Đánh giá ổn định hệ thống điện nhiều máy phát bằng phương pháp mô phỏng

Nguyn Vũ Phng Tho Page i

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đơy lƠ công trình nghiên cu ca tôi.
Các s liu, kt qu nêu trong luận văn là trung thực vƠ cha từng đợc ai công b
trong bất kỳ công trình nào khác.

Tp. H Chí Minh, ngày 10 tháng 11 năm 2012
Tác gi lun văn


Nguyn Vũ Phng Tho















Nguyn Vũ Phng Tho Page ii
Lời cm n

Sau mt thi gian học tập và nghiên cu ti trng, tôi đã hoàn thành đ tài
luận văn tt nghip cao học ca mình. Để có đợc thành qu này, tôi đã nhận đợc
rất nhiu sự h trợ vƠ giúp đỡ từ thầy cô, gia đình, c quan vƠ bn bè.
Thông qua lun văn nƠy tôi xin chơn thƠnh cám n:
PGS.TS Quyn Huy Ánh, ngi thầy mẫu mực, tận tụy, đnh hng, ch bo,
truyn đt những kin thc chuyên môn và kinh nghim nghiên cu trong quá trình
tôi thực hin luận văn này.
Quí Thy/Cô phn bin, đã đa ra những quan điểm, đánh giá b sung vào
lĩnh vực tôi đang nghiên cu, giúp tôi hiểu rng hn v hng nghiên cu đ tài, và
tự đánh giá li công vic đã thực hin ca mình.
Ban Giám hiu, lãnh đo Khoa Đin-Đin tử, Quí Thy/Cô Trng Đi
Học S Phm Kỹ Thuật Thành Ph H Chí Minh đã truyn đt kin thc chuyên
môn, kinh nghim, giúp tôi tự tin tìm hiểu kin thc chuyên ngành, to mọi điu
kin tt nhất cho tôi hoàn thành khoá học.
Xin chân thành cm n gia đình, bn bè đã đng viên, giúp đỡ cho tôi trong
sut quá trình nghiên cu và học tập.

Xin chân thành cm n!
Tp. H Chí Minh, ngày 10 tháng 11 năm 2012
Tác gi lun văn



Nguyn Vũ Phng Tho

Nguyn Vũ Phng Tho Page iii
Mc Lc
Trang
Trang tựa
Quyt đnh giao đ tài

Lý lch khoa học
Li cam đoan i
Li cm n ii
Mục Lục iii
Tóm tắt luận văn .vi
Danh sách các chữ vit tắt viii
Danh sách các hình ix
Danh sách các bng xi
Chng 1:
Tng quan 1
1.1. Đặt vấn đ 1
1.2. Mục tiêu ca Luận văn 2
1.3. Ni dung vƠ phng pháp nghiên cu 2
1.3.1. Ni dung nghiên cu 2
1.3.2. Phng pháp nghiên cu 3
1.4. Phm vi và gii hn nghiên cu 3
1.5. Tính mi và giá tr thực tin ca đ tài 3
Chng 2:
LÝ THUYT V N ĐNH H THNG ĐIN 4
2.1. Các khái nim c bn: 4
2.1.1 Khái nim v n đnh 4
2.1.2 Phân loi 4
2.1.2.1 n đnh tĩnh 4
2.1.2.2 n đnh đng 5

2.2. Các tiêu chuẩn kho sát n đnh tĩnh 6
2.2.1. Tiêu chuẩn năng lợng 6
Nguyn Vũ Phng Tho Page iv
2.2.2 Phng pháp dao đng bé 6
2.3. Các tiêu chuẩn kho sát n đnh đng 8

2.3.1. Tiêu chuẩn din tích 8
2.3.2. Tiêu chuẩn năng lợng 11
Chng 3: B N ĐNH H THNG ĐIN 14
3.1. n đnh ca 1 h thng đin cha máy phát làm vic vi thanh cái có công suất
vô hn 14
3.2. nh hng đng học ca mch kích từ 17
3.3. nh hng sự thay đi từ thông kích ti sự n đnh 23

3.4. nh hng ca h thng kích từ 25
3.5. Thit k b n đnh h thng đin (PSS) 28
3.5.1. Chc năng b n đnh PSS 28

3.5.2. Thit k b PSS nron nhận dng 32
3.5.2.1. Mô t h thng đin 33
3.5.2.2. Xây dựng b n đnh h thng đin nron 35
3.5.2.3. Lu đ gii thuật chung ca mng nron 38

Chng 4: KHO SÁT & SO SÁNH B PSS NRON VI PSS KUNDUR 45
4.1. Mục đích mô phng 45
4.2. Các kt qu mô phng 45

4.2.1. Trng hợp 1: Sự c ngắn mch thoáng qua giữa đng dơy L1 45
4.2.2. Trng hợp 2: Sự c ngắn mch thoáng qua trên L1 cách B1 80km 48
4.2.3. Trng hợp 3: Sự c ngắn mch thoáng qua trên L1 cách B1 50km 50
4.2.4.Trng hợp 4: Sự c ngắn mch thoáng qua cách B2 50km ……………… 53

4.2.5. Trng hợp 5: Sự c ngắn mch thoáng qua cách B2 30km vƠ tăng ti KV 1
thêm 10%. 55
4.2.6. Trng hợp 6: Sự c ngắn mch thoáng qua cách B1 70km và gim ti KV2
5% 57

4.2.7. Trng hợp 7: Sự c ngắn mch thoáng qua trên L1 cách B2 20km và phụ ti
KV1 tăng thêm 5%. 59
Nguyn Vũ Phng Tho Page v
4.2.8. Trng hợp 8: Sự c ngắn mch thoáng qua trên L1  giữa đng dơy, phụ
ti KV1 tăng thêm 10%, phụ ti KV2 gim bt 5% ………………………… 61
4.3. Kt luận 64
Chng 5: Kt luận vƠ hng phát triển ca đ tài 65
5.1. Kt luận 65
5.1.1. Các kt qu đã đt đợc trong đ tài 65
5.1.2. Hn ch 65
5.2. Hng phát triển ca đ tài 66
Tài liu tham kho 67
Phụ lục 69

Nguyn Vũ Phng Tho Page vi
Tóm tắt luận văn

H thng đin là những h thng phi tuyn phc tp, các điểm vận hành có thể
thay đi trên din rng, những dao đng tần s thấp liên tục xuất hin dẫn đn sự
liên kt giữa các h thng yu dần đi. Trong máy phát đin, luôn tn ti những dao
đng xung quanh điểm vận hành cân bằng, theo sau bất kỳ loi nhiu lon, thí dụ
nh thay đi các phụ ti đt ngt, thay đi các thông s ca đng dơy truyn ti,
dao đng công suất  ngõ ra ca tuc bin.
n đnh h thng đin bao gm n đnh góc lch rotor, n đnh tần s và n
đnh đin áp liên quan mật thit vi nhau [2]. B n đnh PSS Kundur [1]vi tín
hiu ngõ vào là đ lch tc đ đã đợc sử dụng rng rãi nhằm cung cấp tín hiu n
đnh b sung vào h thng kích từ máy phát để xóa b dao đng đin c vƠ nơng
cao sự n đnh toàn cục ca h thng; cung cấp mt moment cn dng trong pha
để xóa b nh hng ca moment cn ơm ca h thng. Vi các thông s c đnh,
b PSS Kundur không thể cung cấp đng đặc tính ti u cho tất c các điểm vận

hành khác nhau; vì h thng có thể thay đi theo thi gian và các thông s ca b
PSS Kundur phi đợc phục hi li để nó có thể tip tục cung cấp các đng đặc
tính mong mun. ng dụng các b PSS này trong mt h thng nhiu máy phát gơy
ra nhiu sự phc tp khi tng hợp các thông s ca b PSS; các thông s nƠy đợc
ti u hóa bằng cách sử dụng mt mô hình đng tuyn tính đt đợc do tuyn tính
hóa mô hình phi tuyn xoay quanh mt điu kin vận hành c đnh ban đầu, thng
không cung cấp kt qu tha đáng trên din rng ca điu kin vận hành [1, 2, 3, 4].
B FTDNN-PSS đợc đ xuất vi hai ngõ vào là đ lch tc đ (dw) vƠ đ lch
công suất tăng tc (dPa) có các thông s đợc cập nhật và tự điu chnh để mô
phng h thng trong các trng hợp sự c ngắn mch ba pha, tăng gim phụ ti
trên din rng, vừa tăng gim phụ ti hai khu vực có xét đn ngắn mch ba pha trên
đng dơy.
B FTDNN- PSS hai ngõ vào là đ lch tc đ và công suất gia tc, có đ hi
tụ nhanh nhằm nhận dng b PSS Kundur trong các điu kin vận hành khác nhau.
Các nhân t có nh hng đn tc đ hi tụ trong luật học lan truyn ngợc ca
mng nron, từ đó có thể ng dụng tt nhất và phát huy ht hiu qu ca mng
Nguyn Vũ Phng Tho Page vii
nron trong ng dụng vƠ điu khiển. Sự thay đi thông s ca b FTDNN- PSS
đợc điu chnh phù hợp vào điu kin phụ ti và các thông s khác nhau ca h
thng nhiu máy phát.
Kt qu mô phng cho các loi nhiu lon khác nhau vƠ các điu kin vận
hành khác nhau chng t tính hiu qu và mnh m ca b FTDNN-PSS. B
FTDNN-PSS có kh năng thích nghi phi tuyn s có năng suất tt hn vƠ tắt dần
nhanh hn đi vi các nhiu lon ln và nh thậm chí các thay đi trong các điu
kin vận hành h thng. Sự tắt dần nhanh và tt hn nghĩa là các máy phát có thể
vận hành gần ti kh năng phát ti đa ca chúng. Vì vậy, đm bo rằng các máy
phát duy trì n đnh sau các sự c nh sự ngắn mch ba pha.

Nguyn Vũ Phng Tho Page viii
Danh sách các chữ vit tắt

GOV : B kích từ (Governor).
SMIB : H thng mt máy phát có bus vô hn (single-machine infinite-bus).
AVR : B tự đng điu chnh đin áp (AutomaticVoltage Regulator).
PSS : B n đnh đin áp (Power System Stabilizer).
ANN : Mng nron nhơn to (Artificial neural network)
GA : Gii thuật di truyn (Generic Algorithm).
AFLPSS : B PSS có c s m (Artifical Fuzzy Logic PSS).
MSE : Sai s bình phng trung bình (Mean square error).
FTDNN-PSS: B PSS dựa trên c s mng nron truyn thẳng có delay ngõ vào
(Focused Time Delay Neural Network PSS).
Newff : To mng nron truyn thẳng vi gii thuật lan truyn ngợc sai s

BTF : Hàm huấn luyn mng nron truyn thẳng vi gii thuật lan truyn
ngợc sai s mặc đnh là trainlm- Backpropagation network training function
(default = 'trainlm').

Nguyn Vũ Phng Tho Page ix
Danh sách các hình

Hình Trang
Hình 2.1a: Trng hợp h n đnh. 10
Hình 2.1.b: Trng hợp ranh gii n đnh 10
Hình 2.1.c. Trng hợp h mất n đnh 10
Hình 2.2. Cắt mt trong hai đng dơy vận hành song song 10
Hình 2.3. Trng hợp h n đnh 11
Hình 2.4. Ngắn mch đầu mt trong hai đng dơy vận hành song song 12
Hình 2.5. Trng hợp ranh gii n đnh 12
Hình 3.1. H mt máy phát ni vi h thng vô cùng ln 14
Hình 3.2. S đ Thevenin tng đng ca h mt máy phát ni vi h thng vô
cùng ln 14
Hình 3.3. Mô hình máy phát làm vic vi h thng vô cùng ln 15
Hình 3.4. S đ khi kho sát máy phát dùng cho đáp ng nhiu nh 16
Hình 3.5. Gin đ đin áp máy phát trong h tọa đ dq 18
Hình 3.6. Gin đ từ thông móc vòng Stator và Rotor máy phát 18
Hình 3.7. Gin đ khi ca b AVR . 22
Hình 3.8. Môment cn dng vƠ moment đng b ơm theo
fd2
K  . 24
Hình 3.9. Mô hình h thng kích từ khi kho sát n đnh nhiu nh. 26
Hình 3.10. S đ khi ca b AVR. 27
Hình 3.11. S đ khi ca b AVR vi PSS. 29
Hình 3.12. H thng kích từ Thyrister vi AVR và PSS . 30

Hình 3.13. Mô hình h thng đin gm bn máy phát chia làm hai khu vực. 33
Hình 3.14.Mô hình h thng đin gm bn máy phát chia làm hai khu vực trong
Simulink Matlab 35
Hình 3.15. Mô hình h thng đin sử dụng b PSS Kundur to file mat 37
Nguyn Vũ Phng Tho Page x
Hình 3.16. Lu đ gii thuật chung thực hin thu thập dữ liu để huấn luyn mng
n ron 38
Hình 3.17. S đ khi b nron FTDNN-PSS 41
Hình 3.18. Mng nron 4 lp có 3 delay ngõ vào vi gii thuật lan truyn ngợc 42
Hình 3.19. Lu đ gii thuật huấn luyn mng đa lp vi thuật toán BP 43
Hình 4.1. Các thông s mô phng và cách chọn lựa mô hình PSS thực hin mô
phng ………………………………………………………………… 45
Hình 4.2. So sánh kt qu mô phng giữa 2 b PSS trong sự c ngắn mch thoáng
qua  giữa đng dơy L1 47
Hình 4.3. So sánh kt qu mô phng giữa 2 b PSS trong sự c ngắn mch thoáng
qua cách B1 80 km 50
Hình 4.4. So sánh kt qu mô phng giữa 2 b PSS trong sự c ngắn mch thoáng
qua cách B1 50 km 52
Hình 4.5. So sánh kt qu mô phng giữa 2 b PSS trong sự c ngắn mch thoáng
qua cách B2 50 km. 54
Hình 4.6. So sánh kt qu mô phng giữa 2 b PSS trong TH sự c ngắn mch
thoáng qua cách B2 30km vƠ tăng ti KV 1 thêm 10% 56
Hình 4.7. So sánh kt qu mô phng TH sự c ngắn mch thoáng qua cách B1
70km và gim ti KV2 thêm 5%. 58
Hình 4.8. So sánh kt qu mô phng TH sự c ngắn mch thoáng qua cách B2
20km và phụ ti KV1 tăng thêm 5%. 61
Hình 4.9. So sánh kt qu mô phng TH sự c ngắn mch thoáng qua trên L1  giữa
đng dơy, phụ ti KV1 tăng thêm 10%, phụ ti KV2 gim bt 5%. 63

Nguyn Vũ Phng Tho Page xi
Danh sách các bng

Bng Trang

Bng 3.1. Sai s (MSE) để so sánh các mng nron. 39
Bng 3.2. Lựa chọn kiểu mng nron phù hợp qua MSE đt đợc 40
Bng 4.1. Kt qu so sánh tác đng ca hai b BSS lên h thng khi xy ra sự c
NM thoáng qua giữa đng dơy L1 (110km) 48
Bng 4.2 Kt qu so sánh tác đng ca hai b BSS lên h thng khi xy ra sự c
NM thoáng qua cách B1 80km. 50
Bng 4.3 Kt qu so sánh tác đng ca hai b BSS lên h thng khi xy ra sự c
NM thoáng qua cách B1 50km. 52
Bng 4.4 Kt qu so sánh tác đng ca hai b BSS lên h thng khi xy ra sự c
NM thoáng qua cách B2 50km. 54
Bng 4.5 Kt qu so sánh tác đng ca hai b BSS lên h thng khi xy ra sự c
NM thoáng qua cách B2 80km. 57
Bng 4.6 Kt qu so sánh tác đng ca hai b BSS lên h thng khi xy ra sự c
NM thoáng qua cách B2 30km và phụ ti KV2 tăng lên 10% 59
Bng 4.7 Kt qu so sánh tác đng ca hai b BSS lên h thng khi xy ra sự c
NM thoáng qua cách B1 70km và gim phụ ti KV2 xung 5% 61
Bng 4.8 Kt qu so sánh tác đng ca hai b BSS lên h thng khi xy ra sự c
NM thoáng qua trên L1  giữa đng dơy, phụ ti KV1 tăng lên 10% và phụ thi
KV2 gim 5% 63
Bng 4.9 Bng tng hợp kt qu so sánh tác đng ca hai b BSS lên h thng khi
vận hành 64

Luận văn Tốt Nghiệp GVHD: PGS Ts Quyền HuỔ Ánh
Nguyn Vũ Phng Tho Page 1

CHNG 1:
TNG QUAN
1.1. Đặt vấn đ:
H thng đin là những h thng phi tuyn phc tp, các điểm vận hành có thể
thay đi trên din rng, những dao đng tần s thấp liên tục xuất hin dẫn đn sự
liên kt giữa các h thng yu dần đi [5]. Trong máy phát đin, luôn tn ti những
dao đng xung quanh điểm vận hành cân bằng, theo sau bất kỳ loi nhiu lon, thí
dụ nh thay đi các phụ ti đt ngt, thay đi các thông s ca đng dơy truyn
ti, dao đng công suất  ngõ ra ca tuc bin…
n đnh h thng đin bao gm n đnh góc lch rotor, n đnh tần s và n
đnh đin áp, chúng có liên quan mật thit vi nhau [2]. B n đnh PSS Kundur [1]
với tín hiệu ngõ vào là độ lệch tốc độ đã đợc sử dụng rng rãi nhằm cung cấp tín
hiu n đnh b sung vào h thng kích từ máy phát để xóa b dao đng đin c vƠ
nâng cao sự n đnh toàn cục ca h thng; cung cấp mt moment cn dng trong
pha để xóa b nh hng ca moment cn ơm ca h thng. Vi các thông s c
đnh, b PSS Kundur không thể cung cấp đng đặc tính ti u cho tất c các điểm
vận hành khác nhau; vì h thng có thể thay đi theo thi gian và các thông s ca
b PSS Kundur phi đợc phục hi li để nó có thể tip tục cung cấp các đng đặc
tính mong mun. ng dụng các b PSS này trong mt h thng nhiu máy phát gơy
ra nhiu sự phc tp khi tng hợp các thông s ca b PSS; các thông s nƠy đợc
ti u hóa bằng cách sử dụng mt mô hình đng tuyn tính đt đợc do tuyn tính
hóa mô hình phi tuyn xoay quanh mt điu kin vận hành c đnh ban đầu. B PSS
Kundur cung cấp đng đặc tính đng ti u cho mt điểm vận hành c đnh ban
đầu và các thông s h thng. Thit k b PSS Kundur đợc dựa vào cách sử dụng
ca hàm chuyển đi đợc thit k cho mô hình tuyn tính mô t máy phát ti điểm
vận hành c đnh ban đầu, nó thng không cung cấp kt qu tha đáng trên din
rng ca điu kin vận hành.
Do đó, học viên đ xuất b FTDNN-PSS hai ngõ vào là đ lch tc đ (dw) và
đ lch công suất tăng tc (dPa), các thông s đợc cập nhật vƠ điu chnh bằng gii
thuật lan truyn ngợc sai s (BP), có kh năng thích ng dùng mng nron truyn

thẳng có delay ngõ vào [2, 3]. B FTDNN-PSS đợc đ xuất s gii quyt những
Luận văn Tốt Nghiệp GVHD: PGS Ts Quyền HuỔ Ánh
Nguyn Vũ Phng Tho Page 2
vấn đ mà b PSS Kundur cha lƠm đợc, thể hin tim lực to ln trong vic gia
tăng sự tắt dần dao đng ca máy phát và ci thin đặc tính đng khi các điểm vận
hƠnh thay đi khác nhau.
Ni dung chính ca luận văn này tập trung nghiên cu thit k b FTDNN-
PSS hai ngõ vào là đ lch tc đ và công suất tăng tc; có thể d dàng thực thi vi
h thng kích từ s, đợc sử dụng cho sự thay đi thông s ca b PSS hai ngõ vào
theo thi gian thực, sự thay đi phụ thuc vƠo điu kin phụ ti và các thông s h
thng ca mt h thng nhiu máy phát. Các kt qu mô phng cho thấy b
FTDNN-PSS đ xuất đáp ng nhanh hn trong vic dập tắt dao đng liên vùng, góp
phần nơng cao sự n đnh ca h thng di sự thay đi trên din rng theo yêu cầu
phụ ti.
1.2. Mc tiêu của lun văn:
 Thit kt b n đnh h thng đin PSS hai ngõ vƠo (dw vƠ dPa) thay đi theo
thi gian thực bằng mng nron truyn thẳng có delay ngõ vào cho mt h thng
nhiu máy phát.
 Mô phng vƠ đánh giá sự n đnh toàn cục ca h thng nhiu máy phát sau
khi sử dụng b FTDNN-PSS điu khiển tín hiu đin áp kích từ máy phát di sự
thay đi điu kin phụ ti vƠ các trng hợp sự c có thể xy ra trên đng dơy
truyn ti.
 Cho thấy kt qu vic ng dụng b FTDNN-PSS vào mô hình h thng nhiu
máy phát góp phần ci thin, nơng cao sự n đnh toàn cục tt hn b PSS Kundur.
1.3. Ni dung vƠ phng pháp nghiên cứu:
1.3.1 Ni dung nghiên cứu:
 Tìm hiểu v lý thuyt n đnh h thng đin.
 Thit k mô hình b FTDNN-PSS hai ngõ vào là đ lch tc đ vƠ đ lch
công suất tăng tc, mt ngõ ra là tín hiu đin áp điu chnh kích từ Upssnr
để điu khiển n đnh h thng đin khi h thng xy ra sự c.

 Thực hin mô phng, so sánh vƠ đánh giá đáp ng ca b n đnh FTDNN-
PSS trong h thng đin gm mi mt bus đn mi ba bus (c đnh) vi
bn máy phát chia làm hai khu vực đi xng nhau có sự c ba pha giữa
Luận văn Tốt Nghiệp GVHD: PGS Ts Quyền HuỔ Ánh
Nguyn Vũ Phng Tho Page 3
đng dơy truyn ti trong các trng hợp gắn phụ ti chuẩn, phụ ti nặng,
phụ ti nhẹ.
1.3.2 Phng pháp nghiên cứu:
 Tra cu, tìm hiểu v mng nron nhơn to ng dụng trong nhận dng vƠ điu
khiển h thng [4, 5, 6, …, 18].
 Nghiên cu, xơy dựng phng pháp điu khiển dựa trên các phng pháp
điu khiển c điển, hin đi và thông minh.
 ng dụng phần mm Matlab để xơy dựng mô hình và mô phng vic nhận
dng vƠ điu khiển n đnh các máy phát thông qua b n đnh FTDNN-PSS [2,
7].
 Thit k b điu khiển, lập chng trình điu khiển trên Matlab.
 Phơn tích, đánh giá dựa trên kt qu mô phng.
1.4. Phm vi và gii hn nghiên cứu:
Luận văn tập trung ch yu thit k b FTDNN-PSS vƠ xem xét đáp ng ca
h thng đin, ch yu vi các ni dung nh sau:
 Thit k mng nron truyn thẳng có delay hai ngõ vào (dw & dPa) vi gii
thuật lan truyn ngợc BP sai s.
 Xem xét đáp ng ca h thng đin cha bn máy phát kt ni vi nhau xuất
hin sự c ba pha giữa đng dơy truyn ti trong các trng hợp: gắn phụ ti
chuẩn, phụ ti nặng, phụ ti nhẹ, sự c ngắn mch ba pha trên đng dơy truyn ti.
1.5. Tính mi và giá tr thực tin của đ tài:
1. B FTDNN-PSS hai ngõ vào (dw & dPa) thay th cho b PSS Kundur mt
ngõ vào (dw) điu khiển tín hiu n đnh đin áp kích từ cho h thng đin bn máy
phát trong các điu kin vận hành và các nhiu lon khác nhau trong h thng.
2. Các kt qu này là nn tng cho vic nghiên cu thit k b PSS có kh năng

dập tắt dao đng ti u nhất cho các nhiu lon và các điu kin vận hành phụ ti
khác nhau trong h thng đin quy mô ln hn, phục vụ các nghiên cu  mc đ
cao hn.

Luận văn Tốt Nghiệp GVHD: PGS Ts Quyền HuỔ Ánh
Nguyn Vũ Phng Tho Page 4
CHNG 2:
LÝ THUYT V N ĐNH H THNG ĐIN
2.1. Các khái niệm cơ bn:
2.1.1. Khái nim v n đnh:
H thng đin vận hành n đnh  trng thái cơn bằng di các điu kin vận
hành bình thng và giữ nguyên trng thái cơn bằng sau khi chu tác đng ca nhiu
lon [3, 5, 11]. Theo cách truyn thng, vấn đ n đnh đã đợc hiểu là phi duy trì
h thng hot đng  mt điểm vận hƠnh đng b. Điu kin để h thng đin hot
đng n đnh là tất c các máy phát đin đng b  trng thái đng b vi nhau.
Các trng thái ca h thng đin khi xuất hin nhiu lon quá đ, gm nhiu
lon ln hoặc nh lƠ c s đánh giá n đnh. Nhiu lon nh nh phụ ti thay đi
liên tục và h thng phi tự điu chnh theo các thông s trên. H thng đin có thể
phi hot đng đúng theo các thay đi trên và cung cấp công suất đầy đ cho s
lợng ln phụ ti đó. Đáp ng ca h thng đin ti nhiu lon kéo theo nhiu thit
b tác đng. Ví dụ, ngắn mch trên mt phần tử h thng s đợc rle bo v cách
ly làm s làm bin đi vic phơn b công suất; tc đ rotor máy phát vƠ đin áp
thanh cái; đin áp khác nhau s làm kích thích b tự đng điu chnh đin áp máy
phát tác đng; tc đ ca máy phát đin khác nhau s kích thích b điu chnh tc
đ đng c s cấp; thay đi đng dơy liên kt các phụ ti có thể khi đng (kích
thích) các b điu khiển; thay đi đin áp và tần s s nh hng đn các phụ ti
theo nhiu cấp đ khác nhau phụ thuc vƠo các đng đặc tính riêng bit ca thit
b.
Các nhiu ln xy ra trong h thng: ngắn mch, tăng/gim ti đt ngt, ti
ln vào h thng, mất/gim kích từ các máy có công suất ln hoặc mất/gim công

suất c ca các máy phát đu làm cho h thng dao đng, tri qua quá trình dao
đng h thng có thể tin ti trng thái xác lập mi hoặc có thể lƠm cho dao đng
đó cƠng ngƠy cƠng ln và tin ra vô cùng, lúc đó h thng s mất n đnh.
2.1.2. Phân loi:
n đnh trong h thng đin đợc phân làm hai loi:
2.1.2.1 n đnh tĩnh:
Luận văn Tốt Nghiệp GVHD: PGS Ts Quyền HuỔ Ánh
Nguyn Vũ Phng Tho Page 5
n đnh tĩnh là kh năng ca h thng đin tr li vận hành  trng thái ban
đầu sau khi h thng b những nhiu lon nh kích thích.
Nu cho rằng ch đ xác lập ca h thng đin tng ng vi v trí cơn bằng
thì có thể xét đoán n đnh tĩnh theo mt trong những điu kin sau:
 Khi h thng chu tác đng đ nh thì các thông s ch đ ca h thng
cũng bin đi nh.
 Khi đ lch ca các thông s ch đ ca h so vi v trí cơn bằng đ bé thì
những bin đi tip theo ca các thông s cũng s đ bé.
Đặc điểm ca điu kin làm vic ca h thng đin là sự xuất hin thng
xuyên những tác đng nh không chu kỳ và chính những tác đng này làm cho các
thông s ca h bin đi nhng rất chậm và không có chu kỳ nên có thể coi nh h
thng n đnh.
Vì vậy, xét n đnh ca h thng đin vi hai phng pháp tng đng nhau:
kho sát các tác đng bé hoặc các đ lch thông s bé  trng thái ban đầu vƠ sau đó
đi vi c hai trng hợp.
Các bin pháp n đnh tĩnh của h thng đin:
 Dùng tự đng điu chnh kích từ.
 Hn ch gim đin áp  các nút ch yu ca h thng.
 Hn ch góc lch rôto các máy phát đin.
 Sa thi phụ ti theo tần s.
 Dự trữ đ công suất tác dụng và phn kháng.
2.1.2.2 n đnh đng:

n đnh đng ca h thng là kh năng h thng có thể chuyển v mt ch đ
xác lập khác mà các thông s ch đ ti các nút gần vi giá tr bình thng khi h
thng chu tác đng ca những bin đi ln tm thi vƠ đt ngt.
Nu h thng có kh năng chu những bin đi ln mà không mất n đnh thì
cũng s n đnh vi những bin đi nh. Do đó, lúc h thng đã có dự trữ n đnh
đng thì cũng s có mt dự trữ n đnh tĩnh nƠo đó. Nhng cũng có ngoi l, trong
trng hợp mun nơng cao n đnh đng ngi ta dùng những bin pháp đặc bit
nh tự đng cắt mt s máy phát vƠ đin kháng lúc sự c.
Luận văn Tốt Nghiệp GVHD: PGS Ts Quyền HuỔ Ánh
Nguyn Vũ Phng Tho Page 6
Nh vậy, sự khác nhau giữa mất n đnh tĩnh và n đnh đng là do sự khác
nhau giữa các mc đ bin đi (mc đ ca nhiu kích đng). Tuy nhiên trong c
hai trng hợp lúc thuận lợi đu dẫn đn cùng mt kt qu là giữ đợc thông s
bình thng  các nút ca h thng.
Khi nghiên cu n đnh tĩnh là đã xét đn tính làm vic n đnh ca h thng
trong điu kin bình thng, nghĩa là nó ch tn ti những dao đng nh. Mt h
thng có n đnh tĩnh cha chắc đã có n đnh đng. Những dao đng ln (còn gọi
lƠ đt bin) xy ra trong h thng đin nh cắt phụ ti đt ngt, cắt đng dơy, máy
phát hoặc máy bin áp đang mang ti… đặc bit nguy hiểm là sự c ngắn mch các
loi, trong đó ngắn mch ba pha ít xy ra nhng do tính nguy hiểm đi vi n đnh
nên phi xét đn khi thit k h thng đin.
Mất n đnh tĩnh hoặc n đnh đng thng gơy ra vic ngừng cung cấp đin
cho rất nhiu phụ ti dẫn đn tn thất ln đi vi nn kinh t quc dơn. Do đó vic
tin hành các bin pháp loi trừ hoặc hn ch đn mc thấp nhất kh năng mất n
đnh luôn luôn có lợi v mặt kinh t.
2.2. Các tiêu chun kho sát n đnh tĩnh:
2.2.1. Tiêu chun năng lng:
H  ch đ xác lập khi có sự cơn bằng giữa năng lợng phát và tiêu thụ. Mi
ch đ xác lập s tng thích vi các thông s xác đnh trng thái h. Nu có nhiu
(kích đng) làm các thông s nƠy thay đi theo hng khuch đi thì h s không

n đnh. Điu này xy ra khi năng lợng phát ln hn năng lợng tiêu tán. Tiêu
chuẩn năng lợng v n đnh h đợc mô t qua bất đẳng thc sau:
0
W




Vi:

- gia s thông s

W
Δ
- năng lợng d vƠ
tF
W
W
W
ΔΔΔ 


F
W
Δ ,
t
W
Δ s gia năng lợng phát và tiêu tán.
2.2.2. Phng pháp dao đng bé:
H thng đng thng đợc mô t bi h phng trình vi phân sau:

)t,u, ,u,u,x, ,x,x(fx
r21n21


(2.1)
Luận văn Tốt Nghiệp GVHD: PGS Ts Quyền HuỔ Ánh
Nguyn Vũ Phng Tho Page 7
Vi x – véc t trng thái; u – véc t đầu vào h (đợc hiểu  đơy là nhiu).
Khai triển phng trình trên theo chui Taylor và b qua các đo hàm bậc cao:



x
r
u
r
u
i
f
u
1
u
i
f
n
x
n
x
i
f

1
x
1
x
i
f
ΔΔΔΔ











 (2.2)
Hay vit di dng ma trận:



x
= A x + B u (2.3)
Khi u = 0, có phng trình mô t chuyển đng tự do:




x
= A x (2.4)
Giá tr riêng ca ma trận thng đợc gán bi các tr ca tham s  khi không
có li gii tầm thng cho phng trình:
A  =   (2.5)
A = [n x n]
= [n x 1]
Tìm giá tr riêng ca A  =   theo phng trình:
(A -  I)  = 0 (2.6)
Khi nghim là không tầm thng thì: det (A -  I) = 0
Vic khai triển đnh thc cho ra phng trình đặc trng, n nghim ca  = 
1
,

2
, 
n
gọi là tr riêng ca A.
Ma trận ,  đợc gọi là modul phi và trái nu:
A= 
A=
Vi - ma trận đng chéo chính vi các phần tử là 
1
, 
2
, 
n

Li gii ca phng trình này là:
 xi (t) = 

i1
c
1

t
1
e
λ
+ … + 
incn

t
e
n
λ
(2.7)
Vi

Vi: ci= 
i
x(0)
iii
iii
A
A




Luận văn Tốt Nghiệp GVHD: PGS Ts Quyền HuỔ Ánh

Nguyn Vũ Phng Tho Page 8
Quan hệ giữa nghiệm phương trình đặc trưng và n định:
 Khi nghim là thực s có trng thái phi dao đng, nu nghim là thực
dng thích ng vi mất n đnh phi chu kỳ.
 Khi nghim là phc thì chúng s xuất hin di dng cặp liên hip và s
có trng thái dao đng, nu nghim có phần thực dng s cho ra mất n đnh dao
đng.
2.3. Các tiêu chun kho sát n đnh đng:
Kho sát n đnh rất có ý nghĩa thực tin trong vic điu khiển vận hành h
thng đin, đặc bit đa ra những chin lợc “phòng ngừa” khi có tình trng nguy
hiểm xy ra, có bin pháp xử lý theo kiểu đnh trc. Vic kho sát n đnh đng
trong h thng thng dựa vào tiêu chuẩn din tích vƠ hƠm năng lợng Liapunov.
2.3.1. TIÊU CHUN DIN TÍCH:
Phng trình chuyển đng ca h thng đin đn gin:
J
a
J
max
em
J
em
2
2
T
P
T
sinPP
T
PP
dt

d






(2.8)
Pa:

đợc gọi là công suất tăng tc.

dt
d
T
P
2
dt
d
dt
d
2
J
a
2
2
δδδ
 (2.9)

)dP

T
2
(
dt
d
)
dt
d
(
dt
d
0
a
J
2






 C)dP
T
2
(
dt
d
0
a
J



δ
δ
δ
δ
(2.10)
Vi C là hằng s tích phơn, C = 0 khi
0
dt
d


và
0

, trong đó
0
δ
là góc
rotor trc khi có nhiu. Do đó điu kin cần thit để h n đnh là tn ti mt góc
δ sao cho:

0)dP
T
2
(
0
a
J



δ
δ
δ
(2.11)
* Tiêu chun din tích có th phát biu nh sau: “H thng s n đnh nu tn
ti mt góc

để ti đó din tích di Pa

gim ti không, nghĩa là ti đó năng lợng
tích lũy trong quá trình tăng tc đã tiêu tán ht (din tích tăng tc bằng din tích
hãm tc)”.
Luận văn Tốt Nghiệp GVHD: PGS Ts Quyền HuỔ Ánh
Nguyn Vũ Phng Tho Page 9
 ÁP DNG TIÊU CHUN DIN TệCH:
Để đn gin, gi sử máy phát làm vic vi thanh cái vô hn (SMIB). Các
nhiu ln có thể dẫn đn mất n đnh góc ca máy phát nh tăng (mất) công suất c
đt ngt trên máy phát; tăng/gim ti đt ngt; mất kích từ đt ngt. Sau đơy s xét
các trng hợp này:
Trờng hp tăng công suất c đt ngt trên máy phát:
 Gi sử ti thi điểm ban đầu vận hành  điểm công suất c Pm
0
, công suất c
đa vƠo turbine tăng từ Pm
0
lên Pm
1
(Hình 2.1a).

Ti a do Pm
1
> Pe nên rotor bắt đầu tăng tc và
0
 .
Ti điểm b, tuy có cơn bằng công suất nhng do
0

nên góc tip tục tăng.
Sau điểm b thì Pa < 0, rotor bắt đầu quá trình hãm tc.
Ti C, năng lợng tích lũy trong quá trình tăng tc đã tiêu tán ht trong quá
trình hãm tc
0
 (A
1
= A
2
). Do ti C, Pm
1
< Pe nên rotor tip tục gim tc dẫn
đn bắt đầu
0

, hay góc  bắt đầu gim.
Sau mt vƠi dao đng do tác dụng ca ma sát, góc s tr v v trí xác lập mi

b
. Trng hợp này là h n đnh.
Nu tăng công suất c từ Pm
0

lên Pm
2
sao cho A
1
= A
2max
(Hình 2.1b).
Ti f, năng lợng tích lũy trong quá trình tăng tc đã tiêu tán ht trong quá
trình hãm tc
0

 , do đó điểm f lƠ điểm cơn bằng mi.
Tuy nhiên điểm f lƠ điểm cơn bằng không n đnh nh đã xét  trc.
Trường hợp này hệ đạt tới trạng thái giới hạn n định.
Bây gi gi sử tăng suất c từ Pm
0
lên Pm
3
sao cho A
1
> A
2max
(Hình 2.1c).
Khi đó ti f, năng lợng tích lũy trong quá trình tăng tc vẫn cha tiêu tán ht
nên
0

 , do đó  tip tục tăng không quay v trng thái xác lập đợc, h mất n
đnh.
Luận văn Tốt Nghiệp GVHD: PGS Ts Quyền HuỔ Ánh

Nguyn Vũ Phng Tho Page 10

Hình 2.1a: Trng hợp h n đnh. Hình 2.1b: Trng hợp ranh gii n đnh.
f
a'
A2
c
P
max
Pe
A1
b
a



f


b


Pm3
Pm0

Hình 2.1c: Trờng hp h mất n đnh.
Áp dụng vào trng hợp cắt mt trong hai đng dơy vận hành song
song:

Hìn
h 2.2: C
ắt mt trong hai đ

ờng dơy vn h
ành song song.





1

HT

3

2

MF

U=const

Luận văn Tốt Nghiệp GVHD: PGS Ts Quyền HuỔ Ánh
Nguyn Vũ Phng Tho Page 11
 ch đ ban đầu khi hai đng dơy vận hƠnh song song, phng trình công
suất:
δδ
Σ

sin
XX
XX
X
UE
sin
X
UE
P
2L1L
2L1L
'
d
''
I
e



(2.12)
Sau khi cắt mt đng dơy, gi sử cắt đng dơy hai, đặc tuyn công suất góc:
δδ
Σ
sin
XX
UE
sin
X
UE
P

1L
'
d
''
II
e

 (2.13)
Pe- tröôùc khi caét
Pe -sau khi caét
P
A1
Pm
A2
I
II

1


u

a
b
c
e
e'
Pe
II-max
I-max

Pe


Hình 2.3: Trờng hp h n đnh.
Khi cắt đng dơy mt,

X tăng lên lƠm đng đặc tính gim xung. Ti b do
Pm > Pe nên rotor tăng tc
0

dẫn đn  tăng. Ti c, tuy Pm = Pe nhng do
0
 nên góc  tip tục tăng. Ti e,
0

 , năng lợng tích lũy trong quá trình
tăng tc đã tiêu tán ht, tuy nhiên do Pe > Pm nên rotor tip tục gim tc
0

 và
góc  gim v 
1
tng ng vi điểm c.
Kt luận: nu A
1
< A
2max
thì h thng n đnh; nu e trùng vi f thì h  gii
hn n đnh; và nu A
1

> A
2max
thì h thng mất n đnh.
2.3.2. Tiêu chun năng lng:
Năm 1892, nhƠ bác học ngi Nga, Liapunov đã đa ra mt phng pháp toán
học có thể kho sát các h thng năng lợng nói chung. Phng pháp toán học đợc
phát biểu nh sau: “H ôtônôm (h không có lực ngoài tác dụng) thì năng lợng
Luận văn Tốt Nghiệp GVHD: PGS Ts Quyền HuỔ Ánh
Nguyn Vũ Phng Tho Page 12
đợc bo toƠn: đng năng + th năng = hằng s C”. Dựa trên c s nƠy Liapunov đã
đnh nghĩa tiêu chuẩn năng lợng ca h thng đng:
))t(x(fx
'
 (2.14)
1. 0)x(V

và
0)x(V
0


2.
0))t(x(f)).x(V(Grad)x(V
'

 H n đnh.
Áp dụng tiêu chuẩn năng lợng cho h thng đin đn gin SM:

Hình 2.4: Ngắn mch đầu mt trong hai đng dơy vận hành song song

Hình 2.5: Trng hợp ranh gii n đnh
Đi vi h mt máy làm vic vi h thng công suất vô cùng ln, hƠm năng
lợng quá đ sau khi có mt tác đng nhiu cho bi:
)()()cos(cos)(
2
1
),(
2

PEKEses
VVPPMV 
(2.15)
Vi: M: hằng s quán tính ca máy phát.


: góc giữa sc đin đng máy phát vƠ đin áp thanh cái.
Luận văn Tốt Nghiệp GVHD: PGS Ts Quyền HuỔ Ánh
Nguyn Vũ Phng Tho Page 13

s

: góc đin áp máy phát ti điểm làm vic cơn bằng sau khi sự c.
P = Pm: công suất turbine (công suất đa vƠo rotor máy phát).
Pe: công suất đin từ, nu b qua đin tr


X
U.E
P
e

X
S
: đin kháng tng đng từ máy phát đn thanh cái.
Thừa s th nhất  v bên phi đợc gọi lƠ đng năng tng ng vi sự thay
đi tc đ góc ca máy phát, phần còn li gọi là th năng tng ng vi sự thay đi
góc làm vic máy phát so vi điểm làm vic cơn bằng n đnh. Tng năng lợng
quá đ bằng tng đng năng và th năng là mt hằng s sau tác đng ca nhiu.
Nu đng năng tin đn zero
0


thì th năng đt cực đi (ng vi điểm f trên
hình v), lúc nƠy góc máy phát có đ lch cực đi so vi điểm làm vic cơn bằng n
đnh. Tn ti mt góc
max

sao cho
),(V


=
)0,(V
cr

.
* Tiêu chun năng lng có th phát biu nh sau:
“Nu trong sut quá trình chu tác đng nhiu, năng lợng ca h nh hn
năng lợng gii hn ),(V



<
)0,(V
cr

thì h n đnh.”
Luận văn Tốt Nghiệp GVHD: PGS Ts Quyền HuỔ Ánh
Nguyn Vũ Phng Tho Page 14
CHNG 3
B N ĐNH H THNG ĐIN (POWER SYSTEM
STABILIZER)
3.1. n định của hệ thống điện chứa một máỔ phát làm việc với thanh cái có
công suất vô hn:
Kho sát đáp ng ca h mt máy phát ni vi h thng vô cùng ln (SMIB)
[1] qua đng dơy truyn ti nh Hình 3.1 để tìm hiểu các khái nim c bn và các
nh hng:

Hình 3.1 H mt máy phát ni vi h thng vô cùng ln.
Sử dụng phép bin đi tng đng Thevenin thu đợc:

Hình 3.2 S đ Thevenin tng đng ca h mt máy phát ni vi h thng vô
cùng ln.
Khi máy phát làm vic vi h thng công suất vô cùng ln thì đin áp đầu cực
máy phát không thay đi.  mi điểm làm vic, biên đ đin áp ca E
B
luôn giữ là
hằng s khi máy phát b kích thích nh nhng khi trng thái xác lập ca h thng
thay đi, biên đ đin áp E
B
có thể thay đi theo. Sau đơy là phân tích n đnh nhiu

nh h thng Hình 3.2 vi mô hình máy phát  dng chi tit.
 Mô hình thay th máy phát:
Mô hình máy phát làm vic vi h thng vô cùng ln trong đó b qua tất c
các đin tr đợc mô t trong Hình 3.3: