Nghiên cứu một số yếu tố gây ảnh hưởng đến quá trình sụp đổ điện áp trong hệ thống điện

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

---------* ---------

Đặng Hoài Nam

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
ĐẾN QUÁ TRÌNH SỤP ĐỔ ĐIỆN ÁP TRONG
HỆ THỐNG ĐIỆN

Chuyên ngành: Thiết bi mạng và nhà máy điện

LUẬN VĂN THẠC SĨ: THIẾT BI MẠNG VA NHA MÁY ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS Nguyễn Đăng Toản

Thái Nguyên - 2010
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

---------* ---------

Đặng Hoài Nam

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
ĐẾN QUÁ TRÌNH SỤP ĐỔ ĐIỆN ÁP TRONG
HỆ THỐNG ĐIỆN

Chuyên ngành: Thiết bi mạng và nhà máy điện

LUẬN VĂN THẠC SĨ: THIẾT BI MẠNG VA NHA MÁY ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS Nguyễn Đăng Toản

Thái Nguyên, năm 2010

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1

Luận văn Thạc sĩ

Lời cam đoan

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.
Thái Nguyên, ngày 24 tháng 8 năm 2010
Tác giả luận văn

Đặng Hoài Nam

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Học viên: Đặng Hoài Nam

Lớp: K11 TBM&NMĐ

2

Luận văn Thạc sĩ

Lời cảm ơn

LỜI CẢM ƠN
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới TS Nguyễn Đăng Toản đã hướng dẫn

tận tình, chỉ bảo cặn kẽ để tác giả hoàn thành luận văn này. Xin gửi lời cảm ơn tới
tất cả các thầy, các cô Khoa sau đại học, Khoa điện và các bạn đồng nghiệp trường
Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên.

Thái Nguyên, ngày 24 tháng 8 năm 2010
Tác giả luận văn

Đặng Hoài Nam

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Học viên: Đặng Hoài Nam

Lớp: K11 TBM&NMĐ

3

Luận văn Thạc sĩ

Tóm tắt luận văn

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 lực 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 sụp đổ là do sự mất ổn
định điện áp trong hệ thống. 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 điện áp, phương pháp
nghiên cứu và đặc biệt là phân tích các kết quả mô phỏng, các kinh nghiệm nhằm
đưa ra biện pháp ngăn chặn sụp đổ điện áp.
Trong luận văn này, chúng tôi sử dụng các mô hình phụ tải, mô hình máy phát
điện, mô hình bộ điều áp dưới tải, mô hình bộ giới hạn kích từ để phân tích cơ chế
của quá trình sụp đổ điện áp dài hạn. Từ đó đưa ra rút ra những kinh nghiệm để đưa
ra những phương pháp nhằm ngăn chặn sụp đổ điện áp trong hệ thống điện. Một
trong những phương pháp được đưa ra thảo luận và cho kết quả tốt đó là sử dụng hệ
thống rơle xa thải phụ tải theo điện áp thấp.
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 điện áp 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 điện áp được
trình bày cụ thể trong chương này. Chương III, giới thiệu về các mô hình phụ tải,
mô hình máy phát điện, mô hình bộ điều áp dưới tải, mô hình bộ giới hạn kích từ và
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Học viên: Đặng Hoài Nam

Lớp: K11 TBM&NMĐ

4

Luận văn Thạc sĩ

Tóm tắt luận văn

các kết quả mô phỏng với HTĐ Bắc Âu được đưa ra phân tích.Và để ngăn chặn sụp
đổ điện áp, biện pháp sử dụng hệ thống rơle xa thải phụ tải theo điện áp thấp được
trình bày trong chương IV của luận văn. Chương V là các kết luận chủ yếu và các


kiến nghị.

Trang
Lời cam đoan

1

Lời cảm ơn

2

Tóm tắt luận văn

3

Mục lục

5

Danh mục các hình vẽ

9

Danh mục các bảng

12

Thuật ngữ viết tắt

13

Chương 1

Giới thiệu chung

15

1.1

Tính cấp thiết của đề tài

15

1.2

Các nội dung chính của luận văn

17

1.2.1

Nghiên cứu các sự cố tan rã HTĐ liên quan đến vấn đề mất
ổn định do mất ổn định điện áp

17

1.2.2

Tìm hiểu phương pháp nghiên cúu và biện pháp nâng cao
ổn định điện áp

18

1.3

Cấu trúc của luận văn

18

1.4

Giới hạn của luận văn

19

Ổn đinh điện áp

20

2.1

Phân tích các sự cố tan rã hệ thống điện gần đây

20

2.1.1

Những sự cố tan rã hệ thống điện gần đây trên thế giới

20

2.1.2

Các nguyên nhân của sự cố tan ra hệ thống điện

33

Chương 2:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2.1.3

Cơ chế xẩy ra sự cố tan rã hệ thống điện

2.1.4

Các dạng ổn định hệ thống điện:

2.2viên: ĐặngỔn
định
điện áp
Học
Hoài
Nam
2.2.1
Các định nghĩa về ổn địng điện áp



35
38

38
Lớp: K11 TBM&NMĐ
38

2.2.1.1

Định nghĩa ổn định điện áp

38

2.2.1.2

Sự mất ổn định và sụp đổ điện áp

40

2.2.1.3

An ninh điện áp

5

Luận văn Thạc sĩ

MỤC LỤC

41

Mục lục


2.2.2

Các kịnh bản sụp đổ điện áp

41

2.2.2.1

Kịch bản 1

41

2.2.2.2

Kịch bản 2

42

2.2.2.3

Kịch bản 3

42

2.2.2.4

Kịch bản 4

43

2.2.3

Phương pháp nghiên cứu ổn định điện áp

43

2.2.3.1

Hướng tiếp cận dựa trên mô phỏng động

45

2.2.4

Phương pháp phòng ngừa và ngăn chặn sụp đổ điện áp

46

2.2.4.1

Điêù khiển khẩn cấp ULTC

47

2.2.4.2

Xa thải phụ tải

48

2.3

Các đề xuất ngăn chặn các sự cố tan rã hệ thống điện

49

2.4

Kết luận

52

Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sụp đổ điện áp

trong hệ thống điện

53

3.1

Giới thiệu chung

53

3.2

Phần mềm mô phỏng hệ thống điện – PSS/E

54

3.2.1

Giới thiệu chung

54

3.2.2

Giới thiệu tổng quan về chương trình PSS/E

55

3.2.3

Các thủ tục cơ bản khi tính toán trào lưu công suất

58

3.2.3.1

Kiểm tra dữ liệu

58

3.2.3.2

Chỉnh sửa các số liệu

58

3.2.3.3

Quá trình tính toán với GAUSS-SEIDEL

58

3.2.3.4

Quá trình tính toán với NEWTON-RAPHSON

59

3.2.3.5

Báo cáo kết quả và in ấn

60

Chương 3

Số hóa
bởi Trung tâm
Họctoán
liệu tối
– Đại
Thái
Nguyên
3.2.4
Tính
ưuhọc
trào
lưu
công suất

3.2.4.1

Hàm mục tiêu

3.2.4.2
ràng
buộc và các điều khiển
Học
viên: ĐặngCác
Hoài

Nam
3.2.4.3
Độ nhạy

Luận văn Thạc sĩ


60

62
62
Lớp: K11 TBM&NMĐ
63

3.2.4.4

Các mô hình trong tính toán trào lưu công suất thông
thường

3.2.4.5

Mô phỏng các đại lượng điều khiển trào lưu công suất
6
Tính toán mô phỏng quá trình quá độ, sự cố bằng PSS/E

3.2.5

64
67

Mục lục
71


3.2.5.1

Tóm tắt qui trình tính toán mô phỏng sự cố

71

3.3

Mô phỏng động sự sụp đổ điện áp

75

3.3.1

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sụp đổ điện áp của hệ thống
điện “BPA”

75

3.3.1.1

Mô tả hệ thống điện “BPA”

75

3.3.1.2

Ảnh hưởng của các loại phụ tải khác nhau

77

3.3.1.3

Ảnh hưởng của bộ điều áp dưới tải (ULTC) đến sự sụp đổ
điện áp

81

3.3.1.4

Ảnh hưởng của bộ giới hạn kích từ (OEL) và ULTC đến
sụp đổ điện áp

84

3.3.1.5

Ảnh hưởng của phụ tải động

89

3.3.2

Mô phỏng sự sụp đổ điện áp của hệ thống điện Bắc Âu
“Nordic Power System”

92

3.3.2.1

Mô tả hệ thống điện Bắc Âu

92

3.3.2.2

Kịch bản 1

95

3.3.2.3

Kịch bản 2

97

3.3.2.4

Kịch bản 3

99

3.3.2.5

Kịch bản 4

100

3.4

Kết luận

103

Biện pháp ngăn chặn sụp đổ điện áp bằng việc dung
rơle xa thải phụ tải theo điện áp thấp

104

4.1

Giới thiệu chung

104

4.2

Lựa chọn các thông số đặt cho rơle

108

4.2.1

Chọn ngưỡng tác động cho rơle UVLS

108

Chương 4

Số hóa
bởi Trung tâm
Họclượng
liệu – Đại
4.2.2
Chọn
tải học
xa Thái
thải Nguyên


113

4.2.3

Lựa chọn thời gian khởi động của rơle UVLS và khoảng
115
gian
sa thải phụ tải
Học viên: Đặngthời
Hoài
Nam
Lớp: K11 TBM&NMĐ

Luận văn Thạc sĩ

4.2.3.1

Xác định khoảng thời gian sa thải phụ tải của rơle UVLS

115

4.2.3.2

Xác định thời gian bắt đầu khởi động rơle UVLS

115

4.3

Kiểm tra tính hiệu quả bằng mô phỏng động

116

4.3.1.1

Kịch bản 1

4.3.1.2

Kịch bản 2

7

116

Mục lục

117


4.3.1.3

Kịch bản 3

118

4.3.1.4

Kịch bản 4

119

4.3.1.5

Kịch bản 5

120

4.4

Kết luận

121

Kết luận và kiến nghi

123

5.1

Kết luận

123

5.1.1

Các gợi ý trong việc ngăn chặn tan rã hệ thống điện

123

5.1.2

Các đóng góp cho việc nghiên cứu ổn định điện áp

124

5.2

Các kiến nghị

125

Chương 5

Phụ lục

126

Tài liệu tham khảo

129

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Học viên: Đặng Hoài Nam

Lớp: K11 TBM&NMĐ

8

Luận văn Thạc sĩ

Mục lục


Hình vẽ

Trang

Chương 2
Hình vẽ 2-1: Sụp đổ điện áp trong HTĐ tại Pháp 12/01/1987

22

Hình vẽ 2-2: Quá trình sụp đổ điện áp trên hệ thống 500kV

24

Hình vẽ 2-3: Sơ đồ và trình tự các sự cố dẫn đến tan rã HTĐ WSCC
10/08/1996

24

Hình vẽ 2-4: Tổng công suất truyền tải trên đường dây CaliforniaOregon [19]

26

Hình vẽ 2-5: Công suất tác dụng trong hệ thống điện Đan Mạch (vùng
Zealand)

29

Hình vẽ 2-6: Tần số và điện áp trong HTĐ Đức và Hungary trước và
sau khi 3h25phút33giây khi HTĐ Italy bị tách rời khỏi HTĐ UCTE

30

Hình vẽ 2-7 Tần số của HTĐ châu Âu trước và sau khi tan rã [17]

31

Hình vẽ 2-8: Tóm tắt các nguyên nhân chính của sự cố tan rã HTĐ

35

Hình vẽ 2-9: Cơ chế xảy ra sự cố tan rã hệ thống điện

37

Hình vẽ 2-10: Sự phân loại các dạng ổn định Hệ thống điện

38

Hình vẽ 2-11: Sụp đổ điện áp trong sự cố tan rã HTĐ ở Mỹ 14/08/2003
[14]

41

Hình vẽ 2-12: Các phương pháp nghiên cứu sụp đổ điện áp

45

Chương 3

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Hình vẽ 3-1: Sơ đồ khối của chương trình PSS/E
Hình vẽ 3-2: Sơ đồ hệ thống điện BPA
Học viên: Đặng Hoài Nam
Hình vẽ 3-3: Mô hình tải động phức hợp (loại LOAD)

57
75

Lớp: K11 TBM&NMĐ
80

Hình vẽ 3-4: Điện áp ở nút 11 trong các trường hợp A,B, và C

Luận văn Thạc sĩ

80

Hình vẽ 3-5: Điện áp ở nút 11 trong các trường hợp C (không có
83
ULTC) và D (có ULTC)
9 áp ở nút 11 và Danh
vẽ
Hình vẽ 3-6: Sự dịch chuyển của ULTC với điện
nút 10mục các hình83
trong trường hợp D
Hình vẽ 3-7: Sơ đồ khối và đặc tính thời gian nghịch đảo của bộ
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

84


MAXEX2
Hình vẽ 3-8: Ảnh hưởng của ULTC và OEL đối với sự sụp đổ điện áp

88

Hình vẽ 3-9: Điện áp của thanh cái 11 trong hai trường hợp E,và F

88

Hình vẽ 3-10: Trường hợp G: ảnh hưởng của động cơ đối với sự sụp đổ
điện áp

91

Hình vẽ 3-11: Sơ đồ hệ thống điện Bắc Âu

93

Hình vẽ 3-12: Kịch bản 1 - Điện áp của thanh cái 4043 đối với hai
trường hợp có và không có ULTC và OEL.

96

Hình vẽ 3-13: Kịch bản 1 - Công suất phản kháng của G4042 đối với
hai trường hợp có và không có ULTC và OEL.

96

Hình vẽ 3-14: Điện áp của thanh cái 41 trong hai trường hợp
không có và có các thiết bị ULTC và OEL

98

Hình vẽ 3-15: Kịch bản 2- Công suất phản kháng của MPĐ G4042 đối
với hai trường hợp không có và có các thiết bị ULTC và OEL

98

Hình vẽ 3-16: Kịch bản 3- Điện áp của thanh cái 46 đối với hai trường
hợp.

99

Hình vẽ 3-17: Kịch bản 4- Điện áp của thanh cái 41, 42, 43 và 46

101

Hình vẽ 3-18: Kịch bản 4- Công suất phản kháng của MPĐ
G4041,G4042,G4047, G4051

101

Chương 4
Hình vẽ 4-11: Ngưỡng tác động cho rơle UVLS

109

Hình vẽ 4-2: Điện áp tại nút 42 khi áp dụng qui tắc của C. W. Taylor
[26]

110

Hình vẽ 4-3: Điện áp tại nút 42 khi áp dụng qui tắc của tác giả [37]

111

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Hình vẽ 4-4: Điện áp tại nút 41 khi áp dụng qui tắc của tác giả [37]



112

Hình vẽ 4-5: Cấu trúc dùng rơ le UVLS tập trung
113
Học viên: Đặng Hoài Nam
Lớp: K11 TBM&NMĐ
Hình vẽ 4-6: Cấu trúc dùng rơ le UVLS phân tán với khái niệm phụ tải
114
thông minh

Luận văn Thạc sĩ

Hình vẽ 4-7: Kịch bản 1- Điện áp tại thanh góp 41 khi có cơ cấu rơle
117
UVLS đề xuất
vẽ
Hình vẽ 4-8: Kịch bản 2 – Điện áp của 10
thanh cái 46 khi Danh
có cơmục
cấu các hình118
UVLS đề xuất


Hình vẽ 4-9: Kịch bản 3 – Điện áp của thanh cái 42 khi có cơ cấu
UVLS đề xuất

119

Hình vẽ 4-10: Kịch bản 3 – Điện áp của thanh cái 41 khi có cơ cấu
UVLS đề xuất

120

Hình vẽ 4-11: Kịch bản 5 – Điện áp của thanh cái 41,42,42 khi có cơ
cấu UVLS đề xuất.

121

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Học viên: Đặng Hoài Nam

Lớp: K11 TBM&NMĐ

11

Luận văn Thạc sĩ

Danh mục các hình vẽ


Stt

Bảng

Trang

1

Bảng 3-1: Điện áp và công suất phản kháng ở điều kiện ban đầu

76

2

Bảng 3-2: Các trường hợp nghiên cứu và một kịch bản điển hình

76

3

Bảng 3-3: Các giá trị hệ số mũ điển hình của các loại tải khác nhau
[2].

78

4

Bảng 3-4: Các MPĐ với giới hạn công suất phản kháng đầu ra

95

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Học viên: Đặng Hoài Nam

Lớp: K11 TBM&NMĐ

12

Luận văn Thạc sĩ

DANH MỤC CÁC BẢNG

Danh mục các bảng


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)

RWE TSO

A transmission system operator in Germany – RWE
Transportnetz Strom
(Trung tâm điều độ hệ thống điện Đức)

IEEE

Institute of Electrical and Electronics Engineers
(Viện kỹ thuật Điện điện tử Mỹ)

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)

High Voltage Direct Current
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái(Đường
Nguyên dây tải điện một chiều)

HVDC

PMU
Học viên: Đặng Hoài Nam
PSS
PSS/E

Luận văn Thạc sĩ

Phasor Measurement Unit
(Hệ thống đo góc pha)
Lớp: K11 TBM&NMĐ
Power System Stabilizer
(Bộ ổn định công suất)
Power System Simulation Engineering
(Mô phỏng hệ thống điện)
13
Thuật ngữ viết tắt

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT


SE

State Estimator
(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)

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)

OLTC

Under Load Tap Changer model: Mô hình bộ tự động điều áp
dưới tải

OEL

Over Excitation Limiter: Mô hình bộ giới hạn kích từ

MPĐ

Máy phát điện

HTĐ

Hệ thống điện

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Học viên: Đặng Hoài Nam

Lớp: K11 TBM&NMĐ

14

Luận văn Thạc sĩ

Thuật ngữ viết tắt


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Học viên: Đặng Hoài Nam

Lớp: K11 TBM&NMĐ

15

Luận văn Thạc sĩ
CHƢƠNG 1

Chƣơng 1

GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI:
Hệ thống điện đóng (HTĐ) 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 thành 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. Đây cũng là phần có
nhiều các nút nhất trong hệ thống điện, với nhiều loại phụ tải khác nhau. Để đảm
bảo chế độ vận hành bình thường thì HTĐ cần thoả mãn các điều kiện về an ninh,
tin cậy, 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 triền rất nhanh như Việt Nam, tỉ lệ tăng tải trong khoảng 1520% 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. Vần 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 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
nghệ, sự lo ngại về an toàn, nguồn cung cấp nhiên liệu và cả sự huy động vốn đầu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Học viên: Đặng Hoài Nam

Lớp: K11 TBM&NMĐ

16

Luận văn Thạc sĩ

Chƣơng 1

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 ngành 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 hệ thống điện. 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 cũng 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
hay đổi hoàn toàn khái niệm về một HTĐ truyền thống, phần nguồn, phần phân
phối hoàn toàn mở cho các doanh nghiệp có thể tham gia xây dựng nhà máy điện,
kinh doanh điện. Và đặc biệt là xu hướng kết nối các HTĐ với nhau, điều này đã
làm cho HTĐ ngày càng phức tạp về qui mô, rộng lớn cả về không gian, khó khăn
trong việc quản lý, vận hành, điều khiển giám sát.
Tất cả các vấn đề trên khiến cho các HTĐ được vận hành rất gần với giới hạn về

ổn định. Và đặc biệt là các HTĐ rất “nhạy cảm” với các sự cố có thể xảy ra. Một số
sự cố tan rã HTĐ gần đây ở châu Âu, Bắc Mỹ với những hậu quả to lớn là những ví
dụ sinh động cho luận điểm này. Ví dụ như sự cố xảy ra tại Bắc Mỹ tháng 8 năm
2003, tổng lượng tải bị cắt là 65GW, 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 27GW, 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… Có rất
nhiều sự cố liên quan trực tiếp đến hiện tượng sụp đổ điện áp. Chính vì vậy mà việc
nghiên cứu về ổn định điện áp là một nhu cầu cấp thiết đối với HTĐ nói chung và
HTĐ Việt Nam nói riêng. Trong đề tài này chúng tôi nghiên cứu và mô phỏng các
yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sụp đổ điện áp trong hệ thống điện. Việc nghiên cứu
thành công luận văn sẽ giúp ích cho ngành điện lực, trong tính toán thiết kế, vận
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Học viên: Đặng Hoài Nam

Lớp: K11 TBM&NMĐ

17

Luận văn Thạc sĩ

Chƣơng 1

hành và điều khiển HTĐ góp phần nâng cao ổn định điện áp, đảm bảo độ tin cậy


cung cấp điện.

Như phân tích ở trên, HTĐ Việt Nam cũng đang phải đối mặt với những thách
thức kể trên, đặc biệt là do yếu tố lịch sử, địa lý, và quá trình phát triển nhanh
chóng, khiến HTĐ Việt Nam ngày càng trở lên rộng lớn và phức tạp trong tính toán,
thiết kế vận hành và điều khiển. Từ đó cũng phát sinh các vấn đề kỹ thuật cần phải
được giải quyết, đặc biệt là những nghiên cứu về ổn định điện áp. Trong luận văn
này, chúng tôi tập trung nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định điện áp trong
HTĐ, cơ chế xảy ra sự cố, nguyên nhân cũng như dùng một biện pháp xa thải phụ
tải theo điện áp thấp để nâng cao ổn định điện áp trong HTĐ

1.2. CÁC NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN VĂN:
1.2.1. Nghiên cứu các sự cố tan rã HTĐ liên quan đến vấn đề mất ổn đinh do
mất ổn đinh điện áp:
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. Một sự
cố tan rã HTĐ thường là kết quả của nhiều nguyên nhân khác nhau, là một hiện
tượng biến động phức tạp, nhiều các nhân tố tham gia đồng thời. Trong đó việc mất
ổn định hay sụp đổ điện áp là một trong những nguyên nhân chính.
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 phƣơng pháp nghiên cứu và biện pháp nâng cao ổn đinh điện
áp:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Học viên: Đặng Hoài Nam

Lớp: K11 TBM&NMĐ

18

Luận văn Thạc sĩ

Chƣơng 1

Sự cố sụp đổ điện áp 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 quá trình sụp đổ điện áp như: Mô hình máy phát điện (MPĐ), mô hình
hệ thống kích từ (KT), mô hình phụ tải, máy biến áp điều áp dưới tải, … Để nhận
được những thông tin chính xác, các đáp ứng của các phần tử trong hệ thống, ở
trong luận văn này, chúng tôi sử dụng chương trình PSS/E để tiến hành mô phỏng
động các hiện tượng, và phân tích sự cố sụp đổ điện áp.
Đứng trên quan điểm ngăn chặn sự cố mất ổn định do sụp đổ điện áp, chúng ta
phải sử dụng các biện pháp tức thời, ở đây chúng tôi đề cập đến hệ thống xa thải
phụ tải theo điện áp thấp. Các vấn đề như ngưỡng tác động, thời gian tác động và
mức tải xa thải trong mỗi nấc cũng sẽ được cân nhắc kỹ lưỡng trong luận văn này.
Trong thực tế, HTĐ thường là rộng lớn, với nhiều đường dây liên lạc trong khi số
lượng các thiết bị điều khiển lớn thì đây được coi là những biện pháp hưu hiệu nhất
trong việc nâng cao ổn định điện áp.
Trong luận văn này, chúng tôi dùng phương pháp mô phỏng động bằng PSS/E để
phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sụp đổ điện áp và đề xuất một cách
thức xa thải phụ tải theo điện áp thấp. Kết quả được tiến hành với hai hệ thống điện

của Carson Taylor và hệ thống điện Bắc Âu.

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 1 của luận văn. Chương 2
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 sụp đổ điện áp 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 quá trình mất ổn định điện áp cũng
được trình bày trong chương này. Chương 3, giới thiệu việc dùng PSS/E để đánh
giá các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sụp đổ điện áp. Các kết quả mô phỏng với
HTĐ của Carson Taylor và HTĐ Bắc Âu cũng được trình bày ở đây. Trong chương
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Học viên: Đặng Hoài Nam

Lớp: K11 TBM&NMĐ

19

Luận văn Thạc sĩ

Chƣơng 1

4 của luận văn, biện pháp dùng hệ thống xa thải phụ tải theo điện áp thấp được trình


bày, và tiến hành với HTĐ Bắc Âu. Chương 5 là các kết luận chủ yếu và các kiến

nghị.

1.4 GIỚI HẠN CỦA LUẬN VĂN:
Có rất nhiều phương pháp nghiên cứu về sự sụp đổ điện áp, trong bản luận văn
chỉ thảo luận phương pháp dùng mô phỏng động để nghiên cứu, đánh giá các yếu tố
ảnh hưởng đến quá trình sụp đổ điện áp cho 2 hệ thống điện điển hình.
Các thông số của HTĐ được cho trước trong các tài liệu tham khảo. Đặc biệt là
bản luận văn không tiến hành xa thải tối ưu lượng tải mà áp dụng các kinh nghiệm
của một số nước trên thế giới.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Học viên: Đặng Hoài Nam

Lớp: K11 TBM&NMĐ

20

Luận văn Thạc sĩ
CHƢƠNG 2

Chƣơng 2


ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP
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 [51]:
• Sự cố tan rã hệ thống điện 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 7h đến
8h là 4600MW. So với ngày hôm trước thì nhu cầu phụ tải tăn lên là
1600MW. Điều này làm cho điện áp giảm xuống trong khoảng từ 8h5-8h10,
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 8h20, thì điện áp của các nút
trên lưới truyền tải (400kV) đã giảm xuống trong khoảng từ 342kV-374kV.
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 sảy 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 29GW tải đã bị cắt, với tổng năng lượng không truyền tải phân
phối được là 100GWh. 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].
• Sự cố tan rã hệ thống điện ngày 04/08/1982 tại Bỉ: Bắt đầu bằng việc dừng
một tổ máy có công suất 700MW 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

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Học viên: Đặng Hoài Nam

Lớp: K11 TBM&NMĐ

21

Luận văn Thạc sĩ

Chƣơng 2

sự cố đầu tiên, ba tổ máy khác đã bị cắt ra do bảo vệ “Giới hạn công suất


phản kháng” của MPĐ. Vào lúc 3 phút 20 giây, điện áp trên một số nút của
một số nhà máy điện đã giảm xuống 0.82pu. Vào lúc 4phút 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 hệ thống điện 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 MBA 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 miền nam. Khoảng 55 giây sau sự cố
ở trong TBA, 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 xa 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 17/05/1985: Một sự cố phóng điện

dẫn đến việc cắt ba đường dây 500kV 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].
• 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

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



Học viên: Đặng Hoài Nam

Lớp: K11 TBM&NMĐ

22

Luận văn Thạc sĩ

Chƣơng 2