NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ 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 bị mạng và nhà máy điện

LUẬN VĂN THẠC SĨ: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ 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 bị mạng và nhà máy điện

LUẬN VĂN THẠC SĨ: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ 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




Luận văn Thạc sĩ

Lời cam đoan

1

Luận văn Thạc sĩ

LỜI CAM ĐOAN

Lời cảm ơn

2

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin cam đoan luận văn này là công trình do tôi tổng hợp và nghiên cứu.

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

Trong luận văn có sử dụng các tài liệu tham khảo như đã nêu trong phần tài liệu

tận tình, chỉ bảo cặn kẽ để tác giả hoàn thành luận văn này. Xin gửi lời cảm ơn tới

tham khảo.

tất cả các thầy, các cô Khoa sau đại học, Khoa điện và các bạn đồng nghiệp trường
Thái Nguyên, ngày 24 tháng 8 năm 2010

Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên.

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

Đặng Hoài Nam
Đặng Hoài Nam

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


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

Học viên: Đặng Hoài Nam



Lớp: K11 TBM&NMĐ
Học viên: Đặng Hoài Nam

Lớp: K11 TBM&NMĐ


Luận văn Thạc sĩ

3

Tóm tắt luận văn

Luận văn Thạc sĩ

4

Tóm tắt luận văn

các kết quả mô phỏng với HTĐ Bắc Âu được đưa ra phân tích.Và để ngăn chặn sụp
TÓM TẮT LUẬN VĂN

đổ điện áp, biện pháp sử dụng hệ thống rơle xa thải phụ tải theo điện áp thấp được

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

trình bày trong chương IV của luận văn. Chương V là các kết luận chủ yếu và các
kiến nghị.

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

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

Học viên: Đặng Hoài Nam



Lớp: K11 TBM&NMĐ


Luận văn Thạc sĩ

Mục lục

5

MỤC LỤC

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

Chương 2: Ổn định 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

2.1.3

Cơ chế xẩy ra sự cố tan rã hệ thống điện

35

2.1.4

Các dạng ổn định hệ thống điện:

38

2.2
2.2.1

Ổn định điện áp
Các định nghĩa về ổn địng điện áp

38
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

41

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

Học viên: Đặng Hoài Nam



Lớp: K11 TBM&NMĐ

Luận văn Thạc sĩ

Mục lục

6

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

3.2.4

Tính toán tối ưu trào lưu công suất

60

3.2.4.1

Hàm mục tiêu

62

3.2.4.2

Các ràng buộc và các điều khiển

62

3.2.4.3

Độ nhạy

63

3.2.4.4

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

64

3.2.4.5

Mô phỏng các đại lượng điều khiển trào lưu công suất

67

3.2.5

Tính toán mô phỏng quá trình quá độ, sự cố bằng PSS/E

71

Chương 3

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

Học viên: Đặng Hoài Nam



Lớp: K11 TBM&NMĐ


Luận văn Thạc sĩ

Mục lục

7

Luận văn Thạc sĩ

Mục lục

8

3.2.5.1

Tóm tắt qui trình tính toán mô phỏng sự cố

71

4.3.1.3

Kịch bản 3

118

3.3

Mô phỏng động sự sụp đổ điện áp

75

4.3.1.4

Kịch bản 4

119

3.3.1

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

75

4.3.1.5

Kịch bản 5

120

4.4

Kết luận

121

3.3.1.1

Mô tả hệ thống điện “BPA”

75

Chương 5

Kết luận và kiến nghị

123

3.3.1.2

Ảnh hưởng của các loại phụ tải khác nhau

77

5.1

Kết luận

123

3.3.1.3

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

81

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

điện áp
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

4.2.2

Chọn lượng tải xa thải

113

4.2.3

Lựa chọn thời gian khởi động của rơle UVLS và khoảng
thời gian sa thải phụ tải

115

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

116

4.3.1.2

Kịch bản 2

117

3.3.1.4

Chương 4

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

Học viên: Đặng Hoài Nam

Lớp: K11 TBM&NMĐ

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


Luận văn Thạc sĩ

9

Danh mục các hình vẽ

Luận văn Thạc sĩ

10

Danh mục các hình vẽ

MAXEX2
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

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

30

sau khi 3h25phút33giây khi HTĐ Italy bị tách rời khỏi HTĐ UCTE
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
Hình vẽ 3-1: Sơ đồ khối của chương trình PSS/E

57

Hình vẽ 3-2: Sơ đồ hệ thống điện BPA

75

Hình vẽ 3-3: Mô hình tải động phức hợp (loại LOAD)

80

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

80

Hình vẽ 3-5: Điện áp ở nút 11 trong các trường hợp C (không có
ULTC) và D (có ULTC)

83

Hình vẽ 3-6: Sự dịch chuyển của ULTC với điện áp ở nút 11 và nút 10
trong trường hợp D

83

Hình vẽ 3-7: Sơ đồ khối và đặc tính thời gian nghịch đảo của bộ

84

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

Học viên: Đặng Hoài Nam



Lớp: K11 TBM&NMĐ

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

91

điện áp
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

96

trường hợp có và không có ULTC và OEL.
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

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

Hình vẽ 4-6: Cấu trúc dùng rơ le UVLS phân tán với khái niệm phụ tải
thông minh

114

Hình vẽ 4-7: Kịch bản 1- Điện áp tại thanh góp 41 khi có cơ cấu rơle
UVLS đề xuất

117

Hình vẽ 4-8: Kịch bản 2 – Điện áp của thanh cái 46 khi có cơ cấu
UVLS đề xuất

118

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

Học viên: Đặng Hoài Nam



Lớp: K11 TBM&NMĐ


Luận văn Thạc sĩ

11

Danh mục các hình vẽ

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

Luận văn Thạc sĩ

DANH MỤC CÁC BẢNG

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

121

cấu UVLS đề xuất.

Học viên: Đặng Hoài Nam

Danh mục các bảng

119

UVLS đề xuất

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

12



Lớp: K11 TBM&NMĐ

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


Luận văn Thạc sĩ

13

Thuật ngữ viết tắt

Luận văn Thạc sĩ

State Estimator

SE

(Hệ thống đánh giá trạng thái)

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Seclective Modal Analysis
(Phân tích mô hình lựa chọn)

SMA
Conseil International des Grands Réseaux Électriques

CIGRE

or : International Council on Large Electric systems
(Hiệp hội các hệ thống điện lớn)
A Transmission System Operator in Germany

E.ON Netz
EPRI

Energy System Management
(Hệ thống quản lý năng lượng)
Flexible AC Transmission System

FACTS

IEEE

Small Signal Stability
(Ổn định với nhiễu loạn nhỏ)
Static Var Compensator

SVC

(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)

(Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt)
A transmission system operator in Germany – RWE
Transportnetz Strom
(Trung tâm điều độ hệ thống điện Đức)
Institute of Electrical and Electronics Engineers

PTI
RTCA

(Cộng hưởng tần số thấp)

SSS

(Viện nghiên cứu điện lực Mỹ)

ESM

RWE TSO

Sybsynchronous Resonance

SSR

(Trung tâm điều độ hệ thống điện Đức)
Electric Power Research Institute

Thuật ngữ viết tắt

14

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

(Viện kỹ thuật Điện điện tử Mỹ)

OLTC

Power Technology Inc.
(Công ty phần mềm Inc - Mỹ)

OEL

Over Excitation Limiter: Mô hình bộ giới hạn kích từ

MPĐ

Máy phát điện

Real Time Contingency Analysis

HTĐ

Hệ thống điện

dưới tải

(Hệ thống đánh giá sự cố ngẫu nhiên thời gian thực)

HVDC

High Voltage Direct Current
(Đường dây tải điện một chiều)

PMU

Phasor Measurement Unit
(Hệ thống đo góc pha)

PSS

Power System Stabilizer
(Bộ ổn định công suất)

PSS/E

Power System Simulation Engineering

(Mô phỏng hệ thống điện)

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

Học viên: Đặng Hoài Nam



Lớp: K11 TBM&NMĐ

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

Học viên: Đặng Hoài Nam



Lớp: K11 TBM&NMĐ


Luận văn Thạc sĩ

Chƣơng 1

15

Luận văn Thạc sĩ

16

Chƣơng 1

CHƢƠNG 1

tư lớn. Vấn đề thứ ba đó là sự xuất hiện và sử dụng ngày càng nhiều các nguồn năng

GIỚI THIỆU CHUNG

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

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

có. Cùng với sự xuất hiện của các thiết bị điện tử công suất cả ở phía truyền tải và

mỗi quốc gia vì nó là một trong những cơ sở hạ tầng quan trọng nhất của nền kinh

phân phối làm thay đổi căn bản khái niệm về một HTĐ phân phối truyền thống, làm

tế quốc dân. Một HTĐ thường phân chia thành ba phần chính: Phần phát điện - hay

khó khăn hơn trong quản lý, vận hành, giám sát và điều khiển hệ thống điện. Một

phần nguồn điện - bao gồm các nhà máy phát điện như: nhiệt điện chạy than, nhiệt

vấn đề nữa mà Việt Nam cũng đang phải đối mặt đó là các áp lực về môi trường do

điện chạy khí, nhà máy thủy điện, nhà máy điện hạt nhân, và một số loại phát điện

các nhà máy điện gây ra. Do đó chúng ta cũng cần phải xem xét kỹ lưỡng vấn đề

khác... Phần truyền tải, đây cũng có thể được coi là hệ thống xương sống của một

này khi quyết định đầu tư xây mới những nhà máy điện chạy than, hay những đập

HTĐ bao gồm các đường dây cao áp, và máy biến áp truyền tải. Phần phân phối,

thủy điện lớn. Vấn đề thứ năm đó là xu hướng thị trường hóa ngành điện. Nó làm

nơi điện áp được hạ thấp để cung cấp trực tiếp cho các phụ tải. Đây cũng là phần có

hay đổi hoàn toàn khái niệm về một HTĐ truyền thống, phần nguồn, phần phân

nhiều các nút nhất trong hệ thống điện, với nhiều loại phụ tải khác nhau. Để đảm

phối hoàn toàn mở cho các doanh nghiệp có thể tham gia xây dựng nhà máy điện,

bảo chế độ vận hành bình thường thì HTĐ cần thoả mãn các điều kiện về an ninh,

kinh doanh điện. Và đặc biệt là xu hướng kết nối các HTĐ với nhau, điều này đã

tin cậy, đảm bảo chất lượng điện năng, và yêu cầu về kinh tế.

làm cho HTĐ ngày càng phức tạp về qui mô, rộng lớn cả về không gian, khó khăn

Tuy nhiên, các HTĐ nói chung và HTĐ Việt Nam nói riêng đang phải đối mặt

trong việc quản lý, vận hành, điều khiển giám sát.

với những khó khăn: Thứ nhất là sự tăng lên quá nhanh của phụ tải: Đặc biệt là với

Tất cả các vấn đề trên khiến cho các HTĐ được vận hành rất gần với giới hạn về

một nước đang phát triền rất nhanh như Việt Nam, tỉ lệ tăng tải trong khoảng 15-

ổn định. Và đặc biệt là các HTĐ rất “nhạy cảm” với các sự cố có thể xảy ra. Một số

20% mỗi năm đang đặt ra một thách thức lớn cho ngành điện và cả đất nước nói

sự cố tan rã HTĐ gần đây ở châu Âu, Bắc Mỹ với những hậu quả to lớn là những ví

chung: đó là làm sao phải đáp ứng được nhu cầu phụ tải. Vần đề thứ hai là sự cạn

dụ sinh động cho luận điểm này. Ví dụ như sự cố xảy ra tại Bắc Mỹ tháng 8 năm

kiệt tài nguyên thiên nhiên như than đá, dầu mỏ, khí đốt, và cả nguồn thủy điện.

2003, tổng lượng tải bị cắt là 65GW, với tổng thời gian mất điện là gần 30 giờ. Ở sự

Không chỉ riêng Việt Nam và cả thế giới đều nhận thức được rằng chúng ta đang

cố tại Ý tháng 9 năm 2003, tổng lượng tải bị cắt là 27GW, và tổng thiệt hại vào

phải đối mặt với vấn đề cạn kiệt năng lượng sơ cấp, và giá nhiên liệu ngày càng

khoảng 50 tỉ đô la. Một sự cố khác là sự sụp đổ tần số ở các nước Tây Âu năm 2006

tăng trên bình diện quốc tế. Ở đây chúng ta cần hiểu rằng nguồn thủy điện cạn kiệt

cũng làm khoảng 15 triệu người bị ảnh hưởng, và rất nhiều các sự cố khác… Có rất

nghĩa là tiềm năng thủy điện đã được phát hiện và khai thác gần hết. Đây cũng là

nhiều sự cố liên quan trực tiếp đến hiện tượng sụp đổ điện áp. Chính vì vậy mà việc

một áp lực to lớn đối với ngành điện của mỗi quốc gia. Việc ứng dụng công nghệ

nghiên cứu về ổn định điện áp là một nhu cầu cấp thiết đối với HTĐ nói chung và

hạt nhân trong sản xuất điện ở nước ta vẫn còn nhiều khó khăn, do vấn đề về công

HTĐ Việt Nam nói riêng. Trong đề tài này chúng tôi nghiên cứu và mô phỏng các

nghệ, sự lo ngại về an toàn, nguồn cung cấp nhiên liệu và cả sự huy động vốn đầu

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

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

Học viên: Đặng Hoài Nam

Lớp: K11 TBM&NMĐ


Luận văn Thạc sĩ

Chƣơng 1

17

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

Luận văn Thạc sĩ

18

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

Như phân tích ở trên, HTĐ Việt Nam cũng đang phải đối mặt với những thách

ảnh hưởng quá trình sụp đổ điện áp như: Mô hình máy phát điện (MPĐ), mô hình

thức kể trên, đặc biệt là do yếu tố lịch sử, địa lý, và quá trình phát triển nhanh

hệ thống kích từ (KT), mô hình phụ tải, máy biến áp điều áp dưới tải, … Để nhận

chóng, khiến HTĐ Việt Nam ngày càng trở lên rộng lớn và phức tạp trong tính toán,

được những thông tin chính xác, các đáp ứng của các phần tử trong hệ thống, ở

thiết kế vận hành và điều khiển. Từ đó cũng phát sinh các vấn đề kỹ thuật cần phải

trong luận văn này, chúng tôi sử dụng chương trình PSS/E để tiến hành mô phỏng

được giải quyết, đặc biệt là những nghiên cứu về ổn định điện áp. Trong luận văn

động các hiện tượng, và phân tích sự cố sụp đổ điện áp.

này, chúng tôi tập trung nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định điện áp trong

Đứng trên quan điểm ngăn chặn sự cố mất ổn định do sụp đổ điện áp, chúng ta

HTĐ, cơ chế xảy ra sự cố, nguyên nhân cũng như dùng một biện pháp xa thải phụ

phải sử dụng các biện pháp tức thời, ở đây chúng tôi đề cập đến hệ thống xa thải

tải theo điện áp thấp để nâng cao ổn định điện áp trong HTĐ

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.

1.2. CÁC NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN VĂN:

Trong thực tế, HTĐ thường là rộng lớn, với nhiều đường dây liên lạc trong khi số

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

lượng các thiết bị điều khiển lớn thì đây được coi là những biện pháp hưu hiệu nhất

mất ổn định điện áp:

trong việc nâng cao ổn định điện áp.

Sự cố tan rã HTĐ là một trong những sự cố tồi tệ nhất đối với bất cứ HTĐ nào

Trong luận văn này, chúng tôi dùng phương pháp mô phỏng động bằng PSS/E để

bởi vì hậu quả của sự cố là rất lớn khi xem xét dưới góc độ kinh tế và an ninh năng

phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sụp đổ điện áp và đề xuất một cách

lượng. Do đó vấn đề này đã được quan tâm và nghiên cứu từ nhiều thập kỷ. Một sự

thức xa thải phụ tải theo điện áp thấp. Kết quả được tiến hành với hai hệ thống điện

cố tan rã HTĐ thường là kết quả của nhiều nguyên nhân khác nhau, là một hiện

của Carson Taylor và hệ thống điện Bắc Âu.

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

1.3. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN:

Bản luận văn được trình bày như sau:

HTĐ trên thế giới trong thời gian gần đây, tập trung chủ yếu vào sự cố mất ổn định

Tính cấp thiết của đề tài được trình bày trong chương 1 của luận văn. Chương 2

do nhiễu loạn nhỏ. Một số nguyên nhân chính dẫn đến sự cố tan rã HTĐ sẽ được

của luận văn tóm tắt một số sự cố tan rã HTĐ điển hình trên thế giới trong một số

tóm tắt ngắn gọn. Những thông tin khoa học này không những hữu ích cho việc

năm gần đây. Trong đó, sự mất ổn định do sụp đổ điện áp là một trong những

điều tra nguyên nhân của các sự cố, mà còn giúp cho những nhà thiết kế, vận hành

nguyên nhân chính. Các nguyên nhân chủ yếu dẫn đến các sự cố này, các định

đề xuất các phương án phòng ngừa và ngăn chặn các sự cố tan rã HTĐ

nghĩa, cũng như là phương pháp nghiên cứu quá trình mất ổn định điện áp cũng

1.2.2. Tìm hiểu phƣơng pháp nghiên cứu và biện pháp nâng cao ổn định điện

được trình bày trong chương này. Chương 3, giới thiệu việc dùng PSS/E để đánh

áp:

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

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

Học viên: Đặng Hoài Nam



Lớp: K11 TBM&NMĐ


Luận văn Thạc sĩ

Chƣơng 1

19

Luận văn Thạc sĩ

Chƣơng 2

20

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

CHƢƠNG 2

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

ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP

nghị.
2.1. PHÂN TÍCH CÁC SỰ CỐ TAN RÃ HỆ THỐNG ĐIỆN GẦN ĐÂY:
1.4 GIỚI HẠN CỦA LUẬN VĂN:

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

Có rất nhiều phương pháp nghiên cứu về sự sụp đổ điện áp, trong bản luận văn

Trong vòng hơn 20 năm, đã có rất nhiều sự cố tan rã HTĐ xảy ra trên khắp thế

chỉ thảo luận phương pháp dùng mô phỏng động để nghiên cứu, đánh giá các yếu tố

giới với những hậu quả vô cùng to lớn, thậm chí ở các nước phát triển như Mỹ,

ảnh hưởng đến quá trình sụp đổ điện áp cho 2 hệ thống điện điển hình.

Nhật Bản, Tây Âu…. Trong phần này, một số các sự cố điển hình được thảo luận

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.

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

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

Học viên: Đặng Hoài Nam



Lớp: K11 TBM&NMĐ


Luận văn Thạc sĩ

Chƣơng 2

21

Luận văn Thạc sĩ

Chƣơng 2

22

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

(tương đương với 400 MW/1 phút). Mặc dù, các tụ bù đã được đóng hết,

phản kháng” của MPĐ. Vào lúc 3 phút 20 giây, điện áp trên một số nút của

nhưng điện áp của HTĐ vẫn bắt đầu giảm thấp trên hệ thống truyền tải

một số nhà máy điện đã giảm xuống 0.82pu. Vào lúc 4phút 30 giây, hai máy

500kV. Sau khoảng 20 phút, thì điện áp bắt đầu giảm xuống còn khoảng 0,75

phát khác bị cắt ra bởi rơle tổng trở, dẫn đến sự sụp đổ điện áp do mất ổn định

p.u (đơn vị tương đối) và kết quả là các hệ thống bảo vệ rơle tác động ngắt

điện áp trong khoảng trung và dài hạn [1], [2], [3].

một số phần của hệ thống truyền tải và xa thải lượng phụ tải 8000MW.

 Sự cố tan rã hệ thống điện ngày 27/12/1983 tại Thụy Điển: Việc hư hỏng một

Nguyên nhân chính là quá trình sụp đổ điện áp trong khoảng thời gian dài

bộ dao cách ly và sự cố ở một trạm biến áp ở phía tây của Stockholm dẫn đến

hạn. Các đặc tính phụ tải phụ thuộc điện áp của các thiết bị điều hòa là

việc ngắt toàn bộ trạm biến áp và 2 đường dây 400 kV. Khoảng 8 giây sau,

nguyên nhân chính dẫn sự suy giảm điện áp [1], [2], [3].

một đường dây 220 kV bị cắt ra bởi bảo vệ quá dòng. Điện áp của HTĐ bị

 Sự cố tan rã HTĐ ngày 12/01/1987 tại miền tây nước Pháp: trong khoảng 50

giảm thấp làm cho các MBA với bộ điều áp dưới tải tác động, càng làm cho

phút, bốn tổ máy của nhà máy nhiệt điện Cordemais bị cắt ra, dẫn đến điện áp

điện áp trên hệ thống các đường dây truyền tải giảm thấp, và dòng điện tăng

trong HTĐ giảm thấp kéo theo 9 tổ máy nhiệt điện khác cũng bị cắt ra trong

cao trong các đường dây từ phía bắc đến miền nam. Khoảng 55 giây sau sự cố

vòng 7 phút sau đó trong đó có 8 tổ máy do bảo vệ quá kích thích tác động.

ở trong TBA, một đường dây 400 kV bị cắt ra làm cho HTĐ của Thụy Điển

Tuy nhiên thì điện áp vẫn được giữ ổn định ở giá trị rất thấp (trong khoảng từ

bị tách thành hai phần, Bắc và Nam. Các hiện tượng sụp đổ tần số và điện áp

0.5 pu đến 0.8 pu). Trong khoảng thời gian 6 phút điện áp giảm thấp đã phải

xảy ra trong HTĐ. Hệ thống xa thải phụ tải đã không có hiệu quả trong việc

cắt một lượng tải là 1500 MW để cứu vãn sự sụp đổ hoàn toàn HTĐ. Nguyên

cứu vãn HTĐ khỏi sự sụp đổ. Các tổ máy hạt nhân trong khu vực HTĐ chia

nhân chính là do sụp đổ điện áp trong khoảng thời gian dài hạn [1], [2], [3].

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

Hình vẽ 2-1: Sụp đổ điện áp trong hệ thống điện Pháp ngày 12/1/1987

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

Học viên: Đặng Hoài Nam



Lớp: K11 TBM&NMĐ


Luận văn Thạc sĩ

Chƣơng 2

23

Luận văn Thạc sĩ

Chƣơng 2

24

 Sự cố tan rã HTĐ tại Phần Lan 8/1992, HTĐ được vận hành rất gần với giới

suy giảm khá nhanh điện áp trong vùng Idaho và Oregon. Khoảng 3

hạn an ninh cho phép, lượng công suất nhập khẩu từ Thụy Điển khá lớn,

giây sau, 4 đường dây 220kV từ Hells Canyon đến Boise cũng bị cắt

chính vì vậy mà ở vùng miền Nam của Phần Lan chỉ có 3 tổ máy nối trực tiếp

ra, 2 giây sau, hệ thống truyền tải liên lạc với vùng Pacific bị cắt ra.

với hệ thống truyền tải 400kV. Sự cố mất một tổ máy 735 MW đồng thời với

Sự tan rã HTĐ xảy ra sau khoảng 35 giây từ sự cố đầu tiên. Khoảng

việc bảo dưỡng định kỳ một đường dây 400kV đã làm giảm lượng công suất

2,2 triệu người đã bị ảnh hưởng, lượng tải bị mất vào khoảng

phản kháng truyền tải dẫn đến điện áp trên lưới 400kV giảm xuống còn 344

11900MW. Nguyên nhân chính là sự sụp đổ điện áp [1], [10].

kV. Điện áp đã được khôi phục bằng cách khởi động các nhà máy điện dùng
tuabin khí và xa thải một lượng phụ tải. [3].
 Sự cố tan rã HTĐ tại các bang miền Tây nước Mỹ (Western Systems
Coordination Council -WSCC) ngày 2 tháng 7 năm 1996: Bắt đầu ở trong
vùng Wyoming và Idaho lúc 14 giờ 24 phút 37 giây: Hệ thống đang ở chế độ
nặng tải và nhiệt độ trong vùng miền nam Idaho và Utah khá cao, khoảng
38°C. Lượng công suất truyền tải từ vùng Pacific NW vể California khá cao
cụ thể như sau:
o

Đường dây liên lạc AC: 4300MW (giới hạn là 4800MW)

o

Đường dây liên lạc DC: 2800MW ( giới hạn là 3100MW)

o

Sau đó có một sự cố ngắn mạch một pha trên đường dây 345 kV từ

Hình vẽ 2-2: Quá trình sụp đổ điện áp trên hệ thống 500kV
 Sự cố tan rã hệ thống điện tại các bang miền tây nước Mỹ: (Western Systems
Coordination Council -WSCC), ngày 10 tháng 8 năm 1996.

nhà máy điện 200MW Jim Bridger trong vùng Wyoming đến Udaho
do phóng điện từ đường dây vào cây trong hành lang tuyến. Sự cố
này dẫn đến việc cắt một đường dây mạch kép khác do sự tác động sai

Hình vẽ 2-3: Sơ

của bảo vệ rơ le. Việc cắt 2 trong bốn tổ máy của nhà máy điện Jim

đồ và trình tự các

Bridger theo tiêu chuẩn ổn đinh lẽ ra sẽ làm ổn định lại HTĐ. Tuy

sự cố dẫn đến tan

nhiên việc sự cố cắt đường dây 220kV trong miền đông Oregon đã

rã hệ thống điện

làm điện áp giảm thấp trong vùng miền nam Idaho, và sự suy giảm

WSCC 10/8/1996

dần dần trong vùng trung tâm Oregon. Khoảng 24 giây sau, một
đường dây 220kV khá dài khác từ vùng miền tây Montana đến miền
nam của Idaho bị cắt ra do vùng ba của bảo vệ khoảng cách, điều này
làm cho một đường dây kép 161kV khác bị cắt ra sau đó dẫn đến việc

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

Học viên: Đặng Hoài Nam



Lớp: K11 TBM&NMĐ

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

Học viên: Đặng Hoài Nam



Lớp: K11 TBM&NMĐ


Luận văn Thạc sĩ
o

25

Chƣơng 2

Luận văn Thạc sĩ

26

Chƣơng 2

Trong thời gian trước khi xảy ra sự cố, nhiệt độ ở miền tây bắc, và
lượng công suất truyền tải từ phía Canada về California tăng cao.
Trước khi tan rã hệ thống, ba đường dây 500kV truyền tải công suất từ
vùng hạ lưu sông Columbia River đến trung tâm phụ tải Oregon đã bị
cắt ra do sự cố phóng điện vào cây trên hành lang tuyến. Đường dây
liên lạc California-Oregon truyền tải 4330 MW từ miền bắc về miền
nam. Đồng thời đường dây liên lạc một chiều Pacific DC Intertie

truyền tải 2680 MW từ miền bắc về miền nam. Dao động công suất
tăng dần xảy ra ở tần số 0.23 , sự thiếu các thiết bị điều khiển cản dao
động đã dẫn đến việc cắt các đường dây khác, và làm HTĐ bị chia
tách thành bốn vùng riêng biệt.

o

Tổng lượng tải bị mất là khoảng 30,500 MW, hơn 7,5 triệu người đã
bị ảnh hưởng mất điện từ vài phút đến 9 giờ.

Hình vẽ 2-4: Tổng công suất truyền tải trên đường dây California-Oregon
[19].
 Sự cố tan rã HTĐ tại các bang Miền bắc nước Mỹ - Canada (North American
Electricity Reliability Council (NERC-USA) ngày 14/08/2003. Dựa trên các
điều tra của NERC, HTĐ lúc đó đạng vận hành ở trạng thái mang tải nặng và
rất thiếu công suất phản kháng trong vùng Cleveland, Ohio. Hệ thống đánh
giá trạng thái, và phân tích sự cố thời gian thực của vùng Midwest ISO
(MISO) (state estimator -SE và real time contingency analysis RTCA) đã
không hoạt động đúng do có sự cố ẩn bên trong từ khoảng 12giờ 15 phút đến
16giờ 04 phút. Điều này đã ngăn cản MISO đưa ra các cảnh báo sớm trong
việc đánh giá trạng thái của HTĐ. Tại trung tâm điều khiển hệ thống điện FE
(First Energy control center) đã xảy ra một sự cố hư hỏng phần mềm máy tính
trong hệ thống quản lý năng lượng (Energy Management System EMS) lúc
14 giờ 14 phút. Những hư hỏng này đã khiến FE không thể đánh giá đúng
được tình trạng làm việc và đưa ra những cảnh báo sớm và biện pháp phòng
ngừa. Sự cố đầu tiên xảy ra trong hệ thống FE, lúc 13 giờ 31 phút, tổ máy số
5 của nhà máy điện Eastlake bị cắt ra do quá kích thích, và một số tổ máy

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

Học viên: Đặng Hoài Nam



Lớp: K11 TBM&NMĐ

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

Học viên: Đặng Hoài Nam



Lớp: K11 TBM&NMĐ


Luận văn Thạc sĩ

27

Chƣơng 2

Luận văn Thạc sĩ

28

Chƣơng 2

khác trong vùng FE và phía bắc của Ohio đang vận hành ở chế độ quá tải về

dưỡng định kỳ, một đường dây HVDC khác nối với Đức cũng bị cắt ra cho

công suất phản kháng, trong khi đó tải công suất phản kháng trong khu vực

mục đích bảo dưỡng. Bắt đầu từ 12:30, tổ máy 3 của nhà máy điện hạt nhân

này tiếp tục tăng cao. Mặc dù các kỹ sư vận hành đã cố gắng khôi phục lại hệ

Oskarshamn bị sự cố phải giảm công suất từ 1250MW xuống 800MW vì sự

thống tự động điều chỉnh điện áp, nhưng tổ máy số 5 vẫn bị cắt ra, dẫn đến

cố trong hệ thống bơm cấp nước. Nhân viên nhà máy đã không thể khắc phục

đường dây 345kV trong vùng FE Chamberlin-Harding 345 kV bị cắt ra lúc

được sự cố này và dẫn đến tổ máy 3 bị cắt ra làm mất hoàn toàn 1250MW. Sự

15giờ 05 phút do phóng điện từ dây dẫn vào cây trong hành lang tuyến mặc

cố này lẽ ra được coi là bình thường và thỏa mãn tiêu chuẩn an ninh N-1, bởi

dù lúc đó đường dây này chỉ mang 44% tải định mức. Tiếp theo là đường dây

lượng công suất dự phòng nóng và khả năng mang tải của các đường dây vẫn

345kV Hanna-Juniper đang mang tải 88 % cũng bị cắt ra do phóng điện vào

thỏa mãn tiêu chuẩn an ninh kể trên. Sau quá trình quá độ bình thường, các hệ

cây trên hành lang tuyến lúc 15 giờ 32 phút. Một đường dây 345kV khác

thống tự động đã khởi động để lấy công suất dự phòng từ các nhà máy thủy

đang mang tải 93% là Star-Canton cũng bị cắt ra do phóng điện vào cây lúc

điện từ Na Uy, bắc Thụy Điển và Phần Lan, người ta tin rằng điều này sẽ làm

15 giờ 41 phút. Trong khoảng thời gian này, vì hệ thống phần mềm của trung

HTĐ trở lên ổn định trong vòng khoảng 1 phút. Tuy nhiên điện áp ở vùng

tâm điều khiển FE và MISO bị hỏng, nên không hề có một hành động ngăn

phía nam đã giảm khoảng 5kV, tần số ổn định trong giới hạn cho phép là

chặn nào. Tiếp sau đó là một loạt các đường dây tải điện trong hệ thống 138

49,90Hz. Lượng công suất chạy trên các đường dây nằm trong giới hạn cho

kV bị cắt ra trong khoảng 15 phút tiếp theo, nhưng vẫn không có sự xa thải

phép, tuy nhiên lượng công suất chạy từ phía nam-tây nam đã tăng lên. Vào

phụ tải nào. Sự cố nguy kịch nhất dẫn đến việc mất điều khiển HTĐ và mất

lúc 12:35 đã xảy ra một sự cố thanh góp kép ở trạm 400kV Horred phía tây

điện lan rộng trong vùng Ohio sau khi đường dây 345kV Sammis-Star 345

Thụy Điển đã làm mất 1,8GW từ nhà máy điện hạt nhân Ringhals, hai đường

kV bị cắt ra lúc 16 giờ 05phút 57 giây. Vào khoảng 16 giờ 10phút 38 giây, do

dây nối bắc-nam cũng bị cắt ra, từ 12:35 đến 12:37 vùng phía đông đã trở lên

việc mất các đường dây liên lạc giữa Ohio và Michigan, công suất trao đổi

quá tải dẫn đến sự sụp đổ điện áp, vùng phía nam (Nam Thụy Điển và Tây

giữa Mỹ và Canada đã bị thay đổi. Tại thời điểm này, điện áp xung quanh

Nam của Đan Mạch) bị tách rời. Lúc 12:37 sự thiếu hụt công suất dẫn đến sự

vùng Detroit bị giảm thấp do các đường dây bị quá tải nặng. HTĐ đã mất ổn

sụp đổ cả tần số và điện áp và dẫn đến tan rã hệ thống điện. Tổng lượng tải bị

định kết quả là sự mất điện hàng loạt, với việc cắt hàng trăm tổ máy, đường

cắt vào khoảng 6,3 GW và mất hơn 6h để khôi phục HTĐ [9], [11], [15].

dây trong một vùng rộng lớn. Người ta ước tính khoảng 65000 MW đã bị cắt
và phải mất gần 30giờ để khôi phục lại HTĐ, dao động công suất, mất ổn
định điện áp là nguyên nhân chính của sự cố tan rã HTĐ [5], [9], [10], [11],
[12], [13], [14].
 Sự cố tan rã HTĐ tại Thụy Điển/ Đan Mạch ngày 23 tháng 9 năm 2003:
Trước khi xảy ra sự cố tất cả các điều kiện vận hành đều nằm trong giới hạn
cho phép. Tổng lượng tải của Thụy Điển vào khoảng 15000MW, và không
quá nặng tải. Hai đường dây 400kV trong vùng sự cố đã được cắt ra để bảo
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Học viên: Đặng Hoài Nam



Lớp: K11 TBM&NMĐ

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

Học viên: Đặng Hoài Nam



Lớp: K11 TBM&NMĐ


Luận văn Thạc sĩ

29

Chƣơng 2

Luận văn Thạc sĩ

Chƣơng 2

30

được coi là sự cố lớn nhất trong lịch sử ngành điện lực Italy. Nguyên nhân
chính của sự cố tan rã HTĐ là do sự sụp đổ tần số và điện áp trong HTĐ [6],

[7], [8], [9].

Hình vẽ 2-5: Công suất tác dụng trong hệ thống điện Đan Mạch (vùng Zealand).
 Sự cố tan rã HTĐ tại Italy, ngày 28/09/2003. vào lúc 3 giờ sáng, lượng công
suất nhập khẩu là 6,9 GW, và nhiều hơn 300 MW so với định mức. Lúc 03h
01phút 42giây, có một sự cố xảy ra trên được dây 380kV mang tải nặng từ
Mettlen -Lavorgo trong HTĐ Thụy Sỹ, gần với biên giới của Italy. Các kỹ sư
vận hành đã cố gắng đóng lặp lại được đường dây một cách tự động và bằng
tay nhưng không thành công do sự sai lệch lớn về góc pha điện áp giữa hai
cực của máy cắt điện. Việc này đã làm đường dây truyền tải 400 kV Sils -

Hình vẽ 2-6: Tần số và điện áp trong HTĐ Đức và Hungary trước và sau khi

Soazza từ Thụy Sỹ đến Italy bị quá tải 110%. Vì sự dao động công suất này

3h25phút33giây khi HTĐ Italy bị tách rời khỏi HTĐ UCTE

không làm ảnh hưởng đến tiêu chuẩn an ninh N-1 của HTĐ Italy nên các nhà

 Sự cố tan rã HTĐ Hy Lạp ngày 12/07/2004. Trước 12h 25phút, HTĐ ở thủ đô

vận hành HTĐ Italy (GRTN) đã không nhận thức được sự nguy hiểm đang

Athens đã rất nặng tải do việc dùng quá nhiều điều hòa nhiệt độ. Hơn nữa

xảy ra ở HTĐ Thụy Sỹ và đã không tiến hành bất cứ hành động phòng ngừa

việc bảo dưỡng 4 đường dây và mất một tổ máy 125 MW, một tổ máy 300

nào. Vào lúc 03h 11phút, các nhà vận hành HTĐ Thụy Sỹ (ETRANS) đã yêu

MW đã làm cho HTĐ ở rất gần giới hạn ổn định. Cho đến chiều, điện áp giảm

cầu GRTN giảm lượng công suất nhập khẩu xuống để giảm lượng quá tải

xuống khoảng 90% giá trị danh định. Vào lúc12h 30phút để giảm sụp đổ điện

trong HTĐ Thụy Sỹ để đưa HTĐ trở lại chế độ vận hành an toàn hơn. Tuy

áp, xa thải 80 MW tải nhưng phụ tải vẫn tiếp tục tăng lên làm cho điện áp tiếp

nhiên sự phối hợp thiếu đồng bộ, và chính xác giữa ETRANS và GRTN, đã

tục giảm xuống. Cho đến lúc12h 35 phút, các nhà vận hành đã dự định xa thải

dẫn đến việc ETRANS đưa ra một hành động gây tranh cãi là cắt đường dây

tiếp 200 MW (nhưng thực tế đã không tiến hành xa thải). Vào lúc 12giờ 37

Sils – Soazza do quá tải lúc 03h 25 phút 21giây. Ngay lập tức, một đường dây

phút, một tổ máy khác bị cắt ra đã làm cho điện áp sụp đổ hoàn toàn. Lúc

220 kV bên trong lãnh thổ Thụy Sỹ đã bị quá tải và bị cắt ra làm mất một

12giờ 39phút, hệ thống bị tách ra bảo vệ đường dây tác động, phần HTĐ còn

lượng tải truyền sang Italy là 740MW. Sau sự cố này, các đường dây nhập

lại bị tách khỏi vùng phía nam, dẫn đến sự cố tan rã HTĐ ở Athens và đảo

khẩu điện từ các nước khác như Pháp, Thụy Sỹ, Áo, Slovenia đến Italy đã bị

Peloponnes . Tổng lượng tải bị mất vào khoảng 9 GW [16]

quá tải và lần lượt bị cắt ra. Kết quả là HTĐ Italy đã bị mất điện hoàn toàn,
tổng lượng tải bị cắt là 27 GW, thiệt hại về kinh tế là hàng chục tỉ đô la. Đây
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Học viên: Đặng Hoài Nam



Lớp: K11 TBM&NMĐ

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

Học viên: Đặng Hoài Nam



Lớp: K11 TBM&NMĐ


Luận văn Thạc sĩ

Chƣơng 2

31

Luận văn Thạc sĩ

Chƣơng 2

32

 Sự cố tan rã HTĐ các nước châu Âu ngày 04/11/2006. Đây là một trong
những sự cố có nguyên nhân phức tạp, ảnh hưởng đến nhiều quốc gia.
Nguyên nhân chính là do sự mất ổn định về tần số [17], [18]. Tuy nhiên việc
sa thải phụ tải kịp thời đã tránh được một sự cố tan rã HTĐ trên diện rộng.
trong đó riêng Pháp đã xa thải 6460 MW hay 12%. Khoảng hơn 15 triệu
người đã bị ảnh hưởng

b. Tần số ghi được sau khi HTĐ bị chia tách
Hình vẽ 2-7: Tần số của HTĐ châu Âu trước và sau khi tan rã [17].
 Ngoài ra còn rất nhiều các sự cố mất điện khác như: các nước châu Âu ngày
4/11/2006,

London - nước Anh (08/08/2003), Helsinki - Phần Lan

(09/08/2003), Shanghai-Trung Quốc (27/08/2003), Athens- Hy Lạp
(06/10/2003), Georgia (23/09/2003), Bahrain (08/08/2004), Úc (14/08/2004),
Kuwait (01/11/2004), Malaysia (13/01/2005), Moscow-Nga (25/05/2005),
a. Tần số HTĐ ghi được cho đến khi bị chia tách

Dubai (09/06/2005) [20].
Một loạt các sự cố tan rã hệ thống điện kể trên đã chứng tỏ rằng vấn đề này vẫn
đang được đặc biệt quan tâm. Mặc dù đã có những đầu tư lớn trong việc qui hoạch,
thiết kế, cũng như lắp đặt nhiều thiết bị, nhà máy điện mới, đường dây tải điện mới,
cũng như đào tạo nâng cao trình độ cho cán bộ vận hành, nhưng những nguy cơ về

tan rã hệ thống điện vẫn còn nguyên tính thời sự. Chính vì vậy mà chúng ta cần phải
nghiên cứu, tìm hiểu cơ chế, cũng như các biện pháp phòng ngừa và ngăn chặn các
sự cố mất điện đó trong tương lai.

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

Học viên: Đặng Hoài Nam



Lớp: K11 TBM&NMĐ

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

Học viên: Đặng Hoài Nam



Lớp: K11 TBM&NMĐ


Luận văn Thạc sĩ

33

Chƣơng 2

Luận văn Thạc sĩ

34

Chƣơng 2

lớn của hệ thống điện phân tán cũng làm cho HTĐ ngày càng trở lên phức tạp khi

2.1.2. Các nguyên nhân của sự cố tan ra hệ thống điện:
Thông thường, một sự cố tan rã HTĐ là một hiện tượng phức tạp, với nhiều

xem xét trên quan điểm vận hành và quản lý. Chính vì vậy mà những người vận

nguyên nhân khác nhau. Một HTĐ bị tan rã là kết quả của một quá trình chia tách,

hành HTĐ có thể không hiểu hết về HTĐ mình đang quản lý-vận hành, đặc biệt là

mất đường dây, máy phát điện… liên tục cho đến khi bị phân chia hoàn toàn thành

khi có nhiều hợp đồng mua bán điện, dòng chảy công suất-năng lượng liên tục thay

các vùng, khu vực cách ly nhau. Trong luận văn này, chúng tôi tổng kết một số các

đổi, và các sự cố ngẫu nhiên phức tạp có thể xảy ra trong một hệ thống điện lớn. Kết

nguyên nhân chính như sau:

quả là thiếu sự phối hợp và hành động chính xác trong việc phòng ngừa, ngăn chặn

Nguyên nhân đầu tiên bắt đầu từ khâu qui hoạch và thiết kế. Ví dụ như việc dự
đoán sai nhu cầu phụ tải dẫn đến sự thiếu hụt năng lượng cung cấp cho phụ tải. (sự

sự cố giữa các trung tâm điều độ hệ thống điện. (Ví dụ như sự cố ở lưới điện Thụy

Sỹ -Italy năm 2003, hay lưới điện châu Âu năm 2006).

cố tan rã HTĐ Hy Lạp năm 2004 là một ví dụ điển hình). Một vấn đề quan trọng

Trong quá trình bảo dưỡng thiết bị cũng có những nguy cơ tiêm ẩn, đặc biệt là

khác trong giai đoạn này đó là việc tuân theo các tiêu chuẩn an ninh khi thiết kế. Vì

các công việc bảo dưỡng bất thường, sự hư hỏng của các thiết bị điện quá cũ, thiếu

việc đảm bảo an ninh cho một HTĐ đối với tất cả các sự cố là không thể thực hiện

những công việc bảo dưỡng định kỳ ( thậm chí là việc cắt tỉa cây trên hành lang

được. Trường hợp hay gặp nhất là khi có một hư hỏng bất kỳ xảy ra trong HTĐ-

tuyến). Việc thiếu sự đào tạo thường xuyên, cập nhật cho những người vận hành hệ

hay còn gọi là tiêu chuẩn N-1. Xác xuất xảy ra hai (N-2) hay nhiều thiết bị cùng hư

thống điện và phối hợp đào tạo liên trung tâm điều độ cũng có thể gây ra các sự cố

hỏng đồng thời là nhỏ hơn. Tuy nhiên để đảm bảo an ninh cho HTĐ, một số HTĐ

tan rã HTĐ (ví dụ như sự cố ở London – Anh năm 2003, Moscow – Nga năm 2005,

còn phải đảm bảo tiêu chuẩn N-2. Nhưng một số HTĐ, trong giai đoạn qui hoạch và

và sự cố mất điện ở các nước châu Âu năm 2006).

thiết kế đã không đảm bảo tiêu chuẩn N-1 ( hoặc N-2) đã dẫn đến một số sự cố tan

Ngoài ra con nhiều nguyên nhân khách quan khác, như sự hư hỏng bất thường

rã HTĐ gần đây (ví dụ như sự cố tan rã HTĐ tại Thụy Điển-Đan Mạch 2003 là một

của thiết bị bảo vệ, hệ thống quản lý năng lượng (Energy System management -

ví dụ). Việt thiết kế và cài đặt các thông số bảo vệ sai cũng là một trong những

ESM), hệ thống đánh giá trạng thái (state estimator-SE) và hệ thống đánh giá sự cố

nguyên nhân của các sự cố tan rã HTĐ. (Ví dụ như việc cài đặt các thông số bảo vệ

ngẫu nhiên thời gian thực (real time contingency analysis-RTCA) đã làm cho các kỹ

khác nhau của hai đầu đường dây liên lạc (nằm ở hai nước khác nhau) trong hệ

sư vận hành không thể giám sát và đánh giá tình trạng làm việc cũng như việc đưa

thống điện châu Âu UCTE dẫn đến sự cố ở các nước châu Âu năm 2006. Hoặc việc

ra các biện pháp kịp thời (Ví dụ như sự tan rã HTĐ ở Bắc Mỹ - Canada năm 2003).

cài đặt thông số sai của hệ thống xa thải phụ tải theo tần số là nguyên nhân chính

Những điều kiện thời tiết bất thường (quá nóng, quá lạnh), hay hiện tượng thiên

của sự cố tại Italy năm 2003). Việc thay đổi cấu trúc hệ thống, và quan điểm vận

nhiên cũng là một trong những nguyên nhân dẫn đến việc tăng lên bất thường của

hành theo thị trường điện cũng cần phải được cân nhắc kỹ lưỡng khi qui hoạch và

phụ tải hay hư hỏng thiết bị được xem là những điều kiện bất lợi ban đầu cho HTĐ,

thiết kế.

là nguyên nhân bắt nguồn các sự cố

Rất nhiều nguyên nhân nguy hiểm dẫn đến sự cố tan rã HTĐ xuất phát từ quá

Các nguyên nhân chung dẫn đến sự cố tan rã HTĐ có thể được tóm tắt như sau:

trình vận hành HTĐ. Trong môi trường thị trường điện, có nhiều các hệ thống điện
con (sub-systems) cùng vận hành và điều khiển hệ thống truyền tải xương sống
(interconnected transmission system (the so-called TSOs). Sự có mặt với tỉ lệ khá
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Học viên: Đặng Hoài Nam



Lớp: K11 TBM&NMĐ

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

Học viên: Đặng Hoài Nam

Lớp: K11 TBM&NMĐ


Luận văn Thạc sĩ

Thiết kế và cài đặt
sai thông số

Không cập nhật
các tiêu chuẩn

Dự đoán sai
nhu cầu phụ
tải

Qui hoạch và thiết kế

Không hiểu rõ
HTĐ đang
vận hành

Thiều biện
pháp ngăn
chặn

Thiếu sự đào
tạo chuyên sâu
nhân viên vận
hành

G
Load

G

Hệ thống truyền tải

Nhà máy điện

Sự phối hợp vận hành kém

Vận hành

C

Các hư
hỏng ẩn
M

Bảo vệ tác
động nhầm

Vùng phụ tải

Thảm họa
thiên nhiên

Chƣơng 2

36

kiện bất lợi đó làm cho điện áp ở một số nút bị giảm thấp
Thiết bị quá cũ

Những công
việc bất thường

HỆ THỐNG
ĐIỆN

Luận văn Thạc sĩ

tác dụng và phản kháng, hoặc không có đủ công suất dự phòng. Những điều

Bảo dƣỡng

Không đáp ứng
các tiêu chuẩn

Thiếu biện
pháp phòng
ngừa

Chƣơng 2

35

Phụ tải tăng bất
thường

Các nguyên nhân khách quan

Hình vẽ 2-8: Tóm tắt các nguyên nhân chính của sự cố tan rã HTĐ
2.1.3. Cơ chế xẩy ra sự cố tan rã hệ thống điện:
Trong phần trước, chúng tôi đã tóm tắt các sự cố tan rã HTĐ xảy ra gần đây trên
thế giới, nhưng 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 thường (có thể rất gần với giới hạn an ninh/ ổn
định) đến mất ổn định và cuối cùng là chia tách, sụp đổ thành các hệ thống riêng
biệt. Cơ chế chung đó chính là sự mất ổn định của HTĐ và có thể được tổng kết như
sau:
 Ban đầu, HTĐ đang được vận hành ở những điều kiện bất lợi, khá gần với
giới hạn ổn định. Ví dụ như: mất một số tổ máy/nhà máy điện, một số đường
dây tải điện do sự cố hay bảo dưỡng trong khi đó nhu cầu phụ tải lại đang rất

 Những điều kiện bất lợi này có thể phải tiếp tục chịu một hoặc một số sự cố
cực kỳ nguy kịch do việc mất thêm thiết bị như là mất đường dây, máy phát
quan trọng, làm phá vỡ tiêu chuẩn an ninh (N-1 hay N-m (m2)). Làm phát
sinh các vấn đề ổn định HTĐ như mất ổn định điện áp/tần số/ góc roto, làm
quá tải các thiết bị còn lại, điện áp giảm thấp tại một số nút, mất đồng bộ giữa
các máy phát điện. Việc mất cân bằng công suất phát/ tải làm nảy sinh sự sụp
đổ về tần số và đồng bộ hóa
 Việc thiếu các biện pháp ngăn chặn kịp thời của các trung tâm điều độ hệ
thống, lỗi vận hành của con người, sự tác động sai của thiết bị bảo vệ, hay hư
hỏng ẩn trong các hệ thống giám sát, điều khiển làm cho tình hình trở lên
nghiêm trọng hơn
 Sự tác động của máy biến áp điều áp dưới tải, hay các máy phát đã đạt đến
giới hạn công suất tác dụng/phản kháng, làm cho HTĐ mất khả năng điều
khiển điện áp. Kết quả là điện áp tiếp tục giảm thấp, vẫn đến sụp đổ điện áp

và tan rã hệ thống
 Việc thiếu mô men cản các dao động hay quá trình quá độ dẫn đến các máy
phát điện bị mất đồng bộ, các hệ thống bảo vệ chống mất đồng bộ tác động
cắt các máy phát này ra khỏi HTĐ, làm cho sự mất cân bằng phát/tải tăng lên
mạnh hơn nữa, và dẫn đến việc cắt hàng loạt các thiết bị khác, và làm sụp đổ
hoàn toàn hệ thống
 Cơ chế tan ra HTĐ có liên quan trực tiếp đến cơ chế mất ổn định điện áp/ tần
số/ góc roto.
Sự tổng kết về cơ chế tan rã HTĐ được trình bày ở hình vẽ dưới đây:

lớn hay tăng lên do những điều kiện bất thường của thời tiết. Hơn nữa, vùng
trung tâm phụ tải lại ở xa vùng phát, làm tăng tổn thất truyền tải cả công suất

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

Học viên: Đặng Hoài Nam



Lớp: K11 TBM&NMĐ

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

Học viên: Đặng Hoài Nam



Lớp: K11 TBM&NMĐ

Luận văn Thạc sĩ

Chƣơng 2

37

Luận văn Thạc sĩ

Chƣơng 2

38

2.1.4. Các dạng ổn định hệ thống điện:
Điều kiện thời tiết
Mất một số máy
bất thƣờng dẫn đến phát, đƣờng dây, tụ
hay tải tăng đột
bù, máy bù …
ngột

Vùng phụ tải ở xa
vùng phát điện,
đƣờng dây truyền
tải dải

Thiếu công suất
tác dụng và phản
kháng dự trữ

Nặng tải và điện

áp thấp ở một số
nút trong HTĐ

Như đã phân tích ở trên, mặc dù các sự cố tan rã hệ thống điện có nhiều nguyên
nhân, nhưng nguyên nhân vật lý trực tiếp đó là sự mất ổn định hệ thống điện. Một
tổng kết của IEEE/CIGRE về các loại ổn định được chỉ ra trong hình vẽ ở dưới đây:
[1], [21].

HỆ THỐNG ĐIỆN

HỆ THỐNG ĐIỆN

Bắt nguồn bởi một sự cố nguy kịch:
Mất một đƣờng dây, máy phát điện quan trọng…
Ổn định góc roto

Giảm từ từ điện
áp tại các nút

Quá tải các thiết
bị khác

Vấn đề đồng bộ
hóa HTĐ

Ổn định
với nhiễu
loạn nhỏ

Thiếu mô men

cản dao động

ULTC đạt đến
nấc cao nhất

Cắt các thiết bị
quá tải khác trong
HTĐ

Máy phát/bù đạt đến
giới hạn phát c/s phản
kháng

Nhiễu loạn
nhỏ

Ổn định
quá độ

Ngắn hạn

Tổn thất c/s
phản kháng
tăng mạnh

Ổn định điện áp

Mất ổn định góc
roto

Mất ổn định tần số

Mất ổn định điện
áp

Ổn định tần số

Ngắn hạn

Dài hạn

Kích động
lớn

Ngắn hạn

Dài hạn

Hình vẽ 2-10: Sự phân loại các dạng ổn định Hệ thống điện
Từ hình vẽ trên có thể thấy rằng mất ổn định điện áp hay sụp đổ điện áp là một
trong những nguyên nhân gây ra sự cố tan rã HTĐ. Vì vậy trong luận văn này,
chúng tôi sẽ tập trung vào nghiên cứu về vấn đề này, các yếu tố ảnh hưởng, cũng

Mất đồng bộ

Sụp đổ điện áp

Sự cắt nhanh các đƣờng dây, máy phát
và thiết bị điện trong HTĐ

như biện pháp ngăn chặn sụp đổ điện áp, đặc biệt là trong khoảng thời gian dài hạn.
2.2 ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP
2.2.1. Các định nghĩa về ổn định điện áp:
Trong phần này của luận văn, Một số các định nghĩa quan trọng về ổn định điện

Tan rã HTĐ

áp được đưa ra bởi [1], C. W. Taylor [2], và IEEE/CIGRE [22] được tóm tắt lại như

Hình vẽ 2-9: Cơ chế xảy ra sự cố tan rã HTĐ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Học viên: Đặng Hoài Nam



Lớp: K11 TBM&NMĐ

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

Học viên: Đặng Hoài Nam



Lớp: K11 TBM&NMĐ


Luận văn Thạc sĩ

39

Chƣơng 2

Luận văn Thạc sĩ

40

Chƣơng 2

Khoảng thời gian nghiên cứu ổn định điện áp có thể thay đổi từ vài giây đến hàng

2.2.1.1. Định nghĩa ổn định điện áp:
Khái niệm ổn định điện áp là khả năng của một HTĐ vẫn còn duy trì được giá
trị điện áp ổn định ở tất cả các nút trong HTĐ sau khi trải qua một sự cố từ điều

chục phút. Do đó ổn định điện áp còn có thể được phân chia thành hiện tượng ngắn
hạn và dài hạn.
 Ổn định điện áp ngắn hạn liên quan đến tính chất động của các thành phần

kiện vận hành xác lập bình thường ban đầu.
Vấn đề về ổn định điện áp còn có thể được chia nhỏ thành các vấn đề nhỏ hơn,
tương ứng là ổn định điện áp khi có kích động lớn và khi có dao động nhỏ.
 Ổn định điện áp khi có kích động lớn: là khả năng của HTĐ vẫn còn duy trì
được các giá trị điện áp ổn định sau khi có kích động lớn, chẳng hạn như hư

tải tác động nhanh, chẳng hạn như: động cơ cảm ứng, tải điều khiển điện tử
và các bộ biến đổi HVDC. Trường hợp này thời gian nghiên cứu cần đến một
vài giây và các kỹ thuật và việc phân tích yêu cầu phải giải các phương trình
vi phân.

hỏng trong HTĐ, mất nguồn phát điện, hoặc các sự cố trên mạch điện. Việc

 Ổn định điện áp dài hạn liên quan đến các thiết bị tác động chậm hơn, chẳng

xác định ổn định điện áp khi có kích động lớn cần phải khảo sát đáp ứng phi

hạn, ULTC, tải nhiệt điều khiển tĩnh, và các bộ giới hạn kích từ (OEL). Thời

tuyến của HTĐ trong một khoảng thời gian đủ để thu nhận được hoạt động và

gian nghiên cứu có thể đến vài phút hoặc nhiều phút, và việc mô phỏng trong

tương tác của các thiết bị, chẳng hạn như động cơ điện, ULTC (bộ chỉnh áp

khoảng dài hạn cần được sử dụng để phân tích hoạt động động của HTĐ.

dưới tải của máy biến áp), và bộ hạn chế dòng kích từ của máy phát (OEL-

Thông thường, tính ổn định được xác định bởi việc mất các thiết bị chứ không

bộ hạn chế trạng thái bị kích thích quá mức).

phải tính nghiêm trọng của kích động ban đầu. Tính không ổn định có nguyên

 Ổn định điện áp khi có dao động nhỏ: là khả năng của HTĐ vẫn còn duy trì
được điện áp ổn định khi chịu các tác động nhỏ, chẳng hạn như, tải thay đổi
tăng. Dạng ổn định này chịu tác động bởi các đặc trưng của tải, các điều
khiển mang tính chất liên tục, và các điều khiển rời rạc vào một điểm thời

nhân là sự mất cân bằng trong khoảng dài hạn (khi tải cố gắng khôi phục lại
công suất của nó vượt quá khả năng của HT truyền tải và các nguồn kết nối).
2.2.1.2. Sự mất ổn định và sụp đổ điện áp:
Sự mất ổn định điện áp: xuất phát từ các thay đổi của tải tiêu thụ công suất vượt

gian cho trước. Khái niệm này rất hữu ích khi xác định, vào thời điểm bất kỳ,

quá khả năng của hệ thống truyền dẫn và hệ thống phát [22].

cách thức mà điện áp trên hệ thống đáp ứng với các thay đổi hệ thống nhỏ.

Sự sụp đổ điện áp: là quá trình mà qua đó chuỗi các sự cố liên quan đến sự
không ổn định điện áp và cuối cùng dẫn đến tan rã HTĐ hoặc điện áp thấp bất
thường trong phần lớn khu vực của HTĐ.

Với các giả thiết thích hợp, các phương trình của hệ thống có thể được tuyến
tính hóa xung quanh điểm làm việc để phân tích và do đó cho phép tính toán
được thông tin độ nhạy rất hữu ích trong việc nhận dạng các yếu tố ảnh
hưởng đến ổn định điện áp. Tuy nhiên, quá trình tuyến tính hóa này không

Hình vẽ 2-1 là một ví dụ về sự sụt áp trong khi có sự cố tan rã HTĐ ở Mỹ vào
tháng 8, 2003.

tính đến các ảnh hưởng phi tuyến, chẳng hạn như MBA với bộ điều áp dưới
tải, (bước điều chỉnh áp rời rạc, và trễ thời gian..). Do đó, việc kết hợp các
phân tích tuyến tính và phi tuyến thường được sử dụng để phối hợp với nhau.

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

Học viên: Đặng Hoài Nam

Lớp: K11 TBM&NMĐ

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

Học viên: Đặng Hoài Nam



Lớp: K11 TBM&NMĐ


Luận văn Thạc sĩ

Chƣơng 2

41

Luận văn Thạc sĩ

Chƣơng 2

42

 Sự sụp đổ điện áp do sự tăng dần tải có thể có nguyên nhân là một số hoặc tất
cả các yếu tố trên. Tính chất động của các thiết bị điều khiển điện áp khác
nhau (máy phát, thiết bị bù, và máy biến áp) có thể tương tác theo cách mà sự
sụt áp thực tế khác với dự đoán khi chỉ xét các điều kiện tĩnh.

Sự cố tan rã HTĐ xảy ra ở Pháp năm 1978 và ở Nhật Bản năm 1987 là những ví
dụ về kịch bản này.
2.2.2.2. Kịch bản 2: Mất các phần tử trong hệ thống điện (sụp đổ điện áp do quá
trình quá độ)
Rõ ràng là, các tham số HTĐ đóng vai trò quan trọng khi xác định công suất cực
đại có thể được phân phối đến các khu vực tải. Việc ngắt một trong số các đường
dây trong hệ thống truyền dẫn làm tăng điện kháng tương đương giữa nguồn điện áp
Hình vẽ 2-11: Sụp đổ điện áp trong sự cố tan rã HTĐ ở Mỹ 14/08/2003 [14].
2.2.1.3. An ninh điện áp:

tương đương và tải, làm giảm công suất tới hạn và tăng xác suất sụt áp. Việc mất
máy phát có tác động tương tự ở chỗ không chỉ làm tăng điện kháng tương đương

Khái niệm an ninh điện áp là khả năng của một HTĐ không những vận hành

mà còn làm giảm khả năng phát ra công suất tác dụng và phản kháng. Sự cố mất

trong trạng thái ổn định, mà còn duy trì trạng thái ổn định sau khi trải qua các sự cố

điện xảy ra ở Bỉ năm 1982, Thụy điển 1983, Mỹ 1985 hoặc Thụy điển/Đan mạch

ngẫu nhiên hoặc sự tăng tải [1], [2], [22].

năm 2003 là một số ví dụ về kịch bản này.

2.2.2. Các kịnh bản sụp đổ điện áp:

2.2.2.3. Kịch bản 3: Hiện tượng bên trong tải phức hợp:

2.2.2.1. Kịch bản 1: Tải tăng từ từ (sụp đổ điện áp trong khoảng thời gian dài hạn)

Đáp ứng động của tải phức hợp có thể làm cho các đặc tính tải động và tĩnh khác

Trong kịch bản này, các yếu tố chính gây ra sự sụp đổ điện áp là:

nhau. Sự khác nhau này chủ yếu là do các động cơ cảm ứng và có thể dẫn đến giảm

 Tính cứng (không linh hoạt) của đặc tính tải tiếp tục đòi hỏi các giá trị cao

tính ổn định hệ thống và cuối cùng dẫn đến sụp đổ điện áp. Chẳng hạn, sự giảm

của công suất tác dụng và phản kháng khi điện áp thấp ở vùng tải.

điện áp nhanh và nghiêm trọng xảy ra trong quá trình loại trừ sự cố ngắn mạch

 Điều khiển ULTC trên mạng phân phối và truyền tải trung gian cố gắng duy

chậm có thể dẫn đến mô men của động cơ giảm và sau đó là kẹt động cơ. Kẹt động

trì điện áp không đổi, và do đó yêu cầu công suất tác dụng và phản kháng cao

cơ sẽ cần công suất phản kháng sẽ làm giảm thêm nữa điều kiện ổn định điện áp.

trong khi điện áp nguồn bị hạ thấp.

Trong kịch bản này, điện áp tiếp tục giảm xuống cho đến khi thiết bị bảo vệ ngắt

 Do các giới hạn trường và dòng điện cảm ứng, nhu cầu tải công suất phản

động cơ khỏi hệ thống, nhờ đó làm giảm yêu cầu công suất phản kháng. Sau đó,

kháng cao có thể làm cho các máy phát mất khả năng điều chỉnh điện áp. Khi

điện áp sẽ bắt đầu khôi phục nhưng việc khôi phục không điều khiển tải phức hợp

đó, máy phát hoạt động giống như nguồn điện áp phía điện kháng đồng bộ và

bởi sự tự khởi động của động cơ cảm ứng công suất lớn có thể lại dẫn đến giảm áp

điện áp đầu cực giảm đi.

và dẫn đến sụp đổ điện áp toàn bộ.
2.2.2.4. Kịch bản 4: Sụt áp và hoạt động không đồng bộ:

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

Học viên: Đặng Hoài Nam



Lớp: K11 TBM&NMĐ

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

Học viên: Đặng Hoài Nam



Lớp: K11 TBM&NMĐ

Luận văn Thạc sĩ

43

Chƣơng 2

Luận văn Thạc sĩ

Chƣơng 2

44

Sự sụp đổ điện áp trên một hoặc một số nút của HTĐ có thể làm cho điện áp hạ

 Chiến lƣợc điều khiển: phương pháp phòng ngừa và ngăn ngừa được cần

xuống ở các nút lân cận dẫn đến sụt áp ở các nút này. Sau đó điện áp sẽ hạ xuống ở

đến để giảm bớt sự sụp đổ điện áp. Trong các trường hợp mà tiêu chuẩn về

các nút lân cận khác và tiếp theo hiện tượng này sẽ lan truyền trên toàn HTĐ và ảnh

tính ổn định điện áp không được đáp ứng, các biện pháp phòng ngừa và ngăn

hưởng đến các máy phát đồng bộ. Do đó, một số máy phát có thể mất tính đồng bộ

chặn phải được thiết kế để tăng cường cho hệ thống đáp ứng các tiêu chuẩn

và bị ngắt khỏi mạng do sự tác động của các bảo vệ mất đồng bộ. Hiệu ứng này làm

tồi tệ thêm nữa tình trạng hiện hành và cuối cùng dẫn đến sụp đổ điện áp tổng thể.
2.2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu ổn định điện áp:

này.
Rất nhiều phương pháp nghiên cứu liên quan đến hiện tượng sụp đổ điện áp được
liệt kê trong các tài liệu tham khảo [23], [24],và [25]. Các phương pháp này có thể

Vấn đề ổn định điện áp đã được nghiên cứu và phân tích trong nhiều thập kỷ.
Tuy nhiên, với sự xuất hiện của các sự cố tan rã HTĐ nghiêm trọng liên quan đến
hiện tượng sụp đổ điện áp trong những năm gần đây, vấn đề này vẫn là một trong

được phân loại thành hai nhóm và tổng kết như trong hình vẽ dưới đây:

Phƣơng pháp nghiên cứu sụp đổ điện áp

những vấn đề nóng hổi đối với các nhà nghiên cứu và các cơ quan điện lực. Rất
nhiều các nghiên cứu tiến hành trên nhiều khía cạnh của vấn đề tính ổn định điện áp
được liệt kê trong các tài liệu tham khảo [1], [2], [23], [24], [25]. Các nhà nghiên

Các hƣớng
tiếp cận tĩnh

Các hƣớng
tiếp cận động

cứu đã tập trung vào các vấn đề sau:
 Công cụ trợ giúp và kỹ thuật tính toán: việc lựa chọn công cụ trợ giúp và
kỹ thuật tính toán thích hợp để hiểu được cơ chế của vấn đề ổn định điện áp
và đưa ra các quyết định vận hành và qui hoạch dựa trên nhiều quá trình mô

Phương pháp dựa trên việc
tính toán trào lưu công suất
ở chế độ xác lập

Các phương pháp dựa
trên chỉ số ổn định tĩnh

Kết hợp giữa phân
tích tĩnh và mô
phỏng động

phỏng đáng tin cậy hơn. Phân tích trào lưu công suất, phân tích trạng thái gần
ổn định và phân tích ổn định quá độ là các công cụ chính có thể được lựa
chọn để phân tích tĩnh và động hệ thống điện.
 Vấn đề Mô hình hóa thiết bị: việc lựa chọn mô hình và các kịch bản thích
hợp hoặc các sự cố để mô phỏng gắn với sự cố sụp đổ điện áp là rất quan
trọng. Tương tác của tải hệ thống và thiết bị, chẳng hạn như các thiết bị bảo
vệ máy phát, OEL, ULTC, tụ bù ngang và xa thải phụ tải đóng vai trò quan
trọng trong quá trình này.
 Các chỉ số: các chỉ số có thể được sử dụng để hỗ trợ người vận hành xác định

Phân tích đường
cong PV hoặc QV
Tính toán lặp bài
toán phân bố trào
lưu công suất
Tính toán dòng
công suất, khả
năng truyền tải lớn
nhất

xem trạng thái của hệ thống an toàn hay nguy hiểm. Ngoài ra, chúng có thể

Học viên: Đặng Hoài Nam



Lớp: K11 TBM&NMĐ

Mô phỏng thời
gian thực, hoặc
mô phỏng dài hạn

Kỹ thuật phân tích mode
và hệ số tham gia
Xác định vị trí điểm mất
ổn định Saddle bằng kỹ
thuật tiếp tuyến liên tục
Kỹ thuật phân tích độ
nhạy của giá trị riêng
Phương pháp Lyapunov để
nghiên cứu dao động điện
áp

được xem là các tiêu chuẩn cho việc đánh giá tính an toàn hệ thống.

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

Tính giá trị riêng nhỏ
nhất của ma trận

Jacobian

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

Học viên: Đặng Hoài Nam



Lớp: K11 TBM&NMĐ


Luận văn Thạc sĩ

Chƣơng 2

45

Luận văn Thạc sĩ

Hình vẽ 2-12: Các phương pháp nghiên cứu sụp đổ điện áp
2.2.3.1. Hƣớng tiếp cận dựa trên mô phỏng động:

46

Min

f(x, y, u)

s.t.

g(x, y, u)  0

(2-1)

h(x, y, u)  0

Phương pháp mô phỏng động được ứng dụng rộng rãi để tìm hiểu các đáp ứng
động của HTĐ trong các hiện tượng động như sụp đổ điện áp [1], [2], [26], [27].

Chƣơng 2

Trong đó

Đặc biệt, các phương pháp kết hợp giữa mô phỏng tĩnh-động cũng được dùng rộng

x: là véc tơ các biến trạng thái;

rãi để nghiên cứu các vấn đề ổn định điện áp [28], [29]. Phương pháp nghiên cứu

y: là véc tơ các biến đại số;

này cho phép kết hợp cả hai ưu điểm của phương pháp mô phỏng tĩnh và động, do

u: là véc tơ các biến có thể điều khiển ;

đo đưa ra các kết quả chính xác hơn khi có sự có mặt của mô hình các thiết bị động

f ( x , y, u ) : là hàm chi phí;

như máy phát, kích từ, giới hạn kích từ, bộ điều áp dưới tải…

g( x , y, u ) : là hệ thống các ràng buộc đẳng thức bao gồm cả phương trình cân

2.2.4. Phƣơng pháp phòng ngừa và ngăn chặn sụp đổ điện áp:

bằng công suất;

Sụp đổ điện áp rõ ràng là một vấn đề mà những người qui hoạch, tính toán, thiết
kế HTĐ cần phải rất quan tâm. Để giải quyết vấn đề này, hầu hết các công ty điện

h ( x, y, u ) : là hệ thống các ràng buộc bất đẳng thức bao gồm giới hạn của các

biến trạng thái và điều khiển;

lực phải có những chiến lược điều khiển hợp lý, cũng như những qui định nghiêm

Thông thường, mục tiêu của các hàm chi phí là một hoặc vài mục tiêu sau:

ngặt mà người kỹ sư vận hành phải tuân thủ trong những trường hợp nguy hiểm. Có

 Tối thiểu hóa số lượng thiết bị điều khiển

nhiều biện pháp phòng ngừa và ngăn chặn sụp đổ điện áp mà có thể áp dụng được

 Tổi thiểu hóa chi phí điều khiển

trong các HTĐ, tuy nhiên tùy theo điều kiện cụ thể của mỗi HTĐ, cũng như tiêu

 Tối thiểu hóa lượng tải bị cắt

chuẩn và lựa chọn tối ưu cụ thể mà người ta sẽ áp dụng các biện pháp khác nhau.

2.2.4.1 Điêù khiển khẩn cấp ULTC:

Một số chiến lược điều khiển có thể được áp dụng như sau:

Một số các biện pháp điều khiển khẩn cấp ULTC đã được ứng dụng trong thực

1. Thực hiện điều chỉnh điện áp thứ cấp: Bao gồm việc điều chỉnh điện áp đặt
của các MPĐ để điều chỉnh công suất phản kháng đầu ra, hoặc đóng các tụ
điện bù ngang, điều chỉnh lại đầu phân áp của các máy biến áp với hệ thống
điều áp dưới tải

tế, hoặc được đề nghị bởi một số tác giả [30], [31], [32] để ngăn ngừa mất ổn định
điện áp như sau:
 Khóa đầu phân áp: là một biện pháp đơn giản nhất trong điều khiển khẩn cấp
ULTC. Nó đơn giản là không cho khởi động cơ cấu điều khiển đầu phân áp

2. Phân bố lại công suất tác dụng của các máy phát điện.

với mục đích là khôi phục điện áp phía thứ cấp (thường là phía phân phối)

3. Điều khiển các MBA với bộ ULTC, ví dụ như khóa bộ ULTC, hoặc điều

của máy biến áp. Bằng cách này, sự khôi phục tải bị hủy, hoặc trong trường

chỉnh lại đầu phân áp,

hợp tồi tệ nhất sẽ làm trễ quá trình khôi phục tải. Tuy nhiên, tác giả Pal [31]

4. Xa thải phụ tải.

đã chỉ ra rằng việc khóa đầu phân áp phải được thực hiện một cách cẩn thận,

Thông thường, chiến lược điều khiển cho các biện pháp phòng ngừa và ngăn

bởi vì nếu không cẩn thận thì việc khóa đầu phân áp không những không

chặn có thể được xây dựng thông qua bài toán tối ưu phi tuyến. Có ba yếu tố chính
là: hàm chi phí, biến điều khiển, và các ràng buộc như sau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Học viên: Đặng Hoài Nam



Lớp: K11 TBM&NMĐ

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

Học viên: Đặng Hoài Nam



Lớp: K11 TBM&NMĐ