(Luận văn thạc sĩ hcmute) ổn định điện áp dùng svc trong hệ thống điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHẠM HỒNG ĐẠT

ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP DÙNG SVC
TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
S

K

C

0

0

3

9

5

9

NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250

S KC 0 0 3 9 4 1

Tp. Hồ Chí Minh, 2012

Luan van


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHẠM HỒNG ĐẠT

ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP DÙNG SVC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12/2012

Luan van


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHẠM HỒNG ĐẠT

ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP DÙNG SVC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250
Hướng dẫn khoa học:
TS. HỒ VĂN HIẾN

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12/2012

Luan van


BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Họ và tên học viên: Phạm Hồng Đạt

MSHV: 0955250007

Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và Nhà máy điện

Khóa: 2009 - 2011

Tên đề tài: Ổn định điện áp dùng SVC trong hệ thống điện.
Học viên đã hoàn thành LVTN theo đúng yêu cầu về nội dung và hình thức (theo qui
định) của một luận văn thạc só.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày
tháng năm 2012

Giảng viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ học tên)

Hồ Văn Hiến

Luan van


Luận văn thạc sĩ

Lý lịch khoa học

LÝ LỊCH KHOA HỌC

I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ và tên: Phạm Hồng Đạt

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 15 /01 /1980

Nơi sinh: TPHCM

Quê quán: Hà Tây

Dân tộc: Kinh

Địa chỉ liên lạc: 72/4A Phường Tân Thới Nhất, Quận 12, TPHCM
Điện thoại: 0909693422
Email:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Đại học:
Hệ đào tạo: Cao đẳng chính quy tập trung.Thời gian đào tạo từ 2000 đến 2003. Nơi
học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật TPHCM
Hệ đào tạo: Cao đẳng chính quy tập trung.Thời gian đào tạo từ 2003 đến 2005. Nơi
học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật TPHCM
Ngành học: Điện Khí Hóa - Cung Cấp điện
III. Q TRÌNH CƠNG TÁC:

Thời gian cơng tác
2003- 2004

Nơi cơng tác
Cơng ty DNTN BÁCH VIỆT-

Cơng việc đảm nhiệm
Nhân viên Bảo trì

KCN Tân Bình
2006 - đến nay

Trường ĐH Cơng Nghiệp

Giảng Viên Khoa Điện

TPHCM

HVTH: Phạm Hoàng Đạt

Trang i

Luan van

GVHD:TS.Hồ Văn Hiến


Luận văn thạc sĩ

Lời cam đoan

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tơi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố
trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 12 năm 2012
Người cam đoan

Phạm Hoàng Đạt

HVTH: Phạm Hoàng Đạt

Trang ii

Luan van

GVHD: TS.Hồ Văn Hiến


Luận văn thạc sĩ

Lời cảm ơn

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, em xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy TS. Hồ Văn Hiến
- Người đã quan tâm, tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và truyền đạt kiến thức cũng như kinh
nghiệm để em có thể thực hiện tốt luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn tất cả Quý Thầy Cô Trường ĐH. Sư phạm kỹ thuật TP.
Hồ Chí Minh, Trường ĐH. Bách khoa TP. Hồ Chí Minh đã trang bị cho em những kiến
thức bổ ích, đã tạo điều kiện thuận lợi và hỗ trợ em rất nhiều trong quá trình học tập cũng
như trong thời gian làm luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Tp. Hồ Chí Minh, Ngày 15 tháng 12 năm 2012
Người thực hiện

Phạm Hoàng Đạt

HVTH: Phạm Hoàng Đạt

Trang iii

Luan van

GVHD: TS.Hồ Văn Hiến


Luận văn thạc sĩ

Tóm tắt

TĨM TẮT

Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS) đã nhận được nhiều chú ý
trong hai thập niên gần đây. Nó sử dụng các thiết bị điện tử công suất dạng cao để điều
khiển điện áp, phân bố công suất, ổn định, v.v. của hệ thống truyền tải. Các thiết bị
FACST có thể được kết nối đến đường dây truyền tải trong nhiều cách khác nhau, chẳng
hạn như nối tiếp, song song, hoặc phối hợp của nối tiếp và song song. Ví dụ: bộ bù tĩnh
VAR (SVC) và bộ bù đồng bộ tĩnh (STATCOM) được kết nối song song; bộ bù nối tiếp
đồng bộ tĩnh (SSSC) và bộ tụ nối tiếp điều khiển thyristor được kết nối nối tiếp; máy biến
áp dịch pha điều khiển thyristor (TCPST) và bộ điều khiển phân bố công suất hợp nhất
(UPFC) được kết nối nối tiếp và song song phối hợp.
Các thiết bị FACTS là rất hiệu quả và tăng khả năng truyền tải công suất của đường
dây tới mức giới hạn cho phép trong khi duy trì mức độ ổn định.
Các thiết bị FACTS nối song song được sử dụng để điều khiển điện áp truyền tải,
phân bố công suất, giảm tổn thất phản kháng và làm giảm dao động công suất cho mức
truyền tải công suất cao. Trong nghiên cứu này, xác định vị trí dung lượng đặt SVC được
nghiên cứu cho mơ hình đường dây truyền tải có vị trí bù ngang thay đổi. Ảnh hưởng của
sự thay đổi mức độ bù ngang đến vị trí đặt SVC của thiết bị FACTS song song để thu
được lợi ích có thể cao nhất được nghiên cứu. Tìm thấy rằng vị trí tối ưu của thiếu bị
FACST song song biến đổi theo mức độ sự thay đổi của bù ngang để thu được lợi ích lớn
nhất trong các điều kiện về khả năng truyền tải công suất.

HVTH: Phạm Hoàng Đạt

Trang iv

Luan van

GVHD: TS.Hồ Văn Hiến


Luận văn thạc sĩ

Mục lục

MỤC LỤC
Trang tựa
Trang
Quyết định giao đề tài
Lý lịch khoa học .............................................................................................................. i
Lời cam đoan ................................................................................................................. ii
Lời cảm ơn .................................................................................................................... iii
Tóm tắt ........................................................................................................................... iv
Mục lục .......................................................................................................................... v
Danh sách các hình ...................................................................................................... vii
Chương I. Tổng quan ................................................................................................ 01
1.Đặt vấn đề ................................................................................................................. 02
2. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn .......................................................................... 02
3. Phạm vi nghiên cứu .................................................................................................. 02
4. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................................... 02
5. Giá trị thực tiễn của đề tài ......................................................................................... 03
6. Nội dung dự kiến ...................................................................................................... 03
Chương II: Khảo sát ổn định điện áp và tìm hiểu FACT ....................................... 04
1. Khái niệm chung về ổn định hệ thống điện .............................................................. 04
1.1. Ổn định động và ổn định tĩnh ................................................................................ 04
1.2. Mơ hình hệ thống điện ........................................................................................... 06
1.3. Điểm cân bằng (Equibibrium or singular point) ................................................... 09
2. Các khái niệm liên quan đến ổn định điện áp ........................................................... 09
2.1. Đặc tính hệ thống truyền tải ................................................................................... 09
2.2. Thuận lợi của đường cong Q – V đến khảo sát và phân tích ổn định điện áp ....... 19
3. Đặc tính của nguồn phát ........................................................................................... 19
4. Đặc tính tải ................................................................................................................ 20

5. Một số thiết bị bù công suất phản kháng .................................................................. 21
5.1. Tụ bù ngang ........................................................................................................... 21
5.2. Thiết bị bù ngang có điều khiển............................................................................. 21
5.3. Bù dọc .................................................................................................................... 21
6. Tiêu chuẩn ổn định điện áp ........................................................................................ 21
6.1. Tiêu chuẩn ổn định điện áp dΔQ/dV ..................................................................... 21
6.2. Tiêu chuẩn đánh giá ổn định điện áp đối với hệ thống lớn.................................... 24
7. Các bộ điều khiển FACTS ứng dụng trong hệ thống điện ....................................... 24
7.1. Giới thiệu FACTS .................................................................................................. 24
7.2. Ứng dụng và các lợi ích của thiết bị FACTS ......................................................... 26
8. Ứng dụng thiết bị SVC trong việc nâng cao ổn định hệ thống điện ......................... 27
9. Phương pháp phân tích Modal Q – V đánh giá ổn định điện áp HTĐ ..................... 35
9.1 Ma trận rút gọn Jacobi……………………………………………………………..35
9.2 Giới thiệu trị riêng, vector riêng và mơ hình ma trận modal .................................. 39
9.2.1 Giá trị riêng .......................................................................................................... 39
9.2.2 Vector riêng ......................................................................................................... 40
9.2.3 Mơ hình ma trận modal ........................................................................................ 40
HVTH: Phạm Hoàng Đạt

Trang v

Luan van

GVHD: TS.Hồ Văn Hiến


Luận văn thạc sĩ

Mục lục

9.2.4 Độ nhạy ................................................................................................................ 42
9.2.5. Hệ số tham gia .................................................................................................... 43
9.3. Phương pháp phân tích ma trận modal Q –V đánh giá ổn định điện áp cho hệ thống
điện ................................................................................................................................ 43
9.3.1. Hệ số tham gia của nút Pki .................................................................................. 47
9.3.2. Hệ số tham gia của nhánh Pji .............................................................................. 48
9.3.3Hệ số tham gia của máy phát Pmi .......................................................................... 50
Chương III: Khảo sát, phân tích và đánh giá ổn định điện áp cho hệ thống truyền
tải 345kV ...................................................................................................................... 53
1. Giới thiệu mạng 5 nút ............................................................................................... 53
2. Khảo sát mạng 5 nút ................................................................................................. 54
3. Mô phỏng bằng Powerworld ..................................................................................... 67
Chương 4: Kết luận và đề xuất .................................................................................. 68
1. Kết luận ..................................................................................................................... 68
2. Những hạn chế .......................................................................................................... 68
3. Đề xuất ...................................................................................................................... 68
Tài liệu tham khảo ...................................................................................................... 70
Phụ lục..................................................................................................................... 71-79

HVTH: Phạm Hoàng Đạt

Trang vi

Luan van

GVHD: TS.Hồ Văn Hiến


Luận văn thạc sĩ

Danh sách các hình

DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang

Hình 2.1. Minh họa ổn định của hai hệ cơ học ......................................................... 07
Hình 2.2. Hệ thống hình tia đơn giản ....................................................................... 13
Hình 2.3. Đồ thị của

I ,V , P , Q
R R R

theo phụ tải ........................................................... 15

Hình 2.4. Đường cong P-V ứng với các hệ số cơng suất khác nhau......................... 17
Hình 2.5. Đặc tính P-V với hệ số cơng suất trễ......................................................... 18
Hình 2.6. Đặc tính P-V với hệ số cơng suất sớm ...................................................... 19
Hình 2.7. Sơ đồ mạng hình tia đơn giản ................................................................... 24
Hình 2.8. Đặc tính đường cong phụ tải .................................................................... 25
Hình 2.9. Sơ đồ tia đơn giản và giản đồ vector ......................................................... 27
Hình 2.10. Đường đặc tính QS (V ) với PL  0 và PL  0 . .............................................. 28
Hình 2.11. Đường đặc tính QL (V ) và QS (V ) ............................................................. 29
Hình 2.12. Bảng so sánh đánh giá các thiết bị bù ..................................................... 32
Hình 2.13. Điều chỉnh điện áp tại nút phụ tải bằng SVC ............................................. 35
Hình 2.14. Sự thay đổi của điện áp tại thanh cái phụ tải khi có và khơng có SVC .. 36
Hình 2.15. Quan hệ thời gian và điện áp quá áp ....................................................... 37
Hình 2.16. Mơ hình vị trí SVC .................................................................................. 39
Hình 2.17. Sự thay đổi P và Q khi có SVC đối với mơ hình SMIB ......................... 39
Hình 2.18. Đường cong góc – cơng suất đối với mơ hình SMIB ............................. 41
Hình 2.19. Đặc tính cơng suất khi có và khơng có SVC........................................... 42

Hình 3.1. Sơ đồ lưới 5 nút ......................................................................................... 64

HVTH: Phạm Hoàng Đạt

Trang viii

Luan van

GVHD: TS.Hồ Văn Hiến


Chương I: Giới thiệu luận văn

GVHD: TS.Hồ Văn Hiến

CHƯƠNG I:
TỔNG QUAN
1. ĐẶT VẤN ĐỀ:
Hiện nay, vấn đề ổn định điện áp khơng cịn là vấn đề mới lạ đối với tất cả
chúng ta. Tuy nhiên, nó đóng vai trị hết sức quan trọng đối với việc nghiên cứu và
đánh giá ổn định hệ thống, cũng như chất lượng điện năng trong hệ thống, gần đây
vấn đề mất ổn định điện áp là một những nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng
sụp đổ điện áp. Vì vậy, việc khảo sát, phân tích ổn định điện áp để xác định những
thơng tin về giới hạn ổn định và cơ chế gây ra mất ổn định điện áp từ đó đưa ra
những dự báo, tìm biện pháp cải thiện, khắc phục kịp thời hiện tượng sụp đổ điện áp
có thể xảy ra. Nếu khơng có những dự báo tương đối chính xác về ổn định điện áp
để đưa ra khắc phục kịp thời thì sẽ gây ra những hậu quả nghiêm trọng, gây ra ảnh
hưởng sự phát triển của nền kinh tế và an ninh của hệ thống điện. Việc dự báo sụp
đổ điện áp trong hệ thống điện là một trong những bài tốn quan trọng trong q
trình phân tích ổn định điện áp. Đặc biệt đối với một hệ thống lớn, đường dây dài và

phức tạp. Để phần nào hiểu rõ vấn đề này, trong luận văn này sẽ đi tìm hiểu phương
pháp phân tích ổn định điện áp trong hệ thống điện với phương pháp phân tích
modal Q-V và kết hợp việc thành lập các đường cong V-P, Q-V được thành lập bài
tốn phân bố cơng suất. Khi đó có thể kết luận rằng hệ thống điện ổn định, mất ổn
định hay sụp đổ. Từ đó dựa vào đặc tính độ dốc của đặc tính Q-V và giá trị riêng
lamda bé và dương và các hệ số xem nút nào ổn định kém hay gần với điểm tới hạn
ranh giới mất ổn định nhất, biết được các nhánh và các máy phát quan trọng việc
tham gia giữ ổn định điện áp để có những biện pháp cải thiện kịp thời.
Trong luận văn này dự kiến sẽ sử dụng thiết bị bù tĩnh là thiết bị bù cơng suất
phản kháng có điều khiển, ứng dụng công nghệ FACT mà cụ thể là thiết bị SVC để
bù vào những nút được khảo sát là kém ổn định nhất trong hệ thống để cải thiện
nâng cao ổn định điện áp trong hệ thống điện. Vì lý do đó nên chọn đề tài là:" ỔN
ĐỊNH ĐIỆN ÁP DÙNG SVC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN".

HVTH: Phạm Hoàng Đạt

Trang 1

Luan van


Chương I: Giới thiệu luận văn

GVHD: TS.Hồ Văn Hiến

Nước ta hiện đang trên đà hội nhập cùng kinh tế thế giới, cụ thể đã gia nhập vào
WTO để phát triển kinh tế. Để phát triển kinh tế, đòi hỏi ngành điện đáp ứng nhu
cầu tải ngày càng tăng trong khi các nguồn phát còn hạn chế. Do vậy vấn đề an ninh
của hệ thống là mối quan tâm rất lớn của ngành năng lượng nói chung và ngành
điện nói riêng. Trong đó, việc khảo sát và phân tích đánh giá về ổn định điện áp

được đặc lên mối quan tâm hàng đầu để đưa ra những giải pháp ngắn hạn cũng như
chiến lược lâu dài để phát triển nguồn điện nhằm đáp ứng nhu cầu phụ tải ngày càng
lớn.
2. MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ:
 Khảo sát ổn định điện áp, phương pháp nghiên cứu đánh giá ổn định điện áp.
 Giới thiệu và ứng dụng thiết bị bù công suất phản kháng sử dụng công nghệ
FACT: cụ thể dùng SVC để nâng cao ổn định điện áp.
 Áp dụng và khảo sát, đánh giá ổn định điện áp cho lưới truyền tải 345KV khi
chưa bù và có bù SVC.
 Một số giải pháp khác nhằm nâng cao ổn định điện áp của hệ thống.
3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI:
Đề tài nghiên cứu đánh giá ổn định điện áp cho mạng 5 nút với hệ thống điện
truyền tải có điện áp 345KV.Đưa ra biện pháp cải thiện ổn định điện áp ứng dụng
FACT, cụ thể dùng thiết bị bù tĩnh SVC.
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:
Mơ hình hóa và mơ phỏng bằng phần mềm Matlab và Powerworld.
Dữ liệu đã được công bố vào năm 2010: Sử dụng đường cong PV/QV phân
tích ổn định điện áp hệ thống điện 500kV Việt Nam – PGS.TS. Đinh Thành Việt –
Khoa Điện trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng.

HVTH: Phạm Hoàng Đạt

Trang 2

Luan van


Chương I: Giới thiệu luận văn

GVHD: TS.Hồ Văn Hiến

5. GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI:
 Đảm bảo ổn định điện áp cho hệ thống 345KV được nâng cao vấn đề an ninh
năng lượng và chất lượng điện năng của hệ thống.
 Mở rộng cho hệ thống phức tạp nhiều nút.
6. NỘI DUNG DỰ KIẾN:
Chương I: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN.
Chương II: KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP VÀ TÌM HIỂU FACT.
Chương III: KHẢO SÁT, PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CHO
HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI CÓ ĐIỆN ÁP 345KV
Chương IV: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
TÀI LIỆU THAM KHẢO.
PHỤ LỤC.

HVTH: Phạm Hoàng Đạt

Trang 3

Luan van


Chương II: Khảo sát ổn định điện áp và tìm hiểu FACT

GVHD: TS.Hồ Văn Hiến

CHƢƠNG II:
KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP VÀ TÌM HIỂU FACT
1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN
Hệ thống điện là tập hợp các phần tử phát, dẫn, phân phối có mối quan hệ tương tác
lẫn nhau rất phức tạp tồn tại vô số các nhiễu tác động lên hệ thống. Hệ thống phải đảm

bảo được tính ổn định khi có tác động của những nhiễu này.
Ổn định hệ thống điện là khả năng trở lại vận hành bình thường hoặc ổn định sau
khi chịu tác động nhiễu. Đây là điều kiện thiết yếu để hệ thống có thể tồn tại và vận hành:
chế độ xác lập chẳng hạn, để tồn tại cần phải có sự cân bằng cơng suất trong hệ (làm các
thơng số của hệ mới giữ không đổi) và đồng thời phải duy trì được độ lệch nhỏ của các
thơng số định mức dưới những kích động ngẫu nhiên nhỏ (làm các thông số này lệch khỏi
các giá trị tại điểm cân bằng); hoặc do những tác động của những thao tác đóng cắt, hệ
thống điện cần phải chuyển từ chế độ xác lập này sang chế độ xác lập khác.
Khi hệ thống mất ổn định, có thể phải cắt hàng loạt các tổ máy, các phụ tải, có thể
làm tan rã hệ thống và gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho nền kinh tế. Do đó cần nghiên
cứu ổn định trong thiết kế và vận hành hệ thống phải đảm bảo:
 Ổn định trong mọi tình huống vận hành bình thường và sau sự cố.
 Có thể vận hành bình thường trong mọi tình huống thao tác vận hành và kích động
của sự cố.
1.1 Ổn định động và ổn định tĩnh
Ổn định tĩnh là khả năng của hệ thống sau những kích động (nhiễu nhỏ) phục hồi
được chế độ ban đầu. Nếu liên tưởng đến ổn định của hai hệ sau ta có thể hiểu thêm về
khái niệm ổn định tĩnh. Ở hệ 1 (Hình 2.1 - a) vị trí cân bằng của con lắc là ổn định.
Nghĩa là giả sử nếu như có những nhiễu nhỏ (thường xuyên hiện hữu trong khơng
gian) thì con lắc sẽ giao động. Tuy nhiên do lực cản khơng khí, dao động tắt dần và con
lắc sẽ trở về vị trí ban đầu.

HVTH: Phạm Hoàng Đạt

Trang 4

Luan van


Chương II: Khảo sát ổn định điện áp và tìm hiểu FACT

GVHD: TS.Hồ Văn Hiến

Hình 2.1: Minh họa ổn định của hai hệ cơ học
Tương tự như vậy, vị trí a của hệ (Hình 2.1) sẽ ổn định. Tuy nhiên vị trí b là vị trí giả
sử cân bằng nhưng không ổn định. Lý do là chỉ cần nhiễu nhỏ (gió nhẹ) thì hịn bi sẽ rời
khỏi điểm B. Hệ thống điện như trên đã nói, chế độ xác lập khi có điều kiện cân bằng
cơng suất sẽ có các thông số không thay đổi hoặc chỉ biến thiên nhỏ xung quanh các giá
tri ban đầu. Tuy nhiên, trong hệ thống khi vận hành có rất nhiều tác động nhỏ, ngẫu
nhiên: sự thay đổi của công suất phụ tải. Hệ thống khi ấy vẫn phải duy trì được độ lệch
nhỏ hoặc trở về các vị trí ban đầu của các thơng số chế độ. Tính chất này chính là tính ổn
định tĩnh của hệ này. Ổn định động của hệ thống khả năng của hệ phục hồi được trạng
thái ban đầu hoặc gần trạng thái ban đầu sau những kích động lớn (nhiễu lớn).
Như trên đã nói nếu có thể chuyển được sang chế độ xác lập mới thì hệ sẽ có tính ổn
định động. Các kích động lớn ở đây có thể được hiểu như sau:
 Ngắn mạch trên các phần tử của lưới điện.
 Đóng cắt các phần tử lưới điện.
 Tăng giảm đột ngột.
Giả sử như có một máy phát điện đang phát công suất p0 nay do nhu cầu cần phải
tăng ngay công suất lên P1 . Ở thời điểm này sẽ có sự tăng động ngột công suất cơ P =
P1 - P0 nên máy phát quay nhanh lên. Nếu sự tăng tải này đảm bảo cho máy phát theo thời

gian giảm tốc lại và trở về vị trí cân bằng ổn định mới thì ta nói hệ có tính ổn định động.
Ngược lại, nếu máy phát liên tục tăng tốc, nó sẽ rời khỏi đồng bộ và phải bắt buộc phải
được cắt ra khỏi lưới, khi ấy hệ mất ổn định động.

HVTH: Phạm Hoàng Đạt

Trang 5

Luan van


Chương II: Khảo sát ổn định điện áp và tìm hiểu FACT

GVHD: TS.Hồ Văn Hiến

1.2 Mơ hình hệ thống điện – Khơng gian trạng thái
Mơ hình hệ thống điện – không gian trạng thái, trạng thái của một hệ thống động
như một hệ thống điện thì có thể mơ tả bởi tập hợp N phương trình vi phân bậc nhất dạng
phi tuyến như sau:
.

X i  fi ( x1. x n ,u 1...u r ,t )

(2.1)

Trong đó:
N: là số biến của hệ thống
R: số biến điều khiển.
Hệ phương trình trên được biến dạng như sau:
.

X i  fi( x, u, t )

(2.2)

Trong đó:
X  ( x1............ x n)t là vectơ trạng thái của hệ thống.

U  (u1.......u r )t là vectơ đầu vào (biến điều khiển) của hệ thống.
f ( f

1..............

f

n

(2.3)

)t

Trong trường hợp đạo hàm của các biến trang thái khủng là một hàm explicit thì hệ
thống gọi là hệ thống autonomus. Khi đó phương trình trên có thể viết đơn giản lại
.

là: X  fi ( x, u ) .
Ngoài ra, chúng ta cần phải quan tâm biến đầu ra có mối quan hệ đại số có các biến
trạng thái và biến điều khiển có thể diễn tả dưới dạng: Y=g(x,u).
Trong đó:
y  (y

y)

T

1...........

g  (g

1...........

n

g

n

là vectơ biến đầu ra (output) của hệ thống.

)T

Đối với hệ thống máy điện đồng bộ và bộ kích từ dạng IEEE loại 1, các phương
trình mơ tả hệ thống có thể viết như sau:
Các phương trình vi phân về kích từ và điều tốc:
d

i   
i
s
dt

HVTH: Phạm Hoàng Đạt

Trang 6

Luan van

Chương II: Khảo sát ổn định điện áp và tìm hiểu FACT

GVHD: TS.Hồ Văn Hiến

[ E ,  X , I ]I
[ E ,  X , I ]I
d T
qi di qi
qi
qi qi qi Di (i  s )
i  Mi  qi


dt
M
M
M
M
i
i
i
i
,
dE ,
E,
E,
qi
qi [( X di  X di ) I di ]
fdi




dt
T,
T,
T,
doi
doi
doi
dE ,
I
E,
qi
qi
di


(X  X , )
qi
qi
dt
T,
T,
qoi
qoi

dE ,
V
K  S E .E fdi
fdi

  Ei
E fdi  Ri
dt
TEi
TEi

dV
V
K
Ri   Ri  Ai R  K Ai .K Fi .E  K Ai (V  V )
fi
fdi
refi
i
dt
TAi
TAi
TAi .TFi
TAi
dR
Fi   RFi  K Fi .E
Fdi
dt
TFi (TFi )2

Các phương trình đại số Stator:
E,  V sin(   )  R .I  X , I  0
di i
i i
 i di

qi qi
E,  V cos(   )  R .I  X , I  0
qi i
i i
 i qi
di di

Các phương trình trong hệ thống:
n
I V sin(   )  I V cos(   )  P (V )   V V Y cos(     )  0
di i
i i
qi i
i i
Li i
i k ik
i k
ik
k 1
n
I V cos(   )  I V sin(   )  Q (V )   V V Y sin(     )  0
di i
i i
qi i
i i
Li i
i k ik
i k
ik
k 1

n
P (V )   V V Y cos(     )  0
Li i
i k ik
i k
ik
k 1
n
Q (V )   V V Y sin(     )  0
Li i
i k ik
i k
ik
k 1

Cho x0 là vectơ trạng thái cân bằng, u0 là vecto đầu vào tương ứng với trạng thái cân
bằng nên thỏa mãn phương trình sau:
HVTH: Phạm Hoàng Đạt

Trang 7

Luan van


Chương II: Khảo sát ổn định điện áp và tìm hiểu FACT

x

.
0

GVHD: TS.Hồ Văn Hiến

 f (u x, x o)
.

.

(2.4)

Cho một dao động ở một trạng thái trên
X  x0   x

(2.5)

U  u 0  u

Trạng thái mới của hệ thống sẽ thỏa mãn với phương trình:

x x
.

.

n

0

  x 0  fi{( x 0  u )( x 0  u )}
.

f
f
f
f
 f ( x , u )  i x  ....  i x  i u  ....  i u
i 0 0 x
i
ni u
i
r
x
u
i
ni
i
r

(2.6)

Vì x  f ( x , u ) nên:
i0

i 0 0

.
f
f
f
f

x  i x  ....  i x  i u  ....  i u
1 x
i
ni u
i
r
x
u
i
ni
i
r

(2.7)

Với I = 1, 2, 3, …, n
g
g
g
g
i x  i u  ....  i u
y  i x  .... 
i x
i
mi u
i
r
x
u
i

mi
i
r

(2.8)

Với I = 1, 2, 3, …, m
.
 x  A.x  B.u

.
 y  C.x  D.u

Trong đó:
 f
 i
 x1

A   ....
 f
 n
 x
 1

 g
 i
 x1

C   ....
 g

 n
 x
 1

f 
1
x 
n

.... ... 
f 
n
....
x 
n

f 
 f
1
 i ....
u 
 u1
r


B   .... .... ... 
 f
f 
n
 n ....

 u
u 
n
 1

g 
1
x 
n

....
... 
g 
m
....
x 
r 

 g
 i
 u1

D   ....
 g
 n
 u
 1

....

....

g 
1
u 
r

.... ... 
g 
n
....
u 
r
....

HVTH: Phạm Hoàng Đạt

Trang 8

Luan van


Chương II: Khảo sát ổn định điện áp và tìm hiểu FACT

GVHD: TS.Hồ Văn Hiến

Trong đó:






r

y

u

: vectơ trạng thái bậc n.
: vectơ đầu ra bậc m.
: vectơ đầu vào (vectơ điều khiển ) bậc r.

A là ma trận trạng thái (ma trận Jacobi) bậc (n x n).
B là ma trận điều khiển bậc (n x r).
C là ma trận đầu ra bậc (n x n).
D là ma trận hồi tiếp.
Là tỉ lệ của các tính hiệu đầu vào ảnh hưởng trực tiếp đến tính hiệu đầu ra với ma
trận A là ma trận Jacobi của mơ hình động hệ thống, nó quyết định tính chất động học
của hệ thống.
1.3 Điểm cân bằng (Equibibrium or singular point)
Điểm cân bằng là điểm mà tại đó tất cả các đạo hàm

.

.

1.......

n

x x

là đồng thời bằng

không, hệ thống được xem là dừng bởi tất cả các biến bằng hằng số, không thay đổi theo
thời gian. Điểm cân bằng thõa mãn điều kiện sau:
Fi( x0, u)  0

(2.9)

Nếu phương trình fi (i =1, 2, …, n) là tuyển tính, thì hệ thống gọi là hệ tuyển tính và
sẻ chỉ có một điểm cân bằng duy nhất. Ngược lại, đối với hệ thống phi tuyến thì thơng
thường khi khảo sát sẽ có nhiều hơn một điểm cân bằng là đặc trưng chính khi khảo sát
một hệ thống động nào đó, đồng thời sẽ rút ra được các tính chất ổn định của hệ thống.
Sau khi khảo sát các điểm cân bằng thì có thể biết được các trang thái ổn định như:
 Ổn định cục bộ.
 Ổn định luân cục.
 Ổn định giới hạn.
2. CÁC KHÁI NIỆM LIÊN QUAN ĐẾN ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP
2.1 Đặc tính của hệ thống truyền tải [1]
Đặc tính cần quan tâm là quan hệ giữa công suất truyền tải ( PR )-điện áp đầu nhận
( VR ) và công suất phản kháng bơm vào nút (Qi)-điện áp nút ( VR ).
a) Đƣờng cong P – V

HVTH: Phạm Hoàng Đạt

Trang 9

Luan van

Chương II: Khảo sát ổn định điện áp và tìm hiểu FACT

GVHD: TS.Hồ Văn Hiến

Xét sơ đồ hình tia trên gồm điện áp Es là hằng số (công suất cơ và cuộn kích từ khơng
đổi) cung cấp cho một phụ tải Zload (tổng trở tải) qua một tổng trở nối tiếp ZLN (tổng trở
của nguồn,đường dây truyền tải và máy biến áp).

Z

LN



V
R
V  jQ
R
R
Z

load

E
S

Hình 2.2: Hệ thống hình tia đơn giản
Công suất truyền tải PR, công suất phản kháng nhận QR bằng cách biểu thức sau:

Công nguồn tác dụng nguồn cấp cho tải:
Z
E
P  I .V COS  LOAD ( S )2 COS
R
R
K
Z
LN

(2.10)

Công suất phản kháng nguồn cấp cho tải:
Z
E
Q  I .V COS  LOAD ( S )2 SIN
R
R
K
Z
LN

(2.11)

Mà QR  PR tan 

Trong đó:
Biên độ dịng điện:

I

Biên độ điện áp nhận là:
Và

E
S
K Z LN

1

V Z
.I 
R
load

1 Zload
E
K Z LN S

Z
Z
K  1  ( load )2  2( load ) cos(   )
Z
Z
LN
LN

Giá trị tới hạn khi Zload =ZLN khi đó có:

HVTH: Phạm Hồng Đạt

Trang 10

Luan van


Chương II: Khảo sát ổn định điện áp và tìm hiểu FACT

GVHD: TS.Hồ Văn Hiến

E 2
1
S cos 
P

R max 2(1  cos(   ) ) Z
LN

Và

I ,V , P , Q
R R R

I
I



SC

1
K

(2.12)

là hàm phụ thuộc vào tải (
Với

I

SC



Z

load
Z
LN

)

E
SC
Z

(2.13)

LOAD

Z
V
R  1 ( load )1
E
K Z LN
S
P
R
P
R max
Q
R
Q
R max

(2.14)



2(1  cos(   )) Zload 1
(
)
K
Z
LN

(2.15)



2(1  cos(   )) Zload 1
(
) tan 
K
Z
LN

(2.16)

Điểm làm việc
bình thường

Điểm làm việc tới hạn

Hình 2.3: Đồ thị của

I ,V , P , Q
R R R

Điểm làm việc khơng bình
thường

theo phụ tải

Hình 2.3 chứng tỏ khi nhu cầu của phụ tải tăng lên (Zln/Zload tăng lên tức là Zload
giảm xuống) công suất truyền tải Pr tăng nhanh lên giai đoạn đầu và sau đó tăng nhưng
HVTH: Phạm Hồng Đạt

Trang 11

Luan van


Chương II: Khảo sát ổn định điện áp và tìm hiểu FACT

GVHD: TS.Hồ Văn Hiến

chậm dần trước khi đạt giá trị cực đại và sau đó giảm xuống. Như vậy, có thể truyền tải
được một cơng suất thực cực đại thông qua một tổng trở với nguồn điện áp không đổi.
Điểm làm việc ứng với giá trị công suất truyền tải cực đại được gọi là điểm làm việc
tới hạn, đó là lúc biên độ điện áp rơi trên đường dây bằng điện áp đầu nhận Vr. Lúc đó
Zln/Zload =1 hay Zln = Zload. Giá trị của Vr và I ứng với công suất cực đại được gọi là giá trị
tới hạn (critical values).
Ứng với một giá trị công suất Pr (Pr < Prmax), có hai điểm làm việc tương ứng với hai
giá trị khác nhau của Zload. Trên Hình 2.3 tại Pr/Prmax = 0,8, điểm bên trái là điểm làm việc
bình thường và điểm bên phải là điểm làm việc khơng bình thường (cơng suất vượt qua
điểm tới hạn lúc đó I tăng và Vr giảm mạnh so với điểm bên trái).
Nếu phụ tải tăng lên với nhu cầu công suất lớn hơn giá trị công suất cực đại (điểm
làm việc nằm bên phải điểm tới hạn), việc điều khiển công suất bằng cách thay đổi phụ
tải sẽ đưa đến mất ổn định, giả sử khi tăng thêm phụ tải khi đó cơng suất nguồn cấp đến
cho tải lại giảm xuống do đó khơng đáp ứng nhu cầu cho tải lúc này, điện áp tải có giảm
nhanh hay khơng sẽ phụ thuộc vào đặc tính tải. Với tải có đặc tính tổng trở khơng đổi thì
ở điều kiện ổn định của hệ thống ở mức điện áp làm việc thấp hơn bình thường. Mặt khác
nếu tải được cung cấp bởi máy biến áp có điều áp dưới tải (ULTC), việc điều chỉnh đầu
phân áp để tăng áp sẽ làm giảm tổng trở tải Zload sẽ làm cho điện áp tiếp tục giảm và có
thể dẫn đến hiện tượng mất ổn định điện áp.
Như vậy, từ những phân tích trên, hệ thống ổn định điện áp khi điểm làm việc nằm
bên trái điểm tới hạn.
Đặc tuyến V-P:
Một trong những đặc tuyến thường quan tâm khi xét đến ổn định điện áp đó là

đường cong V-P.
Từ Pr max 

E2
1
. s cos  thấy giá trị công suất truyền tải lớn nhất của Pr
2[1  cos(   )] Zln

có thể được tăng bằng cách tăng điện áp nguồn hoặc giảm gócφ.
Điều này được mô tả bằng đặc tuyến V-P
Khi hệ số cơng suất cosφ = 1 thì cơng suất tới hạn:
Pr max 

E2
1
. s
2[1  cos(   )] Zln

HVTH: Phạm Hoàng Đạt

(2.17)

Trang 12

Luan van


Chương II: Khảo sát ổn định điện áp và tìm hiểu FACT

GVHD: TS.Hồ Văn Hiến

Pr
2[1  cos  ]cos  Zload 1

.(
)
Pr max
K
Z ln

(2.18)

Vr
1 Zload 1

.(
)
Es
K Z ln

(2.19)

Từ đó vẽ đường cong P-V ứng với mỗi giá trị cosφ khi cho Zln/Zload thay đổi tính
được từng cặp

Pr
Vr
. Hình 2.4 vẽ các đường cong P-V của mạch ở Hình 2.2 với
và
Pr max Es

các hệ số cosφ khác nhau (với   79.7 ) với Es khơng đổi. Quỹ tích những điểm tới hạn
nằm trên đường nét đứt và ứng với mỗi đường cong điểm làm việc ổn định là điểm nằm
phía trên điểm tới hạn. Với hệ số công suất sớm pha (dịng sớm pha hơn điện áp) càng
nhiều thì giá trị công suất tới hạn càng lớn và giá trị điện áp tới hạn cũng càng lớn. Điều
này rất quan trọng đối với ổn định điện áp. Có thể làm cho hệ số công suất sớm pha bằng
cách thực hiện bù ngang ở nút phụ tải (xem chương trình ở phụ lục).

0,95lag

0,9lag

1

0,95lead

0,9lead

Hình 2.4: Đƣờng cong P-V ứng với các hệ số cơng suất khác nhau.
Ví dụ 1: Khảo sát ổn định điện áp cho một tải có đặc tính trễ cosφ=0,8 thụ động P-V:
Điện áp định mức đường dây: 345.00 kV.
Công suất cơ bản: 100 MVA.
Tổng trở 1km chiều dài đường dây: 0.0000 + j 0.0003 ohm/km.
Dung dẫn 1 km chiều dài đường dây: 0.00000422 ohm/km.
Chiều dài của đường dây: 130 km.

HVTH: Phạm Hoàng Đạt

Trang 13

Luan van


Chương II: Khảo sát ổn định điện áp và tìm hiểu FACT

GVHD: TS.Hồ Văn Hiến

Kết quả tính tốn: Xem chương trình và kết quả tính tốn ở phần phụ lục.

Hình 2.5: Đặc tính P-V với hệ số cơng suất trễ
Khi tăng tải cảm có cosφ=0.8 đến một giá trị nào đó thì điện áp đầu nhận của tải
bằng khơng.
Ví dụ 2: Khảo sát ổn định điện áp cho một tải có đặc tính sớm cosφ=0,9 thụ động P-V:
Điện áp định mức đường dây: 345.00 kV
Công suất cơ bản: 100 MVA
Tổng trở 1km chiều dài đường dây: 0.0000 + j 0.0003 ohm/km
Dung dẫn 1 km chiều dài đường dây: 0.00000422 1/ohm.km
Chiều dài của đường dây: 130 km

HVTH: Phạm Hoàng Đạt

Trang 14

Luan van