Đánh giá ổn định điện áp lưới điện trong hệ thống điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------Phạm Thị Hải

ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP LƯỚI ĐIỆN TRONG HỆ
THỐNG ĐIỆN

Chuyên ngành : Kỹ thuật điện

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS Trần Bách

Hà Nội – 2014
1


MỤC LỤC
TRANG PHỤ BÌA .....................................................................................................1
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................5
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................6
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ...................................................7
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU..............................................................................8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ..................................................................9
LỜI MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 11
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG
ĐIỆN .........................................................................................................................12
1.1 Đặt vấn đề ...................................................................................................12
1.2 Tổng quan về ổn định điện áp ....................................................................14

1.2.1 Khái niệm..........................................................................................14
1.2.2 Phân loại ổn định điện áp ...............................................................14
1.2.3 Hiện tượng mất ổn định điện áp & sụp đổ điện áp ...........................15
1.2.4 Các biện pháp nâng cao ổn định điện áp trong hệ thống điện ..........18
1.2.5 Kết luận và nhận xét .........................................................................20
1.3 Tổng quan về các phương pháp phân tích ổn định điện áp trong hệ thống
điện .............................................................................................................20
2


1.3.1 Phương pháp phân tích đặc tuyến P-V, Q-V ....................................20
1.3.2 Phương pháp xác định khoảng cách nhỏ nhất dẫn đến mất ổn định
điện áp trên mặt phẳng công suất...............................................................22
1.3.3 Phương pháp phân tích độ nhạy VQ (VQ sensitivity analysis) và
phân tích trạng thái QV (QV modal analysis) ...........................................24
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP QUA ĐẶC TUYẾN PV, QV 28
2.1 Đặc tuyến PV và phân tích ổn định điện áp ...............................................28
2.1.1 Đường đặc tuyến PV.........................................................................28
2.1.2 Phân tích ổn định điện áp qua đường đặc tuyến PV .........................29
2.2 Đặc tuyến QV và phân tích ổn định điện áp...............................................34
2.2.1 Đặc tuyến QV ...................................................................................34
2.2.2 Phân tích ổn định điện áp qua đường đặc tuyến QV ........................34
2.3 Phương pháp xác định giới hạn ổn định điện áp ........................................37
2.3.1 Tiêu chuẩn mất ổn định phi chu kỳ ..................................................37
2.3.2 Ứng dụng tiêu chuẩn mất ổn định phi chu kỳ để xác định giới hạn ổn
định điện áp hệ thống điện. ........................................................................42
2.3.3 Phương pháp trào lưu công suất lặp lại (Repeated power flow) ......42
2.3.4 Phương pháp trào lưu công suất liên tục (Continuation power flow)
....................................................................................................................49
2.4 Các chỉ tiêu, hệ số đánh giá ổn định điện áp trong hệ thống điện ..............55

3


2.4.1 Hệ số dự trữ điện áp..........................................................................55
2.4.2 Hệ số dự trữ công suất tác dụng của hệ thống ..................................56
2.4.3 Độ dự trữ công suất phản kháng của nút tải .....................................56
2.5 Kết luận và nhận xét ...................................................................................58
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHẦN MỀM PSS/E ĐỂ ĐÁNH GIÁ
ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP LƯỚI ĐIỆN HỆ THỐNG ĐIỆN 500KV VIỆT NAM
THEO PHƯƠNG PHÁP ĐẶC TUYẾN PV, QV ..................................................59
3.1 Giới thiệu chương trình PSS/E ...................................................................59
3.2 Giới thiệu chức năng đường cong PV, QV của phần mềm PSS/E.............59
3.2.1 Ứng dụng đường cong PV, QV đánh giá ổn định điện áp tĩnh ........59
3.2.2 Kỹ thuật vẽ đường cong PV, QV trong phần mềm PSS/E ...............60
3.3 Sơ đồ hệ thống điện Việt Nam đến năm 2015 ...........................................60
3.4 Đánh giá ổn định điện áp lưới điện 500kV Việt Nam năm 2015 ...............64
3.4.1 Đặc tuyến PV của các nút .................................................................64
3.4.2 Đặc tuyến QV của các nút ................................................................68
3.4.3 Kết luận ..........................................................................................75
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................76
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................77

4


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan, những vấn đề được trình bày trong luận văn này là những
nghiên cứu của riêng cá nhân tôi, có tham khảo một số tài liệu và bài báo của các
tác giả trong và ngoài nước đã xuất bản. Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm nếu sử
dụng kết quả của người khác.

Tác giả

Phạm Thị Hải

5


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp này, tôi đã nhận được sự
giúp đỡ, động viên của thầy cô, bạn bè.
Tôi xin gửi lời biết ơn chân thành tới PGS.TS Trần Bách, người đã hướng
dẫn tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện luận văn. Xin cảm ơn các thầy cô trong
Bộ môn Hệ thống điện – Viện Điện – Trường Đại học Bách Khoa Hà nội đã giúp
đỡ, góp ý để tôi hoàn thiện luận văn. Đồng thời, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới bạn
bè, đồng nghiệp đã trao đổi và giúp đỡ giải quyết những vướng mắc trong quá trình
thực hiện.

6


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu, chữ viết tắt

Nội dung

HTĐ

Hệ thống điện

MBA

Máy biến áp

MF

Máy phát

CSPK

Công suất phản kháng

RBF

Trào lưu công suất lặp lại

CBF

Trào lưu công suất liên tục

MTTD

Ma trận tổng dẫn

CSTD

Công suất tác dụng

ĐD

Đường dây

NMĐ

Nhà máy điện

7


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 Độ dự trữ CSTD Pdt ở chế độ cắt 1 ĐD 500kV ........................................65
Bảng 3.2 Độ dự trữ CSTD Pdt ở chế độ cắt 1 tổ máy phát ........................................67
Bảng 3.3 Độ dự trữ công suất phản kháng của các nút tải 500kV ............................74

8


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1 .1 Sự ổn định của một quả banh lăn ..............................................................12
Hình 1.2 Mô hình mạng điện đơn giản .....................................................................21
Hình1.3 Không gian (V, P, Q) biểu diễn quan hệ giữa các đại lượng ......................22
Hình 1.4 Kỹ thuật xác định khoảng cách nhỏ nhất đến mất ổn định điện áp ...........24
Hình 2.1 Đặc tuyến PV cơ bản ..................................................................................29
Hình 2.2 Đường đặc tuyến PV ứng với hệ cố công suất cos   1 ............................30
Hình 2.3 Mạng điện đơn giản gồm 2 nút, 2 đường dây truyền tải ............................31
Hình 2.4 Đường đặc tuyến PV khi mất đường dây 0.8 pu ........................................31
Hình 2.5 Đường đặc tuyến PV khi mất đường dây 1.2 .............................................32
Hình 2.6 Các đường đặc tuyến PV với PR lớn hơn lúc bình thường .........................32
Hình 2.7 Các họ đường đặc tuyến PV ứng với hệ số tải khác nhau..........................33
Hình 2.8 Dạng đường đặc tuyến QV điển hình.........................................................34

Hình 2.9 Sơ đồ điện đơn giản vẽ đường cong QV ....................................................35
Hình 2.10 Đồ thị quan hệ QV ...................................................................................36
Hình 2.11 Sơ đồ thuật toán phương pháp Newton-Raphson ...................................45
Hình 2.11 Sơ đồ thuật toán phương pháp Newton-Raphson ....................................47
Hình 2.12 Sơ đồ thuật toán tính giới hạn ổn định bằng phương pháp RBF .............48
Hình 2.13.Kỹ thuật trào lưu công suất liên tục sử dụng phương pháp dự đoán theo
phương tiếp tuyến và hiệu chỉnh theo phương pháp tham số hóa cục bộ ..........51
Hình 2.14 Thuật toán trào lưu công suất liên tục ......................................................54
Hình 2.15 Đường cong QV sử dụng biến Q phụ tải thay đổi ...................................58
Hình 3.1 Phân vùng hệ thống điện Việt Nam ...........................................................62
Hình 3.2 Sơ đồ lưới điện Việt Nam đến năm 2015...................................................63
Bảng 3.1 Độ dự trữ CSTD Pdt ở chế độ cắt 1 ĐD 500kV .........................................65
Hình 3.3 Đặc tuyễn PV các nút Sơn La, Thường Tín, Phố Nối, Đức Hòa chế độ cơ
bản ......................................................................................................................65
Hình 3.4 Đặc tuyến PV các nút Sơn La, Thường Tín, Phố Nối, Đức Hòa – ............66
chế độ sự cố ĐD Sơn La-Hiệp Hòa...........................................................................66
9


Bảng 3.2 Độ dự trữ CSTD Pdt ở chế độ cắt 1 tổ máy phát ........................................67
Hình 3.5 Đặc tuyến PV các nút Sơn La, Thường Tín, Phố Nối, Đức Hòa- chế độ sự
cố 1 tổ máy phát NMĐ Vĩnh Tân .......................................................................67
Hình 3.6 Đặc tuyến QV nút tải Thường Tín - chế độ cơ sở ......................................68
Hình 3.7 Đặc tuyến QV nút tải Việt Trì - chế độ cơ sở .............................................69
Hình 3.8 Đặc tuyến QV nút tải Thốt Nốt - chế độ cơ sở...........................................69
Hình 3.9 Đặc tuyến QV nút tải Thường Tín - chế độ sự cố ĐD Sơn La-Hòa Bình ..70
Hình 3.10 Đặc tuyến QV nút tải Việt Trì - chế độ sự cố ĐD Sơn La-Hòa Bình.....70
Hình 3.11 Đặc tuyến QV nút tải Thốt Nốt - chế độ sự cố ĐD Sơn La-Hòa Bình ....71
Hình 3.12 Đặc tuyến QV nút tải Thường Tín - chế độ sự cố 1 tổ máy phát NMĐ
Vĩnh Tân .............................................................................................................71

Hình 3.13 Đặc tuyến QV nút tải Việt Trì - chế độ sự cố 1 tổ máy phát NMĐ
Vĩnh Tân .............................................................................................................72
Hình 3.14 Đặc tuyến QV nút tải Thốt Nốt - chế độ sự cố 1 tổ máy phát NMĐ Vĩnh
Tân ......................................................................................................................72
Bảng 3.3 Độ dự trữ công suất phản kháng của các nút tải 500kV ............................74

10


LỜI MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Ổn định điện áp là một vấn đề đã và đang được nghiên cứu nhiều ở các nước
phát triển trên thế giới, nhất là trong cơ chế thị trường điện do tác hại của hiện
tượng mất ổn định điện áp là rất lớn, có thể đưa hệ thống điện đến tình trạng sụp đổ
điện áp từng phần hoặc hoàn toàn.
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 diện rộng gây thiệt hại lớn về
kinh tế, chính trị, xã hội.
Với lý do nêu trên, việc đánh giá ổn định điện áp lưới điện là rất cần thiết
trong thực tế hiện nay và tương lai, vì vậy em chọn luận văn thạc sĩ với đề tài:
“Đánh giá ổn định điện áp lưới điện trong hệ thống điện”.
2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU.
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu ứng dụng đặc tuyến PV, QV để đánh giá
lưới điện truyền tải. Để thực hiện nhiệm vụ này mục tiêu là:
-

Giới thiệu về ổn định điện áp trong hệ thống điện.

-

Nghiên cứu, phân tích ổn định điện áp theo đặc tuyến PV, QV.

-

Nghiên cứu sử dụng phần mềm PSS/E để đánh giá ổn định điện áp lưới điện
500kV Việt Nam năm 2015 theo đặc tuyến PV, QV.

11


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ
THỐNG ĐIỆN
1.1 Đặt vấn đề
Hệ thống điện là một hệ thống phi tuyến, vận hành trong điều kiện mà các
biến trạng thái của hệ thống như phụ tải, công suất máy phát... thay đổi liên tục. Khi
bị nhiễu loạn, sự ổn định của hệ thống phụ thuộc vào các điều kiện vận hành ban
đầu cũng như bản chất của sự nhiễu loạn đó. Tính ổn định của một hệ thống điện là
một thuộc tính sự vận động của hệ thống xung quanh một trạng thái cân bằng đã
được thiết lập, như điều kiện vận hành ban đầu. Để hiểu rõ hơn về trạng thái cân
bằng ta xét mô hình quả banh lăn như hình 1.1

Hình 1 .1 Sự ổn định của một quả banh lăn
Hệ thống banh lăn có 2 loại điểm cân bằng hay 2 trạng thái nghỉ, tương ứng
với các trạng thái hệ thống điện mà tại đó banh sẽ không lăn nữa nếu tốc độ v của
nó là 0. Các điểm cân bằng này như sau:
- Điểm cân bằng ổn định sep tương ứng với phần đáy của phần hình lõm 1.1
và banh khối lượng m sẽ trở lại sau các dao động lớn hay nhỏ.
- Hai điểm cân bằng không ổn định uep1 & uep2 tương ứng với phần đỉnh
trên cùng của hình 1.1, tại đó banh sẽ bị rời đi xa nếu chỉ cần một xáo động nhẹ.

12


Sự ổn định của banh được định nghĩa như là khả năng của banh trở lại trạng
thái nghỉ lâu dài sep (điểm vận hành bình thường trong hệ thống kỹ thuật ) sau các
dao động nhỏ hoặc lớn. Hệ thống là bền nếu banh trở lại trạng thái ổn định sep của
nó sau khi bị đẩy.
Trong hệ thống điện có thể tồn tại các nhiễu loạn khác nhau. Các nhiễu loạn
nhỏ thường ở dạng phụ tải thay đổi liên tục và hệ thống phải có khả năng vận hành
thích ứng với các thay đổi của yêu cầu phụ tải. Đối với các nhiễu loạn lớn như : sự
cố do ngắn mạch trên đường dây truyền tải, sự cố mất điện các máy phát lớn hay
mất điện ở một nút quan trọng hệ thống cũng phải có khả năng tiếp tục làm việc sau
khi xảy ra sự cố.
Sau một kích động tạm thời, nếu hệ thống điện vẫn ổn định, nó sẽ tiến đến
một trạng thái vận hành cân bằng. Mặt khác, nếu hệ thống không ổn định, nó sẽ dần
rơi vào trạng thái ngừng hoạt động. Điều kiện vận hành không ổn định điện áp có
thể mất điện hoặc ngừng cung cấp điện hoàn toàn trong một phạm vi lớn của hệ
thống điện.
Như vậy ổn định HTĐ là khả năng của một HTĐ ứng với một điều kiện vận
hành ban đầu, lấy lại một trạng thái cân bằng sau khi trải qua một nhiễu loạn.
Hệ thống điện hiện đại có quá trình biến đổi phức tạp với khả năng đáp ứng
yêu cầu tác động bởi nhiều loại thiết bị với các đặc tính và các đáp ứng khác nhau.
Phụ thuộc vào sự thay đổi cấu trúc của lưới điện, điều kiện vận hành của hệ thống
và các dạng nhiễu loạn, trạng thái cân bằng của hệ thống điện có thể không được
duy trì dẫn đến xảy ra hiện tượng mất ổn định dưới các dạng khác nhau như ổn định
góc quay rotor, ổn định tần số và ổn định điện áp.
Trong luận văn này, tác giả sẽ tập trung trình bày về ổn định điện áp trong hệ
thống điện.

13

1.2 Tổng quan về ổn định điện áp
1.2.1 Khái niệm
Có nhiều định nghĩa về ổn định điện áp của các nhà khoa học và các tổ chức
nghiên cứu trên thế giới. Nói chung các định nghĩa đều cho rằng ổn định điện áp là
khả năng hệ thống điện khôi phục lại điện áp ban đầu hay rất gần ban đầu khi bị các
kích động nhỏ ở nút phụ tải.
Đối với mỗi hệ thống điện của mỗi quốc gia khác nhau việc duy trì điện áp ở
mức chấp nhận được sẽ khác nhau dựa vào quy định và kinh nghiệm vận hành của
từng nước.
1.2.2 Phân loại ổn định điện áp
Dựa trên nguyên nhân gây mất ổn định điện áp có thể phân ổn định điện áp
thành 2 loại:
1.2.2.1 Ổn định điện áp khi xuất hiện kích động lớn
Ổn đinh điện áp khi có kích động lớn đề cập đến khả năng của hệ thống có
thể kiểm soát được điện áp sau các kích động bé như sự cố hệ thống, mất một máy
phát hoặc 1 mạch ngẫu nhiên. Khả năng này có thể được xác định nhờ đặc tính hệ
thống phụ tải và sự tương tác điều khiển và bảo vệ liên tục hay rời rạc. Việc xác
định sự ổn định sau các kích động lớn yêu cầu cần phải giải quyết bài toán phi tuyến
tính động của hệ thống trong từng khoảng thời gian đủ lớn để thu được tương tác
của các phần tử trong hệ thống như OLTC (Bộ điều chỉnh điện áp của máy biến áp)
và giới hạn trường điện từ máy phát. Khảo sát khoảng thời gian này có thể từ vài
giây đến mười phút.
Tiêu chuẩn của ổn định điện áp sau các kích động lớn là khi xuất hiện các
kích động lớn thì hệ thống vẫn vận hành duy trì điện áp tại các nút ở trạng thái ổn
định mới có thể chấp nhận được.

14

1.2.2.2 Ổn định điện áp khi xuất hiện kích động bé
Ổn định điện áp khi có kích động bé là khả năng hệ thống có thể kiểm soát
được điện áp tại các nút nếu có các kích động lớn như sự biến thiên (tăng thêm) của
hệ thống phụ tải. Tình trạng ổn định này được xác định thông qua đặc tính phụ tải,
điều khiển liên tục hay rời rạc trong các khoảng thời gian ngắn. Trạng thái ổn định
ban đầu khi hệ thống vận hành chính là yếu tố chính góp phần làm cho hệ thống mất
ổn định khi có các kích động bé. Vì thế phương pháp phân tích tĩnh có tác dụng xác
định giới hạn ổn định, các yếu tố ảnh hưởng đến mất ổn định hệ thống trong trạng
thái vận hành ban đầu.
Tiêu chuẩn đánh giá ổn định điện áp khi có kích động bé là, tại điều kiện vận
hành ban đầu của các nút trong hệ thống, biên độ điện áp nút tăng lên khi công suất
phản kháng bơm vào chính nút đó tăng lên. Hệ thống là không ổn định nếu biên độ
điện áp nút giảm xuống khi công suất phản kháng bơm vào nút tăng lên. Nói cách
khác, hệ thống ổn định nếu độ nhạy dV  0 là dương tại tất cả các nút và không ổn
dQ

định nếu độ nhạy dV  0 là âm tại nút bất kỳ trong hệ thống.
dQ

1.2.3 Hiện tượng mất ổn định điện áp & sụp đổ điện áp
1.2.3.1 Mất ổn định điện áp
Mất ổn định điện áp là hiện tượng tụt giảm điện áp liên tục hoặc quá trình
tăng cao điện áp liên tục khi cố gắng phục hồi công suất phụ tải vượt quá giới hạn
khả năng của hệ thống nguồn phát điện và lưới truyền tải.
Mất ổn định điện áp có thể do các nguyên nhân:
a) Truyền tải công suất lớn
Một trong những nguyên nhân đầu tiên mất ổn định hệ thống điện là sự
truyền tải công suất quá lớn trên các đường dây dài. Trong ổn định điện áp cần chú
ý đến vấn đề truyền tải công suất giữa nguồn phát và các phụ tải lớn.

15


b) Khôi phục công suất phụ tải
Một nguyên nhân khác của sự mất ổn định điện áp là sự cố gắng không thành
công của việc điều chỉnh điện áp dưới tải máy biến áp để phục hồi điện áp phụ tải
đến giá trị của điểm vận hành trước đó nhằm đảm bảo công suất phụ tải cũng được
khôi phục giống như trước khi nhiễu loạn.
Phụ tải thông dụng nhất có liên quan đến sự mất ổn định điện áp khi cố gắng
khôi phục công suất phụ tải là động cơ điện không đồng bộ. Khi điện áp V giảm
xuống 1 cấp thì công suất tác dụng P của phụ tải giảm theo giá trị bình phương của
điện áp V. Phần lớn điện áp dừng máy của các động cơ có thể ở điện áp thấp
khoảng 0.7 pu, trong khi đó các động cơ mang tải nặng thì điện áp dừng máy có thể
lớn hơn. Do vậy việc khôi phục phụ tải là các động cơ này đóng vai trò rất quan
trọng trong hệ thống vào thời điểm công suất cực đại. Ví dụ như vào mùa hè nắng
nóng, sẽ có rất nhiều thiết bị hoạt động cùng lúc: điều hòa, quạt máy, việc cố gắng
khôi phục lại tất cả phụ tải này có thể dẫn tới hiện tượng mất ổn định điện áp.
1.2.3.2 Sụp đổ điện áp
Sụp đổ điện áp là quá trình xảy ra bởi một chuỗi các sự kiện đi kèm sự mất
ổn định điện áp dẫn đến mất điện lớn, diện rộng hoặc điện áp giảm thấp bất thường
tại vùng quan trọng của hệ thống. Trong hệ thống điện khi có một sự cố ngẫu nhiên
cần có nhu cầu tăng thêm công suất phản kháng thì công suất phản kháng được đáp
ứng bởi nguồn dự phòng công suất phản kháng của các máy phát điện và các thiết bị
bù công suất phản kháng. Bình thường thì hệ thống điện có đủ nguồn dự phòng
công suất phản kháng và giữ được điện áp ở giá trị cho phép. Tuy nhiên do sự kết
hợp của nhiều sự cố và các điều kiện thực tế của hệ thống điện nên nhu cầu tăng
thêm nguồn công suất phản kháng không được đáp ứng có thể dẫn đến mất điện
đường dây truyền tải hoặc máy phát lớn và gây ra sự cố sụp đổ điện áp.
Ở Việt Nam đã từng xảy ra một số sự cố lớn liên quan đến sụp đổ điện áp
như là:

16


Sự cố rã lưới ngày 27/12/2006
Do sự cố nguồn 1 chiều tại trạm 500kV Pleiku, 1 mạch đường dây 500kV
Pleiku - Phú Lâm bị tách ra khỏi lưới, dẫn đến 2 mạch đường dây Đà Nẵng - Hà
Tĩnh bị tách ra khỏi vận hành do bảo vệ chống dao động công suất tại trạm Đà Nẵng
tác động đã gây rã lưới dẫn đến mất điện trên diện rộng.
Sự cố ngày 04/09/2007
Khi đang truyền tải với công suất cao và chỉ vận hành với 1 mạch đường dây
500kV Đà Nẵng – Pleiku, bảo vệ chống dao động công suất tại trạm Pleiku tác động
làm 1 mạch đường dây 500kV Pleiku – Phú Lâm bị tách ra khỏi lưới dẫn đến mất
liên kết hệ thống điện 500kV tại trạm Pleiku.
Sự cố ngày 06/06/2008
Vào ngày 06/06/2008 xuất hiện sự cố thoáng qua trên đường dây 500kV
mạch 2 Đà Nẵng – Hà Tĩnh, gây quá tải đường dây mạch 1, làm hư hỏng tụ thành
phần , gây mất ổn định hệ thống, đường dây 500kV Đà Nẵng- Hà Tĩnh bị loại ra
khỏi hệ thống đột ngột và gây ra sự cố rã lưới.
Sự cố rã lưới ngày 02/05/2010
Lúc 8h38 mạch 50BF MC 565 (Trạm 500kV Nhà Bè) tác động làm cắt các
máy cắt 585, 577, 576 (Trạm 500kV Nhà Bè) làm mất đường dây 500kV liên kết
Nhà Bè - Phú Lâm đang mang công suất khoảng 1000MW.
Tại Nhà Bè, nhảy các máy cắt MBA AT6, AT7 do bảo vệ nhiệt độ cuộn dây
mức cao tác động, toàn bộ phía 500kV Nhà Bè mất điện. 08h44 tại trạm Phú Mỹ
nhảy các máy cắt MBA AT2 do rơle quá dòng phía 500kV tác động, nhảy các máy
cắt đi NMĐ Phú Mỹ do truyền cắt và liên động. Tại trạm Phú Lâm nhảy MC562,
576 do intertrip từ Nhà Bè. Mạch 500kV 578 Pleiku - Dốc Sỏi - Đà Nẵng nhảy do
quá áp.10h38 phút khôi phục lại hệ thống.

17


1.2.4 Các biện pháp nâng cao ổn định điện áp trong hệ thống điện
Để nâng cao độ ổn định và phòng ngừa sụp đổ điện áp có thể can thiệp vào
biện pháp thiết kế hệ thống điện hoặc phương thức vận hành. Một số phương pháp
giúp nâng cao độ ổn định điện áp:
1.2.4.1 Ứng dụng các thiết bị bù công suất phản kháng
Độ dự trữ ổn định điện áp phụ thuộc vào sự lựa chọn phù hợp các thiết bị bù
công suất phản kháng. Việc lựa chọn công suất và vị trí lắp đặt thiết bị bù phải dựa
vào nghiên cứu cụ thể với những điều kiện nặng nề nhất của hệ thống điện để đảm
bảo cho hệ thống điện vận hành một cách hiệu quả.
Độ dự trữ ổn định điện áp thường được phân tích dựa vào hệ số dự trữ công
suất tác dụng của hệ thống điện và độ dự trữ công suất phản kháng của các nút đến
điểm mất ổn định điện áp. Điều này rất quan trọng để xác định vùng điều khiển
điện áp và khu vực giới hạn truyền tải có thể dẫn đến mất ổn định điện áp.
1.2.4.2 Kết hợp điều khiển và bảo vệ
Một trong những nguyên nhân sụp đổ điện áp là thiếu sự kết hợp giữa chức
năng điều khiển và chức năng bảo vệ hệ thống điện. Do vậy sự kết hợp đúng, hiệu
quả giữa chức năng điều khiển và bảo vệ nên được kiểm tra chắc chắn dựa trên các
tính toán vận hành. Phương pháp điều khiển phù hợp (tự động hay bằng tay) cần
phải xem xét thực hiện tại bất kỳ vị trí nào có thể được trong lưới điện để làm nhẹ
bớt điều kiện quá tải trước khi cô lập thiết bị ra khỏi hệ thống.
Như vậy để phòng ngừa sụp đổ điện áp, cần thiết phải xây dựng mô hình hệ
thống giám sát ổn định điện áp trực tuyến và các sơ đồ điều khiển, bảo vệ đặc biệt
phù hợp với các phương thức vận hành của hệ thống điện.
1.2.4.3 Điều khiển bộ điều chỉnh điện áp máy biến áp
Việc điều chỉnh nấc phân áp máy biến áp có thể được điều khiển tại chỗ
hoặc từ xa, bằng tay hoặc tự động nên việc lựa chọn phương pháp điều khiển điều
chỉnh điện áp máy biến áp cũng là một giải pháp giảm rủi ro sụp đổ điện áp. Khi

18


việc điều chỉnh nấc phân áp là có lợi, phương pháp điều khiển giảm dần điện áp
xuống được thực hiện để điện áp có thể giảm đến mức đặc biệt khi điện áp sơ cấp
giảm xuống dưới ngưỡng cho phép.
Khi việc điều chỉnh nấc phân áp là có hại, phương pháp đơn giản là khóa
mạch điều khiển điều chỉnh nấc phân áp khi độ lớn điện áp nguồn giảm thấp và mở
khóa điều chỉnh nấc phân áp khi điện áp phục hồi.
1.2.4.4 Sa thải phụ tải theo điện áp thấp
Để ngăn ngừa các tình huống ngoài dự kiến, cần thiết sử dụng các sơ đồ sa
thải phụ tải theo điện áp thấp. Sa thải phụ tải là một giải pháp sau cùng để ngăn
ngừa sụp đổ điện áp lan rộng. Điều này đặc biệt quan trọng nếu các điều kiện vận
hành và sự cố ngẫu nhiên của hệ thống điện dẫn đến mất ổn định điện áp có khả
năng xảy ra thấp nhưng khi hậu quả xảy ra sẽ rất nghiêm trọng.
Các đặc tính và vị trí của phụ tải bị sa thải cũng có ý nghĩa quan trọng đối
với việc đảm bảo ổn định điện áp.
Phương thức sa thải phụ tải theo điện áp thấp cần được thiết lập để phân biệt
giữa các sự cố, độ dốc của điện áp quá độ và các điều kiện điện áp thấp có thể dẫn
đến sụp đổ điện áp.
1.2.4.5 Độ dự trữ ổn định điện áp
Hệ thống điện nên được vận hành với độ dự trữ ổn định điện áp thích hợp
theo chương trình đã lập phù hợp với nguồn công suất khả dụng của hệ thống điện,
các phương thức vận hành và các giới hạn cho phép của điện áp.
Nếu độ dự trữ yêu cầu không thể đạt được bằng phương pháp vận hành các
nguồn phát công suất tác dụng, công suất phản kháng sẵn hiện có và các giải pháp
điều khiển điện áp khác thì cần phải giới hạn truyền tải công suất và khởi động thêm
một số máy phát.

19

1.2.4.6 Điều khiển của nhân viên điều độ vận hành hệ thống điện
Nhân viên điều độ vận hành hệ thống điện có thể ghi nhận được các dấu
hiệu liên quan đến ổn định điện áp và đưa ra các mệnh lệnh khẩn cấp thích hợp như
điều khiển điện áp, thay đổi trào lưu truyền tải công suất và phương án cuối cùng là
cắt bớt tải. Các phương thức vận hành để ngăn ngừa sụp đổ điện áp cần phải được
thiết lập trước. Sự giám sát và phân tích trực tuyến các thông số vận hành là để
đánh giá tình trạng vận hành của hệ thống, mức độ ổn định điện áp và đề xuất các
phương án điều khiển hợp lý nhằm ngăn ngừa xảy ra mất ổn định điện áp.
1.2.5 Kết luận và nhận xét
Ổn định điện áp đề cập đến khả năng của hệ thống điện vẫn giữ được điện áp
ổn định tại tất cả các nút sau khi bị kích động. Việc đánh giá tình trạng điện áp của
lưới điện là rất cần thiết để xác định được các nút kém ổn định về điện áp, từ đó có
phương thức vận hành phù hợp và đề xuất những biện pháp nhằm nâng cao độ dự
trữ ổn định điện áp vận hành của khu vực tránh những sự cố nghiêm trọng do điện
áp gây ra.
1.3 Tổng quan về các phương pháp phân tích ổn định điện áp trong hệ thống
điện
1.3.1 Phương pháp phân tích đặc tuyến P-V, Q-V
Mất ổn định điện áp có ảnh hưởng mở rộng đến toàn hệ thống điện vì nó phụ
thuộc vào quan hệ giữa công suất tác dụng truyền tải P, công suất phản kháng Q
bơm vào nút và điện áp cuối đường dây V. Các quan hệ này đóng vai trò hết sức
quan trọng trong phân tích ổn định điện áp và thường được thể hiện dưới dạng các
đường đặc tuyến trên đồ thị.
Nhờ các đường đặc tuyến này ta sẽ phân tích sự ổn định của hệ thống. Trong
phân tích ổn định điện áp ta thường sử dụng hai loại đường cong hay còn gọi là đặc
tuyến: đặc tuyến P-V và đặc tuyến Q-V. Đây là 2 phương pháp được sử dụng rộng
rãi để xác định giới hạn ổn định tải, yếu tố liên quan chặt chẽ đến ổn định điện áp.
20

Để xây dựng đường đặc tuyến, ta xét mạng điện đơn giản gồm 2 nút như
hình vẽ 1.2

Hình 1.2 Mô hình mạng điện đơn giản
~

Giả sử V R  VR 0
~

Khi đó E S  ES   ES (cos   j sin  )
~

(1-1)
~

Trong đó  là góc lệch pha giữa E S và V R
~

~

Có thể biểu diễn quan hệ E S và V R bằng công thức sau:
~

~

~

~

~

(1-2)

E S  V R  I .Z LN  VR  I .( R  jX )

Công suất biểu kiến của điểm tải được biểu diễn
 ~ ~ 


E V
S R  P  jQ  VR . I  VR . S R 
 R  jX 




~

=

~

^

~

R  jX
(VR E S cos   VR2  j.VR ES sin  )

2
2
R X

Rút cos  và sin  từ các phương trình trên ta có:

21

(1-3)


2

2

 PR  QX  VR2   PX  QR 
  
  1
sin   cos   
VR E S

  VR E S 

(1-4)

 VR4  (2 PR  2QX  ES2 ).VR2  ( PX  QR ) 2  ( PR  QX ) 2  0

(1-5)

2

2

Phương trình (1-5) chính là phương trình biểu diễn quan hệ giữa các đại
lượng V, P, Q trên mặt phẳng tọa độ 3 chiều (V, P, Q) như hình 1.3
Từ hình 1.3 ta có thể chiếu các họ đường đặc tuyến đó lên các mặt phẳng
tương ứng để nhận được từng loại đường đặc tuyến PV, QV. Đường đặc tuyến C
trên hình 1.3 chính là quỹ tích các điểm tới hạn của đường đặc tuyến.
Đây là biểu đồ tổng quát mô tả mối liên hệ chung của các đại lượng V, P, Q
nhưng trong thực tế ta thường xét riêng từng loại đặc tuyến để phân tích ổn định.
Trên cơ sở đó, ta xét từng loại đường đặc tuyến phục vụ cho việc phân tích ổn định
điện áp sau này.Chúng ta sẽ tìm hiểu rõ hơn về từng đường đặc tuyến PV, QV áp
dụng cho hệ thống điện đơn giản và phức tạp ở chương sau (chương 2).

Hình1.3 Không gian (V, P, Q) biểu diễn quan hệ giữa các đại lượng
1.3.2 Phương pháp xác định khoảng cách nhỏ nhất dẫn đến mất ổn định điện
áp trên mặt phẳng công suất
Bình thường khoảng cách đến mất ổn định điện áp nhỏ nhất được xác định
bằng phương pháp tăng tải hệ thống theo một kiểu xác định được lựa chọn là kịch
22


bản nặng nề nhất có thể xảy ra dựa trên các dữ liệu vận hành và dự báo phụ tải.
Phương pháp được trình bày sau đây được mô tả là phương pháp xác định giới hạn
ổn định công suất nhỏ nhất.
Nội dung phương pháp này là xác định một bộ thông số công suất tác dụng
phụ tải và công suất phản kháng phụ tải có thể truyền tải tăng thêm trong hệ thống
mà hệ thống vẫn đảm bảo vận hành ổn định khi cho trước điều kiện ban đầu. Hay
nói cách khác là xác định khoảng cách nhỏ nhất từ điểm vận hành ban đầu đến điểm
giới hạn ổn định điện áp, tương ứng với ma trận Jacôbi trào lưu công suất bị suy

biến.
Đối với HTĐ bất kỳ đều tồn tại miền ổn định trên mặt phẳng công suất
truyền tải P-Q. Các bước chung để xác định khoảng cách nhỏ nhất từ mức tải ban
đầu đến đường giới hạn ổn định S của HTĐ gồm các bước sau:
Bước 1: Gia tăng tải từ P0, Q0 theo vài hướng cho đến khi có một giá trị
riêng của Jacôbi gần bằng 0. Mức tải P1, Q1 tương ứng với điểm này là giới hạn ổn
định. Điểm P1, Q1 này xem như nằm trên đường S.
Bước 2: Với các điều kiện tại P1, Q1 xác định véc tơ riêng bên trái của ma
trận Jacôbi đầy đủ. Véc tơ riêng bên trái chứa các phần tử tác động đến sự gia tăng
của phụ tải công suất tác dụng và công suất phản kháng cho mỗi nút. Véc tơ riêng
chỉ rõ hướng ngắn nhất dẫn đến duy nhất nghĩa là hướng vuông góc với S.
Bước 3: Trở lại trường hợp cơ sở với mức tải là P0, Q0 và tăng tải HTĐ,
nhưng lần này theo hướng cho bởi véc tơ riêng được tìm thấy trong bước 2. Khi S
được tìm thấy, một véc tơ riêng bên trái mới được tính toán.
Bước 4: Trở về lại trường hợp cơ sở với mức tải là P0, Q0 và tăng tải HTĐ
theo hướng véc tơ riêng đã cho như trong bước 3. Quá trình này được lặp lại cho
đến khi véc tơ riêng được tính toán không thay đổi với mỗi phép lặp mới, như vậy
quá trình sẽ hội tụ.
Khi quá trình hội tụ, kết quả của phương pháp là xác định được khoảng cách
23


véc tơ nhỏ nhất (P, Q) từ giá trị ban đầu P0, Q0 đến đường giới hạn ổn định S.

P(pu)

Q (pu)
Hình 1.4 Kỹ thuật xác định khoảng cách nhỏ nhất đến mất ổn định điện áp
1.3.3 Phương pháp phân tích độ nhạy VQ (VQ sensitivity analysis) và phân
tích trạng thái QV (QV modal analysis)

1.3.3.1 Phương pháp phân tích độ nhạy VQ
Trong bài toán tính toán trào lưu công suất theo phương pháp NewtonRaphson, các phương trình tính toán dòng công suất P, Q sẽ có dạng:
 P   J P
Q    J
   Q

J PV    
J QV  V 

(1-6)

Trong đó:
P : độ lệch công suất tác dụng tại nút

Q : độ lệch công suất phản kháng tại nút
 : độ lệch của góc điện áp tại nút
V : độ lệch của độ lớn điện áp tại nút

Các phần tử của ma trận Jacobi cho biết độ nhạy giữa sự thay đổi trào lưu
công suất và điện áp nút. Ổn định điện áp hệ thống điện bị ảnh hưởng bởi cả 2
24


thông số P và Q. Tuy vậy tại mỗi điểm làm việc chúng ta giữ P không đổi và đánh
giá ổn định điện áp bằng việc xét mối liên hệ tăng lên giữa Q và V.
Bằng phép đặt P  0 khi đó phương trình (1-6) tương đương với 2 phương
trình sau:
0  J P   J PV V

(1-7)

Q  J Q   J QV V

(1-8)

Từ phương trình (1-7) ta có:
   J P1 J PV V

(1-9)

Thay phương trình (1-9) vào phương trình (1-8) ta có:
(1-10)

Q  J R V

Trong đó:



J R  J QV

 J Q J P1 J PV



(1-11)

Và JR được gọi là ma trận Jacobi rút gọn của HTĐ.
Từ phương trình (1-10) ta có thể viết:
V  J R1 Q

(1-12)

Ma trận J R1 là ma trận Jacobi VQ rút gọn. Phần tử đường chéo thứ i của J R1
là độ nhạy của điện áp đối với công suất phản kháng ( V / Q ) tại nút i. Độ nhạy
VQ tại một nút thể hiện độ dốc của đường cong QV tại điểm làm việc cho trước.
Nếu độ nhạy tại một nút có giá trị dương thì biểu thị nút đó đạt được sự ổn định về
điện áp. Giá trị độ nhạy càng nhỏ thì nút đó càng ổn định điện áp. Khi ổn định của
hệ thống suy giảm, giá trị độ nhạy sẽ tăng lên và tiến tới vô cùng ở điểm giới hạn ổn
định điện áp. Ngược lại, nếu giá trị độ nhạy có giá trị âm thì biểu thị nút đó không
ổn định điện áp.

25