36_8169

PHÂN BAN TRUYỀN TẢI ĐIỆN | 377

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN THIẾT BỊ SVC, TCSC SỬ DỤNG
CHO LƯỚI TRUYỀN TẢI ĐIỆN 220 KV MIỀN NAM VIỆT NAM
GIAI ĐOẠN ĐẾN NĂM 2020
Nguyễn Quang Vĩnh
Cơng ty Thủy điện Đồng Nai
Tóm tắt: Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt FACTS (Flexible Alternating
Current Transmission System) đã nhận được nhiều chú ý trong 2 thập niên gần đây. Nó
sử dụng các thiết bị điện tử cơng suất dịng cao để điều khiển điện áp, phân bố công
suất, ổn định... của hệ thống truyền tải. Các thiết bị FACTS có thể được kết nối đến
đường dây truyền tải bằng nhiều cách khác nhau: như nối tiếp, song song, hoặc phối
hợp của nối tiếp và song song. Các thiết bị FACTS cung cấp những lợi ích cho việc nâng
cao quản lý hệ thống truyền tải thông qua việc sử dụng tốt hơn lưới truyền tải hiện có;
tăng độ tin cậy và khả năng sẵn sàng của hệ thống truyền tải; cải thiện chất lượng điện
năng; ổn định điện áp; giảm tổn thất điện năng; tăng độ ổn định, đảm bảo việc vận
hành an toàn cho lưới truyền tải.
Ổn định hệ thống điện quốc gia là vấn đề quan trọng hàng đầu trong khâu truyền tải
điện, việc ứng dụng các thiết bị FACTS vào hệ thống điện đang được các quốc gia quan
tâm, đặc biệt lưới truyền tải khu vực với công suất truyền tải lớn trên đường dây. Với
hệ thống truyền tải điện miền Nam hiện nay chỉ sử dụng các bộ tụ bù tĩnh, các cuộn
kháng cố định để điều chỉnh điện áp còn rất cứng nhắc, thiếu linh hoạt. Vì vậy, tác giả
nghiên cứu hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS) và lựa chọn thiết bị
để sử dụng cho lưới truyền tải điện miền Nam giai đoạn đến năm 2020, hiện nay việc
truyền tải cơng suất giữa hai miền có hai chế độ từ miền Nam ra Bắc và ngược lại, tuy
nhiên bài nghiên cứu này tác giả phân tích ở chế độ truyền công suất từ miền Bắc vào
miền Nam.

1. GIỚI THIỆU HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU LINH HOẠT (FACTS)
1.1. Thiết bị FACTS nói chung được chế tạo dựa vào hai bộ biến đổi cơ bản
sau đây

 Bộ nghịch lưu áp: điều khiển biên độ và góc pha của điện áp.
 Bộ nghịch lưu dòng: điều khiển biên độ và góc pha của dịng điện (loại này ít sử
dụng).
1.2. Có thể phân loại FACTS ra làm 3 loại chính như sau

 Loại nối tiếp (SSSC, TCSC, TSSC, TCSR, TSSR): điều khiển dòng, ngăn cản dao
động, tăng ổn định động và tĩnh cho hệ thống, ổn định điện áp, giới hạn dòng


378 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017

chạm đất. Loại này được lắp đặt nối tiếp trên đường dây, có thể điều khiển thơng
số một cách liên tục nhờ thiết bị điện tử công suất có dịng điều khiển lớn
(thyristor hoặc GTO). Ngun tắc chung của loại nối tiếp là áp đặt điện áp nối tiếp
trên đường dây, điện áp này có thể điều khiển được để thay đổi thông số đường
dây nên thay đổi trào lưu công suất trên đường dây.
 Loại song song (SVC, STATCOM, BESS, SMES, SSG): điều khiển điện áp, ngăn
cản dao động, bù công suất phản kháng, tăng ổn định động, ổn định tĩnh và ổn
định điện áp cho hệ thống. Loại này được nối song song vào một vị trí nhất định
trong hệ thống (giữa đường dây với đất), thơng số có thể điều khiển một cách liên
tục nhờ thiết bị điện tử cơng suất có dịng điều khiển lớn. Nguyên tắc chung của
loại nối song song là tạo ra một dòng điện rẽ nhánh tại điểm đấu nối, dịng điện
này có thể thay đổi được nên có thể điều khiển được công suất phản kháng tiêu
thụ hay phát ra cho hệ thống. Tùy theo quan hệ giữa điện áp và dịng điện tại điểm
đấu nối mà nó quyết định tiêu thụ hay phát ra công suất phản kháng.
 Loại kết hợp nối tiếp với song song (UPFC, TCPST, TCVR): điều khiển công suất
tác dụng và phản kháng, điều khiển điện áp, bù công suất phản kháng, tăng ổn
định động và ổn định tĩnh cho hệ thống, ổn định điện áp, giới hạn dòng chạm đất,
ngăn cản dao động. Nguyên tắc chung của loại này là sử dụng chính năng lượng

của hệ thống cung cấp cho nhánh song song rồi chuyển cho nhánh nối tiếp để thiết
lập nhánh nối tiếp trên đường dây.
1.3. Tính chất của các thiết bị FACTS

 Thiết bị bù nối tiếp có khả năng điều khiển công suất và dập tắt dao động tốt hơn
nhiều lần so với thiết bị bù song song.
 Thiết bị bù nối tiếp điều khiển tổn thất điện áp trên đường dây, còn thiết bị bù
song song điều khiển điện áp nút đấu nối và điện áp các nút lân cận theo yêu cầu.
 Thiết bị điều khiển kết hợp nối tiếp và song song là sự phối hợp tối ưu cho việc
điều khiển dịng cơng suất truyền tải và điều chỉnh điện áp trên đường dây.
2. CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO CÁC GIỚI HẠN CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN NHỜ SỬ
DỤNG THIẾT BỊ FACTS

Trong vận hành hệ thống điện, trạng thái hệ thống có thể bị thay đổi sau khi chịu
tác động của của rất nhiều các biến cố ngẫu nhiên, hệ thống có thể chuyển từ trạng thái
xác lập này đến trạng thái xác lập khác vượt quá các giới hạn cho phép, ảnh hưởng đến
vận hành an tồn hệ thống. Vì vậy cần giải quyết các vấn đề của hệ thống điện để nâng
cao các giới hạn của nó, các biện pháp thường được sử dụng như bảng 1.


PHÂN BAN TRUYỀN TẢI ĐIỆN | 379

Bảng 1. Các biện pháp nâng cao các giới hạn của hệ thống điện

Vấn đề trong vận hành

Biện pháp tác động

Ứng dụng loại FACTS

Giới hạn điện áp

Điện áp thấp lúc phụ tải cao

Phát công suất phản kháng

STATCOM, SVC

Điện áp cao lúc tải thấp

Hấp thụ công suất phản
kháng

STATCOM, SVC

Điện áp cao sau sự cố

Hấp thụ công suất phản
kháng: ngăn chặn quá tải

STATCOM, SVC

Điện áp thấp sau sự cố

Phát công suất phản kháng,
ngăn chặn quá tải

STATCOM, SVC

Giới hạn nhiệt

Quá tải đường dây truyền
tải

Giảm tải

TCSC, SSSC, UPFC

Cô lập mạch song song

Giới hạn phụ tải

TCSC, SSSC, UPFC

Phân bố mạch vòng

Phân tải đường dây song
song

3 
 chỉnh tổng trở

Phân luồng công suất

Tái cấu trúc lại mạng điện
hoặc tác động đến giới hạn
nhiệt

Luồng cơng suất chạy
ngược

Điều chỉnh góc pha

SSSC, UPFC
TCSC, SSSC, UPFC
SSSC, UPFC

3. CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ MƠ HÌNH TÍNH TỐN CỦA THIẾT BỊ
FACTS
3.1. Cấu tạo, ngun lý làm việc và mơ hình tính tốn của SVC
3.1.1. Cấu tạo của SVC

 SVC(Static Var Compensator) hay còn gọi là tụ bù tĩnh có dung lượng thay đổi
điều khiển được là thiết bị bù công suất phản kháng tác động nhanh trên lưới
truyền tải điện áp cao.
 SVC gồm 3 bộ phận chính (hình 1).
 TCR (Thyristor Controlled Reactor): cuộn kháng có điều khiển, cho phép điều
khiển lượng công suất phản kháng tiêu thụ trên điện kháng Xk bằng cách dùng
Thyristor để điều khiển dòng điện chạy qua Xk.


380 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017
 TSR (Thyristor Switched Reactor): cuộn kháng được đóng mở trực tiếp bằng
Thyristor.
 TSC (Thyristor Switched Capacitor): tụ điện được đóng mở trực tiếp bằng
thyristor.

Hình 1: Sơ đồ cấu tạo của SVC

3.1.2. Nguyên lý làm việc của SVC

 Thyristor điều khiển TCR và đóng cắt TSR hoặc/và TSC một cách thích hợp cho
phép SVC bù cơng suất phản kháng cho lưới điện trong phạm vi giới hạn của
SVC. Nhờ việc thay đổi góc dẫn của Thyristor mà điện kháng đẳng trị của SVC
có thể thay đổi liên tục được. Do đó, cơng suất phản kháng của lưới điện có thể
được bơm vào hay hút đi một cách liên tục. Theo cấu trúc này, các TSR và TSC
sẽ điều chỉnh trước, sau đó các TCR sẽ điều chỉnh giá trị cảm kháng, kết quả là
giá trị điện kháng đẳng trị là một giá trị liên tục. Các thiết bị SVC thường được
đặt ở những nơi có yêu cầu điều chỉnh điện áp chính xác.
 Lợi ích chính của việc sử dụng SVC so với các tụ bù được đóng cắt cơ khí là
chúng phản ứng gần như tức thời với sự thay đổi điện áp của hệ thống. Vì lý do
này, chúng thường hoạt động ở gần sát nút điều chỉnh để đạt hiệu quả điều chỉnh
cao nhất khi có nhu cầu.
3.2. Cấu tạo, nguyên lý làm việc và mơ hình tính tốn của TCSC
3.2.1. Cấu tạo của TCSC

 TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor) là thiết bị bù dọc có điều khiển,
gồm một bộ TCR nối song song với một bộ tụ điện (hình 2).

Hình 2: Sơ đồ cấu tạo của TCSC


PHÂN BAN TRUYỀN TẢI ĐIỆN | 381

3.2.2. Nguyên lý làm việc của TCSC
 Khi thay đổi góc mở của Thyristor, ta có thể thay đổi được dịng điện chạy qua
cuộn kháng L, làm thay đổi dung kháng của TCSC (Xc của TCSC) nên khi lắp nối
tiếp TCSC trên đường dây sẽ nâng khả năng tải của đường dây.
 Khả năng giới hạn truyền tải theo điều kiện ổn định tĩnh cũng tăng lên khi lắp đặt
TCSC.
 Khi đặt TCSC thì đường đặc tính cơng suất P(δ) được nâng cao, nên khả năng ổn

định động cũng được tăng lên (hình 3).

Hình 3: Đặc tính P(δ) khi có và khơng lắp đặt TCSC

 Do đó việc đặt TCSC vào hệ thống làm cho hệ thống vận hành linh hoạt hơn, cải
thiện điện áp của hệ thống vào giờ cao điểm khi điện áp hệ thống bị giảm thấp.
Ngồi ra cịn có khả năng giảm dao động công suất, sụp đổ điện áp và loại trừ
cộng hưởng dưới đồng bộ.
4. TÍNH TỐN LẮP ĐẶT SVC VÀ TCSC CHO LƯỚI ĐIỆN 220 KV MIỀN NAM VIỆT
NAM GIAI ĐOẠN ĐẾN NĂM 2020
4.1. Tổng quan

 Lưới điện 220 kV miền Nam có vai trị rất quan trọng trong hệ thống điện Việt
Nam, nơi tập trung nhu cầu phụ tải lớn và có thể gia tăng đột biến nên trong công
tác quản lý vận hành gặp nhiều khó khăn đặc biệt là nguy cơ rã lưới là có thể xảy
ra, nguyên nhân chủ yếu là một số điểm tiêu thụ công suất phản kháng quá lớn
nhưng do không đáp ứng đủ nhu cầu công suất phản kháng, các sự cố tan rã hệ
thống gần đây đều có liên quan đến sự sụp đổ điện áp (hoặc là mất ổn định điện
áp). Thời gian mất ổn định điện áp từ khi bắt đầu đạt đến giới hạn công suất
truyền tải cho đến khi mất điện có thể kéo dài từ vài giây đến vài giờ, đặc biệt là
hệ thống lưới điện 220 kV miền Nam có thể rả lưới nếu sự cố bất kỳ đường dây
nào tại khu vực này như là đường dây 220 kV Phú Mỹ - Long Thành, Phú Mỹ Cát Lái, Phú Mỹ - Nhà Bè...
 Thực tế vận hành đã có các trường hợp sự cố vào các ngày 17/5/2005,
27/12/2006, 20/7/2007, 04/9/2007, 11/09/2011 và gần nhất là ngày 20/02/2016


382 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017

gây mất điện một vùng rộng lớn trong nhiều giờ liền. Để đảm bảo cho hệ thống
điện vận hành an tồn và tin cậy, cần thiết tìm các giải pháp kỹ thuật hợp lý để

nâng cao độ dự trữ ổn định, điều khiển trào lưu công suất trong hệ thống để chống
sụp đổ điện áp và đặc biệt là giảm tổn thất điện năng. Giải pháp mà bài báo lựa
chọn là sử dụng công nghệ FACTS để tính tốn lựa chọn vị trí và dung lượng bù
thích hợp bằng thiết bị TCSC kết hợp với SVC để điều khiển nâng cao ổn định
điện áp nút phụ tải và nâng cao khả năng tải của dòng điện chạy trên các nhánh
theo chế độ vận hành truyền tải công suất từ miền Bắc vào miền Nam.
4.2. Nghiên cứu các phần mềm tính tốn giải tích mạng điện, phân tích và chọn
lựa phần mềm cho bài báo

Hiện nay để tính tốn các chế độ hệ thống điện có thể sử dụng nhiều phần mềm
khác nhau: PSS/E, EURO STAG, PSS/ADEPT, POWERWORLD, CONUS, PSAT…
Tuy nhiên tác giả chọn chương trình Conus Version 6.0 để tính tốn mơ phỏng, với
phần mềm này cho phép vẽ sơ đồ như đối với chương trình Autocad, mô phỏng và hiệu
chỉnh lưới trong giao diện đồ họa rất dễ sử dụng. Ngồi ra, Conus cịn là một chương
trình tính tốn chế độ xác lập có độ ổn định cao, cho kết quả đầy đủ và chính xác, dễ
nhập số liệu và cập nhật thông số hệ thống và có xét đến tính ổn định của hệ thống. Từ
các phân tích ưu nhược điểm trên, phần mềm Conus sẽ được chọn để tính tốn chế độ
xác lập của hệ thống nhằm hỗ trợ tính tốn bù cơng suất trong lưới truyền tải.
4.3. Tính tốn chế độ truyền tải công suất từ Bắc vào Nam cho lưới điện 220 kV
miền Nam giai đoạn đến năm 2020
4.3.1. Phụ tải thực tế lưới điện 220 kV miền nam giai đoạn đến năm 2020 ứng với
chế độ truyền công suất từ Bắc vào Nam

 Phụ tải: P = 13178 MW.
 Q = 5832 MVAr.
 Công suất phát: QF = 13207 MW.
4.3.1.1. Kết quả tính tốn
 Tổng cơng suất phát:

PF = 13898.59 MW

 Tổng công suất yêu cầu:

PYC = 13225.25 MW

 Tổn thất trong lưới:

P = 673.33 MW

4.3.1.2. Điện áp tại các nút
a) Nút có điện áp thấp: U 95% Uđm

Ở chế độ này các nút có điện áp U  95% Uđm là: Phước Long 2 (90,65% Uđm),
Giống Riềng 1 (89,62% Uđm), Hòn Đất (94,2% Uđm), Kiên Lương (94,3% Uđm), Tam
Phước (94,5% Uđm), An Phước (94,4% Uđm), Phú Giao (94,8% Uđm), Bình Hòa (93,8%


PHÂN BAN TRUYỀN TẢI ĐIỆN | 383

Uđm), Tây Ninh 2 (94% Uđm), Tây Ninh (93,2% Uđm), Bình Phước (83,8% Uđm), Tân
Biên (93,2% Uđm).
b) Nút có điện áp cao: U  105% Uđm

Ở chế độ này khơng có nút điện áp cao U  105% Uđm.
c) Dòng điện trên các nhánh: I  ICP

Các nhánh có dịng điện lớn hơn dịng điện cho phép là: Tất cả các đường dây
trong hệ thống đều có dịng điện nhỏ hơn dịng cho phép của dây dẫn.
4.3.2. Phụ tải max lưới điện 220 kV Miền Nam giai đoạn đến năm 2020 ứng với
chế độ truyền công suất từ Bắc vào Nam

 Phụ tải: P = 13178 MW
 Q = 5832 MVAr
 Công suất phát: QF = 13207 MW.
4.3.2.1. Kết quả tính tốn

Tổng cơng suất phát:

PF = 19355.01 MW

Tổng công suất yêu cầu:

PYC = 18935.25 MW

Tổn thất trong lưới:

P = 419.74 MW

4.3.2.2. Điện áp tại các nút
a) Nút có điện áp thấp: U  95% Uđm

Ở chế độ này các nút có điện áp U  95% Uđm là: Phước Long 2 (87,6% Uđm), Gò
Giao (93,9% Uđm), Rạch Giá (93,1% Uđm), Hộ Phòng (94,5% Uđm), Vị Thanh (93,4%
Uđm), Bạc Liêu 2 (93,6% Uđm), Giống Riềng 1 (86% Uđm), Hòn Đất (87,8% Uđm), Kiên
Lương (87,6% Uđm), Mỹ Xuyên (93,9% Uđm), Phước Long 1 (91,2% Uđm), Giống Riềng
(91,3% Uđm), Châu Đốc (91,7% Uđm), Phụng Hiệp (94,9% Uđm), KCN Sa Đéc (94,1%
Uđm), Cao Lãnh (93,8% Uđm), An Trung (94,2% Uđm), Long An (94,6% Uđm), Mỏ Cày
(94,8% Uđm), Bến Tre 2 (94,4% Uđm), KCN Sa Đéc (94,7% Uđm), An Phước (94,5%
Uđm), Bình Hịa (93,6% Uđm), Bình Phước (83,8% Uđm).
b) Nút có điện áp cao: U  105% Uđm

Ở chế độ này các nút có điện áp U  105% Uđm là: ở chế độ này do hầu hết điện
áp tại các nút đều thấp nên khơng có nút điện áp cao.
c) Dòng điện trên các nhánh: I  ICP.

Các nhánh có dịng điện lớn hơn dịng điện cho phép là: Phú Lâm - Bình Tân
(73-78), Thủ Đức Bắc - Long Bình (70-71).