Giáo trình Ổn định hệ thống điện - Chương 2: Mô hình hệ thống điện trong khảo sát ổn định (Phần 2)

1 
3. MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ CẢM ỨNG 
3.1. Các phương trình của động cơ cảm ứng 
• Dòng điện AC chạy trong cuộn dây stator và rotor 
• Dòng điện AC chạy trong cuộn dây stator sinh ra từ trường quay có tốc độ đồng 
bộ, ns : 
 (1) 
fs là tần số của dòng điện stator; pf là số cực 
• Khi có chuyển động tương đối giữa từ trường quay stator và rotor, điện áp cảm 
ứng trong cuộn dây rotor có tần số fr = sfs, phụ thuộc vào độ trượt s: 
 (2) 
• Mạch điện tương đương của ĐC cảm ứng 
Hình 1: Mạch stator và rotor của ĐC cảm ứng 
2 
 (3) 
 (4) 
• Phương trình điện áp stator 
 (5) 
• Phương trình điện áp rotor 
 (6) 
• Từ thông móc vòng cuộn dây stator pha “a” 
 (7) 
Laa: Điện cảm tự thân của cuộn dây stator 
Lab: Điện cảm tương hổ giữa các cuộn dây stator 
LaA: Giá trị cực đại của điện cảm tương hổ giữa các cuộn dây stator và rotor 
• Từ thông móc vòng cuộn dây rotor pha “A” 
 (8) 
LAA: Điện cảm tự thân của cuộn dây rotor 
LAB: Điện cảm tương hổ giữa các cuộn dây rotor 
LaA: Giá trị cực đại của điện cảm tương hổ giữa các cuộn dây stator và rotor 
3 
• Do không có dây trung tính nên 
 (9) 
Đặt: 
 (10) 
Biểu thức từ thông móc vòng trở thành: 
 (11) 
• Biến đổi d-q 
 Các phương trình trên có thể được đơn giản bằng các biến đổi các biến pha 
thành các thành phần dọc theo các trục quay với tốc độ đồng bộ d-q, với trục q 
vượt trước trục d 90o theo chiều quay của rotor. Nếu trục d được chọn sao cho tại 
thời điểm t = 0 trục d trùng với trục của pha a, thì tại thời điểm bất kỳ góc hợp bởi 
trục d và trục pha a là ωst. 
 Dòng điện stator dọc trục và ngang trục: 
 (12) 
4 
Biến đổi ngược: 
 (13) 
Phép biến đổi từ đại lượng pha sang đại lượng dq cũng được áp dụng cho từ thông 
móc vòng và điện áp stator 
Gọi θr là góc trục d vượt trước trục pha A của rotor, trục d vượt trước rotor với tốc 
độ: 
 (14) 
Phép biến đổi đại lượng pha thành đại lượng dq và ngược lại: 
 (15) 
 (16) 
• Các phương trình cơ bản trong hệ quy chiếu dq: 
Từ (4) và (14), ta có: 
 (17) 
Từ thông móc vòng stator: 
5 
 (18) 
Từ thông móc vòng rotor: 
 (19) 
 Với Lm = (3/2)LaA. 
Điện áp stator: 
 (20) 
Điện áp rotor: 
 (21) 
Với 
 (22) 
Công suất tức thời đầu vào stator: 
 (23) 
 (24) 
Công suất tức thời đầu vào rotor: 
 (25) 
6 
Mô men: 
 (26) 
• Phương trình chuyển động: 
 (27) 
Trong đó Tm là mô men tải: 
 (28) 
Hoặc 
 (29) 
3.2. Các đặc tính ở chế độ xác lập 
• Ở chế độ xác lập cân bằng, dòng điện stator: 
 (30) 
Với α là góc pha của ia. 
 (31) 
Dòng điện stator có thể được viết lại: 
 (32) 
Hoặc 
7 
 (33) 
Với Is là giá trị hiệu dụng của dòng điện stator trong hệ đvtđ. 
• Tương tự, điện áp stator và dòng điện rotor: 
 (34) 
• Ở chế độ xác lập thành phần pψ trong phương trình (20) và (21) bằng 0, nên 
 (35) 
 (36) 
Trong đó 
được gọi là điện kháng rò stator, và 
được gọi là điện kháng từ hóa. 
• Với mạch rotor ngắn mạch, vdr = vqr = 0: 
8 
 (37) 
 (38) 
với 
được gọi là điện kháng rò rotor. 
• Mạch tương đương 
Công suất truyền thông qua khe hở không khí 
 (39) 
Công suất tổn thất trên điện trở rotor 
 (40) 
Công suất truyền đến trục rotor 
9 
 (41) 
Mạch thay thế: 
Mô men: 
 (42) 
 (43) 
• Đặc tính mô men – độ trượt 
Mô hình thay thế: 
10 
 (44) 
 (45) 
11 
3.3. Biểu diễn các đại lượng trong hệ đơn vị tương đối 
• Đại lượng cơ bản cho mạch stator 
Giá trị cơ bản của các đại lượng khác: 
• Phương trình điện áp stator trong hệ đvtđ 
 (46) 
Tương tự: 
 (47) 
Với 
 (48) 
• Phương trình điện áp rotor trong hệ đvtđ 
12 
 (49) 
• Từ thông móc vòng 
 (50) 
• Mô men 
 (51) 
 (52) 
• Phương trình chuyển động 
 (53) 
 (54) 
 (55) 
13 
Với 
 (56) 
3.4. Biểu diễn động cơ điện trong nghiên cứu ổn định 
• Trong nghiên cứu ổn định, các thành phần pψds và pψqs trong phương trình điện 
áp stator được bỏ qua 
• Phương trình điện áp stator 
 (57) 
• Phương trình điện áp rotor 
 (58) 
• Từ thông móc vòng 
 (59) 
Với 
14 
• Khử dòng điện rotor: 
 (60) 
 (70) 
 (71) 
Thay vào phương trình điện áp: 
 (72) 
 (73) 
Với 
 (74) 
Và 
 (75) 
X’s được gọi là điện kháng quá độ của động cơ cảm ứng. 
• Phương trình điện áp stator 
15 
 (76) 
• Mạch điện tương đương: 
VS là điện áp đầu cực stator 
V’ là điện áp phía sau điện kháng quá độ 
• Phương trình mô tả quá trình quá độ mạch rotor (điện áp sau điện kháng quá độ) 
 (77) 
Với 
 (78) 
T’0 gọi là hằng số thời gian hở mạch quá độ (đo bằng rad) của động cơ cảm ứng. 
16 
4. MÔ HÌNH ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI 
• Mạch tương đương 
 (79) 
 (80) 
Với 
 (81) 
• Nếu γl << 1, Ze và Ye có thể xấp xỉ như sau: 
 (82) 
17 
 (83) 
Mạch tương đương trong trường hợp này được gọi là mạch tương đương hình π 
định mức. 
• Mô hình đường dây với chiều dài đường dây khác nhau: 
Đường dây ngắn: 80 km, bỏ qua nhánh song song 
Đường dây trung bình: từ 80 km đến khoảng 200 km, dùng mô hình π định mức. 
Đường dây dài: Dài hơn khoảng 200 km, dung mô hình hình π tương đương 
5. MÔ HÌNH MÁY BIẾN ÁP 
• Mạch thay thế hình π: 
Trong mô hình trên, Yb là tổng dẫn của máy biến áp; t là nấc phân áp; S và R là nút 
đầu gửi và nút đầu nhận của máy biến áp. 
6. MÔ HÌNH HỆ THỐNG KÍCH THÍCH 
6.1. Sơ đồ hệ thống kích thích IEEE loại I 
• Có nhiều hệ thống được sử dụng, tuy nhiên trong nghiên cứu ổn định hệ thống 
kích thích IEEE loại I được sử dụng phố biến. 
• Sơ đồ khối của hệ thống kích thích IEEE loại I như sau: 
t
Yb
+1
 bYt
t
2)1( +
−
bYt
t
+1
S R 
18 
• Các phương trình mô tả hệ thống kích thích: 
( ( ))fdE E E fd fd R
dE
T K S E E V
dt
= − + + (6.1) 
f F
F F fd
F
dR KT R E
dt T
= − + (6.2) 
( | | )R A FA R A f fd A ref t PSS
F
dV K KT V K R E K V V V
dt T
= − + − + − + (6.3) 
min maxR R RV V V≤ ≤ (6.4) 
7. HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ VÀ TUA BIN 
7.1. Sơ đồ khối 
19 
7.2. Phương trình mô tả 
M
CH M SV
dTT T P
dt
= − + (7.1) 
1 ( 1)SVSV SV C
D s
dPT P P
dt R
ω
ω
= − + − − (7.2) 
max
0 SV SVP P≤ ≤ (7.3) 
8. Bộ ổn định hệ thống điện (PSS) 
8.1. Sơ đồ 
8.2. Hệ phương trình mô tả