nghiên cứu sử dụng tcsc để năng cao khả năng truyền tải của đường dây 500kv

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHAN VĂN HẢI

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TCSC ĐỂ NĂNG CAO
KHẢ NĂNG TRUYỀN TẢI CỦA ĐƯỜNG DÂY 500KV

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN- 605250

S KC 0 0 4 0 9 8

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013


LUÂN VĂN THẠC SĨGVHD : PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH

TÓM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANG
Họ và tên: PHAN VĂN HẢI
Ngày 12 tháng 10 năm sinh: 1977
Nơi sinh: Quảng Nam
Địa chỉ liên lạc: 118/1 khu A Tân Thắng Tân Bình Dĩ An Bình Dương
Điện thoại: 0988604002
Email:
Quá trình đào tạo:
-Từ năm 1996 đến năm 2001 theo học ngành Hệ Thống Điện tại Trường Đại
học Bách Khoa Đà Nẵng
-Từ năm 2011 đến năm 2013 theo học Cao học ngành Thiết bị, Mạng và Nhà
máy điện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.

Quá trình công tác:
Từ năm 2002 đến nay công tác tại Công ty Truyền Tải Điện 4; địa chỉ: số 07
Quốc lộ 52, Phường Trường Thọ, Quận Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh.

HVTH : PHAN VĂN HẢI

Trang i


LUÂN VĂN THẠC SĨ

GVHD : PGSTS QUYỀN HUY ÁNH

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
TP. Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 10 năm 2013
Người viết cam đoan

Phan Văn Hải

HVTH : PHAN VĂN HẢI

Trang ii


LUÂN VĂN THẠC SĨGVHD : PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH

CẢM TẠ

Trong thời gian học tập tại trường ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, với sự dạy bảo tận tình của các thầy cô
trong Khoa Điện và quí thầy cô trường ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH
PHỐ HỒ CHÍ MINH, em đã học tập được rất nhiều kiến thức quí báu và
những kinh nghiệm thực tế từ quí thầy cô. Với vốn kiến thức tích luỹ này đã
góp phần xây nền tảng cho em vững tin bước vào lĩnh vực kỹ thuật trong
tương lai.
Qua luận văn này, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS.QUYỀN HUY
ÁNH người Thầy đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt thời gian
qua để em có thể hoàn thành luận văn tốt nghiệp này.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các anh chị, bạn bè và người thân
trong gia đình đã luôn luôn cố gắng tạo điều kiện, giúp đỡ động viên em
trong quá trình thực hiện luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn!
TP. Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 10 năm 2013
Người thực hiện.

Phan Văn Hải

HVTH : PHAN VĂN HẢI

Trang iii


LUÂN VĂN THẠC SĨ

GVHD : PGSTS QUYỀN HUY ÁNH

TÓM TẮT
Những hệ thống điện hiện hữu luôn tồn tại các nhánh xung yếu nhất có khả

năng dẫn đến quá tải thường xuyên. Khi mạng lưới truyền tải điện bị quá tải sẽ là
một trong những nguyên nhân dẫn đến hệ thống bị sụp đỗ. Bằng nhiều giải pháp,
các nhà cung cấp điện luôn tìm cách giảm suất sự cố để hệ thống điện về gần với
trạng thái ổn định. Một trong những giải pháp được đề cập trong nội dung nghiên
cứu này là ứng dụng tính hiệu quả của TCSC trong việc nâng cao khả năng tải của
đường dây hiện hữu phục vụ tốt hơn trong công tác vận hành lưới điện. Để giải
quyết bài toán đặt ra, nội dung nghiên cứu được trình bày như sau.
Qua quá trình thực tế vận hành hệ thống điện Việt Namđã xuất hiện các chế
độ vận hành mà công suất truyền tải trên đường dây khá lớn - vào mùa hè , các hồ
của nhà máy thủy điện ở Miền Bắc thiếu nước không thể phát đáp ứng yêu cầu phụ
tải nên phải huy đô ̣ng lươ ̣ng côn g suấ t từ miề n Nam và mi ền Trung ra miền Bắclàm cho các đường dây bị quá tải, điện áp tại một số nút trên đường dây giảm thấp
dễ dẫn đến mất ổn định điện áp.
Từthực tiễn vận hành đặt ra yêu cầu chohướng tiếp cận mới trong nội dung
nghiên cứu này chính làviệc thay thế các tụ bù cố định hiện hữu tại nút xung yếu
trên đường dây truyền tải Bắc Nam bằng TCSC . Kết hợp giữa giải thuật đề xuất và
phần mềm giải bài toán phân bố công suất bằng Matlab cùng với tính năng ưu việt
của TCSC để chống quá tải hệ thống điện.
Kết quả bài toán đã chỉ ra được rằng viê ̣c đă ̣t TCSC làm cho hê ̣ thố ng vâ ̣n
hành linh hoạt hơn . Ở các chế độ khác nhau, ta có thể điều khiển giá trị XTCSC cho
phù hợp để truyền tải được lượng công suất mà phụ tải yêu cầu, đồng thời đảm bảo
điều kiện ổn định điện áp và giảm tổn thất công suất.

HVTH : PHAN VĂN HẢI

Trang iv


LUÂN VĂN THẠC SĨGVHD : PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH

SUMMARY

The existing electrical system there is always the most critical branch is
likely to lead to frequent overload. When the transmission network will be one of
the causes leading to system collapse. By many measures, the power supply always
looking for ways to reduce the problem to the system capacity close to the steady
state. One of the solutions mentioned in the content of this research is the effective
application of TCSC control power flows on the grid to overload. To solve the
problem posed, research contents are as follows.
Through practical operation of the power system Vietnam appeared that the
operating modes on power transmission lines are quite large - in the summer , the
lake of hydroelectric power plants in the North can not detect water shortage meet
load requirements should be mobilized power flow from the South and the North Central makes the line is overloaded , the voltage at a node on the lower lines easily
lead to electrical instability pressure.
From practical operational requirements set out for a new approach in the
context of this research is the replacement of the existing fixed capacitors at critical
nodes in the north-south transmission line with TCSC. Combining proposed
algorithm and solve software distribution capacity by Matlab along with premium
features of TCSC Vietnam to overload the electrical system.
Results indicate the problem has been that placing TCSC make the operating
system more flexible . In the different modes , we can control the value XTCSC
appropriate to convey the power of load requirements , while ensuring stable
voltage conditions and power losses.

HVTH : PHAN VĂN HẢI

Trang v


LUÂN VĂN THẠC SĨ

GVHD : PGSTS QUYỀN HUY ÁNH

MỤC LỤC

Trang tựa Trang
Quyết định giao đề tài
Tóm tắt lý lịch trích ngang ...................................................................................... i
Lời cam đoan ........................................................................................................... ii
Cảm tạ ..................................................................................................................... iii
Tóm tắt .................................................................................................................... iv
Mục lục ..................................................................................................................... vi
Danh sách các từ viết tắt
.................................................................................................................................. ix
Danh sách các hình .................................................................................................. x
PHẦN A: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN
1. Đặt vấn đề ........................................................................................................... 1
2. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài ......................................................................... 1
2.1 Mục tiêu của đề tài ................................................................................. 1
2.2 Nhiệm vụ của đề tài ............................................................................... 2
3. Điểm mới của luận văn ................................................................ ....................... 2
4. Giá trị thực tiễn của đề tài .................................................................................... 2
PHẦN B: NỘI DUNG
Chương 1 : Tổng quan về hệ thống điện Việt Nam
1.1.

Giới thiệulưới điê ̣n siêu cao áp 500kV Việt Nam .................................... 3

1.2.

Đặc điểm kỹ thuật của đường dây siêu cao áp ......................................... 5

Chương 2 : Các biện pháp nâng cao khả năng tải của đường dây
2.1.Khả năng tải của đường dây .......................................................................... 8
2.2.Các biện pháp nâng cao khả năng tải ............................................................ 8
2.2.1 Nâng cao điện áp đầu và cuối đường dây ........................................... 9
- Điều chỉnh điện áp máy phát
- Đặt thiết bị bù ngang

HVTH : PHAN VĂN HẢI

Trang vi


LUÂN VĂN THẠC SĨGVHD : PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH

2.2.2 Thay đổi cấu trúc hệ thống điện .......................................................... 9
- Tăng giảm số mạch đường dây
- Đặt thiết bị bù dọc
2.3. Bù dọc trong hệ thống điện .......................................................................... 10
23.1 Khái niệm ..................................................................................................... 10
2.3.2. Các tác dụng của tụ bù dọc ........................................................................ 11
2.3.2.1. Nâng cao khả năng tải ............................................................................. 11
2.3.2.2.Tăng đô ̣ dự trữ ổ n đinh
̣ tiñ h ..................................................................... 11
2.3.2.3.Tăng đô ̣ dự trữ ổ n đinh
̣ đô ̣ng ................................................................... 11
2.3.2.4.Điề u chin̉ h điê ̣n áp và ngăn ngừa su ̣p đổ điê ̣n áp .................................... 12
2.3.2.5.Giảm tổn thất công suất và điều khiển trào lưu công suất ....................... 12
Chương 3 : Nâng cao khả năng truyền tải của đường dây bằng thiết bị TCSC
3.1 Khái niệm ....................................................................................................... 14
3.2Mô ̣t số lơ ̣i ích của thiế t bi ̣TCSC .................................................................... 15

3.3 Cấ u ta ̣o của thiế t bị TCSC ............................................................................. 16
3.4 Các chế độ vâ ̣n hành của TCSC .................................................................... 16
3.4.1.Thyristor khóa ............................................................................................. 17
3.4.2.Thyristor nối tắt .......................................................................................... 18
3.4.3Thyristor dẫn một phần ................................................................................ 18
3.5 Mức độ nâng cao của TCSC .......................................................................... 19
3.6 Mô hình điều khiển của TCSC ...................................................................... 20
3.7 Biểu thức tính toán ......................................................................................... 21
Chương 4: Ứng dụng MATLAB tính toán trào lưu công suất Hệ thống điện
Việt Nam
4.1.Đặt vấn đề ...................................................................................................... 26
4.2. Các phương pháp tính toán chế độ xác lập của hệ thống điện ...................... 26
4.2.1.Phương pháp Gauss-Seidei..................................................................... 27
4.2.2.Phương pháp Newton-Raphson .............................................................. 29
4.2.3.Các bước tính phân bố công suất sử dụng Newton-Raphson ................ 32

HVTH : PHAN VĂN HẢI

Trang vii


LUÂN VĂN THẠC SĨ

GVHD : PGSTS QUYỀN HUY ÁNH

4.2.4.Sơ đồ thuật toán thành lập ma trận YBus................................................. 34
4.2.5.Sơ đồ thuật toán của phương pháp Newton Raphson trong tính toán phân
bố công suất hệ thống điện ....................................................................................... 35
4.3 Tính toán chế độ xác lập của hệ thống điện khi có đặt thiết bị TCSC .......... 36
4.3.1.Các bước tính toán khi gắn thêm thiết bị TCSC vào hệ thống ............ 36

4.3.2.Sơ đồ thuật toán khi gắn thiết bị TCSC vào hệ thống ......................... 41
Chương 5 : Tính toán các chế độ vận hành của hệ thống điện 500kV Viêṭ Nam
5.1.Lúc non tải khi miề n Bắ c thiế u điê ̣n .................................................................. 42
5.1.1 Khi chưa đă ̣t TCSC ............................................................................ 44
5.1.2 Khi đă ̣t TCSC .................................................................................................. 45
5.2.Lúc bình thường khi miền Bắc thiếu điện ................................................... 48
5.2.1 Khi chưa đă ̣t TCSC ............................................................................ 48
5.2.2 Khi đă ̣t TCSC .................................................................................................. 50
5.3.Lúc nặng tải khi miề n Bắ c thiế u điê ̣n ......................................................... 53
5.3.1 Khi chưa đă ̣t TCSC ............................................................................ 55
5.3.2 Khi đă ̣t TCSC ..................................................................................................
PHẦN C: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
1. Kết luận ............................................................................................................... 58
2. Hướng phát triển đề tài
.................................................................................................................................. 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 59
PHỤ LỤC ................................................................................................................. 60

HVTH : PHAN VĂN HẢI

Trang viii


LUÂN VĂN THẠC SĨGVHD : PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AC

Alternating Current

DC

Direct Current

FACTS

Flexible AC Transmission Systems

SSSC

Static Synchronous Series Compensator

SVC

Static Var Compensator

TCR

Thyristor Controlled Reactor

TCSC

Thyristor Controlled Series Capacitor

TCVR Thyristor Controlled Voltage Regulator
VSC

HVTH : PHAN VĂN HẢI

Voltage Source Converter

Trang ix


LUÂN VĂN THẠC SĨ

GVHD : PGSTS QUYỀN HUY ÁNH

DANH SÁCH CÁC HÌNH VÀ CÁC BẢNG
Trang
Hình 2.1 : Sơ đồ đơn giản đường dây truyền tải .................................................... 8
Hình 2.2 : Tụ bù nối tiếp ở Ấn Độ............................................................................ 10
Hình 2.3 Đặc tính P((δ) khi không đặt tụ bù dọc và khi đặt tụ bù dọc .................. 11
Hình 3.1 : Thiết bị TCSC của hãng ABB được lắp đặt tại MỸ ................................ 14
Hình 3.2 :Thiết bị TCSC của hãng ABB được lắp đặt tại CANADA ....................... 14
Hình 3.3 :Cấu tạo đơn gian của TCSC ................................................................... 15
Hình 3.4 : Cấu tạo trên thực tế của thiết bị TCSC................................................... 16
Hình 3.5 : Điều khiển TCSC ở chế độ dung kháng ................................................. 19
Hình3.6 : Dòng điện qua TCSC và mức độ nâng cao của TCSC ............................ 20
Hình 3.7 : Mô hình điều khiển của thiết bị TCSC .................................................... 21
Hình 3.8 : Mạch tương đương 1 pha của TCSC ...................................................... 21
Hình 3.9 : Sự thay đổi điện kháng theo góc mở của TCSC .................................... 23
Hình 4.1 : Sơ đồ thuật toán thành lập ma trận ........................................................ 34
Hình 4.2 :Sơ đồ thuật toán của phương pháp Newton Raphson ............................. 35
Hình 4.3 : Sơ đồ thuật toán của phương pháp Newton Raphson khi gắn TCSC vào
hệ thống .................................................................................................................... 41
Hình 5.1 : Sơ đồ phân bố công suất khi chưa đặt TCSC lúc non tải ....................... 44
Hình 5.2 : Sơ đồ phân bố công suất khi đặt TCSC vào hệ thống lúc non tải .......... 46
Hình 5.3 : Giá trị điện áp lúc vận hành non tải ....................................................... 47
Hình 5.4 : Sơ đồ phân bố công suất khi chưa đặt TCSC lúc bình thường ............... 49

Hình 5.5 : Sơ đồ phân bố công suất khi đặt TCSC vào hệ thống lúc bình thường .. 51
Hình 5.6 : Giá trị điện áp lúc vận hành bình thường .............................................. 52
Hình 5.7 : Sơ đồ phân bố công suất khi chưa đặt TCSC lúc nặng tải ..................... 44
Hình 5.8 : Sơ đồ phân bố công suất khi đặt TCSC vào hệ thống lúc nặng tải ........ 46

HVTH : PHAN VĂN HẢI

Trang x


LUÂN VĂN THẠC SĨGVHD : PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH

Hình5.9 : Giá trị điện áp lúc vận hành nặng tải ......................................................

HVTH : PHAN VĂN HẢI

Trang xi


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD : PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH

PHẦN A : GIỚI THIỆU LUÂN VĂN
1 . ĐẶT VẤN ĐỀ
Khả năng truyền tải của đường dây siêu cao áp và các tiêu chí kỹ thuật liên
quan như điện áp vận hành, ổn định, tổn thất công suất trên đường dây,... là những
vấn đề được các nhà nghiên cứu, kỹ sư thiết kế, vận hành đặt biệt quan tâm. Hệ
thống điện 500kV Việt Nam được xây dựng và đưa vào vận hành từ năm 1994, sau
hơn 15 năm vận hành hệ thống này được liên tục mở rộng và phát triển (hiê ̣n nay hệ

thống gồm có 3266 km chiề u dài đường dây và 13 trạm biến áp với tổng công suất
là 7650 MVA) nhằm đáp ứng yêu cầu truyền tải, cung cấp điện cho phụ tải của cả
nước. Qua quá trình thực tế vận hành hệ thống điện đã xuất hiện các chế độ vận
hành mà công suất truyền tải trên đường dây khá lớn vào mùa hè , các hồ của nhà
máy thủy điện ở Miền Bắc thiếu nước không thể phát đáp ứng yêu cầu phụ tải nên
phải huy đô ̣ng lươ ̣ng công suấ t từ miề n Nam và mi ền Trung ra miền Bắc làm cho
các đường dây bị quá tải, điện áp tại một số nút trên đường dây giảm thấp dễ dẫn
đến mất ổn định điện áp. Từ thực tiễn vận hành đặt ra yêu cầu cho các nhà nghiên
cứu và kỹ sư phải tìm ra giải pháp để nâng cao khả năng truyền tải của đường dây
500kV Việt Nam.
Ngày nay, với sự phát triển của các thiết bị công suất ngày càng đáp ứng
được những vấn đề kỹ thuật đặt ra trong quá trình truyền tải công suất.Thiết bị
FACTS (Flexible Alternating Current Tranmission Systems) đã được thiết kế để
giúp cho việc truyền tải công suất trên đường dây một cách nhanh chóng,linh hoạt
mà vẫn đảm bảo được các vấn đề kỹ thuật trong quá trình truyền tải. TCSC có khả
năng thay đổ i nhanh t ổng trở đường dây, từ đó có thể đáp ứng đươ ̣c các chế đô ̣ vâ ̣n
hành khác nhau của hệ thống điện . Vì vậy việc lắp đặt TCSC ở một số nút quan
trọng là giải pháp hữu hiệu để tăng khả năng truyền tải của Hệ thống điện.
2. MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI
2.1 Mục tiêu của đề tài
Tìm hiểu các chế độ vận hành của hệ thống điện Việt Nam.

HVTH : PHAN VĂN HẢI

Trang1


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD : PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH

Nguyên lý cấu tạo, hoạt động và mô hình toán của TCSC.
Vị trí tối ưu của TCSC trên lưới điện truyền tải cấp 500KV Việt Nam.
2.2 Nhiệm vụ của đề tài
Tính toán luồng công suất trong các chế độ vận hành khác nhau.
Sử dụng TCSC để nâng cao khả năng truyền tải của lưới điện.
Xác định vị trí tối ưu để thay các tụ bù cố định bằng TCSC trên lưới
điện truyền tải.
Ứng dụng thuật toán để giải bài toán cụ thể.
3. ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN VĂN
Từ thực tế trong vận hành bằng các lập luận khả thi đề tài đã chỉ ra vị trí
để thay các tụ bù cố định bằng TCSC trên lưới điện truyền tải 500KV Việt Nam và
kiểm tra bằng phần mềm Matlab.
4. GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Xác định vị trí để thay các tụ bù cố định bằng TCSC để nâng cao khả
năng tải nhằm giải quyết bài toán giới hạn công suất truyền và điện áp các nút trong
vận hành.

HVTH : PHAN VĂN HẢI

Trang2


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD : PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH

PHẦN B : NỘI DUNG
CHƢƠNG I :TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM
1.1Giới thiệu lƣới điện siêu cao áp 500KV Việt Nam

Cả một thời kỳ dài từ sau giải phóng miền Nam đến đầu những năm 90 của thế
kỷ trước, các tỉnh phía Nam và miền Trung bị cắt điện triền miên đã ảnh hưởng
không nhỏ đến phát triển kinh tế xã hội, trong khi miền Bắc dư thừa điện vì có
nhiều nhà máy điện như Phả Lại, Ninh Bình, Thác Bà, Hòa Bình. Trong khi nhiều ý
kiến tính đến chuyện xuất khẩu điện thì lãnh đạo Bộ Năng lượng, dưới sự chỉ đạo
của Thủ tướng Võ Văn Kiệt đã quyết định xây dựng đường dây 500kV Bắc-Nam để
truyền tải điện năng từ miền Bắc vào miền Nam và miền Trung.

Ngày 27/5/1994,Hệ thống điện Việt Nam chính thức được hợp nhất sau khi
đóng điện thành công tại trạm biến áp 500 kV Đà Nẵng. Đường dây 500 kV đã thực
sự trở thành xương sống của hệ thống điện quốc gia, đóng vai trò là đường dây liên

HVTH : PHAN VĂN HẢI

Trang3


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD : PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH

kết hệ thống, truyền tải công suất và điện năng theo cả 2 chiều Nam- Bắc, góp phần
khai thác tối ưu các nguồn phát điện trong hệ thống, tạo ra lợi ích kinh tế lớn cho
đất nước. Giá trị công trình đường dây 500 kV không chỉ tính bằng lợi ích kinh tế
mà còn có ý nghĩa chính trị xã hội lớn lao, khẳng định sự trưởng thành của ngành
Điện Việt Nam.
Đường dây siêu cao áp 500 KV Bắc Nam, chuyển tải điện từ nhà máy thủy
điện Hòa Bình vào Miền Trung, Tây Nguyên và Miền Nam. Công suất truyền tải
thiết kế 600-800 MW. Chiều dài đường dây 1487 km, bắt đầu từ nhà máy thủy điện
Hòa Bình, kết thúc là trạm biến áp 500 KV Phú Lâm Thành phố Hồ Chí Minh, đi

qua 14 tỉnh, thành phố,phần lớn nằm trong vùng núi hiểm trở hoặc đầm lầy, có 3436
cột điện, 4 trạm biến áp và 1 trạm bù. Ở các trạm có đặt thiết bị bù dọc, bù ngang để
tăng khả năng tải của đường dây, cải thiện điều kiện phân bố điện áp và nâng cao
tính ổn định của hệ thống. Tính chung cho cả đường dây, mức bù dọc khoảng 60%
và mức bù ngang khoảng 70%.
Sau khi đường dây 500 kV Bắc Nam được đưa vào vận hành, đã lập tức phát
huy hiệu quả rõ rệt, nhất là giai đoạn 1994 – 1997. Với một lượng lớn công suất và
điện năng được truyền tải vào để cung cấp cho nhu cầu phát triển kinh tế và xã hội
tại miền Nam và miền Trung, đã chấm dứt tình trạng thiếu điện triền miên, phải cắt
điện luân phiên.
Từ năm 1998-2005, đường dây 500kV đã thực sự đóng vai trò là đường dây
liên kết hệ thống,truyền tải công suất và điện năng theo cả 2 chiều Nam-Bắc, tạo
điều kiện khai thác tối ưu các nguồn phát điện trong hệ thống, tạo ra lợi ích kinh tế
lớn cho đất nước,trung bình mỗi năm lưới điện miền Nam giao nhận 1,5-2,2 tỷ
KWh với các nguồn điện miền Bắc thông qua đường dây 500KV mạch 1.Tuy nhiên,
đến năm 2002,miền Nam có trung tâm nhiệt điện Phú Mỹ nên dư công suất, hàng
năm cung cấp 2.800 MW trong khi miền Bắc thiếu điện mà không đủ nguồn,đường
dây 500kV mạch 1 đã quá tải.Chính vì vậy, tháng 12/2003, đường dây 500kV mạch
2 được gấp rút khởi công xây dựng để chống quá tải và cung cấp điện cho sự phát
triển kinh tế,xã hội bình thường của miền Bắc và mặt khác là nâng cao độ tin cậy

HVTH : PHAN VĂN HẢI

Trang4


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD : PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH

của hệ thống khi có đường dây mạch kép 500kV Bắc-Nam.Đường dây 500 kV
mạch 2 đi vào vận hành đã giải quyết ngay tình trạng thiếu điện ở miền Bắc từ giữa
năm và cuối năm 2005 và kể từ năm 2005 đến nay, cả 2 mạch đường dây 500kV
liên tục phải truyền tải công suất cao, có thời điểm đến 1600MW nhằm đảm bảo
cung cấp điện mùa nắng nóng. Sản lượng truyền tải từ miền Nam ra qua 2 mạch
đường dây chiếm 29-36% sản lượng điện cung cấp cho toàn miền Bắc.Bên cạnh đó
khi đường dây 500kV mạch 2 vào vận hành đã nâng cao sự ổn định của hệ
thống.Trước đây hệ thống dễ bị mất điện trên diện rộng thì thời điểm này đã đảm
bảo an toàn hơn trong cung ứng điện và vận hành đảm bảo được 2 tiêu chí quan
trọng là tính phù hợp và an toàn hệ thống điện, mặt khác đảm bảo được sự hợp lý về
mặt kinh tế.
1.2Đặc điểm kỹ thuật của đƣờng dây siêu cao áp
- Khoảng cách cách điện và chiều dài chuỗi sứ rất lớn. Chiều dài chuỗi sứ
siêu cao áp chỉ phải xác định theo điện áp vận hành. Số bát sứ của đường dây
500kV có thể từ 22-25 bát và lớn hơn. Chuỗi sứ 500kV dài khoảng 4-5m và có thể
hơn nữa.Điều này làm cho độ lệch ngang của chuỗi sứ rất lớn, dẫn đến khoảng cách
pha phải lớn, cột phải cao làm chi phí đường dây sẽ cao hơn.

HVTH : PHAN VĂN HẢI

Trang5


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD : PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH

- Ảnh hưởng đến môi trường xung quanh đường dây. Chiếm nhiều đất để xây
dựng trạm và móng cột, tiếng ồn do vầng quang, nhiễu vô tuyến, ảnh hưởng do
cường độ điện trường đến khoảng không gian dưới đường dây và mặt đất, có thể

gây ra điện thế nguy hiểm trên các vật liệu kim loại dưới đường dây. Cường độ điện
trường cho phép từ 5-25kV/cm, tùy thuộc vào loại đường dây.
- Độ tin cậy cung cấp điện đòi hỏi rất cao, vì đường dây siêu cao áp cấp điện
cho phụ tải với công suất rất lớn.Nếu không đảm bảo độ tin cậy có thể gây ra thiệt
hại lớn về kinh tế, tài sản và con người.
- Tổn thất điện năng do vầng quang điện rất cao. Do xung quanh dây dẫn khi
vận hành xuất hiện điện trường với cường độ rất cao,điện trường này sinh ra hồ
quang do đó dẫn đến tổn thất công suất và điện năng rất lớn đồng thời gây nhiễu vô
tuyến. Vì vậy để giảm tổn thất điện năng người ta phải phân pha dây dẫn.Tuy nhiên
khi thời tiết xấu (mưa, ẩm …) thì tổn thất này vẫn khá lớn.
- Công suất phản kháng do đường dây sinh ra rất lớn, sự phân pha dây dẫn
làm cho công suất này lớn hơn,gây ra các vấn đề về kinh tế, kỹ thuật cần giải quyết
trong các chế độ không tải hoặc non tải của lưới điện và đường dây.
 Sự tăng cao điện áp cuối đường dây có thể vượt quá khả năng chịu
đựng của thiết bị phân phối, đường dây 500 kV không được cao hơn
525KV).
 Công suất phản kháng do điện dung mà máy phát điện phải chịu có thể
lớn hơn khả năng chịu đựng của nó.
 Nguy cơ tự kích thích và tự dao động tăng dần lớn.
- Đối với đường dây siêu cao áp xuất hiện nhiều vấn đề kỹ thuật, đặc biệt là
lượng công suất phản khảng do bản thân đường dây sinh ra khá lớn làm ảnh hưởng
đến chế độ vận hành của hệ thống điện và khả năng tải của đường dây. Ở chế độ
non tải lượng công suất phản kháng dư thừa trên đường dây sẽ tràn vào mạng điện
áp thấp làm phân bố lại công suất và điện áp của mạng này hoặc tràn vào các máy
phát điện của các nhà máy nối vào đường dây gây nên hiện tượng tự kích thíchtrong
máy phát, đối với các đường dây liên lạc giữa 2 hệ thống trong chế độ non tải hoặc

HVTH : PHAN VĂN HẢI

Trang6

LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD : PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH

không tải sẽ gây ra hiện tượng điện áp giữa đường dây tăng cao so với 2 đầu, nhất là
đối với đường dây dài, đôi khi vượt ra ngoài giới hạn cho phép.Trong chế độ phụ tải
cực đại, nếu đường dây cấp điện từ hệ thống cho nút phụ tải thì tổn thất điện áp có
thể rất lớn, do đó người ta tránh không tải công suất phản kháng trên đường dây
siêu cao áp, để cung cấp công suất phản kháng cho phụ tải phải đặt bù tại các nút tải
khu vực.

HVTH : PHAN VĂN HẢI

Trang7


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD : PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH

Chƣơng II : CÁC BIỆN PHÁP ĐỂ NÂNG CAO KHẢ NĂNG TẢI

CỦA ĐƢỜNG DÂY 500KV
2.1. Khả năng tải
Khả năng tải của lưới điện là công suất lớn nhất mà một đường dây của lưới
điện có thể tải được mà không gây ra các nguy hại cho bản thân đường dây điện,hệ
thống điện và phụ tải điện còn có thể gọi là khả năng tải kỹ thuật.
-Nguy hại cho bản thân lưới điện là phát nóng dây dẫn,máy biến áp do dòng

điện vượt quá sức chịu đựng cho phép của dây dẫn và máy biến áp.
-Nguy hại cho hệ thống điện là gây ra mất ổn định tĩnh và mất ổn định động
của phụ tải, khả năng này có nguy cơ cao ở các đường dây liên lạc của hệ thống, các
nút tải xa thiếu công suất phản kháng.
-Nguy hại cho phụ tải là chất lượng điện áp không đảm bảo.
Vấn đề đặt ra là trong vận hành cần xác định được khả năng tải của đường dây
truyền tải theo điều kiện giới hạn cho phép.Đối với đường dây siêu cao áp thì khả
năng tải thường bị hạn chế bởi điều kiện ổn định tĩnh.Về vấn đề điện áp, mặc dù
điện áp tại các nút đầu và nút cuối nằm trong giới hạn cho phép nhưng điện áp phân
bố dọc chiều dài đường dây truyền tải có thể có những vị trí vượt ngoài giới hạn cho
phép.
2.2.Các biện pháp để nâng cao khả năng tải của đƣờng dây
Xét hệ thống điện đơn giản gồm nguồn, đường dây và tải:
xc

1

xL

U1

2

U2

2.1. Sơ đồ đơn giản đường dây truyền tải khi
Ta có
U1U 2
P
sin 

Khi δ=90

0

Pmax

HVTH : PHAN VĂN HẢI

X L  XC
U1U 2

X L  XC

(2.1)

(2.2)

Trang8


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD : PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH

Qua đó ta thấy công suất truyền tải phụ thuộc vào điện kháng đường dây,
điện áp 2 đầu đường dây và góc lệch pha giữa chúng.Trên lưới điện siêu cao áp việc
truyền tải công suất trên đường dây trên không thường bị giới hạn bởi điện kháng
của đường dây,giá trị điện kháng rất cao này ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế,kỹ
thuật của đường dây,làm giảm khả năng truyền tải của đường dây, làm tăng góc
lệch pha của điện áp giữa 2 đầu đường dây,tổn thất công suất và điện áp trên đường

dây cao.
Ta thấy rằng nhà máy không thể truyền vào hệ thống công suất lớn hơn Pmax.
Giá trị Pmax này phụ thuộc vào cấu trúc của lưới điện thông qua thành phần XL và
XC, góc lệch pha giữa 2 đầu đường dây,và chế độ của hệ thống điện thông qua thành
phần U1 và U2.
Trong vận hành thường sử dụng nhiều biện pháp khác nhau nhằm nâng cao
khả năng truyền tải và cải thiện chất lượng điện áp vận hành. Vì vậy muốn nâng cao
khả năng tryền tải ta có thể dung các phương pháp sau:
2.2.1 Nâng cao điện áp ở đầu và cuối đƣờng dây
-Việc nâng cao điện áp đầu đường dây hay nâng cao điện áp máy phát ở
mạng điện 500KV là mạng điện lớn có công suất truyền tải lớn, và khoảng cách
truyền tải xa.Ở hệ thống điện có nhiều nhà máy điện nối lại với nhau thay vì mức
tổn thất điện áp lớn nhất trong mạng điện thường rất lớn (có khi từ 25-30%) trong
khi phạm vi điều chỉnh của máy phát rất hẹp (± 5%), và vì việc thay đổi điện áp
máy phát lúc vận hành là có giới hạn nên ta không thể nâng cao khả năng truyền tải
bằng cách điều chỉnh điện áp của máy phát.
Đặt kháng bù ngang : kháng bù ngang là ph ần tử tiêu thụ công suất phản
kháng, có tác dụng tiêu thụ phần công suất phản kháng dư thừa trên hệ thống trong
trường hợp đường dây không tải hoặc non tải đặc biệt đối với đường dây siêu cao
áp. Trong trường hợp đường dây không tải hoặc non tải, điện áp ở cuối đường dây
có thể tăng cao quá mức cho phép.
2.2.2 Thay đổi cấu trúc của hệ thống điện bằng cách thay đổi các đại lƣợng XL
và XC

HVTH : PHAN VĂN HẢI

Trang9


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD : PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH

+ Thay đổi XL : thay đổi số đường dây hay máy biến áp làm việc song song,
nhưng số đường dây nhiều hay ít là do điều kiện đảm bảo độ tin cậy. Nếu tăng số
đường dây hay máy biến áp làm việc song song làm giảm tổn thất điện áp ∆U,tăng
điện áp cuối đường dây, tuy nhiên về mặt kinh tế thì không hợp lý và tốn thời gian.
+ Thay đổi XC: thay đổi XC bằng cách dùng thiết bị bù ngang có điều chỉnh
công suất phản kháng hay tụ bù dọc trên đường dây.
Đặt thiết bị bù lên lưới hệ thống điện gắn liền với điều chỉnh điện áp.Do đó
số lượng,công suất, đặc tính và vị trí đặt của các trạm bù công suất phản kháng do
điện áp trên lưới điện trong các trường hợp vận hành bình thường và sự cố quyết
định. Việc điều chỉnh điện áp trong lưới truyền tải và lưới hệ thống nhằm mục đích
giữ điện áp đầu ra của các trạm khu vực và trạm trung gian cấp điện cho lưới phân
phối trung áp trong phạm vi cho phép đồng thời phân bố tối ưu công suất phản
kháng sao cho tổn thất công suất tác dụng là nhỏ nhất.
2.3 Bù dọc trong hệ thống điện
2.3.1 Khái niệm
Bù dọc là đặt bù nối tiếp với đường dây, mục đích làm giảm điện kháng của
đường dây, do đó làm giảm độ chênh lệch điện áp giữa điểm đầu và điểm cuối của
đường dây, tăng khả năng truyền công suất và độ ổn định của đường dây.

Hình 2.2 : Tụ bù nối tiếp ở Ấn Độ

HVTH : PHAN VĂN HẢI

Trang10


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD : PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH

2.3.2.Các tác dụng của tụ bù dọc
2.3.2.1Nâng cao khả năng tải
Công suất tác dụng truyền tải trên đường dây khi có tụ bù dọc mắc nối tiếp
vào đường dây sẽ làm cho điện kháng của đường dây giảm xuống và từ đó nâng cao
U 1U 2
P
sin 
khả năng tải của đường dây.
X L  XC
2.3.2.2 Tăng độ dự trữ ổn định tĩnh
Khả năng giới hạn truyền tải theo điều kiện ổn định tĩnh được đánh giá theo
Pgh  Pm ax 

công thức:

U 1U 2
XL  XC

Như vậy khi lắp tụ bù nối tiếp vào đường dây với dung kháng XC thì làm tăng khả
năng tải của đường dây.
P P
Kdt  gh T .100%
PT
Hệ số dự trữ ổn định tĩnh là:
Trong đó :Pgh =Pmax : công suất tác dụng giới hạn.
PT : công suất cơ của tua bin máy phát trong hệ thống.
Vậy khi có tụ bù dọc trên đường dây thì Pgh tăng lên làm độ dự trữ ổn định

tĩnh tăng lên.
2.3.2.3Tăng ổn định độngcủa hệ thống
Khảo sát đường đặc tính công suất P(δ) ứng với khi không có tụ bù dọc và
khi có tụ bù dọc.
P
Khi có tụ bù dọc
P’T
Khi không có tụ bù dọc

PT
Aht
δo

δ

Hình 2.3Đặc tính P((δ) khi không đặt tụ bù dọc và khi đặt tụ bù dọc
Khi (XL-XC) giảm thì đường đặc tính công suất P(δ) khi có tụ bù dọc được
nâng lên, làm độ dự trữ ổn định động tăng lên khi đường dây có bù nối tiếp.

HVTH : PHAN VĂN HẢI

Trang11


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD : PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH

2.3.2.4 Điều chỉnh điện áp và ngăn ngừa sụp đổ điện áp
Bù điện dung nối tiếp giảm tổng trở phản kháng nối tiếp và làm giảm tối

thiểu sự thay đổi điện áp cuối đường dây và khả năng sụp đổ điện áp.
Tụ bù nối tiếp có khả năng bù lại sự giảm áp do điện cảm nối tiếp trên đường
dây truyền tải. Trong giờ thấp điểm, khi tải thấp tổn thất điện áp hệ thống nhỏ và tại
thời điểm này điện áp bù nối tiếp do tụ bù sinh ra cũng nhỏ (vì công suất phản
kháng do tụ bù dọc sinh ra tỷ lệ với bình phương dòng điện QC =3I2XC). Khi tải
tăng cao thì tổn thất điện áp cũng sẽ lớn hơn,điện áp của tụ bù nối tiếp cũng tăng lên
nhiều và điện áp hệ thống cũng sẽ điều chỉnh như mong muốn.
2.3.2.5Giảm tổn thất công suất phản kháng và điều khiển trào lƣu công suất
Trên đường dây có tụ bù dọc, khi có dòng điện phụ tải chạy qua tụ bù dọc sẽ
phát ra lượng công suất phản kháng. Công suất phản kháng này sẽ bù lại tổn thất
công suất phản kháng tiêu thụ trên điện kháng của đường dây khi có dòng điện chạy
qua. Cả 2 lượng công suất phản kháng này đều phụ thuộc vào dòng điện nên tụ bù
nối tiếp có tác dụng tự điều chỉnh làm giảm bớt sự thừa thiếu công suất phản kháng
ở các chế độ tải khác nhau.
Bù nối tiếp có thể được sử dụng trong Hệ thống điện để điều khiển trào lưu
công suất trong chế độ vận hành bình thường. Việc bù các đường dây truyền tải với
dung lượng phù hợp sẽ làm giảm sự quá tải có thể xảy ra ở các đường dây song
song khác.

HVTH : PHAN VĂN HẢI

Trang12


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD : PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH

Chƣơng III: NÂNG CAO KHẢ NĂNG TRUYỀN TẢI

CỦA ĐƢỜNG DÂY500KV BẰNG THIẾT BỊ TCSC
Các đường dây dài điện áp cao thường được bù thông số, mục đích chủ yếu của
việc đặt thiết bị bù là nâng cao khả năng tải và san bằng điện áp phân bố dọc đường
dây. Giới hạn truyền tải theo điều kiện ổn định tĩnh tăng lên do bù dọc làm tăng
điện dẫn liên kết (giảm điện kháng tổng của đường dây). Do đó nó làm tăng khả
năng ổn định động của hệ thống. Tuy nhiên, ổn định động hệ thống còn có thể được
cải thiện đáng kể nếu đặt thiết bị bù có điều khiển. Đặc điểm quan trọng của thiết bị
bù dùng thyristor là có tác động điều khiển (làm thay đổi điện kháng) gần như tức
thời, do đó hiệu quả điều khiển rất cao. Kháng bù ngang có điều khiển thường được
dùng như nguồn công suất phản kháng điều chỉnh nhanh cho mục đích ổn định điện
áp, nâng cao ổn định tĩnh. Còn thiết bị bù dọc thường dùng vào mục đích giảm dao
động công suất và nâng cao ổn định động.
FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System)là hệ thống
truyền tải điện xoay chiều linh hoạt sử dụng các thiết bị điện tử công suất và các
thiết bị tĩnh khác để điều khiển một hoặc nhiều thông số của hệ thống đường dây tải
điện xoay chiều. Thiết bị FACTS được sử dụng để điều chỉnh nhanh điện áp,tổng
trở và góc pha của đường dây xoay chiều siêu cao áp. Thiết bị FACTS đã mang đến
được những lợi ích chiến lược để cải thiện đường dây truyền tải điện năng như: tăng
khả năng sử dụng của hệ thống điện có sẵn, tăng độ tin cậy của đường dây,làm tăng
ổn định động và ổn định tĩnh của lưới điện, nâng cao chất lượng cung cấp điện.
TCSC một trong những thiết bị quan trọng trong thiết bị FACTS, có khả
năng tăng lượng công suất truyền tải trên đường dài với vốn đầu tư thấp hơn và thời
gian để lắp đặt vào sử dụng ngắn hơn so với việc xây dựng thêm đường dây. Đề tài
này, nghiên cứu sử dụng thiết bị TCSC dùng để nâng cao khả năng tải của đường
dây.

HVTH : PHAN VĂN HẢI

Trang13