tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật NGHIÊN cứu ỨNG DỤNG của TCSC TRONG VIỆC NGĂN CHẶN mất ổn ĐỊNH DO NHIỄU LOẠN NHỎ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

ĐÀM ANH TUỆ
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CỦA TCSC
TRONG VIỆC NGĂN CHẶN MẤT ỔN ĐỊNH
DO NHIỄU LOẠN NHỎ
LUẬN VĂN THẠC SĨ THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN
Thái Nguyên - 2010
LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan luận văn này là công trình do tôi tổng hợp và nghiên cứu.
Trong luận văn có sử dụng các tài liệu tham khảo như đã nêu trong phần tài liệu
tham khảo.
Tác giả luận văn

Đàm Anh Tuệ
LỜI CẢM ƠN
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 thày TS Nguyễn Đăng
Toản trường Đại học Điện lực Hà Nội.
Thái Nguyên, ngày 24 tháng 8 năm 2010
Đàm Anh Tuệ
TÓM TẮT LUẬN VĂN
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. Và đặc biệt là các HTĐ rất “nhạy cảm” với các sự cố
có thể xảy ra. Theo kết quả nghiên cứu, HTĐ có thể bị sự cố bởi các nhiễu loạn nhỏ
(hay dao động công suất). 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 tập trung nghiên cứu về ổn định với nhiễu loạn nhỏ, phương
pháp nghiên cứu và đặc biệt là ứng dụng của một loại FACTS điển hình là TCSC
trong việc nâng cao ổn định do nhiễu loạn nhỏ.
Trong luận văn này, chúng tôi dùng phương pháp hệ số phần dư để lựa chọn tối
ưu điểm đặt của thiết bị TCSC với mục tiêu nâng cao ổn định với nhiễu loạn nhỏ.
Kết quả được thực hiện với HTĐ Việt Nam đã chứng minh những hiệu quả của việc
đặt thiết bị bù TCSC. 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. Trong đó, sự
mất ổn định do nhiễu loạn nhỏ 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 ổn định nhiễu với loạn nhỏ được trình bày cụ thể trong chương này.
Chương III, giới thiệu về thiết bị TCSC dùng để nâng cao ổn định với nhiễu loạn
nhỏ. Các kết quả mô phỏng với HTĐ Việt Nam được trình bày trong chương IV của
luận văn. Chương V là các kết luận chủ yếu và các kiến nghị.
Các từ khoá: Tan rã hệ thống điện, ổn định với nhiễu loạn nhỏ, hệ số phần dư,
TCSC.
3
MỤC LỤC
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP 1
LỜI CAM ĐOAN 2
TÓM TẮT LUẬN VĂN 3
MỤC LỤC 4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 6
DANH MỤC CÁC BẢNG 7
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 8

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG 10
1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 10
1.2 CÁC NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN VĂN 12
1.2.1 Nghiên cứu các sự cố tan rã hệ thống điện liên quan đến vấn đề mất ổn định do
nhiễu loạn nhỏ 12
1.2.2 Tìm hiểu phương pháp nghiên cứu và biện pháp nâng cao ổn định với nhiễu loạn
nhỏ bằng thiết bị FACTS 13
1.3 CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN 14
1.4 GIỚI HẠN CỦA LUẬN VĂN 14
CHƯƠNG II ỔN ĐỊNH VỚI NHIỄU LOẠN NHỎ 15
2.1 PHÂN TÍCH CÁC SỰ CỐ TAN RÃ HỆ THỐNG ĐIỆN GẦN ĐÂY 15
2.1.1 Những sự cố tan rã hệ thống điện gần đây trên thế giới 15
2.1.2 Các nguyên nhân của sự cố tan rã hệ thống điện 27
2.1.3 Cơ chế xảy ra sự tan rã hệ thống điện 30
2.1.4 Các dạng ổn định hệ thống điện 33
2.2 ỔN ĐỊNH VỚI NHIỄU LOẠN NHỎ 33
2.2.1 Định nghĩa 33
2.2.2 Phương pháp nghiên cứu ổn định góc rôto với nhiễu loạn nhỏ 35
2.2.3 Phương pháp nâng cao ổn định góc với nhiễu loạn nhỏ 42
2.3 CÁC ĐỀ XUẤT NHẰm NGĂN CHẶN CÁC SỰ CỐ TAN RÃ hỆ THỐNG ĐIỆN 43
2.4 KẾT LUẬN 46
CHƯƠNG III ỨNG DỤNG TCSC TRONG VIỆC NÂNG CAO ỔN ĐỊNH HỆ
THỐNG ĐIỆN DO NHIỄU LOẠN NHỎ 47
4
3.1 THIẾT BỊ TCSC 47
3.1.1 Giới thiệu chung 47
3.1.2 Các lợi ích của việc dùng TCSC 47
3.1.3 Mô hình TCSC 49
3.1.4 Phạm vi ứng dụng của TCSC trong thực tế 54
3.2 TÌM HIỂU PHẦN MỀM PSS/E 56

3.2.1 Giới thiệu chung 56
3.2.2 Giới thiệu tổng quan về chương trình PSS/E 57
3.2.3 Các thủ tục cơ bản khi tính toán trào lưu công suất 60
3.2.4 Tính toán tối ưu trào lưu công suất 63
3.2.5 Tính toán mô phỏng quá trình quá độ, sự cố bằng PSS/E 74
3.3 KẾT LUẬN 78
CHƯƠNG IV KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG 79
4.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM 79
4.1.1 Tình trạng vận hành hiện tại của hệ thống điện Việt Nam 79
4.1.2 Quy hoạch phát triển năng lượng trong giai đoạn 2006-2010-2015 90
4.2 CÁC TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG KHI CHƯA CÓ TCSC 107
4.3 DÙNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN DƯ ĐỂ LỰA CHỌN ĐIỂM ĐẶT TCSC 111
4.4 CÁC MÔ PHỎNG KHI CÓ TCSC 114
4.4.1 Các giá trị riêng 114
4.4.2 Dao động điện với tín hiệu đầu vào khác nhau 115
4.5 KẾT LUẬN 119
CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 121
5.1 KẾT LUẬN 121
5.1.1 Nghiên cứu các sự cố 121
5.1.2 Nghiên cứu về TCSC trong việc nâng cao ổn định với nhiễu loạn nhỏ 121
5.2 KIẾN NGHỊ 122
TÀI LIỆU THAM KHẢO 123
5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
6
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng III-1: Danh sách các TCSC đã được lắp đặt 54
Bảng IV-2: Điện năng tiêu thụ của Việt Nam từ 1995 - 2005 79
Bảng IV-3: Gia tăng nhu cầu phụ tải hàng năm từ 1995 - 2005 79
Bảng IV-4: Dự báo nhu cầu phụ tải đến năm 2015 80

Bảng IV-5: Các nhà máy điện hiện có 81
Bảng IV-6: Tổng điện năng sản xuất trong giai đoạn 2000 - 2005 83
Bảng IV-7: Tổng nhu cầu điện năng 84
Bảng IV-8: Tóm tắt về đường dây và các trạm biến áp 85
Bảng IV-9: Điện năng và công suất ở các trạm biến áp 500kV 86
Bảng IV-10: Các sự cố trên đường dây 500kV 88
Bảng IV-11: Nhu cầu điện năng trong giai đoạn 2006-2010-2020 90
Bảng IV-12: Tổng hợp nhu cầu điện năng của các miền 91
Bảng IV-13: Các nhà máy điện được đưa vào vận hành đến năm 2015 92
Bảng IV-14: Danh sách đường dây 500kV hiện có và đã được quy hoạch 103
Bảng IV-15: Danh sách trạm biến áp 500kV hiện có 105
Bảng IV-16: Hệ số phần dư của HTĐ trong mùa mưa 111
Bảng IV-17: Hệ số phần dư của HTĐ trong mùa khô 111
7
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
CIGRE
Conseil International des Grands Réseaux Électriques
or : International Council on Large Electric systems
(Hiệp hội các hệ thống điện lớn)
E.ON Netz
A Transmission System Operator in Germany
(Trung tâm điều độ hệ thống điện Đức)
EPRI
Electric Power Research Institute
(Viện nghiên cứu điện lực Mỹ)
ESM
Energy System Management
(Hệ thống quản lý năng lượng)
FACTS
Flexible AC Transmission System

(Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt)
HTĐ Hệ thống điện
HVDC
High Voltage Direct Current
(Đường dây tải điện một chiều)
IEEE
Institute of Electrical and Electronics Engineers
(Viện kỹ thuật Điện điện tử Mỹ)
MAM
Modifier Arnoldi method
(Phương pháp Arnoldi hiệu chỉnh)
MPĐ Máy phát điện
PMU
Phasor Measurement Unit
(Hệ thống đo góc pha)
PSS
Power System Stabilizer
(Bộ ổn định công suất)
PSS/E
Power System Simulation Engineering
(Mô phỏng hệ thống điện)
PTI
Power Technology Inc.
(Công ty phần mềm Inc - Mỹ)
RTCA
Real Time Contingency Analysis
(Hệ thống đánh giá sự cố ngẫu nhiên thời gian thực)
RWE TSO
A transmission system operator in Germany - RWE
Transportnetz Strom

(Trung tâm điều độ hệ thống điện Đức)
SE State Estimator
8
(Hệ thống đánh giá trạng thái)
SMA
Seclective Modal Analysis
(Phân tích mô hình lựa chọn)
SSR
Sybsynchronous Resonance
(Cộng hưởng tần số thấp)
SSS
Small Signal Stability
(Ổn định với nhiễu loạn nhỏ)
SVC
Static Var Compensator
(Thiết bị bù công suất phản kháng tĩnh)
TCSC
Thyristor Controller Series Compensator
(Thiết bị bù dọc điều khiển bằng Thyristor)
TenneT
The transmission system operator in Netherlands
(Trung điều độ hệ thống điện Hà Lan)
ULTC
Under Load Tap Changer
(Bộ phận tự động điều chỉnh điện áp dưới tải)
WAMS
Wide Area Measurement Systems
(Hệ thống đo lường trên diện rộng)
WAPC
Wide Area Protection and Control

(Hệ thống bảo vệ và điều khiển trên diện rộng)
9
CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 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, tỉ lệ tăng tải trong khoảng (15 -
20)% mỗi năm 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.
Không chỉ riêng Việt Nam và cả thế giới đều nhận thức được rằng chúng ta đang
phải đối mặt với vấn đề cạn kiệt năng lượng sơ cấp, và giá nhiên liệu ngày càng
tăng trên bình diện quốc tế. Ở đây chúng ta cần hiểu rằng nguồn thủy điện đã cạn
kiệt nghĩa là tiềm năng thủy điện đã được phát hiện và khai thác gần hết. 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
10
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 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. Theo
kết quả nghiên cứu, HTĐ có thể bị sự cố bởi các nhiễu loạn nhỏ (hay dao động công
suất). 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. Mặc dù sự cố tan rã HTĐ đã trở
thành mối lo ngại hàng thập kỷ qua, tuy nó ít khi xảy ra và các sự cố trong HTĐ là
không giống nhau nhưng hậu quả mà nó gây ra là rất lớn không những về kinh tế
mà còn về an ninh năng lượng. Ví dụ như sự cố xảy ra tại Bắc Mỹ tháng 8 năm
2003, tổng lượng tải bị cắt là 65 GW, với tổng thời gian mất điện là gần 30 giờ. Ở
sự cố tại Ý tháng 9 năm 2003, tổng lượng tải bị cắt là 27 GW, và tổng thiệt hại vào
khoảng 50 tỉ đô la. Một sự cố khác là sự sụp đổ tần số ở các nước Tây âu năm 2006
cũng làm khoảng 15 triệu người bị ảnh hưởng, và rất nhiều các sự cố khác… trong
11
đó có một sự cố có liên quan trực tiếp đến hiện tượng mất ổn định do nhiễu loạn
nhỏ. Chính vì vậy mà việc nghiên cứu về ổn định với nhiễu loạn nhỏ là một nhu cầu

cấp thiết đối với HTĐ nói chung và HTĐ Việt Nam nói riêng. Đã có rất nhiều
nghiên cứu trên thế giới tập trung vào đề xuất các phương án, nghiên cứu, và nâng
cao ổn định do nhiễu loạn nhỏ. Ngày nay việc ứng dụng các công nghệ mới đặc biệt
là các thiết bị bù linh hoạt FACTS (Flexible AC Transmission System) đã chứng tỏ
tác dụng trong việc nâng cao ổn định với nhiễu loạn nhỏ.
Chính vì vậy mà trong đề tài này chúng tôi tập trung nghiên cứu về ổn định với
nhiễu loạn nhỏ, phương pháp nghiên cứu và đặc biệt là ứng dụng của một loại
FACTS điển hình là TCSC trong việc nâng cao ổn định do nhiễu loạn nhỏ. Thiết bị
bù dọc điều khiển bằng thyristor TCSC là một phần tử cơ bản của hệ thống truyền
tải điện xoay chiều linh hoạt FACTS có khả năng thay đổi nhanh, liên tục điện
kháng bù dọc. Thiết bị này cho phép chúng ta vận hành HTĐ một cách linh hoạt,
hiệu quả cả trong chế độ bình thường hay sự cố nhờ khả năng điều chỉnh nhanh
công suất phản kháng. Việc nghiên cứu thành công luận án sẽ giúp ích cho ngành
điện lực, trong tính toán thiết kế, vận hành và điều khiển HTĐ góp phần nâng cao
ổn định điện áp, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện.
1.2 CÁC NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN VĂN
1.2.1 Nghiên cứu các sự cố tan rã hệ thống điện liên quan đến vấn đề
mất ổn định do nhiễu loạn nhỏ
Sự cố tan rã HTĐ là một trong những sự cố tồi tệ nhất đối với bất cứ HTĐ nào
bởi vì hậu quả của sự cố là rất lớn khi xem xét dưới góc độ kinh tế và an ninh năng
lượng. Do đó vấn đề này đã được quan tâm và nghiên cứu từ nhiều thập kỷ qua.
Một sự cố tan rã HTĐ thường là kết quả của nhiều nguyên nhân khác nhau, và là
một hiện tượng biến động phức tạp, nhiều các nhân tố tham gia đồng thời. Trong đó
việc mất ổn định do nhiễu loạn nhỏ là một trong những nguyên nhân chính.
12
Vì vậy, nhiệm vụ đầu tiên của bản luận văn dành để phân tích một số sự cố tan rã
HTĐ trên thế giới trong thời gian gần đây, tập trung chủ yếu vào sự cố mất ổn định
do nhiễu loạn nhỏ. Một số nguyên nhân chính dẫn đến sự cố tan rã HTĐ sẽ được
tóm tắt ngắn gọn. Những thông tin khoa học này không những hữu ích cho việc
điều tra nguyên nhân của các sự cố, mà còn giúp cho những nhà thiết kế, vận hành

đề xuất các phương án phòng ngừa và ngăn chặn các sự cố tan rã HTĐ.
1.2.2 Tìm hiểu phương pháp nghiên cứu và biện pháp nâng cao ổn
định với nhiễu loạn nhỏ bằng thiết bị FACTS
Sự cố mất ổn định do nhiễu loạn nhỏ đã được xem như là một trong những
nguyên nhân chính dẫn đến một số sự cố tan rã HTĐ gần đây. Khi phân tích sự cố
này, có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự dao động công suất, các cách thức dao động
khác nhau, như là: Mô hình máy phát điện (MPĐ), mô hình hệ thống kích từ (KT),
mô hình phụ tải, cấu trúc HTĐ cũng như các loại sự cố khác nhau. Tuy nhiên các sự
cố có thể coi như là đủ nhỏ, không phá vỡ trạng thái làm việc của HTĐ ngay lập tức,
do đó hệ phương trình mô tả HTĐ có thể tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc
ban đầu. Phương pháp sử dụng giá trị riêng, hệ số tham gia, hệ số phần dư được sử
dụng chủ yếu để nghiên cứu, đánh giá hiện tượng ổn định với nhiễu loạn nhỏ.
Đứng trên quan điểm phòng ngừa sự cố mất ổn định do nhiễu loạn nhỏ, chúng tả
phải nâng cao hệ thống điều khiển bằng cách lắp đặt thêm các thiết bị cản - hay
thêm các mô men cản khi có dao động công suất như: các thiết bị ổn định công suất
ở các máy phát điện (power system stabilizers-PSS) hoặc các thiết bị bù thông minh
(Flexible AC Transmission Systems-FACTS) ….Trong đó thiết bị TCSC đã được
chứng minh là có tác dụng rất lớn trong việc nâng cao ổn định với nhiễu loạn nhỏ.
Trong thực tế, HTĐ thường là rộng lớn, với nhiều đường dây liên lạc trong khi số
lượng các thiết bị điều khiển thì thường hạn chế về số lượng vì lý do kinh tế và kỹ
thuật, do đó một vấn đề đặt ra là phải tối ưu hóa điểm đặt các thiết bị này để nâng
cao ổn định do nhiễu loạn nhỏ.
13
Trong luận văn này, chúng tôi dùng phương pháp hệ số phần dư để lựa chọn tối
ưu điểm đặt của thiết bị TCSC với mục tiêu nâng cao ổn định với nhiễu loạn nhỏ.
Kết quả được thực hiện với HTĐ Việt Nam đã chứng minh những hiệu quả của việc
đặt thiết bị bù TCSC.
1.3 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 do nhiễu loạn nhỏ 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 ổn định nhiễu với loạn nhỏ được trình bày cụ thể trong
chương này. Chương III, giới thiệu về thiết bị TCSC dùng để nâng cao ổn định với
nhiễu loạn nhỏ. Các kết quả mô phỏng với HTĐ Việt Nam được trình bày trong
chương IV của luận văn. Chương V là các kết luận chủ yếu và các kiến nghị.
1.4 GIỚI HẠN CỦA LUẬN VĂN
Bản luận văn chỉ thảo luận phương pháp dùng hệ phần dư để lựa chọn điểm đặt
cho các thiết bị TCSC. Kết quả chỉ được áp dụng cho HTĐ Việt Nam.
Việc lựa chọn tối ưu bộ thông số của thiết bị TCSC đòi hỏi nhiều công sức, và
phụ thuộc vào nhiều yếu tố, cũng như cấu hình của mỗi HTĐ cụ thế. Trong luận
văn này, tác giả chọn thông số của thiết bị TCSC theo bộ thông số điển hình trong
các tài liệu tham khảo.
14

CHƯƠNG II
ỔN ĐỊNH VỚI NHIỄU LOẠN NHỎ
2.1 PHÂN TÍCH CÁC SỰ CỐ TAN RÃ HỆ THỐNG ĐIỆN GẦN ĐÂY
2.1.1 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]:
• Sự cố tan rã HTĐ ngày 19/12/1978 tại Pháp. Lúc đó HTĐ Pháp đang nhập
khẩu điện năng từ các nước bên cạnh. Phụ tải tăng lên từ khoảng 7 giờ đến 8
giờ là 4600 MW. So với ngày hôm trước thì nhu cầu phụ tải tăng lên là 1600
MW. Điều này làm cho điện áp giảm xuống trong khoảng từ 8 giờ 5 phút đến
8 giờ 10 phút, các nhân viên vận hành đã khóa bộ tự động điều áp dưới tải

của các MBA trên lưới cao áp (EHV/HV). Trong khoảng từ 8 giờ 20 phút,
thì điện áp của các nút trên lưới truyền tải (400 kV) đã giảm xuống trong
khoảng từ 342 kV đến 374 kV. Trong khi đó một số đường dây đã bị cắt ra
do bảo vệ quá dòng, càng làm điện áp bị giảm thấp thêm nữa, và xảy ra sụp
đổ điện áp sau đó. Trong quá trình khôi phục lại HTĐ đã xảy ra một sự cố
sụp đổ điện áp khác. Hậu quả của sự cố là 29 GW tải đã bị cắt, với tổng năng
lượng không truyền tải phân phối được là 100 GWh. Hậu quả về tiền được
dự tính trong khoảng 200 - 300 triệu đôla. Nguyên nhân chính là sự mất ổn
định và sụp đổ điện áp trong khoảng thời gian 26 phút [1], [2], [3].
15

• Sự cố tan rã HTĐ ngày 04/08/1982 tại Bỉ: Bắt đầu bằng việc dừng một tổ
máy có công suất 700 MW trong quá trình thí nghiệm nghiệm thu sau bảo
dưỡng. Sau khoảng 45 phút, bộ phận giới hạn kích từ của hai tổ máy khác đã
tác động để giảm lượng công suất phản kháng phát ra. Ba đến bốn phút sau sự
cố đầu tiên, ba tổ máy khác đã bị cắt ra do bảo vệ “Giới hạn công suất phản
kháng” của máy phát điện. Vào lúc 3 phút 20 giây, điện áp trên một số nút của
một số nhà máy điện đã giảm xuống 0.82 pu (đơn vị tương đối). Vào lúc 4
phút 30 giây, hai máy phát khác bị cắt ra bởi rơle tổng trở, dẫn đến sự sụp đổ
điện áp do mất ổn định điện áp trong khoảng trung và dài hạn [1], [2], [3].
• Sự cố tan rã HTĐ ngày 27/12/1983 tại Thụy Điển: Việc hư hỏng một bộ dao
cách ly và sự cố ở một trạm biến áp ở phía tây của Stockholm dẫn đến việc
ngắt toàn bộ trạm biến áp và 2 đường dây 400 kV. Khoảng 8 giây sau, một
đường dây 220 kV bị cắt ra bởi bảo vệ quá dòng. Điện áp của HTĐ bị giảm
thấp làm cho các máy biến áp với bộ điều áp dưới tải tác động, càng làm cho
điện áp trên hệ thống các đường dây truyền tải giảm thấp, và dòng điện tăng
cao trong các đường dây từ phía Bắc đến phía Nam. Khoảng 55 giây sau sự
cố ở trong trạm biến áp, một đường dây 400 kV bị cắt ra làm cho HTĐ của
Thụy Điển bị tách thành hai phần, Bắc và Nam. Các hiện tượng sụp đổ tần số
và điện áp xảy ra trong HTĐ. Hệ thống sa thải phụ tải đã không có hiệu quả

trong việc cứu vãn HTĐ khỏi sự sụp đổ. Các tổ máy hạt nhân trong khu vực
HTĐ chia rẽ đã bị cắt ra bởi bảo vệ quá dòng và trở kháng thấp dẫn đến sự cố
tan rã hoàn toàn HTĐ. Tổng lượng tải bị cắt ra vào khoảng 11400 MW.
Nguyên nhân chính của sự cố tan rã HTĐ là do sụp đổ tần số và điện áp trong
khoảng thời gian dài sau khi trải qua một sự cố nghiêm trọng [1], [2], [3].
• Sự cố tan rã HTĐ tại Florida - Mỹ ngày 17 tháng 5 năm 1985: Một sự cố
phóng điện dẫn đến việc cắt ba đường dây 500 kV đang mang tải nhẹ dẫn
đến sụp đổ điện áp và tan rã hoàn toàn HTĐ trong vòng vài giây. Lượng tải
bị mất khoảng 4292 MW. Nguyên nhân của sự cố tan rã HTĐ là quá trình
sụp đổ điện áp trong khoảng thời gian quá độ [2], [3].
16

• Sự cố tan rã HTĐ Tokyo - Nhật Bản ngày 23 tháng 7 năm 1987: Toàn bộ thủ
đô Tokyo có thời tiết rất nóng, dẫn đến lượng tải tiêu thụ do điều hòa nhiệt
độ tăng cao. Sau thời gian buổi trưa, lượng tải tăng lên khoảng 1% /1 phút
(tương đương với 400 MW/1 phút). Mặc dù, các tụ bù đã được đóng hết,
nhưng điện áp của HTĐ vẫn bắt đầu giảm thấp trên hệ thống truyền tải 500
kV. Sau khoảng 20 phút, thì điện áp bắt đầu giảm xuống còn khoảng 0,75 p.u
và kết quả là các hệ thống bảo vệ rơle tác động ngắt một số phần của hệ thống
truyền tải và xa thải 8000 MW. Nguyên nhân chính là quá trình sụp đổ điện áp
trong khoảng thời gian dài hạn. Các đặc tính phụ tải phụ thuộc điện áp của các
thiết bị điều hòa là nguyên nhân chính dẫn sự suy giảm điện áp [1], [2], [3].
• Sự cố tan rã HTĐ ngày 12/01/1987 tại miền Tây nước Pháp: trong khoảng 50
phút, bốn tổ máy của nhà máy nhiệt điện Cordemais bị cắt ra, dẫn đến điện áp
trong HTĐ giảm thấp kéo theo 9 tổ máy nhiệt điện khác cũng bị cắt ra trong
vòng 7 phút sau đó, trong đó có 8 tổ máy do bảo vệ quá kích thích tác động.
Tuy nhiên thì điện áp vẫn được giữ ổn định ở giá trị rất thấp (trong khoảng từ
0.5 pu đến 0.8 pu). Trong khoảng thời gian 6 phút, điện áp giảm thấp đã phải cắt
một lượng tải là 1500 MW để cứu vãn sự sụp đổ hoàn toàn HTĐ. Nguyên nhân
chính là do sụp đổ điện áp trong khoảng thời gian dài hạn [1], [2], [3]. Hình vẽ

II -1 mô tả sự biến thiên của điện áp trong quá trình sụp đổ đối với HTĐ Pháp
Hình vẽ II-1: Sụp đổ điện áp trong HTĐ pháp ngày 12/1/1987
17

• Sự cố tan rã HTĐ tại Phần Lan 8/1992, HTĐ được vận hành rất gần với giới
hạn an ninh cho phép, lượng công suất nhập khẩu từ Thụy Điển khá lớn,
chính vì vậy mà ở vùng miền Nam của Phần Lan chỉ có 3 tổ máy nối trực
tiếp với hệ thống truyền tải 400 kV. Sự cố mất một tổ máy 735 MW đồng
thời với việc bảo dưỡng định kỳ một đường dây 400 kV đã làm giảm lượng
công suất phản kháng truyền tải dẫn đến điện áp trên lưới 400 kV giảm
xuống còn 344 kV. Điện áp đã được khôi phục bằng cách khởi động các nhà
máy điện dùng tuabin khí và sa thải một lượng phụ tải [3].
• Sự cố tan rã HTĐ tại các bang miền tây nước Mỹ (Western Systems
Coordination Council - WSCC) ngày 2 tháng 7 năm 1996: Bắt đầu ở trong vùng
Wyoming và Idaho lúc 14 giờ 24 phút 37 giây: Hệ thống đang ở chế độ nặng tải
và nhiệt độ trong vùng miền Nam Idaho và Utah khá cao, khoảng 38°C. Lượng
công suất truyền tải từ vùng Pacific về California khá cao cụ thể như sau:
o Đường dây liên lạc AC: 4300 MW (giới hạn là 4800 MW).
o Đường dây liên lạc DC: 2800 MW ( giới hạn là 3100 MW).
o Sau đó có một sự cố ngắn mạch một pha trên đường dây 345 kV từ
nhà máy điện 200 MW Jim Bridger trong vùng Wyoming đến Udaho
do phóng điện từ đường dây vào cây trong hành lang tuyến. Sự cố này
dẫn đến việc cắt một đường dây mạch kép khác do sự tác động sai của
bảo vệ rơ le. Việc cắt 2 trong bốn tổ máy của nhà máy điện Jim
Bridger theo tiêu chuẩn ổn định lẽ ra sẽ làm ổn định lại HTĐ. Tuy
nhiên việc sự cố cắt đường dây 220 kV trong miền Đông Oregon đã
làm điện áp giảm thấp trong vùng miền Nam Idaho, và sự suy giảm
dần dần trong vùng trung tâm Oregon. Khoảng 24 giây sau, một
đường dây 220 kV khá dài khác từ vùng miền Tây Montana đến miền
Nam của Idaho bị cắt ra do vùng ba của bảo vệ khoảng cách, điều này

làm cho một đường dây kép 161 kV khác bị cắt ra sau đó dẫn đến việc
suy giảm khá nhanh điện áp trong vùng Idaho và Oregon. Khoảng 3
18

giây sau, 4 đường dây 220 kV từ Hells Canyon đến Boise cũng bị cắt
ra, 2 giây sau, hệ thống truyền tải liên lạc với vùng Pacific bị cắt ra.
Sự tan rã HTĐ xảy ra sau khoảng 35 giây từ sự cố đầu tiên. Khoảng
2,2 triệu người đã bị ảnh hưởng, lượng tải bị mất vào khoảng 11900
MW. Nguyên nhân chính là sự sụp đổ điện áp [1], [10].
• Sự cố tan rã HTĐ tại các bang miền Tây nước Mỹ: (Western Systems
Coordination Council -WSCC), ngày 10 tháng 8 năm 1996.
o Trong thời gian trước khi xảy ra sự cố, nhiệt độ ở miền Tây Bắc, và
lượng công suất truyền tải từ phía Canada về California tăng cao.
Trước khi tan rã hệ thống, ba đường dây 500kV truyền tải công suất từ
vùng hạ lưu sông Columbia River đến trung tâm phụ tải Oregon đã bị
cắt ra do sự cố phóng điện vào cây trên hành lang tuyến. Đường dây
liên lạc California-Oregon truyền tải 4330 MW từ miền Bắc về miền
Nam. Đồng thời đường dây liên lạc một chiều Pacific DC Intertie
truyền tải 2680 MW từ miền Bắc về miền Nam. Dao động công suất
tăng dần xảy ra ở tần số 0.23, sự thiếu các thiết bị điều khiển cản dao
động đã dẫn đến việc cắt các đường dây khác, và làm HTĐ bị chia
tách thành bốn vùng riêng biệt.
o Tổng lượng tải bị mất là khoảng 30,500 MW, hơn 7,5 triệu người đã
bị ảnh hưởng mất điện từ vài phút đến 9 giờ.

19

Hình vẽ II-2: Quá trình sụp đổ điện áp trên hệ thống 500kV- WSCC -USA- 1996
Hình vẽ II-3: Sơ đồ và trình tự các sự cố dẫn đến tan rã HTĐ WSCC -USA-10/8/1996

20

Hình vẽ II-4: Tổng công suất truyền tải trên đường dây California-Oregon [20]
• Sự cố tan rã HTĐ tại các bang Miền Bắc nước Mỹ - Canada (North American
Electricity Reliability Council (NERC-USA) ngày 14/08/2003. Dựa trên các
điều tra của NERC, HTĐ lúc đó đạng vận hành ở trạng thái mang tải nặng và
rất thiếu công suất phản kháng trong vùng Cleveland, Ohio. Hệ thống đánh giá
trạng thái, và phân tích sự cố thời gian thực của vùng Midwest ISO (MISO)
(state estimator -SE và real time contingency analysis RTCA) đã không hoạt
động đúng do có sự cố ẩn bên trong từ khoảng 12 giờ 15 phút đến 16 giờ 04
phút. Điều này đã ngăn cản MISO đưa ra các cảnh báo sớm trong việc đánh giá
trạng thái của HTĐ. Tại trung tâm điều khiển HTĐ FE (First Energy control
center) đã xảy ra một sự cố hư hỏng phần mềm máy tính trong hệ thống quản lý
năng lượng (Energy Management System EMS) lúc 14 giờ 14 phút. Những hư
hỏng này đã khiến FE không thể đánh giá đúng được tình trạng làm việc và đưa
ra những cảnh báo sớm và biện pháp phòng ngừa. Sự cố đầu tiên xảy ra trong
hệ thống FE, lúc 13 giờ 31 phút, tổ máy số 5 của nhà máy điện Eastlake bị cắt ra
21

do quá kích thích, và một số tổ máy khác trong vùng FE và phía Bắc của Ohio
đang vận hành ở chế độ quá tải về công suất phản kháng, trong khi đó tải công
suất phản kháng trong khu vực này tiếp tục tăng cao. Mặc dù các kỹ sư vận
hành đã cố gắng khôi phục lại hệ thống tự động điều chỉnh điện áp, nhưng tổ
máy số 5 vẫn bị cắt ra, dẫn đến đường dây 345 kV trong vùng FE Chamberlin-
Harding 345 kV bị cắt ra lúc 15giờ 05 phút do phóng điện từ dây dẫn vào cây
trong hành lang tuyến, mặc dù lúc đó đường dây này chỉ mang 44% tải định
mức. Tiếp theo là đường dây 345 kV Hanna-Juniper đang mang tải 88% cũng bị
cắt ra do phóng điện vào cây trên hành lang tuyến lúc 15 giờ 32 phút. Một
đường dây 345 kV khác đang mang tải 93% là Star-Canton cũng bị cắt ra do
phóng điện vào cây lúc 15 giờ 41 phút. Trong khoảng thời gian này, vì hệ thống

phần mềm của trung tâm điều khiển FE và MISO bị hỏng, nên không hề có một
hành động ngăn chặn nào. Tiếp sau đó là một loạt các đường dây tải điện trong
hệ thống 138 kV bị cắt ra trong khoảng 15 phút tiếp theo, nhưng vẫn không có
sự sa thải phụ tải nào. Sự cố nguy kịch nhất dẫn đến việc mất điều khiển HTĐ
và mất điện lan rộng trong vùng Ohio sau khi đường dây 345 kV Sammis-Star
345 kV bị cắt ra lúc 16 giờ 05 phút 57 giây. Vào khoảng 16 giờ 10 phút 38 giây,
do việc mất các đường dây liên lạc giữa Ohio và Michigan, công suất trao đổi
giữa Mỹ và Canada đã bị thay đổi. Tại thời điểm này, điện áp xung quanh vùng
Detroit bị giảm thấp do các đường dây bị quá tải nặng. HTĐ đã mất ổn định kết
quả là sự mất điện hàng loạt, với việc cắt hàng trăm tổ máy, đường dây trong
một vùng rộng lớn. Người ta ước tính khoảng 65000 MW đã bị cắt và phải mất
gần 30 giờ để khôi phục lại HTĐ, dao động công suất, mất ổn định điện áp là
nguyên nhân chính của sự cố tan rã HTĐ [5], [9], [10], [11], [12], [13], [14].
• Sự cố tan rã HTĐ tại Thụy Điển/ Đan Mạch ngày 23 tháng 9 năm 2003:
Trước khi xảy ra sự cố tất cả các điều kiện vận hành đều nằm trong giới hạn
cho phép. Tổng lượng tải của Thụy Điển vào khoảng 15000 MW, và không
quá nặng tải. Hai đường dây 400 kV trong vùng sự cố đã được cắt ra để bảo
dưỡng định kỳ, một đường dây HVDC khác nối với Đức cũng bị cắt ra cho
22

mục đích bảo dưỡng. Bắt đầu từ 12 giờ 30 phút, tổ máy 3 của nhà máy điện
hạt nhân Oskarshamn bị sự cố phải giảm công suất từ 1250 MW xuống 800
MW vì sự cố trong hệ thống bơm cấp nước. Nhân viên nhà máy đã không thể
khắc phục được sự cố này và dẫn đến tổ máy 3 bị cắt ra làm mất hoàn toàn
1250 MW. Sự cố này lẽ ra được coi là bình thường và thỏa mãn tiêu chuẩn
an ninh N-1, bởi lượng công suất dự phòng nóng và khả năng mang tải của
các đường dây vẫn thỏa mãn tiêu chuẩn an ninh kể trên. Sau quá trình quá độ
bình thường, các hệ thống tự động đã khởi động để lấy công suất dự phòng
từ các nhà máy thủy điện từ Na Uy, bắc Thụy Điển và Phần Lan, người ta tin
rằng điều này sẽ làm HTĐ trở lên ổn định trong vòng khoảng 1 phút. Tuy

nhiên điện áp ở vùng phía Nam đã giảm khoảng 5 kV, tần số ổn định trong
giới hạn cho phép là 49,90 Hz. Lượng công suất chạy trên các đường dây
nằm trong giới hạn cho phép, tuy nhiên lượng công suất chạy từ phía Nam -
Tây Nam đã tăng lên. Vào lúc 12 giờ 35 phút đã xảy ra một sự cố thanh góp
kép ở trạm 400 kV Horred phía Tây Thụy Điển đã làm mất 1,8 GW từ nhà
máy điện hạt nhân Ringhals, hai đường dây nối Bắc - Nam cũng bị cắt ra, từ
12 giờ 35 phút đến 12 giờ 37 phút vùng phía Đông đã trở lên quá tải dẫn đến
sự sụp đổ điện áp, vùng phía Nam (Nam Thụy Điển và Tây Nam của Đan
Mạch) bị tách rời. Lúc 12 giờ 37 phút sự thiếu hụt công suất dẫn đến sự sụp
đổ cả tần số và điện áp và dẫn đến tan rã HTĐ. Tổng lượng tải bị cắt vào
khoảng 6,3 GW và mất hơn 6 giờ để khôi phục HTĐ [9], [11], [15].
23

Hình vẽ II-5: Công suất tác dụng trong HTĐ Đan Mạch (vùng Zealand)
• Sự cố tan rã HTĐ tại Italy, ngày 28/09/2003. vào lúc 3 giờ sáng, lượng công
suất nhập khẩu là 6,9 GW, và nhiều hơn 300 MW so với định mức. Lúc 03
giờ 01 phút 42 giây, có một sự cố xảy ra trên đường dây 380 kV mang tải
nặng từ Mettlen -Lavorgo trong HTĐ Thụy Sỹ, gần với biên giới của Italy.
Các kỹ sư vận hành đã cố gắng đóng lặp lại được đường dây một cách tự
động và bằng tay nhưng không thành công do sự sai lệch lớn về góc pha
điện áp giữa hai cực của máy cắt điện. Việc này đã làm đường dây truyền tải
400 kV Sils - Soazza từ Thụy Sỹ đến Italy bị quá tải 110%. Vì sự dao động
công suất này không làm ảnh hưởng đến tiêu chuẩn an ninh N-1 của HTĐ
Italy nên các nhà vận hành HTĐ Italy (GRTN) đã không nhận thức được sự
nguy hiểm đang xảy ra ở HTĐ Thụy Sỹ và đã không tiến hành bất cứ hành
động phòng ngừa nào. Vào lúc 03 giờ 11 phút, các nhà vận hành HTĐ Thụy
Sỹ (ETRANS) đã yêu cầu GRTN giảm lượng công suất nhập khẩu xuống để
giảm lượng quá tải trong HTĐ Thụy Sỹ để đưa HTĐ trở lại chế độ vận hành
an toàn hơn. Tuy nhiên sự phối hợp thiếu đồng bộ, và chính xác giữa
ETRANS và GRTN, đã dẫn đến việc ETRANS đưa ra một hành động gây

24

tranh cãi là cắt đường dây Sils – Soazza do quá tải lúc 03 giờ 25 phút 21
giây. Ngay lập tức, một đường dây 220 kV bên trong lãnh thổ Thụy Sỹ đã bị
quá tải và bị cắt ra làm mất một lượng tải truyền sang Italy là 740 MW. Sau
sự cố này, các đường dây nhập khẩu điện từ các nước khác như Pháp, Thụy
Sỹ, Áo, Slovenia đến Italy đã bị quá tải và lần lượt bị cắt ra. Kết quả là HTĐ
Italy đã bị mất điện hoàn toàn, tổng lượng tải bị cắt là 27 GW, thiệt hại về
kinh tế là hàng chục tỉ đô la. Đây được coi là sự cố lớn nhất trong lịch sử
ngành điện lực Italy. Nguyên nhân chính của sự cố tan rã HTĐ là do sự sụp
đổ tần số và điện áp trong HTĐ [6], [7], [8], [9].
Hình vẽ II-6: Tần số và điện áp trong HTĐ Đức và Hungary trước và sau khi 3h 25 phút 33
giây khi HTĐ Italy bị tách rời khỏi HTĐ châu Âu- UCTE
• Sự cố tan rã HTĐ Hy Lạp ngày 12/07/2004. Trước 12 giờ 25 phút, HTĐ ở
thủ đô Athens đã rất nặng tải do việc dùng quá nhiều điều hòa nhiệt độ. Hơn
nữa việc bảo dưỡng 4 đường dây và mất một tổ máy 125 MW, một tổ máy
300 MW đã làm cho HTĐ ở rất gần giới hạn ổn định. Cho đến chiều, điện áp
giảm xuống khoảng 90% giá trị danh định. Vào lúc12 giờ 30 phút để giảm sụp
đổ điện áp, sa thải 80 MW tải nhưng phụ tải vẫn tiếp tục tăng lên làm cho điện
áp tiếp tục giảm xuống. Cho đến lúc 12 giờ 35 phút, các nhà vận hành đã dự
định sa thải tiếp 200 MW (nhưng thực tế đã không tiến hành sa thải). Vào lúc
25