tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật NÂNG CAO ổn ĐỊNH góc ROTOR máy PHÁT điện BẰNG bộ ổn ĐỊNH CÔNG SUẤT (PSS) và THIẾT bị bù NGANG TĨNH (SVC)

1
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

TRẦN THỊ LỆ QUYÊN
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NÂNG CAO ỔN ĐỊNH GÓC ROTOR MÁY PHÁT
ĐIỆN BẰNG BỘ ỔN ĐỊNH CÔNG SUẤT (PSS) VÀ
THIẾT BỊ BÙ NGANG TĨNH (SVC)
Chuyên ngành : Thiết bị, mạng & Nhà máy điện
Mã số : 60.52.50
THÁI NGUYÊN - 2012
Luận văn được hoàn thành tại trường Đại học Kỹ tuật
Công nghiệp Thái Nguyên.
Cán bộ HDKH : TS. Nguyễn Đăng Toản
Phản biện 1 : PGS.TS. Nguyễn Như Hiển
Phản biện 2 : TS. Nguyễn Quân Nhu
Luận văn đã được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn, họp
tại: Phòng cao học số 02, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái
Nguyên.
Vào 15 giờ 30 phút ngày 25 tháng 07 năm 2012.
Có thể tìm hiển luận văn tại Trung tâm Học liệu tại Đại học
Thái Nguyên và Thư viện trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái
Nguyên.
2
Mở đầu
Hệ thống điện (HTĐ) đóng vai trò quan trọng đối với sự phát
triển kinh tế của mỗi quốc gia vì nó là một trong những cơ sở hạ tầng
quan trọng nhất của nền kinh tế quốc dân. Do sự phát triển kinh tế và
các áp lực về môi trường, sự cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, cũng
như sự tăng nhanh nhu cầu phụ tải, sự thay đổi theo hướng thị trường

hóa ngành điện làm cho HTĐ ngày càng trở lên rộng lớn về quy mô,
phức tạp trong tính toán thiết kế, vận hành do đó mà HTĐ được vận
hành rất gần với giới hạn về ổn định. Hiện nay, các HTĐ rất “nhạy
cảm” với các sự cố có thể xảy ra. Theo kết quả nghiên cứu, HTĐ có
thể bị sự cố liên quan trực tiếp đến hiện tượng mất ổn định góc rôto
máy phát điện. Một số sự cố tan rã HTĐ gần đây trên thế giới với
những hậu quả to lớn là những ví dụ sinh động cho luận điểm này.
Chính vì vậy mà trong đề tài này chúng tôi chủ yếu tập trung vào
nghiên cứu các cơ chế xảy ra sự cố, các yếu tố ảnh hưởng, các
phương pháp nghiên cứu – công cụ nghiên cứu, các mô hình thiết bị,
để từ đó đề xuất các giải pháp nâng cao mất ổn định góc rôto máy
phát điện.
Trong luận văn này, chúng tôi sẽ dành để phân tích ưu nhược
điểm của các thiết bị PSS và SVC trong việc nâng cao ổn định góc
rôto máy phát điện. Việc nghiên cứu thành công đề tài sẽ góp phần
tìm hiểu về nguyên lý làm việc, các ứng dụng của các thiết bị mới
như PSS và SVC cũng như là cơ sở để nâng cao hiệu quả ổn định của
HTĐ nói chung, và là điều kiện tiền đề để khai thác tính năng của
các thiết bị PSS và SVC trong HTĐ Việt Nam. Các nội dung chính
của luận văn: Tính cấp thiết của đề tài được trình bày trong chương I
của luận văn. Chương II của luận văn tóm tắt một số sự cố tan rã
HTĐ điển hình trên thế giới trong một số năm gần đây. Các nguyên
3
nhân chủ yếu dẫn đến các sự cố này, các định nghĩa, cũng như là
phương pháp nghiên cứu nâng cao ổn định góc rotor máy phát điện
được trình bày cụ thể trong chương này. Chương III, nghiên cứu về
thiết bị PSS và SVC dùng để nâng cao ổn định góc rotor máy phát
điện. Các kết quả mô phỏng với HTĐ chuẩn được trình bày trong
chương IV của luận văn. Chương V là các kết luận chủ yếu và các
kiến nghị.

Để hoàn thành luận văn, ngoài nỗ lực bản thân, tác giả đã nhận được
rất nhiều sự quan tâm giúp đỡ chỉ bảo tận tình của các Thày, các Cô
trong suốt quá trình giảng dạy và khoa Đào tạo sau đại học trường Đại
học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, đặc biệt là sự hướng dẫn tận
tình, chu đáo của thầy TS. Nguyễn Đăng Toản trường Đại học Điện
lực Hà Nội.
4
: GIỚI THIỆU CHUNG
I.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Hệ thống điện (HTĐ) đóng vai trò quan trọng đối với sự phát triển
kinh tế của mỗi quốc gia vì nó là một trong những cơ sở hạ tầng quan
trọng nhất của nền kinh tế quốc dân. Một HTĐ thường phân chia làm ba
phần chính: Phần phát điện - hay phần nguồn điện - bao gồm các nhà
máy phát điện như: nhiệt điện chạy than, nhiệt điện chạy khí, nhà máy
thủy điện, nhà máy điện hạt nhân, và một số loại phát điện khác… Phần
truyền tải, đây cũng có thể được coi là hệ thống xương sống của một
HTĐ bao gồm các đường dây cao áp, và máy biến áp truyền tải. Phần
phân phối, nơi điện áp được hạ thấp để cung cấp trực tiếp cho các phụ
tải khác nhau. Để đảm bảo chế độ vận hành bình thường thì HTĐ cần
thỏa mãn các điều kiện về an ninh, tin cậy cung cấp điện, đảm bảo chất
lượng điện năng, và yêu cầu về kinh tế.
Tuy nhiên, các HTĐ nói chung và HTĐ Việt Nam nói riêng đang
phải đối mặt với những khó khăn: Thứ nhất là sự tăng lên quá nhanh
của phụ tải: đặc biệt là với một nước đang phát triển nhanh như Việt
Nam, đang đặt ra một thách thức lớn cho ngành điện và cả đất nước
nói chung: đó là làm sao phải đáp ứng được nhu cầu phụ tải. Vấn đề
thứ hai là sự cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên như than đá, dầu mỏ, khí
đốt, và cả nguồn thủy điện. Đây cũng là một áp lực to lớn đối với
ngành điện của mỗi quốc gia. Việc ứng dụng công nghệ hạt nhân
trong sản xuất điện ở nước ta vẫn còn nhiều khó khăn, do vấn đề về

công nghệ, sự lo ngại về an toàn, nguồn cung cấp nhiên liệu và cả sự
huy động vốn đầu tư lớn. Vấn đề thứ ba đó là sự xuất hiện và sử
dụng ngày càng nhiều các nguồn năng lượng tái tạo trên bình diện cả
nước. Một mặt, các nhà máy phát điện phân tán này góp phần giảm
5
thiểu gánh nặng cho nghành điện trên phương diện đáp ứng nhu cầu
phụ tải, giảm tổn thất, tiết kiệm chi phí truyền tải, tận dụng năng
lượng tái tạo sẵn có. Cùng với sự xuất hiện của các thiết bị điện tử
công suất cả ở phía truyền tải và phân phối làm thay đổi căn bản khái
niệm về một HTĐ phân phối truyền thống, làm khó khăn hơn trong
quản lý, vận hành, giám sát và điều khiển HTĐ. Một vấn đề nữa mà
Việt Nam cũng đang phải đối mặt đó là các áp lực về môi trường do
các nhà máy điện gây ra. Do đó chúng ta cần phải xem xét kỹ lưỡng
vấn đề này khi quyết định đầu tư xây mới những nhà máy điện chạy
than, hay những đập thủy điện lớn. Vấn đề thứ năm đó là xu hướng
thị trường hóa ngành điện. Nó làm thay đổi hoàn toàn khái niệm về
một HTĐ truyền thống, phần nguồn, phần phân phối hoàn toàn mở
cho các doanh nghiệp có thể tham gia xây dựng nhà máy điện, kinh
doanh điện. Và đặc biệt là xu hướng kết nối các HTĐ với nhau, điều
này đã làm cho HTĐ ngày càng phức tạp về qui mô, rộng lớn cả về
không gian, khó khăn trong việc quản lý, vận hành, điều khiển giám
sát.
Tất cả các vấn đề trên khiến cho các HTĐ được vận hành rất gần
với giới hạn về ổn định. Và đặc biệt là các HTĐ rất “nhạy cảm” với các
sự cố có thể xảy ra. Một số sự cố tan rã HTĐ gần đây ở châu Âu, Bắc Mỹ
với những hậu quả to lớn là những ví dụ sinh động cho luận điểm này.
Trong đó có rất nhiều sự cố liên quan trực tiếp đến hiện tượng mất ổn
định góc rôto máy phát điện. Chính vì vậy mà việc nghiên cứu về
nâng cao ổn định HTĐ là một nhu cầu cấp thiết đối với HTĐ nói
chung và HTĐ Việt Nam nói riêng. Đã có rất nhiều các nghiên cứu

trên thế giới về vấn đề này, chủ yếu tập trung vào nghiên cứu các cơ
chế xảy ra sự cố, các yếu tố ảnh hưởng, các phương pháp nghiên cứu
– công cụ nghiên cứu, các mô hình thiết bị, để từ đó đề xuất các giải
6
pháp nâng cao mất ổn định góc rôto máy phát điện. Trong đó, có
nhiều tác giả tập trung vào nghiên cứu khả năng nâng cao ổn định
góc rôto máy phát điện bằng thiết bị ổn định công suất (power
system stabilize- PSS) và thiết bị FACTS –SVC.
Chính vì vậy trong luận văn này sẽ dành để phân tích ưu
nhược điểm của các thiết bị PSS và SVC trong việc nâng cao ổn
định góc rôto máy phát điện. Việc nghiên cứu thành công đề tài sẽ
góp phần tìm hiểu về nguyên lý làm việc, các ứng dụng của các thiết
bị mới như PSS và SVC cũng như là cơ sở để nâng cao hiệu quả ổn
định của HTĐ nói chung, và là điều kiện tiền đề để khai thác tính
năng của các thiết bị PSS và SVC trong HTĐ Việt Nam.
I.2 CÁC NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN VĂN
I.2.1 Nghiên cứu các sự cố tan rã hệ thống điện liên quan đến vấn đề
mất ổn định góc rotor máy phát điện
I.2.2 Tìm hiểu phương pháp nghiên cứu và biện pháp nâng cao ổn định
góc rotor máy phát điện bằng bộ ổn định công suất PSS và thiết bị
FACTS - SVC
I.3 CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN
Bản luận văn được trình bày như sau:
Tính cấp thiết của đề tài được trình bày trong chương I của
luận văn. Chương II của luận văn tóm tắt một số sự cố tan rã HTĐ
điển hình trên thế giới trong một số năm gần đây. Trong đó, sự mất
ổn định góc rotor máy phát điện là một trong những nguyên nhân
chính. Các nguyên nhân chủ yếu dẫn đến các sự cố này, các định
nghĩa, cũng như là phương pháp nghiên cứu nâng cao ổn định nhiễu
góc rotor máy phát điện được trình bày cụ thể trong chương này.

Chương III, giới thiệu về thiết bị PSS và SVC dùng để nâng cao ổn
7
định góc rotor máy phát điện. Các kết quả mô phỏng với HTĐ chuẩn
IEEE được trình bày trong chương IV của luận văn. Chương V trình
bày các kết luận chủ yếu và các kiến nghị.
I.4 GIỚI HẠN CỦA LUẬN VĂN
Bản luận văn chỉ đưa ra phân tích so sánh giữa thiết bị PSS và
SVC, và tác dụng của hai loại thiết bị này đối với nâng cao độ ổn
định góc rotor. Phương pháp thực hiện là mô phỏng theo thời gian
các tác động của bộ PSS và SVC khi có sự cố xảy ra trong HTĐ. Kết
quả chỉ được áp dụng cho HTĐ ví dụ hoặc hệ thống điện chuẩn.
: ĐỊNH NGHĨA VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH GÓC
ROTOR
I.5 PHÂN TÍCH CÁC SỰ CỐ TAN RÃ HỆ THỐNG ĐIỆN GẦN ĐÂY
I.5.1 Những sự cố tan rã hệ thống điện gần đây trên thế giới
Trong vòng hơn 20 năm, đã có rất nhiều sự cố tan rã HTĐ xảy ra
trên khắp thế giới với những hậu quả vô cùng to lớn, thậm chí ở các
nước phát triển như Mỹ, Nhật Bản, Tây Âu…. Trong phần này, một
số các sự cố điển hình được thảo luận tóm tắt dựa trên các tài liệu
tham khảo: [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], [11], [12],
[13], [14], [15], [16], [17], [18] và [19]
I.5.2 Các nguyên nhân của sự cố tan rã hệ thống điện
Thông thường, một sự cố tan rã HTĐ là một hiện tượng phức tạp,
với nhiều nguyên nhân khác nhau. Trong luận văn này, chúng tôi
tổng kết một số các nguyên nhân chính như sau:
Nguyên nhân đầu tiên có thể bắt đầu ngay từ khâu qui hoạch và
thiết kế.
8
Rất nhiều nguyên nhân nguy hiểm dẫn đến sự cố tan rã HTĐ xuất
phát từ quá trình vận hành HTĐ.

Trong quá trình bảo dưỡng thiết bị cũng có những nguy cơ tiềm ẩn,
đặc biệt là các công việc bảo dưỡng bất thường, sự hư hỏng của các
thiết bị điện quá cũ, thiếu những công việc bảo dưỡng định kỳ ( thậm
chí là việc cắt tỉa cây trên hành lang tuyến).
Ngoài ra còn nhiều nguyên nhân khách quan khác, như sự hư
hỏng bất thường của thiết bị bảo vệ, hệ thống quản lý năng lượng
(Energy System management - ESM), hệ thống đánh giá trạng thái
(state estimator-SE) và hệ thống đánh giá sự cố ngẫu nhiên thời gian
thực (real time contingency analysis-RTCA).
Những điều kiện thời tiết bất thường (quá nóng, quá lạnh), hay
hiện tượng thiên nhiên cũng là một trong những nguyên nhân dẫn
đến việc tăng lên bất thường của phụ tải hay hư hỏng thiết bị.
I.5.3 Cơ chế xảy ra sự tan rã hệ thống điện
Các cơ chế xảy ra sự cố rất khác nhau từ hệ thống đơn lẻ đến hệ
thống liên kết. Cơ chế chung đó chính là sự mất ổn định của HTĐ và
có thể được tổng kết như sau:
• Ban đầu, HTĐ đang được vận hành ở những điều kiện bất lợi,
khá gần với giới hạn ổn định. Những điều kiện bất lợi đó làm cho
điện áp ở một số nút bị giảm thấp.
• Những điều kiện bất lợi này có thể phải tiếp tục chịu một hoặc
một số sự cố cực kỳ nguy kịch do việc mất thêm thiết bị như là mất
đường dây, máy phát quan trọng, làm phá vỡ tiêu chuẩn an ninh (N-1
hay N-m (m≥2)).
9
• Việc thiếu các biện pháp ngăn chặn kịp thời của các trung tâm điều
độ hệ thống, lỗi vận hành của con người, sự tác động sai của thiết bị bảo vệ,
hay hư hỏng ẩn trong các hệ thống giám sát, điều khiển làm cho tình hình
trở lên nghiêm trọng hơn.
• Sự tác động của máy biến áp điều áp dưới tải, hay các máy
phát đã đạt đến giới hạn công suất tác dụng/phản kháng, làm cho

HTĐ mất khả năng điều khiển điện áp. Kết quả là điện áp tiếp tục
giảm thấp, dẫn đến sụp đổ điện áp và tan rã hệ thống.
• Việc thiếu mô men cản các dao động hay quá trình quá độ dẫn đến
các máy phát điện bị mất đồng bộ, các hệ thống bảo vệ chống mất đồng
bộ tác động cắt các máy phát này ra khỏi HTĐ, làm cho sự mất cân bằng
phát/ tải tăng lên mạnh hơn nữa, và dẫn đến việc cắt hàng loạt các thiết bị
khác, và làm sụp đổ hoàn toàn hệ thống.
• Cơ chế tan ra HTĐ có liên quan trực tiếp đến cơ chế mất ổn
định điện áp/ tần số/ góc roto.
I.5.4 Các dạng ổn định hệ thống điện
Như đã phân tích ở trên, mặc dù các sự cố tan rã HTĐ có nhiều
nguyên nhân, nhưng nguyên nhân vật lý trực tiếp đó là sự mất ổn
định HTĐ. Một tổng kết của IEEE/CIGRE về các loại ổn định được
chỉ ra trong hình vẽ ở dưới đây: [1], [22].
10

Từ hình vẽ trên có thể thấy rằng mất ổn định góc rotor máy phát
điện là một trong những nguyên nhân gây ra sự cố tan rã HTĐ. Vì
vậy trong luận văn này, chúng tôi sẽ tập trung vào nghiên cứu về vấn
đề này.
I.6 ỔN ĐỊNH QUÁ ĐỘ GÓC ROTOR
I.6.1 Định nghĩa
Một số định nghĩa của ổn định góc được biên soạn bởi
IEEE/CIGRE [22] sẽ được trình bày trong phần này.
Ổn định góc rô-to: liên quan đến khả năng của các MPĐ đồng bộ
trong một HTĐ liên kết vẫn còn giữ được sự đồng bộ hóa sau khi trải
qua các kích động có thể xảy ra trong HTĐ. Nó liên quan đến khả
năng duy trì/phục hồi sự cân bằng giữa mô men điện từ và mô men
cơ khi của mỗi máy phát điện đồng bộ trong HTĐ. Sự mất ổn định có
thể xảy ra khi có sự tăng lên của góc rô to của một số MPĐ dẫn đến

sự mất đồng bộ hóa so với các MPĐ khác trong HTĐ. Ổn định góc
có thể được phân loại thành 2 loại: ổn định góc với nhiễu loạn nhỏ
11
HỆ THỐNG ĐIỆN
Ổn định góc
roto
Ổn định tần
số
Ổn định điện áp
Ổn định
quá độ
Ổn định
với nhiễu
loạn nhỏ
Ngắn hạn
Nhiễu loạn
nhỏ
Ngắn hạn Dài hạn
Ngắn hạn Dài hạn
Kích động
lớn
( small signal stability), và ổn định góc khi quá độ (transient
stability)
Ổn định quá độ (ổn định động) (transient stability) là khả năng
của HTĐ vẫn còn duy trì được sự đồng bộ hóa khi trải qua các kích
động lớn, ví dụ như ngắn mạch trên đường truyền tải, mất nguồn
hoặc mất tải Các phản ứng của hệ thống dẫn đến sự sai lệch lớn
góc rotor máy phát điện và bị tác động bởi hệ số góc công suất với
quan hệ phi tuyến. Ổn định quá độ phụ thuộc vào cả hai trạng
thái hoạt động ban đầu của hệ thống và mức độ nghiêm

trọng của nhiễu loạn. Sự bất ổn định thường là ở dạng khoảng cách
góc không tuần hoàn do mô-men quay đồng bộ hóa không đủ, biểu
hiện là sự mất ổn định dao động đầu tiên.
Hình vẽ II-1: Góc Rotor phản ứng với một nhiễu loạn thoáng qua [1]
I.6.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định quá độ
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến ổn định quá độ như:
• Sự nặng tải của HTĐ
• Loại sự cố, vị trí sự cố, thời gian loại trừ sự cố
• Điện kháng của hệ thống truyền tải sau sự cố
• Điện kháng quá độ của MPĐ, hằng số quán tính của MPĐ
12
• Điện áp quá độ của MPĐ, điện áp quá độ này phụ thuộc vào
hệ thống kích từ
I.6.3 Phương pháp nghiên cứu
I.6.3.1 Phương pháp cân bằng diện tích
Phương pháp này đơn giản, trực quan, dễ hiểu về hiện tượng,
vùng ổn định nhưng chỉ áp dụng được trong hệ thống có một máy
phát nối với thanh góp vô cùng lớn, hoặc hai nhà máy nối với nhau.
Hình vẽ II-2: Minh họa phương pháp cân bằng diện tích
I.6.3.2 Phương pháp tích phân số
• Phương pháp Ơle (Euler)
• Phương pháp Runge-Kutta (R-K)
Phương pháp này có ưu điểm là có thể áp dụng được với các
loại mô hình và cấu trúc HTĐ, và được dùng trong các chương trình
mô phỏng HTĐ. Tuy nhiên phương pháp này cũng có những nhược
điểm sau:
• Đòi hỏi khối lượng tính toán lớn, thời gian tính toán lâu, hạn
chế mất hiệu quả ứng dụng trong các bài toán điều khiển nhanh.
• Độ chính xác thấp khi tính toán QTQĐ trong thời gian dài
13

• Khó phân tích kết quả, không xác định được giới hạn ổn định,
độ dự trữ ổn định
Trong phạm vi luận văn, chúng tôi sẽ dùng phương pháp mô
phỏng để nghiên cứu, mô phỏng ổn định động của hệ thống.
I.6.3.3 Hàm năng lượng quá độ (Phương pháp ổn định của Lyapunov
- Phương pháp trực tiếp)
Hình vẽ II-3: Minh họa phương pháp hàm năng lượng quá độ
Phương pháp trực tiếp có ưu điểm dễ hiểu, xác định được giới
hạn ổn định nhưng rất khó xác định năng lượng tới hạn và quĩ tích
của sự cố
I.6.4 Phương pháp nâng cao ổn định góc rotor máy phát điện
Để nâng cao ổn định động góc rotor máy phát điện, có thể sử
dụng một trong các biện pháp sau:
14
I.6.4.1 Nâng cao khả năng truyền tải
I.6.4.2 Ứng dụng các thiết bị bảo vệ tốc độ nhanh
I.6.4.3 Ứng dụng hệ thống đóng lặp lại tốc độ cao
I.6.4.4 Ứng dụng hệ thống đóng cắt một pha
I.6.4.5 Sử dụng MPĐ với hằng số quán tính lớn, và điện kháng quá
độ nhỏ
I.6.4.6 Sử dụng hệ thống kích từ đáp ứng nhanh và hệ số khuếch đại
lớn
I.6.4.7 Ứng dụng hệ thống van điều khiển tốc độ cao
Như đã phân tích ổn định quá độ ta thấy nguyên nhân chính
của mất ổn định góc roror máy phát điện liên quan trực tiếp đến hiện
tượng thiếu mô men cản dao động trong HTĐ, và dao động công
suất. Vì vậy, trong luận văn tác giả tập trung nghiên cứu việc sử dụng
các thiết bị cung cấp mô men cản dao động và thiết bị chống dao
động công suất vào HTĐ.
Bộ ổn định HTĐ (Power System Stabilizer - PSS) được coi là

thiết bị chống dao động công suất có hiệu quả nhất. Chức năng chính
của một bộ PSS là đưa thêm vào tín hiệu điều chỉnh ổn định ở đầu
vào bộ kích từ của máy phát. Các công trình nghiên cứu nhằm tìm ra
điểm đặt tối ưu và tính toán bộ ổn định HTĐ đã được thảo luận trong các
tài liệu tham khảo [1],Error: Reference source not found, Error:
Reference source not found, Error: Reference source not found, Error:
Reference source not found, Error: Reference source not found, và Error:
Reference source not found. Việc lựa chọn tối ưu các thiết bị PSS thông
thường dựa vào việc dùng các hệ số tham gia của các chế độ nghiêm
trọng.
15
Thiết bị bù linh hoạt - FACTS cũng được coi là thiết bị cung
cấp mômen cản dao động để ngăn cản HTĐ dao động [1], Error:
Reference source not found, Error: Reference source not found,
Error: Reference source not found. Ví dụ sử dụng thiết bị bù tĩnh -
SVC và HVDC bằng cách bổ xung tín hiệu điều khiển được sử dụng
để cản HTĐ dao động. Tuy nhiên việc đóng góp của thiết bị SVC
trong việc giảm xóc dao động của hệ thống do việc điều chỉnh điện
áp thường nhỏ. Tác dụng của SVC trong việc nâng cao ổn định góc
rotor phụ thuộc vào vị trí đặt SVC, sử dụng tín hiệu đầu vào, và thiết
kế điều khiển.
Trong luận văn này, tác giả sẽ quan tâm việc so sánh tác dụng
của thiết bị PSS và SVC trong việc nâng cao ổn định góc rotor máy
phát điện.
I.7 CÁC ĐỀ XUẤT NHẰM NGĂN CHẶN CÁC SỰ CỐ TAN RÃ HỆ
THỐNG ĐIỆN
Sự cố tan rã HTĐ thường xuất hiện khi các sự cố xảy ra liên tiếp, có
liên quan với nhau, nhưng nếu các sự cố này xảy ra riêng rẽ thì hoàn toàn
có thể khắc phục được. Các nguyên nhân dẫn đến sự cố có thể bắt nguồn
từ giai đoạn lập quy hoạch và thiết kế các chế độ vận hành hiện hành. Để

ngăn chặn các sự cố tan rã HTĐ trong tương lai, một số khuyến cáo trên
thế giới được trích ra từ các tài liệu tham khảo [13], [39], [40]:
1. Giai đoạn qui hoạch và thiết kế:
2. Công tác bảo trì:
3. Các vấn đề liên quan đến vận hành HTĐ:
4. Giám sát sự cố : Để tạo điều kiện tìm hiểu biết tốt hơn các
nguyên nhân gây ra tan rã HTĐ và phân tích đầy đủ sau sự cố, cần
phải có cả việc phân tích và giám sát các sự cố. Công việc này đã dẫn
16
đến sự phát triển của khái niệm “hệ thống đo lường diện rộng”
(WAMS)
I.8 KẾT LUẬN
Trong chương này, những phân tích cơ bản về các sự cố tan rã
HTĐ gần đây trên thế giới đã được thảo luận tóm tắt. Những hiện
tượng của các sự cố tan rã HTĐ có liên hệ với nhau rất phức tạp và
dạng hiện tượng là không giống nhau. Những hậu quả của các sự cố
tan rã HTĐ là rất lớn cả về an toàn HTĐ và quan điểm kinh tế.
Có nhiều nguyên nhân dẫn đến các sự cố tan rã HTĐ. Các nguyên
nhân có thể bắt nguồn từ giai đoạn lập quy hoạch và thiết kế, các lỗi trong
quá trình vận hành HTĐ…
Các cơ chế xảy ra sự cố tan rã HTĐ đã được trình bày trong luận
văn. Các sự cố tan rã là kết quả của một chuỗi những biến cố như:
bắt đầu với các điều kiện tải bất lợi, không đủ dự phòng công suất tác
dụng và công suất phản kháng…
Trong luận văn này, chúng tôi tập trung vào phân tích về ổn định góc.
Một số định nghĩa có liên quan đến ổn định quá độ, các phương pháp
nghiên cứu và cải thiện ổn định góc rotor cũng được thảo luận trong
chương này.
: NGHIÊN CỨU VỀ THIẾT BỊ PSS VÀ SVC
I.9 GIỚI THIỆU CHUNG

Như đã phân tích ở trên, nguyên nhân chính của vấn đề mất
ổn định góc rotor máy phát điện là do thiếu mômen cản dao động và
hiện tượng dao động công suất trong HTĐ. Do đó để nâng cao ổn
định góc rotor cần phải đặt thiết bị cung cấp mô men cản dao động và
thiết bị chống dao động công suất vào HTĐ. Sử dụng thiết bị PSS và
17
thiết bị FACTS- SVC là một trong những phương pháp có hiệu quả
nhất để nâng cao ổn định góc rotor máy phát điện trong HTĐ.
I.10 THIẾT BỊ ỔN ĐỊNH CÔNG SUẤT – POWER SYSTEM
STABILIZER- PSS
I.10.1 Mô hình thiết bị PSS
Cấu trúc một hệ thống kích từ điển hình được mô tả như hình vẽ:
Hình vẽ III-4: Sơ đồ điển hình về hệ thống kích từ
Mô hình ví dụ về PSS được Kundur mô tả như trong hình vẽ
18
Bộ điều chỉnh
AVR
Máy
kích từ
Bộ biến đổi điện áp đầu cực
và bộ bù tải
Bộ ổn định
(PSS)
Bộ hạn chế và bảo vệ
Hệ
thống
điện
MÁY
PHÁT
1

1
R
sT
+
A
K
1
w
w
sT
sT
+
1
2
1
1
sT
sT
+
+
STAB
K
∑
(3)
(4)
(5)
(1)
(2)
V
ref

E
fd
E
t
∆ω
r
v
1
-
+
+
v
2
v
s
Khuếch đại
Lọc cao tần Khối bù pha
Bộ chuyển đổi
điện áp đầu cuối
Máy
kích
thích
Bộ ổn định công suất (PSS)
Hình vẽ III-5: Sơ đồ một hệ thống kích từ đơn giản với thiết bị
AVR và PSS
Trong đó PSS gồm 3 khối sau:
• Khối bù pha (phase compensation (5))
• Khối lọc cao tần (signal washout 4)
• Khối khuếch đại ổn định (stabilizer gain 3) K
STAB

I.10.2 Sử dụng PSS để nâng cao ổn định
I.10.2.1 Ổn định dựa trên tín hiệu tốc độ trục (detla-omega Δω)
I.10.2.2 Bộ ổn định Delta-P-omega
Là bộ ổn định công suất PSS với cả tín hiệu công suất và tốc
độ quay của roto. Công thức của bộ ổn định này được minh họa bằng
công thức toán học sau
( )
1
eq m e
P P dt
M
∆ω = ∆ − ∆
∫
Hình vẽ III-6: Sơ đồ khối bộ ổn định Delta – P – Omega.
I.10.2.3 Bộ ổn định dựa trên tần số
I.11 THIẾT BỊ SVC
SVC là thiết bị bù ngang dùng để tiêu thụ công suất phản
kháng có thể điều chỉnh bằng cách tăng hay giảm góc mở của
thyristor, được tổ hợp từ hai thành phần cơ bản:
19
• Thành phần cảm kháng để tác động về mặt công suất phản
kháng (có thể phát hay tiêu thụ công suất phản kháng tùy theo chế độ
vận hành)
• Thành phần điều khiển bao gồm các thiết bị điện tử như
thyristor hoặc tri ác có cực điều khiển, hệ thống điều khiển góc mở
dùng các bộ vi điều khiển như 8051, PIC 16f877, VAR
SVC được cấu tạo từ ba phần tử chính bao gồm:
• Kháng điều chỉnh bằng thyristor – TCR (Thyristor Controlled
Reactor): có chức năng điều chỉnh liên tục công suất phản kháng tiêu
thụ.

• Kháng đóng mở bằng thyristor – TSR (Thyristor Switched
Reactor): có chức năng tiêu thụ công suất phản kháng, đóng cắt
nhanh bằng thyristor.
• Bộ tụ đóng mở bằng thyristor – TSC (Thyristor Switched
Capacitor): có chức năng phát công suất phản kháng, đóng cắt nhanh
bằng thyristor.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của SVC như trên hình
20
Hình vẽ III-7: Sơ đồ nguyên lý của thiết bị SVC
Sử dụng SVC cho phép nâng cao khả năng tải của đường dây
một cách đáng kể mà không cần dùng đến những phương tiện điều
khiển đặc biệt và phức tạp trong vận hành. Các chức năng chính của
SVC bao gồm:
• Điều khiển điện áp tại nút có đặt SVC có thể cố định giá trị
điện áp.
• Điều khiển trào lưu công suất phản kháng tại nút được bù.
• Giới hạn thời gian và cường độ quá điện áp khi xảy ra sự cố
(mất tải, ngắn mạch ) trong HTĐ.
• Tăng cường tính ổn định của HTĐ
• Giảm sự dao động công suất khi xảy ra sự cố trong HTĐ như
ngắn mạch, mất tải đột ngột
Ngoài ra, SVC còn có các chức năng phụ mang lại hiệu quả
khá tốt cho quá trình vận hành trong HTĐ như:
• Làm giảm nguy cơ sụt áp trong ổn định tĩnh
• Tăng cường khả năng truyền tải của đường dây
• Giảm góc làm việc δ làm tăng cường khả năng vận hành của
đường dây
• Giảm tổn thất công suất và điện năng
21
I.11.1 Kháng điều chỉnh bằng thyristor TCR (thyristor controlled

reactor)
I.11.2 Tụ đóng mở bằng thyristor TSC (thyristor switch capacitor)
I.11.3 Kháng đóng mở bằng thyristor TSR (thyristor switch reactor)
I.11.4 Ứng dụng của SVC trong thực tế
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
Trong chương này, tác giả đầu tiên phân tích các lợi ích của
việc dùng PSS, SVC. Sau đó, phân tích các sơ đồ, nguyên lý cũng
như sơ đồ của PSS, SVC điển hình. Sau đó, một danh sách các công
trình điện trên thế giới có dùng các thiết bị cũng được thảo luận một
cách vắn tắt. Từ các kinh nghiệm thực tế trên thế giới đã chứng tỏ
các lợi ích của việc dùng PSS, SVC trong HTĐ, có thể nâng cao hiệu
quả truyền tải trên đường dây và nâng cao ổn định góc rotor với ổn
định quá độ. Trong chương tiếp theo của luận văn, chúng tôi sẽ tập
trung vào phân tích ưu điểm của PSS, SVC đối với một lưới điện
chuẩn. Trong phần cuối của chương này, thảo luận về chương trình
tính toán mô phỏng HTĐ là PSS/E cũng được cũng được trình bày
một cách chi tiết. Các ứng dụng, cũng như những tóm tắt về cách
dùng phần mềm PSS/E được trình bày trong phần cuối của chương
này.
: MÔ HÌNH THIẾT BỊ VÀ CÔNG CỤ MÔ PHỎNG - PSS/E
I.12 TÌM HIỂU PHẦN MỀM PSS/E
I.12.1 Giới thiệu chung
PSS/E là một trong những phần mềm tính toán HTĐ cơ bản và
quan trọng nhất được dùng ở các trung tâm điều độ HTĐ quốc gia,
các viện nghiên cứu, cũng như các đơn vị tư vấn thiết kế[42] . PSS/E
22
được dùng để tính toán các bài toán cơ bản nhất của một HTĐ thực
tế như là bài toán trào lưu công suất, ngắn mạch tối ưu, quá trình quá
độ điện cơ, sụp đổ điện áp Với khả năng tính toán chính xác đối
với một HTĐ có nhiều loại máy phát điện khác nhau, nhiều loại mô

hình thiết bị khác nhau Cụ thể như sau:
I.12.2 Giới thiệu tổng quan về chương trình PSS/E
Các tính toán phân tích hệ thống mà chương trình có khả năng thực hiện
bao gồm:
• Tính toán trào lưu công suất.
• Tối ưu hóa trào lưu công suất.
• Nghiên cứu các loại sự cố đối xứng và không đối xứng.
• Tương đương hóa hệ thống.
• Mô phỏng quá trình quá độ điện cơ.
• Modul tính toán trào lưu công suất.
• Phân tích ổn định điện áp và tính toán công suất phản kháng
dự trữ thông qua đường cong PV/QV.
• Modul phân tích hệ thống tuyến tính hóa hệ thống điện.
I.12.3 Tính toán mô phỏng quá trình quá độ, sự cố bằng PSS/E
I.13 MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN
23
G
1
1
5
6
7 8 9
10
11
3
42
400MW
G
2
G

4
G
3
L
7
L
9
Hệ thống 1 Hệ thống 2
25km 10km
110km
110km
10km 25km
C
7
C
9
Hình vẽ IV-8: Mô hình hệ thống điện chuẩn
Trong mô hình này, hệ thống ba pha 50 Hz, 230 kV chỉ thể
hiện một pha như hình vẽ, bao gồm 4 máy phát điện có công suất
900MVA và điện áp 20kV, được chia thành hai hệ thống điện con
nối với nhau thông qua đường dây tải điện kép có chiều dài 220km.
I.13.1 Mô hình máy phát điện GENROE
Hình vẽ IV-9: Mô hình máy phát điện GENROE trong thư việc
PSS/E
I.13.2 Mô hình thiết bị kích từ SEXS
Hình vẽ IV-10: Mô hình thiết bị kích từ SEXS trong thư việc
PSS/E
Hình vẽ IV-11: Mô hình kích từ
24
GENROE

SPEED
ISORCE
ETERM
ANGLE
PMECH
EFD
Điện áp
tại nút
cuối
P
m
E
f
d
V
T
Tốc độ
Dòng điện nguồn
Điện áp đầu cực
Góc
SEXS
ECOMP
VOTHSG
VUEL
VOEL
EFD
∑
V
REF
+

E
C
-
V
S
+
1
1
A
B
T s
T s
+
+
1
E
K
T s
+
EFD
E
M
AX
E
MIN
I.13.3 Mô hình thiết bị PSS
Bộ ổn định công suất (PSS) được mô hình hóa như hình IV
-12
Hình vẽ IV-12: Mô hình bộ ổn định công suất STAB1 trong
thư viện của PSS/E

Mô hình thiết bị STAB1
Hình vẽ IV-13: Mô hình bộ ổn định tốc độ
I.13.4 Mô hình SVC
Dưới đây là mô hình một thiết bị SVC
Hình vẽ IV-14: Mô hình thiết bị SVC
I.13.5 Máy biến áp
Để mô phỏng máy biến áp trong chương trình PSS/E ta phải
chuyển các tham số của nó sang đơn vị tương đối.
25
STAB1
Tốc độ VOTHSG
Tín hiệu phụ