Ổn định trong hệ thống điện

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (479.54 KB, 16 trang )

(1)<div class='page_container' data-page=1>

Tài liệu giảng dạy Môn Ổn định trong hệ thống điện

MỤC LỤC

Nội dung

Trang

Chương 1: TRÌNH BÀY NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG4

Bài 1: Trình bày những khái niệm chung về ổn định hệ thống ... 4

1.Khái niệm về hệ thống điện ... 4

2.Khái niệm ổn định động và ổn định tĩnh ... 6

3.Cân bằng năng lượng cơ điện trong máy phát điện đồng bộ ... 14

Bài 2: Khảo sát mô hình tốn ở chế độ ổn định ... 16

1.Mơ hình máy phát điện ... 16

2.Mơ hình máy biến áp và đường dây ... 23

3.Các mơ hình hệ thống điện trong khảo sát ổn định ... 26

4.Mơ hình tải ... 28

Chương 2: PHÂN TÍCH Q TRÌNH ỔN ĐỊNH TĨNH VÀ ỔN ĐỊNH ĐỘNG TRONG 
HỆ THỐNG ĐIỆN ... 35

Bài 1: Phân tích q trình ổn định tĩnh trong hệ thống điện ... 35

1.Tiêu chuẩn đánh giá ổn định tĩnh ... 35

2. Phương pháp dao động bé ... 36

3.Ảnh hưởng của thiết bị điều chỉnh AVR ... 41

4.Khảo sát ổn định hệ nhiều máy ... 43

Bài 2: Phân tích q trình ổn định động trong hệ thống điện ... 66

1.Các tiêu chuẩn ổn định động ... 66

2.Phương pháp diện tích và phân tích số ... 66

3.Ổn định động hệ thống điện ... 71

4.Vận hành không đồng bộ và tái đồng bộ ... 89

Chương 3: PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP VÀ CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO ỔN 
ĐỊNH ... 91

Bài 1: Phân tích ổn định điện áp ... 91

1. Khái niệm chung ... 91

2. Đặc tính cơ bản của các phần tử trong lưới, quan hệ P-U-Q ... 92

3. Các tiêu chuẩn đánh giá ổn định điện áp ... 94

4. Sụp đổ điện áp ... 97

Bài 2: Các biện pháp nâng cao ổn định ... 102

1. Các biện pháp nâng cao ổn định ... 102

2. Các biện pháp vận hành ... 109

</div>
(2)<div class='page_container' data-page=2>

Tài liệu giảng dạy môn Ổn định trong hệ thống điện 4

CHƯƠNG 1

TRÌNH BÀY NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG VÀ

KHẢO SÁT MƠ HÌNH TỐN Ở CHẾ ĐỘ ỔN ĐỊNH

BÀI 1

TRÌNH BÀY NHỮNG KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG

1. Khái niệm về hệ thống điện 
1.1 Hệ thống điện (HTĐ)

HTĐ là tập hợp các phần tử tham gia vào quá trình sản xuất, truyền tải và tiêu thụ năng lượng.
Các phần tử của HTĐ được chia thành hai nhóm:

- Các phần tử tự lực làm nhiệm vụ sản xuất, biến đổi, truyền tải, phân phối và sử dụng điện
năng như máy phát (MF), đường dây tải điện và các thiết bị dùng điện.

- Các phần tử điều chỉnh làm nhiệm vụ điều chỉnh và biến đổi trạng thái HTĐ như điều chỉnh
kích từ máy phát đồng bộ, điều chỉnh tần số, bảo vệ rơle, máy cắt điện ...

Mỗi phần tử của HTĐ được đặc trưng bởi các thông số, các thông số này được xác định về
lượng bởi tính chất vật lý của các phần tử, sơ đồ liên lạc giữa chúng và nhiều sự giản ước tính tốn
khác. Ví dụ: Tổng trở, tổng dẫn của đường dây, hệ số biến áp, hệ số khuếch đại của bộ phận tự
động điều chỉnh kích thích ... Các thông số của các phần tử cũng được gọi là các thông số của hệ
thống điện.

Nhiều thông số của HTĐ là các đại lượng phi tuyến, giá trị của chúng phụ thuộc dịng cơng
suất, tần số ... như là X, Y, độ từ hoá ... trong phần lớn các bài tốn thực tế có coi là hằng số và như
vậy ta có hệ thống tuyến tính. Nếu tính đến sự biến đổi của các thơng số ta có hệ thống phi tuyến,
đây là một dạng phi tuyến của HTĐ, dạng phi tuyến nà chỉ phải xét đến trong một số ít trường hợp
như khi phải tính đến độ bão hồ của MF, MBA trong các bài toán ổn định.

1.2 Chế độ của hệ thống điện

Tập hợp các quá trình xảy ra trong HTĐ và xác định trạng thái làm việc của HTĐ trong một
thời điểm hay một khoảng thời gian nào đó gọi là chế độ của HTĐ.

Các q trình nói trên được đặc trưng bởi các thông số U, I, P, Q, f,  ... tại mọi điểm của
HTĐ. Ta gọi chúng là các thông số chế độ, các thông này khác với các thơng số hệ thống ở chỗ nó
chỉ tồn tại khi HTĐ làm việc. Các thông số chế độ xác định hoàn toàn trạng thái làm việc của HTĐ.

 Mục tiêu học tập: Sau khi học xong bài này, người học có thể:
- Trình bày được khái niệm về hệ thống điện.

</div>
(3)<div class='page_container' data-page=3>

Tài liệu giảng dạy môn Ổn định trong hệ thống điện 5
Các thông số chế độ quan hệ với nhau thông qua các thông số HTĐ, nhiều mối quan hệ này có
dạng phi tuyến. Ví dụ P = U2

/ R .

Đó là dạng phi tuyến thứ hai của HTĐ, dạng phi tuyến này không thể bỏ qua trong các bài
toán điện lực.

Các chế độ của HTĐ được chia thành hai loại:

- Chế độ xác lập (CĐXL) là chế độ các thơng số của nó dao động rất nhỏ xung quanh giá trị
trung bình nào đó, thực tế có thể xem như các thơng số này là hằng số.

Trong thực tế không tồn tại chế độ nào mà trong đó các thơng số của nó bất biến theo thời gian vì
HTĐ bao gồm một số vô cùng lớn các phần tử, các phần tử này luôn luôn biến đổi khiến cho các
thông số của chế độ cũng biến đổi không ngừng.

CĐXL được chia thành:

+ CĐXL lập bình thường là chế độ vận hành bình thường của HTĐ.
+ CĐXL sau sự cố xảy ra sau khi đã loại trừ sự cố.

+ Chế độ sự cố xác lập là chế độ sự cố duy trì sau thời gian quá độ ví dụ như chế độ ngắn
mạch duy trì ...

- Chế độ quá độ là chế độ mà các thông số biến đổi rất nhiều. Chế độ quá độ gồm có

+ Chế độ quá độ bình thường là bước chuyển từ CĐXL bình thường này sang CĐXL bình
thường khác.

+ Chế độ quá độ sự cố xảy ra sau sự cố.

1.3 Yêu cầu đối với các chế độ của hệ thống điện

a. CĐXL bình thường, các yêu cầu là:

- Đảm bảo chất lượng điện năng: điện năng cung cấp cho các phụ tải phải có chất lượng đảm
bảo, tức giá trị của các thông số chất lượng (điện áp và tần số) phải nằm hạn được quy định bởi các
tiêu chuẩn.

- Đảm bảo độ tin cậy: các phụ tải được cung cấp điện (CCĐ) liên tục với chất lượng đảm
bảo. Mức độ liên tục này phải đáp ứng được yêu cầu của các hộ dùng điện và điều kiện của HTĐ.

- Có hiệu quả kinh tế cao: chế độ thoả mãn độ tin cậy và đảm bảo chất lượng điện năng
được thực hiện với chi phí sản xuất điện, truyền tải và phân phối điện năng nhỏ nhất.

- Đảm bảo an toàn điện: phải đảm bảo an toàn cho người vận hành, người dùng điện và
thiết bị phân phối điện.

b. CĐXL sau sự cố, yêu cầu là:

Các yêu cầu mục a được giảm đi nhưng chỉ cho phép kéo dài trong một thời gian ngắn, sau
đó phải có biện pháp hoặc là thay đổi thông số của chế độ hoặc là thay đổi sơ đồ hệ thống để đưa
chế độ này để về CĐXL bình thường.

c. Chế độ quá độ (CĐQĐ), yêu cầu là:

- Chấm dứt một cách nhanh chóng bằng CĐXL bình thường hay CĐXL sau sự cố.

</div>
(4)<div class='page_container' data-page=4>

Tài liệu giảng dạy môn Ổn định trong hệ thống điện 6
- Các yêu cầu của HTĐ được xét đến khi thiết kế và được bảo đảm bằng cách điều chỉnh
thường xuyên trong quá trình vận hành HTĐ.

2. Khái niệm về ổn định động và ổn định tĩnh 
2.1 Cân bằng cơng suất

Điều kiện cần để CĐXL có thể tồn tại là sự cân bằng công suất tác dụng (CSTD) và công suất
phản kháng (CSPK). Công suất do các nguồn sinh ra phải bằng công suất do các phụ tải tiêu thụ
cộng với tổn thất công suất trong các phần tử của HTĐ.

P
P
P

PF  pt   (1.1)
Q

Q
Q

QF  pt  (1.2)
Giữa CSTD và CSPK có mối quan hệ:

2
2
2

Q
P

S   (1.3)

Cho nên các điều kiện cân bằng công suất (1.1) và (1.2) không thể xét một cách độc lập mà
lúc nào cũng phải xét đến mối quan hệ giữa chúng.

Tuy vậy trong thực tế tính tốn và vận hành HTĐ một cách gần đúng có thể xem sự biến
đổi của CSTD và CSPK tuân theo các quy luật riêng biệt ít ảnh hưởng đến nhau. Đó là :

- Sự biến đổi CSTD chỉ có ảnh hưởng đến tần số của HTĐ, ảnh hưởng của nó đến điện áp
khơng đáng kể. Như vậy tần số có thể xem là chỉ tiêu để đánh giá sự cân bằng CSTD.

- Sự biến đổi của CSPK ảnh hưởng chủ yếu đến điện áp của HTĐ. Như vậy có thể xem điện
áp là chỉ tiêu để đánh giá sự cân bằng CSPK.

Trong khi vận hành HTĐ các điều kiện cân bằng công suất (1.1) và (1.2) được đảm bảo một cách
tự. Các thông số của chế độ luôn giữ các giá trị sao cho các điều kiện cân bằng cơng suất được
thoả mãn.

Ví dụ, khi xuất phát từ một vị trí cân bằng nào đó ta tăng CSTD của nguồn lên lập tức tần số 
sẽ tăng lên làm cho công suất tiêu thụ của phụ tải cũng tăng lên theo cho tới khi cân bằng với 
công suất của nguồn. Hay khi đóng thêm một phụ tải CSPK thì lập tức điện áp toàn hệ thống sẽ 
giảm làm cho các phụ tải phản kháng khác sẽ giảm đi cho tới khi đạt lại sự cân bằng CSPK. Tất 
nhiên sự điều chỉnh này chỉ thực hiện được trong phạm vi cho phép.

Các điều kiện cân bằng công suất (1.1) và (1.2) và (1.3) là các cơ sở xuất phát để tính tốn
các chế độ của HTĐ. Từ các điều kiện ấy ta tính được các thơng số của chế độ U, I, P, Q...

Để đảm bảo sự làm việc đúng đắn của phụ tải điện và HTĐ, quy định các giá trị cân bằng
cho CSTD và CSPK như sau:

- Công suất tác dụng là cân bằng khi tần số của hệ thống bằng tần số đồng bộ (50 hay 60 Hz)
hoặc là nằm trong giới hạn cho phép: fcpmin  f  fcpmax

- Công suất phản kháng là cân bằng khi điện áp tại các nút của HTĐ nằm trong giới hạn cho
phép: Ucpmin U Ucpmax.

</div>
(5)<div class='page_container' data-page=5>

Tài liệu giảng dạy môn Ổn định trong hệ thống điện 7
Sự cân bằng CSTD có tính chất tồn hệ thống. Vì ở tất cả các điểm trên hệ thống tần số
ln có giá trị chung. Việc đảm bảo tần số do đó dễ thực hiện, chỉ cần điều chỉnh cơng suất tại
một nhà máy nào đó.

Trái lại, sự cân bằng CSPK mang tính chất cục bộ thừa chỗ này thiếu chỗ khác Việc điều
chỉnh CSPK phức tạp khơng thể thực hiện chung cho tồn bộ hệ thống được.

Trong HTĐ, máy phát điện là phần tử quyết định sự làm việc của toàn hệ thống, vì vậy sự
cân bằng CSTD trên trục roto của các MF đóng vai trị quan trọng quyết định sự tồn tại của
CĐXL. Đây là sự cân bằng Cơ - Điện, nghĩa là sự cân bằng giữa công suất cơ học của tuabin PTB
và công suất điện PMF do MF phát ra:

PTB=PMF (1.4)
Như trên đã nói, sự cân bằng CSTD có tính chất tồn hệ thống cho nên bất cứ sự mất cân
bằng nào xảy ra ở bất cứ đâu cũng đều tức khắc tác động lên MF và gây ra sự mất cân bằng cơ
điện ở đây.

Đối với CSPK sự cân bằng ở các nút phụ tải lớn có ý nghĩa quan trọng hơn cả. Cịn đối với
các phụ tải quay cũng có sự cân bằng cơ điện công suất điện của lưới PPT và công suất cơ PC của
các máy công cụ:

PC = PPT (1.5)

2.2 Định nghĩa ổn định hệ thống điện

Điều kiện cân bằng công suất không đủ cho một CĐXL tồn tại trong thực tế. Vì các chế độ
trong thực tế ln bị các kích động từ bên ngoài. Một chế độ thoả mãn các điều kiện cân bằng
công suất muốn tồn tại được trong thực tế phải chịu đựng được các kích động mà điều kiện cân

bằng công suất không bị phá hủy.

Các kích động đối với chế độ HTĐ được chia làm 2 loại: các kích động nhỏ các kích động
lớn.

- Ổn định tĩnh

Các kích động nhỏ xảy ra liên tục và có biên độ nhỏ, đó là sự biến đổi của thiết bị điều
chỉnh ... Các kích động này tác động lên roto của MF, phá hoại sự cân bằng công suất ban đầu
làm cho CĐXL tương ứng bị dao động. CĐXL muốn duy trì được thì phải chịu được các kích
động nhỏ này, có nghĩa là sự cân bằng cơng suất phải được giữ vững trước các kích động nhỏ,
nói đúng hơn là sự cân bằng công suất phải được khơi phục sau các kích động nhỏ, trong trường
hợp đó ta nói rằng hệ thống có ổn định tĩnh.

Ta có, định nghĩa ổn định tĩnh:

Ổn định tĩnh là khả năng của HTĐ khôi phục lại chế độ ban đầu hoặc rất gần chế độ ban đầu
sau khi bị kích động nhỏ.

Như vậy ổn định tĩnh là điều kiện đủ để một CĐXL tồn tại trong thực tế.
Ổn định động.

</div>
(6)<div class='page_container' data-page=6>

Tài liệu giảng dạy môn Ổn định trong hệ thống điện 8
ngột, CĐXL tương ứng bị dao động rất mạnh. Khả năng HTĐ chịu được các kích động này mà
CĐXL không bị phá hoại gọi là khả năng ổn định động của HTĐ.

Ta có định nghĩa ổn định động:

Ổn định động là khả năng của HTĐ khôi phục lại chế độ làm việc ban đầu hoặc rất gần chế
độ ban đầu sau khi bị kích động lớn.

Như vậy ổn định động là điều kiện để cho chế độ của HTĐ tồn tại lâu dài.
b.Ổn định tổng quát.

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



0 2 f 2.3,14.50 314rad/s



0   

  

 chế độ vẫn là chế độ đồng bộ.

Nếu hệ thống mất ổn định thì sự cân bằng bị phá huỷ, tốc độ góc của rotor bị lệch khỏi giá trị
định mức với giá trị lớn, trong hệ thống xuất hiện hệ số trượt s.

S=
0






(1.6)
Trong đó: + Tốc độ tức thời của các MF

+0 Là tốc độ đồng bộ

Khi đó HTĐ rơi vào chế độ khơng đồng bộ, cơng suất và các thông số khác của chế độ dao
động rất mạnh với biên độ lớn. Chế độ không đồng bộ kéo dài sẽ dẫn đến:

- Hệ thống bị tan rã hoàn toàn, các MF bị cắt khỏi lưới và ngừng làm việc.

- Chế độ đồng bộ lại được khơi phục, khi đó hệ thống có khả năng ổn định tổng quát.

Ta có, định nghĩa ổn định tổng quát: Ổn định tổng quát là khả năng của HTĐ lập lại chế độ
đồng bộ sau khi đã rơi vào chế độ không đồng bộ do mất ổn định tĩnh hoặc mất ổn định động.
d. Ổn định điện áp.

Ở các nút phụ tải, các kích động nhỏ làm cho điện áp biến đổi. Sự biến đổi điện này có thể
làm cho cân bằng CSTD và CSPK bị phá hoại dẫn đến mất ổn định phụ tải, các động cơ không
đồng bộ ngừng làm việc. Khả năng của HTĐ chịu được các kích động này mà chế độ làm việc
không bị phá hoại gọi là ổn định phụ tải hay là ổn định điện áp.

Ta có, định nghĩa ổn định điện áp (ổn định phụ tải):

Ổn định phụ tải là khả năng của HTD khôi phục lại điện áp ban đầu hay rất gần ban đầu khi bị
các kích động nhỏ ở nút phụ tải.

2.3 Các dạng mất ổn định

Có 2 dạng mất ổn định:
- Mất ổn định tiệm cận

</div>
(7)<div class='page_container' data-page=7>

Tài liệu giảng dạy môn Ổn định trong hệ thống điện 9
+ Tự kích thích.

a. Mất ổn định tiệm cận.

Khi công suất phát của nhà máy điện lên hệ thống qua đường dây dài vượt quá giới hạn ổn
định tĩnh thực hiện bằng Pgh hay góc gh (góc giữa vector sức điện động của máy phát với điện
áp trên thanh góp của hệ thống điện) thì hệ thống điện mất ổn định tĩnh và góc tăng lên. Hệ
thống điện rơi vào chế độ không đồng bộ, các thơng số chế độ biến đổi mạnh vượt ra ngồi phạm
vi cho phép, các MF bị cắt khỏi lưới vận hành làm cho hệ thống điện tan rã.

Để đối phó với dạng mất ổn định này phải thiết kế hệ thống có Pgh cao hơn cơng suất cần phát
của nhà máy điện.

b. Mất ổn định dao động, có 2 dạng:

- Tự dao động tăng dần: Ngun nhân chính có thể xảy ra là khơng chỉnh định đúng hệ thống
tự động điều chỉnh kích từ (TĐK), góc  vừa dao động vừa tăng lên. Để hạn chế tự dao động
tăng dần phải điều chỉnh đúng TĐK loại tỷ lệ. Khi đường dây dài tải cơng suất lớn thì nên dùng
TĐK loại mạnh có khả năng hạn chế nguy cơ dao động tăng dần so với loại TĐK tỷ lệ.

- Tự kích là hiện tượng dịng điện kích từ và dịng điện máy phát tự tăng lên kéo theo sự biến
đổi của điện áp máy phát. Tự kích hay xảy ra trong trường hợp máy phát làm việc với đường dây
dài không tải. Điện dung của đường dây (do điện dung lớn hơn điện kháng nên đường dây thể
hiện với máy phát như một tụ điện) tạo với điện kháng, điện trở máy phát mạch dao động R, L, C
có tần số riêng . Trong những điều kiện nhất định, năng lượng của roto truyền sang làm cho
mạch này dao động, nếu tần số riêng  gần bằng tần số của máy phát sẽ gây ra cộng hưởng và

làm cho dòng điện và điện áp máy phát tăng lên. Để tránh hiện tượng này khi thiết kế đường dây
dài phải chú ý khi chọn và hiệu chỉnh thơng số đường dây.

Nói chung thì sau khi thiết kế và chỉnh định đúng hệ thống với đường dây dài, thì các hiện
tượng dao động tăng dần và tự kích có thể xem như được loại trừ. Trong vận hành chỉ còn phải
đối phó với mất ổn định tiệm cận khi mà công suất phát biến đổi mạnh.

Mục tiêu khảo sát ổn định

Như đã trình bài ở trên, một CĐXL muốn tồn tại được trong thực tế tức là có thể thực hiện
được nó trong vận hành cần phải có 2 điều kiện:

- Có sự cân bằng cơng suất theo (1.1) và (1.2).

- Chế độ có ổn định, trước hết là ổn định tĩnh và ổn định phụ tải vì các kích động nhỏ xảy ra
thường xuyên.

Việc đảm bảo ổn định động và ổn định tổng quát đảm bảo cho các chế độ làm việc lâu dài.
Trong thiết kế và vận hành hệ thống điện, các chế độ thỏa mãn về yêu cầu chất lượng điện
năng, độ tin cậy, kinh tế, ổn định tĩnh phải được đảm bảo vô điều kiện, còn ổn định động và ổn
định tổng quát được đảm bảo trong những điều kiện nhất định.

</div>
(8)<div class='page_container' data-page=8>

Tài liệu giảng dạy môn Ổn định trong hệ thống điện 10
Xét khả năng ổn định của các chế độ vận hành có thể xảy ra đối với hệ thống điện được thiết
kế quy hoạch cũng như vận hành. Nếu khả năng đó khơng đủ u cầu thì phải thực hiện các biện
pháp tăng cường nó sao cho hệ thống khơng bị mất ổn định khi rơi vào chế độ đó.

Khả năng ổn định của chế độ được biểu diễn bằng độ dự trữ ổn định, dây là đại lượng phản
ánh sự so sánh giữa chế độ được xét ổn định và chế độ giới hạn ổn định, tức là chế độ nào đó thì
trước hết phải tính được chế độ giới hạn của hệ thống điện. chế độ giới hạn được đặc trưng bởi

các thông số giới hạn Pgh, Qgh, Ugh, gh,…

Độ dự trữ ổn định của hệ thống điện là độ dự trữ của chế độ có độ dự trữ bé nhất trong tất cả
các chế độ có thể xảy ra của hệ thống điện.

Phương pháp khảo sát ổn định

Khi xảy ra một kích động nào đó thì kích động này tác động lên rotor của MF và gây ra ở đó
sự mất cân bằng công suất. Sự mất cân bằng này tạo ra quá trình quá độ Cơ - Điện trong MF. Nếu
q trình này tắt dần thì có nghĩa là sự cân bằng công suất được khôi phục và chế độ ổn định, và
trường hợp cịn lại q trình khơng tắt dần và sự không cân bằng công suất ngày càng tăng, chế
độ không ổn định, tức là hệ thống mất ổn định.

Việc khảo sát ổn định chính là khảo sát quá trình quá độ Cơ - Điện xảy ra trong MF khi có
các kích động trong hệ thống điện.

Quá trình quá độ cơ điện được diễn ra bằng phương trình chuyển động tương đối của rotor
của MF, cho nên xét ổn định cũng chính là xét phương trình chuyển động của MF trong hệ thống
khi xảy ra các kích động.

Giả sử một MF đang là việc với CĐXL với các thơng số P0,Q0, U0,0,…thì khi xảy ra một
kích động, kích động này gây ra sự mất cân bằng công suất P trên trục rotor.

P

 = PT0 – P = P0 – P (1.7)
Trong đó:

- PT0 là cơng suất ban đầu của tuabin.

- PT0 – P = P là suất điện của máy phát sau khi xảy ra kích động.

Công suất P được gọi là công suất thừa, nó tác động lên rotor và gây ra cho nó một gia tốc:

j
T

P
dt

d  

 22



(1.8)
Trong đó:

- Tj là hằng số quán tính

</div>
(9)<div class='page_container' data-page=9>

Tài liệu giảng dạy mơn Ổn định trong hệ thống điện 11

Hình 1.1: Góc quay tương ứng của roto máy phát điện

Ta phải nhớ rằng trước khi bị kích động roto đang quay với vận tốc đồng bộ 0, công suất
thừa P=0. Theo (hình 1.1), như vậy rotor quay cùng tốc độ với trục tính tốn cho nên góc  là
hằng số, do đó gia tốc  khi chưa có kích động là bằng khơng.

Sau khi bị kích động, do suất hiện công suất thừa P nên tốc độ của góc rotor sẽ khác với
tốc độ đồng bộ 0 cho nên sẽ xuất hiện tốc độ quay tương đối của rotor với trục chính tính tốn
quay đồng bộ.

dt
d



   

 0 (1.9)
Lúc này tất nhiên sẽ khác 0.

Bây giờ thay (1.7) vào (1.8) ta sẽ được phương trình chuyển động tương đối của rotor của
máy phát:

P
P
dt

d

Tj 2  
2

(1.10)
Vậy dẫn xuất chính xác phương trình này sẽ được trình bày ở phần sau.

Trong (1.10) kích động đối với hệ thống được thể hiện trong công suất thừa P. Đây là

phương trình vi phân phi tuyến.

</div>
(10)<div class='page_container' data-page=10>

Tài liệu giảng dạy môn Ổn định trong hệ thống điện 12

Hình 1.2: Đặc tính góc quay của rotor

Ngược lại nếu hệ thống mất ổn định thì góc  (t) sẽ tăng vơ hạn (hình 1.2, đường b) và các
thông số khác cũng biến đổi không ngừng, hệ thống rơi vào chế độ không đồng bộ.

Như vậy góc  , đúng hơn là sự biến thiên của  theo thời gian biểu hiện trực tiếp của sự
ổn định hay không ổn định của hệ thống điện.

Rõ ràng là để giải quyết được phương trình (1.10) ta cần phải tìm được quan hệ giữa cơng suất
điện P theo góc quay tương đối của MF:

P = f ( ) (1.11)
Quan hệ (1.11) được gọi là đường đặc tính cơng suất cửa MF hoặc là của HTĐ.

Trong trường hợp hệ thống có nhiều máy phát thì góc quay sẽ nhiều và đường đặc tính cơng suất,
các phương trình chuyển động sẽ có dạng phức tạp hơn.

Ngồi phương trình chuyển động của các máy phát còn phải kể đến các phương trình vi
phân khác có liên quan đến q trình q độ Cơ - Điện, các phương trình nào tạo nên hệ phương
trình vi phân phức tạp mơ tả q trình q độ Cơ - Điện xảy ra trong HTĐ khi bị kích động.

Việc giải quyết phương trình này đẻ xét ổn định của HTĐ được chia làm hai trường hợp ổn
định tĩnh và ổn định động.

a.Phương pháp khảo sát ổn định tĩnh.

Với các kích động nhỏ thì sự thay đổi P cũng rất nhỏ nên (1.10) có thể tuyến tính hóa thành
phương trình vi phân tuyến tính, phương trình này có thể khảo sát một cách dễ dàng.

Phương trình tuyến tính hóa này được gọi là phương trình dao động bé vì các phương trình
vi phân được tuyến tính trên cơ sở các dao động về cơng suất và góc quay do các kích động bé
gây ra rất nhỏ.

Từ phương pháp dao động bé các tiêu chuẩn toán học và các tiêu chuẩn thực dụng được áp
dụng và xây dựng để xét ổn định tĩnh của hệ thống.

b. Phương pháp khảo sát ổn định động.

Trong trường hợp này ác kích động rất lớn cho nên khơng thể tuyến tính hóa hệ phương trình
vi phân được mà phải để nguyên nó dưới dạng phi tuyến và sử dụng các phương pháp diện tích
và phân đoạn liên tiếp để xét ổn định.

</div>
(11)<div class='page_container' data-page=11>

Tài liệu giảng dạy môn Ổn định trong hệ thống điện 13
- Xây dụng hệ phương trình vi phân chuyển động (1.10) rồi tùy theo bài toán ổn định tĩnh
hay động mà sử dụng các phương pháp riêng để xét.

- Sau khi khảo sát rút ra các chế độ giới hạn, đem các chế độ vận hành so sánh với nó để kết
luận khả năng ổn định, tính toán các biện pháp đảm bảo và tăng cường khả năng ổn định, tính
tốn chỉnh định thông số của các thiết bị điều chỉnh,…

Đối với ổn định tổng hợp phương pháp khảo sát sẽ được nói đến sau này.

- Hệ đơn vị tương đối

Để thuận lợi cho việc tính tốn, tất cả các thống số của hệ thống cũng như chế độ được quy
đổi về đơn vị tương đối nghĩa là chúng đượng biểu diễn dưới dạng tỷ số giữa giá trị tuyệt đối của

chúng với các giá trị chọn làm cơ sở. Nên nhớ rằng trong hệ đơn vị tương đối các đại lượng cơ
sở: dòng điện , công suất , điện áp , và tổng trở , giữa chúng có mối liên hệ:

cs
cs
cs
cs
cs
cs
S
U
Z
I
U
S
2
;
3 


(1.12)
Ta chỉ có thể chọn tùy ý 2 đại lượng cơ sở, các đại lượng cơ cịn lại tính theo (1.12).

Các thông số của chế độ và HTĐ được quy đổi về hệ đơn vị tương đối được tính như sau:

cs
t
q

S

S
S  ,

cs
t
q

U
U
U  ,

cs
t
q

I
I
I  ,

cs
t
q

Z
Z

Z  (1.13)
Các đại lượng có chỉ số q là ở trong hệ đơn vị tương đối, các đại lượng chỉ có số t là ở trong hệ
đơn vị có tên là giá trị thực.

Nếu HTĐ có nhiều cấp điện áp thì ngồi việc tính quy đổi về hệ đơn vị tương đối cịn phải
tính chuyển vị các thơng số về cùng một cấp điện áp được chọn làm cơ sở tính tốn:



n



cs
t

cs k k k

S
U

U  1. 2...








n
cs
t
cs
k
k

k
I
I
I
...
.
1
2
1
(1.14)
Ký hiệu c chỉ rằng đại lượng đã được tính chuyển vị, là hệ số biến áp của các MBA
nằm giữ mạch có giá trị cần chuyển vị và mạch có giá trị điện áp được chọn làm cơ sở.

K =

Đối với cơng suất thì khơng phải nhân với hệ số biến áp.

Từ đây về sau nếu khơng cần phải phân biệt giữa các đại lượng có tên tương đối và chuyển vị
thì khơng cần thiết về các ký hiệu q và c nữa.

Trong tính toán ổn định hệ đơn vị tương đối được mở rộng cho thời gian và tóc độ góc:

- Đối với thời gian: giá trị cơ sở được chọn bằng thời sao cho rotor quay với tốc độ đồng
bộ quay được 1 góc bằng 1 (rad). Từ đó.

</div>
(12)<div class='page_container' data-page=12>

Tài liệu giảng dạy môn Ổn định trong hệ thống điện 14

và = ; khi , thì (rad) (1.16)

trong hệ đơn vị tương đối thời gian còn được gọi là radian.

- Đối với tốc độ góc : giá trị cơ sở được chọn là tốc độ đồng bộ do đó:

314
2
0
0
0





   
f
t
cs
t
(1.17)
Khi = thì = 1

3. Cân bằng năng lượng cơ điện trong máy phát đồng bộ

Trong tính tốn ổn định tĩnh và động , coi = và khi bỏ qua quá trình q độ điện từ có
phương trình chuyển động cơ học tương đối của máy phát đồng bộ trong hệ đơn vị có tên như sau
:

M
dt

d

j 2h 
2



(1.18)
Trong đó : M= là moment thừa trên trục rotor, xuất hiện khi máy phát bị kích
thích động và sự cân bằng bị phá hoại, [kg.m]; = moment tuabin; = moment điện.

là góc quay tương đối hình học [rad] (góc quay thực của rotor). Góc này được xác định bởi vị
trí tức thời của trục rotor với một trục quay với tóc độ đồng bộ gọi là trục tính tốn (hình 1.1). vì
vậy mà phương trình (1.18) được gọi là phương trình chuyển động tương đối.

- h

h
dt
d  



2
2

là gia tốc tương đối của rotor, là moment quán tính [kg. ].
Nhân vào hai vế (1.18) với ta sẽ được 2 02

2
2
0
0

2   





 
M
dt
d

j h

Hay là: 2 20
2


 M
dt
d
T h
j


(1.19)
Trong đó:

- là tóc độ góc cơ học đồng bộ có cấu tạo tùy theo cấu tạo của máy phát.
- 2

2
dt
d
T h
j


là hai phần động năng của roto được gọi là hằng số qn tính của rotor, có thứ
nguyên là [N.m], [J], [kg / ] hay [Ws](1Nm=1J=1Ws= kg / ).

Phương trình (1.19) khơng tiện cho việc khảo sát ổn định vì trong đó có cả hai đại lượng cơ
và điện để tính tốn ổn định tốt hơn là đưa (1.19) về phương trình với các đại lượng điện, góc
điện và tóc độ điện để làm như vậy phải sử dụng các biểu thức sau đây:

0
0
0 ;
;








 M P

mp p

h 




 (1.20)
là số đôi cực của rotor.

</div>
(13)<div class='page_container' data-page=13>

Tài liệu giảng dạy môn Ổn định trong hệ thống điện 15
2

dt
d

T h

j


= [kWs,rad,s,kW,rad/s] (1.21a)

Trong tính tốn thực tế có thể áp dụng nhiều dạng khác nhau của phương trình chuyển động

tương đối như sau:

Nếu muốn tính góc bằng độ thì thay vào (1.21a) [rad] = [độ] = 2 /360:
2

dt
d

T h

j


= ) =[kWs,độ,s,kW,rad/s] (1.21b)

Nếu muốn tính trong hệ đơn vị tương đối thì thay [kW]= ĐVTĐ]. ,[kVA], [kWs] 
= [s] [kVA] vào (1.21b):







0 0



2
2

/
360
2

360 P f

P
dt

d

Tj   

  

[s, độ, ĐVTĐ, rad/s] (1.21c)

= , cho = 50 Hz thì = 2
2

dt
d

Tj  = 1800 [s, độ, s, ĐVTĐ] (1.21d)
Các phương trình (1.21) dùng để tính ổn định động của hệ thống điện, nếu tính bằng tay thì dùng
cơng thức (1.21d).

 Câu hỏi (bài tập) củng cố:

1. Ổn định trong hệ thống điện là gì?

2. Các dạng mất ổn định trong hệ thống điện là gì?
3. Hãy trình bày các phương pháp khảo sát ổn định?

</div>
(14)<div class='page_container' data-page=14>

Tài liệu giảng dạy môn Ổn định trong hệ thống điện 16

BÀI 2

KHẢO SÁT MƠ HÌNH TỐN Ở CHẾ ĐỘ ỔN ĐỊNH

1. Mơ hình máy phát điện

Đường đặc tính cơng suất là quan hệ giữa CSTD P và CSPK Q với góc quay tương đối của
roto của các MPĐ δi : i = 1…..m

P = f1(δ1, δ2, δm); Q = f2(δ1, δ2, ..., δm) (1.22)
Các đường đặc tính cơng suất rất cần thiết để giải hệ phương trình vi phân chuyển động của
HTĐ khi xét ổn định.

Đặc tính cơng suất của HTĐ đơn giản khơng kể đến R, C, G của lưới điện

Hệ thống điện đơn giản là HTĐ gồm có MPĐ nối qua đường dây tải điện đến thanh cái nhận
điện có điện áp U = hs và có tốc độ góc 0 = hs (hình 2.1)

Hình 1.3: Sơ đồ thay thế của hệ thống điện

Sơ đồ thay thế của HTĐ cịn tồn bộ điện kháng (hình 1.3). Trong sơ đồ thay thế ngoài sức điện
động Eq là sức điện động do từ thơng của kích từ sinh ra trong rotor cịn có E' là sức
điện động giả tưởng đặt sau điện kháng quá độ '

d
X .

Vì có hai loại máy phát đồng bộ, máy cực ẩn và máy cực lồi cho nên các đường đặt tính
cơng suất cũng phải xét riêng:

1.1 Máy phát cực ẩn

Đặt trưng của máy đồng bộ cực ẩn là điện kháng dọc trục và ngang trục bằng nhau Xd = Xq. Đối
với loại máy này có thể vẽ sơ đồ vector điện áp pha như (hình 1.4).

Công suất P từ máy phát truyền vào hệ thống được tính theo biểu thức sau:

 Mục tiêu học tập: Sau khi học xong bài này, người học có thể:
- Trình bày được các đặc tính của hệ thống điện. 
- Thiết lập mơ hình hệ thống điện.

</div>
(15)<div class='page_container' data-page=15>

Tài liệu giảng dạy môn Ổn định trong hệ thống điện 17
P 3UIcos (1.23)

Đồng thời theo đồ thị vector ta có :



















cos
.
sin
3
sin
3
sin
3
'
'
'
I
I
U
X
I
E
X
I
E
X
I
a

h
F
ht
a
q
d
a
q
d
a
(1.24)

Trong đó: Eq,Eq' , UF là điện áp dây

Thay lần lượt Icosφ theo (1.24) vào (1.23) ta sẽ được các quan hệ giữa cơng suất P theo các góc
δ, δ’, δh các suất điện động các suất điện động Eq, E’, UF và các điện kháng tương ứng:


sin


d
q
EQ
X
U
E

P (1.25)

'
'
'
sin
' 


d
E
X
U
E

P (1.26)

h
ht
F
UF
X
U
E

P  sin (1.27)
Cần phải chứng minh rằng các quan hệ (1.25), (1.26), (1.27) chính là các đường đặc tính
cơng suất, điều đó có nghĩa là cần chứng minh các góc δ, δ’, δh là góc quay tương đối của rotor.
Trước hết hãy xét biểu thức (1.25) trong đó Eq là sức điện động chỉ phụ thuộc vào dòng điện kích
thích chạy trong cuộn dây rotor, cho nên Eq là một vector sức điện động gắn liền với rotor (hình
1.5).

</div>
(16)<div class='page_container' data-page=16>

Tài liệu giảng dạy Mơn Ổn định trong hệ thống điện 112

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 TÀI LIỆU THAM KHẢO ĐỂ BIÊN SOẠN NỘI DUNG MÔN HỌC:

[1]. Trần Bách, “Ổn định của hệ thống điện”, Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội, 2001.

[2]. Lã Văn Út, “Phân tích và điều khiển ổn định hệ thống điện”, NXB Khoa học Kỹ thuật, 
2000.

[3]. Nguyễn Hoàng Việt, Phan Thị Thanh Bình “Ngắn mạch và ổn định trong hệ thống 
điện”, NXB Đại học Quốc gia HCM, 2003.

[4]. Prahabra Kundur, “Power system Stability and control”, McGraw Hill, 1994. 
[5]. Trần Bách , “Lưới điện và hệ thống điện tập 3”, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2008. 
[6]. Carson W. Taylor, “Power system Voltage stability”, McGraw Hill, 1994.

 TÀI LIỆU THAM KHẢO ĐỀ NGHỊ CHO HỌC VIÊN:

[8]. Hồ Văn Hiến, “Hệ thống điện truyền tải và phân phối”, NXB Đại học Quốc gia HCM, 
2005.

</div>