giáo án giảng dạy môn hệ thống điện

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC

HỒ SƠ GIẢNG VIÊN
Năm 2015

Họ và tên giảng viên:
Đơn vị:
Tổ điện–điện tử, khoa Công nghệ
Kỹ Thuật,


, tháng 10 năm 2015


BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC

GIÁO ÁN

Môn học: Hệ Thống điện
Số tiết: 45
Lớp:

, tháng 10 năm 2015



GIÁO ÁN SỐ 01 (Lý thuyết)
Trường: Đại học Công Nghiệp TP Hồ Chí Minh.......... Năm học: 2015-2016 ........
Môn học: Hệ thống điện................................................ Lớp: ..................................

Bài dạy:

CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN................................................................................

Số tiết: 6......................................................................... Ngày dạy: .........................
Họ và tên giảng viên: .................................................................................................
I. MỤC ĐÍCH
Sau khi học xong bài này người học có khả năng (kiến thức, kỹ năng, thái độ):
Sau khi học xong bài học này sinh viên có khả năng. Nắm khái quát về công suất ở dạng phức,
nguồn ba pha và đặc biệt nắm được như thế nào là hệ đơn vị tương đối từ đó vận dụng để giải
các mạch điện nhiều cấp điện áp phức tạp.

II. YÊU CẦU
+ Giáo viên: Bảng vẽ, bút phớt và Giáo trình........................................................................

+ Học sinh: Tham dự học, thảo luận, kiểm tra, thi theo qui chế 04/1999/QĐ-BGD&ĐT,
qui định 25/2006/QĐ-BGD&ĐT và qui chế học vụ hiện hành của nhà trường
− Dự lớp: trên 75%
− Bài tập: trên lớp và ở nhà
− Khác: theo yêu cầu của giảng viên

III. TIẾN TRÌNH LÊN LỚP
1. Tổ chức lớp: (thời gian 10 phút.)

+ Kiểm tra sỹ số: (Thời gian:....phút). Tổng số:.........Có mặt:..........Vắng
mặt............................
+ Tên học sinh vắng:...............................................................Lý do.................................

2. Kiểm tra bài cũ: (nếu có)
.....................................................................................................................................

3. Nghiên cứu kiến thức mới: (giảng bài mới)
.....................................................................................................................................
Phân phối
thời gian

Nội dung chi tiết

T1: 45 phút N1:
1.1 Giới thiệu Tổng quan về hệ thống
điện

Phương pháp, phương
tiện
(thể hiện hoạt động của
thầy, trò và cách sử dụng
phương tiện)
PP1: Nêu vấn đề, diễn giải,
đàm thoại, vấn đáp, trực
quan.
- Thầy: Nêu vấn đề, diễn
giải, vấn đáp, trực quan.

5


. Chương này nhằm mục đích hệ
thống hóa các vấn đề cơ bản liên
quan đến
năng lượng điện. Các vấn đề trong
chương này đã được trình bày trong

một số môn
học trước đây; do đó ở đây chỉ nhắc
lại để phục vụ cho môn học hệ thống
điện.

1.2 Công suất của mạch xoay chiều.

1.2.1. Công suất mạch xoay chiều một
pha

Giả sử biểu thức điện áp và dòng điện
tức thời có dạng:
u(t)=Umcos(ωt+θv)
i(t)=Imcos(ωt+θi)
thì công suất tức thời sẽ là:
p(t)=u(t).i(t)=Um Im
cos(ωt+θv).cos(ωt+θi).
sau khi khai triển lượng giác ta được:

minh họa bài giảng thông
qua các ví dụ cho kết quả
cụ thể.
Giải đáp các thắc mắc của
sinh viên.

- Trò: Nghe giảng, trao đổi

về nội dung bài giảng với
p(t)= U I cos θ [1 + cos 2(ωt + θ v )] + U I các bạn trong lớp và với
sin θ sin 2(ωt + θ v ).

giáo viên. Lên bảng làm bài
1.2.2. Biểu diễn công suất bằng số
cũ.
phức
Một đại lượng xoay chiều được biểu
diễn dưới dạng số phức như sau (trong
tài liệu này các chỉ số U, I, S viết dưới
dạng bình thường luôn được hiểu là
đại
lượng phức):
U= U ∠θ v ; I= I ∠θ i
Thấy rằng:
U I = U I ∠(θ v − θi ) = U I ∠θ = U I cos θ
+ j U I sin θ =P+jQ
vậy công suất phức S được xác định:
S= U I =P+jQ

T2: 65 phút N2: 1.3. Trào lưu công suất – Power
Flow.
Giả thiết hai nguồn điện áp có dạng
U1= U1 ∠δ1
U2= U 2 ∠δ 2
Khi đó dòng điện chạy từ nguồn 1
sang nguồn 2 được các định:
Công suất chạy từ nguồn 1 sang 2:
Tổn thất công suất trên đường dây:
6

PP2: Nêu vấn đề, diễn giải,
đàm thoại, vấn đáp, trực

quan.
- Thầy: Nêu vấn đề, diễn
giải, vấn đáp, trực quan.
minh họa bài giảng thông
qua các ví dụ cho kết quả
cụ thể.


∆S=S12+S21
Nếu R=0, đường dây được gọi là
đường dây không tổn hao (Line
losses). Khi đó
công suất thực đầy nhận bằng công
suất thực đầu phát.
Với các phương trình ở trên trong
trường hợp tổng quát một hệ thống
điển
hình có tỷ số R/X nhỏ thì:

Giải đáp các thắc mắc của
sinh viên.

- Trò: Nghe giảng, trao đổi
về nội dung bài giảng với
các bạn trong lớp và với
giáo viên. Lên bảng làm bài
cũ.

N3: 1.4. Mạch ba pha đối xứng
Nguồn 3 đối xứng (hình 1.5) là do 3

nguồn hình sin một pha tạo nên,
chúng
được bố trí lệch pha nhau 120o. Nếu
nguồn được tạo ra theo giá trị đỉnh lần
lượt là
ABC thì được gọi là nguồn 3 pha thứ tự
thuận (positive phase sequence).
Ngược lại
theo thứ tự ACB thì được gọi là thứ tự

T3: 45 phút

nghịch (negative phase sequence).
Trong hệ thống điện, máy phát 3 pha
thường được đấu sao (Y); tải có thể
đấu
sao (Y) hay tam giác (∆). Điều này là
do nếu máy phát đấu tam giác thì khi
xảy ra
mất đối xứng sẽ làm điện áp áp các
pha lệch nhau đáng kể, xuất hiện
dòng điện
quẩn chạy trong tam giác; ngoài ra
còn có lý do điện áp phát ra và độ
cách điện của
máy phát.

T4: 90 phút N4: 1.5. Hệ đơn vị tương đối.
Ý nghĩa

1.5.1. Hệ đơn vị tương đối ra đời
nhằm phục vụ cho các tính toán phức
tạp của
mạng điện nhiều cấp điện áp. Khi
phân tích một mạng điện liên tục
nhiều cấp điện
áp chúng ta phải qui đối về một cấp
nào đó trong mạng; sau khi thực hiện
quá trình
tính toán chúng ta phải qui đổi ngược
lại để có giá trị đúng; điều này rất
7

PP3: Nêu vấn đề, diễn giải,
đàm thoại, vấn đáp, trực
quan.
- Thầy: Nêu vấn đề, diễn
giải, vấn đáp, trực quan.
minh họa bài giảng thông
qua các ví dụ cho kết quả
cụ thể.
Giải đáp các thắc mắc của
sinh viên.

- Trò: Nghe giảng, trao đổi
về nội dung bài giảng với
các bạn trong lớp và với
giáo viên. Lên bảng làm bài
cũ

PP4: Nêu vấn đề, diễn giải,
đàm thoại, vấn đáp, trực
quan.
- Thầy: Nêu vấn đề, diễn
giải, vấn đáp, trực quan.
minh họa bài giảng thông
qua các ví dụ cho kết quả
cụ thể.
Giải đáp các thắc mắc của
sinh viên.


phức tạp,
dễ dẫn đến sai sót.
n và nhanh
chóng.

1.5.2. Các đại lượng trong hệ đơn
vị tương đối
Thông thường giá trị tổng trở của
máy phát và máy biến áp được nhà
sản
xuất cho dưới dạng phần trăm hay hệ
đơn vị tương đối (per-unit: pu), thông
số
đường dây cho dưới dạng Ohm. Điều
này sẽ dẫn đến sai sót trong tính toán.
Vì vậy
khi tính toán, phân tích hệ thống điện
tất cả các đại lượng phải được qui đổi

về cùng
hệ đơn vị.
Trong hệ đơn vị tương đối, để qui
đổi chúng ta phải dùng các đại lượng
cơ
bản bao gồm: điện áp cơ bản Vcb,
công suất cơ bản Scb. Với điện áp cơ
bản giá trị

- Trò: Nghe giảng, trao đổi
về nội dung bài giảng với
các bạn trong lớp và với
giáo viên. Lên bảng làm bài
cũ.

được chọn là điện áp trung bình của
một cấp nào đó trong mạng;

4. Luyện tập và củng cố kiến thức: (thời gian 10 phút)
a) Nội dung củng cố
- Bài toán về trào lưu công suất
- Biểu diễn công suất bằng số phức
- Hệ đơn vị tương đối và cách ứng dụng hệ đơn vị tương đối trong hệ thống điện .

b) Phương pháp củng cố
Diễn giải – đàm thoại.....................................................................................................
5. Giao nhiệm vụ tự lực và hướng dẫn tự lực (5 phút)
- Chuẩn bị bài mới:
THÔNG SỐ ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN
- Giao bài tập về nhà và nội dung bài sau để sinh viên tìm hiểu trước.

IV. PHẦN RÚT KINH NGHIỆM
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
Giảng viên giảng dạy

8


.................................................................

9


, tháng 10 năm 2015
GIÁO ÁN SỐ 02 (Lý thuyết)
Trường: Đại học Công Nghiệp TP Hồ Chí Minh.......... Năm học: 2015-2016 ........
Môn học: Hệ thống điện................................................ Lớp: ..................................
Bài dạy:

THÔNG SỐ ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN

Số tiết: 09....................................................................... Ngày dạy: .........................
Họ và tên giảng viên: .................................................................................................
I. MỤC ĐÍCH
Sau khi học xong bài này người học có khả năng (kiến thức, kỹ năng, thái độ): Sau khi học
xong bài học sinh viên có khả năng tính toán được điện cảm, điện kháng, điện trở, điện dung và
dung kháng.

II. YÊU CẦU

+ Giáo viên: Bảng vẽ, bút phớt và Giáo trình........................................................................

+ Học sinh: Tham dự học, thảo luận, kiểm tra, thi theo qui chế 04/1999/QĐ-BGD&ĐT,
qui định 25/2006/QĐ-BGD&ĐT và qui chế học vụ hiện hành của nhà trường
− Dự lớp: trên 75%
− Bài tập: trên lớp và ở nhà
− Khác: theo yêu cầu của giảng viên

III. TIẾN TRÌNH LÊN LỚP
1. Tổ chức lớp: (thời gian 15 phút.)

+ Kiểm tra sỹ số: (Thời gian:....phút). Tổng số:.........Có mặt:..........Vắng
mặt............................
+ Tên học sinh vắng:...............................................................Lý do.................................

2. Kiểm tra bài cũ: (nếu có)
.....................................................................................................................................
3. Nghiên cứu kiến thức mới: (giảng bài mới)
.....................................................................................................................................
Phân phối
thời gian

Nội dung chi tiết

T1: 45 phút N1:

Phương pháp, phương
tiện
(thể hiện hoạt động của
thầy, trò và cách sử dụng

phương tiện)
PP1: Nêu vấn đề, diễn giải,
đàm thoại, vấn đáp, trực
quan.

2.1. Các loại dây dẫn
Thông số đường dây truyền tải điện là
10

- Thầy: Nêu vấn đề, diễn


thông tin quan trọng của bài toán tính
toán phân tích hệ thống. Việc tính
toán chính xác thông số đường dây sẽ
góp phần
vào tính toán kết quả của các bài toán
khác về sau. Thông số của đường dây
bao
gồm điện trở, điện cảm (cảm kháng),
điện dung (dung kháng) và dẫn nạp
của đường
dây. Tuy nhiên trong tính toán tùy
thuộc vào từng loại bài toán mà có thể
bỏ qua
một vài thông số. Trong chương này
người đọc cần chú ý một số ký hiệu
chuyên
dụng trong tính toán thông số đường
dây là:

-GMD (Geometric Mean Distance):
Khoảng cách trung bình nhân giữa các
dây dẫn và còn có ký hiệu là Dm.
-GMR (Geometric Mean Radius): Bán
kính trung bình nhân giữa các dây
cùng pha và được ký hiệu là Ds.

2.2. Điện trở đường dây

Điện trở là thông thố quan trọng của
đường dây, nó ảnh hưởng đến hiệu
quả
truyền tải, nó là nguyên nhân sinh
nhiệt.
Điện trở của dây dẫn tròn đồng nhất
được xác định theo biểu thức
Khi dẫn dòng điện xoay chiều điện trở
của dây dẫn tăng lên so với dẫn dòng
điện
một chiều; điều này là do ảnh hưởng
của hiệu ứng mặt ngoài (skin effect).
Ví dụ ở
tần số 60Hz, điện trở tăng 2% do với
dòng điện một chiều.
Điện trở của dây cũng tăng lên khi nhiệt độ

giải, vấn đáp, trực quan.
minh họa bài giảng thông
qua các ví dụ cho kết quả
cụ thể.

Giải đáp các thắc mắc của
sinh viên.

- Trò: Nghe giảng, trao đổi
về nội dung bài giảng với
các bạn trong lớp và với
giáo viên. Lên bảng làm bài
cũ.

tăng với mối liên hệ như sau:

T2: 135
phút

N2: 2.3. Điện cảm của đường dây
Trong phần này chủ yếu chúng ta đi
tìm biểu thức xác định điện cảm L của
đường dây đơn.
11

PP2: Nêu vấn đề, diễn giải,
đàm thoại, vấn đáp, trực
quan.
- Thầy: Nêu vấn đề, diễn


Điện cảm của đường dây gồm điện
cảm trong (internal inductance) và
điện cảm
ngoài (do từ thông móc vòng giữa các

dây dẫn tạo ra- chúng ta hay gọi là hỗ
cảm external flux linkage).

giải, vấn đáp, trực quan.
minh họa bài giảng thông
qua các ví dụ cho kết quả
cụ thể.

2.3.1. Điện cảm của dây đơn
(single conductor)

- Trò: Nghe giảng, trao đổi

Điện cảm của đường dây gồm điện
cảm trong (internal inductance) và
điện cảm
ngoài (do từ thông móc vòng giữa các
dây dẫn tạo ra- chúng ta hay gọi là hỗ
cảm external flux linkage).
Bằng các chứng minh đơn giản ta có
được: điện cảm bên trong (hình 2.1):
Tương tự ta cũng xác định được điện
cảm bên ngoài:
Từ đó ta có điện cảm của đường dây
một pha (hình 2.2) là:
Nếu xác định theo bán kính trung bình
nhân giữa các dây cùng pha (GMR) và
qui
về điện cảm trên một km chiều dài
dây thì:

Một cách chi tiết nếu chúng ta kể đến
hỗ cảm giữa hai dây cùng pha (hình
2.3) thì giá trị điện cảm tương hỗ được
xác định như sau:

2.3.2. Điện cảm của đường dây
ba pha

2.3.2.1. Ba pha đặt đối xứng tại ba
đỉnh của tam giác đều
Chứng minh đơn giản chúng ta có
được điện cảm trên mỗi pha được xác
định:
L=0.2ln
với GMRL=r’=re-0,25.
D

(mH/km).

GMRL

2.3.2.2. Ba dây pha đặt không đối
xứng trong không gian

Giá trị điện cảm trên các pha được xác
định:
Hình 2.5: Mô hình đường dây ba pha lắp
không đối xứng
Ở đây a là toán tử góc với: a=1 ∠120
, a2=1 ∠ 240 0

12

0

Giải đáp các thắc mắc của
sinh viên.
về nội dung bài giảng với
các bạn trong lớp và với
giáo viên. Lên bảng làm bài
cũ.


Để đảm bảo cân bằng điện cảm trên
các dây, trong thực tiển người ta thực
hiện việc
hoán đổi pha như sau (hình 2.6):

2.3.3. Điện cảm của đường dây
hợp nhất
2.3.3.1. Đường dây hợp nhất một
pha

Trong phần này chúng ta xem xét
đường dây một mà trong đó mỗi dây
pha
được tạo ra từ tổ hợp các sợi dây dẫn đường dây lộ kép (trong hệ thống
truyền tải
điều này thường xảy ra).
Xét trường hợp tổng quát đường

dây một pha với mỗi dây được tổ hợp
của n
và m sợi tương ứng như hình 2.7.
Chứng minh tương tự (Người đọc tham
khảo thêm tài liệu) ta có:

PP3: Nêu vấn đề, diễn giải,
N3: 2.4. Điện dung của đường dây

T3: 135
phút

Một thông số đặc trưng của đường dây
truyền tải là điện dung C. Điện dung
đường dây phụ thuộc vào tiết diện dây dẫn,
khoảng cách giữa các dây dẫn và độ cao
của chúng so với đất.
Trong phần này Sinh viên tự tìm hiểu các
kiến thức cơ bản về cách xác định
điện thế và hiệu điện thế (đã học trong lý thuyết
trường điện từ). tài liệu này chỉ đưa
ra các biểu thức cơ bản để xác định điện dung
của đường dây.

2.5. Thông số của đường dây lộ kép

T4: 60 phút N4: 2.6. Ảnh hưởng của mặt đất
đến điện dung đường dây tải
điện

Điện dung đường dây được xác
định thông qua bài toán phân bố điện
thế
13

đàm thoại, vấn đáp, trực
quan.
- Thầy: Nêu vấn đề, diễn
giải, vấn đáp, trực quan.
minh họa bài giảng thông
qua các ví dụ cho kết quả
cụ thể.
Giải đáp các thắc mắc của
sinh viên.

- Trò: Nghe giảng, trao đổi
về nội dung bài giảng với
các bạn trong lớp và với
giáo viên. Lên bảng làm bài
cũ
PP4: Nêu vấn đề, diễn giải,
đàm thoại, vấn đáp, trực
quan.
- Thầy: Nêu vấn đề, diễn
giải, vấn đáp, trực quan.
minh họa bài giảng thông


Điện dung đường dây được xác định
thông qua bài toán phân bố điện thế

xung quanh dây dẫn. Đối với đường
dây tải điện, mặt đẳng thế là các mặt
hình trụ
tròn và sự hiện diện của mặt đất có
tác động đến mặt đẳng thế này. Sự
ảnh hưởng
này có thể tính toán bằng phương
pháp ảnh điện (image charges) được
Kelvin giới
thiệu (đã học trong lý thuyết trường
điện từ).
Nhìn chung sự ảnh hưởng của đất
sẽ làm điện dung của đường dây tăng
lên.
Trong thực tế chiều cao của dây dẫn
lớn hơn khoảng cách giữa các dây
pha; chính
điều này mà ảnh hưởng này có thể bỏ
qua khi phân tích mô hình đường dây
đối
xứng ở trạng thái tĩnh (steady-state).
Tuy nhiên, khi phân tích ở điều kiện
không đối

qua các ví dụ cho kết quả
cụ thể.
Giải đáp các thắc mắc của
sinh viên.

- Trò: Nghe giảng, trao đổi

về nội dung bài giảng với
các bạn trong lớp và với
giáo viên. Lên bảng làm bài
cũ.

xứng như trạng thái sự cố thì ảnh
hưởng này phải được xem xét.Mạch
cộng hưởng

2.7. Tổn thất vầng quang.
2.8. Thông số cáp ngầm

4. Luyện tập và củng cố kiến thức: (thời gian 10 phút)
a) Nội dung củng cố
Học sinh, sinh viên cần hiểu và nắm các công thức tính điện trở, điện cảm,
điện kháng, điện dung và dung kháng.

b) Phương pháp củng cố
Diễn giải – đàm thoại.....................................................................................................
5. Giao nhiệm vụ tự lực và hướng dẫn tự lực (5 phút)
- Chuẩn bị bài mới:
MÔ HÌNH CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN.

- Giao bài tập về nhà và nội dung bài sau để sinh viên tìm hiểu trước.

IV. PHẦN RÚT KINH NGHIỆM
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
Giảng viên giảng dạy
14

.................................................................

, tháng 10 năm 2015
GIÁO ÁN SỐ 03 (Lý thuyết)
Trường: Đại học Công Nghiệp TP Hồ Chí Minh.......... Năm học: 2015-2016 ........
Môn học: Hệ thống điện................................................ Lớp: ..................................
Bài dạy:

MÔ HÌNH CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Số tiết: 12....................................................................... Ngày dạy: .........................
Họ và tên giảng viên: .................................................................................................
I. MỤC ĐÍCH
Sau khi học xong bài này người học có khả năng (kiến thức, kỹ năng, thái độ):
Sauk hi học xong bài học này học sinh có thể phân tích đước các mô hình của các phần tử
trong hệ thống điện, tính tổn thất trên đường dây, dòng điện trên đường dây.

II. YÊU CẦU
+ Giáo viên: Bảng vẽ, bút phớt và Giáo trình........................................................................
15


+ Học sinh: Tham dự học, thảo luận, kiểm tra, thi theo qui chế 04/1999/QĐ-BGD&ĐT,
qui định 25/2006/QĐ-BGD&ĐT và qui chế học vụ hiện hành của nhà trường
− Dự lớp: trên 75%
− Bài tập: trên lớp và ở nhà
− Khác: theo yêu cầu của giảng viên

III. TIẾN TRÌNH LÊN LỚP
1. Tổ chức lớp: (thời gian 15 phút.)

+ Kiểm tra sỹ số: (Thời gian:....phút). Tổng số:.........Có mặt:..........Vắng
mặt............................
+ Tên học sinh vắng:...............................................................Lý do.................................

2. Kiểm tra bài cũ: (nếu có)
.....................................................................................................................................
3. Nghiên cứu kiến thức mới: (giảng bài mới)
.....................................................................................................................................
Phân phối
thời gian

Nội dung chi tiết

T1: 20 phút N1:

Phương pháp, phương
tiện
(thể hiện hoạt động của
thầy, trò và cách sử dụng
phương tiện)
PP1: Nêu vấn đề, diễn giải,
đàm thoại, vấn đáp, trực
quan.

3.1. Mở đầu
Khi phân tích mạng điện, việc đầu tiên
mà chúng ta phải làm mô hình hóa

các phần tử trong chúng. Các phần tử
từ ba pha, sau khi được xây dựng mô
hình
tương đương và phải chuyển về sơ đồ
đơn tuyến để đơn giản trong việc tính
toán.
Sau khi chuyển về sơ đồ đơn tuyến hệ
thống chỉ còn được biểu diễn bằng các
thành
phần điện trở, điện cảm và điện dung
đặc trưng cho các phần tử thực ban
đầu.
Việc mô hình các phần tử trong
hệ thống phải đảm bảo quá trình vật
lý xảy
ra trong các mô hình thay thế phải
tương đồng với quá trình xảy ra trong
đối tượng
thực. Tuy nhiên, quá trình thực xảy ra
trong các phần tử trong hệ thống điện
là quá
trình thay đổi liên tục theo thời gian
và chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu
16

- Thầy: Nêu vấn đề, diễn
giải, vấn đáp, trực quan.
minh họa bài giảng thông
qua các ví dụ cho kết quả
cụ thể.

Giải đáp các thắc mắc của
sinh viên.

- Trò: Nghe giảng, trao đổi
về nội dung bài giảng với
các bạn trong lớp và với
giáo viên. Lên bảng làm bài
cũ.


tố khác
xảy ra trong tự nhiên. Chính điều này
làm cho luôn có sự sai số giữa các đáp
thực
xảy ra trong các phần tử và đáp ứng
tính toán trên mô hình. Sai số này tỷ
lệ ngịch
với mức độ phức tạp của của mô hình.
Do vậy, các mô hình đưa ra trong môn
học
hệ thống điện sẽ đặc trưng cho các
quá trình cơ bản nhất của đối tượng
thực cần
phân tích.

T2: 135
phút

N2:

PP2: Nêu vấn đề, diễn giải,

3.2. Mô hình máy phát điện

đàm thoại, vấn đáp, trực
quan.

đồng bộ
Trong hệ thống điện, máy phát điện
đồng bộ chủ yếu được chế tạo dưới
dạng
ba pha, hoạt động dựa trên hiện tượng
cảm ứng điện từ. Cực từ là các nam
châm
điện (cuộn dây tạo ra từ thông gọi là
cuộn kích từ -exciting coil) được gắng
đồng
trục với rotor của máy phát. Trên
stator chứa ba cuộn dây aa’, bb’ và
cc’ được đặt
lệch nhau góc 120o điện; đây là nơi
hình thành sức điện động phần ứng
(xem hình
minh họa 3.1).
Khi làm việc rotor (cực từ) quay với
vận tốc góc ω, từ thông móc vòng Ø
trên mỗi cực từ quét qua mặt phẳng
khung dây stator biến đổi. Nếu giả
thiết ban đầu
chúng ta chọn trục chuẩn vuông góc

với mặt phẳng khung dây của cuộn
aa’ thì từ
thông móc vòng xuyên qua cuộn aa’
được xác định theo biểu thức:
Nếu mạng điện ba pha đối xứng thì
dòng điện phần ứng trên mỗi pha
17

- Thầy: Nêu vấn đề, diễn
giải, vấn đáp, trực quan.
minh họa bài giảng thông
qua các ví dụ cho kết quả
cụ thể.
Giải đáp các thắc mắc của
sinh viên.

- Trò: Nghe giảng, trao đổi
về nội dung bài giảng với
các bạn trong lớp và với
giáo viên. Lên bảng làm bài
cũ.


được
xác định (giả thiết lấy pha a làm
chuẩn và dòng điện pha a trễ pha so
với điện áp
một góc là ψ).
ia = Imaxsin(ωt-ψ)
ib = Imaxsin(ωt-ψ-2π/3)

ic = Imaxsin(ωt-ψ-4π/3)
Phương trình điện áp ngoài trên
mỗi pha (viết cho pha pha) của của
máy phát
điện đồng bộ ba pha được xác định
theo biểu thức (Người đọc xem tham
khảo thêm
trong lý thuyết máy điện):
U = E – (Ra+jXs)Ia

N3:
3.3. Mô hình máy biến áp

T3: 135
phút

T4: 180
phút

Máy biến áp là thành phần quan
trọng trong một hệ thống điện. Chúng
đưa
điện áp thấp từ máy phát tạo ra lên
rất cao để truyền tải nhằm mục đích
tăng hiệu
suất truyền dẫn. Ở đầu cuối của hệ
thống máy biến áp lại làm nhiệm vụ
biến đổi từ
điện áp rất cao xuống điện áp thấp
phụ hợp cho đối tượng sử dụng. Trong

hệ thống
điện năng lượng có thể truyền qua 4
đến 5 máy biến áp kể từ nguồn phát
đến hộ tiêu
thụ. Điều này dẫn đến công suất lắp
đặt máy biến áp trong lưới điện nhiều
hơn 5 lần
công suất của máy phát điện

PP3: Nêu vấn đề, diễn giải,
đàm thoại, vấn đáp, trực
quan.
- Thầy: Nêu vấn đề, diễn
giải, vấn đáp, trực quan.
minh họa bài giảng thông
qua các ví dụ cho kết quả
cụ thể.
Giải đáp các thắc mắc của
sinh viên.

- Trò: Nghe giảng, trao đổi
về nội dung bài giảng với
các bạn trong lớp và với
giáo viên. Lên bảng làm bài
cũ

N4:

PP4: Nêu vấn đề, diễn giải,

4.4. Mô hình đường dây truyền

đàm thoại, vấn đáp, trực
quan.

tải điện
Trong chương ba đã trình bày các
thông số đặc trưng của đường dây
truyền
tải cũng như cách xác định chúng.
18

- Thầy: Nêu vấn đề, diễn
giải, vấn đáp, trực quan.
minh họa bài giảng thông
qua các ví dụ cho kết quả


Phần này chúng ta sẽ xem xét mô
hình tổng trở
của đường dây truyền tải trong phân
tích hệ thống điện. Trong hệ thống
điện đường
dây truyền tải được chia thành ba loại
theo chiều dài truyền tải của đường
dây là
đường dây ngắn (short line), trung
bình (medium line) và đường dây dài
(long line).
Chú ý rằng các phân tích dưới đây đều

giải quyết trên đại lượng pha của
đường dây.

4.4.1. Mô hình đường dây ngắn
Đường dây được gọi là ngắn khi có
chiều dài truyền tải không quá 80km
hoặc điện áp không quá 69kV. Đối với
đường dây này khi phân tích chúng ta
có thể
bỏ qua điện dung của đường dây;
tổng trở của đường dây chỉ còn là điện
trở nối tiếp
với điện kháng và được mô hình như
hình (3.22).

cụ thể.
Giải đáp các thắc mắc của
sinh viên.
- Trò: Nghe giảng, trao đổi
về nội dung bài giảng với
các bạn trong lớp và với
giáo viên. Lên bảng làm bài
cũ.

4.4.2. Mô hình đường dây
trung bình

Đường dây được gọi là ngắn khi có
chiều dài truyền tải không quá 80km
hoặc điện áp không quá 69kV. Đối với

đường dây này khi phân tích chúng ta
có thể
bỏ qua điện dung của đường dây;
tổng trở của đường dây chỉ còn là điện
trở nối tiếp
với điện kháng và được mô hình như
hình (3.22).

T5: 45 phút N5:

PP5: Nêu vấn đề, diễn giải,
đàm thoại, vấn đáp, trực
quan.

3.5. Mô hình phụ tải điện

- Thầy: Nêu vấn đề, diễn
giải, vấn đáp, trực quan.
minh họa bài giảng thông
qua các ví dụ cho kết quả
cụ thể.
Giải đáp các thắc mắc của
sinh viên.
19


- Trò: Nghe giảng, trao đổi
về nội dung bài giảng với
các bạn trong lớp và với
giáo viên. Lên bảng làm bài

cũ.

4. Luyện tập và củng cố kiến thức: (thời gian 10 phút)
a) Nội dung củng cố
Nêu lên phần quan trọng của bài. Học sinh, sinh viên cần hiểu và nắm mô hình
máy phát, mô hình máy biến áp, mô hình đường day ngắn, mô hình đường dây
trung bình và mô hình đường dây dài.

b) Phương pháp củng cố
Diễn giải – đàm thoại.....................................................................................................
5. Giao nhiệm vụ tự lực và hướng dẫn tự lực (5 phút)
- Chuẩn bị bài mới:

BÀI TOÁN PHÂN BỐ TRÀO LƯU CÔNG SUẤT

- Giao bài tập về nhà và nội dung bài sau để sinh viên tìm hiểu trước.

IV. PHẦN RÚT KINH NGHIỆM
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
Giảng viên giảng dạy

.................................................................

20


, tháng 10 năm 2015
GIÁO ÁN SỐ 04 (Lý thuyết)
Trường: Đại học Công Nghiệp TP Hồ Chí Minh.......... Năm học: 2015-2016 ........

Môn học: Hệ thống điện................................................ Lớp: ..................................
Bài dạy: BÀI TOÁN PHÂN BỐ TRÀO LƯU CÔNG SUẤT
Số tiết: 12....................................................................... Ngày dạy: .........................
Họ và tên giảng viên: .................................................................................................
I. MỤC ĐÍCH
Sau khi học xong bài này người học có khả năng (kiến thức, kỹ năng, thái độ):
Sau khi học xong bài học này học sinh có thể:
- Nắm vững các phương pháp giải lặp cho phương trình phi tuyến.
- Phân tích được các bài toán phân bố trào lưu công suất.

II. YÊU CẦU
+ Giáo viên: Bảng vẽ, bút phớt và Giáo trình........................................................................

+ Học sinh: Tham dự học, thảo luận, kiểm tra, thi theo qui chế 04/1999/QĐ-BGD&ĐT,
qui định 25/2006/QĐ-BGD&ĐT và qui chế học vụ hiện hành của nhà trường
− Dự lớp: trên 75%
− Bài tập: trên lớp và ở nhà
− Khác: theo yêu cầu của giảng viên

III. TIẾN TRÌNH LÊN LỚP
1. Tổ chức lớp: (thời gian 15 phút.)

+ Kiểm tra sỹ số: (Thời gian:....phút). Tổng số:.........Có mặt:..........Vắng
mặt............................
+ Tên học sinh vắng:...............................................................Lý do.................................

2. Kiểm tra bài cũ: (nếu có)
.....................................................................................................................................
3. Nghiên cứu kiến thức mới: (giảng bài mới)
.....................................................................................................................................

Phân phối
thời gian

Nội dung chi tiết
21

Phương pháp, phương
tiện
(thể hiện hoạt động của


thầy, trò và cách sử dụng
phương tiện)
N1:
4.1. Những vấn đề chung

T1: 20 phút

T2: 135
phút

Phân bố công suất là bài toán rất
quan trọng trong qui hoạch, thiết kế
và phát
triển hệ thống trong tương lai cũng
như việc xác định các chế độ vận
hành tốt nhất
của hệ thống hiện hữu. Khảo sát phân
bố công suất thường áp dụng cho hệ
thống ba

pha cân bằng dựa trên sơ đồ tương
đương một pha và tính toán có thể
trong hệ đơn
vị có tên hoặc trong hệ đơn vị tương
đối.
Khảo sát phân bố công suất đòi hỏi
phải đầy đủ các dữ liệu như các thông
số
của đường dây, máy biến áp, nguồn,
phụ tải…
Cơ sở lý thuyết của bài toán phân bố
công suất là dựa vào định luật
Kirchhoff 1
về dòng điện tại một nút và định luật
Kirchhoff 2 viết cho một vòng. Tuy
nhiên nó
khác với các dạng giải bài toán mạch
khác là các phương trình Kirchhoff
không còn
tuyến tính nữa, tức là các phương
trình phi tuyến. Do đó để giải bài toán
phân bố
công suất ta phải dùng các phương
pháp giải lặp kết hợp với sự trợ giúp
của máy
tính.

N2:

PP1: Nêu vấn đề, diễn giải,

đàm thoại, vấn đáp, trực
quan.
- Thầy: Nêu vấn đề, diễn
giải, vấn đáp, trực quan.
minh họa bài giảng thông
qua các ví dụ cho kết quả
cụ thể.
Giải đáp các thắc mắc của
sinh viên.

- Trò: Nghe giảng, trao đổi
về nội dung bài giảng với
các bạn trong lớp và với
giáo viên. Lên bảng làm bài
cũ.

PP2: Nêu vấn đề, diễn giải,
đàm thoại, vấn đáp, trực
22


4.2. Các phương pháp giải lặp

quan.

cho phương trình phi tuyến

- Thầy: Nêu vấn đề, diễn
giải, vấn đáp, trực quan.
minh họa bài giảng thông

qua các ví dụ cho kết quả
cụ thể.

4.2.1. Phương pháp Gauss-Seidel

Phương pháp Gauss-Seidel được xem
như là phương pháp thay thế liên tục.
Xét
một phương trình phi tuyến có dạng:
Phương pháp Gauss-Seidel được xem
như là phương pháp thay thế liên tục.
Xét
một phương trình phi tuyến có dạng:
f(x) = 0
phương trình trên có thể được viết
dưới dạng:
x = g(x)
nếu x(k) là giá trị ước lượng ban đầu thì
giá trị lặp tiếp theo của biến x là:
x(k+1) = g(x(k))
việc tính lặp sẽ kết thúc khi sai số ∆x
giữa hai lần lặp liên tiếp thỏa:
∆x = |x(k+1)-x(k)| ≤ ε
ở đây ε>0 được gọi là giá trị sai số
cho phép.
Ví dụ 4.1:
Dùng phương pháp Gauss-Seidel để
tìm nghiệm của phương trình f(x)=x35x2+8x4=0. Với sai số cho phép là 0.001.
4.2.2. Phương pháp Newton-Raphson
Đây là phương pháp được sử dụng

phổ biến trong tính lặp để giải quyết
các bài
toán phi tuyến liên tục. Đặc điểm của
phương pháp này là số lần lặp ít nhờ
giá trị
ước lượng ban đầu được xác định theo
khai triển Taylor. Xét phương trình một
biến
có dạng:
f(x)=a
f(x(0)+∆x(0) )=a
khai triển vế trái của phương trình
(4.7) theo công thức Taylor ta được:
Ví dụ 4.2:
Dùng phương pháp Newton-Raphson
để tìm nghiệm của phương trình
f(x)=x35x2+8x-4=0. Giả thiết giá trị ước
lượng ban đầu là x(0)=0.

23

Giải đáp các thắc mắc của
sinh viên.

- Trò: Nghe giảng, trao đổi
về nội dung bài giảng với
các bạn trong lớp và với
giáo viên. Lên bảng làm bài
cũ.

N3:
4.3. Các đại lượng mô tả hệ
thống
4.3.1 Phân biệt các loại nút (thanh
cái, bus) trong hệ thống điện

T3: 90 phút

+ Nút cân bằng: là nút máy phát có
khả năng đáp ứng nhanh chóng với sự
thay đổi
của phụ tải. Đối với nút cân bằng, cho
trước giá trị điện áp U và góc pha điện
áp δ 0
(thường cho δ 0 =0 chọn làm chuẩn)
+ Nút máy phát: đối với các máy phát
điện khác ngoài máy phát cân bằng,
nút này
thường cho biết trước công suất thực
P mà máy phát phát ra và điện áp U ở
thanh
cái đó. Nút này còn gọi là nút P,U.
+ Nút phụ tải: nút này cho biết trước
công suất P và Q của phụ tải yêu cầu.
Nút này
cọn gọi lài nút P, Q.

4.3.2. Ma trận tổng dẫn nút (Ybus)
và ma trận tổng trở nút (Zbus)

Cơ sở lý thuyết để thành lập ma
trận Ybus hay Zbus là định luật Kirrhoft 1
về
dòng điện. Tổng quát đối với mạng
điện có n nút, trong đó ta chọn một
nút làm nút
cân bằng hay còn gọi là nút trung tính
thì định luật Kirrhoft 1 về dòng điện
viết theo
điện thế nút được biểu diễn bởi
phương trình ma trận:

T4: 180
phút

[I ] = [Ybus ][U ].
N4:

PP3: Nêu vấn đề, diễn giải,
đàm thoại, vấn đáp, trực
quan.
- Thầy: Nêu vấn đề, diễn
giải, vấn đáp, trực quan.
minh họa bài giảng thông
qua các ví dụ cho kết quả
cụ thể.
Giải đáp các thắc mắc của
sinh viên.

- Trò: Nghe giảng, trao đổi
về nội dung bài giảng với
các bạn trong lớp và với
giáo viên. Lên bảng làm bài
cũ

PP4: Nêu vấn đề, diễn giải,

4.4. Các phương pháp giải bài
toán phân bố công suất.
4.4.1. Các phương trình cơ bản
4.4.1.1. Phương trình dòng công
24

đàm thoại, vấn đáp, trực
quan.
- Thầy: Nêu vấn đề, diễn
giải, vấn đáp, trực quan.
minh họa bài giảng thông


suất
Ta hãy xét một bus điển hình (bus i)
trong hệ thống như hình 4.3. Đường
dây truyền
tải được thay thế bằng mô hình hình п
trong đó trở kháng được biểu diễn
trong hệ
đơn vị tương đối.

4.4.1.2. Phương trình công suất
trên đường dây và các tổn thất

Sau khi giải lặp cho biết kết quả điện
điện áp và góc pha điện áp tại các
nút, thì
bước tiếp theo là tính toán dòng công
suất đường dây và tổn thất công suất
trên
đường dây. Ta hãy xem xét một hệ
thống có hai bus i và j như hình vẽ
4.4:

Giải đáp các thắc mắc của
sinh viên.
- Trò: Nghe giảng, trao đổi
về nội dung bài giảng với
các bạn trong lớp và với
giáo viên. Lên bảng làm bài
cũ.

PP5: Nêu vấn đề, diễn giải,

N5:
4.5. Đánh giá các phương pháp
giải bài toán phân bố công
suất

T5: 45 phút

qua các ví dụ cho kết quả
cụ thể.

Như trên ta chỉ mới giới thiệu hai
phương pháp giải lặp cho phương
trình phi tuyến,
đó là phương pháp Gauss-sidel và
Newton raphson. Các đánh giá từ hai
phương
pháp đó như sau:
+ Phương pháp lặp Gauss-Seidel
thường có số bước lặp lớn, số lần lặp
phụ thuộc
vào nhiều yếu tố trong đó giá trị ước
lượng ban đầu rất quan trọng

T6: 45 phút N6:

đàm thoại, vấn đáp, trực
quan.
- Thầy: Nêu vấn đề, diễn
giải, vấn đáp, trực quan.
minh họa bài giảng thông
qua các ví dụ cho kết quả
cụ thể.
Giải đáp các thắc mắc của
sinh viên.
- Trò: Nghe giảng, trao đổi
về nội dung bài giảng với
các bạn trong lớp và với

giáo viên. Lên bảng làm bài
cũ.

PP6: Nêu vấn đề, diễn giải,

4.6. Ứng dụng chương trình
tính phân bố công suất
Giới thiệu chương trình phân bố công
suất
Nhiều chương trình được triển khai
cho phép giải phân bố công suất của
hệ thống
25

đàm thoại, vấn đáp, trực
quan.
- Thầy: Nêu vấn đề, diễn
giải, vấn đáp, trực quan.
minh họa bài giảng thông
qua các ví dụ cho kết quả