Báo cáo nghiên cứu khoa học: " NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH GIÁM SÁT ĐỘ DỰ TRỮ ỔN ĐỊNH TĨNH CHO HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM GIAI ĐOẠN 2015" doc

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008

32
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH
GIÁM SÁT ĐỘ DỰ TRỮ ỔN ĐỊNH TĨNH CHO
HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM GIAI ĐOẠN 2015
A STUDY ON DEVELOPING A PROGRAM TO MONITOR
THE STABILITY RESERVE LEVEL OF VIETNAM POWER
SYSTEM IN 2015

NGÔ VĂN DƢỠNG
Đại học Đà Nẵng

TÓM TẮT
Công suất tại các nút phụ tải của hệ thống điện thường xuyên thay đổi để đáp
ứng nhu cầu của hộ tiêu thụ, khi phụ tải tăng đến một mức nào đó sẽ dẫn đến
sụp đổ điện áp, gây mất ổn định hệ thống làm tan rã lưới. Việc xác định được độ
dự trữ ổn định ứng với một trạng thái vận hành thực tế có ý nghĩa quan trọng
trong quá trình quản lý vận hành hệ thống điện. Bài báo trình bày phương pháp
xây dựng miền làm việc cho phép theo điều kiện giới hạn ổn định tĩnh trên mặt
phẳng công suất để đánh giá độ dự trữ ổn định tĩnh cho hệ thống điện. Áp dụng
xây dựng chương trình giám sát ổn định cho Hệ thống điện Việt Nam giai đoạn
2015.
ABSTRACT
The power at the load bus of the power system always changes to meet the
electrical ulitisation demand. However, when the boost load reaches a certain
level, there will be collapsing voltage, the power system becomes unstable and
will be separated into small systems. Identifying the stability reserve in conformity
with a certain practical operation condition is very important for management and
operation the system. This paper presents a method to build a possible operation
region in the power plane of load bus which works in comply with the stability limit.

This method is used to build a program to monitor the stability reserve of
Vietnam’s power system in 2015.

1. Đặt vấn đề
Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ thì nhu cầu năng lƣợng
cũng ngày một gia tăng trong đó năng lƣợng điện
đóng vai trò rất quan trọng. Do đó phụ tải Hệ thống
điện liên tục phát triển và mở rộng dẫn đến việc quản
lý và vận hành hệ thống cũng ngày càng khó khăn và
phức tạp hơn. Đối với các hệ thống điện nhỏ, đƣờng
dây truyền tải ngắn thì khả năng tải của các đƣờng
dây thƣờng bị giới hạn bởi điều kiện phát nóng và
tổn thất điện áp, đối với các hệ thống điện lớn thì
điều kiện ổn định hệ thống là yếu tố quyết định khả
năng tải của các đƣờng dây [1]. Thực tế vận hành
a
b
o
Q
F

Q
pt

U
a

U
b

U
0

Q
U
Hình 1
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008

33
cho thấy hiện tƣợng sụp đổ điện áp dẫn đến tan rã lƣới đã diễn ra đối với nhiều hệ
thống điện trên Thế giới nhƣ: Ở Mỹ - Canada ngày 14/8/2003, phía Nam London
ngày 28/8/2003, Nam Thuỵ Điển và Đông Đan Mạch ngày 23/09/2003, Ý ngày
28/09/2003 , đối với Hệ thống điện Việt Nam cũng đã xảy ra sự cố dẫn đến mất
điện trên diện rộng vào các ngày 17/05/2005, 27/12/2006, 20/07/2007 và
04/09/2007 [6]. Qua phân tích cho thấy tất cả các hiện tƣợng trên đều liên quan
đến mất ổn định hệ thống. Đánh giá khả năng ổn định tĩnh của hệ thống điện
thƣờng đƣợc phân tích theo ổn định điện áp (sự gia tăng công suất làm giảm thấp
và sụp đổ điện áp nút tải dẫn đến tan rã lƣới) và ổn định góc pha  (mất đồng bộ ở
đầu cực máy phát), tuy nhiên độ dự trữ ổn định phân tích theo ổn định góc pha 
thƣờng lớn hơn nhiều so với độ dự trữ ổn định phân tích theo ổn định điện áp
[2,8]. Do đó để giám sát độ dự trữ ổn định của hệ thống điện Việt Nam bài báo
dựa theo tiêu chuẩn ổn định điện áp để tính toán đánh giá. Vấn đề ổn định điện áp
gắn liền với sự tồn tại chế độ xác lập của hệ thống, sự gia tăng phụ tải làm giảm
thấp điện áp và dẫn đến mất ổn định [3,7] (không tồn tại chế độ xác lập ứng với
chế độ không hội tụ của bài toán giải tích mạng điện). Mặt khác, có thể đánh giá sự
biến động điện áp nút tải theo đƣờng đặc tính Q(u) nhƣ trên hình 1. Ở trạng thái
xác lập Q
F
= Q
pt

sẽ tồn tại 2 điểm làm việc a và b, trong đó điểm a là điểm làm
việc ổn định [2], khi phụ tải tăng thì điện áp sẽ giảm dần, đến khi Q
pt
= Q
0
điện áp
U = U
0
thì hệ thống sẽ ở biên giới ổn định (điểm o) và khi Q
pt
> Q
0
thì hệ thống sẽ
mất ổn định (không tồn tại chế độ xác lập). Nhƣ vậy để xác định độ dự trữ ổn định
có thể sử dụng phƣơng pháp làm nặng chế độ (tăng dần phụ tải) để tìm điểm giới
hạn ổn định (điểm bắt đầu xảy ra chế độ không hội tụ của bài toán giải tích mạng
điện). Bài báo sử dụng phƣơng pháp này kết hợp với chƣơng trình tính toán chế độ
xác lập để xây dựng miền làm việc cho phép trên mặt phẳng công suất cho các nút
tải của Hệ thống điện Việt Nam giai đoạn 2015.
2. Phương pháp tính và sơ đồ thuật toán
2.1. Phương pháp xây dựng miền làm việc cho phép
Qui hoạch phát triển Hệ thống điện Việt Nam giai đoạn 2015 đã đề xuất
nhiều phƣơng án [4], bài báo sử dụng tổng sơ đồ VI nhƣ hình 2 để nghiên cứu xây
dựng chƣơng trình giám sát ổn định. Công suất tại các nút phụ tải của hệ thống
điện liên tục thay đổi theo thời gian, vấn đề đặc biệt quan tâm trong quá trình vận
hành là tại mỗi thời điểm cần xác định đƣợc độ dự trữ ổn định tĩnh. Độ dự trữ ổn
định vừa phụ thuộc công suất nút khảo sát, vừa phụ thuộc công suất các nút khác
cũng nhƣ công suất phát của các nhà máy đang vận hành, nói chung là phụ thuộc
vào trào lƣu công suất trong toàn hệ thống. Do đó để đánh giá độ dự trữ ổn định
bài báo chọn phƣơng pháp xây dựng miền làm việc cho phép cho nút tải trên mặt

phẳng công suất. Giả sử xây dựng đƣợc đƣờng đặc tính giới hạn ổn định hợp với
hệ trục tọa độ xác định đƣợc miền làm việc cho phép trên mặt phẳng công suất nhƣ
hình 3, O(Q
0
,P
0
) là một điểm làm việc ổn định (Q
0
, P
0
là công suất nút phụ tải).
Căn cứ vào khoảng cách từ O đến đƣờng giới hạn cho phép xác định đƣợc độ dự
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008

34

trữ ổn định,
oa
là độ dự trữ công suất tác dụng khi giữ Q không đổi,
oc
là độ dự
trữ công suất phản kháng khi giữ P không đổi và
ob
là độ dự trữ ổn định khi giữ
hệ số công suất không đổi. Để xác định đƣợc đƣờng đặc tính giới hạn tại một nút
LAI CHÂU
NHẬP LÀO
YALY
HUỘI QUẢNG
NHẬP TRUNG QUỐC

VIỆT TRÌ
2x450MVA
SÓC SƠN
2x900MVA
MÔNG DƢƠNG
QUẢNG NINH
450MVA
THUỶ ĐIỆN SƠN LA
SƠN LA
2x600MVA
THUỶ ĐIỆN HOÀ BÌNH
HOÀ BÌNH
2x450MVA
THƢỜNG TÍN
2x450MVA
NHO QUAN
2x450MVA
HÀ TỈNH
2x450MVA
DI LINH
450MVA
THỦ ĐỨC
2x900MVA
NHIỆT ĐIỆN THỦ ĐỨC
SONG MÂY
2x600MVA
VŨNG ÁN
450MVA
ĐÀ NẴNG
2x450MVA

TÂN ĐỊNH
2x450MVA
DỐC SỎI
2x450MVA
PLEIKU
2x450MVA
PHÚ LÂM
2x900MVA
ĐẮKNÔNG
2x450MVA
HÓC MÔN
2x600MVA
Ô MÔN
2x450MVA
NHÀ BÈ
2x600MVA
PHÚ MỸ
2x450MVA
Hình 2
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008

35
phụ tải bài báo sử dụng phần mềm tính toán giải tích mạng điện và phƣơng pháp
làm nặng chế độ. Giữ cố định giá trị P, tăng dần Q cho
đến khi hệ thống chuyển từ trạng thái ổn định sang trạng
thái mất ổn định, tại đó xác định đƣợc một điểm trên đặc
tính giới hạn, thay đổi P và tính toán tƣơng tự sẽ tìm
đƣợc tập hợp điểm nằm trên đặc tính giới hạn, nối các
điểm này lại xác định đƣợc miền làm việc cho phép của
công suất phụ tải theo điều kiện giới hạn ổn định.

2.2. Xây dựng sơ đồ thuật toán
Dựa theo phƣơng pháp đã trình bày ở mục 2.1,
sử dụng chƣơng trình CONUS để tính toán chế độ xác
lập và xây dựng sơ đồ thuật toán chƣơng trình xác định
miền làm việc cho phép theo điều kiện giới hạn ổn định tĩnh cho Hệ thống điện
Việt Nam giai đoạn 2015 nhƣ hình 4.

Bắt đầu
Vẽ sơ đồ HTĐ
Đọc file số liệu HTD.abc
Ghi lại số liệu vào file MP.abc
Tính toán CĐXL và hiển thị
thông số chế độ lên sơ đồ
Thay đổi số liệu
Kiểm tra ổn định
Chọn nút khảo sát
Vẽ miền làm việc cho phép
Kết thúc
Bắt đầu










C

K
K
C
C
K
i=0; Pti=0
i=i+1
Pti=Pti+P
Qti=-Q
Qti=Qti+Q
Tính toán CĐXL
HT ổn định
Biểu diễn (Qti,Pti) lên đồ thị
Qti=0
Nối các điểm (Qti,Pti)











Hình 4
*
P
0

Q
0

P
Q
O
a
b
c
Hình 3
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008

36
3. Chương trình giám sát ổn định cho Hệ thống điện Việt Nam giai đoạn 2015
3.1. Giới thiệu chương trình GSOD
Trên cơ sở sơ đồ thuật toán ở trên, tác giả đã xây dựng phần mềm GSOD
mô phỏng vận hành và giám sát độ dự trữ ổn định cho Hệ thống điện Việt Nam
giai đoạn 2015. Khởi động chƣơng trình trên màn hình xuất hiện giao diện các
chức năng nhƣ hình 5a:

- Mô phỏng vận hành HTĐ: Chức năng này cho phép khảo sát các chế độ vận hành
Hệ thống điện, khi cho thay đổi các thông số vận hành nhƣ công suất phụ tải, công
suất phát của nhà máy điện hoặc thay đổi cấu trúc hệ thống (đóng cắt các đƣờng
dây truyền tải), chƣơng trình sẽ tính toán chế độ xác lập và hiển thị các thông số
chế độ lên sơ đồ, chúng ta có thể quan sát trực tiếp trên màn hình máy tính (hình
5b) nhƣ đang vận hành hệ thống điện thực tế. Chƣơng trình còn có chức năng hỗ
trợ bằng cách sử dụng các phím lên, xuống, qua, lại để di chuyển sơ đồ trên màn
hình cho phép quan sát đƣợc tất cả
các nút của hệ thống điện.

- Đánh giá dự trữ ổn định tĩnh:
Chức năng này dùng để xác định
miền làm việc cho phép theo điều
kiện giới hạn ổn định tĩnh của
công suất phụ tải trên mặt phẳng
công suất, dùng chuột để chọn nút
cần khảo sát, chƣơng trình sẽ vẽ
đƣờng đặc tính giới hạn ổn định
hợp với hệ trục toạ độ xác định
miền làm việc của công suất phụ
tải nhƣ hình 6. Trên đồ thị biểu
diễn điểm làm việc hiện tại, dựa
vào khoảng cách từ điểm làm việc đến đặc tính giới hạn ổn định để đánh giá độ dự
Hình 5a
Hình 5b
Hình 6
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008

37
trữ ổn định nhƣ đã trình bày trong mục 2.1. Chƣơng trình còn có chức năng hỗ trợ
để chọn độ chính xác tính toán nhằm tăng tốc độ xây dựng miền làm việc cho
phép. Bình thƣờng chọn độ chính xác lớn để chƣơng trình có thể tính toán trong
thời gian thực (online), khi quan sát thấy điểm làm việc tiến gần đến đặc tính giới
hạn nên chọn lại độ chính xác bé để có thể đánh giá chính xác độ dự trữ hiện tại
nhằm tìm các biện pháp điều khiển thích hợp để tăng độ dự trữ ổn định cho hệ
thống.
- Hướng dẫn sử dụng: Tóm tắt một số hƣớng dẫn nhanh để sử dụng phần mềm.
3.2. Đánh giá khả năng ổn định của hệ thống điện Việt Nam giai đoạn 2015
Để đánh giá ảnh hƣởng của công suất các nút phụ tải đến khả năng ổn định
tĩnh của hệ thống, thực hiện chạy chƣơng trình GSOD ở chế độ cao điểm (công

suất các nút tải lớn hơn 60% công suất cực đại), lần lƣợt khảo sát miền làm việc
của các nút
tải [5]. Kết
quả cho thấy
các nút gần
nguồn công
suất lớn nhƣ
Sơn La, Hoà
Bình, Phú
Mỹ miền làm
việc cho phép
khá rộng lớn
hơn miền làm
việc theo
điều kiện giới hạn khả năng tải của MBA (hình 7a), do đó trong vận hành việc thay
đổi công suất các nút nầy hầu nhƣ không ảnh hƣởng đến khả năng ổn định của hệ
thống. Các
nút nằm trên
tuyến đƣờng
dây 500kV
liên lạc Bắc -
Nam nhƣ Hà
Tĩnh, Vũng
Áng, Đà
Nẵng có miền
làm việc cho
phép hẹp,
đƣờng đặc
tính giới hạn
ổn định giao cắt với đƣờng đặc tính giới hạn khả năng tải của MBA (hình 7b), do

Giới hạn ổn định
Giới hạn khả năng tải MBA
Hình 7a
Giới hạn ổn định
Giới hạn khả năng tải MBA
Hình 7b
Hình 8a
Hình 8b
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008

38
đó trong vận
hành phải
thƣờng xuyên
giám sát độ
dự trữ ổn
định của các
nút này. Cũng
qua khảo sát
cho thấy miền
làm việc cho
phép thay đổi
theo trào lƣu
công suất
trong hệ thống, có thể mở rộng miền làm việc cho phép bằng cách tăng công suất
phát các nhà máy hoặc bù công suất phản kháng các nút lân cận. Ví dụ miền làm
việc cho phép của nút Vũng Áng ở chế độ cao điểm nhƣ hình 8a, nếu bù công suất
phản kháng cho nút Hà Tĩnh 200Mvar và nút Đà Nẵng 200Mvar thì miền làm việc
đƣợc mở rộng nhƣ hình 8b. Khi quan sát thấy điểm làm việc tiến gần đến đƣờng
đặc tính giới hạn ổn định (độ dự trữ ổn định bé), có thể thực hiện bù công suất

phản kháng hoặc sa thải phụ tải tại nút khảo sát để dịch chuyển điểm làm việc cách
xa đặc tính giới hạn (tăng độ dự trữ ổn định). Ví dụ ứng với phụ tải nút Đà Nẵng là
(630 +j450) MVA thì điểm làm việc lân cận biên giới ổn định nhƣ hình 9a, nếu
thực hiện bù một lƣợng công suất phản kháng 200MVar thì điểm làm việc dịch xa
đặc tính giới hạn ổn định nhƣ hình 9b.
4. Kết luận
Sử dụng modul tính toán của chƣơng trình CONUS [2], bài báo đã xây
dựng đƣợc chƣơng trình GSOD cho phép đánh giá một cách trực quan độ dự trữ
ổn định tĩnh theo công suất các nút phụ tải của hệ thống điện Việt Nam giai đoạn
2015. Thực tế vận hành công suất phụ tải thƣờng xuyên thay đổi theo thời gian,
chƣơng trình giúp cho ngƣời vận hành đánh giá đƣợc độ dự trữ cần thiết khi thực
hiện tăng giảm công suất tại một nút bất kỳ, đồng thời cảnh báo những trạng thái
nguy hiểm có thể dẫn đến mất ổn định hệ thống gây mất điện trên diện rộng.
Bằng cách thao tác điều chỉnh trên chƣơng trình mô phỏng vận hành hệ
thống điện để mở rộng miền làm việc cho phép hoặc dịch chuyển điểm làm việc
cách xa đƣờng đặc tính giới hạn ổn định, từ đó tìm đƣợc phƣơng án điều khiển tối
ƣu để nâng cao độ dự trữ ổn định cho các trạng thái đƣợc cảnh báo là nguy hiểm.
Trong trƣờng hợp máy tính đƣợc kết nối với hệ thống SCADA để thu nhận
thông tin về thông số vận hành của hệ thống điện thực tế cung cấp cho chƣơng
trình GSOD. Khi đó, chƣơng trình cho phép nhân viên vận hành giám sát độ dự trữ
ổn định của hệ thống điện đang vận hành trực tiếp trên màn hình máy tính, đồng
Hình 9a
Hình 9b
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008

39
thời nhanh chóng phát hiện đƣợc các trạng thái nguy hiểm để tìm cách điều khiển
nhằm đảm bảo ổn định cho hệ thống.
Tuy nhiên để có thể giám sát độ dự trữ ổn định trong thời gian thực
(online), cần có một số xử lý trong thuật toán để tăng tốc độ tính toán của chƣơng

trình, sử dụng máy tính có cấu hình mạnh, đồng thời phải cập nhật tất cả các thông
số hệ thống theo đúng sơ đồ thực tế đang vận hành.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Lã Văn Út, Ngô Văn Dƣỡng (1998), Đánh giá ổn định Hệ thống điện hợp nhất
qua các tiêu chuẩn thực dụng, Tạp chí khoa học và công nghệ số 16/1998.
[2] Ngô Văn Dƣỡng (2002), Phân tích nhanh tính ổn định và xác định giới hạn
truyền tải công suất trong hệ thống điện hợp nhất có các đường dây siêu cao
áp, Luận án tiến sỹ.
[3] Đinh Thành Việt, Ngô Văn Dƣỡng, Lê Hữu Hùng, Khảo sát quan hệ công
suất tác dụng và điện áp tại nút tải để đánh giá giới hạn ổn định điện áp, Tạp
chí Khoa học và công nghệ Đại học Đà Nẵng số 6(23)/2007.
[4] Viện năng lƣợng - Tổng công ty Điện lực Việt Nam (2005), Tổng sơ đồ phát
triển điện lực giai đoạn 2006-2015 có định hướng đến 2025, Hà Nội.
[5] Nguyễn Hồng Sơn (2007), Nghiên cứu đánh giá độ dự trữ ổn định tĩnh cho
Hệ thống điện Việt Nam giai đoạn 2015 trong thời gian thực, Luận văn thạc
sỹ kỹ thuật.
[6] Operation Group Report, Operation report on May 2005, December 2006 and
September 2007, National Load Dispatch Center – EVN, Việt Nam.
[7] C.W. Taylor (1994), Power System Voltage Stability, McGraw-Hill, New
York.
[8] P. Kundur (1994), Power System Stability and Control, McGraw Hill, New
York.