Hệ thống điện - Chương 2: Mô hình động nhóm phần tử

Báo cáo tổng kết đề tài T-ĐĐT-2014-18 Chủ nhiệm đề tài: ThS.Đặng Tuấn Khanh 
11 
Chương 2 
MÔ HÌNH ĐỘNG NHÓM PHẦN TỬ 
Chương trước đã trình bày mô hình động của từng phần tử trong hệ thống điện. Chương này sẽ 
phát triển mô hình động của nhóm phần tửgiống nhau trong hệ thống để phục vụ cho việc nghiên cứu ổn 
định và mô phỏng hệ thống điệnđể thấy khi có nhóm phần tử này kết nối vào sẽ làm tăng sự ổn định. 
2.1.Mô hình nhóm máy phát: 
Dựa vào các phương trình trạng thái mô tả một máy phát có một bộ PSS: gồm có các phương 
trình (1.1) đến (1.3) và(1.8) đến (1.10): 
r m r m S r m r m S e e     ψ A ψ F I V A ψ F I S x (2.1) 
   g g em e
r
PP P
M M


 
S x
 (2.2) 
r r R    (2.3) 
ref ref
e e e e s e PSS e s e e e s e p p e sV V V V V       x A x C B D A x C B S x D (2.4) 
0ref
g g g g r g g mP    x A x C B D (2.5) 
p p p p r x A x C  (2.6) 
Với: 
, ,e g pS S S : Các ma trận chọn lọc 
, ,r m PSSV P V : Các biến số có được từ vectơ trạng thái , ,e g px x x   
r e eV  S x , m g gP  S x , PSS p pV S x 
Dựa vào các phương trình trạng thái từ (2.1) đến (2.6), ta mở rộng các phương trình trạng thái 
biểu diễn cho nhóm máy phát như sau: 
rM M rM M SM eM eM  ψ A ψ F I S x (2.7) 
   1rM M gM gM eM ω M S x P (2.8) 
rM rM RM δ ω ω (2.9)
 ref
eM eM eM eM eM PM PM eM sM   sMx A x C V B S x D V (2.10) 
0ref
gM gM gM gM rM gM M gM M   x A x C ω B ω D P (2.11) 
pM pM pM pM rM x A x C ω (2.12) 
Với: 
NG: Số máy phát 
NP:Số bộ PSS 
1 2
TT T T
rM r r r NG   ψ ψ ψ ψ ,  1 2
T
sM s s s NGV V V V   
 1 2
T
rM r r r NG      , 0 0 0 01 2
T
M m m m NGP P P    P  
Báo cáo tổng kết đề tài T-ĐĐT-2014-18 Chủ nhiệm đề tài: ThS.Đặng Tuấn Khanh 
12 
 1 2
T
rM r r r NG   δ  , 1 2
Tref ref ref ref
sM s s s NGV V V    V  (2.13) 
 1 2
T
eM e e e NGx x x x , 1 2
Tref ref ref ref
M NG     ω  
1 2
TT T T
gM g g g NG   x x x x , 1 2
TT T T
PM P P P NP   x x x x 
1 2
TT T T
sM s s s NG   x I I I ,  1 2
T
RM R R R NG   ω  
, , , , , , , , , , , , , ,M M eM M gM eM eM eM PM eM gM gM gM PM PMA F S M S A C B S D A C B A C : Các ma 
trận đượctính theo (A.111) 
Dựa vào phương trình (1.4), ta suy ra phương trình tính toán công suất điện cho nhóm máy phát: 
eM M sM M rM P B I C ψ (2.14) 
Với: 
 1 2diag ,M m m m NGB B B B 
 1 2diag ,M m m m NGC C C C 
,mi m iB C : Các ma trận được tính toán (1.5) 
Tương tự dựa vào phương trình (1.6), ta suy ra phương trình tính toán điện áp Stato cho nhóm 
máy phát: 
sM M rM M sM V P ψ Z I (2.15) 
Với: 
   1 2 1 2diag , , diag ,M m m m NG M m m m NG  P P P P Z Z Z Z  (2.16) 
,m i m iP Z : Các ma trận được tính toán theo (A.17) 
2.2.Mô hình nhóm thiết bị FACTS 
Dựa vào các phương trình mô tả một thiết bị FACTS ở chương 1. Gồm có các phương trình trạng 
thái (1.10) đến (1.12) và (1.14) đến (1.16), ta có: 
Đối với SVC: 
ref
S S S S T S su su S TV V   x A x C B S x D (2.17) 
Đối với TCSC: 
ref
t t t t su su t T t T tP P P    x A x B S x C D E (2.18) 
Đối với STATCOM: 
dc so
ref
so T so T so C C so su su
ref
C so so dc so T so T so C C so su su so
so C so
V V
V V V
V V V V V
X


 
 

   

      

 
A
B C D S I E S x
x F G H O J S I K S x L
M N




 (2.19) 
Báo cáo tổng kết đề tài T-ĐĐT-2014-18 Chủ nhiệm đề tài: ThS.Đặng Tuấn Khanh 
13 
Đối với UPFC: 
dc V
ref ref
dshc u T u T u T u su su u su su u dc
u dc u dc u sh u sh
se u u T u se u se
V
V V V V
V V
V V V V 
 

     

   
    
IV C
V A B C D S x E S x F
G H I I J I
K L M I N I

 
 
  
 (2.20) 
Với: 
   0 1 , 0 0 1C su S S (2.21) 
Mở rộng (1.20) và (2.17) đến (2.20), ta có được các phương trình trạng thái biểu diễn cho hệ 
thống có nhóm thiết bị FACTS và nhóm SDC. 
2.2.1.Mô hình nhóm SVC: 
Nhóm NS bộ SVC kết nối vào hệ thống điện. 
ref
sM sM sM sM TM sM suM suM sM TMV V   x A x C B S x D (2.22) 
Với: 
1 2
TT T T
SM S S S NS   x x x x 
1 2
TT T T
suM su su su NS   x x x x (2.23) 
1 2
T
TM T T T NSV V V    V  
1 2
Tref ref ref ref
TM T T T NSV V V    V  
, , , ,SM SM SM suM SMA C B S D : Cácma trận được tính toán theo (A.112 ) 
2.2.2.Mô hình nhóm TCSC 
Nhóm NT bộ TCSC kết nối vào hệ thống điện. 
ref
tM tM tM tM suM suM tM TM tM TM tM MP P P    x A x B S x C D E (2.24) 
Với: 
1 2
TT T T
tM t t t NT   x x x x 
1 2
TT T T
suM su su su NT   x x x x (2.25) 
 1 2
T
TM NTP P PP  
1 2
Tref ref ref ref
TM NTP P P   P  
, , , ,tM tM tM tM tMA C B D E : Cácma trận được tính theo(A.113) 
2.2.3.Mô hình nhóm STATCOM 
Nhóm NC bộ STATCOM kết nối vào hệ thống điện. 
Báo cáo tổng kết đề tài T-ĐĐT-2014-18 Chủ nhiệm đề tài: ThS.Đặng Tuấn Khanh 
14 
dcM soM M
ref
M soM TM soM TM soM CM CM soM suM suM
ref
cM soM M soM dcM soM TM soM TM soM CM CM soM suM suM soM M
M soM CM soM M
V V
V V
V V V V V


 

   

      

 
A
B V C D S I E S x
x F G H O J S I K S x L
φ M x N φ




(2.26) 
Với: 
 1 2
T
dcM dc dc dc NCV V V V  
 1 2
T
M M  φ  
1 2
T
M NCV V V   V  (2.27) 
 1 2
T
cM c c c NCX X X x  
1 2
T
M NCV V V      V  
 1 2
T
CM C C C NCI I I I  
, , , , , , , , , , , , , ,soM soM soM soM soM soM soM soM soM soM soM soM soM soM soMA B C D E F G H O J K L M N S
: Các ma trậnđược tính theo (A.114) 
2.2.4.Mô hình nhóm UPFC 
Nhóm NU bộ UPFC kết nối vào hệ thống điện. 
dcM VM IM
ref ref
shM uM TM uM TM uM TM uM suM suM uM suM suM uM dcM
uM dcM uM dcM uM shM uM shM
seM uM M uM M TM uM seM uM seM
V
V V V V
V V
V V V V 
 

     

   
    
V C
V A B C D S x E S x F
G H I I J I
K L M I N I

  
 
  
(2.28) 
Với: 
1 2
TT T T
ShM sh sh sh NUV V V    V  
1 2
TT T T
shM sh sh sh NUI I I    I  (2.29) 
1 2
TT T T
seM se se se NUV V V    V  
1 2
TT T T
seM se se se NUI I I    I  
 1 2
T
IM I I I NUV V V V  
 1 2
T
M NUV V V   V  
, , , , , , , , , , , , , , ,uM uM uM uM uM uM uM uM uM uM uM uM uM uM VM MA B C D E F G H I J K L M N C V : Các 
ma trận được tính theo (A.115) 
Báo cáo tổng kết đề tài T-ĐĐT-2014-18 Chủ nhiệm đề tài: ThS.Đặng Tuấn Khanh 
15 
,Ii iV V được tính dựa công thức (1.18) và (1.19) 
2.3.Mô hình nhóm SDC 
Dựa vào phương trình trạng thái (1.20) mô tả cho một SDC, ta mở rộng phương trình trạng thái 
biểu diễn cho nhóm ND bộ SDC. 
suM suM suM uM TM x A x C P (2.30) 
Với: 
1 2
TT T T
suM su su su NDX X X    x  ,  1 1
T
M NDP P PP  (2.31) 
2.4.Mô hình nhóm động cơ 
Dựa vào các phương trình trạng thái (1.23), (1.24) mô tả cho một động cơ, ta mở rộng phương 
trình trạn thái đối với NI động cơ. 
m m m m m
rM mM rM mM sM ψ A ψ F I (2.32) 
 1mrM M eM LMM T T   (2.33) 
Với: 
     1 2
TT T Tm m m m
rM r r r NI       
ψ  
 1 2, ,m m m mM m m m NIdiag A A A A 
1 2
Tm m m m
rM r r r NI      ω  (2.34) 
 1 2, ,m m m mM m m m NIdiag F F F F 
     1 2
TT T Tm m m m
sM s s s NI
    
I I I I 
 1 2, ,m m m mM m m m NIdiag M M M M 
 1 2
T
eM e e e NIT T T T  
 1 2
T
LM L L L NIT T T T  
2m i
mi
Ri
H

M 
,m mmi miA F :Các ma trận được tính theo (A.107) 
Xuất phát từ phương trình đại số (1.22) mô tả điện áp Stato của một động cơ, ta suy rộng ra NI 
động cơ. 
m m m m m
sM mM rM mM sM V P Z I (2.35) 
Với: 
Báo cáo tổng kết đề tài T-ĐĐT-2014-18 Chủ nhiệm đề tài: ThS.Đặng Tuấn Khanh 
16 
 1 2, ,m m m mM m m m NIdiag P P P P (2.36) 
 1 2, ,m m m mM m m m NIdiag Z Z Z Z 
,m mmi miA F :Các ma trận được tính theo (A.104) 
2.5.Tổng kết 
Chương này đã mở rộng mô hình cho nhóm phần tử giống nhau trong hệ thống điện như máy 
phát, động cơ, phụ tải, các thiết bị FACTS...