết Cng


ii

2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Trong thực tế, công tác thiết kế và vận hành các LĐPP có kết nối ngun WP đư đặt
ra hàng lot các yêu cầu liên quan nh: vấn đề đánh giá nh hng đến các chỉ tiêu kinh tế
kỹ thuật khi WP tham gia vào quá trình cung cấp điện; về nh hng ca WP đến mc độ
n định ca các nút kết nối WP trong LĐPP Bi vì, khi lới điện ngày càng phát triển
và sự tham gia ngày càng đa dng ca ngun điện WP thì các yêu cầu về nâng cao chất
lợng điện năng, ci thiện độ tin cậy cung cấp điện và nâng cao mc n định chung ca
lới điện cũng luôn đợc quan tâm chú ý. Vì vậy bài toán nghiên cu mc độ n định
điện áp ca LĐPP khi có ngun WP và các phơng pháp đánh giá mc độ tin cậy trong
lới điện có ngun WP đợc đề xuất. Yêu cầu này đợc thiết lập do đặc tính công suất
ca chúng phụ thuộc nhiều vào các yếu tố tự nhiên.
Liên quan đến nội dung đánh giá mc độ n định điện áp, luận văn sẽ đánh giá
mc độ n định ca LĐPP khi có kết nối ngun WP không đng bộ (KĐB) tuabin gió. 
đây việc xem xét và đm bo n định điện áp ti nút kết nối WP sẽ đợc đề cập, bi vì nút
kết nối n định sẽ mang ý nghĩa đm bo n định cho LĐPP, giúp ngi vận hành có thể
nhận biết đợc các tình huống "nguy hiểm" có thể xy ra với LĐPP có WT không đng
bộ.
Để thực hiện điều này, luận văn tiến hành xây dựng phơng pháp xác định các giới
hn n định điện áp dựa trên phép phân tích đặc tính n định PU trong LĐPP có kết nối
WP. Kết qu ca điện áp và công suất giới hn khi đó là một hàm số phụ thuộc thông số
phía lới điện và WP (điện áp, hệ số trợt ca WT không đng bộ). Từ kết qu đó, áp
dụng phơng pháp đánh giá n định điện áp nút đư xây dựng, luận văn đề xuất các gii
pháp nâng cao n định điện áp nút kết nối WT không đng bộ dựa trên các kịch bn quan
tâm.
3. MỤC ĐÍCH CỦA LUẬN VĂN
Đề tài nghiên cu xuất phát từ nhu cầu thực tế các lới điện địa phơng, cho các
dng ngun WP đang phát triển mnh  nớc ta; do vậy nghiên cu có nhiều ý nghĩa thực
tiễn khi ng dụng trong thực tế. Nội dung ng dụng bao gm:
Chơng 0: M đầu GVHD: TS. Võ Viết Cng

iii

- Luận văn xây dựng một công cụ tính toán giới hn n định điện áp ti nút kết nối
DG không đng bộ dựa trên đặc tính tĩnh ca chúng. Kết hợp công cụ này với chỉ
tiêu phân tích sụt áp nút, luận văn đư đánh giá và xác định các nút yếu trong LĐPP
có WP không đng bộ và đề xuất gii pháp nâng cao mc n định.
- Tính toán độ dự trữ n định cho từng kịch bn vận hành.
Kết qu nội dung này đợc phân tích dựa trên lới điện thực tế  Ninh Thuận có kết nối
ngun điện gió, trong đó luận văn đề cập với β loi máy phát điển hình ca tuabin gió:
loi không đng bộ rôto lng sóc và loi không đng bộ rôto dây quấn.
4. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN
Cấu trúc luận văn bao gm phần m đầu, nội dung các chơng và kết luận chung:
Tóm tắt
Danh mục các bng, các hình
Mục lục
Chơng 0: M đầu
Chơng 1: Tng quan về ngun điện WP và các nh hng ca chúng đến chế độ
vận hành lới điện phân phối.
Chơng β: Nghiên cu n định điện áp trong lới điện phân phối có kết nối WP.
Chơng γ: Nghiên cu các tiêu chuẩn, phơng pháp đánh giá giới hn n định điện
áp nút kết nối WP không đng bộ.
Chơng 4: Phân tích n định điện áp lới điện phân phối  Việt Nam có kết nối
ngun điện gió, kết luận, đề xuất và tài liệu tham kho.
Chơng 5: Kết luận

Chơng 1: Tng quan GVHD: TS. Võ Viết Cng

Trang 1

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ NGUỒN ĐIỆN GIÓ VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN
CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Vấn đề gii quyết bài toán năng lợng cho mỗi quốc gia và trên toàn thế giới là bài
toán nan gii nhất toàn cầu hiện nay và cũng là một trong những nguyên nhân sâu xa để
xy ra nhiều cuộc xung đột cấp quốc gia… Ngun năng lợng đợc sử dụng ch yếu các
ngun năng lợng hóa thch (khong 80%) nh: than, dầu mỏ, các sn phẩm từ dầu mỏ,
khí thiên nhiên…
Tuy nhiên việc lm dụng ngun năng lợng này dẫn đến nhiều vấn đề:
- Trữ lợng ngun năng lợng hóa thch là hữu hn và nếu lợng tiêu thụ năng
lợng hóa thch ca thế giới trong thi gian tới vẫn tăng thì dần dần chúng ta sẽ phi phụ
thuộc vào năng lợng hóa thch giá cao. Khi giá c thị trng tăng lên việc ng dụng kỹ
thuật khai thác tiên tiến hơn để lấy đợc năng lợng hóa thch từ những địa tầng sâu hơn
cũng đợc đẩy mnh và nh vậy trữ lợng năng lợng hóa thch có kh năng khai thác
cũng sẽ tăng lên. Nhng nếu khai thác đến một nửa trữ lợng ca mỗi mỏ thì dù trữ lợng
còn đó cũng sẽ dẫn đến suy gim năng suất và có thể chuyển sang sụt gim sn lợng.
Tác hi ca việc sử dụng ngun năng lợng hóa thch:
- Nhiên liệu hóa thch nh dầu, than, khí tự nhiên khi đốt cháy sẽ thi ra CO
β
, sulfur
oxide (SO
x
), nitrogen oxide (NO
x
). Khi nng độ ca CO
β
trong không khí tăng lên thì
nhiệt độ trái đất sẽ tăng lên. Ngi ta dự đoán rằng nếu nhân loi c tiếp tục đốt các nhiên
liệu hóa thch nh thế này và khí CO

β
vẫn tiếp tục tăng lên thì sau 100 năm, nhiệt độ
trung bình ca trái đất sẽ tăng lên hai độ làm nh hng rất lớn đối với trái đất.
- Ngoài ra, SO
x
, NO
x
là nguyên nhân to ra hiện tợng ma acid gây ra những tác
hi to lớn đối với động thực vật trên trái đất.
Năng lợng đang sử dụng trên thế giới hiện nay nếu quy ra dầu thì gần 8,5 tỷ tấn,
trong đó 40% là dầu, than khong β6% và khí thiên nhiên khong β4%, 10% là năng
lợng khác. Lợng tiêu thụ năng lợng khác nhau tùy theo mỗi quốc gia.  các nớc
đang phát triển, cũng có nhiều nớc lợng tiêu thụ năng lợng bình quân trên đầu ngi
Chơng 1: Tng quan GVHD: TS. Võ Viết Cng

Trang β

thấp hơn 1/10 so với  các nớc phát triển. Nhng sự gia tăng dân số và tăng trng kinh
tế ca các nớc đang phát triển làm ngi ta dự báo rằng trong thi gian tới nhu cầu năng
lợng ca thế giới tăng lên sẽ tập trung ch yếu  các quốc gia đang phát triển.
- Tng dân số thế giới năm 1996 vào khong 5,8 tỷ ngi, nhng đợc dự báo đến
năm β0β5 là 8 tỷ và sẽ đt tới 9,8 tỷ vào năm β050, trong đó dân số ca các nớc đang
phát triển sẽ chiếm khong 80%. Gi sử, mc tiêu thụ năng lợng ca các nớc đang phát
triển sẽ tăng gấp β lần so với hiện nay thì chúng ta sẽ phi đối mặt với một thi kỳ rất khó
khăn trong việc đáp ng cung và cầu ca năng lợng hóa thch mà ch yếu là dầu mỏ và
ri ngun tài nguyên hữu hn này đến một ngày nào đó sẽ rơi vào tình trng cn kiệt.
- Dng năng lợng thay thế cho nhiên liệu hóa thch là năng lợng mặt tri, năng
lợng từ sc gió, năng lợng sóng biển… Các dng năng lợng mới này cần phi phát
triển, khai thác để sử dụng.
Có một gii pháp có thể nhanh chóng nâng cao sn lợng điện, đáp ng nhu cầu điện

năng trong một thi gian không lâu đó là xây dựng các trm điện bằng sc gió. Các máy
phát điện lợi dụng sc gió đư đợc sử dụng nhiều  các nớc châu Âu, Mỹ và các nớc
công nghiệp phát triển khác.
Việc nghiên cu và ng dụng về năng luợng gió cũng đư tiến hành rất nhiều nhng
phần lớn là nghiên cu ng dụng phát điện công suất lớn, kết nối với lới điện quốc gia
và mục tiêu là phục vụ thơng mi.
Kết qu điều tra sơ bộ ca Bộ Công Thơng cho thấy, 8,6% diện tích đất ca Việt
Nam đợc đánh giá là những vùng có tiềm năng lớn để phát triển năng lợng gió, nhất là
các tỉnh phía Nam, ớc tính sn lợng vào khong trên 1.780 MW. Riêng ti Ninh Thuận,
Bình Thuận, Trà Vinh và Sóc Trăng, tng công suất khai thác ớc tính có thể lên tới
8.000 MW.
Theo đánh giá ca các nhà khoa học, tiềm năng gió ca Việt Nam (trên độ cao 65 m)
rất kh quan, ớc đt 51γ.γ60 MW, lớn hơn β00 lần công suất nhà máy thy điện Sơn La
và hơn 10 lần tng công suất dự báo ca ngành điện vào năm β0β0.
Khi sử dụng năng lợng gió có những thuận lợi nh sau:
- Gim hoặc thay thế việc xây dựng các nhà máy điện truyền thống dùng năng lợng
Chơng 1: Tng quan GVHD: TS. Võ Viết Cng

Trang γ

hóa thch, năng lợng ht nhân.
- Không gây ô nhiễm môi trng khi tuabin vận hành sn xuất điện năng.
- Là ngun năng lợng gần nh không bao gi cn kiệt.
- Dễ dàng tăng thêm công suất khi cần thiết.
- Việc lắp đặt và xây dựng các tuabin gió tơng đối nhanh.
- Mặc dù chi phí tng ca năng lợng gió hiện nay có giá đắt hơn nhiều so với
ngun năng lợng truyền thống, nhng nó không bị nh hng bi giá nguyên liệu và sự
gián đon cung cấp.
- To ra nhiều công ăn việc làm hơn so với các nhà máy năng lợng khác, khi cùng
sn xuất ra một đơn vị năng lợng. Một Megawatt điện gió cần từ β,5 – γ,0 nhân công

làm việc.
- Các tuabin gió mang li nhiều lợi ích kinh tế cho nông dân và các ch đất từ ngun
thu cho thuê đất nơi đặt các máy phát điện gió, mà không làm nh hng đến việc canh
tác ngay trên mnh đất đó.
Công nghệ năng lợng gió có thể thay đi cho nhiều ng dụng có công suất từ nhỏ
đến lớn. Thi gian từ khi kho sát đến lắp đặt và vận hành ngắn và có những thuận lợi
khác mà các nhà máy điện kiểu truyền thống không làm đợc.
Do vậy, với năng lợng gió  Việt Nam sẽ thuận lợi khi dùng các loi máy phát điện
gió công suất nhỏ sẽ phù hợp với tiềm năng gió ca Việt Nam. Những loi máy phát điện
gió công suất nhỏ phù hợp với các vùng  nông thôn, các vùng hi đo và những vùng có
tốc độ gió trung bình thay đi nhiều. Khi đi vào sn xuất các loi máy phát điện gió công
suất nhỏ có hiệu suất cao thì thng chi phí sn xuất khá cao và khó khăn trong việc sn
xuất hàng lot. Vấn đề đặt ra là cần tìm đợc loi máy phát điện có giá thành thấp, hiệu
suất cao, điều khiển và vận hành dễ dàng.
1.2 CÁC KIỂU TUABIN GIÓ
1.2.1 Cấu to Ếhung
Tuabin gió sẽ chuyển đi động lực ca gió thành năng lợng cơ. Năng lợng cơ
này có thể sử dụng cho những công việc nh là bơm nớc, truyền động cho các máy
nghiền lơng thực hoặc cho một máy phát để có thể chuyển đi từ năng lợng cơ thành
Chơng 1: Tng quan GVHD: TS. Võ Viết Cng

Trang 4

năng lợng điện.
Thành phần chính ca tuabin gió phục vụ cho việc chuyển từ năng lợng cơ thành
năng lợng điện nh hình 1.1.

ảửnh 1.1: Sơ đ khối ca tuabin gió.
Trong thực tế có hai loi tuabin gió, đó là tuabin gió trục đng và tuabin gió trục
ngang.

1.2.2 Tuabin gió trẾ đng và trẾ ngang
Có nhiều kiểu thiết kế khác nhau cho tuabin gió và đợc phân ra làm hai loi cơ
bn: Tuabin gió trục ngang và tuabin gió trục đng. Các cánh qut gió thng có các dng
hình dáng: cánh bum, mái chèo, hình chén đều đợc dùng để “bắt” năng lợng gió và
to ra moment quay trục tuabin.
Tuabin gió trục ngang có rotor kiểu chong chóng với trục chính nằm ngang. Số
lợng cánh qut có thể thay đi, tuy nhiên thực tế cho thấy loi γ cánh là có hiệu suất cao
nhất. Loi tuabin này có các thành phần cấu to nằm thẳng hàng với hớng gió, cánh qut
quay sẽ truyền chuyển thông qua bộ truyền động tăng tốc và đến máy phát. Loi tuabin
trục ngang không bị nh hng bi sự xáo trộn lung khí, nhng yêu cầu phi có một hệ
thống điều chỉnh hớng gió bằng cơ khí để đm bo các cánh qut luôn luôn hớng thẳng
góc với chiều gió, hình 1.β a.
Tuabin gió trục đng có cánh nằm dọc theo trục chính đng. Loi này không cần
phi điều chỉnh cánh qut theo hớng gió và có thể hot động  bất kỳ hớng gió nào.
Việc duy tu bo qun và duy trì vận hành dễ dàng vì các bộ phận chính nh máy phát, hệ
thống truyền động đều đợc đặt ngay trên mặt đất. Tuy nhiên nó cần có không gian rộng
hơn cho các dây chằng chống đỡ hệ thống, hình 1.β b.
Chơng 1: Tng quan GVHD: TS. Võ Viết Cng

Trang 5


a) b)
ảửnh 1.2: Cấu to cơ bn tuabin a) trục đng và b) trục ngang.
1.3 CÁC LOẠI MÁY PHÁT ĐIỆN DÙNG TRONG TUABIN GIÓ
Máy phát là một trong những thành phần quan trọng nhất ca hệ thống năng lợng
gió. Ngợc li với các máy phát điện sử dụng năng lợng thông thng, máy phát điện
ca một tuabin gió làm việc theo mc năng lợng dao động với các biến thể ca tốc độ
gió. Các loi máy phát điện khác nhau đợc sử dụng cho máy phát gió, những tuabin gió
nhỏ đợc trang bị một máy phát điện một chiều với công suất vài kW, những hệ thống lớn

hơn thì sử dụng máy phát điện xoay chiều γ pha. Trong những quy mô lớn thì hệ thống
gió đợc tích hợp với lới điện. Máy phát điện xoay chiều γ pha là sự lựa chọn hợp lý
nhất trong việc lắp đặt những tuabin gió. Những máy phát này có thể là máy phát cm
ng (máy điện không đng bộ) hay máy phát đng bộ.
Hầu hết các tuabin gió đợc trang bị máy phát cm ng. Chúng thì đơn gin, xây
dựng dễ dàng và cung cấp những hiệu qu tốt  những điều kiện vận hành khác nhau.
Máy phát cm ng tơng đối rẻ tiền và ít yêu cầu về bo dỡng và bo trì.

Chơng 1: Tng quan GVHD: TS. Võ Viết Cng

Trang 6

1.4 ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN WP ĐẾN CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH LĐPP
Với các đặc tính công suất phát không n định và phụ thuộc điều kiện tự nhiên ca
WP (tốc độ gió) nên trong quá trình vận hành chúng gây ra những tác động nhất định đến
chế độ vận hành LĐPP. Do vậy, cho đến nay các nghiên cu cũng ch yếu tập trung xem
xét các nh hng mang tính địa phơng ca WP, các nh hng này bao gm:
- nh hng đến chất lợng điện năng và n định điện áp đối với các LĐPP,
- nh hng đến cấu hình lới điện, đến phối hợp bo vệ rơle,
Các nh hng mang tính hệ thống (nh hng đến tần số) ít đợc xem xét do quy
mô công suất ca WP thng nhỏ hơn nhiều so với công suất chung ca hệ thống điện.
Cho đến nay hầu hết các nghiên cu đều tập trung vào việc phân tích tính hợp lý trong
cung cấp điện và nh hng đến chất lợng điện năng khi kết nối WP. Vì vậy, không
chỉ  Việt Nam mà  nhiều nớc khác thì vấn đề nâng cao tính hợp lý, ci thiện hiệu qu
làm việc ca LĐPP có WP luôn đợc đặt lên hàng đầu. Lý do dễ thấy là LĐPP luôn thay
đi và m rộng, trong khi số lợng WP tham gia ngày càng lớn và ngày càng đa dng về
công nghệ và chng loi.
1.4.1 Bài toán đánh giá nh hưng Ếa WP đn Ếhất ệưng đin năng LĐPP
Bài toán này thng đợc xem xét bằng cách phân tích các chỉ tiêu về chất lợng
điện áp, tn thất công suất hay độ tin cậy cung cấp điện trớc và sau khi kết nối WP. Do

đó để có những cm nhận rõ ràng hơn về những nh hng đến chất lợng điện năng từ
các WP, rất cần thiết phi có những kết qu mô phỏng thực tế.
Với các chỉ tiêu đánh giá chất lợng điện năng nói chung, nếu gọi X
WP
và X
k_WP
lần
lợt là các đi lợng đặc trng cho chất lợng điện năng ca LĐPP khi hệ thống có và
không có WP thì chỉ tiêu này đợc biểu diễn bi:
%=



_
. (1.1)
Dựa vào giá trị và dấu ca X% cho phép đánh giá đợc nh hng ca WP khi tham gia
vào lới điện, nó đặc trng cho việc đánh giá nh hng ca WP đến chất lợng điện áp,
hiệu qu gim tn thất công suất hoặc độ tin cậy CCĐ. Công cụ này cho phép đánh giá
Chơng 1: Tng quan GVHD: TS. Võ Viết Cng

Trang 7

chất lợng điện năng khá đơn gin và hiệu qu, tuy nhiên với từng trng hợp cụ thể khi
mô t thực nghiệm ta cũng cần phi có những phơng pháp xác định chỉ tiêu X một cách
phù hợp.
Chỉ tiêu đánh giá mc độ n định điện áp cũng thuộc nội dung bài toán này, tuy
nhiên do tính chất phc tp ca bài toán n định nên nó thng đợc nghiên cu riêng
biệt với các chỉ tiêu đánh giá chất lợng điện năng thông thng.  đây các chỉ số dùng
để phân tích đều dựa trên việc thiết lập công cụ đánh giá mc độ n định ti nút trớc và
sau khi kết nối WP. Cách tiếp cận để xây dựng các chỉ số này dựa trên việc gii bài toán

phân bố công suất, thiết lập ma trận Jacobi, xét dấu ca ma trận để thành lập các chỉ số n
định hoặc phân tích dựa trên tiêu chuẩn n định thực dụng.
1.4.2. Bài toán đm bo Ếhất ệưng đin áp và n định đin áp Ếa LĐPP Ếó WP
Bài toán này đợc đặt ra với nhiệm vụ đm bo chất lợng điện áp cho các phụ ti
trong LĐPP khi có WP. Sự khác biệt cơ bn  đây là bài toán phân tích n định điện áp
thng đợc đặt ra với các WP sử dụng máy điện KĐB, do kh năng phát công suất phn
kháng hn chế ca chúng. Thực chất ca quá trình nghiên cu này là nghiên cu quá trình
dẫn đến mất n định nút kết nối WP trong LĐPP, các đánh giá này thng dựa trên các
tiêu chuẩn n định.
Với các hớng tiếp cận tĩnh và động, có thể mô t bài toán phân tích n định điện
áp trong LĐPP có ngun WP không đng bộ nh sau: Cho sơ đ LĐPP có WP không
đng bộ (hình 1.γ).  hình này, T là nút kết nối chung các WP; HT là nút hệ thống; δ
1
và
δ
β
lần lợt là góc pha điện áp giữa nút HT và nút T. Mục đích  đây là xác định giới hn
n định điện áp ti nút T để tìm hớng ci thiện mc n định điện áp nút.



ảình 1.3. Sơ đ lưới điện phân phối có kết nối ngun điện phân tán
Hiện có β hớng chính để gii quyết bài toán này:
U
HT
∠
δ
1
Z = R + jX

U
T
∠
δ
β
hệ thống

(HT)
phụ ti

T

Chơng 1: Tng quan GVHD: TS. Võ Viết Cng

Trang 8

Th nhất: Sử dụng mô hình chi tiết: mô t mối quan hệ công suất tác dụng, phn
kháng ca WP theo điện áp và hệ số trợt (s). Mô hình này ca WP đợc kết nối với
LĐPP và các phụ ti tng hợp, cho biến thiên thông số phía hệ thống theo hớng mất n
định để tìm giới hn làm việc ca phụ ti và WP.
Theo hớng này thì các phép tiếp cận động, phân tích giá trị trị riêng, hay phơng
pháp tính liên tục chế độ xác lập thng đợc ng dụng để phân tích. Các phép kết hợp
giữa mô phỏng tĩnh - động cũng đợc dùng rộng rưi để nghiên cu các vấn đề n định
điện áp, có xét đến mô hình các thiết bị nh: máy phát, thiết bị bù, kích từ
Cách tiếp cận này thng gặp  các nghiên cu về lới điện cao áp [6] có kết nối
ngun WP công suất lớn. Kịch bn hay đặt ra  đây là đm bo n định điện áp và n
định động cho WP khi xuất hiện các kích động lớn ngẫu nhiên xy ra trong HTĐ. Hớng
nghiên cu này cũng gặp một số khó khăn do mô hình bài toán phc tp, xác định bi
những hệ phơng trình trng thái xác lập hệ thống liên quan đến thông số ca máy điện
và các phần tử trong HTĐ. Tuy nhiên do thng đem li kết qu khá chính xác nên khá

nhiều nghiên cu đề cập theo cách tiếp cận này.
Th hai: Đẳng trị các WP về một nút kết nối chung (nút T), coi nút này nh một
nút PV hoặc PQ, sau đó sử dụng các công cụ gii tích hoặc chơng trình mô phỏng để
xác định giới hn n định điện áp  nút quan tâm. Thực chất ca phép biến đi này là sử
dụng mô hình quan hệ công suất giữa nút T và nút HT, sau đó thành lập biểu thc xác
định điện áp và công suất giới hn khi mô hình phụ ti thay đi
Với các WP có công suất nhỏ kết nối LĐPP, mc giới hn n định điện áp thng
đợc đánh giá qua hớng tiếp cận này [β], [4] nhằm tìm hiểu các đáp ng ca LĐPP và
giới hn làm việc ca các nút khi có sự thay đi công suất phát từ WP. Thực tế, do WP là
ngun phát thiếu tính n định, công suất thng khá nhỏ nên hầu hết các nghiên cu về
WP trong các HTĐ đều coi chúng nh một nút PQ. Điều này cho phép có thể làm đơn
gin hoá các sơ đ LĐPP phc tp. u điểm ca cách tiếp cận này là:
- Khối lợng tính toán gim đáng kể;
Chơng 1: Tng quan GVHD: TS. Võ Viết Cng

Trang 9

- Cho phép nghiên cu chất lợng điện áp ngay ti nút kết nối chung (nhiều WP) và
có thể ca chính bn thân WP.
Các u điểm trên đợc thể hiện rất rõ trong các nghiên cu về phối hợp bo vệ trên
lới điện phân phối có WP, hay các bài toán phân tích chất lợng điện áp, trong khi sai số
so với mô hình chi tiết không đáng kể. Mặc dù còn một nhợc điểm cần đợc khắc phục
là: khó thể hiện các tính chất và đặc trng ca các WP khi quy đi về nút tơng đơng.
Nhng điều này sẽ đợc gii quyết cơ bn nếu chúng ta tiến hành tính toán cụ thể cho
từng thi điểm ca đặc tính công suất các ngun WP và đ thị phụ ti.
Có một hớng khác, đó là kết hợp u điểm ca β cách tiếp cận trên. Điều này cho
phép kết hợp giữa phân tích trào lu công suất khi sử dụng mô hình đẳng trị và sử dụng
các tiêu chuẩn n định thực dụng khi sử dụng mô chi tiết, từ đó đa ra các kết qu chính
xác hơn khi coi WP là các nút PQ hay PV. Luận văn sẽ kết hơp u điểm ca β hớng trên
để thiết lập mô hình nghiên cu n định ti nút kết nối WP.

1.5. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN
Quy mô, công suất WP và LĐPP  Việt Nam trong thi gian qua phát triển nhanh 
nhiều địa phơng. Vì vậy luận văn sẽ đi sâu gii quyết các vấn đề cấp thiết mà công tác
vận hành  Điện lực các địa phơng đang đặt ra là nghiên cu n định điện áp ti nút kết
nối ngun WP không đng bộ trong LĐPP và đề xuất các biện pháp nâng cao n định
điện áp.
Liên quan đến bài toán phân tích n định điện áp, bài toán này đợc đặt ra với các
WT sử dụng máy phát không đng bộ (loi WT tiềm ẩn nhiều nguy cơ gây mất n định
điện áp nhất). Thực chất ca bài toán này là đánh giá nh hng ca công suất phn
kháng trên lới khi WT thay đi công suất phát. Sự thay đi này đợc thể hiện qua hệ số
trợt (s) ca WT, giá trị này li phụ thuộc điện áp ti nút kết nối WP. Do đó sự thay đi
công suất ca WT sẽ có tác động nhất định đến sự làm việc bình thng ca LĐPP, việc
đm bo n định ti nút kết nối WP lúc này sẽ mang ý nghĩa đm bo n định điện áp
chung cho LĐPP.
Chơng 1: Tng quan GVHD: TS. Võ Viết Cng

Trang 10

 đây, hớng tiếp cận tĩnh, trong đó sử dụng các tiêu chuẩn n định và phân tích
đặc tính PU đợc luận văn lựa chọn nhằm tìm hiểu các đáp ng ca nút kết nối WP khi
có sự thay đi công suất phát từ ngun này. Ngoài ra, để phát hiện nguy cơ mất n định
điện áp ti nút kết nối, cũng cần có các chỉ tiêu định lợng về mc độ n định. Đây là
một nội dung phc tp trong các bài toán nghiên cu n định điện áp. Tuy nhiên trong
điều kiện vận hành thì bài toán phân tích n định cũng có những yếu tố thuận lợi nh:
không đòi hỏi độ chính xác cao, có những điều kiện đư biết trớc (chỉ quan tâm khi nào
có thể mất n định). Đó cũng là những nội dung mấu chốt cho phép áp dụng những chỉ
tiêu thực dụng để phân tích n định điện áp. Trên tinh thần đó, trong phần này luận văn sẽ
đề cập gii quyết các vấn đề:
- Xây dựng mô hình ngun WP sử dụng máy điện không đng bộ và nghiên cu
các phơng pháp, chỉ tiêu đánh giá giới hn n định điện áp nút kết nối WP trong LĐPP;

- Xây dựng phơng pháp đánh giá giới hn n định điện áp trong LĐPP có WP;
- Áp dụng tính toán thực tế cho LĐPP có WP  Việt Nam. Chi tiết các nội dung
trên sẽ đợc trình bày trong các chơng tiếp theo ca luận văn.

Chơng β: Cơ s lý thuyết GVHD: TS. Võ Viết Cng


Trang 11

CHƯƠNG 2
NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG LƯỚI ĐIỆN CÓ KẾT NỐI
NGUỒN ĐIỆN GIÓ
2.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
 các lới điện phân phối (LĐPP) không có kết nối ngun điện phân tán (DG),
hiện tợng mất n định điện áp thng xy ra khi tăng ti mnh hay thay đi các điều
kiện vận hành. Các thay đi đó làm cho quá trình gim áp xy ra và có thể rơi vào tình
trng không thể điều khiển điện áp, gây ra sụp đ điện áp. Nhân tố chính gây mất n định
điện áp là LĐPP không có kh năng đáp ng nhu cầu công suất phn kháng. Các thông số
có liên quan đến sụp đ điện áp là công suất tác dụng và phn kháng ca mng điện.
Khi có kết nối DG, nh: các ngun thuỷ điện nhỏ, các cụm máy phát Điezel, các
máy phát không đng bộ ca tuabin gió thì vấn đề này li tr nên phc tp hơn do các
WP thng tiềm ẩn nhiều yếu tố gây mất n định điện áp. Nếu các DG là máy phát đng
bộ thì nó có thể bị mất n định đng bộ (n định góc lệch). Nếu DG là loi không đng bộ
thì nó không phát công suất phn kháng (thậm chí tiêu thụ công suất phn kháng), cho
nên DG có thể nh hng chung đến n định điện áp toàn lới, đng thi có thể gây mất
n định ti chính bn thân nó bi không còn cân bằng mômen làm việc. Đây chính là
trng hợp LĐPP kết nối ngun WP với các máy điện không đng bộ (KĐB).
Do vậy, việc nghiên cu n định điện áp trong LĐPP có WP gắn với việc tìm hiểu
cơ chế gây mất n định điện áp, đng thi phân tích độ tin cậy làm việc n định (đ hệ số
dự trữ n định) ca bn thân các WP. Chơng này ch yếu nghiên cu các vấn đề đm

bo n định điện áp cho máy điện KĐB ca các tuabin gió làm việc trong LĐPP. Trớc
hết, luận văn sẽ phân tích n định điện áp trong LĐPP có máy điện KĐB, sau đó xây
dựng công cụ phân tích n định điện áp ti nút kết nối chung.
2.2 CÁC BÀI TOÁN PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP KHI CÓ CÁC WP
2.2.1 n định đin áp nút Ếó động Ếơ Ệhông đng bộ
n định điện áp nút có động cơ KĐB (n định phụ ti), là kh năng làm việc lâu
dài ca động cơ KĐB trong hệ thống điện khi điện áp lệch đáng kể so với điện áp danh
định, hoặc khi cơ cấu truyền động quá ti. Khi mất n định phụ ti, các động cơ KĐB có
Chơng β: Cơ s lý thuyết GVHD: TS. Võ Viết Cng


Trang 1β

thể bị tự hưm hàng lot, làm cho điện áp trong lới điện gim đột ngột, và dẫn đến mất n
định ca hệ thống điện. Khi phân tích n định điện áp nút có động cơ KĐB ngi ta
thng dựa vào chính đặc tính mômen ca chúng. Sơ đ thay thế đơn gin ca động cơ
KĐB và quan hệ giữa công suất điện (P
m
) ca động cơ với hệ số trợt s cho trong hình
β.1a,b. Khi làm việc, nếu gi thiết công suất cơ (P
c
) là hằng số thì theo điều kiện cân bằng
công suất P
c
= P
m
, động cơ sẽ làm việc  điểm a và b nh hình β.1

ảình 2.1. Sơ đ thaỔ thế động cơ và quan hệ P
m
(s)
Ta xét điểm a: nếu vì một kích động nào đó hệ số trợt s tăng, công suất điện sẽ
lớn hơn công suất cn cơ khí ca máy công cụ, động cơ sẽ quay nhanh lên, hệ số trợt s
gim về trị số ban đầu. Nếu kích động làm s gim, thì công suất điện sẽ nhỏ hơn công suất
cn cơ khí, động cơ quay chậm li, s tăng về giá trị ban đầu. Nh vậy chế độ làm việc ti
điểm a là n định. Với điểm b: khi s tăng thì công suất điện nhỏ hơn công suất cn ca
máy công cụ, động cơ (ĐC) quay chậm li ri dừng hẳn, khi đó ĐC rơi vào trng thái nh
bị ngắn mch, để lâu sẽ dẫn đến cháy ĐC. Khi s gim thì công suất điện lớn hơn công suất
cơ làm động cơ càng quay nhanh hơn và di chuyển về điểm a, nh vậy điểm b là điểm
không n định.
Nh vậy ĐC chỉ có thể làm việc với điểm cân bằng a. Chế độ làm việc giới hn
ca ĐC theo đặc tính này thng xy ra khi điện áp nút cung cấp gim, dẫn đến công suất
điện cực đi P
m-gh
cũng gim đi và đến điện áp giới hn (U
gh
) nào đó thì ĐC sẽ mất n
định, tc sẽ ngừng quay. Với trng hợp P
c
≠ hằng số thì giá trị U
gh
sẽ thấp hơn nhiều.
Khi lới điện có các ĐC công suất lớn, điện áp trên cực ĐC sẽ biến đi theo sự
biến đi ca công suất ĐC. Đặc tính ca ĐC phụ thuộc điện áp nút cung cấp, nên nếu một

nút có nhiều ĐC thì cũng có thể xem nh một ĐC đẳng trị.  đây chế độ giới hn không
P
c
=P
m

s
P
m

U
đm

P
m-gh

c
b
a
S
a

S
b

S
gh

1
U

gh

b)

U
r
β
'/s

x
r

x
m

a)
Chơng β: Cơ s lý thuyết GVHD: TS. Võ Viết Cng


Trang 1γ

phi do tăng trng phụ ti ĐC hay thay đi công suất ca ĐC, bi nguyên nhân gây ra
mất n định là sự gim thấp điện áp nút cung cấp. Nút kết nối ĐC cần kiểm tra cho các
trng thái nguy hiểm dẫn đến gim thấp điện áp là mục tiêu ca bài toán này. Ngoài ra
điều kiện để ĐC làm việc n định còn phụ thuộc vào đặc tính mômen cn ca máy công
cụ, phi khi động thành công (mômen m máy lớn hơn mômen cn).
2.2.2. n định đin áp nút ph ti tng hp
Nút ti tng hợp thng đợc xét nh nút thanh cái các trm biến áp phân phối
trong phm vi lới trung áp (hình β.β). Trong trng hợp này, đặc tính công suất lấy ra từ
nút phụ thuộc tng hợp các trang thiết bị điện nhận công suất từ trm phân phối, trong đó

động cơ KĐB chiếm tỷ lệ cao (50-80)% nên chúng có ý nghĩa quyết định đến đặc tính
công suất. Trong trng hợp này, nh đư biết sơ đ lới lúc vận hành luôn có dng hình
tia (lới kín vận hành h), phụ ti nút là phụ ti tng hợp.






ảình 2.2 đặc điểm sơ đ lưới điện trung áp
Với mỗi nút i, công suất ngun chỉ do nhánh nối về phía ngun cung cấp. Tuy
nhiên công suất ti (tng công suất lấy ra từ nút) bao gm không những công suất phụ ti
tng hợp ti nút mà còn ca nhánh lấy công suất ra từ nút này (cung cấp cho phụ ti phía
sau). Nói khác đi tơng quan đặc tính công suất nút phụ thuộc phụ ti toàn lới. Do đó dễ
nhận thấy rằng kịch bn nguy hiểm nhất là kịch bn tăng đng thi công suất tác dụng ti
mọi nút phụ ti trong lới (theo cùng tỷ lệ) cho đến lúc mất n định. Để xét đến nh
hng gây sụt áp từ phía hệ thống, sơ đ tính toán lúc này cần xét đến tng tr hệ thống
(tính đợc thông qua công suất ngắn mch).
2.2.3. n định đin áp nút Ếó ẾáẾ máỔ phát đng bộ Ếông suất nhỏ
Trong trng hợp này thực chất là nghiên cu điều kiện n định máy phát công
suất nhỏ trong khu vực thiếu công suất. Chẳng hn LĐPP nhận điện từ hệ thống về qua
~

S
N
MBA

Q
s
S

HT

Q
si

l

Q
il
Q
i
Q
ik

i

k

Q
k
Q
l
Chơng β: Cơ s lý thuyết GVHD: TS. Võ Viết Cng


Trang 14

đng dây truyền ti, có máy phát thy điện nhỏ tham gia phát một phần công suất cho
phụ ti lân cận. Trong trng hợp này máy phát dễ bị mất n định khi phụ ti cao. Ta hưy

xét một sơ đ đơn gin nh hình β.γ.  đây máy phát đng bộ công suất nhỏ không đ
công suất để cung cấp cho phụ ti địa phơng, luôn có một công suất đáng kể truyền từ
đng dây về nút mới đm bo đợc cân bằng công suất. Gi thiết điện áp trên thanh cái
hệ thống (U
HT
) đợc giữ không đi. Hệ thống nhỏ đang xét đợc đẳng trị bằng một máy
phát và một phụ ti tập trung. Công suất P
F
, Q
F
cấp đến nút phụ ti đợc coi là đư  giới
hn có thể (đư cho). Khi đó tơng quan cân bằng công suất tác dụng nh trên hình β.γb.











ảình 2.3. ảệ thống điện có các máỔ phát đng bộ công suất nhỏ
Đặc tính công suất P
F∑
= P
11
+ P
1βm

sin(δ - α
1β
) = P
11
+ P
1β(δ)
bao gm β thành
phần: công suất nhận về từ đng dây P
1β
(δ) và thành phần không đi P
11
(bằng công suất
phụ ti P
t
cộng với tn hao). Vì hệ thống thiếu công suất nên P
F
< P
11
và điểm cân bằng
n định ng với góc δ
0
< 0. Dễ thấy, sự biến thiên phụ ti là yếu tố quan trọng nh hng
đến tính n định ca hệ thống, bi khi tăng (gim) công suất phụ ti P
11
đặc tính công suất
sẽ đợc nâng cao lên hay h thấp xuống nh hng đến điểm cân bằng n định δ
0
. Ngoài
ra, khi gim công suất tuabin (cũng có nghĩa là gim công suất máy phát) cũng có nguy
P

F
+jQ
F

~

LĐPP
P
t
+jQ
t

P
H
+jQ
H

HT
F
P
P
FΣ

P
F

P
gh

δ

P
11

P
1βm

δ
gh

δ
0

P
1βδ

Chơng β: Cơ s lý thuyết GVHD: TS. Võ Viết Cng


Trang 15

cơ dẫn đến mất n định (điểm cân bằng h xuống chuyển dần đến trị số giới hn). Đặc
tính này khác với n định máy phát  các nhà máy điện lớn luôn phát công suất thừa vào
hệ thống, do đó cần phi đợc tính toán phân tích đầy đ.
2.2.4. n định đin áp nút Ếó ẾáẾ máỔ đin Ệhông đng bộ (KĐB)
Có β loi máy điện KĐB ch yếu là: loi rôto lng sóc và loi rôto dây quấn
(hìnhβ.4). Máy điện KĐB rôto lng sóc (hình β.4a) về nguyên tắc hot động giống nh
động cơ KĐB, nghĩa là: sẽ tiêu thụ công suất Q từ hệ thống để duy trì từ trng quay giữa
cuộn stato và rôto. Mômen kéo ca tuabin sẽ cân bằng với mômen điện từ (cn) ti điểm
cân bằng n định b nh hình β.1b. Máy điện có thể mất n định nếu tuabin tăng công suất
quá giới hn P

m-gh
(hình β.1b) hoặc điện áp lới bị gim thấp làm đặc tính công suất điện
từ h xuống. Máy điện loi này không có kh năng phát hay điều chỉnh công suất Q. Với
loi máy điện KĐB rôto dây quấn (hình β.4b), có kh năng cấp điện cho lới từ rôto và
stato, còn đợc gọi là máy điện KĐB ngun kép (DFIM). Stato ca máy điện này nối trực
tiếp với lới điện còn rôto nối với lới thông qua bộ biến đi kiểu "back to back".





ảình 2.4a. MáỔ điện KĐB rôto lng sóc ảình 2.4b. MáỔ điện KĐB rôto dâỔ quấn
Trong trng hợp chung, công suất phn kháng ca máy điện KĐB phụ thuộc điện
áp nút kết nối và hệ số trợt: Q = f(U,s). Nếu vì nguyên nhân nào đó (từ phía hệ thống),
điện áp ti nút kết nối suy gim, sẽ dẫn đến công suất phát ca máy điện bị gim, và kết
qu là quá trình dẫn đến mất n định điện áp càng diễn ra nhanh hơn. Mặt khác khi điện
áp nút kết nối máy điện gim, thì hệ số trợt tăng và công suất điện phát ra bị gim theo.
Với mc độ suy gim điện áp tới khong 70% điện áp danh định, quá 100ms thì máy điện
sẽ phi thng xuyên tách ra khỏi lới bất kỳ lúc nào nhằm tránh trng hợp mất cân
bằng công suất do máy phát điện lúc này tiêu thụ quá nhiều công suất Q. Một cách tng
quát có thể thấy rằng: nếu điện áp nút kết nối suy gim càng nhiều thì mc độ mất cân
bằng công suất trên trục máy điện cũng tăng nhanh và rôto càng dễ dàng bị gia tốc hơn.
Chơng β: Cơ s lý thuyết GVHD: TS. Võ Viết Cng


Trang 16

Việc máy điện có thể tr li làm việc n định hay không tùy thuộc vào mc độ suy gim
điện áp nút kết nối.
2.2.5. Nhn ồỨt Ếhung

Qua nghiên cu điều kiện làm việc ca các động cơ KĐB, nút ti tng hợp trong
LĐPP, nút có các WP đư cho thấy: điện áp nút kết nối các WP có ý nghĩa rất quan trọng
trong việc đm bo điều kiện làm việc n định cho LĐPP và ca chính WP, bất kỳ một sự
biến động nào (nguyên nhân phía hệ thống) đều có nguy cơ gây mất n định cho máy
điện.
Với các WP đng bộ có kh năng phát công suất phn kháng và điều chỉnh điện
áp, việc đm bo tính n định cho WP này trong LĐPP thng dễ đt đợc hiệu qu hơn
nếu máy phát đợc trang bị hệ thống kích từ đ mnh (các thuỷ điện nhỏ). Nhng với các
WP không đng bộ, nếu điện áp nút kết nối suy gim thì kh năng tự điều chỉnh để tr về
trng thái làm việc bình thng sẽ khó khăn hơn nhiều, bi bn thân chúng đư là ngun
tiêu thụ công suất Q, do đó nút kết nối này thng là nút "yếu" trên phơng diện n định
điện áp. Chính vì vậy việc tính toán, xác định giới hn n định điện áp cho nút kết nối
máy điện KĐB tuabin gió là mối quan tâm lớn nhất khi nghiên cu n định điện áp. Đây
cũng là lý do mà luận văn sẽ đề cập gii quyết trong chơng này.
2.3. MÔ HÌNH MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ TUABIN GIÓ
2.3.1. Ảiới thiu
Công suất ca tuabin gió chia thành β loi: công suất cơ và công suất điện. Công
suất cơ là đi lợng phụ thuộc điều kiện tự nhiên và kết cấu cơ khí ca tuabin.  một vị
trí xác định, nơi có mật độ không khí là hằng số, công suất cơ ca tuabin chỉ phụ thuộc
tốc độ gió đầu vào. Khác với công suất cơ, công suất điện phụ thuộc nhiều vào thông số
ca máy điện. Cụ thể là phụ thuộc điện tr và điện kháng ca bn thân chúng, trong đó
điện kháng thay đi theo hệ số trợt (đây là sự khác biệt so với máy điện đng bộ quen
thuộc). Để phát công suất vào lới điện thì tốc độ rôto phi lớn hơn tốc độ đng bộ, và
gây ra hệ số trợt s.
2.3.2. Mô hửnh máỔ đin Ệhông đng bộ tuabin gió ệoi rôto ệng sóẾ
Trong trng hợp tng quát, sơ đ thay thế ca máy điện KĐB khi rôto quay đợc
cho  hình β.5 [γ]. Sự biến thiên ca mômen theo hệ số trợt cho  hình β.6
Chơng β: Cơ s lý thuyết GVHD: TS. Võ Viết Cng

Trang 17

r
1

U
1

x
1

x
β
’

r
β
’
(1
-
s)
/s

x
m

r
β
’

U
β

I
1

I
β








ảình 2.5 Mch điện thaỔ thế máỔ điện hình 2.6 quan hệ momen và hệ số
roto lng sóc trược ca máỔ điện KĐB
Với: U
1
và I
1
là điện áp định mc và dòng điện ca stato;
U
β
và I
β
là điện áp và dòng điện phía rôto đư quy đi sang stato;
r
1

và x
1
là điện tr và điện kháng dây quấn stato;
r
β
' và x
β
' là điện tr và điện kháng mch rôto và x
m
là điện kháng từ hoá.
 đây phụ ti là một điện tr gi tng r
β
'(1-s)/s. Năng lợng tiêu tán trên điện tr gi
tng tơng đơng với năng lợng điện biến đi thành cơ năng trên trục ca máy điện
khi nó quay. Với máy điện KĐB, do khe h không khí lớn nên dòng từ hoá lớn, do đó
điện kháng từ hoá x
m
đợc giữ nguyên (bỏ qua điện tr r
m
), tn hao sắt đợc tính gộp vào
tn hao cơ, tn hao phụ. Từ mch điện thay thế hình β.5 ta có phơng trình:


̇


̇

=



=



+ 












+ 


+ 




̇


̇


 (β.1)
 đây dòng điện rôto phụ thuộc điện áp ca mch stato. Điện tr r
β
' có thể xác định theo
mômen phụ ti ti thi điểm m máy, với đặc tính mômen cng cũng có r
β
'= const. Nếu
gi thiết bỏ qua tn thất từ hoá và tn thất trên mch stato, công suất điện ca máy điện
khi đó phụ thuộc hệ số trợt s và điện áp đầu cực máy phát U. Tng tr tơng đơng
mch từ và ca mch rôto máy phát, đợc xác định nh sau [11]:

Chơng β: Cơ s lý thuyết GVHD: TS. Võ Viết Cng


Trang 18













=
























=




































(β.β)

ảình 2.7. Mch điện tương đương máỔ điện không đng bộ
Kết hợp với tng tr phía stato máy phát sẽ tìm đợc công suất máy điện [11]:









,

=
−

+ 







+ 






+ 

+ 





.



,

=
−

+ 







+ 






+ 

+ 





.



Phơng trình công suất tác dụng và phn kháng  trên thể hiện nh hng ca tốc
độ gió đến công suất phát ca máy điện, nói cách khác công suất ca máy điện phụ thuộc
chính vào β thông số: hệ số trợt và điện áp nút kết nối. Dễ nhận thấy: khi điện áp gim
thấp, đến một giá trị giới hn có thể gây mất n định do không giữ đợc cân bằng mômen.
Hơn nữa đặc tính mômen (hay công suất tác dụng) ca máy điện  trng hợp này có sự
tơng tự với động cơ KĐB. Cụ thể:  hình β.6 vẽ theo chiều dơng công suất tác dụng
tiêu thụ và hệ số trợt,  đây dấu dơng tính với tốc độ luôn nhỏ hơn tốc độ đng bộ:


=






(β.5)
Nếu đi dấu công suất (dấu dơng với công suất phát) và tính hệ số trợt, ta sẽ có đặc
tính hoàn toàn trùng với động cơ, các công thc tính toán không thay đi (sẽ sử dụng khi
tính toán về sau):
U

r
1
+R(s)

x
1
+X(s)