Ứng dụng thiết bị SVC để nâng cao độ ổn định điện áp trong hệ thống điện

Lunăvĕnăthcăsƿ

Trang v

TÓM TT LUẬN VĔN

H thngăđinăă(HTĐ)ăđóngăvaiătròăquanătrngăđi vi sự phát trin kinh t
ca mi quc gia, vì nó là mt trong nhữngăcăs h tng quan trng nht ca nền
kinh t quc dân. Do sự phát trin kinh t và các áp lực về môiătrng, sự cn kit
tƠiănguyênăthiênănhiên,ăcũngănhăsự tĕngănhanhănhuăcu ph ti, sự thayăđi theo
hng th trng hóa ngành đin lựcălƠmăchoăHTĐăngƠyăcƠngătr lên rng ln về
quy mô, phc tp trong tính toán thit k, vnăhƠnhădoăđóămƠăHTĐăđc vn hành
rt gn vi gii hn về năđnh. Theo kt qu nghiên cu,ăHTĐăcóăth b spăđ là
do sự mt năđnhăđin áp trong h thng. Chính vì vyămƠătrongăđề tài này chúng
tôi tp trung nghiên cu về n đnhăđin áp bằng cách phân tích năđnhăđin áp dựa
vƠoăđng cong PV, QV, đc bit là phân tích các kt qu mô phng đ kho sát
quan h công sut tác dng, công sut phn kháng vƠăđin áp ti nút tiăđ tìm gii
hn năđnhăđin áp lƠmăcăs xây dựng miền làm vicăchoăphépătheoăđiều kin gii
hn năđnhăđin áp ti nút ti. Trênăcăs đóăcóăcácăbin pháp khác nhau đ ci
thinăđ dự trữ năđnhăđin áp ti các nút yu nhăbùăcôngăsut phn kháng tùy
thuc vào yêu cu kinh t k thut mà lựa chn thit b vƠăphngăphápăphùăhp.
Trong lună vĕnănƠyăchúngă tôiăđƣă nghiên cu hiu qu sử dng thit b bù
SVC trênăliăđin nhằmăđ nâng cao đ năđnhăđin áp trong h thng.
Vi ni dung nêu trên lunăvĕnăđc trình bày trong các phn sau
PHN M ĐU
1. Mcăđíchănghiênăcu và lý do chnăđề tài
2. Điătng và phm vi nghiên cu
3. Phngăphápănghiênăcu
4. ụănghƿaăkhoaăhc và thực tin nghiên cu
Lunăvĕnăthcăsƿ

Trang vi

PHN NI DUNG
Vi mc tiêu trên, lunăvĕnăđc trình bày trong bnăchng:
Chngă1:ănăđnhăđin áp
Chngă2:ăBùăcôngăsut phn kháng
Chngă3: Tng quan về công ngh FACTS
Chngă4: ng dng ca thit b bù SVC trong vic nâng cao nă đnh h
thngăđin.
KT LUN VÀ KIN NGH
DISSERTATION SUMMARY

Power system keeps an important role for the economic development of each
country, because it is one of the most important infrastructure of the national
economy. Due to the economic development and environmental pressure, depletion
of natural resources, as well as the rapid increase in load demand, The change in the
direction of the market electrical power sector to make the power system more and
more large in scale, complex in design calculations and operations. So that the
power system is operating very close to the limit of stability. According to research
results, power system could break down due to instability in the system voltage.
Therefore, in this topic we focused to research about stable voltage by voltage
stability analysis based on curve PV, QV, especially the analysis of the simulation
results to presents a method of studying the relationship between the active power,
reactive power and voltage at the load bus to identify the voltage stability limit. As
a foundation for building a permitted operation region working in complying with
the voltage stability limit at the load bus. In this dissertation, a proposal on
Lunăvĕnăthcăsƿ

Trang vii

necessary solutions to the improvement of the voltage stability margin at weak
buses may be discussed as compensator reactive power
This dissertation, we researched effect to use a fast controlled compensator SVC in
power system for improving Power System Stability.
With the above content, dissertation is presented in the following sections:
PREAMBLE
1. Researched objectives and reason selected topics
2. The object and scope of the study
3. Research Methodology
4. The meaning of scientific research and practical
SECTION CONTENTS
With the above objectives, the dissertation is presented in four chapters:
Chapter 1: Voltage stability
Chapter 2: Reactive power compensation
Chapter 3: Overview of FACTS technology
Chapter 4: Application of SVC compensation equipment to improve power
system stability.
CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS




Lunăvĕnăthcăsƿ

Trang viii

MC LC
Trang
Trang tựa
Quyt đnhăgiaoăđề tài

Lý lch cá nhân ầ ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ.ă i
Liăcamăđoan ầ ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ ăăii
Li cmăn ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ ă iv
Tóm tắt lunăvĕn ầ ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầă v
Mc lc ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ ăviii
Danh sách các chữ vit tắt và ký hiuầầầầầầầầầầầầầầầầầăxiii
Danhăsáchăcácăhình,ăđ th, bng ầầầ.ầầầầầầầầầầầầầầầ ăxv
Mở đầu ……………………………………………………………………………1
1. Mcăđíchănghiênăcu và lý do chnăđề tài .ầầầ ầầầầầầầầầầ 1
2. Điătng và phm vi nghiên cu ầầầ.ầầầầầầầầầầầầ.ầ 2
3. Phngăphápănghiênăcu ầầầầầầầ.ầầầầầầầầầầầ.ầ 2
4. ụănghƿaăkhoaăhc và thực tin ca lunăvĕnăầầ ầầầầầầầầầầ 2
Nội dung ………………………………………………………………………… 4
Chng 1: N ĐNH ĐIN ÁP …………….…………………………… ……. 4
1.1. Đt vnăđề ầầầầầầầầầầầầ.ầầầầầầầầầầầ ầ.ă 4
1.2. Phân tích những sự c tan rã h thngăđin gnăđơyăầầ ầầầầ ầ 5
1.2.1. Những sự c tan rã h thngăđin gnăđơyătrênăth giiầầầầầầầầầ5
Lunăvĕnăthcăsƿ

Trang ix

1.2.2. Các nguyên nhân ca sự c tan ra h thngăđinầầầ ầầầầầ ầ.ă8
1.2.3. Căch xẩy ra sự c tan rã h thngăđinầầ ầầầầầầầầầầ 9
1.3. năđnhăđin ápầầầầầầầầầầầầầầầầầầ ầ.ầầầầ 9
1.3.1ăăCácăđnhănghƿaăvề năđnhăđin ápầầầầầầầầầầ ầầầầầầăă9
1.3.2 Sự mt năđnh và spăđ đin áp ầầầ.ầầầầầầầầầầầầ ăă11
1.3.3.ăăĐng cong PV, QV trong phân tích năđnhăđin ápầầ.ầầầầầầăă11
1.3.3.1.ăĐngăcongăP-Vầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầăă11
1.3.3.2.ăĐngăcongăQ-Vầầầầầầ.ầầầầầầầầầầầầầầầ ăă16
1.3.4. Mt s tiêu chuẩn thực dng khác phân tích năđnh đin áp ầầầầầăă17

1.3.4.1.ăPhơnătíchăđ nhy ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ 17
1.3.4.2. Phân tích giá tr riêng ầầầầầầầầầầầ.ầầầầầầầầ ăăă18
CHNG 2: BỐ CÔNG SUT PHN KHÁNG……………………………. 20
2.1.ăĐcăđim tiêu th đin caăliăđin phân phiầầầ ầầầầầầầầă 20
2.1.1.ăĐcăđimầầầầầầầầầầầ ầầầầầầầầầầầầầầ.ăă20
2.1.2. Bù công sut phn kháng cho liăđin phân phiầầầ ầ ầầầầ 21
2.1.2.1. Bn cht ca h s công sutầầầầầầầầầầầầ.ầầầầầ 21
2.1.2.2.ăýănghƿaăca vic nâng cao h s cosầầ.ầầầầầầ.ầầầầầ 23
2.1.2.3. Các bin pháp nâng cao h s công sutầầầầ ầầầ.ầầầầầ. 24
2.1.2.3.1.ăNhómăcácăphngăphápătự nhiênầầầầầầầ.ầầầầầầầ 24
2.1.2.3.2. Nhóm các phngăphápănhơnăto nâng cao h s cos. ầầ.ầầầầ 27
2.2ăăĐcăđim tiêu th đin caăliăđin truyền ti ( cao áp, siêu cao áp )ầ ầ 30
Lunăvĕnăthcăsƿ

Trang x

2.2.1. H thngăđin hp nht và những yêu cuăđiều chnh nhanhầầ ầầầă 30
2.2.1.1.ăĐcăđimầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ.ầầ 30
2.2.1.2. Các bin pháp áp dng trong công ngh truyền tiầầ.ầầầầầầ 31
2.2.1.3. Bù dc và bùăngangătrongăđng dây siêu cao ápầầầầầầầầ.ầ 32
2.2.1.3.1. Bù dcầầầầầầầầầầầầầầầ.ầầầầầầ ầầầ. 32
2.2.1.3.2. Bù ngangầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ ầầầ 35
2.2.1.3.3. Nhn xét. ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ ầầầ. 37
2.3. Kt lunầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ 37
CHNG 3: TNG QUAN V CÔNG NGH FACTS……………………. 38
3.1.ăĐt vnăđề ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ 38
3.2. Li ích khi sử dng thit b FACTSầầầầầầầầầầầầầầầầ 38
3.3. Mt s thit b FACTSầầầ.ầầầầầầầầầầầầầầầầầ 39
3.3.1. Thit b bùătƿnhăđiều khin bằng thyristor ( SVC )ầầầ ầ ầầầầ. 39
3.3.2.ăThităbăbùădcăđiềuăkhinăbằngăthyristoră(ăTCSCă)ầầầầầầầầầ 41

3.3.3.ăThităbăđiềuăkhinădòngăcôngăsutăhpănhtă(ăUPFCă)ầầ ầầầầ 43
3.3.4.ăThităbăbùăngangăđiềuăkhinăthyristoră(ăSTATCOMă)ầầầầ ầầ 43
3.3.4.1 Gii thiuầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ. 43
3.3.4.2.ăNguyênălýălƠmăvicăcaăthităbăSTATCOMầầầ ầầầầầầầ 44
3.4.ăăKtălunầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ.ầầầầầầầ. 47
CHNG 4: ỨNG DNG THIT B BÙ SVC TRONG VIC NÂNG CAO
N ĐNH H THNG ĐIN ………………….…………………………… 49
Lunăvĕnăthcăsƿ

Trang xi

4.1. Kh nĕngăng dng ca SVC trong h thngăđinầầ ầ ầầầầầầ. 49
4.1.1.ăĐt vnăđềầầầầầầ ầ.ầầầầầầầầầầầầầầầầầ 49
4.1.2 Mt s ng dng ca SVCầầầầầ.ầầầầầầầầầầầầầầ 50
4.1.2.1.ăĐiều chnhăđin áp và trào luăcôngăsutầầ ầầầầầ.ầầầầ 50
4.1.2.2. Gii hn thiăgianăvƠăcngăđ quá áp khi xy ra sự cầầầ.ầầầ. 52
4.1.2.3.ăỌnăhòaădaoăđng công sut hữu côngầầ ầ.ầ.ầầầầầầầầ 53
4.1.2.4. Gimăcngăđ dòngăđin vô côngầầầầầầầ.ầầầầầầầ 53
4.1.2.5. Tĕngăkh nĕngăti caăđng dâyầầầ ầầầầầầầầầầầ 54
4.1.2.6. Cân bằng các ph tiăkhôngăđi xngầầầầầầầầầầầầầầă56
4.1.2.7. Ci thin năđnh sau sự cầầầầầầầầầầầầầầầầầầă57
4.1.3. Cu to và nguyên lý làm vic từng phn tử ca SVC ầầầầầầầ 58
4.1.3.1.ăKhángăđiều chnh bằng thyristor TCR (thyristor controlled reactor)ầầ 58
4.1.3.2. T đóngăm bằng thyristor TSC ( thyristor switch capacitor)ầầầầ. 61
4.1.3.3.ăKhángăđóngăm bằng thyristor TSR ( thyristor switch reactor)ầầầ 62
4.1.3.4. H thngăđiều khin các van trong SVCầầầ ầầầầầầầầầ 63
4.1.4.ăCácăđc tính ca SVCầầầầ ầầầầầầầầầầầầầầầầ 64
4.1.4.ă1.Đcătínhăđiều chnh ca SVCầ.ầầầầầầầầầầầầầầầ 64
4.1.4. 2. Đc tính làm vic ca SVCầầầ ầầầầầầầầầầầầầ 66
KT QU KHO SÁT…….………… …………………………………… 70

1. KT QU KHOăSỄTăĐC TÍNH QUAN H CÔNG SUT TÁC DNG VÀ
ĐIN ÁP TI NÚT PH TI ầầầầầầầầầầầầầầầ 70
Lunăvĕnăthcăsƿ

Trang xii

2. KT QU KHOăSỄTăĐC TÍNH QVầ ầầ ầầầầầầầầầầăăă78
3.ăCHNGăTRỊNHăPHÂNăB CÔNG SUTăTĔNGăTIăĐN MT N
ĐNH ậ KHO SÁT VI SVCầầầầầầ.ầầầầầầầầầầầầ. 89
KT LUẬN VÀ KIN NGH……………….…………………………….… 118
Tài liu tham kho …………………………………………………………… 120















Lunăvĕnăthcăsƿ

Trang xiii

DANH SÁCH CÁC CH VIT TT VÀ KÝ HIU

CĐXL : Ch đ xác lp
CSPK : Công sut phn kháng
CSTD : Công sut tác dng
HTĐ : H thngăđin
ULTC : B chnhăápădi ti ca máy bin áp
OEL : B gii hn kích từ
HT : H thng
CCĐ : Cung cpăđin
ĐC :ăĐngăc
HTCCĐ : H thng cung cpăđin
FACTS :Flexible AC Transmission Systems - H thng truyền tiăđin xoay
chiều linh hot .
GTO :Gate Turn - Off Thyristor - Khóaăđóngăm
MBA :Máy bin áp
STATCOM :Static Synchronous Compensator - Thit b bù ngang điều khin
bằng thyristor
SVC :Static Var Compensator - Thit b bùătƿnhăđiều khin bằng thyristor
TCR :Thyristor Controlled Reactor - khángăđinăđiều khin bằng thyristor
Lunăvĕnăthcăsƿ

Trang xiv

TCSC :Thyristor Controlled Series Compensator - Thit b bù dcăđiều
khin bằng thyristor
TSR: Thyristor Switched Reactor - Kháng đinăđóngăm bằng thyristor
TSC : Thyristor Switched Capacitor - T đinăăđóngăăm bằng thyristor
UPFC: Unified Power Flow Control - Thit b điều khin dòng công sut hp
TB: Thit b

Lunăvĕnăthcăsƿ

Trang xv

DANH SÁCH CÁC HỊNH, Đ TH, CÁC BNG

HÌNH Trang
Hình 1.1: H thngăđinăđnăginầầầầầầầầầầầầầầầầ.ầầ 11
Hình 1.2: Đng cong PV ti nút ph ti 2ầầầầầầầầầầầầầầ. 13
Hình 1.3:ăĐ th quan h
22
VP
vi
2
cos


khác nhauầầầầầầầầầầ. 15
Hình 1.4.ăĐng cong QVầầầầầầầầầầầ.ầầầầầầầầầ 16
Hình 2.1: V trí bù trênăliăđinầầầầầầầ ầầầầầầầầầầầ 29
Hình 2.2: Hiu qu ca bù dcătrênăđng dây siêu cao ápầầầầầ.ầầầ 34
Hình 3.1 :ăSăđ nguyên lý SVCầầầầầầầầầầầầ.ầầầầầầ. 40
Hình 3.2:ăSăđănguyênălýăvƠăhotăđngăcaăTCSCầầầầầầầầ.ầầầ 42
Hình 3.3 :ăSăđăcuătrúcăStatcomầầầầầầầầầầầầầầầầầ 44
Hình 3.4:ăSăđănguyênălýăhotăđngăcaăStatcomầầầầầầầầầầầ. 44
Hình 3.5 :ăNguyênălýăbùăcaăbăbùầầầầầầầầầầầầầầầầầ. 45
Hình 3.6: Trngătháiăhpăthăcôngăsutăphnăkhángăcaăbăbùầầầầầầ 46
Hình 3.7:ăTrngătháiăphátăcôngăsutăphnăkhángăcaăbăbùầầầầầầầ 47
Hình 4.1: Điều chnhăđin áp ti nút ph ti bằng SVCầầầầầầầầầ 51
Hình 4.2: Sự thayăđiăđin áp ti thanh cái ph tiăkhiăcóăvƠăkhôngăcóăđt SVC 52
Hình 4.3: Quan h thiăgianăvƠăđin áp quá ápầầầầầầầầầầầầầ. 52
Hình 4.4: Đc tính công sut truyền ti ca h thng khi có và không có SVCầ.55
Lunăvĕnăthcăsƿ

Trang xvi

Hình 4.5:ăĐc tính công sut khi có và không có SVCầầầầầầầầầầ 58
Hình 4.6: Nguyên lý cu to TCRầầầầầầầầầầầầầầầầ.ầ 59
Hình 4.7: Các sóng hài bc cao trong TCRầầầầ.ầầầầầầầầầ.ầ. 60
Hình 4.8 . Nguyên lý cu to TSCầầầầầ.ầầầầầầầầầầầ.ầ. 61
Hình 4.9 . Nguyên lý cu to TSRầầầầầầ.ầầầầầầầầầ.ầầ. 62
Hình 4.10: H điều khin các van ca SVCầầ.ầầầầầầầầầ.ầầầ 63
Hình 4.11.ăSăđ nguyên lý và hotăđngăhaiăthyristorăngc nhauầ.ầầ ầ. 65
Hình 4.12: Đc tính U-I ca SVCầầầầầầầầầầầầầầ.ầ.ầ.ầ 66
Hình 4.13.ăSăđ nguyên lý làm vic ca SVCầầầầầầầầ.ầầ ầầ. 67
Hình 4.14.ăĐc tính làm vic caăSVCăđiều chnhătheoăđin ápầầầ.ầ.ầầ 68
Hình 4.15.ăĐc tính làm vic mềm caăSVCăđiều chnh theoăđin ápầ.ầ ầ 69

Bng 3.1. So sánh các chcănĕngăca từng thit b bùăcóăđiều khin bằng
thyristorầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ.ầ.ầ ăă39


Luận văn thạc sĩ

Trang 1

PHN M ĐU

1. Mc đích nghiên cu và lý do chọn đ tài
Trong chế độ vận hành bình thng của HTĐ (vận hành  trạng thái n định)
việc sản xuất công suất tác dụng (CSTD) phải đáp ứng đợc nhu cầu tiêu thụ (kể cả
các tn thất), nếu không thì tần số hệ thống sẽ bị thay đi. Cũng vậy, có một sự gắn
bó chặt chẽ giữa điều kiện cân bằng công suất phản kháng (CSPK) với điện áp các
nút hệ thống. Công suất phản kháng  một khu vực nào đó quá thừa thì  đó sẽ có
hiện tợng quá điện áp (điện áp quá cao), ngợc lại, thiếu CSPK điện áp sẽ bị sụt
thấp. Nói khác đi, cũng nh đối với công suất tác dụng, CSPK luôn phải đợc điều
chỉnh đề giữ cân bằng. Việc điều chỉnh CSPK cũng là yêu cầu cần thiết nhằm giảm
nhỏ tn thất điện năng và đảm bảo n định hệ thống.
Tuy nhiên có sự khác nhau cơ bản giữa điều chỉnh CSTD và điều chỉnh
CSPK. Tần số hệ thống sẽ đợc đảm bảo bằng việc điều chỉnh CSTD  bất kỳ máy
phát điện nào (miễn sao giữ đợc cân bằng giữa tng công suất phát và công suất
tiêu thụ). Trong khi đó, điện áp các nút hệ thống không bằng nhau, chúng phụ thuộc
điều kiện cân bằng CSPK theo từng khu vực. Nh vậy ngun CSPK cần đợc lắp
đặt phân bố và điều chỉnh theo từng khu vực. Điều này giải thích vì sao, ngoài các
máy phát điện cần phải có một số lợng lớn các thiết bị sản xuất và tiêu thụ công
suất phản kháng: Máy bù đng bộ, tụ điện, kháng điện Chúng đợc lắp đặt và
điều chỉnh  nhiều vị trí trong lới truyền tải và phân phối điện (gọi là các thiết bị
bù CSPK).

Trớc đây, việc điều chỉnh CSPK của các thiết bị bù thng đợc thực hiện
đơn giản: Thay đi từng nấc (nh đóng cắt bằng máy cắt cơ khí) hoặc thay đi kích
từ (trong máy bù đng bộ). Chúng chỉ cho phép điều chỉnh thô hoặc theo tốc độ
chậm. Kỹ thuật thyristor công suất lớn đó m ra những khả năng mới, trong đó việc
Luận văn thạc sĩ

Trang 2

ra đi và ứng dụng các thiết bị bù tĩnh điều chỉnh nhanh công suất lớn - SVC
(Static Var Compensator ), đó giải quyết đợc những yêu cầu mà các thiết bị bù
c điển cha đáp ứng đợc, nh tự động điều chỉnh điện áp các nút, giảm dao động
công suất nâng cao n định hệ thống.
Việc ứng dụng các thiết bị bù CSPK chất lợng cao điều khiển bằng thyristor
đư tr thành một nhu cầu cấp thiết nhằm nâng cao tính n định và hiệu quả sử dụng
của hệ thống cung cấp điện (HTCCĐ) nói chung cũng nh đối với các phụ tải có
công suất phản kháng thay đi nhanh.
Với ý nghĩa trên, mục đích của đề tài luận văn đợc xác định là:
+ Nghiên cứu tìm hiểu các đặc điểm, tính năng hoạt động, chế độ làm việc
và mô hình tính toán của các thiết bị tự động điều chỉnh linh hoạt (FACTS) đặc
biệt là thiết bị bù điều chỉnh nhanh (SVC) trong HTCCĐ
+ Nghiên cứu, đánh giá, xác định hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của SVC khi
đợc lắp đặt vào HTCCĐ.
2. Đi tng và phm vi nghiên cu
 Nghiên cứu thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng thyristor SVC
 Hiệu quả của việc ứng dụng các thiết bị bù (SVC) trên lới điện.
3. Phng pháp nghiên cu
Để thực hiện nhiệm vụ nghiên cứu trên sử dụng phối hợp các nhóm phơng
pháp:
 Nhóm phơng pháp nghiên cứu lý thuyết: Tham khảo các tài liệu kỹ thuật để
phân tích, tng hợp những vấn đề có liên quan tới đề tài.

 Sử dụng phần mềm Matlab để khảo sát các quá trình năng lợng trên lới
điện.
4. ụ nghĩa khoa học và thực tin ca lun văn
Luận văn thạc sĩ

Trang 3

Các kết quả nghiên cứu của luận văn nhằm tìm hiểu sâu về công nghệ
FACTS, đặc biệt chú ý công nghệ SVC và mô hình hoá các thiết bị FACTS trong
các phơng trình cơ bản tính toán chế độ xác lập (CĐXL) của HTCCĐ.
Bằng kết quả mô phỏng chứng minh hiệu quả giảm tn thất điện áp, tn thất
công suất trên đng dây và tính linh hoạt trong việc điều chỉnh trào lu công suất
phản kháng trên đng dây.
Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ s đề xuất để tiến tới ứng dụng SVC nhằm giải
quyết cấp bách vấn đề hiện nay là nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và tính kinh tế
kỹ thuật của hệ thống truyền tải điện  Việt Nam.













Luận văn thạc sĩ

Trang 4

PHN NI DUNG
CHNG 1:
N ĐNH ĐIN ÁP

1.1. Đt vn đ
Nh thực hiện chủ trơng đi mới của Đảng, nền kinh tế Việt Nam từ năm
1985 đến nay đư tăng trng với tốc độ bình quân 7%/năm. Nhiều khu công nghiệp
lớn, khu kinh tế m và khu dân c mới đợc hình thành, để đáp ứng nhu cầu tiêu
thụ điện tăng nhanh theo tốc độ tăng trng của phụ tải, Nhà nớc đư huy động một
ngun vốn lớn để đầu t phát triển Hệ thống điện. Ngày 27/5/1994 đư đóng điện
đa đng dây 500kV vào vận hành kết nối HTĐ ba miền thành HTĐ hợp nhất
Bắc-Trung-Nam, tạo điều kiện để khai thác một cách hiệu quả các ngun điện hiện
có truyền tải và cung cấp cho các hộ tiêu thụ. Trong những năm qua HTĐ Việt Nam
liên tục phát triển, đến nay lới điện 500kV có tng chiều dài là 3466km và 11 trạm
biến áp với tng công suất là 6600MVA. Hiệu quả do các HTĐ hợp nhất mang lại
là rất lớn, tuy nhiên trên các HTĐ hợp nhất có các đng dây siêu cao áp đư xuất
hiện nhiều vấn đề kỹ thuật khá phức tạp cần đợc giải quyết trong thiết kế cũng nh
vận hành. Một trong những vấn đề đó là lợng công suất phản kháng do các đng
dây siêu cao áp sinh ra rất lớn tỉ lệ với bình phơng điện áp, đư gây ảnh hng đến
khả năng tải của đng dây, tác động đến chế độ làm việc của máy phát và phân bố
điện áp trong các mạng điện áp thấp, đặc biệt là tác động đến n định điện áp trong
HTĐ. Để giải quyết vấn đề nầy thng lắp đặt các tụ bù dọc và kháng bù ngang trên
các đng dây truyền tải, trong HTĐ Việt Nam trên các đoạn đng dây 500kV có
khoảng cách lớn,  hai đầu đợc lắp đặt tụ bù dọc với mức độ bù là 60% và kháng
điện bù ngang với mức độ bù là 70%. Tuy nhiên trào lu công suất trên các đng
dây truyền tải thng thay đi rất lớn, cho nên  chế độ tải nặng điện áp các nút
Luận văn thạc sĩ

Trang 5

giảm xuống đáng kể và dễ dàng đẩy HTĐ rơi vào trạng thái mất n định. Đối với
HTĐ Việt Nam hiện nay công suất truyền tải trên đng dây 500kV luôn  mức
cao, công suất trên đng dây 500kV Pleiku – Đà Nẵng khoảng 1600MW và trên
đng dây 500kV Đà Nẵng – Hà Tĩnh là 1200MW nên điện áp  các thanh cái
500kV Đà Nẵng, Dốc Sỏi, Hà Tĩnh thng  mức thấp vào khoảng 475kV  giới
hạn thấp nhất của điện áp vận hành bình thng và có thi điểm điện áp xuống đến
455kV. Do đó việc nghiên cứu đánh giá n định và tìm các giải pháp để nâng cao
độ dự trữ n định cho HTĐ Việt Nam là rất cần thiết. Thực tế vận hành trong thi
gian qua HTĐ Việt Nam đư có những sự cố liên quan đến mất n định điện áp dẫn
đến mất điện trên diện rộng xảy ra vào các ngày 17/5/2005, 27/12/2006, 20/7/2007
và ngày 04/9/2007 .Các hiện tợng tan rư lới trên diện rộng (black-out) cũng đư
xảy ra đối với nhiều HTĐ trên Thế giới nh: tại Ý ngày 28/9/2003, Nam Thụy Điển
và Đông Đan Mạch ngày 23/9/2003, phía Nam Luân Đôn ngày 28/8/2003, Phần
Lan ngày 23/8/2003, Mỹ-Canada ngày 14/8/2003…, tất cả các trng hợp trên đều
liên quan đến mất n định điện áp.
Hiện nay nớc ta đang và sẽ rơi vào tình trạng thiếu ngun điện trong khi
phụ tải tăng nhanh, do đó các đng dây truyền tải sẽ làm việc  công suất giới hạn
cho phép và điện áp tại các nút sẽ có nguy cơ sụt giảm mạnh xuống dới mức cho
phép và có thể tiến đến mức giới hạn về n định điện áp. Mặt khác, nớc ta đang
trong giai đoạn thực hiện vận hành thị trng điện lực  khâu phát điện và sẽ tiến
tới thị trng bán buôn và sau đó là thị trng bán lẽ theo lộ trình Chính phủ đư đề
ra. Khi đó phơng thức điều độ vận hành hệ thống điện sẽ phức tạp hơn nhiều và
công suất truyền tải trong lới điện sẽ phụ thuộc không chỉ vào công suất phát của
nhà máy điện, công suất tiêu thụ của phụ tải mà còn phụ thuộc vào cả giá bán điện
của các nhà máy, các hợp đng song phơng… nên việc nghiên cứu n định điện áp
để đảm bảo an toàn trong vận hành hệ thống điện càng đợc đặc biệt quan tâm.
1.2. Phân tích nhng sự c tan rã h thng đin gần đơy

1.2.1. Nhng sự c tan rã h thng đin gần đơy trên th giới:
Luận văn thạc sĩ

Trang 6

Trong vòng hơn 20 năm, đư có rất nhiều sự cố tan rư HTĐ xảy ra trên khắp
thế giới với những hậu quả vô cùng to lớn, thậm chí  các nớc phát triển nh Mỹ,
Nhật Bản, Tây Âu…
 Sự cố tan rư HTĐ tại Florida – Mỹ ngày 17/05/1985: Một sự cố phóng điện
dẫn đến việc cắt ba đng dây 500kV đang mang tải nhẹ dẫn đến sụp đ điện
áp và tan rư hoàn toàn HTĐ trong vòng vài giây. Lợng tải bị mất khoảng 4292
MW. Nguyên nhân của sự cố tan rư HTĐ là quá trình sụp đ điện áp trong
khoảng thi gian quá độ.
 Sự cố tan rư HTĐ Tokyo – Nhật Bản ngày 23 tháng 7 năm 1987: Toàn bộ thủ
đô Tokyo có thi tiết rất nóng, dẫn đến lợng tải tiêu thụ do điều hòa nhiệt độ
tăng cao. Sau thi gian bui tra, lợng tải tăng lên khoảng 1% /1 phút (tơng
đơng với 400 MW/1 phút). Mặc dù, các tụ bù đư đợc đóng hết, nhng điện
áp của HTĐ vẫn bắt đầu giảm thấp trên hệ thống truyền tải 500kV. Sau khoảng
20 phút, thì điện áp bắt đầu giảm xuống còn khoảng 0,75 p.u (đơn vị tơng
đối) và kết quả là các hệ thống bảo vệ rơle tác động ngắt một số phần của hệ
thống truyền tải và xa thải lợng phụ tải 8000MW. Nguyên nhân chính là
quá trình sụp đ điện áp trong khoảng thi 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.
 Sự cố tan rư HTĐ tại Phần Lan 8/1992, HTĐ đợc vận hành rất gần với giới
hạn an ninh cho phép, lợng công suất nhập khẩu từ Thụy Điển khá lớn, chính
vì vậy mà  vùng miền Nam của Phần Lan chỉ có 3 t máy nối trực tiếp với hệ
thống truyền tải 400kV. Sự cố mất một t máy 735 MW đng thi với việc bảo
dỡng định kỳ một đng dây 400kV đư làm giảm lợng công suất phản
kháng truyền tải dẫn đến điện áp trên lới 400kV giảm xuống còn 344 kV.

Điện áp đư đợc khôi phục bằng cách khi động các nhà máy điện dùng tuabin
khí và xa thải một lợng phụ tải.
 Sự cố tan rư HTĐ tại các bang Miền bắc nớc Mỹ - Canada (North American
Electricity Reliability Council (NERC-USA) ngày 14/08/2003. Dựa trên các
Luận văn thạc sĩ

Trang 7

điều tra của NERC, HTĐ lúc đó đạng vận hành  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 thi gian thực của vùng Midwest ISO (MISO)
(state estimator -SE và real time contingency analysis RTCA) đư không
hoạt động đúng do có sự cố ẩn bên trong từ khoảng 12gi 15 phút đến 16gi
04 phút. Điều này đư ngăn cản MISO đa ra các cảnh báo sớm trong việc đánh
giá trạng thái của HTĐ. Tại trung tâm điều khiển hệ thống điện FE (First
Energy control center) đư xảy ra một sự cố h hỏng phần mềm máy tính trong
hệ thống quản lý năng lợng (Energy Management System EMS) lúc 14 gi 14
phút. Những h hỏng này đư khiến FE không thể đánh giá đúng đợc tình
trạng làm việc và đa ra những cảnh báo sớm và biện pháp phòng ngừa. Sự cố
đầu tiên xảy ra trong hệ thống FE, lúc 13 gi 31 phút, t máy số 5 của nhà máy
điện Eastlake bị cắt ra do quá kích thích, và một số t máy khác trong vùng FE
và phía bắc của Ohio đang vận hành  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 s vận hành đư cố gắng khôi phục lại hệ thống tự động điều chỉnh
điện áp, nhng t máy số 5 vẫn bị cắt ra, dẫn đến đng dây 345kV trong vùng
FE Chamberlin-Harding 345 kV bị cắt ra lúc 15gi 05 phút do phóng điện từ
dây dẫn vào cây trong hành lang tuyến mặc dù lúc đó đng dây này chỉ mang
44% tải định mức. Tiếp theo là đng dây 345kV Hanna-Juniper đang mang
tải 88 % cũng bị cắt ra do phóng điện vào cây trên hành lang tuyến lúc 15 gi
32 phút. Một đng dây 345kV khác đang mang tải 93% là Star-Canton cũng

bị cắt ra do phóng điện vào cây lúc 15 gi 41 phút. Trong khoảng thi 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 đng
dây tải điện trong hệ thống 138 kV bị cắt ra trong khoảng 15 phút tiếp theo,
nhng vẫn không có sự xa 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 đng dây
345kV Sammis-Star 345 kV bị cắt ra lúc 16 gi 05phút 57 giây. Vào khoảng
Luận văn thạc sĩ

Trang 8

16 gi 10phút 38 giây, do việc mất các đng dây liên lạc giữa Ohio và
Michigan, công suất trao đi giữa Mỹ và Canada đư bị thay đi. Tại thi điểm
này, điện áp xung quanh vùng Detroit bị giảm thấp do các đng dây bị quá tải
nặng. HTĐ đư mất n định kết quả là sự mất điện hàng loạt, với việc cắt hàng
trăm t máy, đng dây trong một vùng rộng lớn. Ngi ta ớc tính khoảng
65000 MW đư bị cắt và phải mất gần 30gi để khôi phục lại HTĐ, dao động
công suất, mất n định điện áp là nguyên nhân chính của sự cố tan rư HTĐ.
 Sự cố tan rư HTĐ Hy Lạp ngày 12/07/2004. Trớc 12h 25phút, HTĐ  thủ đô
Athens đư rất nặng tải do việc dùng quá nhiều điều hòa nhiệt độ. Hơn nữa việc
bảo dỡng 4 đng dây và mất một t máy 125 MW, một t máy 300 MW đư
làm cho HTĐ  rất gần giới hạn n định. Cho đến chiều, điện áp giảm xuống
khoảng 90% giá trị danh định. Vào lúc12h 30phút để giảm sụp đ điện áp, xa
thải 80 MW tải nhng phụ tải vẫn tiếp tục tăng lên làm cho điện áp tiếp tục
giảm xuống. Cho đến lúc12h 35 phút, các nhà vận hành đư dự định xa thải tiếp
200 MW (nhng thực tế đư không tiến hành xa thải). Vào lúc 12gi 37 phút,
một t máy khác bị cắt ra đư làm cho điện áp sụp đ hoàn toàn. Lúc 12gi
39phút, hệ thống bị tách ra bảo vệ đng dây tác động, phần HTĐ còn lại bị
tách khỏi vùng phía nam, dẫn đến sự cố tan rư HTĐ  Athens và đảo
Peloponnes . Tng lợng tải bị mất vào khoảng 9 GW.

1.2.2. Các nguyên nhân ca sự c tan ra h thng đin.
Thông thng, một sự cố tan rư HTĐ là một hiện tợng phức tạp, với nhiều
nguyên nhân khác nhau. Một HTĐ bị tan rã là kết quả của một quá trình chia tách,
mất đng dây, máy phát điện… liên tục cho đến khi bị phân chia hoàn toàn thành
các vùng, khu vực cách ly nhau. Trong luận văn này, chúng tôi tng kết một số các
nguyên nhân chính nh sau:
- Nguyên nhân đầu tiên bắt đầu từ khâu qui hoạch và thiết kế
- Quá trình vận hành HTĐ
- Quá trình bảo dỡng thiết bị
Luận văn thạc sĩ

Trang 9

- Ngoài ra con nhiều nguyên nhân khách quan khác, nh sự h hỏng bất
thng của thiết bị bảo vệ, hệ thống quản lý năng lợng (Energy System
management - ESM), hệ thống đánh giá trạng thái (state estimator-SE) và hệ
thống đánh giá sự cố ngẫu nhiên thi gian thực (real time contingency
analysis-RTCA) đư làm cho các kỹ s vận hành không thể giám sát và đánh
giá tình trạng làm việc cũng nh việc đa ra các biện pháp kịp thi. Hay hiện
tợng thiên nhiên cũng là một trong những nguyên nhân dẫn đến việc tăng
lên bất thng của phụ tải hay h hỏng thiết bị đợc xem là những điều kiện
bất lợi ban đầu cho HTĐ, là nguyên nhân bắt ngun các sự cố.
1.2.3. C ch xẩy ra sự c tan rã h thng đin
Trong phần trớc, chúng tôi đư tóm tắt các sự cố tan rư HTĐ xảy ra gần đây
trên thế giới, nhng các cơ chế xảy ra sự cố rất khác nhau từ hệ thống đơn lẻ đến hệ
thống liên kết. Tuy nhiên tất cả các sự cố trên đều có một quá trình chung đó là
HTĐ đi từ trạng thái vận hành bình thng (có thể rất gần với giới hạn an ninh/ n
định) đến mất n định và cuối cùng là chia tách, sụp đ thành các hệ thống riêng
biệt. Cơ chế chung đó chính là sự mất n định của HTĐ.
1.3. n đnh đin áp

1.3.1 Các đnh nghĩa v n đnh đin áp
Khái niệm n định điện áp là khả năng của một HTĐ vẫn còn duy trì đợc
giá trị điện áp n định  tất cả các nút trong HTĐ sau khi trải qua một sự cố từ điều
kiện vận hành xác lập bình thng ban đầu.
Vấn đề về n định điện áp còn có thể đợc chia nhỏ thành các vấn đề nhỏ
hơn, tơng ứng là n định điện áp khi có kích động lớn và khi có dao động nhỏ.
 n đnh đin áp khi có kích động lớn: là khả năng của HTĐ vẫn còn duy trì
đợc các giá trị điện áp n định sau khi có kích động lớn, chẳng hạn nh h
hỏng trong HTĐ, mất ngun phát điện, hoặc các sự cố trên mạch điện. Việc
Luận văn thạc sĩ

Trang 10

xác định n định điện áp khi có kích động lớn cần phải khảo sát đáp ứng phi
tuyến của HTĐ trong một khoảng thi gian đủ để thu nhận đợc hoạt động và
tơng tác của các thiết bị, chẳng hạn nh động cơ điện, ULTC (bộ chỉnh áp
dới tải của máy biến áp), và bộ hạn chế dòng kích từ của máy phát (OEL- bộ
hạn chế trạng thái bị kích thích quá mức).
 n đnh đin áp khi có dao động nh: là khả năng của HTĐ vẫn còn duy trì
đợc điện áp n định khi chịu các tác động nhỏ, chẳng hạn nh, tải thay đi
tăng. Dạng n định này chịu tác động bi các đặc trng của tải, các điều khiển
mang tính chất liên tục, và các điều khiển ri rạc vào một điểm thi gian cho
trớc. Khái niệm này rất hữu ích khi xác định, vào thi điểm bất kỳ, cách thức
mà điện áp trên hệ thống đáp ứng với các thay đi hệ thống nhỏ. Với các giả
thiết thích hợp, các phơng trình của hệ thống có thể đợc tuyến tính hóa xung
quanh điểm làm việc để phân tích và do đó cho phép tính toán đợc thông tin
độ nhạy rất hữu ích trong việc nhận dạng các yếu tố ảnh hng đến n định
điện áp. Tuy nhiên, quá trình tuyến tính hóa này không tính đến các ảnh hng
phi tuyến, chẳng hạn nh MBA với bộ điều áp dới tải, (bớc điều chỉnh áp ri
rạc, và trễ thi gian ). Do đó, việc kết hợp các phân tích tuyến tính và phi

tuyến thng đợc sử dụng để phối hợp với nhau. Khoảng thi gian nghiên
cứu n định điện áp có thể thay đi từ vài giây đến hàng chục phút. Do đó n
định điện áp còn có thể đợc phân chia thành hiện tợng ngắn hạn và dài hạn.
 n đnh đin áp ngn hn: liên quan đến tính chất động của các thành phần
tải tác động nhanh, chẳng hạn nh: động cơ cảm ứng, tải điều khiển điện tử.
Trng hợp này thi gian nghiên cứu cần đến một vài giây và các kỹ thuật và
việc phân tích yêu cầu phải giải các phơng trình vi phân.
 n đnh đin áp dài hn: liên quan đến các thiết bị tác động chậm hơn, chẳng
hạn, ULTC, tải nhiệt điều khiển tĩnh, và các bộ giới hạn kích từ (OEL). Thi
gian nghiên cứu có thể đến vài phút hoặc nhiều phút, và việc mô phỏng trong
khoảng dài hạn cần đợc sử dụng để phân tích hoạt động động của HTĐ.
Thông thng, tính n định đợc xác định bi việc mất các thiết bị chứ không
Luận văn thạc sĩ

Trang 11

phải tính nghiêm trọng của kích động ban đầu. Tính không n định có nguyên
nhân là sự mất cân bằng trong khoảng dài hạn (khi tải cố gắng khôi phục lại
công suất của nó vợt quá khả năng của HT truyền tải và các ngun kết nối).
1.3.2 Sự mt n đnh và sp đ đin áp
Sự mất n định điện áp: xuất phát từ các thay đi của tải tiêu thụ công suất
vợt quá khả năng của hệ thống truyền dẫn và hệ thống phát
Sự sụp đ điện áp: là quá trình mà qua đó chuỗi các sự cố liên quan đến sự
không n định điện áp và cuối cùng dẫn đến tan rư HTĐ hoặc điện áp thấp bất
thng trong phần lớn khu vực của HTĐ.
1.3.3. Đng cong PV, QV trong phân tích n đnh đin áp
1.3.3.1. Đng cong P-V
Xét hệ thống điện đơn giản cấp điện cho phụ tải 2 từ ngun 1 (HT: hệ thống)
nh hình 1.1. Trong đó tất cả các đại lợng đợc xét trong hệ đơn vị tơng đối
(pu).

Hình 1.1: Hệ thống điện đơn giản
Giả sử
111

VV

,
222

VV

là điện áp tại các nút 1 và 2.
Chọn điện áp
1
V

làm điện áp tham chiếu, ta có
01
1
V

pu.
Ta có các công thức xác định công suất tại phụ tải 2 nh sau:
V
1
V

2
jX

HT

1
2
Luận văn thạc sĩ

Trang 12

2
2
12
21
2
sin)sin(
).(

X
V
X
VV
P 
(1.1)
X
VV
Q
2
222

2
cos 


(1.2)
Từ (1.1) và (1.2) suy ra:
222
sin

VXP 
(1.3)

222
2
2
cos

VXQV 
(1.4)
Bình phơng 2 vế (1.3), (1.4) và cộng 2 phơng trình với nhau để khử 
2
, ta
đợc phơng trình trùng phơng sau:
     
 
012
2
2
2
2

2
22
4
2
 XQXPVXQV
(1.5)
Từ (1.5) cho phép xác định đợc V
2
khi đư biết P
2
, Q
2
và X với điều kiện
ràng buộc V
2
 0. Khảo sát quan hệ PV trong các trng hợp sau:
a. Trường hợp cos

2
= 1 (Q
2
= 0):
Từ (1.5) ta có:

 
0
2
2
2
2

4
2
 XPVV
(1.6)
Với điều kiện V
2
 0, phơng trình (1.6) có 2 nghiệm:
Phơng trình bậc 2 đối với
2
2
V
cho nghiệm:
 
 











2
411
2
411
2

2
2
2
2
2
XP
V
XP
V
b
a
(1.7)
Khi P
2
= 0 (không tải) thì (1.7) sẽ cho 2 giá trị của
2
V
:
Luận văn thạc sĩ

Trang 13

V
2a
= 1 Đây là chế độ bình thng.
V
2b
= 0 Đây là chế độ ngắn mạch tại nút 2.
Khi tăng dần phụ tải P
2

từ 0 lên thì từ (1.7) cho thấy điện áp V
2a
sẽ giảm dần,
trong khi V
2b
sẽ tăng dần cho đến khi gặp nhau tại 1 điểm G nào đó. Ta thể hiện 2
đng cong V
2a
, V
2b
trên đ thị hình 1.2:









Hình 1.2: Đường cong PV tại nút phụ tải 2
Điểm G ứng với công suất giới hạn P
2gh
của phụ tải 2. P
2gh
xuất hiện khi
ba
VV
22


, theo (1.7) ta có:

   
2
411
2
411
2
2
2
2 ghgh
XPXP 


(1.8)
Suy ra
X
P
gh
2
1
2

(1.9)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5

0.6
0.7
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
p2 (pu)
V2
(pu)
cos  = 0.7
V2a
V2b