Hệ thống điện - Chương 1: Mô hình các phần tử trong hệ thống điện

y phát. Một trong các biến 
trạng thái của ex đó chính làđiện áp fdE 
Đối với động cơ sơ cấp (tuabin và bộ điều tốc) thì thông số đầu vào là tốc độ của độ máy phát, 
giá trị tham chiếu của nó và công suất đầu vào. Thông số đầu ra là công suất cơ. Bộ điều khiển hệ thống 
sơ cấp được biểu diễn bằng phương trình vi phânnhư sau: 
0ref
g g g g r g g mP    x A x C B D (1.8) 
Với: 
gx : Vectơ trạng thái của bộ điều khiển sơ cấp 
ref : Vận tốc góc tham chiếu 
0
mP : Công suất cơ đầu vào 
Báo cáo tổng kết đề tài T-ĐĐT-2014-18 Chủ nhiệm đề tài: ThS.Đặng Tuấn Khanh 
4 
gA , gB , gC , gD : Các ma trận hằng số phụ thuộc vào độ lợi và hằng số thời gian của bộ 
điều khiển. 
Phương trình (1.8) cho thấy sự tương tác giữa bộ điều khiển sơ cấp và máy điện đồng bộ. Một 
trong các biến trạng thái của gx là công suất cơ mP 
1.3.Mô hình bộPSS 
PSS là bộ ổn định rất phổ biến dùng để giảm các dao động. Cho nên,PSS đượcsử dụng để nâng 
cao ổn định hệ thống điện. Tốc độ máy phát, tần số và công suất được dùng làm các tín hiệu đầu vào của 
PSS.Sơ đồ khối của bộ điều khiển PSS [4]: 
Hình 1.1 Sơ đồ khối của PSS 
Sơ đồ khối của bộ điều khiển PSS gồm có khối độ lợi, các khối sớm/trễ, washout và khối giới 
hạn.Khối Washout trong cấu trúc PSS phải đảm bảo là PSS chỉ phản ứng khi có các nhiễu loạn và không 
tác động ở điều kiện xác lập. Ở đây, Tín hiệu vận tốc góc Roto được dùng làm tín hiệu đầu vào của bộ 
PSS. Tín hiệu đầu ra của bộ PSS được chuyển thành tín hiệu điện áp PSSV . 
Phương trình vi phân biểu diễn bộ PSS(chứng minh chi tiết xem phụ lục A.2): 
p p p p r x A x C  (1.9) 
Với: 
 1 2
T
p P P PSSX X Vx : Vectơ trạng thái của bộ điều khiển PSS 
pA , pC : Các ma trận hằng số phụ thuộc vào độ lợi và hằng số thời gian của bộ PSS, được 
tính toán theo (A.32) 
1.4.Các thiết bị FACTS 
1.4.1. Mô hìnhSVC 
SVC là một thiết bị FACTS có chức năng điều khiển điện áp hay công suất phản kháng. 
Ngoài ra, SVC còn chức năng phụ là cóthể điều chỉnh được dòng công suất tác dụng trên đường dây 
truyền tải điện. Với khả năng này, SVC được dùng để cải thiện ổn định hệ thống điện. Sơ đồ khối của bộ 
điều khiển SVC [5,6]: 
 Hình 1.2 Sơ đồ khối của SVC 
Báo cáo tổng kết đề tài T-ĐĐT-2014-18 Chủ nhiệm đề tài: ThS.Đặng Tuấn Khanh 
5 
Các tín hiệu đầu vào đó là điện áp đầu cực của SVC TV , điện áp tham chiếu 
ref
TV , và tín hiệu 
bổ sung SDCX từ bộ điều khiển riêng biệt cũng được dùng đến và truyền đến bộ điều khiển chính như 
trên hình 1.2.Tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển SVC là điện nạp cB 
Phương trình trạng thái của bộ điều khiển SVC (chứng minh chi tiết xem phụ lục A.3): 
ref
s s s s T s SDC s TV X V   x A x C B D (1.10) 
Với: 
 1
T
s s sX Bx : Vectơ trạng thái của bộ điều khiển SVC 
sA , sB , sC , sD :Các ma trận phụ thuộc vào độ lợi và hằng số thời gian của bộ điều 
khiển, được tính theo (A.40) 
1.4.2. Mô hình TCSC 
TCSC là thiết bị FACTS có chức năng thay đổi tổng trở đường dây truyền tải điện một cách 
liên tục, nhanh chóngvàcòn có khả năng điều khiển được dòng công suất trên đường dây tải điện. Với 
khả năngđiều khiển trên, TCSC được ứng dụng để cải thiện ổn định hệ thống điện[7,8,9]. Sơ đồ khối của 
bộ điều khiển TCSC được biểu diễn như sau: [8,10,11,12] 
Hình 1.3 Sơ đồ khối của TCSC 
Tín hiệu đầu racủa bộ TCSC ra là điện kháng tX . Sơ đồ khối của TCSC có chứa khối điều 
khiển chính PI và khối góc kích trễ. 
Phương trình trạng thái của bộ điều khiển TCSC(chứng minh chi tiết xem phụ lục A.4): 
ref
t t t t SDC t T t T tX P P P    x A x B C D E (1.11) 
Với: 
 Tt PF tX Xx : Vectơ trạng thái của bộ điều khiển TCSC 
tA , tB , tC , tD , tE : Các ma trận phụ thuộc vào độ lợi và hằng số thời gian của bộ điều 
khiển TCSC, được tính theo(A.47) 
Điện kháng tX của TCSC có giá trị giới hạn như hình 1.3. Điện kháng động này phụ thuộc 
phi tuyến với dòng điện trên đường dây truyền tải điện khi bộ TCSC có chức năng bù [8]. 
1.4.3. Mô hình bộ STATCOM 
STATCOM là một thiết bị FACTS có chức năng điều khiển điện áp hay công suất phản 
kháng phía sơ cấp nên STATCOM có thể được dùng để cải thiện ổn định hệ thống điện [13].Nguyên tắc 
làm việc của STATCOM là dùng bộ biến đổi điện áp tạo ra điện áp AC điều khiển được. Sự khác nhau 
điện áp giữa hai đầu máy biến áp ảnh hưởng đến dòng công suất đi vào lưới. Trao đổi công suất phản 
Báo cáo tổng kết đề tài T-ĐĐT-2014-18 Chủ nhiệm đề tài: ThS.Đặng Tuấn Khanh 
6 
kháng với lưới dựa vào việc điều chỉnh độ lớn điện áp đầu cực của STATCOM. Trao đổi công suất tác 
dụng thì dựa vào việc điều khiển góc lệch pha giữa điện áp đầu cực STATCOM và điện áp lưới. Việc 
trao đổi công suất tác dụng được dùng để điều khiển điện áp DC. 
Hình 1.4a Sơ đồ kết nối STATCOM vào hệ thống điện 
Hình 1.4b Quan hệ giữa vecto VC và Vecto VT 
Sơ đồ khối của bộ điều khiển STATCOM [6,8] 
Hình 1.5 Sơ đồ khối của STATCOM 
Khối droop cũng được dùng trong sơ đố khối và tín hiệu đầu vào của khối droop là thành 
phần dòng điện phản kháng của STATCOM. 
Phương trình trạng thái của bộ điều khiển STATCOM(chứng minh chi tiết xem phụ lục A.5): 
dc so
ref
so T so T so Cq so SDC
ref
dc so so dc so T so T so Cq so SDC so
so C so
V V
V V V I X
X V V V V I X V
X


 
 

   

      

 
A
B C D E
F G H O J K L
M N




 (1.12) 
Phương trình thứ nhất (1.12) thể hiện điện áp DC của bộ tụ Cdc hình 1.4a. Các phương trình 
còn lại xuất phát từ sơ đồ khối của bộ điều khiển STATCOM hình 1.5 
Vectơ trạng thái của STATCOM có thể viết gọn lại là:
T
so dc CV V X    x 
Với: 
Báo cáo tổng kết đề tài T-ĐĐT-2014-18 Chủ nhiệm đề tài: ThS.Đặng Tuấn Khanh 
7 
sinTV V  : Vectơ trạng thái của bộ điều khiển STATCOM (1.13) 
so so so so so so so so so so so so so soA ,B ,C ,D ,E ,F ,G ,H ,J ,K ,L ,M ,N ,O : Các ma trận phụ 
thuộc vào thông số của bộ điều khiển STATCOM, được tínhtheo (A.66) 
1.4.4. Mô hình bộ UPFC 
UPFC là một thiết bị FACTS rất linh hoạt có chức năng cải thiện khả năng vận hành của hệ 
thống điện [8,14]. Sơ đồ kết nối của UPFC vào mạng điện [8,14,15]: 
Hình 1.6 Sơ đồ kết nối UPFC 
Sơ đồ khối của bộ điều khiển UPFC [8,14,15] được trình bày tại hình 1.7a và hình 1.7b. 
Sơ đồ khối của UPFC miêu tả hình 1.7a và 1.7b. Từ sơ đồ khối hình 1.7a và 1.7b, ta có các 
phương trình biểu diễn bộ điều khiển UPFC(chứng minh chi tiết xem phụ lục A.6): 
dc V IVV C (1.14) 
ref ref
sh u T u T u T u SDC u SDC u dc
u dc u dc u sh u sh
V V V X X V
V V
     
   
V A B C D E F
G H I I J I
  
 
 (1.15) 
se u u T u se u seV V V V    K L M I N I   (1.16) 
Với: 
shp
shq
V
V
 
  
 
shV
sep
seq
V
V
 
  
 
seV
(1.17) 
shp
shq
I
I
 
  
 
shI
sep
seq
I
I
 
  
 
seI 
1
V
dc dc
C
C V
 T TI sh sh se seV  V I V I (1.18) 
Báo cáo tổng kết đề tài T-ĐĐT-2014-18 Chủ nhiệm đề tài: ThS.Đặng Tuấn Khanh 
8 
2
1 1,
TT
V V
VV 
  (1.19) 
u u u u u u u u u u u u uA ,B ,C ,D ,E ,F ,G ,H ,J ,K ,L ,M ,N Là các ma trận phụ thuộc vào thông 
số của bộ điều khiển UPFC, được tính theo (A.79) và (A.89) 
Gom (1.14), (1.15) và (1.16) ta có vectơ biến trạng thái của UPFC là 
TT T
u dc sh seV V V   x 
Hình 1.7a Phần mắc shunt của UPFC 
Hình 1.7b Phần mắc nối tiếp của UPFC 
Báo cáo tổng kết đề tài T-ĐĐT-2014-18 Chủ nhiệm đề tài: ThS.Đặng Tuấn Khanh 
9 
1.5.Mô hìnhbộ điều khiển đệm bổ sung SDC: 
Sơ đồ khối của bộ SCD [6,10,11,12,15]. Sơ đồ khối bao gồm khối độ lợi, khối washout, khối 
sớm/trễ và khối giới hạn. 
Hình 1.8 Sơ đồ khối của SDC 
Có nhiều dạng tín hiệu được đưa vào bộ SDC như tín hiệu góc pha điện áp, tần số, dòng điện hay 
công suất tác dụng. Nhưng chức năng chủ yếu của bộ SDC là cải thiện chế độ đệm liên vùng.Tín hiệu 
công suất tác dụng được dùng làm tín hiệu đầu vào [10]. Vì công suất tác dụng và dao động điện cơ có 
tương tác đáng kể. 
Phương trình trạng thái của bộ điều khiển SDC(chứng minh chi tiết xem phụ lục A.7): 
su su su u TP x A x C  (1.20) 
Với: 
 1 2
T
su S S SDCX X Xx : Vectơ các biến trạng thái của bộ SDC 
,su suA C : Các ma trận phụ thuộc vào độ lợi và hằng số thời gian của bộ điều khiển SDC, 
được tính theo (A.91) 
1.6.Phụ tải: 
1.4.1. Tải tĩnh: 
Trong khuôn khổ đề tài, tải tĩnh được mô hình dạng tổng dẫn [16]. Khi biết điện áp LV và 
công suất tác dụng LP , công suất phản kháng LQ của một nút, thì tổng dẫn được tính theo công thức: 
2 2
L L
L
L L
P QY
V V
  (1.21) 
1.4.2. Tải động cơ: 
Mô hình động của động cơ tương tự như mô hình động của máy phát đã trình bày ở phần1.1. 
Theo như mục A.8 của phụ lục phương trình đại số tính điện áp Stato đối với động cơ là [17]. 
m m m m m
s m r m s V P Z I (1.22) 
Nên vectơ từ thông rò Roto được tính: 
r m m m m
m m r m s ψ A ψ F I (1.23) 
Với: 
,m ms sV I : Vecto điện áp và dòng điện của Stato 
, , ,m m m mm m m mP Z A F : Các ma trận phụ thuộc vào thông số động cơ và vận tốc góc của Roto 
(phụ lụcphần A.8). 
Báo cáo tổng kết đề tài T-ĐĐT-2014-18 Chủ nhiệm đề tài: ThS.Đặng Tuấn Khanh 
10 
Phương trình chuyển động và momen điện từ của động cơ: 
m e L
r
T T
M

   
 
 (1.24) 
 Tm m m m me s m s m rT    I G I S ψ (1.25) 
Với: 
m
r : Vận tốc góc của động cơ 
eT : Momen điện từ của động cơ 
LT : Mmomen tải 
M Được tính 
2
R
HM


,m mm mG S : Ma trận phụ thuộc vào thông số động cơ, được tính theo (A.110) 
Việc có sử dụng thêm mô hình động của động cơ sẽ làm cho số biến trạng thái tăng lên. Trên 
thực tế thì có rất nhiều động cơ kết nối vào mạng điện cho nên việc tương đương các động cơ có cùng 
đặc tính sẽ được dùng trong đề tài nhằm phân tích và đánh giá [18]. 
1.7.Tổng kết 
Chương này đã trình bày mô hình động của các phần tử trong hệ thống điện như máy phát, động 
cơ, phụ tải, các thiết bị FACTS. Các phương trình vi phân đại số của từng phần tử cũng được giới thiệu. 
Chương tiếp theo sẽ giới thiệu mô hình động cho nhóm phần tử giống nhau.