ứng dụng thiết bị statcom để nâng cao độ ổn định điện áp hệ thống điện Việt Nam

Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
106
ỨNG DỤNG THIẾT BỊ STATCOM ĐỂ NÂNG CAO
ĐỘ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM
APPLICATION STATCOM DEVICE FOR ENHANCEMENT
VOLTAGE STABILITY OF VIETNAM’S POWER SYSTEM

SVTH: Lê Đức Hiền, Trần Phương Châu, Trần Văn Dũng, Hà Đình Nguyên
Lớp 05D1B, Khoa Điện, Trường Đại học Bách Khoa
GVHD: PGS. TS. Đinh Thành Việt
Khoa Điện, Trường Đại học Bách Khoa

TÓM TẮT
Để nâng cao chất lượng điện áp và ổn định điện áp cho hệ thống điện Việt Nam đã có rất
nhiều công trình nghiên cứu về việc ứng dụng các thiết bị bù công suất phản kháng. Tuy nhiên các
thiết bị bù đó chưa đáp ứng đủ những yêu cầu về phản ứng nhanh nhạy khi hệ thống có sự thay
đổi đột ngột về nhu cầu công suất phản kháng. Các thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt
FACTS đã đáp ứng được yêu cầu về độ phản ứng nhanh nhạy cũng như dung lượng bù tối ưu
cho hệ thống điện trong mọi chế độ làm việc. Bài báo này nghiên cứu về những vấn đề trên nhằm
đưa ra vị trí lắp đặt các thiết bị FACTS thích hợp cho hệ thống điện Việt Nam. Trong quá trình
phân tích bỏ qua yếu tố kinh tế và chỉ chú trọng vào yếu tố kỹ thuật. Quá trình nghiên cứu tính toán
sử dụng sơ đồ hệ thống điện Việt Nam tháng 12 năm 2010 và việc tính toán bù công suất phản
kháng tập trung chủ yếu vào các khu vực có mật độ tải dày đặc và có thể gia tăng đột biến trong
các chế độ làm việc khác nhau. Các kết quả tính toán trào lưu công suất hệ thống, phân tích đặc
tính P-V, Q-V được khảo sát qua phần mềm PSS/E-30.
ABSTRACT
In order to improve the voltage quality and voltage stability in VietNam’s power
system, lots of research into the application of reactive voltage compensator have been conducted.
However, they have not met the requirements for fast reactions when an abrupt change of reactive
power demand takes place in the system. The FACTS devices can satisfy these requirements as
well as the optimal compensating capacity for a power system in any working condition mode. The

purpose of this paper it to study the issues mentioned above and show the appropriate location to
install FACTS in the power system in VietNam. The analysis is based on technical specifications
without taking into account of economic facts. In this paper, the graph of VietNam’s power system
dated December 2010 is used. Also the calculation of reactive voltage compensation mainly
focuses on areas with heavy load and probable sudden increase in voltage in different working
conditions. The results of PV, QV curve analysis are examine by using the PSS/E-30.
1. Đặt vấn đề
Điện áp là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng điện năng.
Ổn định điện áp là khả năng duy trì điện áp tại tất cả các nút trong hệ thống ở trong một
phạm vi cho phép (tuỳ thuộc vào tính chất mỗi nút mà phạm vi dao động cho phép của
điện áp sẽ khác nhau) ở điều kiện vận hành bình thường hoặc sau các kích động. Hệ thống
sẽ đi vào trạng thái không ổn định khi xuất hiện các kích động như tăng tải đột ngột hay
thay đổi các thông số của hệ thống. Các thay đổi đó có thể làm cho quá trình giảm điện áp
xảy ra và nặng nề nhất là có thể rơi vào tình trạng không thể điều khiển được, gọi là sụp đổ
điện áp. Nguyên nhân chủ yếu dẫn đến sự mất ổn định và sụp đổ điện áp thường là do
Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
107
không đáp ứng đủ nhu cầu công suất phản kháng cần thiết khi phụ tải tăng bất thường và
đột biến.
Giải pháp kỹ thuật để khắc phục sự mất ổn định và sụp đổ điện áp mà bài báo này
đưa ra là áp dụng bộ điều khiển STATCOM thuộc nhóm thiết bị truyền tải điện xoay chiều
linh hoạt FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System). Với độ nhanh nhạy,
chính xác, điều khiển linh hoạt, các thiết bị FACTS sẽ cải thiện độ ổn định điện áp và nâng
cao khả năng truyền tải công suất trên hệ thống.
2. Mô hình và nguyên lý hoạt động của thiết bị STATCOM
STATCOM (Static Compensator) là một
thiết bị chuyển đổi nguồn áp (VSC_Voltage
Source Converter), nó chuyển đổi nguồn điện áp
một chiều thành điện áp xoay chiều để bù công
suất phản kháng cho hệ thống. STATCOM là một

thiết bị bù ngang, nó điều chỉnh điện áp tại vị trí
nó lắp đặt đến giá trị cài đặt (V
ref
) thông qua việc
điều chỉnh biên độ và góc pha của điện áp rơi giữa
STATCOM và hệ thống. Bằng cách điều khiển
điện áp của STATCOM cùng pha với điện áp hệ
thống nhưng có biên độ lớn hơn khiến dòng công
suất phản kháng chạy từ STATCOM vào hệ thống
qua đó nâng cao điện áp hệ thống lên. Ngược lại,
nếu điều khiển điện áp của STATCOM thấp hơn điện áp của hệ thống, thì dòng công suất
chảy từ hệ thống vào STATCOM do vậy hạn chế quá điện áp trên lưới điện.
3. Ứng dụng STATCOM vào hệ thống lưới điện 500KV và 220KV Việt Nam

Hình 2: Đặc tính P-V tại các nút 500kV Ô Môn, Nhà Bè, Phú Lâm, Sông Mây, Đăk Nông, Di Linh và Tân
Định trong chế độ làm việc bình thường và sự cố N-1 (phần mềm PSS/E)
Filter
-+
C
Vi,
I,
Vref
V,
Hình 1. Mô hình STATCOM
Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
108
Hệ thống lưới điện 500kV và 220kV Việt Nam (số liệu: 12/2010) được đưa vào
khảo sát ở bài báo này. Việc khảo sát tập trung chủ yếu tại các khu vực có mật độ tải lớn,
dày đặc và có khả năng tăng tải bất thường từ đó tính toán lắp đặt STATCOM. Phương
pháp nghiên cứu là xây dựng đường cong P-V, Q-V và phân tích trào lưu công suất của hệ

thống dưới hai chế độ làm việc khác nhau: chế độ bình thường (basecase model), chế độ sự
cố N-1 (contingency N-1). Ta xây dựng các đặc tính P-V của hệ thống điện Việt Nam
thông qua phương pháp phân tích, tính toán trào lưu công suất truyền tải với lượng công
suất truyền từ miền Bắc (PTC-1) cung cấp cho nhu cầu phụ tải tăng dần ở khu vực miền
Trung và Nam (PTC-2, PTC-3, PTC-4).

Hình 3: Đặc tính P-V tại các nút 220kV Châu Đốc, Cao Lãnh, Trà Vinh, Kiên Lương và Bạc Liêu trong chế
độ bình thường và sự cố N-1(phần mềm PSS/E)
Theo đặc tính P-V ta thấy khi công suất truyền tải gia tăng trên 568.750 MW thì
hiện tượng sụp đổ điện áp sẽ xuất hiện. Tại biên độ giới hạn ổn định thì điện áp của nút
500kV Ô Môn là thấp nhất (0.882pu), các nút 220kV có điện áp thấp nhất là: Châu Đốc
(0.797pu), Kiên Lương (0.858). Với giá trị công suất truyền tải là 568.750 MW và hệ
thống đang đứng tại điểm sụp đổ điện áp, nếu có bất kì một sự cố nào làm các máy cắt
đường dây 500kV khu vực miền Nam tác động thì hệ thống sẽ bị tan rã.
Mặt khác xây dựng đặc tính Q-V của các nút trong hệ thống ta thấy nút 500kV Ô
Môn, 220kV Châu Đốc là những nút có độ dự trữ ổn định thấp nhất.
Theo đặc tính P-V, Q-V đã xây dựng ta thấy cần bù công suất phản kháng cho các
nút có điện áp giảm mạnh (theo đặc tính P-V) và có độ dự trữ ổn định thấp (theo đặc tính
Q-V). Điện áp tại các nút đề nghị giới hạn như sau:
Điện áp các nút 500kV: 0.95pu đến 1.05pu
Điện áp các nút 220kV: 0.90pu đến 1.1pu
Nhằm đảm bảo ổn định điện áp cho hệ thống ngay cả trong chế độ sự cố
(contingency N-1) ta đặt STATCOM tại những nút có điện áp giảm mạnh và có nguy cơ
Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
109
sụp đổ điện áp. Các nút có khả năng mất ổn định điện áp nhất:

Hình 4: Đặc tính Q-V của nút 500kV Ô Môn tương ứng với các chế độ làm việc của hệ thống
(phần mềm PSS/E)

Hình 5: Đặc tính Q-V của nút 220kV Châu Đốc tương ứng với các chế độlàm việc của hệ thống
(phần mềm PSS/E)
Chế độ bình thường:
Các nút 500kV: Ô Môn, Phú Lâm.
Các nút 220kV: Châu Đốc, Kiên Lương và Cao Lãnh.
Chế độ sự cố N-1:
Các nút 500kV: Ô Môn, Phú Lâm, Di Linh, HT-NQ1, ĐN-HT2.
Các nút 220kV: Châu Đốc, Kiên Lương, Thốt Nốt, Cao Lãnh và Trà Vinh
Từ kết quả trên ta đưa ra 3 phương án lựa chọn vị trí đặt STATCOM là:
Phương án 1:
Các nút 500kV: Ô Môn, Phú Lâm, Di Linh, Nho Quan
Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010
110
Các nút 220kV: Châu Đốc
Phương án 2:
Các nút 500kV: Nhà Bè, Tân Định, Di Linh, Hà Tĩnh
Các nút 220kV: Kiên Lương
Phương án 3:
Các nút 500kV: Ô Môn, Nhà Bè, Đà Nẵng, Sơn La
Các nút 220kV: Nho Quan
Sau khi đặt STATCOM tại từng vị trí theo 3 phương án trên ta lựa chọn được
phương án tối ưu nhất:
Tại các nút 500kV: Ô Môn, Phú Lâm, Di Linh, Nho Quan.
Tại các nút 220kV: Châu Đốc.
Phân tích dòng công suất huy động cho thấy công suất truyền tải sẽ rất lớn từ
PleiKu-Đăk Nông-Phú Lâm (572.8 MW) và PleiKu-Tân Định-Phú Lâm (649.6 MW),
trong trường hợp sự cố bất kì một đường dây thì đường dây còn lại sẽ tải lượng công suất
134% so với bình thường và đường dây sẽ làm việc trong tình trạng quá tải. Như vậy giới
hạn công suất truyền tải trên đường dây sẽ là 568.75 MW. Với giới hạn công suất này ta
xác định được giới hạn bù của các STATCOM đặt tại các nút trên như bảng 1:

Bảng 1: Dải điều chỉnh bù công suất phản kháng của các thiết bị STATCOM

Sau khi đặt STATCOM vào những vị trí ở trên ta có các đặc tính P-V mới như sau:

Hình 6. Đặc tính P-V của các nút 500kV Ô Môn, Đăk Nông, Nhà Bè, Phú Lâm, Tân Định, Sông Mây, Di
Linh trong chế độ bình thường và sự cố N-1(phần mềm PSS/E)