phân tích ổn định điện áp trong hệ thống điện sử dụng chỉ số vcpi và vsi qua mô phỏng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP
TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN SỬ DỤNG
CHỈ SỐ VCPI VÀ VSI QUA
MÔ PHỎNG

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

SINH VIÊN THỰC HIỆN

Ths. Trần Anh Nguyện

Bùi Thanh Duy (MSSV: 1110978)
Ngành: Kỹ thuật điện – Khóa: 37

Tháng 05 năm 2015


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN

Cần Thơ, ngày 08 tháng 01 năm 2015

PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP CỦA SINH VIÊN
HỌC KỲ 2 NĂM HỌC 2014 - 2015
1. Họ và tên sinh viên: Bùi Thanh Duy
Ngành: Kỹ thuật điện – điện tử

MSSV: 1110978
Khoá: 37

2. Tên đề tài: Phân tích ổn định điện áp trong hệ thống điện sử dụng chỉ số VCPI và
VSI qua mô phỏng.
3. Địa điểm thực hiện: Cần Thơ
4. Họ tên của người hướng dẫn khoa học (NHDKH): Trần Anh Nguyện
5. Mục tiêu của đề tài: Bảo vệ, kiểm soát sự vận hành của hệ thống điện tốt hơn, nhờ
vào các chỉ số ổn định điện áp và phần mềm mô phỏng, từ đó hạn chế tối đa có thể
tình trạng mất ổn định điệp áp trên hệ thống điện. Đóng góp tích cực vào tiến trình
đảm bảo số lượng cũng như chất lượng điện năng cho Đất nước trong giai đoạn hiện
đại hóa.
6. Các nội dung chính và giới hạn của đề tài: gồm các chương
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP
CHƯƠNG 3 ĐỀ XUẤT CÁC CHỈ SỐ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP
CHƯƠNG 4 CHỌN LỰA CÁC CHỈ SỐ VÀ HỆ THỐNG THỬ NGHIỆM
CHƯƠNG 5 MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ
CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
7. Các yêu cầu hỗ trợ cho việc thực hiện đề tài: Mong nhận được sự giúp đỡ tận tình
từ các bạn sinh viên, các giảng viên, các tổ chức và đặc biệt từ cán bộ hướng dẫn luận
văn.

8. Kinh phí dự trù cho việc thực hiện đề tài: (dự trù chi tiết đính kèm, chỉ cần cho
LVTN)
SINH VIÊN ĐỀ NGHỊ
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Ý KIẾN CỦA NHDKH

Ý KIẾN CỦA BỘ MÔN

Ý KIẾN CỦA HỘI ĐỒNG LV&TLTN


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
1. Cán bộ hướng dẫn: Trần Anh Nguyện
2. Tên đề tài: Phân tích ổn định điện áp trong hệ thống điện sử dụng chỉ số VCPI và
VSI qua mô phỏng.
3. Sinh viên thực hiện: Bùi Thanh Duy
MSSV: 1110978
4. Lớp: Kỹ Thuật Điện
Khoá: 37
5. Nội dung nhận xét:

a. Nhận xét về hình thức của tập thuyết minh:
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
b. Nhận xét về bản vẽ:
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
c. Nhận xét về nội dung của luận văn:
 Các công việc đã đạt được:
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
 Những vấn đề còn hạn chế:
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
d. Kết luận và đề nghị:
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
6. Điểm đánh giá:
.....................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày ... tháng ... năm 2015
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Trần Anh Nguyện


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
1. Cán bộ phản biện:
2. Tên đề tài: Phân tích ổn định điện áp trong hệ thống điện sử dụng chỉ số VCPI và
VSI qua mô phỏng.
3. Sinh viên thực hiện: Bùi Thanh Duy
MSSV: 1110978
4. Lớp: Kỹ Thuật Điện
Khoá: 37
5. Nội dung nhận xét:
a. Nhận xét về hình thức của tập thuyết minh:
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
b. Nhận xét về bản vẽ:
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
c. Nhận xét về nội dung của luận văn:
 Các công việc đã đạt được:
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
 Những vấn đề còn hạn chế:
.....................................................................................................................................

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
d. Kết luận và đề nghị:
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
6. Điểm đánh giá:
.....................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày ... tháng ... năm 2015
CÁN BỘ PHẢN BIỆN 1


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
1. Cán bộ phản biện:
2. Tên đề tài: Phân tích ổn định điện áp trong hệ thống điện sử dụng chỉ số VCPI và
VSI qua mô phỏng.
3. Sinh viên thực hiện: Bùi Thanh Duy
MSSV: 1110978
4. Lớp: Kỹ Thuật Điện
Khoá: 37
5. Nội dung nhận xét:
a. Nhận xét về hình thức của tập thuyết minh:
......................................................................................................................................

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
b. Nhận xét về bản vẽ:
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
c. Nhận xét về nội dung của luận văn:
 Các công việc đã đạt được:
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
 Những vấn đề còn hạn chế:
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
d. Kết luận và đề nghị:
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
6. Điểm đánh giá:
.....................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày ... tháng ... năm 2015
CÁN BỘ PHẢN BIỆN 2


Luận văn tốt nghiệp

CBHD: Trần Anh Nguyện

GIỚI THIỆU


Ngày nay, với xu hướng hiện đại hóa Đất nước, sự gia tăng nhu cầu về năng
lượng điện đã buộc hệ thống truyền tải điện phải vận hành liên tục trong điều kiện tối
đa, gần với giới hạn bất ổn định. Hệ thống điện phải vận hành trong điều kiện như
vậy, sẽ tạo ra một chuỗi các điểm mất ổn định điện áp và cuối cùng có thể dẫn đến sự
sụp đổ điện áp hệ thống gây mất điện trên diện rộng. Nhằm giải quyết vấn đề này,
một trong những nghiên cứu quan trọng đã được tập trung vào việc sử dụng dữ liệu
đồng bộ pha của hệ thống điện, để đưa ra những chỉ số thích hợp cho biết khi nào hệ
thống gần mất ổn định điện áp, cũng như tìm ra cơ chế bất ổn. Nhờ vậy, sẽ thường
xuyên xác định được trạng thái vận hành của hệ thống điện và từ đó sự tăng cường
bảo vệ, kiểm soát hệ thống điện tốt hơn.
Luận văn này thảo luận về khả năng áp dụng của hai chỉ số ổn định điện áp từ
dữ liệu đồng bộ pha, dựa trên thực tiễn để phân tích sự ổn định điện áp của hệ thống
điện. Giả định các trường hợp khác nhau đã được thực hiện trên hệ thống Hệ thống
IEEE 39 Bus sử dụng phần mềm PowerWorld mô phỏng. Hai chỉ số đã được phân
tích và so sánh với nhau cùng với những phương pháp khách quan khác. Kết quả cho
thấy rằng chúng thống nhất với nhau về vấn đề điện áp ổn định của hệ thống, qua đó,
nhờ các chỉ số có thể dự đoán sự sụp đổ điện áp cũng như cung cấp cái nhìn sâu sắc
vào các điểm khác trong hệ thống có thể đóng góp vào việc cải thiện, giảm thiểu vào
sự bất ổn định điện áp.
Sau hơn bốn tháng thực hiện, luận văn cơ bản đã hoàn thiện, mong nhận được
những đóng góp tích cực từ bạn đọc.
Sinh viên thực hiện

Bùi Thanh Duy

SVTH: Bùi Thanh Duy – MSSV: 1110978

Trang i

Luận văn tốt nghiệp

CBHD: Trần Anh Nguyện

LỜI CẢM ƠN

Sau hơn khoảng bốn tháng thực hiện, luận văn của em đã được hoàn thành,
thể hiện những kiến thức mà em đã học cũng như tìm hiểu thêm những thông tin bổ
ích từ phía các bạn sinh viên, các giảng viên và các phương tiện thông tin. Ngoài sự
cố gắng hết mình, em đã nhận được sự khích lệ rất nhiều từ phía nhà trường, thầy cô,
gia đình và bạn bè.
Chính vì thế, ngày hôm nay khi hoàn tất xong luận văn này, em muốn gửi lời
cảm ơn đến gia đình và các bạn sinh viên đã luôn đồng hành cùng em trong học tập.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành này đến Quý Thầy Cô thuộc bộ môn Kỹ thuật
điện – Khoa Công Nghệ - Trường Đại học Cần Thơ đã truyền đạt những kiến thức
căn bản cho em.
Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Anh Nguyện đã tận tình hướng
dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đề tài luận văn này.
Để đáp lại tấm chân tình đó, em sẽ cố gắng vận dụng các kiến thức mà mình
đã được trang bị vào thực tiễn cuộc sống một cách hiệu quả nhất nhằm mang lại lợi
ích cho bản thân và cộng đồng. Tuy nhiên, do hạn chế về kiến thức và quỹ thời gian
có hạn nên luận văn không tránh khỏi những sai sót. Vì vậy, em kính mong quý thầy
cô thông cảm và rất mong nhận được những đóng góp quý báu từ các thầy cô.
Một lần nữa em xin cảm ơn và xin chúc tất cả quý Thầy Cô được dồi dào sức
khỏe, thành đạt hơn trong sự nghiệp!
Sinh viên thực hiện

Bùi Thanh Duy

SVTH: Bùi Thanh Duy – MSSV: 1110978

Trang ii


Mục lục

CBHD: Trần Anh Nguyện

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ....................................................................................... 1
1.1

Giới thiệu chung ............................................................................................ 1

1.2

Mục tiêu nghiên cứu ...................................................................................... 2

1.3

Cấu trúc ..........................................................................................................2

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP ..................................................4
2.1

Ổn định hệ thống điện ...................................................................................4

2.1.1

Ổn định góc rotor ....................................................................................4

2.1.2

Ổn định tần số ......................................................................................... 5

2.1.3

Ổn định điện áp ....................................................................................... 5

2.2

Ổn định điện áp.............................................................................................. 5

2.2.1

Khái niệm ................................................................................................ 5

2.2.2

Phân loại..................................................................................................6

2.3

Những hạn chế trong việc ổn định điện áp ....................................................7

2.3.1

Những hạn chế ........................................................................................ 7

2.3.2

Sự cố sụp đổ điện áp ...............................................................................8

2.4

Phân tích ổn định điện áp ..............................................................................9

2.4.1

Phân tích dòng điện.................................................................................9

2.4.2

Đường cong PV và QV .........................................................................10

2.4.3

Điện áp ..................................................................................................14

2.4.4

Phương pháp phân tích .........................................................................14

2.5

Đồng bộ pha.................................................................................................15

CHƯƠNG 3 ĐỀ XUẤT CÁC CHỈ SỐ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP .............................. 19
3.1

Tìm chỉ số từ phương pháp dòng tải Jacobi ................................................19

3.1.1

Phương thức phân tích mô hình dòng điện ...........................................19

3.1.2 Kiểm nghiệm trên hệ thống WSCC (Western System Coordinating
Council – Hội đồng điều phối hệ thống phương Tây) 9 bus ............................. 21
3.2

Các chỉ số dựa trên các bộ đo lường đồng bộ pha .......................................23

3.2.1

Thuật toán tìm thông số tương đương Thevenin ..................................24

3.2.2

Chỉ số ổn định đường dây Lmn ............................................................ 26

3.2.3

Chỉ số ổn định điện áp nhanh FVSI ...................................................... 26

3.2.4

Chỉ số LQP............................................................................................ 26

SVTH: Bùi Thanh Duy – MSSV: 1110978

Trang iii


Mục lục

CBHD: Trần Anh Nguyện

3.2.5

Chỉ số VSI dựa trên truyền tải điện tối đa ............................................26

3.2.6

Chỉ số VCPI .......................................................................................... 27

CHƯƠNG 4 CHỌN LỰA CÁC CHỈ SỐ VÀ HỆ THỐNG THỬ NGHIỆM ....29
4.1

PowerWorld Simulator ................................................................................29

4.2

Các hệ thống thử nghiệm .............................................................................30

4.2.1

Hệ thống BPA 10 bus ...........................................................................31

4.2.2

Hệ thống IEEE 39 bus ..........................................................................31

4.3

Các trường hợp thử nghiệm .........................................................................35

4.3.1 Đề xuất xác minh sự hiệu quả của hai chỉ số VCPI và VSI trong hệ
thống thử nghiệm IEEE 39 Bus ........................................................................35
4.3.2

Tăng tất cả các tải .................................................................................35

4.3.3

Tăng công suất phản kháng ở các tải .................................................... 36

4.3.4

Trường hợp loại bỏ một đường dây truyền tải......................................36

4.3.5

Chọn lựa các trường hợp thử nghiệm ...................................................36

CHƯƠNG 5 MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ............................................................ 38
5.1

Thuật toán tìm các chỉ số VCPI và VSI ...................................................... 38

5.2

Trường hợp 1: Tăng tất cả các tải (IEEE 39 Bus) .......................................41

5.3

Trường hợp 2: Tăng công suất phản kháng (IEEE 39 Bus) ........................ 49

5.3.1

Thống kê các chỉ số ..............................................................................49

5.3.2

Dự đoán sụp đổ điện áp từ các chỉ số ...................................................53

5.4

Trường hợp 3: Loại bỏ một đường dây truyền tải (IEEE 39 Bus) ..............54

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.......................................62
6.1

Kết luận........................................................................................................62

6.2

Hướng phát triển .......................................................................................... 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 64

PHỤ LỤC ................................................................................................................ 66

SVTH: Bùi Thanh Duy – MSSV: 1110978

Trang iv


Danh mục bảng

CBHD: Trần Anh Nguyện

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2-1 Các sự cố sụp đổ điện áp .............................................................................8
Bảng 3-1 Giá trị đặc trưng trong quá trình tăng tải ...................................................22
Bảng 3-2 Các hệ số thành phần cho mỗi trị đặc trưng (lần tăng tải đầu tiên) ...........23
Bảng 3-3 Các hệ số thành phần cho mỗi trị đặc trưng (lần tăng tải sau cùng trước
sụp đổ) ....................................................................................................................... 23
Bảng 4-1 Thông số của tải và máy phát điện trên hệ thống IEEE 39 Bus ................32
Bảng 4-2 Thông số dữ liệu đường dây trên hệ thống IEEE 39 Bus.......................... 33
Bảng 4-3 Thông số dữ liệu máy phát điện trên hệ thống IEEE 39 Bus .................... 34
Bảng 4-4 Tóm tắt các chỉ số được chọn lựa .............................................................. 35
Bảng 5-1 Hệ số tải tương ứng với tải hệ thống ......................................................... 42
Bảng 5-2 Chỉ số VSI tại các bus tải tương ứng với hệ số tăng tải trường hợp 1 ......42
Bảng 5-3 Chỉ số VCPI tại các bus tải tương ứng với hệ số tăng tải trường hợp 1 ....43
Bảng 5-4 Điện áp Bus tải trường hợp 1 ....................................................................45
Bảng 5-5 Chỉ số VSI của bus tải trường hợp 2 ......................................................... 50
Bảng 5-6 Chỉ số VSI của bus tải trường hợp 2 (tiếp theo)........................................51
Bảng 5-7 Chỉ số VSI của bus tải trường hợp 2 (tiếp theo)........................................51
Bảng 5-8 Chỉ số VCPI của bus tải trường hợp 2 ...................................................... 52
Bảng 5-9 Chỉ số VCPI của bus tải trường hợp 2 (tiếp theo) .....................................52

Bảng 5-10 Chỉ số VCPI của bus tải trường hợp 2 (tiếp theo) ...................................53
Bảng 5-11 Các chỉ số trước khi sụp đổ trường hợp 1 và 2 .......................................54
Bảng 5-10 Các chỉ số trước và sau khi đường dây được loại bỏ .............................. 55
Bảng 5-11 Các chỉ số bus tải trước và sau khi sụp đổ trường hợp 3 ........................ 57
Bảng 5-12 Dòng tổn thất trước khi loại bỏ đường dây .............................................58
Bảng 5-13 Dòng tổn thất sau khi loại bỏ đường dây ................................................59
Bảng 5-14 Thông số máy phát và tải trước và sau khi loại bỏ đường dây ..............59
Bảng 5-14 Tổn thất đường dây trước và sau khi loại bỏ đường dây......................... 60

SVTH: Bùi Thanh Duy – MSSV: 1110978

Trang v


Danh mục hình và đồ thị

CBHD: Trần Anh Nguyện

DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ
Hình 2.1 Phân loại ổn định hệ thống điện ...................................................................4
Hình 2.2 Hệ thống hai bus......................................................................................... 10
Hình 2.3 Dạng đường cong PV cơ bản theo tài liệu tham khảo [2] .......................... 11
Hình 2.4 Đường cong PV cho hệ số công suất tương ứng: (1) φ = 45° trễ, (2) φ =
30° trễ, (3) φ = 0, (4) φ = 30° sớm theo [3] .............................................................. 12
Hình 2.5 Dạng đường cong QV điển hình theo [2]...................................................13
Hình 2.6 Đường cong QV cho các mức tải khác nhau theo [4] ................................ 13
Hình 2.7 Đồ thị diễn tả đồng bộ pha .........................................................................16
Hình 2.8 Mô hình tương đương 𝜋 chuẩn 2 bus ......................................................... 17
Hình 3.1 Hệ thống WSCC 9 bus ...............................................................................21
Hình 3.2 Ba giá trị đặc trưng thấp nhất trong quá trình tăng tải ............................... 22

Hình 3.3 Mạch tương đương Thevenin với điện áp nối (Vcouple) và điện áp hở
mạch (Vopen) ............................................................................................................25
Hình 3.4 Mạch Thevenin tối giản .............................................................................25
Hình 4.1 Giao diện PowerWorld Simulator 8.0 ........................................................ 30
Hình 4.2 Giao diện phiên bản mới nhất PowerWorld Simulator 18.0 ...................... 30
Hình 4.3 Hệ thống thử nghiệm BPA 10 bus ............................................................. 31
Hình 4.4 Hệ thống thử nghiệm IEEE 39 bus ............................................................ 32
Hình 5.1 Tìm chỉ số VCPI......................................................................................... 39
Hình 5.2 Tìm chỉ số VSI ........................................................................................... 40
Hình 5.3 Hệ thống IEEE 39 bus trên mô phỏng PowerWorld Simulator .................41
Hình 5.4 Chạy mô phỏng với chế độ Run Mode ...................................................... 42
Hình 5.5 Chỉ số VSI của Bus tải số 4, 7, 8 và 20 trường hợp 1 ................................ 44
Hình 5.6 Chỉ số VCPI của Bus tải số 4, 7, 8 và 20 trường hợp 1 ............................. 45
Hình 5.7 Các bus tải trong khu vực gần máy phát điện ............................................47
Hình 5.8 Chỉ số VSI và điện áp ở bus tương ứng trường hợp 1 .............................. 48
Hình 5.9 Chỉ số VCPI và điện áp ở bus tương ứng trường hợp 1 ............................. 48
Hình 5.10 Các chỉ số VSI của bus 4, 20 và 27 trường hợp 2 ....................................49
Hình 5.11 Các chỉ số VCPI của bus 4, 20 và 27 trường hợp 2 .................................50
SVTH: Bùi Thanh Duy – MSSV: 1110978

Trang vi


Danh mục hình và đồ thị

CBHD: Trần Anh Nguyện

Hình 5.14 Đường dây 10-13 thiếu hụt ......................................................................55
Hình 5.15 Các chỉ số VSI tại bus 4, 7, 8, 12 và chỉ số thấp nhất .............................. 56
Hình 5.16 Các chỉ số VCPI tại bus 4, 7, 8, 12 và chỉ số cao nhất............................. 57

SVTH: Bùi Thanh Duy – MSSV: 1110978

Trang vii


Chương 1: Giới thiệu

CBHD: Trần Anh Nguyện

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU
1.1

Giới thiệu chung

Như một kết quả tất yếu của sự gia tăng nhu cầu về năng lượng điện ngày một
cao, tương tự đa số các quốc gia trên thế giới, truyền tải trên Hệ thống điện (HTĐ) ở
Việt Nam đã buộc phải hoạt động trong điều kiện tối đa, gần với giới hạn bất ổn định.
Những nỗ lực để xây dựng đường dây truyền tải mới và mở rộng mạng lưới còn gặp
nhiều hạn chế do khó khăn về điều kiện kinh tế, nhân lực, các vấn đề môi trường,...
Nhưng:
Nhờ thực hiện chủ trương đổi mới của Đảng, nền kinh tế Việt Nam từ năm
1985 đến nay đã tăng trưởng với tốc độ bình quân 7%/ năm. Nhiều khu công nghiệp
lớn, khu kinh tế mở và khu dân cư mới được hình thành, để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ
điện tăng nhanh theo tốc độ tăng trưởng của phụ tải, Nhà nước đã huy động một
nguồn vốn lớn để đầu tư phát triển Hệ thống điện. Ngày 27/05/1994 đã đóng điện đưa
đường 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 nguồn 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 lưới điện 500kV có tổng chiều dài là 3466km và 11 trạm biến
áp với tổng công suất là 6600MVA, trích từ bài báo theo [1, tr.1].
Hiệu quả do các HTĐ mang lại là rất lớn, tuy nhiên cũng xuất hiện nhiều vấn
đề kỹ thuật khá phức tạp cần được giải quyết trong thiết kế cũng như vận hành. Một
trong những vấn đề quan trọng đó là ổn định điện áp hệ thống.
Đặc biệt, để xác định phương pháp đánh giá ổn định điện áp và chiến lược phát
triển để giảm các vấn đề bất ổn, cần đến một phương pháp mới hiệu quả hơn. Phải kể
đến đó là công nghệ đo đồng bộ pha (Synchronized Phasor Measurement). Tại hầu
hết các vị trí trạm biến áp thông qua rơle bảo vệ chẳng hạn, sẽ có thiết bị đo lường có
khả năng đo trực tiếp các thông số HTĐ (điện áp, dòng điện pha, …) trong thời gian
thực, đồng bộ trong một phần nghìn giây. Cùng với những cải tiến cơ sở hạ tầng thông
tin liên lạc, có thể xây dựng khu vực đo lường rộng và hệ thống bảo vệ để bổ sung
cho các biện pháp bảo vệ cổ điển, dễ dàng cho điều khiển, giám sát và thu thập dữ
SVTH: Bùi Thanh Duy – MSSV: 1110978

Trang 1


Chương 1: Giới thiệu

CBHD: Trần Anh Nguyện

liệu SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), hệ thống quản lý năng
lượng EMS (Energy Management System) và ngăn chặn các khả năng khác có thể
xảy ra trên hệ thống. Với phương hướng mới này, trên diện rộng của hệ thống đo
lường, từ phương pháp tiếp cận mới cho phép bảo vệ và kiểm soát các chức năng hệ
thống bằng cách đưa ra các chỉ số phòng chống sụp đổ điện áp. Và thực tế đã có rất
nhiều nghiên cứu về chỉ số ổn định điện áp trong đó dựa trên các phép đo đồng bộ
pha.

1.2

Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của luận văn là nghiên cứu, phân tích sự ổn định điện áp sử
dụng các chỉ số dựa trên dữ liệu đồng bộ pha qua mô phỏng. Việc phân tích sẽ xem
xét thời điểm gần với quá trình sụp đổ điện áp: "Khi nào hệ thống có điện áp không
ổn định?" và cơ chế của sự bất ổn định điện áp: "Các khu vực điện áp yếu?". Trong
việc xem xét những câu hỏi như vậy, luận văn này sẽ bắt đầu với những bàn luận về
phương pháp ổn định điện áp thông thường và mới hơn. Tiếp theo, một phân tích và
so sánh giữa hai chỉ số của hai phương pháp dựa trên dữ liệu đồng bộ pha sẽ được
tiến hành và đánh giá. Trong các trường hợp khác nhau, chẳng hạn như tăng tải hệ
thống hoặc máy phát dự phòng sẽ được tạo ra để chứng minh việc áp dụng chỉ số
trong phân tích ổn định điện áp. Kết quả sẽ cho thấy tính hiệu quả tổng thể của phương
pháp cho vấn đề ổn định điện áp. Nghiên cứu và phân tích sẽ sử dụng phần mềm
PowerWorld cho mô phỏng và Excel, Matlab là những công cụ xử lý tính toán các
chỉ số.

1.3

Cấu trúc

Chương 1 giới thiệu tính cấp thiết và mục tiêu của luận văn nhằm mục đích
xây dựng phương pháp nghiên cứu thích hợp.
Chương 2 trình bày các khái niệm lý thuyết của sự ổn định điện áp. Một cái
nhìn tổng quan cơ bản trên ổn định HTĐ được đưa ra trước khi đến với phần còn lại
của chương này để giải thích vấn đề ổn định điện áp và các phương pháp phân tích
hiện tượng này.
Chương 3 đề xuất các chỉ số khác nhau được đề cập trong các tài liệu lý thuyết

và phương pháp được sử dụng để đánh giá sự ổn định điện áp trong HTĐ.

SVTH: Bùi Thanh Duy – MSSV: 1110978

Trang 2


Chương 1: Giới thiệu

CBHD: Trần Anh Nguyện

Chương 4 cung cấp một mô tả chi tiết của hai mạng lưới thử nghiệm khác
nhau, các phương pháp để chứng tỏ khả năng thực thi của các chỉ số.
Chương 5 chỉ ra các chỉ số được lựa chọn để áp dụng tính toán trên mô phỏng
theo phương pháp từ Chương 4. Các kết quả được phân tích để chứng minh các chỉ
số đã đề xuất, áp dụng để xác định độ ổn định điện áp.
Chương 6. Kết luận và hướng phát triển đề tài.

SVTH: Bùi Thanh Duy – MSSV: 1110978

Trang 3


Chương 2: Tổng quan ổn định điện áp

CBHD: Trần Anh Nguyện

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP

2.1

Ổn định hệ thống điện

Sự ổn định HTĐ là khả năng của một HTĐ, ở trạng thái vận hành ban đầu, có
thể tự quay trở lại trạng thái vận hành cân bằng mới sau khi chịu một kích động hay
nhiễu loạn tự nhiên, với hầu hết các thay đổi để hệ thống có khả năng khôi phục lại
tình trạng ổn định. Do sự đa dạng của các loại nhiễu động, ổn định HTĐ có thể được
tiếp tục phân thành các loại tương ứng: ổn định góc rotor, ổn định tần số và ổn định
điện áp. Sự ổn định của hệ thống được phân loại, như thể hiện trong hình 2.1, dựa
trên cường độ nhiễu loạn và thời gian nhiễu loạn gây ra. Trong bất kỳ tình huống nào,
một hình thức của sự bất ổn có thể dẫn đến một hình thức khác. Tuy nhiên, việc phân
biệt giữa các hình thức khác nhau có thể tạo thuận lợi trong việc xác định các nguyên
nhân cơ bản của sự bất ổn định, áp dụng một phân tích phù hợp và cuối cùng là các
biện pháp khắc phục để trả lại cho hệ thống sự vận hành ổn định.
ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN

ỔN ĐỊNH GÓC ROTOR

ỔN ĐỊNH
NHIỄU LOẠN
NHỎ

ỔN ĐỊNH TẦN SỐ

ỔN ĐỊNH QUÁ
ĐỘ

NGẮN HẠN

NGẮN HẠN

DÀI HẠN

ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP

ỔN ĐỊNH
NHIỄU LOẠN
NHỎ

ỔN ĐỊNH KÍCH
ĐỘNG LỚN

NGẮN HẠN

DÀI HẠN

Hình 2.1 Phân loại ổn định hệ thống điện
2.1.1 Ổn định góc rotor

SVTH: Bùi Thanh Duy – MSSV: 1110978

Trang 4


Chương 2: Tổng quan ổn định điện áp

CBHD: Trần Anh Nguyện

Sự ổn định góc rotor được định nghĩa là khả năng các máy phát điện đồng bộ

liên kết với nhau vẫn giữ được sự đồng bộ hóa trong các điều kiện vận hành bình
thường và sau khi phải chịu một sự nhiễu loạn hay kích động nào đó. Nhìn chung,
tổng năng lượng điện thực tế cung cấp bởi máy phát điện phải luôn luôn bằng với
năng lượng điện tiêu thụ của tải, bao gồm cả tổn thất trong hệ thống. Sự cân bằng này
giữa tải và máy phát có thể ảnh hưởng đến sự cân bằng giữa đầu vào máy phát điện
hoặc mô-men xoắn cơ học và sản lượng điện. Một nhiễu loạn hệ thống có thể làm đảo
lộn trạng thái cân bằng này, mà kết quả sẽ làm tăng hoặc giảm tốc độ của rotor các
máy phát điện. Nếu một máy phát điện tạm thời chạy nhanh hơn hay chậm hơn các
máy phát khác, vị trí góc rotor của nó làm ảnh hưởng tới các máy phát liên quan chậm
hơn hay nhanh hơn. Kết quả là góc chênh lệch truyền tải của tải từ máy chạy chậm
sang máy chạy nhanh và ngược lại, tùy thuộc vào mối quan hệ góc về mặt lý thuyết
được biết đến. Xu hướng này làm giảm hay tăng tốc độ và từ đó tạo khoảng cách về
góc, hơn nữa làm giảm sự truyền tải năng lượng gây ra mất ổn định.
2.1.2 Ổn định tần số
Ổn định tần số đề cập đến khả năng của một HTĐ nhằm duy trì ổn định tần số
sau một sự cố hệ thống, dẫn đến mất cân bằng giữa máy phát điện và tải. Nó phụ
thuộc vào khả năng duy trì hoặc khôi phục lại trạng thái cân bằng giữa hệ thống máy
phát điện và tải, với tổn thất tối thiểu của tải. Sự mất ổn định đó có thể là kết quả xảy
ra trong các hình thức thay đổi giá trị tần số. Một nguyên nhân điển hình cho tần số
không ổn định là sự tổn thất của máy phát dẫn đến tần số hệ thống nói chung trở nên
mất kiểm soát. Tóm lại, vấn đề ổn định tần số có liên quan đến những bất cập trong
thiết bị, sự bố trí kém hiệu quả của thiết bị điều khiển và bảo vệ hoặc không đủ máy
phát dự phòng.
2.1.3 Ổn định điện áp
Vấn đề quan trọng thứ ba trong ổn định HTĐ là ổn định điện áp được đề cập
cụ thể, phân tích sâu hơn và tập trung vào đề xuất phương pháp phân tích ở phần 2.2.

2.2

Ổn định điện áp

2.2.1 Khái niệm
Ổn định điện áp là một vấn đề thiết yếu trong ổn định HTĐ. Nó đề cập đến
khả năng của một HTĐ để duy trì điện áp ổn định ở tất cả các bus (hay gọi là nút)
SVTH: Bùi Thanh Duy – MSSV: 1110978

Trang 5


Chương 2: Tổng quan ổn định điện áp

CBHD: Trần Anh Nguyện

trong hệ thống sau khi phải chịu một sự nhiễu loạn từ trạng thái vận hành ban đầu.
Các định nghĩa ổn định điện áp được mô tả như sau:
- Một HTĐ tại một điểm vận hành nhất định có sự ổn định nhiễu loạn nhỏ điện
áp, nếu sau sự nhiễu loạn nhỏ, điện áp ở nút phụ tải là tương tự hoặc giống với giá trị
trước sự nhiễu loạn.
- Một HTĐ tại một điểm vận hành nhất định và chịu được sự nhiễu loạn gọi là
ổn định điện áp nếu điện áp ở nút phụ tải sau nhiễu loạn đạt giá trị cân bằng.
- Một HTĐ tại một điểm vận hành nhất định và chịu được sự nhiễu loạn, trải
qua sự sụp đổ điện áp nếu sau nhiễu loạn, cân bằng điện áp là dưới giới hạn chấp
nhận được. Sụp đổ điện áp có thể xảy ra ở một phần hoặc cả hệ thống.
Các yếu tố chính góp phần làm mất ổn định điện áp:
- Những kích động nhỏ trong hệ thống xuất hiện như do yêu cầu công suất phụ
tải thay đổi hay thay đổi đầu phân áp tại các trạm biến áp.
- Những kích động lớn như việc mất tải đột ngột vì một lí do nào đó, tình trạng
quá tải trên đường dây hoặc sự cố thay đổi cấu trúc mạng lưới.
- Yêu cầu về cung cấp công suất phản kháng của các phụ tải cũng là một yếu
tố dẫn đến dao động điện áp.

- Các điều kiện vận hành của hệ thống như: khoảng cách giữa nguồn và phụ
tải xa, đồ thị phụ tải không thuận lợi cho sự phối hợp giữa các thiết bị và bảo vệ chưa
hiệu quả.
2.2.2 Phân loại
Như đã đề cập trước đó, sự ổn định điện áp có thể được phân loại theo các loại
nhiễu loạn hoặc khung thời gian.
- Ổn định nhiễu loạn nhỏ điện áp (ổn định tĩnh) có liên quan với khả năng của
hệ thống nhằm kiểm soát điện áp sau nhiễu loạn nhỏ như những sự biến đổi của thiết
bị điều chỉnh, thay đổi trong hệ thống tải. Loại ổn định này được xác định bởi các đặc
tính của tải, điều chỉnh liên tục và điều chỉnh gián đoạn tại một thời gian tức thời nhất
định.
- Ổn định nhiễu loạn lớn điện áp (ổn định động) có liên quan với khả năng của
hệ thống nhằm kiểm soát điện áp sau nhiễu loạn lớn như các biến đổi đột ngột sơ đồ
nối điện, biến đổi của phụ tải điện, lỗi hệ thống, mất mát máy phát hoặc ngắn mạch.

SVTH: Bùi Thanh Duy – MSSV: 1110978

Trang 6


Chương 2: Tổng quan ổn định điện áp

CBHD: Trần Anh Nguyện

Loại ổn định này này được xác định bởi các đặc tính của tải, sự tương tác của điều
chỉnh liên tục, gián đoạn và sự bảo vệ.
Trong thời gian ngắn hạn (thoáng qua) ổn định điện áp ở khung thời gian
khoảng từ 0 đến 10 giây sẽ ảnh hưởng nhanh đến các thành phần tải động lực như
động cơ cảm ứng, mạch điều khiển tải và bộ chuyển đổi cao áp một chiều HVDC
(High Voltage Direct Current). Ở quá độ dài hạn, cân bằng công suất cơ - điện bị phá

vỡ đột ngột, chế độ xác lập tương ứng bị dao động rất mạnh làm thay đổi tải, điện áp
và phản ứng thay đổi hệ thống, từ đó điều chỉnh hệ thống mới. Điều này sau đó sẽ
thúc đẩy hệ thống vận hành trong điều kiện khắc nghiệt hơn mà không kiểm soát
được. Giai đoạn này ở thời gian cụ thể lên đến một hoặc nhiều phút. Trong ổn định
hệ thống, nếu các yếu tố vượt quá giới hạn vận hành, nhiễu loạn sẽ bị loại bỏ khỏi sự
vận hành của hệ thống.
Tóm lại, trong bất kỳ trường hợp nào, mỗi loại ổn định điện áp có liên quan
chặt chẽ với nhau, và một hình thức bất ổn này có thể có thể dẫn đến một hình thức
khác. Phân biệt giữa các hình thức bất ổn khác nhau có thể dễ dàng trong việc xác
định các nguyên nhân của sự bất ổn định, áp dụng một phân tích phù hợp và cuối
cùng dùng biện pháp khắc phục để trả lại hệ thống một điểm vận hành ổn định. Với
vấn đề này, các phần sau sẽ cung cấp một cái nhìn tổng quan hơn về các phương pháp
hiện đang được sử dụng để phân tích ổn định điện áp.

2.3

Những hạn chế trong việc ổn định điện áp

2.3.1 Những hạn chế
Tùy theo tình trạng nhiễu loạn khác nhau của hệ thống có thể gây ra sự mất ổn
định điện áp. Trong số đó, khía cạnh quan trọng có thể nhắc đến là máy phát điện,
đường dây truyền tải điện và các tải.
Máy phát điện đóng một vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ cung cấp đầy đủ
công suất phản kháng cho HTĐ. Công suất phản kháng được sản xuất bởi máy phát
điện và do đó bị hạn chế bởi dòng phần ứng, các cuộn dây máy phát. Do đó, cần xác
định được dòng kích từ bao nhiêu trước khi các cuộn dây bị hư hỏng, công suất phản
kháng tối đa đầu ra được thiết lập bằng cách sử dụng một bộ giới hạn quá kích từ
OXL (over excitation limiter). Khi OXL đạt giới hạn, điện áp đầu cuối không còn
được duy trì thường xuyên. Do đó, giới hạn truyền tải điện tiếp tục được hạn chế, dẫn
đến sự mất ổn định điện áp dài hạn.

SVTH: Bùi Thanh Duy – MSSV: 1110978

Trang 7


Chương 2: Tổng quan ổn định điện áp

CBHD: Trần Anh Nguyện

Mạng truyền tải điện là thành phần quan trọng không thể thiếu cho sự ổn định
điện áp. Dưới môi trường thực tế, nơi nguồn điện năng lớn được truyền tải qua một
khoảng cách dài, truyền tải năng lượng tối đa được giới hạn bởi các đặc tính hệ thống
truyền dẫn. Năng lượng truyền tải mất đi một phần gây ra bởi tổn hao, sinh ra nhiệt
không thể được truyền tải.
Yếu tố quan trọng thứ ba ảnh hưởng đến sự mất ổn định điện áp là tải của hệ
thống. Điện áp không ổn định do phân bố tải thay đổi. Sau sự thay đổi trong nhu cầu,
tải sẽ thay đổi đầu tiên theo đặc tính tức thời của nó dẫn đến trở kháng hoặc dòng
thay đổi. Sau đó, nó sẽ điều chỉnh lấy dòng điện từ hệ thống đến các phụ tải được
cung cấp bởi hệ thống đáp ứng các nhu cầu ở cấp điện áp cuối hệ thống. Tương tự
như vậy, khi có một sự thay đổi đột ngột ở điện áp hệ thống, chẳng hạn như sau một
sự nhiễu loạn, tải sẽ thay đổi trong giây lát, sau đó nó sẽ điều chỉnh dòng điện và rút
ra khỏi hệ thống, bất cứ vấn đề nào dòng điện là cần thiết để đáp ứng nhu cầu.
Một khía cạnh quan trọng khác của tải là bộ đốt đầu nấc LTC (Load Tap
Changing), đó là một trong những chìa khóa tiên quyết trong việc phục hồi tải. Để
đối phó với một sự nhiễu loạn, các LTC duy trì mức điện áp không đổi ở điện áp thấp
cuối đường dây. Vì vậy, khi quan sát tình trạng tải ở cấp điện áp cao gần như công
suất thay đổi, điều này có thể làm nặng thêm vấn đề mất ổn định điện áp.
2.3.2 Sự cố sụp đổ điện áp
Nhiều sự cố mất ổn định điện áp đã xảy ra trên thế giới và cả ở Việt Nam.

Bảng 2-1 cho thấy một vài sự cố đã biết.
Bảng 2-1 Các sự cố sụp đổ điện áp
Thời gian
22/08/1970
19/12/1978
04/08/1982
30/12/1982
27/12/1983
30/11/1986
23/07/1987
22/08/1987
01/12/1987
26/02/2008
22/05/2013

Địa điểm
Nhật Bản
Pháp
Bỉ
Tiểu bang Florida (Mỹ)
Thụy Điển
Tiểu bang Sergipe (SE,
Brazil)và Paraguay
Tokyo (Nhật Bản)
Miền Tây tiểu bang
Tennessee (Mỹ)
Miền Tây nước Pháp
Tiểu bang Florida (Mỹ)
Miền Nam Việt Nam

SVTH: Bùi Thanh Duy – MSSV: 1110978

Khoảng thời gian sự cố
30 phút
26 phút
4 phút 30 giây
1 – 3 phút
55 giây
2 giây
20 phút
10 giây
4 – 6 phút
4 giờ
3 giờ
Trang 8


Chương 2: Tổng quan ổn định điện áp

CBHD: Trần Anh Nguyện

Từ bảng 2-1 cho thấy các sự cố sụp đổ điện áp có thể dao động từ vài giây đến
hàng chục phút, thậm chí là vài giờ. Từ đó các vấn đề ổn định điện áp bắt đầu được
đặt ra, những nỗ lực nghiên cứu từ cộng đồng kỹ sư trên thế giới đã được triển khai,
nhằm tìm ra các cơ chế sự bất ổn định điện áp và đang phát triển các công cụ phân
tích, đề án kiểm soát để giảm thiểu các sự cố bất ổn định điên áp.

2.4

Phân tích ổn định điện áp

Trong các mạng lưới điện lớn và phức tạp, phân tích dòng điện thường được
sử dụng. Phần này sẽ giới thiệu về dòng điện hay dòng tải, phân tích và ứng dụng
trong ổn định điện áp được đưa ra, nhằm tìm hiểu các chỉ số ổn định điện áp ở các
chương tiếp theo.
2.4.1 Phân tích dòng điện
Ở phân tích này, một hệ thống ổn định cân bằng ba pha được giả định, với
mạng lưới nối tiếp nhau. Có bốn biến ở mỗi bus trong một hệ thống: độ lớn điện áp,
góc pha, công suất tác dụng và công suất phản kháng cung cấp cho mỗi bus. Tại mỗi
bus hai trong số các biến này đã xác định. Mỗi bus tiếp tục được phân loại vào một
trong các loại bus sau đây:
- Bus cân bằng: đây là nút nguồn đặc biệt, chỉ có một nút cân bằng được cố
định về độ lớn V∠δ và góc lệch pha thường có giá trị 1∠00 pu. Đây là các dữ kiện
đầu vào.
- Bus phụ tải: P và Q là các dữ kiện đầu vào, V và δ cần được xác định.
- Bus nguồn: được biết như nút P – V, P và V là các dữ kiện đầu vào, Q và δ
cần được xác định.
Phương trình ma trận bus có thể được viết:
̅1
I̅1
Y11 -Y12 -Y13 … -Y1n
V
̅2
I̅2 = [ -Y12 Y22 -Y23 … -Y2n ] V
…
…
…
…
… …
…

̅
̅n]
-Y
-Y
-Y
…
Y
[ In ]
[V
n1
n2
n3
nn

(2.1)

Trong đó:
n: tổng số bus. Khi i = 1 – n, j = 1 - n
Yii : dẫn nạp tại nút i
Yij : dẫn nạp giữa các bus
SVTH: Bùi Thanh Duy – MSSV: 1110978

Trang 9


Chương 2: Tổng quan ổn định điện áp

CBHD: Trần Anh Nguyện

̅ i : điện áp pha tại bus i

V
I̅i : dòng điện pha tại bus i
Phương trình (2.1) sẽ là tuyến tính, nhưng trong thực tế, không phải ở hầu hết
các bus. Dòng điện tại nút k bất kỳ có quan hệ với P, Q và V như sau:
I̅=

Pk +jQk

(2.2)

̅ *k
V

Mối mối quan hệ giữa P, Q, V và I được xác định bởi các đặc tính của thiết bị
kết nối với bus, liên hệ này tạo ra vấn đề phi tuyến và có để được giải quyết lặp đi lặp
lại (vòng lặp) bằng cách sử dụng các thuật toán như Gauss-Seidel hoặc NewtonRaphson. Vì sự phức tạp trong tính toán, nên thực tế các chương trình tính dòng tải
được sử dụng như ETAP, PSS / E hay GE PSLF, PowerWorld được sử dụng. Trong
luận án này, tất cả các giải pháp tính toán thu được sẽ sử dụng phần mềm PowerWorld
Simulator.
2.4.2 Đường cong PV và QV
Trước khi mô tả các phương pháp phân tích phức tạp hơn, một ví dụ đơn giản
được đưa ra là sử dụng đường cong PV và QV, đây cũng là hai phương pháp xác định
dòng điện được sử dụng rộng rãi để hình dung và xác định các hiện tượng mất ổn
định điện áp.
Hãy xem xét mô hình hai bus đơn giản trong hình 2.2. Một máy phát điện với
độ lớn V1, qua đường dây thuần cảm, cung cấp cho một tải không đổi với hai thành
phần công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q.

Hình 2.2 Hệ thống hai bus
Trong đó V1 là điện áp đầu gửi máy phát, V2 là điện áp đầu nhận tại bus tải,

góc lệch pha giữa tải và máy phát điện là δ. Tìm thành phần P và Q theo công thức:
P=

V1 V2
sinδ
X

V1 V 2
V22
Q=
cosδX
X
SVTH: Bùi Thanh Duy – MSSV: 1110978

(2.3)

(2.4)

Trang 10


Chương 2: Tổng quan ổn định điện áp

CBHD: Trần Anh Nguyện

Sử dụng hai công thức (2.3) và (2.4) đã loại bỏ δ, ta được công thức sau:

V2 =√

V21

V21 2 V21
√
-QL X±X
-PL -Q
2
X
4X2

(2.5)

Như đã thể hiện trong công thức 2.5, điện áp tải phụ thuộc vào điện áp gửi V1,
trở kháng X và các giá trị P và Q.
Các giải pháp của (2.5) liên hệ với điện áp tải V cho hệ số công suất khác nhau
(Q = P(tanφ)) được thể hiện trong hình 2.3 và 2.4.

Hình 2.3 Dạng đường cong PV cơ bản theo tài liệu tham khảo [2]

SVTH: Bùi Thanh Duy – MSSV: 1110978

Trang 11


Chương 2: Tổng quan ổn định điện áp

CBHD: Trần Anh Nguyện

Hình 2.4 Đường cong PV cho hệ số công suất tương ứng: (1) φ = 45° trễ, (2) φ =
30° trễ, (3) φ = 0, (4) φ = 30° sớm theo [3]
Đối với mỗi đường cong PV có hai điểm cân bằng, một ở điện áp cao và có
dòng thấp, một ở điện áp thấp và có dòng cao. Trong thực tế, ở điện áp cao trạng thái

cân bằng là ổn định hơn và sự cân bằng tại đó, HTĐ vẫn vận hành. Các đỉnh của
đường cong gọi là điểm giới hạn, khi đó công suất là tối đa, nếu vượt qua hệ thống sẽ
bị sụp đổ. Sử dụng phương pháp này, những thay đổi điện áp có thể được quan sát
thấy. Đường cong này có thể được sử dụng để xác định điểm làm việc giới hạn của
hệ thống để không làm mất ổn định điện áp hoặc sụp đổ điện áp, từ đó xác định độ
dự trữ ổn định dùng làm chỉ số để đánh giá sự ổn định điện áp của hệ thống. Tuy
nhiên có một số nhược điểm của phương pháp này, điển hình là dòng điện có thể chỉ
được tính ở phần trên của đường cong lên đến điểm giới hạn, ngoài này điểm, dòng
tải sẽ phân ra bởi vì không thể tìm thấy một giải pháp thích hợp. Bây giờ, xem xét lại
mạch trong hình 2.2, đường cong QV có thể được phác họa cho tải bus. Sự ổn định
điện áp được quyết định bởi sự thay đổi công suất tác dụng P và công suất phản kháng
Q tác động như thế nào đến điện áp tại các nút. Tầm ảnh hưởng của đường đặc tính
công suất phản kháng của phụ tải hay thiết bị bù được biểu diễn rõ ràng trong quan
hệ đường cong Q-V. Nó chỉ ra độ nhạy và biến thiên của nút điện áp đối với lượng
công suất phản kháng bơm vào hoặc tiêu thụ. Để biểu diễn đường cong QV, một máy
phát tưởng tượng được đặt tại nút phân tích. Trục tung biểu diễn đầu ra của máy phát
ảo Q (MVAr). Trục hoành biểu diễn điện áp tương ứng trong đơn vị tương đối ( pu).
Đường cong QV xác định tải MVAr lớn nhất trước khi sụp đổ điện áp. Điểm vận
hành cơ bản được xác định tại giao điểm giữa trục hoành và đường cong. Đây là điểm
mà máy phát ảo phát công suất phản kháng 0 MVAr. Khi vạch đường cong đi xuống,

SVTH: Bùi Thanh Duy – MSSV: 1110978

Trang 12