Nghiên cứu phương pháp tính toán đánh giá độ tin cậy và giải pháp nâng cao độ tin cậy lưới điện trung á

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT....................................... III
DANH MỤC CÁC BẢNG ..................................................................................... IV
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ................................................................. V
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................VII
LỜI CẢM ƠN…………………………………………………………………..VIII
MỞ ĐẦU……………………………………………………………………………1
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ YÊU CẦU
NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH CHO HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM .......................5
1.1 Đặt vấn đề……………………………………………………………………..5
1.2 Tổng quan về ổn định hệ thống điện .................................................................6
1.2.1 Khái niệm ....................................................................................................6
1.2.2 Các chỉ tiêu xét ổn định hệ thống điện ........................................................7
1.3 Yêu cầu về nghiên cứu ổn định cho HTĐ Việt Nam.........................................9
1.3.1 Tổng quan về hệ thống điện Việt Nam .......................................................9
1.3.2 Các biện pháp nâng cao ổn định hệ thống điện .........................................10
1.4 Kết luận chương 1 ............................................................................................14
CHƯƠNG 2 - PHƯƠNG PHÁP VÀ CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH
ĐIỆN ÁP HỆ THỐNG ĐIỆN .................................................................................15
2.1 Các phương pháp nghiên cứu ..........................................................................15
2.1.1 Hướng tiếp cận dựa trên mô phỏng động .............................................17
2.1.2

Hướng tiếp cận tĩnh ..............................................................................17

2.2 Các phương pháp phân tích ổn định điện áp trong hệ thống điện ...................17
2.2.1 Phương pháp phân tích đặc tuyến P-V, Q-V .............................................17
2.2.2 Phương pháp xác định khoảng cách nhỏ nhất dẫn đến mất ổn định điện áp
trên mặt phẳng công suất ....................................................................................19
2.2.3 Phương pháp phân tích độ nhạy VQ ( VQ sensitivity analysis ) và phân
tích trạng thái QV ( QV modal analysis) ............................................................21

Phương pháp phân tích trạng thái (modal) QV ..................................................23
I


2.3 Đặc tuyến PV và phân tích ổn định điện áp ....................................................24
2.3.1 Đường đặc tuyến PV .................................................................................24
2.3.2 Phân tích ổn định điện áp qua đường đặc tuyến PV .................................26
2.4 Đặc tuyến QV và phân tích ổn định điện áp ....................................................30
2.4.1 Đặc tuyến QV ............................................................................................30
2.4.2 Phân tích ổn định điện áp qua đường đặc tuyến QV .................................31
2.5 Phương pháp xác định giới hạn ổn định điện áp .............................................34
2.5.1 Tiêu chuẩn mất ổn định phi chu kỳ ...........................................................34
2.5.2 Ứng dụng tiêu chuẩn mất ổn định phi chu kỳ để xác định giới hạn ổn định
điện áp hệ thống điện..........................................................................................39
2.5.3 Phương pháp trào lưu công suất lặp lại (Repeated power flow) ...............39
2.5.4 Phương pháp trào lưu công suất liên tục (Continuation power flow) .......46
2.6 Các chỉ tiêu, hệ số đánh giá ổn định điện áp trong hệ thống điện ...................52
2.6.1 Hệ số dự trữ điện áp ..................................................................................52
2.6.2 Hệ số dự trữ công suất tác dụng của hệ thống...........................................53
2.6.3 Độ dự trữ công suất phản kháng của nút tải ..............................................53
2.7 Kết luận chương 2 ............................................................................................55
CHƯƠNG 3 - ÁP DỤNG PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CHO HỆ THỐNG
ĐIỆN 500KV VIỆT NAM ......................................................................................56
3.1 Xây dựng cơ sở dữ liệu và lựa chọn phần mềm tính toán: ..............................56
3.2 Giới thiệu chương trình PSS/E ........................................................................56
3.3 Giới thiệu chức năng đường cong PV, QV của phần mềm PSS/E ..................57
3.3.1 Ứng dụng đường cong PV, QV đánh giá ổn định điện áp tĩnh .................57
3.3.2 Kỹ thuật vẽ đường cong PV, QV trong phần mềm PSS/E ........................57
3.4 Sơ đồ hệ thống điện Việt Nam đến năm 2015 ................................................58
3.5 Đánh giá ổn định điện áp lưới điện 500kV Việt Nam năm 2015 ....................61

3.5.1 Đặc tuyến PV của các nút..........................................................................61
Đặc tuyến QV của các nút ..................................................................................64
3.6 Nhận xét và kết luận ........................................................................................71
4. KẾT LUẬN CHUNG: ......................................................................................72
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................74

II


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CSTD

Công suất tác dụng

CSPK

Công suất phản kháng
Conseil International des Grands Réseaux Électriques

CIGRE

or: International Council on Large Electric systems
(Hiệp hội các hệ thống điện lớn)
Viet Nam Electricity

EVN
HTĐ

Tập đoàn điện lực Việt Nam

Hệ thống điện
Institute of Electrical and Electronics Engineers

IEEE

(Viện kỹ thuật Điện điện tử Mỹ)

MPĐ

Máy phát điện

MBA

Máy biến áp

OXL

Bộ giới hạn kích từ máy phát điện
On - load tap - changer

OLTC

(Bộ phận tự động điều chỉnh điện áp dưới tải)
Power System Simulation Engineering

PSS/E

(Mô phỏng hệ thống điện)
Static Var Compensator

SVC
TĐK

(Thiết bị bù công suất phản kháng tĩnh)
Tự động điều chỉnh kích từ

III


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1 Độ dự trữ CSTD Pdt ở chế độ cắt 1 ĐD 500kV .........................................62
Bảng 3.2 Độ dự trữ CSTD Pdt ở chế độ cắt 1 tổ máy phát ........................................64
Bảng 3.3 Độ dự trữ công suất phản kháng của các nút tải 500kV ............................70

IV


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1. Sự ổn định của một quả bóng lăn ................................................................5
Hình 2.1: Các phương pháp nghiên cứu ổn định điện áp.........................................16
Hình 2.2 Mô hình mạng điện đơn giản .....................................................................18
Hình 2.3 Không gian (V,P,Q) biểu diễn quan hệ giữa các đại lượng .......................19
Hình 2.4 Kỹ thuật xác định khoảng cách nhỏ nhất đến mất ổn định điện áp ...........20
Hình 2.5 Đặc tuyến PV cơ bản ..................................................................................25
Hình 2.6 Đường đặc tuyến PV ứng với hệ cố công suất cos   1 ...........................27
Hình 2.7 Mạng điện đơn giản gồm 2 nút, 2 đường dây truyền tải ............................27
Hình 2.8 Đường đặc tuyến PV khi mất đường dây 0.8 pu ........................................28
Hình 2.9 Đường đặc tuyến PV khi mất đường dây 1.2 pu ........................................28

Hình 2.10 Các đường đặc tuyến PV với PR lớn hơn lúc bình thường......................29
Hình 2.11 Các họ đường đặc tuyến PV ứng với hệ số tải khác ................................30
Hình 2.12 Dạng đường đặc tuyến QV điển hình ......................................................31
Hình 2.13 Sơ đồ điện đơn giản vẽ đường cong QV ..................................................32
Hình 2.14 Đồ thị quan hệ QV ...................................................................................33
Hình 2.15 Sơ đồ thuật toán phương pháp Newton-Raphson ....................................42
Hình 2.16 Sơ đồ thuật toán tính giới hạn ổn định bằng phương pháp RBF .............45
Hình 2.17. 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 .................48
Hình 2.18 Thuật toán trào lưu công suất liên tục ......................................................51
Hình 2.19 Đường cong QV sử dụng biến Q phụ tải thay đổi ...................................55
Hình 3.1 Phân vùng hệ thống điện Việt Nam ...........................................................59

V


Hình 3.2 Sơ đồ lưới điện Việt Nam đến năm 2015...................................................60
Hình 3.3 Đặc tuyến PV các nút Sơn La, Thường Tín, Phố Nối, Đức Hòa - chế độ cơ
bản .............................................................................................................................62
Hình 3.4 Đặc tuyến PV các nút Sơn La, Thường Tín, Phố Nối, Đức Hòa – ............63
chế độ sự cố ĐD Sơn La-Hiệp Hòa...........................................................................63
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..............................................................................64
Hình 3.6 Đặc tuyến QV nút tải Thường Tín - chế độ cơ sở ......................................65
Hình 3.7 Đặc tuyến QV nút tải Việt Trì - chế độ cơ sở ............................................66
Hình 3.8 Đặc tuyến QV nút tải Thốt Nốt - chế độ cơ sở ..........................................66
Hình 3.9 Đặc tuyến QV nút tải Thường Tín - chế độ sự cố ĐD Sơn La-Hòa Bình .67
Hình 3.10 Đặc tuyến QV nút tải Việt Trì - chế độ sự cố ĐD Sơn La-Hòa Bình ....67
Hình 3.11 Đặc tuyến QV nút tải Thốt Nốt - chế độ sự cố ĐD Sơn La-Hòa Bình ....68
Hình 3.12 Đặc tuyến QV nút tải Thường Tín - chế độ sự cố 1 tổ máy phát NMĐ

Vĩnh Tân ....................................................................................................................68
Hình 3.13 Đặc tuyến QV nút tải Việt Trì - chế độ sự cố 1 tổ máy phát NMĐ Vĩnh
Tân .............................................................................................................................69
Hình 3.14 Đặc tuyến QV nút tải Thốt Nốt - chế độ sự cố 1 tổ máy phát NMĐ Vĩnh
Tân .............................................................................................................................69

VI


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này do Tôi tổng hợp và thực hiện. Các kết quả
phân tích hoàn toàn trung thực, nội dung bản thuyết minh chưa được công bố. Luận
văn có sử dụng các tài liệu tham khảo đã nêu trong phần tài liệu tham khảo.

Hà Nội, ngày 23 tháng 03 năm 2015
Tác giả luận văn

Lê Công Định

VII


LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được bản luận văn này, Tôi xin chân thành cám ơn đến TS Lã
Minh Khánh đã hướng dẫn tận tình, chỉ bảo cặn kẽ để có thể hoàn thành luận văn
này. Đồng thời, xin gửi lời cảm ơn tới tất cả các thầy, cô giáo Viện Điện, Trường
Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành luận văn.

Hà Nội, ngày 23 tháng 03 năm 2015
Tác giả luận văn

Lê Công Định

VIII


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trong những năm qua, cùng với sự phát triển về kinh tế, nhu cầu về điện
năng cũng gia tăng mạnh mẽ cả về công suất, quy mô và tính chất vì thế hệ thống
điện có một vai trò quan trọng đối với sự phát triển kinh tế, xã hội, chính trị của mỗi
quốc gia, là yếu tố chi phối hầu như toàn bộ nền kinh tế. Do đó các hệ thống điện
phải được đầu tư, mở rộng để đáp ứng được những nhu cầu của xã hội. Tuy nhiên,
các HTĐ nói chung và HTĐ Việt Nam nói riêng đang gặp phải với những vướng
mắc và tồn tại như:
- Thứ nhất, là khó khăn trong việc đầu tư nguồn điện, hệ thống truyền tải:
Hiện nay, việc đầu tư đồng bộ hóa giữa nguồn điện và lưới điện truyền tải đang rất
khó khăn. Theo Tổng công ty truyền tải điện Quốc Gia thì nhu cầu vốn để phát triển
lưới điện truyền tải giai đoạn 2011 - 2020 là hơn 200 nghìn tỷ đồng, chiếm 34%
tổng vốn đầu tư phát triển điện lực; giai đoạn 2021 - 2030 là gần 500 nghìn tỷ đồng,
chiếm 35%. Hiện tại mới có một vài cá nhân trong nước đầu tư một số thủy điện
nhỏ có công suất không đáng kể, các nhà đầu tư nước ngoài thời điểm hiện tại chưa
quan tâm nhiều đến đầu tư vào ngành điện.
- Thứ hai, là sự tăng trưởng nhanh chóng của phụ tải: Theo số liệu của Trung
tâm điều độ hệ thống điện Quốc gia, tốc độ tăng trưởng phụ tải từ năm 2009 trở lại
đây luôn cao hơn 10% (Năm 2009: 12,5%; Năm 2010: 14%; Năm 2011: 15%; Năm
2012: 16,8%). Dự kiến các năm tiếp theo từ 2013 đến 2020 thì tốc độ tăng trưởng
phụ tải khoảng 12% - 16%.

- Vần đề thứ ba là tài nguyên thiên nhiên để sản xuất ra điện ngày càng khan
hiếm: Ở nước ta, nguồn tài nguyên thiên nhiên dùng để sản xuất ra điện cung cấp
cho phụ tải chủ yếu hồ thủy điện (nhà máy thủy điện), từ khí đốt (nhà máy nhiệt
điện khí), than (nhà máy nhiệt điện than). Theo EVN, nếu phương án tăng trưởng
điện 13% thì nhu cầu khí cho điện phải đạt 8,2 tỷ m3/năm, than cho điện sẽ tăng từ
5,85 triệu tấn (năm 2011) lên 24,75 triệu tấn (năm 2015). Tuy nhiên, với yêu cầu về

1


trữ lượng nói trên thì nguồn tài nguyên về than khí không đáp ứng được lâu dài cho
việc phát triển nguồn điện. Tại Việt Nam thời gian vừa qua phát triển nhiều thủy
điện tuy nhiên nguồn năng lượng này thì phụ thuộc vào khí hậu, thời tiết vì việc tích
nước hồ hàng năm phải trông vào các trận lũ.
- Thứ tư đó là xu hướng thị trường hóa ngành điện, hiện tại EVN đã nỗ lực
hình thành công ty mua bán điện là bước đầu tiên cho việc hình thành thị trường
điện lực. Như vậy ngành điện sẽ được đối xử như những ngành khác và công tác
quản lý cần phải nâng thêm một bước nữa, nó làm thay đổi hoàn toàn khái niệm về
một HTĐ truyền thống, phần nguồn, phần phân phối hoàn toàn mở cho các doanh
nghiệp có thể tham gia xây dựng nhà máy điện, kinh doanh điện. Và đặc biệt là xu
hướng kết nối các HTĐ với nhau, điều này đã làm cho HTĐ ngày càng phức tạp về
quy mô, tính chất, khó khăn trong việc quản lý, vận hành, điều khiển giám sát.
- Vấn đề cuối cùng đó là môi trường: Vấn đề môi trường biến đổi khí hậu đang
là ưu tiên quan tâm hàng đầu trên thế giới nói chung cũng như Việt Nam nói riêng.
Gần đây đã xuất hiện một số hệ lụy cho vấn đề này như vấn đề xả tràn hồ thủy điện,
việc phá rừng làm thủy điện, hoặc việc sử dụng các thiết bị công nghệ lạc hậu của
nhà máy nhiệt điện đã gây dư luận không tốt trong xã hội. Do đó, việc xây dựng các
nhà máy điện cần phải được xem xét một cách khoa học và kỹ lưỡng.
Do đó hiện tại Hệ thống điện vận hành rất gần với giới hạn về Ổn định. Khi
xảy ra các sự cố trên lưới các hệ thống điện đã bị rã lưới hệ thống điện làm mất điện

trên diện rộng và thời gian khắc phục sự cố kéo dài gây thiệt hại lớn cho nền kinh
tế. Một số sự cố tan rã HTĐ gần đây trên thế giới, cũng như tại nước ta đã gây ra
tan rã hệ thống điện:
Sự cố sụp đổ điện áp tại Hoa Kỳ/ Canada ngày 14 tháng 08 năm 2003 trong
thời gian 05 phút đã làm mất 61800 MW cấp cho Ohio, Michigan, Pennsylvania,
New York, Vermont, Massachusetts, Connecticut, New Jersey, and Ontario
(Canada). Ảnh hưởng tới sinh hoạt, làm việc của hơn 50 triệu người.

2


Sự cố sụp đổ điện áp và tần số tại Thụy Điển/ Đan Mạch ngày 23 tháng 08
năm 2003 trong thời gian 07 phút mất 3000MW điện hạt nhân. Gây rã lưới cho
miền Nam Thụy Điển và Tây Đan Mạch.
Sự cố rã lưới tại Italy ngày 28 tháng 09 năm 2003 nguyên nhân do một đường
dây từ Thụy Sĩ sang Italy bị cắt do sự cố và không tự động đóng lại do không đồng
bộ góc pha. Các đường dây khác bị quá tải, dẫn đến làm mất điện toàn nước Italy
mất điện 27000 MW.
Sự cố rã lưới tại Việt Nam ngày 22 tháng 05 năm 2013 trong thời gian 2 phút
do vi phạm hành lang gây sự cố làm mất điện cho phụ tải 19 tỉnh thành khu vực
miền Nam mất 9000 MW.
Như vậy, có thể thấy HTĐ nói chung và HTĐ Việt Nam đang phải đối diện
với nhiều thách thức trong việc cung cấp điện an toàn, ổn định và tin cậy và đặc biệt
trong thời điểm nền kinh tế đang phát triển có nhiều ngành công nghiệp có nhiều
máy móc phản ứng nhạy cảm với chất lượng điện.
Từ đó, phát sinh các vấn đề về kỹ thuật cần được nghiên cứu và đưa ra các giải
pháp nhằm nâng cao độ tin cậy và chất lượng điện năng cung cấp cho các phụ tải,
đặc biệt là vấn đề về ổn định hệ thống điện. Hệ thống điện ngày càng phát triển thì
việc tính toán để nghiên cứu các vấn đề về kỹ thuật ngày càng trở lên phức tạp, đòi
hỏi con người phải tìm ra các công cụ để tính toán nhanh và chính xác các thông số

kỹ thuật. Hiện nay, trên thế giới đã có rất nhiều các công cụ để phục vụ việc tính
toán các thông số kỹ thuật của các hệ thống điện phức tạp như: phần mềm tính toán
PSS/E-ADEPT; DlgSilent; Power word….Khi đã có các công cụ tính toán thì đòi
hỏi những người ứng dụng nó phải biết cách sử dụng thành thạo và có thể phân tích
được các giá trị phù hợp với mục đích nghiên cứu của mình.
2. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu.
2.1.

Mục đích nghiên cứu:

3


Mục tiêu của đề tài là tìm hiểu các chỉ tiêu, phương pháp đánh giá ổn định của
hệ thống điện. Qua đó áp dụng để đánh giá ổn định điện áp cho lưới điện 500kV của
Việt Nam hiện nay. Để thưc hiện được mục tiêu này nhiệm vụ là:
- Nghiên cứu ổn định HTĐ
- Nghiên cứu ổn định điện áp trong hệ thống điện
- Tìm hiểu các chỉ tiêu, phương pháp đánh giá ổn định điện áp trong hệ thống
điện
- Sử dụng phần mềm PSS/E để đánh giá ổn định điện áp cho lưới điện 500kV
Việt Nam theo đặc tuyến PV, QV
2.2.

Đối tượng, phạm vi nghiên cứu:

Tìm hiểu và mô phỏng hệ thống lưới điện truyền tải 500kV Việt Nam
3. Nội dung luận văn
Chương 1: Tổng quan chung về ổn định và yêu cầu nghiên cứu ổn định cho hệ
thống điện Việt Nam.

Chương 2: Phương pháp và các chỉ tiêu đánh giá ổn định điện áp hệ thống điện.
Chương 3: Áp dụng phân tích ổn định điện áp cho hệ thống điện 500kV Việt Nam.

4


CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ YÊU CẦU
NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH CHO HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM
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 bóng lăn như hình 1.1

Hình 1.1. Sự ổn định của một quả bóng lăn
Hệ thống bóng 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 lõm hình 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.
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

5

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. Khi hệ thống rơi vào trạng thái mất ổn định sẽ kéo theo những sự
cố nghiêm trọng có tính chất hệ thống [1], [2].
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.
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 có sự
biến đổi lớn của hệ thống [3].
1.2 Tổng quan về ổn định hệ thống điện
1.2.1 Khái niệm
Điều kiện cân bằng công suất không đủ cho một chế độ xác lập tồn tại trong
thực tế. Vì các chế độ trong thực tế luôn luôn bị các kích động từ bên ngoài. Một
chế độ thỏa mãn các điều kiện cân bằng công suất muốn tồn tại được trong thực tế
phải chịu đựng được các kích động mà điều kiện cân bằng công suất không bị phá
hủy.
Các kích động đối với chế độ hệ thống điện được chia làm hai loại: các kích
động nhỏ và các kích động lớn.
Người ta thường sử dụng các định nghĩa ổn định như sau đối với HTĐ [4]
[5]:
Định nghĩa ổn định tĩnh:
Ổn định tĩnh là khả năng của hệ thống điện khôi phục lại chế độ ban đầu

6


hoặc rất gần chế độ ban đầu sau khi bị kích động nhỏ.
Định nghĩa ổn định động:
Ổn định động là khả năng của hệ thống điện khôi phục lại chế độ làm việc
ban đầu hoặc rất gần chế độ ban đầu sau khi bị kích động lớn.
Định nghĩa ổn định tổng quát:
Ổn định tổng quát là khả năng của hệ thống điện lập lại chế độ đồng bộ sau
khi đã rơi vào chế độ không đồng bộ do mất ổn định tĩnh hoặc ổn định động.
1.2.2 Các chỉ tiêu xét ổn định hệ thống điện
Để đánh giá mức độ ổn định của HTĐ cần có các chỉ tiêu định lượng. Đối
với HTĐ phức tạp thường phải sử dụng phối hợp nhiều chỉ tiêu khác nhau [6].
a - Hệ số dự trữ ổn định hệ thống tính theo kịch bản điển hình.
Kịch bản điển hình (còn gọi là kịch bản tự nhiên) được xác định là kịch bản
làm tăng đồng thời công suất tác dụng và phản kháng của tất cả các nút tải trong hệ
thống theo cùng một tỉ lệ cho đến khi hệ thống mất ổn định. Hệ số dự trữ ổn định
tính theo kịch bản điển hình được xác định theo công thức:

K®h
=
dt

PΣgh -PΣ0
PΣ0

100%

Trong đó: PΣgh, PΣ0 - là tổng công suất phụ tải ở chế độ giới hạn và chế độ ban đầu.
Hệ số dự trữ ổn định tính theo kịch bản điển hình là một trong những chỉ tiêu đặc

trưng cho mức độ ổn định chung của hệ thống.
b - Hệ số dự trữ ổn định tính theo các kịch bản quan tâm.
Ngoài kịch bản điển hình, tùy theo cấu trúc và đặc điểm vận hành, mức độ
ổn định hệ thống còn cần được kiểm tra theo những kịch bản khác gọi là kịch bản
quan tâm (thiết lập theo mục đích người nghiên cứu). Kịch bản quan tâm thường
liên quan đến các tình huống chuyển đổi phương thức vận hành. Ví dụ từ mùa mưa
chuyển sang mùa khô cần giảm dần công suất các NMTĐ và tăng dần công suất các
NMNĐ. Chế độ giới hạn được quan tâm nhằm theo dõi hệ số dự trữ ổn định. Phụ

7


thuộc vào cấu trúc sơ đồ nhiều trường hợp hệ số dự trữ theo kịch bản quan tâm
mang ý nghĩa quyết định.
Hệ số dự trữ ổn định tính theo các kịch bản quan tâm được xác định theo
công thức sau:

P
-P
qtgh qt0
qt
K =
100%
dt
P
qt0
Trong đó: Pqtgh và Pqt0 là thông số quan tâm trong kịch bản (ví dụ công suất truyền
tải trên đường dây tải nặng) ở chế độ giới hạn và chế độ đầu.
Tăng công suất máy phát của NMĐ để tìm giới hạn ổn định và hệ số dự trữ (như ví
dụ trên) cũng là một trường hợp của kịch bản quan tâm.

c. Hệ số sụt áp các nút (tính theo kịch bản điển hình).
Với kịch bản điển hình tính được điện áp các nút ở chế độ đầu Ui0 và chế độ
giới hạn Uigh. Hệ số sụt áp nút i được tính theo công thức:

U
-U
i0 100%
K = igh
iU
U
i0
Nút có hệ số sụt áp lớn là nút yếu, sớm gây ra sụp đổ điện áp, kéo theo mất ổn định
toàn hệ thống. Cải thiện ổn định cho các nút này thường nâng cao dự trữ ổn định
chung cho toàn hệ thống.
d. Hệ số độ nhậy biến động công suất nhánh.
Với kịch bản quan tâm tính được công suất nhánh ở chế độ ban đầu Pi0 và chế
độ giới hạn Pigh. Hệ số độ nhạy biến động công suất nhánh được tính theo công thức:

P
-P
igh i0
K
=
100%
iNh
P
i0
Nhánh có độ nhạy lớn là nhánh nguy hiểm (cắt ra sẽ ảnh hưởng nhiều đến tính ổn
định).

8


e. Tốc độ biến thiên điện áp và góc lệch pha các nút.
Mức độ ổn định hệ thống có liên qua đến các đạo hàm dQ/dU và dP/dδ (tiêu
chuẩn thực dụng của Markovits). Hệ thống sẽ mất ổn định khi các đạo hàm này tiến
tới 0. Chương trình Conus có chức năng khảo sát sự thay đổi các hệ số độ nhạy (trị
số nghịch đảo của các đại lượng này) trong quá trình làm biến thiên thông số (vẽ
đường cong). Các yếu tố giới hạn thường có ảnh hưởng làm thay đổi đột biến (nhảy
bậc) đường cong.
f. Miền ổn định nút tải trong không gian công suất nút
Làm biến thiên công suất nút tải theo những hướng khác nhau có thể tìm
được các điểm nằm trên giới hạn ổn định. Đường cong nối các điểm sẽ phân chia ra
miền ổn định và không ổn định trong không gian công suất nút.
Miền ổn định đặc trưng cho khả năng cung cấp công suất từ nút (tỉ lệ với độ
rộng của miền ổn định).
1.3 Yêu cầu về nghiên cứu ổn định cho HTĐ Việt Nam
1.3.1 Tổng quan về hệ thống điện Việt Nam
Do yếu tố lịch sử cũng như địa lý, hệ thống điện Việt Nam được chia thành 3
miền và liên kết bởi hệ thống truyền tải điện 500 kV [7]:
-

Hệ thống điện miền Bắc: bao gồm 28 tỉnh, thành phố phía Bắc trải dài từ

Quảng Ninh đến Hà Tĩnh. HTĐ miền Bắc liên kết với HTĐ quốc gia từ 4 TBA
500kV là Hòa Bình (2x450MVA), Nho Quan (1x450MVA), Thường Tín
(1x450MVA), Hà Tĩnh (1x 450MVA); liên kết với HTĐ miền Trung qua đường
dây 220kV Hà Tĩnh – Đồng Hới
-

Hệ thống điện miền Trung: bao gồm 9 tỉnh, thành phố từ Quảng Bình đến

Khánh Hòa và 4 tỉnh Tây Nguyên. HTĐ miền Trung liên kết với HTĐ Quốc gia qua
TBA 500kV là Đà Nẵng (2x 450MVA) và Pleiku (1x450MVA); liên kết với HTĐ
miền Bắc qua đường dây 220kV Đồng Hới – Hà Tĩnh; với HTĐ miền Nam qua
đường dây 220kV Nha Trang – Đa Nhim và 2 đường dây 110kV Cam Ranh – Ninh
Hải, Cam Ranh – Đa Nhim; ngoài ra trong HTĐ miền Trung còn có trạm 110kV

9


Đắc Nông (7MVA) của tỉnh Đắc Nông nhận điện từ HTĐ miền Nam qua đường dây
110kV Thác Mơ – Bù Đăng – Đắc Nông.
-

Hệ thống điện miền Nam: bao gồm 23 tỉnh, thành phố phía Nam từ Ninh

Thuận đến Cà Mau. HTĐ miền Nam liên kết với HTĐ quốc gia qua 5TBA 500kV
là Di Linh (1 x450MVA), Tân Định (1 x 450MVA), Phú Lâm (2 x 450MVA), Nhà
Bè (2 x 600MVA) và Phú Mỹ 500 (2x 450MVA); liên kết với HTĐ miền Trung
thông qua đường dây 220kV Đa Nhim – Nha Trang và 2 đường dây 110kV Ninh
Hải – Cam Ranh, Đa Nhim – Cam Ranh.
Ngoài ra, hiện nay toàn bộ phụ tải các tỉnh Hà Giang, Tuyên Quang, Yên
Bái, Phú Thọ và một phần phụ tải các tỉnh từ Vĩnh Phúc, Thái Nguyên, Cao Bằng,
Quảng Ninh thuộc HTĐ miền Bắc đang nhận điện từ Trung Quốc với công suất lớn
nhất khoảng 570MW và sản lượng trung bình ngày khoảng 9 – 10 tr.kWh nhằm
giảm thiểu nguy cơ thiếu điện ở khu vực phía Bắc nói riêng và cả nước nói chung.
1.3.2 Các biện pháp nâng cao ổn định hệ thống điện
Việc đảm bảo cho HTĐ được ổn định trong mọi điều kiện có tầm quan trọng
đặc biệt nhằm đảm bảo cung cấp điện năng liên tục cho các hộ tiêu thụ. Trong thực

tế nhiều khi bản thân HTĐ với các thiết bị cơ bản không đủ để đảm bảo ổn định,
không đủ độ dữ trữ ổn định cần thiết, người ta phải dùng các biện pháp nhằm tăng
cường ổn định của HTĐ. Các biện pháp nâng cao ổn định HTĐ [8] chia làm hai
loại:
1. Cải thiện các phần tử chính của HTĐ
2. Thêm vào hệ thống các phần tử phụ nhằm nâng cao khả năng ổn định hệ
thống
Cải thiện đặc tính của những phần tử chính trong HTĐ
Máy phát điện
-

Cải tạo tham số MPĐ

Ảnh hưởng của điện kháng của MPĐ Xd đến ổn định tĩnh của HTĐ. Trong
trường hợp không có TĐK, nếu giảm Xd thì sẽ tăng được độ dự trữ ổn định tĩnh.
Đối với ổn định động thì việc giảm Xd sẽ có tác dụng tốt (Hình 1.2). Ngoài ra việc
10


tăng hằng số quán tính Tj sẽ có lợi đối với ổn định động ở chỗ nó cho tcắt kéo dài
hơn hoặc với tcắt không đổi thì công suất truyền tải sẽ cao hơn (Hình 1.3)

Hình 1.2

Hình 1.3

Tuy nhiên muốn tăng Tj, giảm X’d thì giá MPĐ tăng lên nhiều, do đó chỉ có thể làm
các máy phát thủy điện có thông số theo yêu cầu, còn các nhà máy phát nhiệt điện
thì sản xuất hàng loạt với thông số giống nhau.
-

Hệ số cos của các MPĐ

Hệ số cos của MPĐ có ảnh hưởng nhiều đến đặc tính công suất của nó. Nếu
cos của MPĐ càng cao thì càng không lợi về ổn định. Nhưng sản xuất máy phát
với cos thấp thì cùng một giá trị của CSTD P, công suất biểu kiến sẽ lớn vì S = P/
cos làm cho máy phát đắt tiền. Trong thực tế người ta chọn giá trị thích hợp của
cos.
Trong lúc vận hành, nếu cos của máy phát cao quá thì để đảm bảo ổn định
cần phải có biện pháp giảm nó xuống, ví dụ như đấu thêm kháng vào cực MPĐ để
tăng lượng CSPK của máy phát, hạ thấp cos.
Máy cắt điện
Sử dụng máy cắt điện cắt nhanh sự cố là biện pháp cơ bản để bảo đảm ổn định
động của hệ thống điện.
-

Cắt nhanh sự cố

Nếu máy cắt càng nhanh thì diện tích gia tốc càng nhỏ, diện tích hãm tốc càng
lớn, máy phát có khả năng ổn định cao và đỡ bị dao động, công suất truyền tải P0

11


được nâng cao. Ngoài việc cắt nhanh ngắn mạch còn có tác dụng ngăn chặn sự biến
hóa của ngắn mạch không đối xứng thành ngắn mạch 3 pha.
-

Tự đóng lại đường dây tải điện

Phần lớn các ngắn mạch xảy ra trên đường dây là tạm thời, nên sau 1 thời gian
nhất định đủ để khử Ion nếu ta đóng lại đường dây thì nó có thể làm việc bình
thường. Thời gian khử Ion: 110kV từ 0,1s đến 0,13s; 220kV thời gian từ 0,12s đến
1,33s. Kết quả đóng lại thường trong khoảng 80% đến 90% là thành công.
Tự động đóng lại thường dùng cho đường dây cụt một lộ đến các phụ tải để
đảm bảo cung cấp điện. Nhưng cũng được dùng cho các máy phát làm việc song
song và có tác dụng đảm bảo ổn định động nhất là với các đường dây liên lạc một
lộ.
Đường dây tải điện
Điện thế của đường dây tải điện đi xa đóng vai trò quan trọng nâng cao ổn
định của HTĐ, nó làm giảm điện kháng tương đối của đường dây tải điện so với các
phần tử còn lại vì:
X dd  X ddo * L *

Scs
2
U dd

Rõ ràng là Xdd tỷ lệ nghịch với bình phương điện áp của đường dây tải điện.
Do Xdd giảm nên Pmax sẽ tăng lên.
Đối với các đường dây dài điện kháng tuyết đối Xdd của đường dây cũng có
tác dụng đáng kể đến độ dự trữ ổn định. Để giảm Xdd người ta có thể thực hiện các
biện pháp:
+ Bù dọc bằng cách thêm Xc vào đường dây, do đó Xdd = XL – XC sẽ giảm đi.
+ Phân nhánh dây dẫn, làm tăng bán kính tương đương của dây dẫn đó giảm điện
kháng.
+ Đặt các trạm cắt trung gian để khi ngắn mạch chỉ cần cắt 1 đoạn đường dây bị sự
cố, như vậy cải thiện chế độ của hệ thống sau khi cắt ngắn mạch.
+ Đối với các đường đây siêu cao áp có thể đặt máy bù đồng bộ ở dọc đường dây
hoặc các máy bù tĩnh (SVC) để tăng khả năng tải của hệ thống.

12


Thêm vào hệ thống các phần tử phụ nhằm nâng cao khả năng ổn định hệ thống
-

Nối đất các điểm trung tính của máy biến thế qua điện kháng hoặc

điện trở tác dụng
Việc nối đất một số điểm trung tính của MBA qua điện kháng hoặc điện trở
trong HTĐ trung tính nối đất trực tiếp sẽ làm cho tổng trở thứ tự không của hệ
thống Z 0 khi xảy ra ngắn mạch không đối xứng tăng lên. Việc tăng Z 0 sẽ làm cho
tổng trở ngắn mạch Z  tăng lên và tổng trở tương hỗ Z12 giảm đi vì
Z12  Z1  Z 2 

Mà

P max 

Z1Z 2
Z

E *U
cho nên P max sẽ tăng lên.
Z12

Trong trường hợp dùng điện trở tác dụng sẽ lớn hơn bởi vì điện trở tiêu thụ
CSTD làm cho đặc tính công suất khi ngắn mạch đỡ giảm.
-

Ghìm điện

Trong HTĐ có thể xảy ra trường hợp tcắt rất nhỏ, đến mức bảo vệ rơle và máy
cắt không đủ khả năng thực hiện, hoặc là thực hiện được nhưng độ dự trữ ổn định
động không đảm bảo, khi đó ghìm điện được áp dụng để nâng cao ổn định động.

Hình 1.4
Để nâng cao ổn định động đối với ngắn mạch 3 pha người ta đấu thêm các
điện trở 3 pha vào mạch MPĐ (hình 1.4) gọi là ghìm điện (dynamic brake). Các
điện trở này sẽ có tác dụng khi xảy ra ngắn mạch 3 pha như là các phụ tải tiêu thụ

13


CSTD làm cho đường đặc tính công suất đỡ giảm, và do đó máy phát đỡ tăng tốc
hơn, rotor bị các điện trở này ghìm lại.
Sơ đồ a) máy cắt C ở vị trí đóng, nó mở ra khi ngắn mạch. Ở sơ đồ b) thì
ngược lại, máy cắt C sẽ đóng vào khi ngắn mạch.
1.4 Kết luận chương 1
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.
Ổn định góc quay rô to là khả năng của các thiết bị đồng bộ của một HTĐ
phức tạp vẫn giữ được đồng bộ sau khi xảy ra một nhiễu loạn. Nó phụ thuộc vào
khả năng duy trì, phục hồi sự cân bằng giữa mômen điện từ và mômen cơ của các
thiết bị đồng bộ trong HTĐ. Việc mất ổn định có thể là do xuất hiện sự gia tăng góc

quay của một số máy phát dẫn đến mất đồng bộ với những máy phát khác.
Ổn định tần số là khả năng của HTĐ giữ được tần số ổn định sau khi HTĐ có
một nhiễu loạn lớn do mất cân bằng đủ lớn giữa nguồn phát và phụ tải. Nó phụ
thuộc vào khả năng duy trì, phục hồi lại sự cân bằng giữa nguồn phát và phụ tải với
công suất tải mất ít nhất. Mất ổn định có thể là kết quả do tần số của HTĐ bị dao
động dẫn đến việc cắt điện các tổ máy phát và/hoặc các phụ tải.
Ổn định điện áp là khả năng của HTĐ duy trì điện áp ổn định có thể chấp
nhận được tại tất cả các nút trong hệ thống dưới các điều kiện vận hành bình thường
và sau khi xảy ra nhiễu loạn.
Trong nội dung tiếp theo, luận văn sẽ tập trung trình bày về ổn định điện áp.

14


CHƯƠNG 2 - PHƯƠNG PHÁP VÀ CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ
ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP HỆ THỐNG ĐIỆN
2.1 Các phương pháp nghiên cứu
Về thực chất vấn đề ổn định điện áp hệ thống điện đã được nghiên cứu và
phân tích từ rất lâu, các lý thuyết về ổn định điện áp đã được đề cập đến tương đối
hoàn chỉnh. Tuy nhiên, với sự xuất hiện các sự cố tan rã HTĐ nghiêm trọng liên
quan đến hiện tượng sụp đổ điện áp trong những năm gần đây, vấn đề này vẫn là
một trong những vấn đề nóng hổi đối với các nhà nghiên cứu và các cơ quan điện
lực, nhiều hệ thống lưới điện hiện đại vẫn tồn tại các nguy cơ về mất ổn định điện
áp. Rất nhiều các nghiên cứu tiến hành trên nhiều khía cạnh của vấn đề tính ổn định
điện áp được liệt kê trong các tài liệu tham khảo ở trên. Các nhà nghiên cứu đã tập
trung vào các vấn đề sau:
- Công cụ hỗ trợ và kỹ thuật tính toán: Việc lựa chọn kỹ thuật tính toán và
công cụ trợ giúp thích hợp để hiểu được cơ chế của vấn đề ổn định điện áp và đưa ra
các quyết định vận hành và quy hoạch dựa trên nhiều quá trình mô phỏng đáng tin
cậy hơn. Phân tích trào lưu công suất, phân tích trạng thái gần ổn định và phân tích

ổn định quá độ là các công cụ chính có thể được lựa chọn để phân tích tĩnh và động
hệ thống điện.
- Mô hình hóa thiết bị: việc lựa chọn mô hình và các kịch bản thích hợp hoặc
các sự cố để mô phỏng gắn với sự cố sụp đổ điện áp là rất quan trọng. Tương tác
của tải hệ thống và thiết bị, chẳng hạn như các thiết bị bảo vệ chống quá kích từ
OXL, bộ tự động điểu chỉnh điện áp OLTC, tụ bù ngang và chức năng F81 sa thải
phụ tải đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
- Các thông số hệ thống: các thông số hệ thống điện có thể được sử dụng để
hỗ trợ người vận hành xác định xem trạng thái của hệ thống an toàn hay nguy hiểm.
Ngoài ra, chúng có thể được xem là các tiêu chuẩn cho việc đánh giá tính an toàn hệ
thống.

15


- Phương pháp điều khiển: phương pháp phòng ngừa và ngăn ngừa được cần
đến để giảm bớt sự sụp đổ điện áp. Trong các trường hợp mà tiêu chuẩn về tính ổn
định điện áp không được đáp ứng, các biện pháp phòng ngừa và ngăn chặn phải
được thiết kế để tăng cường cho hệ thống đáp ứng các tiêu chuẩn này.
Rất nhiều phương pháp nghiên cứu liên quan đến ổn định điện áp được liệt kê trong
các tài liệu tham khảo [9] [10] [11]. Các phương pháp này có thể được phân loại
thành hai nhóm và tổng kết trong lược đồ.

Các phương pháp nghiên cứu ổn định điện áp

Các hướng
tiếp cận tĩnh

Phương pháp dựa trên việc
tính toán trào lưu công suất

ở chế độ xác lập

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

Các hướng
tiếp cận động

Các phương pháp dựa
trên chỉ số ổn định tĩnh

Kết hợp giữa phân
tích tĩnh và mô
phỏng động

Tính giá trị riêng nhỏ nhất
của ma trận Jacobian

Mô phỏng thời gian
thực, hoặc mô
phỏng dài hạn

Kỹ thuật phân tích mode và
hệ số tham gia

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

Hình 2.1 Các phương pháp nghiên cứu ổn định điện áp

16


2.1.1

Hướng tiếp cận dựa trên mô phỏng động
Phương pháp mô phỏng động được ứng dụng rộng rãi để tìm hiểu các đáp ứng

động của HTĐ trong các hiện tượng động như sụp đổ điện áp. Đặc biệt, các phương
pháp kết hợp giữa mô phỏng tĩnh-động cũng được dùng rộng rãi để nghiên cứu các
vấn đề ổn định điện áp. Phương pháp nghiên cứu này cho phép kết hợp cả hai ưu
điểm của phương pháp mô phỏng tĩnh và động, do đó đưa ra các kết quả chính xác
hơn khi có sự có mặt của mô hình các thiết bị động như: máy phát, kích từ, giới hạn
kích từ, bộ điều áp dưới tải…Đối với phương pháp này đã tính đến hết các thành
phần trong hệ thống điện.
2.1.2 Hướng tiếp cận tĩnh
Hướng tiếp cận tĩnh thì có phương pháp dựa trên việc tính toán trào lưu công
suất ở chế độ xác lập và phương pháp dựa trên chỉ số ổn định tĩnh. Đối với hướng
tiếp cận này thì chưa thể hiện được hết các thành phần trong hệ thống điện, các
phẩn tử động. Do đó phương pháp này sẽ giúp hiểu rõ các lý thuyết về ổn định để

gắn với thực tế.
2.2 Các phương pháp phân tích ổn định điện áp trong hệ thống điện
2.2.1 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.

17