nghiên cứu sụp đổ 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
PHAN THANH HOÀNG

NGHIÊN CỨU SỤP ĐỔ ĐIỆN ÁP
TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
S

K

C

0

0

3

9

5

9

NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250

S KC 0 0 3 9 6 9

Tp. Hồ Chí Minh, 2013


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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHAN THANH HOÀNG

NGHIÊN CỨU SỤP ĐỔ ĐIỆN ÁP TRONG
HỆ THỐNG ĐIỆN

Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện
Mã số ngành: 60 52 50

Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS PHAN THỊ THANH BÌNH


Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2012

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHAN THỊ THANH BÌNH
(Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị và chữ ký)
.....................................................................
.....................................................................
.....................................................................

.....................................................................
.....................................................................
Cán bộ chấm nhận xét 1: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị và chữ ký)
.....................................................................
.....................................................................
.....................................................................
.....................................................................
.....................................................................
Cán bộ chấm nhận xét 2: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị và chữ ký)
.....................................................................
.....................................................................
.....................................................................
.....................................................................
.....................................................................
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH.
Ngày . . . tháng . . . năm 2013


LÝ LỊCH KHOA HỌC

I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ & tên: Phan Thanh Hoàng

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 05/04/1979

Nơi sinh: Tiền Giang

Quê quán: Chợ Gạo – Tiền Giang

Dân tộc: Kinh

Địa chỉ liên lạc: 11B/17- Học Lạc – Phường 8 – Thành phố Mỹ Tho – TG
Điện thoại cơ quan: 0733851588
Fax:

Điện thoại nhà riêng: 01698559065
E-mail:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quyThời gian đào tạo từ 12/1997 đến 12/ 2003
Nơi học (trường, thành phố): ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh
Ngành học: Điện khí hóa & Cung cấp điện
3. Thạc sĩ:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ 5/2009 đến 5/2011

Nơi học (trường, thành phố): ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh
Ngành học: Thiết bị, Mạng & Nhà máy điện
Tên luận văn: Nghiên cứu sụp đổ điện áp trong hệ thống điện.
Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 07/01/2013 tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ
thuật Thành phố Hồ Chí Minh.
Người hướng dẫn: PGS.TS Phan Thị Thanh Bình

4. Trình độ ngoại ngữ: Tiếng Anh B1.

Phòng Đào tạo - Bộ phận sau đại học; Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM-ĐT 37225766


III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI
HỌC:
Thời gian
10/2006
đến nay

Công việc đảm

Nơi công tác

nhiệm

Trường Cao đẳng Nghề Tiền Giang).

XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN CỬ ĐI HỌC
(Ký tên, đóng dấu)

Phòng Đào tạo

Ngày

tháng 12 năm 2012
Người khai ký tên

Phan Thanh Hoàng

Phòng Đào tạo - Bộ phận sau đại học; Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM-ĐT 37225766


Luận văn Tốt Nghiệp

GVHD: PGS TS Phan Thị Thanh Bình

Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 11 năm 2012
Tác giả luận văn

Phan Thanh Hoàng

Phan Thanh Hoàng

Page i


Luận văn Tốt Nghiệp

GVHD: PGS TS Phan Thị Thanh Bình

Lời cảm ơn
Sau một thời gian học tập và nghiên cứu tại trƣờng, tôi đã hoàn thành đề tài luận
văn tốt nghiệp cao học của mình. Để có đƣợc thành quả này, tôi đã nhận đƣợc rất

nhiều sự hỗ trợ và giúp đỡ từ thầy cô, gia đình, cơ quan và bạn bè.
Thông qua luận văn này tôi xin chân thành cám ơn:
PGS.TS Phan Thị Thanh Bình, ngƣời cô mẫu mực, tận tụy, định hƣớng, chỉ
bảo, truyền đạt những kiến thức chuyên môn và kinh nghiệm nghiên cứu trong quá
trình tôi thực hiện luận văn này.
Quí Thầy/Cô phản biện, đã đƣa ra những quan điểm, đánh giá bổ sung vào lĩnh
vực tôi đang nghiên cứu, giúp tôi hiểu rộng hơn về hƣớng nghiên cứu đề tài, và tự
đánh giá lại công việc đã thực hiện của mình.
Ban Giám hiệu, lãnh đạo Khoa Điện-Điện tử, Quí Thầy/Cô Trƣờng Đại Học
Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh đã truyền đạt kiến thức chuyên môn, kinh
nghiệm, giúp tôi tự tin tìm hiểu kiến thức chuyên ngành, tạo mọi điều kiện tốt nhất cho
tôi hoàn thành khoá học.
Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên, giúp đỡ cho tôi trong suốt
quá trình nghiên cứu và học tập.

Xin chân thành cảm ơn!
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 11 năm 2012
Tác giả luận văn

Phan Thanh Hoàng

Phan Thanh Hoàng

Page ii


Luận văn Tốt Nghiệp

GVHD: PGS TS Phan Thị Thanh Bình

Mục Lục
Trang
Trang tựa
Quyết định giao đề tài
Giấy xác nhận của cán bộ hướng dẫn
Lý lịch khoa học
Lời cam đoan .................................................................................................................... i
Lời cảm ơn .......................................................................................................................ii
Mục Lục ......................................................................................................................... iii
Tóm tắt luận văn ............................................................................................................ .vi
Danh sách các hình ........................................................................................................vii
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ........................................................................................... 1
1.1 Giới thiệu ................................................................................................................... 1
1.1.1 Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài .................................................................. 1
1.1.2 Mục đích của đề tài................................................................................................. 1
1.1.3 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài ............................................................................. 1
1.1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu ........................................................................................ 2
1.1.5 Những đề tài đã công bố ......................................................................................... 2
1.2 Tổng quan về sụp đổ điện áp ..................................................................................... 7
1.2.1 Phân loại ổn định hệ thống điện ............................................................................. 7
1.2.2 Các chế độ làm việc của hệ thống điện .................................................................. 7
1.2.3 Các khái niệm về ổn định hệ thống điện ................................................................ 8
1.2.4 Tổng quan về sụp đổ điện áp .................................................................................. 8
CHƢƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ PHƢƠNG PHÁP NEWTON – RAPHSON VÀ
THIẾT LẬP MA TRẬN JACOBIAN…………………………………………….......11
2.1 Phƣơng pháp Neuton - Raphson:............................................................................. 11
2.2 Áp dụng tính toán ................................................................................................... 12
2.3 Thành lập ma trận Jacobian .................................................................................... 13
Phan Thanh Hoàng

Page iii


Luận văn Tốt Nghiệp

GVHD: PGS TS Phan Thị Thanh Bình

2.4 Tính toán trị riêng, véc tơ riêng của ma trận vuông .............................................15
2.4.1 Định thức của ma trận vuông .............................................................................. 16
2.4.2 Giá trị riêng, véc tơ riêng của ma trận vuông..................................... .................. 17
2.4.2.1. Định nghĩa ....................................................................................................... .17
2.4.2.2 Phƣơng pháp tìm giá trị riêng, véc tơ riêng của ma trận vuông… .................... 17
2.4.3 Véc tơ riêng phải của ma trận vuông ................................................................... 18
2.4.4 Véc tơ riêng trái của ma trận vuông...................................... ............................... 20
CHƢƠNG 3: XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN MẤT ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG
HỆ THỐNG ĐIỆN……………………………………………………………………22
3.1 Khái niệm về ổn định điện áp ................................................................................. 22
3.1.1 Ổn định điện áp khi có dao động nhỏ ................................................................... 23
3.1.2 Ổn định điện áp khi có dao động lớn ................................................................... 23
3.2. Khái niệm về sụp đổ điện áp .................................................................................. 23
3.3 Phân bố công suất trong hệ thống điện ................................................................... .23
3.3.1 Thành lập mô hình mạng điện và tìm ma trận tổng dẫn ...................................... .23
3.3.2 Phân bố công suất bằng phƣơng pháp Newton - Raphson ................................... 27
3.4 Phân tích độ nhạy V - Q .......................................................................................... 31
3.5 Phân tích modal ....................................................................................................... 32
3.6 Hệ số tham gia ............................................................................................. ………34
3.7 Phƣơng pháp xác định khoảng cách kmin ……………………………………….34
3.7.1 Định nghĩa hệ số kmin ………………………………………………………….34
3.7.2 Lƣu đồ xác định khoảng cách kmin …….………………………………

35

3.7.3 Giải thích lƣu đồ……………………….. ………………………………

35

CHƢƠNG 4: ỨNG DỤNG
4.1 Hệ thống điện 2 nút ................................................................................................. 37
4.2 Hệ thống điện 4 nút ............................................................................................. …38
CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ..................... 40

Phan Thanh Hoàng

Page iv


Luận văn Tốt Nghiệp

GVHD: PGS TS Phan Thị Thanh Bình

5.1 Kết luận.................................................................................................................... 40
5.2 Kết quả đạt đƣợc .................................................................................................. …40
5.3 Hạn chế của đề tài .................................................................................................... 40
5.4 Hƣớng phát triển của đề tài ................................................................................. …40
Phụ lục 1: Phần lập trình ............................................................................................. ..41
Phụ lục 2: Phần kết quả mô phỏng mạng 2 nút, 4 nút ................................................... 60
Tài liệu tham khảo: ……………………………………………………………….......61

Phan Thanh Hoàng

Page v


Luận văn Tốt Nghiệp

GVHD: PGS TS Phan Thị Thanh Bình

Tóm tắt luận văn
Nghiên cứu sụp đổ điện áp trong hệ thống điện là một trong những công việc
hết sức cần thiết trong quá trình phân tích ổn định điện áp, đặc biệt là đối với hệ thống
điện phức tạp nhƣ Việt Nam, luận văn này đã trình bày trình bày phƣơng pháp xác
định khoảng cách ngắn nhất dẫn đến mất ổn định điện áp trong hệ thống điện, để làm
cơ sở cho quá trình vận hành .
Thông qua kết quả thu đƣợc từ các ví dụ mẫu đƣợc trình bày trong luận văn
cho thấy phƣơng pháp xác định khoảng cách ngắn nhất kmin có khả năng xác định đƣợc
lƣợng phụ tải biến động dẫn đến kmin tại các nút trong hệ thống điện. Các giá trị của
lƣợng phụ tải này làm cơ sở giới hạn cho các giá trị phụ tải ban đầu trong khi vận
hành.

Phan Thanh Hoàng

Page vi


Luận văn Tốt Nghiệp

GVHD: PGS TS Phan Thị Thanh Bình

Danh sách các hình
Hình

Trang

Hình 1.1: Hệ thống 9 nút và 3 máy phát.......................................................................... 2
Hình 1.2. Điện áp tại các bus .......................................................................................... 3
Hình 1.3. Hệ số tham gia ................................................................................................ 3
Hình 1.4. Hệ thống điện IEEE 14 nút ............................................................................. 4
Hình 1.5. Điện áp tại các bus .......................................................................................... 4
Hình 1.6. Hệ số tham gia ................................................................................................ 5
Hình 1.7. Hệ thống điện IEEE 30 nút .............................................................................. 5
Hình 1.8. Hệ số tham gia ................................................................................................. 6
Hình 1.9. Điện áp tại các bus ........................................................................................... 6
Hình 3.1 Đƣờng cong V -Q ........................................................................................... 22
Hình 3.2a. Sơ đồ đơn tuyến ........................................................................................... 25
Hình 3.2b. Mạch điện tƣơng đƣơng .............................................................................. 26
Hình 3.2c. Mạch điện gộp lại. ....................................................................................... 26
Hình 3.3. Nút tiêu biểu của hệ thống điện ..................................................................... 27
Hình 4.1. Mạch điện 2 nút . ........................................................................................... 37
Hình 4.2. Mạch điện 4 nút ............................................................................................. 38

Phan Thanh Hoàng

Page vii


GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

HVTH: Phan Thanh Hoàng

Chƣơng 1

TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu
1.1.1. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài:
Nghiên cứu sụp đổ điện áp trong hệ thống điện là một trong những công việc hết
sức cần thiết trong quá trình phân tích ổn định điện áp, đặc biệt là đối với hệ thống điện
phức tạp như Việt Nam khi phải đối mặt với tình trạng quá tải liên tục trong mùa khô.
Khi điện áp tại các nút trong hệ thống điện giảm dưới mức cho phép sẽ làm cho hệ thống
điện hoạt động không ổn định và nguyên nhân gây giảm điện áp tại các nút theo như đề
tài nghiên cứu là sự thay đổi tải, nếu có sự biến đổi lớn phụ tải trong hệ thống điện gây ra
những tác động không mong muốn như sau:
 Điện áp, tần số tại các nút trong hệ thống điện giảm xuống thấp quá mức không
thể duy trùy trạng thái làm việc bình thường.
 Hệ thống điện bị tan rã hoàn toàn, các rơ le điện áp thấp sẽ tự động sa thải phụ
tải, máy phát bị cắt khỏi lưới và ngừng làm việc.
Từ những lý do trên, sự cần thiết để tìm một khoảng cách ngắn nhất kmin dẫn đến
mất ổn định điện áp, hỗ trợ việc vận hành, theo dõi được tình trạng nguy hiểm gây bất lợi
cho hệ thống điện.
1.1.2. Mục đích của đề tài:
Xác định khoảng cách ngắn nhất kmin dẫn đến mất ổn định điện áp (mất ổn định
điện áp sẽ dẫn đến sụp đổ điện áp) để làm cơ sở định hướng vận hành hệ thống điện an
toàn.
1.1.3. Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài
- Nghiên cứu tìm hiểu về phép phân tích modal để xác định giá trị riêng, véc tơ
riêng của ma trận Jacobian giản lược của hệ thống.
- Ứng dụng để xác định khoảng cách ngắn nhất dẫn đến mất ổn định điện áp trong
hệ thống điện.
- Có rất nhiều phương pháp nghiên cứu về hiện tượng sụp đổ điện áp, trong bản
Nghiên cứu sụp đổ điện áp trong hệ thống điện

Trang 1


GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

HVTH: Phan Thanh Hoàng

luận văn này chỉ dùng các ví dụ cụ thể để mô phỏng cho nghiên cứu, xác định khoảng
cách ngắn nhất dẫn đến mất ổn định điện áp cho hệ thống điện điển hình.
- Rút ra kết luận và hướng phát triển của đề tài.
1.1.4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Phân tích tài liệu: Sử dụng phương pháp phân tích vận dụng giá trị riêng, véc tơ
riêng của ma trận Jacobian để xác định khoảng cách ngắn nhất dẫn đến mất ổn định điện
áp trong hệ thống điện.
Tính toán: Tận dụng khả năng linh hoạt của phần mềm Matlab trong việc xử lý số
liệu và biểu diễn các kết quả tính toán.
Dữ liệu: Sử dụng số liệu phụ tải điện trong mô hình hệ thống điện cho trước.
1.1.5. Những đề tài đã công bố
 Năm 2000, tác giả Amer AL - Hinai có bài báo về:
“Voltage collapse prediction interconnected power system”.
Kết quả: Dựa vào sự khảo sát trị riêng của ma trận Jacobian được thành lập từ bài
toán phân bố công suất tác giả đánh giá được hệ thống điện ổn định hoặc mất ổn định
hoặc ở trạng thái sắp sụp đổ. Tiếp theo, căn cứ vào các véc tơ riêng bên phải và véc tơ
riêng bên trái, tác giả xác định được vị trí các nút có khả năng gây ra sụp đổ điện áp trong
các hệ thống điện mô phỏng.
+ Đối với hệ thống 9 nút và 3 máy phát.

HÌNH 1.1: Hệ thống điện 3 máy phát, 9 nút
Nghiên cứu sụp đổ điện áp trong hệ thống điện

Trang 2


GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

HVTH: Phan Thanh Hoàng

HÌNH 1.2 : Điện áp tại các bus

HÌNH 1.3: Hệ số tham gia tại các bus
Sau khi phân bố công suất, tìm được nút 5 có điện áp thấp nhất (Hình 1.2) và hệ số
tham gia cao nhất (Hình 1.3). Do đó nút thứ 5 là nút có khả năng dẫn đến sụp đổ điện áp
là lớn nhất.

Nghiên cứu sụp đổ điện áp trong hệ thống điện

Trang 3


GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

HVTH: Phan Thanh Hoàng

+ Đối với hệ thống IEEE 14 nút.

HÌNH 1.4: Hệ thống điện IEEE 14 nút

HÌNH 1.5: Điện áp tại các bus

Nghiên cứu sụp đổ điện áp trong hệ thống điện

Trang 4


GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

HVTH: Phan Thanh Hoàng

+ Đối với hệ thống IEEE 30 nút.

HÌNH 1.6: Hệ số tham gia tại các bus
Sau khi phân bố công suất, tìm được nút 14 có điện áp tương đối thấp (Hình 1.2)
và hệ số tham gia cao nhất (Hình 1.3). Do đó nút thứ 14 là nút có khả năng dẫn đến sụp
đổ điện áp là lớn nhất.
+ Đối với hệ thống IEEE 30 nút.

HÌNH 1.7: Hệ thống điện IEEE 30 nút
Nghiên cứu sụp đổ điện áp trong hệ thống điện

Trang 5


GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

HVTH: Phan Thanh Hoàng

HÌNH 1.8: Hệ số tham gia tại các bus

HÌNH 1.9: Điện áp tại các bus
Sau khi phân bố công suất, tìm được nút 30 có điện áp thấp nhất (Hình 1.2) và hệ

số tham gia cao nhất (Hình 1.3). Do đó nút thứ 30 là nút có khả năng dẫn đến sụp đổ điện
áp là lớn nhất.
Nghiên cứu sụp đổ điện áp trong hệ thống điện

Trang 6


GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

HVTH: Phan Thanh Hoàng

 Tác giả Musthafa có bài báo về:
“Transmission line stability improvement using TCSC”.
Kết quả: Tác giả Musthafa cũng dựa vào hệ thống điện IEEE 14 nút để dự báo sụp
đổ điện áp, bằng phép phân tích modal, đánh giá nút 14 là nút có khả năng dẫn đến sụp
đổ điện áp lớn nhất. TCSC được sử dụng như là một bộ tụ bù nhằm cải thiện điện áp sau
khi có tiên đoán sụp đổ điện áp.
1.2 Tổng quan về sụp đổ điện áp:
1.2.1. Phân loại ổn định hệ thống điện.
Hệ thống điện (HTĐ) là được phân loại ổn định dựa trên các chỉ tiêu như ổn định
góc rotor, điện áp và tần số. Quá trình phân loại ổn định trong hệ thống điện được trình
bày trong sơ đồ sau:
ổn định hệ thống
điện

ổn định tần số

ổn định góc rotor

ổn định khi mất

cân bằng nhỏ

ổn định quá độ

ổn định điện áp

ổn định điện áp
khi dao động lớn

ổn định điện áp
khi dao động nhỏ

Ngắn hạn

Dài hạn

Ngắn hạn
Ngắn hạn

Dài hạn

Phân loại ổn định trong hệ thống điện
1.2.2. Các chế độ làm việc hệ thống điện.
Các chế độ làm việc của hệ thống điện chia làm hai loại chính: chế độ xác lập và
chế độ quá độ.
Chế độ xác lập: là chế độ trong đó các thông số của hệ thống không thay đổi hoặc
trong những khoảng thời gian tương đối ngắn, chỉ biến thiên nhỏ quanh các trị số định
mức. Chế độ làm việc bình thường và lâu dài của hệ thống thuộc về chế độ xác lập, mà
Nghiên cứu sụp đổ điện áp trong hệ thống điện

Trang 7


GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

HVTH: Phan Thanh Hoàng

còn được gọi là chế độ xác lập bình thường. Chế độ sau sự cố hệ thống được phục hồi và
làm việc tạm thời cũng thuộc về chế độ xác lập mà còn được gọi là chế độ xác lập sau sự
cố.
Chế độ quá độ: là chế độ trung gian chuyển từ chế độ xác lập này sang chế độ xác
lập khác. Chế độ quá độ thường diễn ra sau những sự cố hoặc thao tác đóng cắt các phân
tử mang công suất mà thường được gọi là các kích động lớn. Chế độ quá độ gọi là chế độ
quá độ bình thường nếu nó tiến đến chế độ xác lập mới. Trong trường hợp này các thông
số hệ thống bị biến thiên nhưng sau một thời gian lại trở về trị số gần định mức và tiếp
theo ít thay đổi. Ngược lại, có thể diễn ra chế độ quá độ với thông số hệ thống biến thiên
mạnh, sau đó tăng trở lại vô hạn hoặc giảm đến 0. Chế độ quá độ đó được gọi là chế độ
quá độ sự cố.
1.2.3. Các khái niệm ổn định hệ thống điện.
Trong hệ thống điện, phân chia ổn định hệ thống theo 2 dạng: Ổn định tĩnh và ổn
định động.
- Ổn định tĩnh: là khả năng của hệ thống sau những kích động nhỏ phục hồi được
chế độ ban đầu hoặc rất gần với chế độ ban đầu.
- Ổn định động: là khả năng của hệ thống sau những kích động lớn phục hồi được
trạng thái ban đầu hoặc rất gần với trạng thái ban đầu (trạng thái vận hành cho phép).
Bài toán ổn định trong hệ thống điện là một trong những bài toán cần được quan
tâm và nghiên cứu đúng mức để có thể hạn chế trạng thái mất ổn định trong hệ thống
điện đến mức thấp nhất có thể. Bài toán ổn định trong hệ thống điện là một bài toán lớn
bao gồm nhiều bài toán nhỏ, chẳng hạn như là một bài toán liên quan đến tính ổn định
tĩnh trong hệ thống điện, các bài toán liên quan đến tính ổn định động trong hệ thống điện

hay cụ thể hơn là bài toán liên quan đến dao động công suất trong hệ thống điện cần phải
có thiết bị tự động điều khiển để làm giảm bớt dao động công suất, phục hồi hệ thống
nhanh chóng trở về trạng thái làm việc bình thường, góp phần nâng cao hiệu suất truyền
tải điện, nâng cao các tiêu chí đánh giá về ổn định hệ thống.
1.2.4. Tổng quan về sụp đổ điện áp.
Mất ổn định điện áp hay sụp đổ điện áp là sự cố nghiêm trọng trong vận hành hệ
thống điện, làm mất điện trên một vùng hay trên cả diện rộng, gây thiệt hại rất lớn về
Nghiên cứu sụp đổ điện áp trong hệ thống điện

Trang 8


GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

HVTH: Phan Thanh Hoàng

kinh tế, chính trị, xã hội. Do điện là yếu tố then chốt của sản xuất, nhiều nước trên thế
giới không còn tính toán thiệt hại do mất điện theo đơn vị giờ mà là đơn vị phút. Vì vậy,
việc phân tích mất ổn định điện áp ở Việt Nam cần được quan tâm nhiều hơn nữa và có
những biện pháp để ngăn ngừa sụp đổ điện áp.
Hệ thống điện đóng vai trò quan trọng đối với sự phát triển kinh tế của mỗi quốc
dân. Do sự phát triển kinh tế và các áp lực của môi trường, sự cạn kiệt tài nguyên thiên
nhiên, cũng như sự tăng nhanh nhu cầu phụ tải làm cho hệ thống điện ngày càng trở nên
rộng lớn về quy mô, phức tạp trong tính toán thiết kế và vận hành làm cho hệ thống điện
làm việc rất gần về giới hạn ổn định. Một hệ thống điện thường được phân chia thành ba
phần chính:
+ Phần phát điện: bao gồm các nhà máy phát điện như: nhiệt điện (than, khí).
+ Phần truyền tải: bao gồm các đường dây cao áp, máy biến áp truyền tải.
+ Phần phân phối: đây là phần điện áp được hạ thấp để cung cấp điện trực tiếp cho
các phụ tải và cũng là phần thường xuyên gây mất ổn định trong hệ thống điện.

Hệ thống điện Việt Nam đang phải đối mặt với nhiều khó khăn: Thứ nhất: sự tăng
quá nhanh phụ tải. Thứ hai: Sự cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, điển hình như sự khai
thác quá mức nguồn thủy điện cũng như than đá. Thứ ba: việc ứng dụng công nghệ mới
như điện hạt nhân ở nước ta còn nhiều khó khăn do vấn đề về công nghệ, lo ngại về sự an
toàn, vốn đầu tư. Tất cả các vấn đề trên đã làm cho hệ thống điện Việt Nam tiến gần đến
giới hạn ổn định và rất nhạy cảm với sự cố xảy ra. Theo các kết quả nghiên cứu, hệ thống
điện bị sụp đổ chủ yếu do mang tải quá nặng hoặc mất ổn định điện áp trong hệ thống.
Một số sự cố cảnh báo tan rã hoặc tan rã hệ thống điện gần đây, gây ra những hậu quả
nghiêm trọng minh chứng cho điều này, điển hình như:
 Ngày 08 tháng 07 năm 2012, trên lưới điện quốc gia Việt Nam, do phụ tải tăng
cao và nhà máy thủy điện lại phát sản lượng thấp đã gây mất điện đến gần 2 giờ tại các
tỉnh miền trung từ Quảng Bình đến Quảng Ngải và các tỉnh Đắc Nông, Đắc Lắc.
 Sụp đổ điện áp xảy ra ngày 13 tháng 04 năm 1986 tại Winnipeg, Canada.
 Sụp đổ điện áp xảy ra ngày 17 tháng 05 năm 1985 tại Sounth Florida.
 Sụp đổ điện áp xảy ra ngày 21 tháng 05 năm 1983 tại Northern California.
 Sụp đổ điện áp xảy ra ngày 27 tháng 12 năm 1983 tại Sweden.
Nghiên cứu sụp đổ điện áp trong hệ thống điện

Trang 9


GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

HVTH: Phan Thanh Hoàng

 Sụp đổ điện áp xảy ra ngày 04 tháng 08 năm 1982 tại Belgium.
 Sụp đổ điện áp xảy ra ngày 20 tháng 05 năm 1986 tại England.
 Sụp đổ điện áp xảy ra ngày 12 tháng 01 năm 1987 tại Western France.
 Sụp đổ điện áp xảy ra ngày 23 tháng 07 năm 1987 tại Tokyo.
 Sụp đổ điện áp xảy ra ngày 22 tháng 08 năm 1970 tại Japan.

Một loạt các sự cố tan rã hệ thống điện kể trên, đặc biệt hệ thống điện tại Việt Nam
đang ngày càng quá tải đã chứng tỏ rằng vấn đề nghiên cứu để giúp cho hệ thống điện
hoạt động ổn định 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 mất ổn định điện áp dẫn đến tan rã hệ thống điện vẫn còn nguyên tính thời sự. Chính
vì vậy việc nghiên cứu xác định khoảng cách nhỏ nhất dẫn đến mất ổn định điện áp của
hệ thống điện là rất cần thiết trong bối cảnh của nước ta hiện nay, từ việc xác định
khoảng cách giới hạn nhỏ nhất kmin này giúp cho người vận hành hệ thống điện làm chủ
được tình hình, tự động ngừng thêm tải và sa thải phụ tải khi xuất hiện cảnh báo.

Nghiên cứu sụp đổ điện áp trong hệ thống điện

Trang 10


GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

HVTH: Phan Thanh Hoàng

Chƣơng 2
LÝ THUYẾT VỀ PHƢƠNG PHÁP NEWTON - RAPHSON VÀ
THIẾT LẬP MA TRẬN JACOBIAN
2.1 Phƣơng pháp Newton – Raphson.
Phương pháp Newton-Raphson là một phương pháp hữu dụng để giải các phương
trình đại số phi tuyến. So với phương pháp Gass-seidel, phương pháp này tính toán nhanh
hơn và đảm bảo sự hội tụ chắc chắn hơn trong hầu hết các trường hợp. Nó là phương
pháp phù hợp để tính toán trong các mạng lưới phân bố công suất lớn. Điều trở ngại của
phương pháp này là chiếm một dung lượng lớn của bộ nhớ máy vi tính. Điều này làm
giảm khả năng lưu trữ hệ thống dữ liệu. Tốc độ hội tụ tăng lên đáng kể bằng việc thể hiện

lần lặp đầu tiên với phương pháp Gauss-Seidel và sử dụng giá trị đạt được cho sự bắt đầu
của vòng lặp Newton-Raphson. Trước khi giải thích phương pháp Newton-Raphson giải
quyết vấn đề phân bố công suất như thế nào? Thật hữu dụng nếu xem lại các đặc điểm
của phương pháp này.
Xét bài toán một nghiệm như sau:
f ( x)  c

(2.1)

Nếu x(0) là là giá trị xấp xỉ ban đầu của quá trình giải toán, và Δx(0) là sai số trong
quá trình giải thì:
f ( x (0)  x (0) )  c

(2.2)

Khai triển Taylor phí trái của phương trình trên theo x(0) :
f ( x (0) )  (

df (0) (0) 1 d 2 f (0)
) .x  ( 2 ) .(x (0) ) 2  ...  c
dx
2! dx

(2.3)

Giả sử rằng sai số Δx(0) là rất nhỏ, không xét đến thành phần bậc cao hơn, kết quả
như sau:
c(0)  (

df (0) (0)

) .x
dx

(2.4)

Trong đó:
c (0)  c  f ( x (0) )

Nghiên cứu sụp đổ điện áp trong hệ thống điện

Trang 11


GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

với giá trị gán ước lượng sẽ cho kết quả trong quá trình xấp xỉ thứ 2:

(0)

x

Thay Δx
x

HVTH: Phan Thanh Hoàng

(0)

x (0) 

(0)

c (0)

 x (0)  x (0)
df
( )(0)
dx

c (0)
df
( ) (0)
dx

(2.5)

(2.6)

Liên tục lặp theo phương pháp Newton-Graphson ta có:
c ( k )  c  f ( x ( k ) )

x ( k ) 

c ( k )
df
( )( k )
dx

x( k 1)  x( k )  x( k )

(2.7)
(2.8)

(2.9)

2.2 Áp dụng tính toán
Cho phương trình:
f ( x)  x 3  6.x 2  9.x  4

(2.10)

Sử dụng phương pháp Newton – Graphson tìm nghiệm phương trình (2.9), biết giá
trị gán ban đầu là: x(0)=6.
Kết quả có:
df ( x)
 3x 2  12.x  9
dx
c (0)  c  f ( x (0) )  50

(

df (0)
)  3.62  12.6  9  45
dx

(0)
Tính được x :

(x)(0)  c

c (0)
 1.1111
df 0
( )
dx

Giá trị nghiệm ở lần lặp 1:
x(1)  x(0)  x(0)  6  1.1111  4.8889

Giá trị nghiệm ở lần lặp 2:

Nghiên cứu sụp đổ điện áp trong hệ thống điện

Trang 12


GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình
13.4431
x(2)  x(1)  x(1)  4.8889 
 4.2789
22.037

HVTH: Phan Thanh Hoàng

Giá trị nghiệm ở lần lặp 3:
x (3)  x(2)  x(2)  4.2789 

2.9981
 4.0405
12.5797

Giá trị nghiệm ở lần lặp 4:
x(4)  x(3)  x(3)  4.0405 

0.3748
 4.0011
9.4918

Giá trị nghiệm ở lần lặp 5:
x(5)  x(4)  x(4)  4.0011 

0.0095
 4.0000
9.0126

Vậy nghiệm của phương trình (2.9) theo phương pháp Newton – Raphson, x = 4
2.3 Thành lập ma trận Jacobian
Xét hệ phương trình với n biến:
f1 ( x1 , x2 ,..., xn )  c1
f 2 ( x1 , x2 ,..., xn )  c2
...............................
f n ( x1 , x2 ,..., xn )  cn

(2.11)

Khai triển Taylor vế trái các phương trình theo giá trị gán ban đầu và không quan
tâm đến các thành phần bậc cao, tìm được các phương trình sau:
( f1 )(0)  (

f1 (0)

f
f
) .x1(0)  ( 1 )(0) .x2(0)  ...  ( 1 )(0) .xn (0)  c1
x1
x2
xn

( f 2 )(0)  (

f 2 (0)
f
f
) .x1(0)  ( )(0) .x2(0)  ...  ( 2 )(0) .xn(0)  c2
x1
x2
xn

(2.12)

...................................................................................................
( f n )(0)  (

f n (0)
f
f
) .x1(0)  ( n )(0) .x2(0)  ...  ( n )(0) .xn (0)  cn
x1
x2
xn

Phương trình (2.12) được viết dưới dạng ma trận như sau:

Nghiên cứu sụp đổ điện áp trong hệ thống điện

Trang 13