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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN VĂN VĨNH

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

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 605250

S K C0 0 4 3 3 2

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN VĂN VĨNH

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

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN VĂN VĨNH

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

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN
Hướng dẫn khoa học: TS. HỒ VĂN HIẾN

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2014


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.

TP. Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 10 năm 2014
Học viên thực hiện

Nguyễn Văn Vĩnh

LỜI CÁM ƠN

Tác giả bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới TS. Hồ Văn Hiến 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, cán bộ viên chức Trường Đại học Sư
phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.
TP. Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 10 năm 2014
Học viên thực hiện

Nguyễn Văn Vĩnh


MỤC LỤC
Trang
1

Lời nói đầu
Tổng quan

2

1.1

Tổng quan về hướng nghiên cứu

2

1.2

Tính cấp thiết, ý nghĩa thực tiễn và khoa học của đề tài

2

1.3

Mục đích nghiên cứu

4

1.4

Khách thể và đối tượng nghiên cứu

4

1.5

Nhiệm vụ nghiên cứu

4

1.6

Giới hạn đề tài

5

1.7

Phương pháp nghiên cứu

5

1.8

Kế hoạch thực hiện

5

1.9

Cấu trúc đề tài

6

Các nguyên nhân và cơ chế xảy ra tan rã hệ thống điện

7

2.1

Các nguyên nhân tan rã hệ thống điện

7

2.2

Cơ chế xảy ra sự cố tan rã hệ thống điện

8

Phương pháp phòng ngừa sụp đổ điện áp

10

3.1

Bù công suất phản kháng

10

3.2

Bù dọc và bù ngang trên đường dây siêu cao áp

11

Các biện pháp tránh sụp đổ điện áp

17

Hướng dẫn phân tích Modal Q-V

17

4.1.1

Phân tích độ nhạy Q-V

17

4.1.2

Phân tích Modal Q-V

18

4.1.3

Xác định điểm ngắn nhất đi đến điểm mất ổn định

22

4.1.4

Các biện phá tránh sụp đổ điện áp

24

Xây dựng đặc tính P-V, Q-V của mạng điện đơn giản

25

4.2.1

Đặc tính P-V

25

4.2.2

Đặc tính Q-V

27

Chương 1

Chương 2:

Chương 3:

Chương 4:

4.1

4.2


Ứng dụng phần mềm xây dựng đặc tính P-V, Q-V

30

4.3.1

Xây dựng đặc tính P-V cho mạng nhiều nút

34

4.3.2

Xây dựng đặc tính Q-V cho mạng nhiều nút

35

4.3.3

Khảo sát đặc tính P-V ứng với cosphi đầu nhận sớm

39

4.3.4

Khảo sát đặc tính P-V ứng với cosphi đầu nhận trễ

40

4.3.5

Khảo sát ổn định điện áp xét vectơ riêng và giá trị riêng

41

4.3.6

Đánh giá ổn định điện áp xét vectơ riêng và giá trị riêng

48

4.4

Khảo sát nâng cao ổn định điện áp bằng thiết bị bù SVC

53

4.3

Chương 5:

Ứng dụng của thiết bị bù SVC trong việc nâng cao ổn
định hệ thống điện

63

5.1

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của SVC

63

5.2

Khả năng ứng dụng của SVC trong hệ thống điện

64

5.3

Ứng dụng phần mềm tính toán bù đường dây TT điện

73

Chương 6: Kết luận và kiến nghị

78

6.1

Kết luận

78

6.2

Các kiến nghị

79

Tài liệu tham khảo

80

Phụ lục

81


LỜI NÓI ĐẦU

Như chúng ta đã biết, hệ thống điện (HTĐ) là một trong những cơ sở hạ tầng
quan trọng nhất của nền kinh tế quốc dân. Nó đóng vai trò hết sức quan trọng đối

với sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia. Tuy nhiên, sự phát triển kinh tế, các áp
lực về môi trường, sự cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, sự tăng nhanh nhu cầu phụ
tải cũng như 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.
Vì vậy, HTĐ được vận hành rất gần với giới hạn về ổn định dẫn đến khả năng HTĐ
có thể bị sụp đổ do sự mất ổn định điện áp trong hệ thống ngày càng cao.
Trong luận văn “Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sụp đổ
điện áp trong hệ thống điện”, chúng tôi sử dụng thiết bị bù SVC và phần mềm tính
toán bù trên đường dây truyền tải điện trong việc nâng cao ổn định hệ thống điện để
tránh trường hợp sụp đổ điện áp xảy ra.

-1-


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN

1.1 TỔNG QUAN VỀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU
Ở các nước, vấn đề ổn định điện áp rất được quan tâm nghiên cứu từ nhiều
năm nay. Có thể kế đến các tác giả như C.W. Taylor, P. Kundur, …
Ở Việt Nam, có rất nhiều nghiên cứu về ổn định điện áp như các nghiên cứu
của tác giả Đinh Thành Việt, Ngô Văn Dưỡng, Lê Hữu Hùng về “Khảo sát quan hệ
công suất tác dụng và điện áp tại nút phụ tải để đánh giá giới hạn ổn định điện áp”
đăng trên tạp chí Khoa học và Công nghệ Đại học Đà Nẵng năm 2007; của tác giả
Nguyễn Xuân Dúng về “Đánh giá ổn định điện áp lưới điện 220 kV khu vực miền
Trung”, …
Các nghiên cứu này góp phần quan trọng vào lĩnh vực nghiên cứu về ổn định
hệ thống điện. Tuy nhiên, chưa có các bài báo, công trình nào phân tích rõ cũng như
vận dụng ứng dụng thiết bị bù SVC trong nâng cao tính ổn định hệ thống điện bằng
cách sử dụng phần mềm phân tích đặc tính P-V, Q-V và phần mềm tính toàn bù trên

đường dây truyền tải.
1.2. TÍNH CẤP THIẾT, Ý NGHĨA THỰC TIỄN VÀ KHOA HỌC CỦA
ĐỀ TÀI
Như đã nói ở trên, HTĐ đóng vai trò quan trọng đối với sự phát triển kinh tế
của mỗi quốc gia vì nó là một trong những cơ sở hạ tầng quan trọng nhất của nền kinh
tế quốc dân.
Một HTĐ thường phân chia 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, nhà máy điện gió và một số loại
phát điện khác... Phần truyền tải có thể được coi là hệ thống xương sống của một
HTĐ, bao gồm các đường dây siêu cao áp, cao áp và máy biến áp truyền tải. Phần

-2-


phân phối là nơi điện áp được hạ thấp để cung cấp trực tiếp cho các phụ tải và 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, 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:
Vấn đề 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 15- 20% mỗi năm đang
đặt ra một thách thức lớn cho ngành điện và cả đất nước nói chung: 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 mà 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 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 cơ 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. Vấn đề thứ tư 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 thay đổi hoàn toàn khái niệm
về một HTĐ truyền thống, phần nguồn, phần phân phối hoàn toàn mở cho các doanh
nghiệp có thể tham gia xây dựng nhà máy điện, kinh doanh điện. Và đặc biệt là xu
hướng kết nối các HTĐ với nhau, điều này đã làm cho HTĐ ngày càng phức tạp về
-3-


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. Tại Miền Nam Việt Nam lúc 14h15' ngày 22 tháng 5 năm 2013, đồng loạt
nhiều tỉnh thành tại Miền Nam bị mất điện, tổng lượng điện bị cắt là 9.400MW. Đến
22h40' cùng ngày (mất 8h25') toàn bộ HTĐ Miền Nam mới được khôi phục và hoạt
động trở lại bình thường. Thiệt hại chỉ đối với ngành điện ước tính ban đầu là 14 tỉ
đồng. Tính đến ngày 25 tháng 5, có tổng cộng 8 triệu khách hàng bị ảnh hưởng bởi sự
cố, trong đó tại thành phố Hồ Chí Minh có 1,8 triệu hộ dân và khách hàng điện. 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.

1.3 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Trong đề tài này chúng tôi nghiên cứu việc ứng dụng thiết bị bù SVC và phần
mềm tính toán bù trên đường dây truyền tải điện để nâng cao ổn định điện áp trong
HTĐ. Việc nghiên cứu thành công đề tài sẽ giúp ích cho ngành điện lực trong tính
toán thiết kế, vận hành và điều khiển HTĐ góp phần nâng cao ổn định điện áp, đảm
bảo độ tin cậy cung cấp điện.
1.4 KHÁCH THỂ VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
- Đường dây truyền tải điện 500 kV Bắc Nam.
- Thiết bị bù SVC.
- Phần mềm tính toán bù đường dây truyền tải điện.
1.5 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định điện áp trong HTĐ, các sự cố
tan rã HTĐ liên quan đến vấn đề mất ổn định do mất ổn định điện áp.
- Nghiên cứu cơ chế xảy ra sự cố và nguyên nhân.
- Nghiên cứu các phương pháp phòng ngừa sụp đổ điện áp.
-4-


- Nghiên cứu các biện pháp nâng cao ổn định hệ thống điện.
- Nghiên cứu xây dựng đặc tính P-V, Q-V của mạng điện đơn giản bằng ứng
dụng phần mềm xây dựng đặc tính P-V, Q-V. Khảo sát nâng cao ổn định điện áp bằng
thiết bị bù SVC.
- Nghiên cứu ứng dụng của thiết bị bù SVC và phần mềm tính toán bù đường
dây truyền tải điện trong việc nâng cao ổn định hệ thống điện.
1.6 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
Có rất nhiều phương pháp phòng ngừa sụp đổ điện áp cũng như nâng cao tính
ổn định của hệ thống điện. Đề tài này chỉ nghiên cứu ứng dụng của thiết bị bù SVC và
phần mềm tính toán bù trên đường dây truyền tải điện trong việc nâng cao ổn định hệ
thống điện.
1.7 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Phương pháp nghiên cứu lý luận: Nghiên cứu tài liệu, tổng hợp, phân tích,
so sánh, hệ thống hóa các nguồn tài liệu có liên quan đến đề tài luận văn.
- Phương pháp phân tích số liệu bằng phần mềm: Sử dụng phần mềm tính
toán bù đường dây truyền tải điện (để xác định vị trí bù và các thông số bù trên đường
dây) và ứng dụng phần mềm xây dựng đặc tính P-V, Q-V.
1.8 KẾ HOẠCH THỰC HIỆN
- Tháng 01/2013 đến tháng 3/2013: tìm hiểu và lựa chọn vấn đề nghiên cứu.
- Tháng 3/2013 đến tháng 6/2013: xây dựng tổng quan nghiên cứu và cơ sở lý
luận về vấn đề nghiên cứu (chuyên đề 1).
- Tháng 6/2013 đến tháng 12/2013: xây dựng đặc tính P-V, Q-V dựa vào phần
mềm, ứng dụng thiết bị SVC để nâng cao tính ổn định của hệ thống điện (chuyên đề
2).
- Tháng 01/2014 đến tháng 6/2014: ứng dụng phần mềm tính toán bù trên
đường dây truyền tải điện trong việc nâng cao ổn định hệ thống điện.

-5-


- Tháng 7/2014 đến tháng 10/2014: hoàn thiện luận văn, viết bài báo và chuẩn
bị bảo vệ luận văn trước Hội đồng.
1.9 CẤU TRÚC CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài được trình bày ở 6 chương, cụ thể: Phần tổng quan được trình bày trong
chương 1. Chương 2 các nguyên nhân và cơ chế xảy ra tan rã hệ thống điện.Chương 3
phương pháp phòng ngừa sụp đổ điện áp. Chương 4 các biện pháp tránh sụp đổ điện
áp. Chương 5 ứng dụng của thiết bị bù SVC trong việc nâng cao ổn định hệ thống
điện. Chương 6 kết luận và kiến nghị.

-6-

CHƯƠNG 2:
CÁC NGUYÊN NHÂN VÀ CƠ CHẾ XẢY RA TAN RÃ HỆ THỐNG ĐIỆN
2.1. Các nguyên nhân của sự cố tan rã hệ thống điện
* Các nguyên nhân chung dẫn đến sự cố tan rã HTĐ có thể được tóm tắt như
sau:
Thông thường, một sự cố tan rã HTĐ là một hiện tượng phức tạp, với nhiều
nguyên nhân khác nhau. Một HTĐ bị tan rã là kết quả của một quá trình chia tách,
mất đường dây, máy phát điện...liên tục cho đến khi bị phân chia hoàn toàn thành các
vùng, khu vực cách ly nhau.
2.1.1. Vấn đề trong quy hoạch và thiết kế:
-

Thiết kế và cài đặt sai thông số.

-

Không đáp ứng các tiêu chuẩn.

-

Không cập nhật các tiêu chuẩn.

-

Dự đoán sai nhu cầu của phụ tải.

2.1.2. Vấn đề bảo dưỡng:
- Những công việc bất thường trong quá trình bảo dưỡng.
- Thiết bị quá cũ.
- Thiếu sự đào tạo chuyên sâu nhân viên vận hành.

2.1.3. Vấn đề vận hành:
- Không hiểu rõ HTĐ đang vận hành.
- Thiếu biện pháp phòng ngừa.
- Thiếu biện pháp ngăn chặn.
- Sự phối hợp vận hành kém.
2.1.4. Các nguyên nhân khách quan:
- Thảm họa thiên nhiên.
- Phụ tải tăng bất ngờ.
- Bảo vệ tác động nhầm.
- Các hư hỏng ẩn.

-7-


2.2. CƠ CHẾ XẢY RA SỰ TAN RÃ HỆ THỐNG ĐIỆN

Điều kiện thời
tiết bất thường
dẫn đến hay tải
năng đột ngột

Mất một số
máy phát,
đường dây, tụ
bù, máy bù …

Thiếu công
suất tác dụng
và phản kháng
dự trữ

Vùng phụ tải ở
xa vùng phát
điện, đường
dây truyền tải
dãy

Nặng tải và
điện áp thấp ở
một số nút
trong HTĐ

HỆ THỐNG ĐIỆN

Bắt nguồn bởi một sự cố nguy kịch:
Mất một đường dây, máy phát điện quan trọng, …

Mất ổn định điện

Giảm từ từ
điện áp tại các nút

Tổn thất c/s phản
kháng tăng mạnh

Mất ổn định tần số

Quá tải các thiết bị
khác

OLTC đạt đến nấc cao
nhất

Mất ổn định góc

Vấn đề đồng bộ hóa
HTĐ

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

Sụp đổ điện áp

Thiếu mô men cản dao
động

Cắt các thiết bị quá tải
khác trong HTĐ

Mất đồng bộ

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

Tan rã HTĐ

-8-

Sơ đồ: Cơ chế xảy ra sự tan rã hệ thống điện

2.2.1. Sự mất ổn định điện áp và sụp đổ điện áp
Sự mất ổn định điện áp: Xuất phát từ các thay đổi của tải tiêu thụ công suất
vượt quá khả năng của hệ thống truyền dẫn và hệ thống phát [1].
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.

Hình vẽ 2-11: Sụp đổ điện áp trong sự cố tan rã HTĐ ở Mỹ 14/08/2003 [2].
2.2.2. An ninh điện áp
Khái niệm an ninh điện áp là khả năng của một HTĐ không những vận hành
trong trạng thái ổn định, mà còn duy trì trạng thái ổn định sau khi trải qua các sự cố
ngẫu nhiên hoặc sự tăng tải [3], [4], [5].

-9-


CHƯƠNG 3:
PHƯƠNG PHÁP PHÒNG NGỪA SỤP ĐỔ ĐIỆN ÁP
Khi tính toán các chế độ vận hành của hệ thống điện hợp nhất có đường
dây siêu cao áp, do cấp điện áp cao nên lượng công suất phản kháng mà đường
dây sinh ra là rất lớn. Đặc biệt là khi đường dây không mang tải thì lượng công
suất phản kháng phát ra rất lớn gây nên hiện tượng quá áp ở cuối đường dây. Để
hạn chế hiện tượng này, ta phải dùng các biện pháp kỹ thuật khác nhau như:
+ Tăng số lượng dây phân nhỏ trong một pha (phân pha) của đường dây
để giảm điện kháng và tổng trở sóng, tăng khả năng tải của đường dây.
+ Bù thông số đường dây bằng các thiết bị bù dọc và bù ngang (bù công
suất phản kháng) để giảm bớt cảm kháng và dung dẫn của đường dây làm cho
chiều dài tính toán rút ngắn lại.
+ Phân đoạn đường dây bằng các kháng điện bù ngang có điều khiển đặt

ở các trạm trung gian trên đường dây. Đối với đường dây siêu cao áp 500kV,
khoảng cách giữa các trạm đặt kháng bù ngang thường không quá 600km.
+ Đặt các thiết bị bù ngang hoặc bù dọc ở các trạm nút công suất trung
gian và trạm cuối để nâng cao ổn định điện áp tại các trạm này.
3.1. BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
Khác với các đường dây cao áp (điện áp nhỏ hơn 330kV), quá trình
truyền tải điện xoay chiều trên đường dây siêu cao áp liên quan đến quá trình
truyền sóng điện từ dọc theo đường dây. Điện trường của đường dây ít thay đổi
trong quá trình vận hành vì điện áp trên đường dây được khống chế trong
giới hạn cho phép (thường là  10%), sóng từ trường lại thay đổi trong dãy khá
rộng theo sự thay đổi của dòng điện tải của đường dây.
+ Trị số trung bình cho một chu kỳ năng lượng điện trường tính trên một
đơn vị chiều dài của một pha đường dây là: WE = C.Uf2

(3-1)

+ Công suất điện trường của ba pha của đường dây có chiều dài l là:
-10-


QE = 3..C.Uf2.l

(3-2)

+ Trị số trung bình cho một chu kỳ năng lượng từ trường tính trên một đơn
vị chiều dài của một pha đường dây khi dòng điện tải là I: WM = L.I2

(3-3)

+ Công suất từ trường của ba pha của đường dây có chiều dài l là:

QM = 3.WM.l = 3.L.I2.l

(3-4)

+ Công suất phản kháng do đường dây sinh ra được xác định như là
hiệu giữa công suất điện trường và từ trường:
Q = QE - QM = 3..C.Uf2.l - 3.L.I2.l


L.I 2 
Q  3 .1.C .U 2f  1 


C .U 2f 


(3-5)

(3-6)

+ Khi công suất phản kháng của đường dây bằng 0, ta có:


L.I 2 
0
 1 
2 

C
.

U
f


Suy ra:

I U

Trong đó:

f

C

L

ZC 

U

f

ZC

C
L

 I TN

(3-7)

là tổng trở sóng của đường dây

Việc bù thông số của đường dây siêu cao áp làm tăng khả năng tải của
đường dây và qua đó nâng cao tính ổn định. Các biện pháp thường được áp dụng
và đem lại hiệu quả cao là bù dọc và bù ngang trên các đường dây siêu cao áp.
3.2. BÙ DỌC VÀ BÙ NGANG TRONG ĐƯỜNG DÂY SIÊU CAO ÁP.
Các đường dây siêu cao áp có chiều dài lớn thường được bù thông số
thông qua các thiết bị bù dọc và bù ngang. Mục đích chủ yếu của việc đặt các thiết
-11-


bị bù là nâng cao khả năng tải của đường dây và sang bằng điện áp phân bố dọc
đường dây.
Hơn nữa, bù thông số còn nâng cao tính ổn định tĩnh, ổn định động, giảm
sự dao dộng công suất… làm cho việc vận hành hệ thống điện một cách linh hoạt
và hiệu quả hơn. Đây là biện pháp rất cần thiết cho các đường dây siêu cao áp có
chiều dài lớn.
3.2.1. Bù dọc.
Trị số cảm kháng lớn của đường dây siêu cao áp làm ảnh hưởng xấu
đến hàng loạt chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật quan trọng của đường dây như: góc
lệch pha giữa đầu và cuối đường dây lớn, tổn thất công suất và điện năng trên
đường dây cao, tính ổn định điện áp tại các trạm giữa và cuối đường dây kém…
Bù dọc là giải pháp làm tăng điện dẫn liên kết (giảm điện cảm kháng X của đường
dây) bằng dung kháng XC của tụ điện. Giải pháp này được thực hiện bằng cách
mắc nối tiếp tụ điện vào đường dây. Qua đó giới hạn truyền tải của đường dây
theo điều kiện ổn định tĩnh được nâng lên. Hơn nữa, giới hạn ổn định động cũng
tăng lên một cách gián tiếp do nâng cao thêm đường cong công suất điện từ.
Khi mắc thêm tụ nối tiếp vào đường dây thì điện kháng tổng của mạch
tải điện sẽ giảm xuống còn (XL - XC). Giả sử góc lệch giữa dòng điện phụ tải I

và điện áp cuối đường dây U2 không đổi thì độ lệch điện áp U1 ở đầu đường dây
và góc lệch pha  giữa vectơ điện áp giữa hai đầu đường dây giảm xuống khá
nhiều. Qua đó, ta thấy được hiệu quả của bù dọc:
Một là, ổn định điện áp:
+ Giảm lượng sụt áp với cùng một công suất truyền tải.
+ Điểm sụp đổ điện áp được dịch chuyển xa hơn.
Hai là, ổn định về góc lệch :
+ Làm giảm góc lệch trong chế độ vận hành bình thường, qua đó nâng
cao độ ổn định tĩnh của hệ thống điện.
-12-


+ Làm tăng giới hạn công suất truyền tải của đường dây.
+ Trước khi bù dọc, công suất truyền tải trên đường dây là:
Pgh 

U 1 .U 2
XL

(3-8)

+ Sau khi bù dọc, công suất truyền tải trên đường dây là:
P 

(3-9)

U 1 .U 2
sin 
XL  XC

Ta có giới hạn công suất truyền tải là:

Pgh 

U 1 .U 2
XL  XC

(3-10)

Ta thấy sau khi bù, giới hạn truyền tải công suất của đường dây tăng lên:
k = (XL- X C)/XC

Hình 3.1: Hiệu quả của bù dọc trên đường dây siêu cao áp

Ba là, giảm tổn thất công suất và điện năng:
-13-


+ Dòng điện chạy qua tụ điện C sẽ phát ra một lượng công suất phản
kháng bù lại phần tổn thất trên cảm kháng của đường dây.

+ Đặc trưng cho mức độ bù dọc của đường dây là hệ số bù dọc KC:

KC 

XC
100%
XL

(3-11)

Thông thường, đối với các đường dây siêu cao áp thì hệ số bù dọc KC từ 40
-75% tuỳ theo chiều dài của đường dây.
3.2.2. Bù ngang.
Bù ngang được thực hiện bằng cách lắp kháng điện có công suất cố định
hay các kháng điện có thể điều khiển tại các thanh cái của các trạm biến áp.
Kháng bù ngang này có thể đặt ở phía cao áp hay phía hạ áp của máy biến áp.
Khi đặt ở phía cao áp thì có thể nối trực tiếp song song với đường dây hoặc nối
qua máy cắt được điều khiển bằng khe hở phóng điện.
Dòng điện I1 của kháng bù ngang sẽ khử dòng điện IC của điện dung
đường dây phát ra do chúng ngược chiều nhau. Nhờ đó mà công suất phản kháng
do đường dây phát ra sẽ bị tiêu hao một lượng đáng kể và qua đó có thể hạn chế
được hiện tượng quá áp ở cuối đường dây.
Việc lựa chọn dung lượng và vị trí đặt của kháng bù ngang có ý nghĩa
rất quan trọng đối với một số chế độ vận hành của đường dây siêu cao áp
trong hệ thống điện như chế độ vận hành non tải, không tải... của đường dây.
+ Trong chế độ không tải, phía nguồn khép mạch, phía tải hở mạch thì các
nguồn phát vẫn phải phát công suất tác dụng rất lớn để bù vào tổn thất điện trở
của đường dây và máy biến áp. Để khắc phục sự quá áp và quá tải máy phát ta
phải đặt kháng bù ngang tại một số điểm trên đường dây.
+ Trong chế độ non tải (Ptải < PTN), thì công suất phản kháng trên
đường dây thừa và đi về hai phía của đường dây. Để đảm bảo được trị số
-14-


coscho phép của máy phát, ta phải đặt kháng bù ngang ở đầu đường dây để tiêu
thụ công suất phản kháng.
+ Trong chế độ tải cực tiểu, công suất phản kháng do đường dây sinh ra rất
lớn (đối với đường dây siêu cao áp 500kV với Qo 1MVAR/km) nên ta phải đặt
các kháng bù ngang phân bố dọc theo đường dây để tiêu thụ lượng công suất

phản kháng này. Thông thường, khoảng cách giữa các kháng bù ngang từ 200 500km.
+ Công suất phản kháng của đường dây phát ra trong chế độ không tải được
tính gần đúng như sau:
QC=Udd2.bo.l

(3-12)

Trong đó:
Udd: Điện áp danh định của đường dây; l: chiều dài của đường dây.
+ Đối với các đường dây siêu cao áp có điện áp 330 750kV thì ta có thể
sử dụng các quan hệ gần đúng như sau:
-6

Xo.bo1,15.10

ZC 

Xo
bo

Nên ta có:

1, 07.10  3
b0 
ZC
Như vậy, công suất phản kháng của đường dây siêu cao áp 500kV phát ra là:

QC 

U dd

1, 07.10  3.l  1, 07.10  3.l . PTN
ZC

Đặc trưng cho mức độ bù ngang trên đường dây là hệ số KL:
-15-

(3-13)


KL 

IL
Q
100%  L 100%
IC
QC

(3-14)

Trong đó:
QL: Công suất phản kháng của kháng bù ngang
QC: Công suất phản kháng của điện dung đường dây phát ra.
Đối với các đường dây có cấp điện áp 500kV, tổng công suất của các
kháng bù ngang trên đường dây thường bằng 60 - 70% công suất phản kháng do
điện dung đường dây phát ra.
3.2.3. Nhận xét:
- Đường dây siêu cao áp có nhiều đặc điểm riêng về kỹ thuật cần quan
tâm khi thiết kế phát triển lưới điện, đặc biệt là về giới hạn ổn định và ổn định điện
áp.
- Mô hình đường dây siêu cao áp khi tính toán phải theo sơ đồ thông số

rải. Để đưa về dạng thông số tập trung cần sử dụng sơ đồ tương đương: chia
thành những mắt xích nối tiếp.
- Đặc điểm chủ yếu của các đường dây siêu cao áp là có điện cảm và
điện dung lớn. Để đảm bảo khả năng mang tải và tránh gây ra hiện tượng quá điện
áp khi vận hành non tải hoặc không tải cần phải có biện pháp bù dọc và bù ngang.
- Trị số tối ưu của các thiết bị bù cần phải được tính toán trong từng chế
độ vận hành để đem lại hiệu quả về kinh tế - kỹ thuật.

-16-


CHƯƠNG 4:
CÁC BIỆN PHÁP TRÁNH SỤP ĐỔ ĐIỆN ÁP

4.1. HƯỚNG DẪN PHÂN TÍCH MODAL Q-V
4.1.1. Phân tích độ nhạy Q-V
Phương trình hệ thống tuyến tính hóa quan hệ giữa độ thay đổi công suất nút
và độ thay đổi điện áp cũng như góc pha thông qua ma trận Jacobi:
 P   J P
 Q    J
   Q

J PV    

J QV   V 

(4-1)

Ổn định điện áp chịu ảnh hưởng bởi cả P và Q. Tuy vậy, tại mỗi điểm vận
hành, giữ P không đổi và đánh giá ổn định điện áp bằng cách xem xét quan hệ số gia

giữa Q và V. Điều này tương tự như phương pháp khảo sát đặc tính Q-V. Mặc dù bỏ
qua sự tăng của P, tác dụng của sự thay đổi của phụ tải hay của mức công suất tải điện
cũng được xét đến bằng cách khảo sát quan hệ về độ biến thiên giữa Q và V ở các
điều kiện vận hành khác nhau.
- Từ ma trân Jacobi trong thuật toán Newton-Raphson tính phân bố
công suất rút ra:
- Ma trận JQ-V bao gồm các phần tử Q / V
- Ma trận JQθ bao gồm các phần tử Q / 
- Ma trận JPθ bao gồm các phần tử P / 
- Ma trận JP-V bao gồm các phần tử P / V
- Tính ma trận Jacobi thu gọn JR:
J R  [ J QV  J Q J P1 J PV ]

(4-2)

Từ pt (1) , cho ∆P = 0:
∆Q = JR ∆V

(4-3)
-17-


Hay:
V  J R1 Q

(4-4)

Phần tử thứ i trên đường chéo của J R1 là độ nhạy V-Q tại thanh cái i.
- Độ nhay V-Q tại một nút biểu diễn cho độ dốc của đặc tính Q-V tại điểm vận
hành cho trước. Độ nhạy V-Q dương biểu thị vận hành ổn định, độ nhạy càng nhỏ thì

hệ thống càng ổn định. Tính ổn định càng giảm khi độ nhạy càng lớn và bằng vô cùng
tại giới hạn ổn định.
- Một độ nhạy âm biểu thị tình trạng không ổn định.
Do tính phi tuyến của quan hệ V-Q nên độ lớn của độ nhạy V-Q không cung
cấp một sự đánh giá trực tiếp về độ ổn định tương đối.
4.1.2. Phân tích modal Q-V
Đặc tính ổn định điện áp của hệ thống được xác định bằng cách tính các giá trị
riêng và vec tơ riêng của ma trận thu gọn J R:
(4-5)

J R   

Trong đó:
ξ: ma trận vectơ riêng bên phải của JR
η: ma trận vectơ riêng bên trái của JR
Λ: ma trận chéo các giá trị riêng của JR
ηξ = I , ξ-1 = η

Với

(4-6)

Sự thay đổi điện áp ΔV theo sự thay đổi của ΔQ cho bởi:
V  J R1 Q   1  Q

(4-7)

Hay:
V  
i

 ii
Q
i

(4-8)
-18-