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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐỘNG
HỆ THỐNG ĐIỆN NHIỀU MÁY PHÁT
BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: T64 - 2008

S KC 0 0 2 1 2 4

Tp. Hồ Chí Minh, 2009


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Tp. HCM
*****

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

TÊN ĐỀ TÀI:

ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐỘNG
HỆ THỐNG ĐIỆN NHIỀU MÁY PHÁT
BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG
MÃ SỐ: T64 - 2008

Chủ nhiệm đề tài: KS. Nguyễn Thò Mi Sa
Thành viên NC: KS. Lê Thò Hồng Nhung

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 8/ 2009


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường

T64 -2008

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Tp. HCM
*****

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

TÊN ĐỀ TÀI:

ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐỘNG
HỆ THỐNG ĐIỆN NHIỀU MÁY PHÁT
BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG
MÃ SỐ: T64 - 2008

Chủ nhiệm đề tài: KS. Nguyễn Thò Mi Sa
Thành viên NC: KS. Lê Thò Hồng Nhung

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 8/ 2009

KS. Nguyễn Thị Mi Sa
KS. Lê Thị Hồng Nhung


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường

T64 -2008

I. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU:
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết xây dựng bộ ổn định hệ thống dùng mạng nơron cho các máy
phát phục vụ cho nghiên cứu quá độ.
II. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:
-

Phương pháp tham khảo tài liệu.

-

Mô hình mô phỏng.

-

Kiểm tra đánh giá kết quả đạt được

III. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU:

Đề tài thực hiện gồm các nội dung sau:
Phần 1: Đặt vấn đề
Phần 2: Giải quyết vấn đề.
Trong phần này các nội dung chính sẽ giải quyết gồm:
 Lý thuyết về ổn định hệ thống
 Lý thuyết về mạng nơron
 Thiết kế bộ ổn định hệ thống điện dùng mạng nơron
 So sánh bộ PSS nơron và PSS Kundur
Phần 3: Kết luận và đề nghị
Phần phụ lục

KS. Nguyễn Thị Mi Sa
KS. Lê Thị Hồng Nhung

Trang 2


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường

T64 -2008

MỤC LỤC

ĐẶT VẤN ĐỀ
GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

Trang

4
5

1. Lý thuyết về ổn định hệ thống

5

2. Lý thuyết về mạng nơron.

9

3. Lý thuyết về bộ ổn định hệ thống.

14

4. Thiết kế bộ ổn đinh hệ thống điện dùng mạng nơron.

32

5. Khảo sát bộ PSS nơron và so sánh với bộ PSS Kundur.

42

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
TOÙM TAÉT COÂNG TRÌNH
Phụ lục
Chương trình mô phỏng tạo khối điều khiển nơron ổn định hệ thống điện

KS. Nguyễn Thị Mi Sa
KS. Lê Thị Hồng Nhung

Trang 3


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường

T64 -2008

ĐẶT VẤN ĐỀ
Hệ thống điện là tập hợp các phần tử phát, dẫn, phân phối có mối quan hệ tương tác lẫn
nhau rất phức tạp, tồn tại vô số các nhiễu tác động lên hệ thống. Trong một hệ thống điện lớn,
rotor của mỗi máy phát điện đồng bộ trong hệ thống đó quay cùng một tốc độ điện trung bình
giống nhau. Công suất do máy phát phát ra cung cấp đến hệ thống điện tương xứng với công
suất cơ của động cơ sơ cấp, đối với trường hợp bỏ qua tốn thất công suất. Quá trình vận hành ở
trạng thái xác lập, công suất tác dụng ở ngõ ra của máy phát điện luôn cân bằng với công suất
cơ ở ngõ vào. Khi hệ thống điện bị nhiễu lọan do sự cố hoặc thay đổi phụ tải nhanh chóng,
công suất tác dụng ở ngõ ra của máy phát thay đổi theo. Công suất tác dụng ở ngõ ra của máy
phát có thể thay đổi nhanh chóng, nhưng công suất cơ liên quan đặt vào máy phát thì chậm thay
đổi. Do sự khác nhau về đáp ứng tốc độ này dẫn đến tồn tại sự khác nhau về cân bằng công
suất. Không cân bằng công suất này được gây ra do sự khác nhau về moment được tạo ra do
trục quay, sẽ dẫn đến máy phát tăng tốc hoặc giảm tốc, phụ thuộc vào chiều hướng của sự
không cân bằng khi tốc độ rotor thay đổi thì góc rotor là góc lệch tương đối giữa một trục đồng

bộ quay với tốc độ không đổi và trục rotor máy phát thay đổi theo.
Các dao động và nhiễu lọan này sẽ giới hạn lượng công suất truyền tải của mạng điện và
thậm chí gây ra mất đồng bộ trong hệ thống, có thể sẽ dẫn đến những sự cố như làm sụp đổ hệ
thống điện và gây thiệt hại nghiêm trọng cho nền kinh tế.
Ứng dụng của bộ ổn định hệ thống điện được dùng để tạo thêm các tín hiệu điều khiển
bổ sung cung cấp vào hệ thống kích từ của máy phát điện để dập tắt các dao động tần số thấp
của nhiều máy phát và dao động liên vùng. Phương pháp phổ biến nhất để giải quyết vấn đề
này là sử dụng bộ ổn định hệ thống điện thông thường, bộ ổn định này được dùng rộng rãi
trong các hệ thống điện hiện tại và nó góp phần nâng cao ổn định động của hệ thống điện. Bộ
ổn định hệ thống điện thông thường đã được xác định dựa trên một mô hình hệ thống điện
tuyến tính xung quanh điểm vận hành ban đầu mà các thông số của nó có thể cung cấp hiệu quả
đáng tin cậy. Tuy nhiên, do hệ thống điện luôn thay đổi điều kiện họat động và các thông số
thay đổi theo tương ứng các họat động trong hệ thống điện. Bản chất của hệ thống điện là liên
tục thay đổi làm cho công việc thiết kế bộ ổn định hệ thống điện thông thường khó khăn. Khi
hệ thống điện thay đổi các điều kiện vận hành thì bộ ổn định hệ thống điện thông thường yêu
cầu chúng ta điều chỉnh lại các thông số của chúng.
Để cải thiện hiệu quả của bộ ổn định hệ thống điện thông thường, bộ ổn định hệ thống
điện mạng nơron được thiết kế dùng hai tín hiệu ở ngõ vào là độ lệch tốc độ và độ lệch công
suất đưa vào bộ điều khiển nơron. Bộ điều khiển nơron dùng để tạo ra tín hiệu điều khiển bổ
sung đưa vào bộ phận kích từ của máy phát điện .
Mạng nơron có ưu điểm là tính tóan với tốc độ, tổng hợp, năng lực học cao và ứng dụng
thành công để nhận dạng hệ thống phi tuyến. Tri thức của mạng nơron được hình thành qua giai
đọan học theo các mẫu học. Mẫu học càng tốt, càng đa dạng thì tri thức ban đầu của mạng càng
gần với thực tế, tri thức của mạng vẫn có thể được bổ sung và hòan thiện trong quá trình làm
việc với hệ thống điện.
KS. Nguyễn Thị Mi Sa
KS. Lê Thị Hồng Nhung

Trang 4

Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường

T64 -2008

GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
I_GIỚI THIỆU VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN
1. Khái niệm về ổn định:
Ổn định hệ thống điện có thể hiểu theo nghĩa rộng khi hệ thống điện vận hành ở trạng
thái cân bằng dưới các điều kiện vận hành bình thường và giữ nguyên trạng thái cân bằng sau
khi chịu tác động của nhiễu lọan. Theo cách truyền thống, vấn đề ổn định đã được hiểu là phải
duy trì hệ thống họat động ở một điểm vận hành đồng bộ. Điều kiện để hệ thống điện họat động
ổn định là tất cả các máy phát điện đồng bộ ở trạng thái đồng bộ với nhau. Ở khía cạnh này, ổn
định của hệ thống ảnh hưởng bởi tính động học của góc rotor và mối quan hệ góc - công suất.
Để đánh giá ổn định xem xét phản ứng của hệ thống điện khi xuất hiện nhiễu lọan quá
độ. Nhiễu lọan là lớn hoặc nhỏ. Nhiễu lọan nhỏ như phụ tải thay đổi liên tục và hệ thống phải
tự điều chỉnh theo các thông số trên. Hệ thống điện có thể phải họat động đúng theo các thay
đổi trên và cung cấp công suất đầy đủ cho số lượng lớn phụ tải đó. Đáp ứng của hệ thống điện
tới nhiễu lọan kéo theo nhiều thiết bị tác động. Ví dụ, ngắn mạch trên một phần tử sự cố được
rơle bảo vệ cách ly làm sẽ làm biến đổi công suất truyền đi; tốc độ rotor máy phát và điện áp
bus: điện áp khác nhau sẽ làm kích thích bộ tự động điều chỉnh điện áp máy phát tác động; tốc
độ của máy phát điện khác nhau sẽ kích thích bộ điều chỉnh tốc độ động cơ sơ cấp; thay đổi
đường dây liên lạc các phụ tải có thể khởi động (kích thích) các bộ điều khiển; thay đổi điện áp
và tần số sẽ ảnh hưởng đến các phụ tải theo nhiều cấp độ khác nhau phụ thuộc vào các đường
đặc tính riêng biệt của thiết bị.
2. Phân loại :
Ổn định trong hệ thống điện được phân làm 3 loại:
a) Ổn định tĩnh:
Định nghĩa: Ổn định tĩnh là khả năng của hệ thống điện trở lại vận hành ở trạng thái ban
đầu sau khi hệ thống bị những nhiễu lọan nhỏ kích thích.

Nếu cho rằng chế độ xác lập của hệ thống điện tương ứng với vị trí cân bằng thì có thể
xét đoán ổn định tĩnh theo một trong những điều kiện sau :
 Khi hệ thống chịu lực tác động đủ bé thì các thông số chế độ của hệ thống cũng biến
đổi đủ bé.
 Khi độ lệch của các thông số chế độ của hệ so với vị trí cân bằng đủ bé thì những
biến đổi tiếp theo của các thông số cũng sẽ đủ bé.
Trong hệ thống điện hai điều kiện này tương đương nhau. Khi hệ thống đang ở vị trí cân
bằng, nếu đặt vào những lực tác động bé thì hệ sẽ chuyển sang một vị trí cân bằng mới bên
cạnh (lực tác động càng bé, vị trí cân bằng mới sẽ càng gần vị trí cũ).
Đặc điểm của điều kiện làm việc của hệ thống điện là sự xuất hiện thường xuyên những
tác động nhỏ không chu kỳ, và chính những tác động này làm cho các thông số của hệ biến đổi
nhưng rất chậm và không có chu kỳ nên có thể coi như hệ thống ổn định. Đó là định nghĩa ổn
định tĩnh của hệ thống điện .
KS. Nguyễn Thị Mi Sa
KS. Lê Thị Hồng Nhung

Trang 5


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường

T64 -2008

Vì vậy, khi xét ổn định của hệ thống điện ta sẽ dùng hai phương pháp tương đương
nhau: khảo sát các tác động bé hoặc các độ lệch thông số bé ở trạng thái ban đầu và sau đó đối
với cả hai trường hợp.
Ổn định điện áp:
Định nghĩa: Ổn định điện áp là khả năng của hệ thống điện giữ được điện áp tại tất cả
các nút trong hệ thống nằm trong giới hạn cho phép trong các điều kiện vận hành bình thường
cũng như khi có nhiễu lọan nhỏ xảy ra. Ngược lại, ta nói hệ thống điện rơi vào trạng thái mất

ổn định điện áp nếu như khi có nhiễu xảy ra (sự gia tăng phụ tải, hoặc khi có sự thay đổi về
điều kiện vận hành hệ thống) gây nên sự giảm nhanh và mất khả năng điều khiển điện áp.
Nguyên nhân chính gây ra mất ổn định điện áp là do hệ thống không thể đáp ứng được nhu cầu
công suất phản kháng của tải.
Trong hệ thống điện ổn định điện áp được thể hiện qua mối quan hệ giữa điện áp và
công suất phản kháng V-Q. Hệ thống ổn định điện áp trong điều kiện vận hành đã cho, nếu như
đối với tất cả các nút trong hệ thống biên độ điện áp nút tăng lên khi công suất phản kháng bơm
vào nút đó tăng lên. Ngược lại, hệ thống mất ổn định điện áp nếu như có ít nhất một nút trong
hệ thống mà điện áp tại nút đó giảm xuống khi công suất phản kháng bơm vào nút tăng lên :
V
> 0: Hệ thống ổn định
Q
V
< 0: Hệ thống mất ổn định.
Q
Sụp đổ điện áp:
Định nghĩa: Khi nhu cầu công suất phản kháng trong hệ thống gia tăng đột ngột do tình
trạng khẩn cấp nào đó, nhưng các máy phát và các thiết bị bù trong hệ thống không thể đáp ứng
được nhu cầu công suất phản kháng tăng thêm dẫn đến sụp đổ điện áp, làm rã lưới một phần
hoặc toàn bộ hệ thống.
Một số trường hợp thường dẫn đến sụp đổ điện áp:

Khi mà các máy phát công suất lớn gần trung tâm phụ tải tách khỏi vận hành. Điều
này làm cho các đường dây truyền tải cao áp bị quá tải và nguồn công suất phản kháng giảm
đến mức tối thiểu.

Việc cắt một số đường dây đang mang tải sẽ dẫn đến phụ tải tăng cao ở các đường
dây lân cận. Điều này làm tăng tổn thất công suất kháng trên đường dây.

Khi đường dây truyền tải cao áp bị cắt ra, điện áp ở gần trung tâm phụ tải sẽ giảm

xuống do nhu cầu công suất phản kháng tăng lên. Điều này làm cho công suất tiêu thụ của tải
giảm xuống và công suất truyền trên đường dây cao áp cũng giảm, do đó giúp hệ thống ổn định
trở lại. Tuy nhiên, bộ tự động điều chỉnh điện áp của máy phát sẽ nhanh chóng phục hồi lại điện
áp đầu cực máy phát bằng cách tăng dòng kích từ. Lúc này công suất phản kháng truyền qua
máy biến áp và đường dây tăng lên làm cho sụt áp qua các phần tử này tăng lên.

Việc sụt áp trên đường dây truyền tải cao áp sẽ ảnh hưởng đến hệ thống phân phối.
Máy biến áp có điều áp dưới tải sẽ phục hồi lại điện áp phân phối và tải trở về giá trị ban đầu
trong thời gian 2 đến 4 phút. Mỗi lần chuyển đầu phân áp, tải trên đường dây cao áp tăng lên
làm tăng tổn thất trên đường dây (XI2 và RI2), điều này làm cho điện áp trên đường dây cao áp
tiếp tục giảm mạnh hơn.
KS. Nguyễn Thị Mi Sa
KS. Lê Thị Hồng Nhung

Trang 6


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường

T64 -2008


Với mỗi nấc chuyển đầu phân áp, công suất phản kháng phát ra từ máy phát truyền
tải qua hệ thống sẽ tăng lên, dần dần các máy phát sẽ lần lượt đạt đến giới hạn khả năng phát
công suất phản kháng (đặc trưng bởi dòng điện kích từ cực đại). Khi máy phát đầu tiên đạt đến
kích từ giới hạn, điện áp đầu cực của nó sẽ giảm xuống. Khi điện áp đầu cực máy phát giảm
xuống việc giữ cố định công suất tác dụng đầu ra sẽ làm cho dòng điện phần ứng tăng lên dẫn
đến giới hạn công suất phản kháng của máy phát phải giảm xuống để giữ dòng điện phần ứng
trong giới hạn cho phép. Do đó tải kháng sẽ được chuyển sang máy phát khác làm cho nhiều
máy phát nhanh chóng bị quá tải.

Nguyên nhân gây mất ổn định tĩnh và biện pháp giữ ổn định tĩnh :
Khi thay đổi chế độ làm việc của hệ thống, có thể tiến đến giới hạn của điều kiện ổn
định tĩnh và được gọi là sự tiến dần đến mất ổn định của hệ thống. Trong nhiều trường hợp, quá
trình tiến dần này là quá trình tăng công suất tác dụng và công suất phản kháng của các phụ tải
hệ thống. Lúc này góc lệch giữa rôto của một số máy phát đối với bộ phận còn lại của hệ thống
sẽ tăng lên. Nếu nguồn dự trữ công suất phản kháng trong hệ thống chưa sử dụng hết thì có thể
duy trì được mức điện áp bình thường. Ngược lại, khi không còn dự trữ công suất phản kháng
thì trong quá trình tiến dần này, điện áp sẽ giảm xuống làm tăng khả năng mất ổn định tĩnh.
Như vậy trị số dự trữ ổn định tĩnh có thể được kiểm tra bằng trị số các góc lệch của rôto máy
phát điện và của điện áp trong hệ thống.
Trong thực tế khả năng mất ổn định xảy ra khi phụ tải trong hệ thống tăng lên lúc sự cố
xảy ra hoặc do đóng cắt các động cơ đã cắt ra vì ngắn mạch.
Để tránh mất ổn định tĩnh, ở chế độ làm việc bình thường, góc lệch rôto của các máy
phát phải được hạn chế trong giới hạn nhất định và điện áp ở các nút chủ yếu trong hệ thống
không được giảm thấp hơn mức độ quy định. Do đó lúc điều chỉnh chế độ làm việc của hệ
thống xuất hiện những vấn đề sau:
 Quy định góc lệch giới hạn của rôto máy phát chính là giới hạn công suất truyền tải.
 Quy định điện áp giới hạn theo điều kiện ổn định tĩnh ở các nút chủ yếu.
Các biện pháp ổn định tĩnh của hệ thống điện :
 Dùng tự động điều chỉnh kích từ.
 Hạn chế giảm điện áp ở các nút chủ yếu của hệ thống.
 Hạn chế góc lệch rôto các máy phát điện.
 Sa thải phụ tải theo tần số.
 Dự trữ đủ công suất tác dụng và phản kháng.
b) Ổn định động:
Định nghĩa: Ổn định động của hệ thống là khả năng hệ thống có thể chuyển về một chế
độ xác lập khác mà các thông số chế độ tại các nút gần với giá trị bình thường khi hệ thống
chịu tác động của những biến đổi lớn tạm thời và đột ngột.
Nếu hệ thống có khả năng chịu những biến đối lớn mà không mất ổn định thì cũng sẽ ổn
định với những biến đổi nhỏ. Do đó, lúc hệ thống đã có dự trữ ổn định động thì cũng sẽ có một

dự trữ ổn định tĩnh nào đó. Nhưng cũng có ngoại lệ, trong trường hợp muốn nâng cao ổn định
động người ta dùng những biện pháp đặc biệt như tự động cắt một số máy phát và điện kháng
lúc sự cố.
KS. Nguyễn Thị Mi Sa
KS. Lê Thị Hồng Nhung

Trang 7


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường

T64 -2008

Như vậy, sự khác nhau giữa mất ổn định tĩnh và ổn định động là do sự khác nhau giữa
các mức độ biến đổi (mức độ của nhiễu kích động). Tuy nhiên trong cả hai trường hợp lúc
thuận lợi đều dẫn đến cùng một kết quả là giữ được thông số bình thường ở các nút của hệ
thống.
Khi nghiên cứu ổn định tĩnh ta đã xét tính làm việc ổn định của hệ thống trong điều kiện
bình thường, nghĩa là nó chỉ tồn tại những dao động nhỏ. Một hệ thống có ổn định tĩnh chưa
chắc đã khẳng định được nó có ổn định động. Những dao động lớn (còn gọi là đột biến) xảy ra
trong hệ thống điện như cắt phụ tải đột ngột, cắt đường dây, máy phát hoặc máy biến áp đang
mang tải… đặc biệt nguy hiểm là sự cố ngắn mạch các loại, trong đó ngắn mạch ba pha ít xảy
ra nhưng do tính nguy hiểm đối với ổn định nên phải xét đến khi thiết kế hệ thống điện.
Mất ổn định tĩnh hoặc ổn định động thường gây nên tổn thất lớn đối với nền kinh tế
quốc dân, vì sẽ dẫn đến ngừng cung cấp địên cho rất nhiều phụ tải. Do đó việc tiến hành các
biện pháp loại trừ hoặc hạn chế đến mức thấp nhất khả năng mất ổn định luôn luôn có lợi về
mặt kinh tế.
c) Ổn định trung hạn và dài hạn:
Ổn định trung hạn và dài hạn là vấn đề liên quan đến ổn định hệ thống, cần phải được
xem xét, nghiên cứu và tìm lời giải các vấn đề liên quan đến đáp ứng động của hệ thống do các

kích động nghiêm trọng. Các kích động này làm thay đổi lớn điện áp, tần số, phân bố công suất.
Đặc tính thời gian của các diễn tiến và các thiết bị được kích hoạt bởi độ lệch điện áp và tần số
sẽ kéo dài khoảng vài giây (đáp ứng của các thiết bị như hệ thống điều khiển và bảo vệ máy
phát) đến vài phút (đáp ứng của các thiết bị như hệ thống điều chỉnh động cơ sơ cấp và hệ
thống điều chỉnh điện áp trên tải).
Trong phân tích ổn định dài hạn giả sử rằng dao động công suất của các máy phát trong
hệ thống được dập tắt, tần số của hệ thống sẽ được đồng bộ ngay sau đó. Vấn đề quan tâm là
hiện tượng kéo dài ra hoặc thu ngắn lại kèm theo các kích động lớn và mất cân bằng công suất
trong hệ thống. Các hiện tượng này bao gồm: Đáp ứng động học của các nồi hơi của các nhà
máy nhiệt điện, đáp ứng động học của đường ống áp lực và cửa cống của các nhà máy thuỷ
điện, hệ thống điều khiển tự động máy phát, hệ thống điều khiển và bảo vệ đường dây truyền
tải, hiện tượng bảo hoà mạch từ, và ảnh hưởng tần số khác định mức đối với hệ thống tải.
Đáp ứng trung hạn thể hiện sự chuyển tiếp giữa đáp ứng ngắn hạn và dài hạn. Trong
khảo sát ổn định trung hạn, vấn đề quan tâm là dao động công suất giữa các máy phát, tính đến
ảnh hưởng của một số hiện tượng diễn tiến ngắn hơn, và có thể độ lệch điện áp và tần số lớn.
 Ổn định ngắn hạn hoặc quá độ: từ 0s đến 10s.
 Ổn định trung hạn: thời gian kéo dài từ 10s đến vài phút.
 Ổn định dài hạn: kéo dài từ vài phút đến hơn 10 phút.
Tuy nhiên cần chú ý sự khác biệt giữa ổn định trung hạn và dài hạn là trước tiên dựa vào
diễn tiến được phân tích và mô hình hệ thống sử dụng, thông thường, người ta quan tâm tới dao
động giữa các máy phát và dao động quá độ hơn là thời gian duy trì diễn tiến.
Nói chung, các vấn đề ổn định trung hạn và dài hạn có thể do đáp ứng không thỏa mãn
của các thiết bị, sự phối hợp kém giữa các thiết bị điều khiển và bảo vệ, và thiếu dự trữ công
suất.
KS. Nguyễn Thị Mi Sa
KS. Lê Thị Hồng Nhung

Trang 8

Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường

T64 -2008

II_LÝ THUYẾT MẠNG NƠRON
1. Các khái niệm cơ bản của mạng nơron nhân tạo (Artificial Neural Networks –
ANN):
Bộ não con người có khỏang 1011 - 1012 nơron. Mỗi nơron có thể liên kết với 104 nơron
khác thông qua các khớp nối (dendrite). Các nơron nhận tín hiệu điện từ các khớp nối và khi sự
tổng hợp của các tín hiệu này vượt quá một ngưỡng cho phép thì nơron sẽ kích họat một tín
hiệu điện ở ngõ ra để truyền tới trục nơron (axon) và dẫn đến các nơron khác.
Mạng nơron nhân tạo cũng họat động dựa theo cách thức của bộ não con người nhưng ở
cấp độ đơn giản hơn.
Mạng nơron là sự tái tạo bằng kỹ thuật những chức năng của hệ thần kinh con người.
Mạng nơron gồm vô số các nơron liên kết với nhau như hình sau.
Hai đặc tính cơ bản của mạng nơron là:
 Quá trình tính tóan được tiến hành song song và phân tán trên nhiều nơron gần như
đồng thời
 Tính tóan thực chất là quá trình học, chứ không phải theo sơ đồ định sẵn từ trước.
Mạng Nơron là mạng mà được xây dựng bằng cách sao chép lại các nguyên lý tổ chức của
hệ Nơron con người. Nơron được tổ chức có cấu trúc vào khoảng 200 mô hình khác nhau dưới
dạng nhiều lớp. Cấu trúc cơ bản của một nơron trong hệ Nơron con người gồm có đó là các đầu
vào (input) thân Nơron và đầu ra (output). Thân Nơron là phần tử xử lý có chức năng thu thập
tất cả các thông tin từ các đầu vào tính toán và đưa ra các quyết định ở ngõ ra để gửi tín hiệu
đến các Nơron khác.
Mỗi nơron có nhiều input nhưng chỉ có một output, từ output này mới rẽ nhánh đưa thông
tin đến các nơron khác. Trong mạng nơron nhân tạo, tín hiệu truyền từ nơron này đến nơron
khác là tín hiệu điện áp. Có hai loại tín hiệu điện áp đó là điện áp dương và điện áp âm. Điện áp
dương được xem như là tín hiệu kích động (excitory) để kích động neural gửi tín hiệu đến các
nơron khác và điện áp âm được xem như là tín hiệu ức chế (inhibitory) để ức chế nơron gửi tín

hiệu đến các nơron khác. Khi điện áp là zero thì không có sự liên lạc giữa hai nơron.
Cũng giống như hệ nơron con người, mạng nơron nhân tạo bao gồm lớp đầu vào, các lớp
ẩn và lớp nơron đầu ra. Trong mạng, đầu ra của nơron này kết nối với đầu vào của nhiều nơron
khác hoặc kết nối với đầu vào của nơron chính nó. Cường độ các kết nối xác định lượng tín
hiệu truyền đến đầu vào. Giá trị của cường độ kết nối được gọi là trọng số. Trong thời gian hệ
tiếp xúc với một vài đối tượng, một số phần tử cảm biến bị tác động, cường độ kết nối của một
số nơron thích hợp trong hệ sẽ được gia tăng nhằm cung cấp thông tin về đối tượng mà hệ tiếp
xúc và đưa ra các quyết định ở lớp đầu ra. Quá trình này được gọi là quá trình học, sự thay đổi
của các trọng số trong quá trình này gọi là luật học.

KS. Nguyễn Thị Mi Sa
KS. Lê Thị Hồng Nhung

Trang 9


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường

T64 -2008

x1
x2

wi1
wi2

∑

wij

f

yi

b

xr
Hình 2.13: Cấu trúc cơ bản của 1 nơron nhân tạo
Trong đó:
- xr là đầu ra của nơron thứ r hoặc đầu vào từ môi trường bên ngoài.
- wi,j là trọng số kết nối giữa nơron thứ i và nơron thứ j.
- b là một hằng số được gọi là ngưỡng phân cực (Bias). Ngưỡng là 1 giá trị biên độ
độ lệch, nó ảnh hưởng đến sự kích hoạt của ngõ ra theo công thức.
u  XT W  b

- yi là đầu ra của nơron thứ i.
- f là hàm kích hoạt (activation function): hàm xử lý tín hiệu ngõ ra.
Các thông số:
+ Bias
Là hằng số được đưa trực tiếp vào mạng nơron thông qua bộ tổng, cũng có thể đưa vào
mạng thông qua input với trọng số nhân với nó là w=1.
+ Hàm tổng (∑): dùng để kết hợp và xử lý thông tin ở ngõ vào
Một số dạng hàm tổng thường gặp:
Hàm tuyến tính (linear function)
 n

u    w j x i   b  W T X  b
 j1


Hàm toàn phương (quadratic function)
 n

u    w j x 2j   b
 j1


Hàm cầu (spherical function)

KS. Nguyễn Thị Mi Sa
KS. Lê Thị Hồng Nhung

Trang 10


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường

 1
u   2
ρ

 x
n

j1

j

T64 -2008

1
2
T
 w j    θ  2 X  W  (X  W)  b
ρ


+ Hàm truyền (hàm kích hoạt, hàm hoạt động)
Hàm truyền của nơron được biểu diễn bởi hàm f(x). Nó định nghĩa tín hiệu output của
nơron nếu tính hiệu input đã được biết trước. Tác dụng của hàm truyền là làm cho các tín hiệu
nhập gần với tính hiệu xuất chuẩn.
Có các loại hàm hoạt động sau: có nhiều loại hàm truyền nhưng ở đây chỉ giới thiệu một
số hàm thông dụng trong bảng 1.1
Bảng 2.1
Loại hàm

Phương trình

Hình vẽ

Hàm tuyến tính

F(x)=x

Hình 3.4

Hàm ngưỡng

F(x)= 

Hàm Logsig

F(x) 

1
1  ex

Hình 3.6

Hàm tansig

F( x ) 

2
1
1  e ax

Hình 3.7

 1, x  0
- 1, x  0

y
1

y

Hình 3.5

y

x

y
x

-1

x

x

Hình 2.2: Hình dáng 1 số hàm truyền thông dụng
+ Tốc độ dạy n (Hệ số dạy): Đây là thông số khá quan trọng trong mạng, giá trị của nó
quyết định đến kết quả của quá trình huấn luyện. Nếu n lớn thì quá trình tính toán nhanh nhưng
giá trị cực trị toàn cục sẽ không tìm được, ngược lại, nếu n bé thì cực đại toàn cục có thể tìm
được nhưng số bước tính toán lại rất nhiều. Để quá trình tính toán đạt được hiệu quả người ta
thường lấy giá trị của n trong khoảng: 0.1 < n < 1.
+ Trọng số: Giá trị kết nối giữa hai nơron trong mạng nơron gọi là trọng số, chúng có thể
điều chỉnh được. Khi các tín hiệu được đưa vào nơron để xử lý thì nó được nhân với hệ số ảnh
KS. Nguyễn Thị Mi Sa
KS. Lê Thị Hồng Nhung

Trang 11


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường

T64 -2008

hưởng của mạng giữa hai lớp, gọi là hệ số trọng số w và sau đó được biến đổi bởi hàm phi
tuyến (hàm truyền).
2. Cấu trúc và phân loại mạng Nơron
Thành phần quan trọng thứ hai của các mạng Neural là mô hình kết nối. Mô hình kết nối
của các mạng Neural nhân tạo dựa vào cấu trúc có thể được chia ra làm các loại: Mạng nuôi
tiến và mạng nuôi lùi, mạng một lớp và mạng nhiều lớp.
2.1. Mạng nuôi tiến và mạng hồi quy
Mạng nuôi tiến (feedforward network) là mạng được xây dựng bằng cách đầu ra của
neural ở lớp đứng trước chính là đầu vào của các neural ở lớp sau nó.
Mạng hồi quy (feedback network) là mạng được xây dựng khi các đầu ra được định
hướng lùi về làm đầu vào cho các neural cùng lớp hoặc các neural ở lớp trước nó. Nếu mạng
nuôi lùi mà các đầu ra của các neural ở lớp đầu ra là các đầu vào của các neural ở lớp đầu vào
thì được gọi là mạng Recurrent hay còn gọi là mạng hồi quy vòng kín.

Hình 2.3 Cấu trúc mạng truyền thẳng và mạng hồi quy
2.2. Thuật toán huấn luyện thì ta chia mạng Neural thành các loại sau:
Mạng học hỏi có giám sát
Cho tập các dữ liệu vào – ra: {x1,d1}, {x2,d2}, . . . {xr, dr}
Ban đầu các trọng số của mạng được chọn bất kỳ, khi có ngõ vào mạng xr, ngõ ra của
mạng yr được so sánh với ngõ ra mong muốn dr. Luật học này dựa vào sai số er = dr – yr hiệu
chỉnh trọng số và ngưỡng phân cực của mạng để đưa ngõ ra về gần với mục tiêu mong muốn.
đầu vào x

Mạng
Neural
w

Đầu ra mong muốn d

đầu ra thực tế y

Sai số

Hình 2.4 Mô hình mạng huấn luyện có giám sát
KS. Nguyễn Thị Mi Sa
KS. Lê Thị Hồng Nhung

Trang 12


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường

T64 -2008

Thuật toán này dùng để điều chỉnh sự khác nhau giữa các ngõ ra thực tế và ngõ ra mong
muốn tương ứng từng mẫu đưa vào. Ví dụ như qui tắc delta do Windrow và Hoff đưa ra vào
năm 1960, thuật toán giải thuật lan truyền ngược (backpropagation) do Rumelhart và Mc
Clellan đưa ra năm 1986, thuật toán vecto học hỏi do Kohonen đưa ra năm 1989.
Mạng học hỏi không giám sát
Trọng số và ngưỡng phân cực chỉ được hiệu chỉnh đối với ngõ vào. Thuật toán này không
đòi hỏi cần biết trước ngõ ra yêu cầu. Trong quá trình huấn luyện các mẫu nhập đưa vào mạng
và thuật toán tự điều chỉnh các trọng số kết nối, các mẫu nhập có đặc điểm tương tự sẽ ở trong
cùng một lớp. Ví dụ như thuật toán học hỏi cạnh tranh ATR của Carpenter và Grossberg đưa ra
vào năm 1988.

đầu vào x

Mạng
neural
w

đầu ra thực tế y

Hình 2.5 Mô hình huấn luyện không giám sát
Mạng học hỏi có điều chỉnh
Thuật toán học hỏi có điều chỉnh sử dụng tiêu chuẩn đánh giá các đặc điểm tốt của output
mạng tương ứng và input đưa vào. Ví dụ như thuật toán Gen do Holland đưa ra năm 1975.
Đầu vào x

Mạng
Neural
w

Đầu ra thực tế y

Tín hiệu
Hồi tiếp

Tín hiệu
tăng cường

Hình 2.6 Mô hình huấn luyện có điều chỉnh

KS. Nguyễn Thị Mi Sa
KS. Lê Thị Hồng Nhung

Trang 13


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường

T64 -2008

III_BỘ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN (POWER SYSTEM STABILIZER)
1. Ổn định của hệ thống điện chứa một máy phát làm việc với thanh cái có công suất
vô hạn:
Khảo sát đáp ứng của hệ một máy phát nối với hệ thống vô cùng lớn (SMIB) qua đường
dây truyền tải như hình 3.1 để tìm hiểu các khái niệm cơ bản và các ảnh hưởng:
Z4
Z7

Z1

G

SMIB

Z5

Z2

Z6

Z3

Hình 3.1 Hệ một máy phát nối với hệ thống vô cùng lớn
Sử dụng phép biến đổi tương đương Thevenin ta được:
EB

Et

Infinite bus

G
Zeq = RE + jXE

Hình 3.2 Sơ đồ Thevenin tương đương của hệ một máy phát nối với
hệ thống vô cùng lớn.
Khi máy phát làm việc với hệ thống công suất vô cùng lớn thì điện áp đầu cực máy phát
không thay đổi. Ở mỗi điểm làm việc, biên độ điện áp của EB luôn giữ là hằng số khi máy phát
bị kích thích nhỏ nhưng khi trạng thái xác lập của hệ thống thay đổi, biên độ điện áp EB có thể
thay đổi theo. Sau đây chúng ta sẽ phân tích ổn định nhiễu nhỏ hệ thống hình 3.2 với mô hình
máy phát ở dạng chi tiết.
1.1 Mô hình thay thế máy phát:
Mô hình máy phát làm việc với hệ thống vô cùng lớn trong đó bỏ qua tất cả các điện trở
được mô tả trong hình 3.3:

KS. Nguyễn Thị Mi Sa
KS. Lê Thị Hồng Nhung

Trang 14


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường

T64 -2008

It

Xd

Et
XE

E

Hình 3.3Mô hình máy phát làm
việc với hệ thống vô cùng lớn
Trong đó:

E
B

E  E to  jXd .I to : vectơ điện áp trong quá trình quá độ.
X T  Xd  X E

Xd’: điện kháng quá độ của máy phát.
Eto : là điện áp đầu cực máy phát trước khi xảy ra kích thích.
E0 O  E B    E  E B (cos   j sin )
I to 

jX T
jX T

Công suất phức sau điện kháng quá độ xác định :
'

S'  P '  jQ '  E I t 

E ' .E B .sin  E ' (E '  E B cos )
j

XT
XT

Bỏ qua điện trở stato, ta có công suất khe hở không khí (Pe) bằng với công suất đưa ra
đầu cực máy phát (P). Trong đơn vị tương đối, moment khe hở (Te) bằng với công suất khe hở
Pe (công suất truyền từ rotor sang stator), do đó:
E ' .E B
Te = P = Pe =
.sin
XT

(3.1)

Tuyến tính hóa (2.1) với điều kiện làm việc ban đầu   0 thu được:
Te 

Te
E ' .E B
 
cos ()

XT

(3.2)

Phương trình chuyển động của máy phát trong hệ đơn vị tương đối:
1
Tm  Te  K D .r 
2H
  0 r

pr =

(3.3)

Với : r - độ lệch tốc độ ở đơn vị tương đối.
 - góc lệch rôto so với thanh cái vô cùng làm chuẩn (radian điện).
 - Độ lệch góc rotor (electrical rad - Độ điện)
0 - tốc độ điện rôto (rad/s).
p - toán tử vi phân d/dt với t tính bằng giây (s).
H - Hằng số quán tính (MWs/MVA).
KS. Nguyễn Thị Mi Sa
KS. Lê Thị Hồng Nhung

Trang 15


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường

T64 -2008

KD - Hệ số moment cản.
Tuyến tính hóa (3.3) và thay Te cho bởi (3.2) ta thu được:
1
Tm  K S .  K D .r 
2H
E ' .E B
Với : KS - hệ số moment đồng bộ:
KS 
cos  0

XT
pr 

p  0 .r

Tuyến tính hóa (3.3) ta có:
Viết dưới dạng ma trận:

 KD
d r  

2H
dt     
 0

(3.4)
(3.5)
(3.6)

 K S  
 r  1 

2H 
   2H  Tm




  0 
0 

(3.7)

*

Biểu thức (2.7) có dạng : x  Ax  Bu , trong đó các phần tử của ma trận A phụ thuộc
vào các thông số KD, H, XT và điều kiện đầu cho bởi E’ và 0 . Sơ đồ khối mô tả (2.7) được
trình bày ở hình 2.4 dùng cho đáp ứng nhiễu nhỏ:
Thành phần
moment đồng bộ
Te
Tm

+


Thành phần
moment cản

KS

O
s

1
2H S



KD

Hình 3.4 Sơ đồ khối khảo sát máy phát dùng cho đáp ứng nhiễu nhỏ.
Từ hình 3.4 ta có:
 





0  1
 K S .  K D r  Tm   0  1

s  2H S
s  2H S

K

K
s 2 ()  D s()  S 0 ()  0 Tm
2H
2H
2H




  K S .  K D s
 Tm  (3.8)
0




(s - Toán tử laplace)

Do đó phương trình đặc tính cho bởi:
s2 

K
KD
s  S 0  0
2H
2H

KS. Nguyễn Thị Mi Sa
KS. Lê Thị Hồng Nhung

(Tm = 0)

(3.9)

Trang 16


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường

T64 -2008
s 2  2 n .s  n2  0 , có :

Đây là khâu dao động bậc 2 dạng:
- Tần số dao động tự nhiên :

n  K D

- Hệ số tắt dần là:



o
2H

KD
1 KD
1

2 2Hn 2 K S 2Hn

Như vậy khi máy phát bị kích thích bằng các tín hiệu nhiễu nhỏ thì sẽ xảy ra khâu dao
động bậc hai tắt dần và cả 2 thông số của máy phát là r và  đều tham gia vào chế độ dao
động này.
1.2 Ảnh hƣởng động học của mạch kích từ :
Hoạt động của hệ thống đang khảo sát sẽ bị ảnh hưởng do sự thay đổi từ trường kích từ.
Trong phần này ta bỏ ảnh hưởng của các cuộn đệm dọc trục, ngang trục và điện áp kích từ giả
sử giữ không đổi (kích từ bằng tay). Sau đây chúng ta sẽ phát triển mô hình không gian trạng
thái của hê thống bằng cách tối giản các phương trình mô tả máy phát tới dạng thích hợp và sau
đó kết hợp với các phương trình mạch ngoài. Các thông số thời gian được đo bằng giây, góc đo
bằng độ điện và các thông số còn lại đo bằng đơn vị tương đối.
Phương trình mô tả máy phát:
1
(Tm  Te  K D r )
2H

p  0 r

pr 

(3.10)
(3.11)

Chọn E B làm chuẩn, giản đồ điện áp máy phát trong hệ tọa độ d_ q được vẽ ở hình 2.5:
r
q - axis
eq
E Bq

i

Et



EB

ed
E Bd
d - axis

Hình 3.5 giản đồ điện áp máy phát trong hệ tọa độ d_ q
Phương trình động học của mạch kích từ:
KS. Nguyễn Thị Mi Sa
KS. Lê Thị Hồng Nhung

Trang 17


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường
p fd  0 (e fd  R fd .i fd ) 

T64 -2008

0 R fd
E fd  0 R fd .i fd
L adu

(3.12)

Bỏ qua tác dụng của cuộn đệm, mạch tương đương liên hệ với từ thông móc vòng tương
đương theo các trục d_q và dòng điện được trình bày ở hình 3.6:
LI

LI

d

iq

i fd

id

L fd

Lads

 ad

q

 aq

Lads

 fd

Hình 3.6
Từ thông móc vòng stator và rotor là:
 d  L l i d  L ads (i d  i fd )  L l i d   ad

(3.13)

 q  Lli q  Lads (i q )  Lli q   aq

(3.14)

 fd  Lads (i q  i fd )  Lfd i fd   ad  Lfd i fd

(3.15)

Trong các phương trình trên  ad và  aq là từ thông khe hở (hổ cảm), và Lads và Laqs là
giá trị bảo hòa của hổ cảm do từ thông khe hở theo các trục d_q gây ra.
Từ (3.15), suy ra : i fd 

 fd   ad
L fd

(3.16)

Từ thông móc vòng theo trục d diễn tả theo  fd và i d :
 ad  L adsi d  L adsi fd  L adsi d 

Với :

Lads 

L ads

( fd   ad )  Lads (i d  fd )
L fd
L fd

1
1
1

L ads L fd

(3.17)
(3.18)

Mạch rotor theo phương ngang trục không được xem xét, do đó:
 aq  Laqsi q

Moment khe hở :

(3.19)
Te   d i q   q i q   ad i q   aq i q

(3.20)

Khi bỏ qua số hạng p và sự thay đổi tốc độ rotor, phương trình điện áp stator là:
e d  R a i d   q  R a i d  (Lli q   aq )
(3.21)
e q  R a i q   d  R a i q  (Lli d   ad )

KS. Nguyễn Thị Mi Sa
KS. Lê Thị Hồng Nhung

(3.22)
Trang 18


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường

T64 -2008

Phương trình mạch ngoài :
Đối với hệ SMIB, máy phát và mạch ngoài có thể mô tả trong cùng hệ tọa độ d_q của
máy phát. Điện áp đầu cực máy phát và điện áp EB viết trong hệ toạ độ d_q như sau :
(3.23)
E t  e d  je q
E B  E Bd  jE Bq

(3.24)

Từ hình 3.2 ta có:
E t  E B  (R E  jX E )I t
(e d  je q )  (E Bd  jE Bq )  (R E  jX E )(i d  ji q )

(3.25)

Cân bằng phần thực và phần ảo Eq (3.25), thu được:

Với :

e d  R E i d  X E i q  E Bd

(3.26)

e q  R E i q  X E i d  E Bq

(3.27)

E Bd  E B sin 

; E Bq  E B cos 

Từ (3.17), (3.19), (3.21), (3.22), (3.26) và (3.27) ta thu được dòng điện Id và Iq diển tả
theo biến trạng thái fd và  là:


L ads
X Tq  fd (

)  E B cos   R T.E B sin 
L ads  L fd


id 
D


L ads
R T  fd (
)  E B cos   X Td E B sin 
L ads  L fd


iq 
D
Trong đó : R T  R a  R E

(3.28)

(3.29)

X Tq  X E  (Laqs  L I )  X E  X qs
X Td  X E  (L'ads  L I )  X E  X,ds

(2.30)

D  R T2  X Tq X Td

Điện kháng X qs và X ,ds là giá trị bão hòa, ở hệ đơn vị tương đối các giá trị này bằng với

điện cảm tương ứng.
Các biểu thức (3.28), (3.29), kết hợp với (3.16), (3.17), và (3.19) có thể dùng để khử ifd
và Te từ các biểu thức vi phân (3.10) tới (3.12) và biểu diển chúng theo các biến trạng thái. Các
biểu thức này phi tuyến và sẽ được tuyến tính hóa trong phân tích ổn định nhiễu nhỏ.
Phƣơng trình mô tả hệ thống tuyến tính hóa :
Trong khảo sát ổn định nhiễu nhỏ, các biểu thức (3.28) và (3.29) có thể viết lại :
i d  m1  m 2  fd
(2.31)
i q  n1  n 2  fd

KS. Nguyễn Thị Mi Sa
KS. Lê Thị Hồng Nhung

(3.32)
Trang 19


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường

Với :

T64 -2008

E B X Tq sin  0  R T cos  0 

m1 
D

n  E B R T sin  0  X Td cos  0 
 1

D

X
L ads
m 2  Tq 
D L ads  L fd 


L ads
n 2  R T 
D L ads  L fd 


(3.33)

Tuyến tính hóa các Eqs (3.17) và (3.19), và thay i d , i q vào ta được:


   1
 ad  Lads   i d  fd   
 m 2 Lads fd  m1Lads
L fd   L fd


 aq  Laqsi q  m 2 Laqs . fd  n1Laqs

(3.34)
(3.35)

Tuyến tính hóa Eq(3.16) và thay ad từ Eq(3.34) cho ta:

i fd 


 fd   ad
1  Lads
1
1 

 m 2 Lads  fd 
m1Lads
L fd
L fd 
L fd
L fd


(3.36)

 Dạng tuyến tính hóa của Eq(3.20) là:
Te   adoi q  i qo ad   adoi d  i do aq

Thay i d , i q , ad và aq từ Eq(2.31) tới Eq(2.35), ta có:
Te  K1  K 2  fd

(3.37)

Với : K1  n1 ( ad 0  Laqsi d 0 )  m1 ( aq 0  L'adsi q 0 )
K 2  n 2 ( ad 0  L aqsi d 0 )  m 2 ( aq 0  L'adsi q 0 ) 

(2.38)

L'ads
iq0
L fd

(2.39)

Từ các Eq(3.10) tới (3.12) và thay ifd và Te từ Eq(3.36) và (3.37) ta thu được phương
trình mô tả hệ thống ở dạng mong muốn:
  
   r   a 11 a 12 a 13   r  b11 0 
 T 
     a
0
0       0
0   m 
21

  
E fd 
  fd   0 a 32 a 33  fd   0 b 32 



Với

a11  

KD
K
K

; a12   1 ; a13   2 ; a 21  0  2f 0 ;
2H
2H
2H

a 33  

0 R fd
L fd

(3.40)

a 32  

0 R fd
m1L' ads ;
L fd

 L'ads

 m 2  L'ads 
1 
L fd



KS. Nguyễn Thị Mi Sa
KS. Lê Thị Hồng Nhung

Trang 20

Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường
b11 

1
;
2H

b 32 

T64 -2008

0 R fd
L ads L fd
; L'ads 
Lads  L fd 
L ads

(3.41)

Tm và Efd phụ thuộc vào công suất cơ đầu vào và điều chỉnh kích từ. Nếu công suất
cơ không đổi thì Tm = 0, và điện áp đầu ra bộ kích từ không đổi thì Efd = 0.
 Giản đồ khối của hệ thống:
K4
Tm
Efd=
0
- 

K3
1  sT3

fd

K2

-


-

Te
-



1
2H S  K P


r

0
s



K1

Hình 3.7
Từ Eq (3.37), ta có:
Te  K1  K 2  fd
K1  Te /  |fdconst

Với:

K 2  Te /  fd |const

Thành phần K 1 cùng pha với  do đó K1 chính là moment đồng bộ. Thành phần
moment do sự thay đổi từ thông kích từ móc vòng cho bởi K 2 fd .
Sự thay đổi fd được xác định từ phương trình động học mạch kích từ:
pψfd  a 32Δδ  a 33Δψfd  b32ΔEfd
(3.41)


Δ fd 

Với

K3  

K3
ΔEfd  K 4Δδ
1  pT3

L
b 32
a
1

 K 3Td0 adu
; K 4   32 ; T3  
a 33
b 32
a 33
L ffd

(3.42)
(3.43)

Diễn tả các hằng số K ở dạng khác :
Từ Eq(3.38):

K1  n1  ado  Laqsi do   m1  ado  Ladsi do 

(3.44)

Từ Eq(3.22) có thể viết :
KS. Nguyễn Thị Mi Sa
KS. Lê Thị Hồng Nhung

Trang 21


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường

T64 -2008

 ado  Laqsi do  eqo  R a i qo  X qsi do  E qo

(3.45)

Trong đó Eq0 là giá trị trước khi có tác động nhiễu sau tổng trở (Ra+jXq)
(3.46)
 aqo  Laqsi qo  Laqs  Ladsi qo  X q  Xd i qo
Thay n1, m1 từ Eq(3.33), suy ra:
K1 

E B E qo
D

R T sin 0  X Td cos 0  

E Bi qo
D

X

 Xd X Tq sin  0  R T cos  0 

q

(3.47)

Tương tự, hằng số K2:
X Tq (X q  X d )
L ads
R
K2
[ T E qo  (

 1)i qo ]
L ads  L fd D
D
'

(3.48)

Từ Eqs(3.18), (3.33) và (3.41), suy ra:
a 33  o

X Tq
R fd
L ads
L ads
L ads .L fd
[1 

.
.
]
L fd
L ads  L fd
D (L ads  L fd ) (L ads  L fd )

X Tq
R fd
 o
[1 
(X d  X ' d )]
L ads  L fd

D

(3.49)

Thay (3.49) vào (3.44) ta được:
L ads  L fd
.
L adu

K3

T3

L ads  L fd
.
o R fd

1
1

TTq
D

(3.50)

(X d  X d )
'

1
1

X Tq
D

T'dos



(X d  X d )
'

1

X Tq
D

(3.51)

( X d  X'd )

'
Với Tdos
là giá trị bảo hòa của Tdo' . Tương tự, từ Eqs(3.18), (3.33) và (3.41), ta có thể

viết:
a 32  o

R fd .E B
L .L
(X Tq sin  o  R T cos  o ) ads fd

L fd .D
L ads  L fd

(3.52)

Thay a32 vào Eqs (3.44), thu được:
K 4  L adu

L ads
E
. B (X Tq sin  o R T cos  o )
L ads  L fd D

(3.53)

Bỏ qua ảnh hưởng hiện tượng bảo hòa mạch từ thì:
K4 

EB
(X d  X'd )(X Tq sin  o  R T cos  o )
D

KS. Nguyễn Thị Mi Sa
KS. Lê Thị Hồng Nhung

(3.54)

Trang 22

Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường

T64 -2008

1.3 Ảnh hƣởng sự thay đổi từ thông kích từ lên ổn định:
Từ sơ đồ khối hình 3.7, khi điện áp kích từ bằng hằng số ( E fd  0 ), sự thay đổi từ thông
kích từ do mạch hồi tiếp tín hiệu  qua hệ số K4. Điều này thể hiện hiệu ứng khử từ.
Sự thay đổi moment khe hở do sự thay đổi từ thông kích từ gây ra bởi sự thay đổi góc
rotor máy phát :

Te


=fd

K 2 K 3K 4
1  sT3

(3.55)

Các hằng số K2, K3 và K4 thường dương. Sự đóng góp của fd tới các thành phần
moment cản và moment đồng bộ phụ thuộc vào tần số dao động, sẽ đề cập ngay sau đây :
a) Ở trạng thái xác lập và tần số dao động nhỏ (s = j   0 )
Te   K 2 K 3 K 4 
fd

Sự thay đổi từ thông kích từ do hồi tiếp tín hiệu Δδ tạo ra thành phần moment đồng bộ
âm.
Giới hạn ổn định là trạng thái xác lập đạt đến khi :
b) Ở tần số dao động lớn hơn 1 T3 :

Te =

K 2 K 3K 4 = K1

 K 2 K 3K 4
K KK
 = 2 3 4 j
jT3
T3

Do đó, thành phần moment khe hở do sự thay đổi fd sẽ vượt trước  một góc 90 o
hay cùng pha với  . Vì vậy, fd tạo ra thành phần cản dương.
c) Ở tần số dao động đặc trưng khoảng 1Hz (2 rad/s)  fd tạo ra thành phần môment cản
dương và thành phần môment đồng bộ âm. Ảnh hưởng thực là giảm thành phần môment đồng
bộ và tăng thành phần moment cản.

KS. Nguyễn Thị Mi Sa
KS. Lê Thị Hồng Nhung

Trang 23