Nghiên cứu hiệu quả của các bộ ổn định công suất cho máy phát điện đồng bộ kết nối lưới điện

o hằng số thời gian bộ chuyển 
đổi tranducer, T2 và T4 là hằng số thời gian bộ 
lọc tần số cao. Ks1 và Ks2 là hai khâu khuếch 
đại. T0 là hằng số thời gian khởi động của 
máy phát đồng bộ. 
Do các lợi ích hơn hẳn của bộ ổn định đầu 
vào kép nên hiện nay hầu hết đều bỏ qua cách 
chỉ dùng tín hiệu tốc độ. 
PHÂN TÍCH CÁC THÀNH PHẦN TRONG 
BỘ ỔN ĐỊNH CÔNG SUẤT PSS2A 
Tín hiệu tốc độ 
Tốc độ trục có thể được đo trực tiếp, hoặc thu 
được từ tần số của một tín hiệu điện áp bù xuất 
phát từ cực máy biến điện áp (VT) và dòng 
điện (CT) thứ cấp. Trong trường hợp khác, tín 
hiệu kết quả phải được chuyển sang một mức 
hằng số, tỷ lệ với tốc độ (tần số). Hai đoạn 
mạch lọc cao tần được đưa vào tín hiệu kết quả 
để loại bỏ mức tốc độ trung bình, tạo ra một tín 
hiệu sai lệch tốc độ. Hằng số thời gian mỗi bộ 
lọc cao tần là: 1.0s  Tw  20.0s. 
Tín hiệu công suất điện 
Đầu ra công suất điện của máy phát được lấy 
từ điện áp thứ cấp VT và các dòng điện thứ 
CT. Công suất ra được lọc qua bộ lọc cao tần 
để tạo ra tín hiệu sai lệch công suất cần thiết. 
Tín hiệu này được tích hợp và phân chia, sử 
dụng hằng số quán tính máy phát để kết hợp 
với tín hiệu tốc độ. 
Tín hiệu công suất cơ 
Tín hiệu này sau đó được lọc cao tần. Một 
bộlọc cao tần có thể dưới một trong hai dạng 
thức sau: 
Dạng thứ nhất, một bộ tần thấp 4 cực đơn 
giản, được dùng để hãm các thành phần xoắn 
xuất hiện trong tốc độ. Với các máy phát 
nhiệt điện, hằng số thời gian có thể được chọn 
để tạo ra hãm ở tần số xoắn thấp nhất của máy 
phát. Tuy nhiên, yêu cầu thiết kế này lại xung 
đột với việc tạo ra một tín hiệu công suất cơ 
hợp lý. Đặc biệt vấn đề này xảy ra trên các 
máy phát thủy điện vì chúng dễ dàng có thể 
có tỷ số thay đổi công suất cơ lên tới 10%/s. 
Vượt quá giới hạn của tín hiệu công suất cơ 
có thể dẫn tới thay đổi quá mức tín hiệu ra 
của bộ ổn định trong quá trình mang tải và 
không mang tải của máy. 
Dạng thứ hai được gọi là bộ lọc “bám dốc”, 
tạo ra một sai số tĩnh triệt tiêu trong đầu vào 
tín hiệu công suất điện. Điều này hạn chế thay 
đổi đầu ra của bộ ổn định tới các mức rất thấp 
tỷ lệ thay đổi công suất cơ thường gặp phải 
trong quá trình vận hành của các máy phát. 
Mức điều chỉnh hằng số thời gian bộ lọc này 
là: 0.02s≤T≤0,2s. 
Bù pha và lựa chọn tín hiệu ổn định 
Tín hiệu tốc độ được hiệu chỉnh trước khi đưa 
tới bộ ổn định công suất. Tín hiệu được lọc để 
tạo ra vượt pha trước ở các tần số cơ điện cần 
dùng, ví dụ 0.1 Hz tới 5.0 Hz. Yêu cầu vượt pha 
để bù vào sự trễ pha tạo ra bởi bộ điều chỉnh 
điện áp vòng kín. Hàm truyền của mỗi giai đoạn 
của bù pha là một dạng kết hợp đơn giản trong 
đó hằng số thời gian trễ và vượt được điều 
chỉnh trong khoảng: 0,01s  T  6,0s. 
MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN PHẦN 
MỀM MATLAB-SIMULINK 
Trong phần này sẽ trình bày quá trình thực 
hiện các trường hợp mô phỏng hệ thống điều 
chỉnh điện áp và ôn định công suất máy phát 
Bộ lọc cao tần 
Bộ lọc cao tần 
Hình 4. Sơ đồ khối của bộ ổn định công suất PSS4B 
Hình 3. Sơ đồ khối của bộ ổn định công suất 
PSS3B 
Bộ lọc cao tần 
Bộ lọc cao tần 
Nguyễn Hiền Trung và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 64(02): 63 - 69 
67 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
đồng bộ dựa trên phần mềm mô phỏng 
MATLAB-SIMULINK [9]. 
Cấu hình hệ thống mô phỏng 
Sơ đồ hệ thống mô phỏng như hình 5. 
Thông số các phần tử chính 
1. Máy phát điện đồng bộ 
Mô hình máy phát điện đồng bộ trong thư 
viện Simulink với các thông số như sau: 
Loại rotor: cực lồi; Pn=200MVA; 
Vn=13,8kV; fn=50Hz; Xd=1,305; 
Xd’=0,296; Xd’’=0,252; Xq=0,474; 
Xq’’=0,243; Td’=1,01 s; Td’’=0,053 s; 
Tq0’’=0,1 s; Rs=0,00285 p.u. 
2. Bộ ổn định công suất PSS 
2.1. Bộ ổn định công suất PSS1A [8] 
Hằng số thời gian Sensor: 0,015; Hệ số 
khuếch đại: 2,5; Hằng số thời gian bộ lọc: 1; 
Tnum=0,05; Tden=0,02; Vsmin=-0,15; 
Vsmax= 0,15. 
2.2. Bộ ổn định công suất PSS2A 
M=1; N=2; Tw1=1; Tw2=5; T6=0,02; Tw3=10; 
Tw4=10; T7=6,4; KS2=1; KS3=1 T8=4; T9=5; 
KS1=0,1; T1=0,05; T2=0,02, T3=0,5; T4=5, 
VSTMAX=-0,15, VSTMIN=0,15. 
3. Hệ thống điều tốc governor [13] 
Ka=10/3; Ta=0,07s; gmin=0,01pu; 
gmax=0,975pu; vgmin=-0,1pu/s; vgmax=0,1s; 
Rp=0,05; Kp=1,163; Ki=0,105; Kd=0; 
Td=0,01s.Tw=2,67s. 
4. Hệ thống kích từ [12] 
Tr=0,02s; Ka=300; Ta=0,001s; Ke=1,0; 
Te=0; Kf=0,001; Tf=0,1s; Vsmin=-11,5; 
Vsmax= 11,5. 
5. Đường dây dài 50km; R0=0,3864Ω/km; 
L0=4,1264.10
-3
 H/km; C0=7.751.10
-9
 F/km. 
6. Tải tự dùng: 10+j4MVA; tải cuối đường 
dây: 100+j30MVA. 
Kết quả mô phỏng 
Công suất cơ bản được chọn chung cho toàn 
hệ thống là Sb=200MVA. 
Quá trình mô phỏng bao gồm các trường 
hợp sử dụng PSS1A và PSS2A có đóng cắt 
tải 0,52pu tại thanh cái hệ thống ở thời 
điểm t=0,8s. 
Trên hình 6 cho thấy với PSS2A đáp ứng điện 
áp nhanh đạt giá trị ổn định hơn, biên độ 
trong thời gian qua độ thay đổi ít hơn loại 
PSS1A. Tại thời điểm t=0,8s đóng tải 0,52pu 
điện áp đầu ra PSS2A cũng nhanh ổn định 
hơn, điều này có tác dụng tốt với điều chỉnh 
kích từ máy phát. 
Hình 7 cho thấy khi dùng PSS2A so với 
PSS1A thì biên độ dao động góc roto nhỏ 
hơn và nhanh đạt ổn định hơn (sau 4s). Tại 
thời điểm đóng tải dao động góc roto cũng 
nhanh ổn định. Góp phần nâng cao độ ổn 
định cho hệ thống. 
Hình 6. Đáp ứng điện áp đầu ra PSS 
Hình 7. Sai lệch góc roto 
 Hình 8. Đáp ứng điện áp đầu cực máy phát 
MP ĐD HT MBA 
Hình 5. Hệ thống thử nghiệm 
Nguyễn Hiền Trung và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 64(02): 63 - 69 
68 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
Hình 8 cho thấy với PSS2A đáp ứng điện áp 
đầu cực máy phát nhanh đạt giá trị ổn định 
hơn so với khi dùng PSS1A, nhất là tại thời 
điểm thời điểm đóng tải, do đó nâng cao được 
chất lượng hệ thống. 
KẾT LUẬN 
Bài báo trình bày tổng quan các cấu trúc bộ 
ổn định công suất trong hệ thống điện, các kết 
quả phân tích đều cho thấy những ưu điểm 
riêng của mỗi loại bộ ổn định, việc tính chọn 
tham số trong mỗi bộ ổn định cũng rất phức 
tạp phụ thuộc vào thông số máy phát điện 
cũng như thông số hệ thống điện. 
Bài báo cũng đã phân tích những thành 
phần trong bộ ổn định kép PSSS2A, chỉ ra 
các giới hạn khi tính chọn tham số bộ điều 
khiển. Kết quả nghiên cứu khẳng định hiệu 
quả rõ rệt của bộ ổn định kép PSS2A so với 
bộ ổn định PSS1A. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Y.-Y. Hsu, S.-W. Shyue, and C.- C. Su 
(1987), “Lowfrequency oscillation in longitudinal 
power systems: Experience with dynamic stability 
of Taiwan’s power system,” IEEE Trans. Power 
Syst., vol. 2, pp. 92–100, Feb. 
[2] D. N. Koterev, C. W. Taylor, and W. A. 
Mittelstadt (1999), “Model validation for the 
August 10, 1996WSCCsystem outage,” IEEE 
Trans. Power Syst, vol. 14, pp. 967–979, Aug. 
[3] G. Rogers (2000), Power System 
Oscillations. Norwell, MA: Kluwer. 
[4] M. Klein, G. J. Rogers, and P. Kundur 
(1991), “A fundermental study of inter-area 
oscillation in power systems,” IEEE Trans. Power 
Syst., vol.6, pp. 914–921, Aug.. 
[5] E.V. Larsen, and D.A. Swann (1981), 
"Applying power system stabilizers, part I; general 
concepts, part II; performance objectives and 
turning concepts, part III; practical 
considerations," IEEE Trans. on power apparatus 
and system, vol. PAS-100, pp 3017-3046. 
[6] Út. L.V (2000), Phân tích và điều khiển 
ổn định hệ thống điện, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà 
Nội. 
[7] P. Kundur, M. Klein, G. J. Rogers, and 
M. S. Zywno (1989), “Application of power 
system stabilizers for enhancement of overall 
system stability,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 4, 
pp. 614–626. 
[8] Saadat, Hadi (2004), Power System 
Analysis, International Edition, Singapore,. 
[9] Nguyễn Phùng Quang (2008), Matlab & 
Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, Nxb 
khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. 
[10] IEEE Recommended Practice for 
Excitation System Models for Power System 
Stability Studies. IEEE Standard 421.5-2005, 
April 2006. 
[11] Kundur,P., Power System Stability and 
Control, McGraw-Hill, 1994, Section 12.5. 
[12] "Recommended Practice for Excitation 
System Models for Power System Stability 
Studies,"IEEE Standard 421.5-1992, August, 1992. 
[13] IEEE Working Group on Prime Mover 
and Energy Supply Models for System Dynamic 
Performance Studies, "Hydraulic Turbine and 
Turbine Control Models for Dynamic Studies," 
IEEE Transactions on Power Systems, Vol.7, 
No.1, February, 1992, pp. 167-179. 
[14] Krause(1986), P.C., Analysis of Electric 
Machinery, McGraw-Hill, , Section 12.5. 
[15] Kamwa, I., et al. (1995), "Experience 
with Computer-Aided Graphical Analysis of 
Sudden-Short-Circuit Oscillograms of Large 
Synchronous Machines," IEEE Transactions on 
Energy Conversion, Vol. 10, No. 3, September 
1995. 
[16] F.W. Keay, W.H. South (1971), “Design 
of a Power System Stabilizer Sensing Frequency 
Deviation”, IEEE Trans., Vol. PAS-90, Mar/Apr, 
pp 707 - 713. 
Nguyễn Hiền Trung và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 64(02): 63 - 69 
69 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
STUDIES ON THE EFFECTIVENESS OF POWER SYSTEM STABILIZERS 
FOR SYNCHRONOUS GENERATORS CONNECTED TO POWER GRID 
Nguyen Hien Trung
2
, Nguyen Nhu Hien 
Thai Nguyen University of Tecnology 
SUMMARY 
The article will represent the construction of a power system stabilizer (PSS) used for synchronous 
generators connected to power grid in order to improve the stability of oscillation of the electric system 
and further analysis as well as making comparison on the effectiveness of two models of PSS for final 
proposed approaches for application of PSS for current synchronous generators. The result, which has 
been tested and checked by via a simulating model namely MATLAB-SIMULINK, has shown a 
positive effectiveness provided by PSS of PSS2A in comparison with a PSS1A. 
Keywords: Power System Stability; Excitation System; Automatic Voltage Regulator; Power 
System Stabilizer - PSS; Oscillation. 
2
 Tel:0912386547