Ổn định điện áp của nút phụ tải, sử dụng SVC nâng cao ổn định điện áp cho hệ thống điện việt nam năm 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------PHẠM QUANG CHIẾN

ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CỦA NÚT PHỤ TẢI,
SỬ DỤNG SVC NÂNG CAO ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP CHO
HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM NĂM 2015

Chuyên ngành : HỆ THỐNG ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
HỆ THỐNG ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
GS.TS LÃ VĂN ÚT

Hà Nội – 2011


MỤC LỤC
Trang phụ bìa
Lời cam đoan .........................................................................................................................
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ..............................................................................
Danh mục các bảng ................................................................................................................
Danh mục các hình vẽ, đồ thị................................................................................................
MỞ ĐẦU
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP .................................................. 3
1.1. Khái quát về ổn định điện áp ............................................................................ 3
1.1.1. Khái niệm về ổn định:................................................................................. 3
1.1.2. Khái niệm ổn định điện áp:......................................................................... 4
1.1.3. Đặc tính của những phần tử trong HTĐ liên quan đến ÔĐĐA:................. 7

1.1.4. Hiện tượng sụp đổ điện áp:....................................................................... 12
1.2. Ổn định điện áp tại nút phụ tải: . .....................................................................16
1.2.1. Khái niệm cổ điển về ổn định tĩnh, tiêu chuẩn năng lượng......................16
1.2.2. Ổn định của HTĐ đơn giản nhận công suất ............................................18
1.3. Tiêu chuẩn mất ổn định phi chu kỳ (Tiêu chuẩn Gidanov) ............................26
1.4. Một số biện pháp nâng cao ổn định và ngăn ngừa sự sụp đổ điện áp . ...........28
1.4.1. Các biện pháp vận hành:...........................................................................28
1.4.2. Các biện pháp thiết kế: .............................................................................29
1.5. Kết luận: . ........................................................................................................31
CHƯƠNG 2: CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA SVC ......................... 32
2.1. Sơ lược về SVC:..............................................................................................32
2.2. Các phần tử cơ bản của SVC:..........................................................................33
2.2.1. TCR và TSR: ............................................................................................33
2.2.2. TSC: ..........................................................................................................39
2.3. Thiết bị bù tĩnh có điều khiển (SVC): ............................................................. 41
2.3.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của SVC:............................................... 41


2.3.2. Các thành phần điều khiển của SVC: .......................................................49
2.3.3. Hiệu quả nâng cao ổn định điện áp của SVC: ..........................................58
2.4. Kết luận: .......................................................................................................... 59
CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU, KHAI THÁC PHẦN MỀM CONUS TÍNH TOÁN ỔN
ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN ................................................................................................. 60
3.1. Giao diện trong CONUS: ................................................................................ 60
3.1.1. Các trường dữ liệu trong CONUS: ........................................................... 60
3.1.2. Soạn thảo sơ đồ trong CONUS:................................................................ 61
3.2. Các chức năng chạy chương trình: .................................................................. 63
3.2.1. Tính chế độ xác lập:.................................................................................. 63
3.2.2. Tính toán bù kinh tế:................................................................................. 63
3.2.3. Tính toán ổn định tĩnh: .............................................................................63

CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG ĐIỆN 500, 220kV ViỆT NAM ĐẾN NĂM 2015 ......... 67
4.1. Nguồn điện: ..................................................................................................... 67
4.2. Lưới điện 220 – 500 kV: ................................................................................. 71
4.2.1. Lưới điện 500 kV:..................................................................................... 71
4.2.2. Lưới điện 220 kV:..................................................................................... 74
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN CĐXL VÀ ỨNG DỤNG SVC NÂNG CAO ỔN ĐỊNH
ĐIỆN ÁP HTĐ VIỆT NAM ĐẾN NĂM 2015 ............................................................ 78
5.1. Nội dung tính toán và các giả thiết cơ bản: ..................................................... 78
5.1.1. Nội dung tính toán: ................................................................................... 78
5.1.2. Các giả thiết cơ bản: ................................................................................. 78
5.2. Tính toán phân tích các đặc trưng ổn định tĩnh HTĐ Việt Nam 2015:........... 79
5.2.1. Khảo sát chế độ xác lập: ........................................................................... 79
5.2.2. Phân tích độ nhậy: .................................................................................... 82
5.3. Sử dụng SVC nâng cao độ dự trữ ổn định điện áp nút phụ tải:....................... 83
Kết luận và kiến nghị ........................................................................................................ 89
Tài liệu tham khảo ............................................................................................................. 90
Phụ lục .....................................................................................................................................


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là luận văn của riêng tôi. Các kết quả tính toán nêu
trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một bản luận
văn nghiên cứu nào khác.

Hà Nội, tháng 3 năm 2011.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Phạm Quang Chiến.

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT
STT

Viết tắt

1

HTĐ

Hệ thống điện

2

CĐXL

Chế độ xác lập

3

CĐQĐ

Chế độ quá độ

4

QTQĐ

Quá trình quá độ

5

ÔĐĐA

Ổn định điện áp

6

SĐĐA

Sụp đổ điện áp

7

TĐK

8

ULTCs

Máy biến áp điều áp dưới tải

9

FACTS

Flexible AC Transmission Systems

10

SVC

Static Var Compensator

11

TCR

Thyristor-Controlled Reactor

12

TSR

Thyristor-Switched Reactor

13

TSC

Thyristor-Switched Capacitor

14

NMTĐ

Nhà máy thủy điện

15

NMNĐ

Nhà máy nhiệt điện

16

EVN

17

Giải thích

Thiết bị tự động điều chỉnh kích từ

Tập đoàn Điện lực Việt Nam

IPP, BOT Dự án nguồn điện độc lập, dự án có vốn BOT nước ngoài

18

P0

Công suất truyền tải ở chế độ xác lập

19

Pgh

Công suất truyền tải ở chế độ giới hạn

20

U0

Điện áp ở chế độ xác lập

21

Ugh

Điện áp ở chế độ giới hạn

22

kU%

Hệ số sụt áp nút

23

kP%

Hệ số biến thiên công suất nhánh

24

dP/dδ

Tốc độ biến thiên công suất tác dụng theo góc lệch

25

dQ/dU

Tốc độ biến thiên công suất phản kháng theo điện áp

26

dU/dk

Tốc độ biến thiên điện áp theo hệ số làm nặng

27

dδ/dk

Tốc độ biến thiên góc lệch pha theo hệ số làm nặng


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Các thông số bộ điều chỉnh điện áp SVC điển hình .................................... 53
Bảng 4.1: Danh mục nguồn điện đến năm 2015 ........................................................... 68
Bảng 4.2: Danh mục các trạm biến áp 500kV đến năm 2015 ..................................... 72
Bảng 4.3: Danh mục các đường dây 500kV đến năm 2015 ......................................... 73
Bảng 5.1: Công suất truyền tải và giá trị điện áp của hệ thống 500kV trong chế độ
vận hành phụ tải cực đại ................................................................................................... 80
Bảng 5.2: Kết quả biến thiên thông số các nút 500kV – Chế độ phụ tải cực đại .....82
Bảng 5.3: Độ dự trữ ổn định của hệ thống khi thay đổi dung lượng bù của SVC
(Đặt SVC tại một nút yếu của hệ thống) ....................................................................85
Bảng 5.3: Độ dự trữ ổn định của hệ thống khi thay đổi dung lượng bù của SVC
(Khi đặt SVC tại một số nút yếu của hệ thống) .........................................................88

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: ............................................................................................................................... 4
Hình 1.2: Đặc tính của hệ thống điện đơn giản ............................................................... 7
Hình 1.3: Ảnh hưởng của mất điều khiển điện áp tại nút trung gian .......................... 10
Hình 1.4: ............................................................................................................................ 17
Hình 1.5: ............................................................................................................................ 18
Hình 1.6: Đặc tính công suất tác dụng theo góc lệch δ ............................................... 19
Hình 1.7: ............................................................................................................................ 21
Hình 1.8: Miền ổn định hệ thống theo P, Q ................................................................... 23
Hình 1.9: ............................................................................................................................. 24
Hình 1.10: Đặc tính công suất phản kháng theo điện áp nút ....................................... 25
Hình 2.1: Cấu tạo chung của SVC .................................................................................. 32
Hình 2.2: a.Cấu tạo của TCR, b.Điều khiển góc đánh lửa, c.Dạng sóng vận hành . 34
Hình 2.3: Biến thiên biên độ các dòng điện thành phần cơ bản qua TCR phụ thuộc
góc mở α ............................................................................................................................. 35
Hình 2.4: Đặc tính V-I của TCR ..................................................................................... 36
Hình 2.5: Biên độ các thành phần dòng điện bậc cao của TCR so với α ................... 37
Hình 2.6: Dạng sóng minh họa cho phương pháp điều khiển tuần tự để giảm sóng
hài bằng hệ thống 4 TCR .................................................................................................. 37
Hình 2.7: Cách sắp xếp 12 xung 2 bộ TCR và dạng sóng dòng điện ......................... 38
Hình 2.8: Cấu tạo TSC và dạng sóng vận hành ............................................................. 39
Hình 2.9: Dạng sóng minh họa quá trình đóng cắt không có QTQĐ của TSC ......... 40
Hình 2.10: Đặc tính V-I của TCR ................................................................................... 41
Hình 2.11: Cấu tạo SVC và đặc tính công suất yêu cầu so với công suất đầu ra ...... 41
Hình 2.12: Đặc tính V-I của SVC ................................................................................... 42
Hình 2.13: Đặc tính làm việc của SVC điều chỉnh theo điện áp ................................. 43
Hình 2.14: Đặc tính điều chỉnh của SVC có đặc tính điều chỉnh mềm ...................... 44
Hình 2.15: Sơ đồ và hoạt động của Thyristor ................................................................ 44

Hình 2.16: Quá trình điều chỉnh dòng điện trong TCR bằng cách thay đổi góc cắt α
của Thyristor ...................................................................................................................... 45
Hình 2.17: Sóng tín hiệu dòng điện của TCR ................................................................ 45
Hình 2.18: Đặc tính điều chỉnh dòng điện của TCR theo góc cắt α ........................... 47
Hình 2.19: Các sóng hài bậc cao trong phần tử TCR ................................................... 48
Hình 2.20: Sơ đồ điều khiển chức năng của SVC ......................................................... 49
Hình 2.21: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển của SVC ................................................... 50
Hình 2.22: Mạch đo của module điều khiển cho SVC ................................................. 51
Hình 2.23: Các cách thức điều chỉnh điện áp ................................................................ 52
Hình 2.24: Mô hình cơ bản 1 của IEEE cho hệ thống điều khiển của SVC (a) và mô
hình điều chỉnh điện áp (b) ............................................................................................... 54
Hình 2.25: Mô hình cơ bản 2 của IEEE cho hệ thống điều khiển của SVC (a) và mô
hình điều chỉnh điện áp (b) ............................................................................................... 54
Hình 2.26: Mô hình PLL nói chung cho hệ thống điều khiển số ................................ 55
Hình 2.27: Sơ đồ khối điều khiển góc đánh lửa của TCR ............................................ 57
Hình 2.28: Đồ thị biến thiên giới hạn ổn định điện áp khi tải có hệ số công suất tải
thay đổi, (a) khi chưa bù và (b) khi có bù ...................................................................... 58
Hình 3.1: Màn hình kết quả phân tích hiệu quả bù ....................................................... 63
Hình 3.2: Màn hình kết quả tính toán hệ số dự trữ ổn định ......................................... 64
Hình 3.3: Màn hình kết quả phân tích độ nhậy ............................................................. 65
Hình 3.4: (a) Bảng “Làm biến thiên chế độ”, (b) Miền ổn định (nút tải 5) xây dựng
trên Exel .............................................................................................................................. 66
Hình 4.1: Cơ cấu nguồn điện theo công suất đặt năm 2015 ........................................ 70
Hình 5.1, 5.2: Kết quả tính toán trào lưu công suất và điện áp nút của HTĐ Việt
Nam đến năm 2015 trong chế độ phụ tải cực đại ......................................................... PL
Hình 5.3: Biểu đồ thay đổi độ dự trữ ổn định HT theo công suất đặt của SVC ........ 85
Hình 5.4: Biểu đồ miền ổn định của nút tải 220kV Sài Đồng trước và sau khi đặt
SVC ..................................................................................................................................... 86

Hình 5.5: Biến thiên dU/dk của nút 500kV Thường Tín theo hệ số làm nặng .......... 86
Hình 5.6: Độ dự trữ ổn định tĩnh HT khi đặt SVC tại một số nút yếu của HTĐ ...... 88


MỞ ĐẦU
Ổn định điện áp (ÔĐĐA) không phải là vấn đề mới của ngành công nghiệp
điện năng nhưng vẫn nhận được rất nhiều sự quan tâm, nghiên cứu trong nhiều năm
qua. Các vấn đề liên quan đến điện áp thường xảy ra trong các hệ thống điện yếu và
những đường dây dài do sự tăng cao của nhu cầu phụ tải. Nhiều công trình nghiên
cứu đã trình bày về sự quan trọng của ổn định điện áp, một vài trường hợp mất ổn
điện điện áp dẫn đến hệ thống điện lớn bị sụp đổ xảy ra trên thế giới cho thấy hậu
quả nghiêm trọng của loại sự cố này.
Một số sự cố mất ổn định điện áp đã xảy ra trên thế giới:
• New York (Mỹ) ngày 22/9/1970
• Florida (Mỹ) ngày 28/12/1982
• Pháp ngày 19/12/1978 và 12/1/1987
• Phía bắc Bỉ ngày 4/8/1982
• Thụy Điển ngày 27/12/1983
• Nhật Bản ngày 23/7/1987.
Đối với hệ thống điện Việt Nam cũng đã xảy ra sự cố dẫn đến mất điện trên
diện rộng vào các ngày 17/5/2005, 27/12/2006, 20/7/2007 và 04/09/2007. Qua phân
tích cho thấy tất cả các sự cố trên đều liên quan đến mất ổn định điện áp. Như vậy
sụp đổ điện áp là một dạng sự cố mà hậu quả do nó gây ra là rất lớn. Thuật ngữ
“mất ổn định điện áp” và “sụp đổ điện áp” xuất hiện ngày càng nhiều trong các tài
liệu giảng dạy và các cuộc thảo luận về vận hành hệ thống.
Nhiều nghiên cứu về mất ổn định điện áp đã được thực hiện để đề xuất các
biện pháp ngăn ngừa và chống lại sự cố sụp đổ điện áp (SĐĐA) như: sa thải phụ tải,
huy động các máy phát dự phòng, sử dụng các thiết bị bù công suất phản kháng…
Trong đó biện pháp sử dụng bộ tụ bù ngang có điều khiển (SVC) tỏ ra có hiệu quả
rõ rệt và đang được sử dụng rộng rãi trong các Hệ thống điện để nâng cao ổn định

điện áp, đồng thời nâng cao ổn định tĩnh của hệ thống.

1


Mục đích nghiên cứu:
− Nghiên cứu về ổn định điện áp và hiện tượng sụp đổ điện áp của nút tải.
− Nghiên cứu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, tác động điều khiển của
SVC.
− Phân tích hiệu quả điều khiển của SVC để ổn định điện áp đối với HTĐ
220 - 500kV Việt Nam đến năm 2015.
Ý nghĩa khoa học:
Với những nội dung nghiên cứu nêu trên, luận văn có ý nghĩa đáng kể về mặt
khoa học. Đồng thời luận văn còn có ý nghĩa thực tiễn là đánh giá hiệu quả điều
khiển của SVC để ổn định điện áp khi áp dụng với HTĐ 220 - 500kV Việt Nam đến
năm 2015.
Bố cục của Luận văn:
Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung luận văn được trình bày trong 5
chương:
Chương 1: Tổng quan về ổn định điện áp.
Chương 2: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của SVC.
Chương 3: Giới thiệu, khai thác phần mềm CONUS tính toán ổn định HTĐ.
Chương 4: HTĐ 500,220kV Việt Nam đến năm 2015.
Chương 5: Tính toán CĐXL và ứng dụng SVC nâng cao ổn định điện áp
HTĐ Việt Nam đến năm 2015.

2


CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP
1.1. KHÁI QUÁT VỀ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP.
1.1.1. Khái niệm về ổn định.
Các chế độ làm việc của Hệ thống điện (HTĐ) được chia làm hai loại chính:
Chế độ xác lập (CĐXL) và chế độ quá độ (CĐQĐ). Chế độ xác lập là chế độ trong
đó các thông số hệ thống không thay đổi, hoặc trong những khoảng thời gian tương
đối ngắn, chỉ biến thiên nhỏ xung quanh các trị số định mức. Chế độ làm việc bình
thường lâu dài của hệ thống được gọi là CĐXL bình thường. Chế độ sau sự cố, hệ
thống được phục hồi và làm việc tạm thời cũng thuộc dạng CĐXL (còn gọi là
CĐXL sau sự cố). Ở các CĐXL sau sự cố thông số ít biến thiên nhưng có thể lệch
khỏi trị số định mức tương đối nhiều, cần phải nhanh chóng khắc phục.
Ngoài CĐXL còn diễn ra các CĐQĐ trong HTĐ. Đó là các chế độ trung gian
chuyển từ CĐXL này sang CĐXL khác. CĐQĐ thường diễn ra sau những sự cố
hoặc thao tác đóng cắt các phần tử đang mang công suất (những kích động lớn).
CĐQĐ được gọi là CĐQĐ bình thường nếu nó tiến đến CĐXL mới. Trong trường
hợp này các thông số hệ thống bị biến thiên nhưng sau một thời gian lại trở về trị số
gần định mức và tiếp theo ít thay đổi. Ngược lại, có thể diễn ra CĐQĐ với thông số
hệ thống biến thiên mạnh, sau đó tăng trưởng vô hạn hoặc giảm đến 0. CĐQĐ khi
đó được gọi là CĐQĐ sự cố. Nói chung, với mọi HTĐ yêu cầu nhất thiết phải đảm
bảo cho các CĐQĐ diễn ra bình thường, nhanh chóng chuyển sang CĐXL mới, bởi
CĐQĐ chỉ có thể là tạm thời, CĐXL mới là chế độ làm việc lâu dài của HTĐ.
Từ khái niệm về các chế độ của HTĐ có thể thấy rằng điều kiện tồn tại CĐXL
gắn liền với sự tồn tại điểm cân bằng công suất. Bởi chỉ khi đó thông số hệ thống
mới giữ được không đổi. Tuy nhiên, trạng thái cân bằng chỉ là điều kiện cần của
CĐXL. Thực tế luôn tồn tại những kích động ngẫu nhiên làm lệch thông số khỏi
điểm cân bằng (tuy rất nhỏ), chẳng hạn những thay đổi thường xuyên của công suất
phụ tải. Chính trong điều kiện này hệ thống vẫn phải duy trì được độ lệch nhỏ của
3

các thông số, nghĩa là đảm bảo tồn tại CĐXL. Khả năng này phụ thuộc vào một tính
chất riêng của hệ thống: tính ổn định tĩnh (điều kiện đủ).
Các định nghĩa về ổn định:
- Ổn định tĩnh là khả năng của hệ thống sau những kích động nhỏ phục hồi
được chế độ ban đầu hoặc rất gần với chế độ ban đầu (trong trường hợp
kích động không được loại trừ).
- Ổn định động là khả năng của hệ thống sau những kích động lớn phục hồi
được trạng thái ban đầu hoặc gần với trạng thái ban đầu (trạng thái vận
hành cho phép).
Như vậy ổn định động là điều kiện để cho chế độ của HTĐ tồn tại lâu dài.
1.1.2. Khái niệm ổn định điện áp.
Xét HTĐ như hình 1.1:

a)

b)
Hình 1.1

Điện áp của nút tải bất kỳ phụ thuộc nhiều vào công suất phản kháng Q.

U 2 EiU
+
QFi = −
cosδ i
Xi
Xi

(do QFi: chiều đi ra khỏi nút)

⎛ U 2 EiU

⎞
cosδ i ⎟ = f (U )
= ∑⎜−
+
Xi
Xi
i =1 ⎝
⎠
3

QF ∑

- QFΣ: có dạng hàm bậc 2, có trị số cực đại,
- δi: phụ thuộc chủ yếu vào các PFi của các máy phát → coi δi là hằng số.
4


Coi đặc tính Q là hằng số (thực tế là đường cong).
- Điều kiện cần để điểm cân bằng bền: Q < QFmax
- Điều kiện đủ để điểm cân bằng bền:
¾ Tại C: Xét kích động của phụ tải làm ∆U > 0: QF > Q → U↑ → xa
khỏi U01
∆U < 0 → QF < Q → U↓ → xa khỏi U01
→ điểm C: cân bằng không ổn định.
¾ Tại D: ∆U > 0: QF < Q → U↓ → quay về U02
∆U < 0 → QF > Q → U↑ → quay về U02
→ điểm D: cân bằng bền - ổn định.
→ Hệ thống ổn định ở điểm D.
Nếu vượt quá xa U01 → hệ thống bị sụp đổ điện áp → đặc tính phụ tải bị biến
động mạnh (do U↓ → các thiết bị bảo vệ làm việc → các phần tử trong hệ thống

tách ra…)
Giả sử cần phải ngừng sửa chữa máy phát 3 → làm đặc tính Q(U) thấp xuống
→ chế độ sau sự cố: chế độ xác lập vẫn có thể tồn tại, nhưng chất lượng điện năng
không cao.
Có chế độ sau sự cố: với nguồn rất lớn (ví dụ MF1) → làm đặc tính Q(U) quá
thấp → không thể tồn tại chế độ xác lập sau sự cố → sa thải phụ tải.
Dưới đây là một số khái niệm liên quan đến ổn định điện áp:
- ÔĐĐA (Voltage Stability): là khả năng của một Hệ thống điện khôi phục
lại điện áp ban đầu hay rất gần với điện áp ban đầu khi bị các kích thích
nhỏ ở nút phụ tải. Khi có sự thay đổi phụ tải (tăng hoặc giảm) thì cả công
suất và điện áp đều có thể điều khiển được. Ổn định điện áp được phân
thành hai loại: ổn định điện áp khi có nhiễu động lớn và ổn định điện áp
khi có nhiễu động nhỏ.
+ Ổn định điện áp khi có nhiễu động lớn: là khả năng của hệ thống có thể
điều chỉnh được điện áp sau những nhiễu động lớn như: những sự cố hệ
thống, mất tải hay mất mất máy phát. Để xác định dạng ổn định này cần

5


kiểm tra sự vận hành động của hệ thống vượt quá thời gian tác động điều
chỉnh có hiệu quả của các thiết bị như các bộ điều áp dưới tải và các bộ
giới hạn dòng điện trường của máy phát. Ổn định điện áp khi có nhiễu
động lớn có thể chia tiếp thành hai dạng: nhất thời hoặc diễn ra trong một
thời gian dài.
+ Ổn định điện áp khi có những nhiễu động nhỏ: là khả năng của hệ thống
có thể điều chỉnh được điện áp sau những nhiễu động nhỏ như sự thay đổi
của phụ tải.
- SĐĐA (Voltage Collapse) là hậu quả do mất ổn định điện áp dẫn đến điện
áp giảm thấp không thể chấp nhận được trong một phần quan trọng của

HTĐ.
- Độ dự trữ ổn định: đây là đại lượng phản ánh sự so sánh giữa chế độ được
xét ổn định và chế độ giới hạn ổn định, tức là chế độ mà bắt đầu từ đó hệ
thống mất ổn định. Độ dự trữ ổn định của hệ thống điện là độ dự trữ của
chế độ có độ dự trữ bé nhất trong tất cả các chế độ có thể xảy ra của hệ
thống điện.
Một hệ thống có thể mất ổn định sau kích động dẫn đến điện áp giảm mạnh
mà người vận hành và các hệ thống điều khiển tự động không cải thiện được điện
áp. Nguyên nhân chính gây mất ổn định điện áp thường là do hệ thống điện không
đáp ứng đủ nhu cầu công suất phản kháng (CSPK) cho phụ tải. Công suất tại các
nút phụ tải của Hệ thống điện thường xuyên thay đổi để đáp ứng nhu cầu của hộ
tiêu thụ, khi phụ tải tăng đến một mức nào đó sẽ dẫn đến sụp đổ điện áp. Tuy hệ
thống không ổn định điện áp là hiện tượng mang tính cục bộ nhưng hậu quả của nó
lại có thể rất nghiêm trọng, do đó Hệ thống điện cần có khả năng giữ ổn định điện
áp. Để đảm bảo hệ thống điện giữ được ổn định điện áp, phải phối hợp các biện
pháp cải thiện công suất phản kháng và điều chỉnh điện áp. Nếu các tác động điều
khiển không hợp lý thì khi nhu cầu công suất phản kháng của phụ tải tăng liên tục,
hệ thống điện có thể bị mất ổn định điện áp.

6


Sau những kích động, điện áp hệ thống thường không thể trở về giá trị ban
đầu. Do đó cần thiết phải xác định được giới hạn điện áp cho phép. Hệ thống như
vậy được gọi là ổn định hữu hạn trong phạm vi điện áp xác định.
1.1.3. Đặc tính của những phần tử trong HTĐ liên quan đến ổn định điện áp.
Ổn định điện áp là vấn đề thường xuất hiện trong những hệ thống bị căng
thẳng trong việc cung cấp công suất. Sự sụp đổ điện áp có thể được khởi xướng bởi
một loạt những nguyên nhân, tuy nhiên vấn đề chính là do sự yếu kém của hệ thống
điện. Bên cạnh sức mạnh của hệ thống truyền tải và các cấp biến đổi năng lượng

(các máy biến áp), nhân tố chính dẫn đến sự sụp đổ điện áp là giới hạn điều khiểu
công suất phát/điện áp của máy phát, đặc điểm của phụ tải, đặc điểm của các thiết bị
bù, và sự hoạt động của các thiết bị điều khiển điện áp như máy biến áp điều áp
dưới tải (ULTCs).
Trong phạm vi của quyển luận văn này, ta sẽ đề cập đến đặc điểm của hệ
thống truyền tải, máy phát, tải và các thiết bị bù.
1.1.3.1.

Đặc tính của hệ thống truyền tải:

Những đặc điểm thú vị đó là các mối quan hệ giữa công suất truyền tải (PR),
điện áp cuối đường dây (VR) và sự thay đổi của công suất phản kháng (Qi).

Hình 1.2: Đặc tính của hệ thống điện đơn giản
7


Dòng điện I, điện áp cuối đường dây (VR) và công suất truyền tải (PR) được
xác định theo những công thức sau:

I=
VR =

1 ES
F Z LN

(1.1)

1 Z LD
ES

F Z LN

Z
PR = LD
F

(1.2)

2

⎛ ES ⎞
⎜
⎟ cosφ
Z
⎝ LN ⎠

(1.3)

Với:
2

⎛Z ⎞
⎛Z
F = 1 + ⎜ LD ⎟ + 2 ⎜ LD
⎝ Z LN ⎠
⎝ Z LN

⎞
⎟ cos(θ -φ )
⎠

(1.4)

Hình 1.2.b biểu diễn quan hệ của I, VR và PR với nhu cầu của phụ tải
(ZLN/ZLD) trong trường hợp tanθ = 10.0 và cosφ = 0.95.
Khi nhu cầu phụ tải tăng lên (ZLD giảm xuống), PR tăng dốc nhất và sau đó
chậm lại trước khi chạm đến cực đại, và cuối cùng là giảm xuống. Theo đó giá trị
cực đại của công suất tác dụng có thể truyền qua trở kháng từ một nguồn điện áp
không đổi. Công suất truyền tải là cực đại khi điện áp giảm xuống theo đồ thị trong
phạm vị điện áp cho phép, khi ZLD/ZLN = 1. Tương ứng với điều kiện công suất
truyền tải cực đại là giới hạn vận hành an toàn. Giá trị của VR và I tương ứng với
công suất truyền tải cực đại là giá trị tới hạn.
Cho một giá trị công suất truyền tải PR (PR < PRMAX), hai điểm làm việc có thể
được xác định tương ứng với các giá trị khác nhau của ZLD. Như đồ thị trên hình
1.2.b với PR = 0.8. Điểm phía bên trái tương ứng với điểm làm việc bình thường,
Tại điểm làm việc bên phải, I lớn hơn và VR thấp hơn so với điểm ở bên trái.
Khi nhu cầu phụ tải cao hơn khả năng truyền tải công suất cực đại, công suất
đảm bảo theo đồ thị phụ tải có thể không bền vững, phụ tải tăng lên dẫn đến giảm
công suất truyền tải. Trong vùng bên phải, điện áp của nút tải có thể bị giảm mạnh
phụ thuộc vào đặc tính Phụ tải – điện áp. Với đặc tính tải không thay đổi, hệ thống
ổn định với điện áp cuối đường dây thấp hơn so với bình thường. Trong trường hợp
8


khác, nếu phụ tải được cung cấp bởi một máy phát có điều chỉnh điện áp dưới tải,
thay đổi các đầu phân áp để cố gắng làm tăng điện áp nút tải, là nguyên nhân làm
VR tiếp tục giảm hơn nữa. Đó là dấu hiệu của sự mất ổn định điện áp.
Một số nguyên nhân dẫn đến mất ổn định điện áp:
• Phụ tải trên đường dây truyền tải tăng cao
• Nguồn điện áp ở quá xa so với trung tâm phụ tải

• Điện áp nguồn giảm thấp
• Không đảm bảo nhu cầu công suất phản kháng cho phụ tải.
1.1.3.2.

Đặc tính của máy phát.

Các máy phát tự động điều khiển điện áp (Generator AVR) là phần tử quan
trọng để điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện. Ở điều kiện bình thường điện áp tại
các đầu máy phát được giữ không đổi. Trong suốt quá trình điện áp giảm thấp, yêu
cầu công suất phản kháng do máy phát cung cấp có thể vượt quá giới hạn. Khi công
suất phản kháng từ những nguồn bên ngoài đạt đến giới hạn, điện áp tại đầu máy
phát không còn được duy trì nữa.
Dòng điện trường trong máy phát được giới hạn tự động bởi thiết bị giới hạn
kích động quá mức (OXL). Với dòng điện trường không đổi, điểm có điện áp không
đổi ở phía sau điện kháng đồng bộ. Hiệu ứng này làm tăng đáng kể điện kháng hệ
thống, từ đó làm trầm trọng thêm hiện tượng sụp đổ điện áp.
Trong hầu hết các máy phát, giới hạn dòng điện phần ứng được phát hiện
thông qua đèn báo. Người vận hành sẽ giảm công suất phát để đưa dòng điện trường
quay lại giới hạn an toàn. Trong một số máy phát, các thiết bị tự động giới hạn dòng
điện phần ứng với thời gian trễ được sử dụng để hạn chế công suất phản kháng phát
ra thông qua AVR (automatic voltage regulator).
Hình vẽ minh họa tác động mất khả năng điều khiển điện áp máy phát, với hệ
thống như hình 1.3.

9


ES

VI

GI

VR

PI

a)

VR
curve 2 (excitation of GI at its limit)
A curve 1 (VI - regulated)
VCRT2

C
B

VCRT1

PR
PA PMAX2

PMAX1

b) Đặc tính VR - PR
Hình 1.3: Ảnh hưởng của mất điều khiển điện áp tại nút trung gian
Với điện thế tại nút trung gian được duy trì, đặc tính V-P như đường cong 1
trên hình 1.3.b. Khi máy phát nối vào nút trung gian đạt đến dòng điện trường giới
hạn, điện thế nút (V1) không được duy trì lâu hơn nữa và đặc tính V-P sẽ như đường
cong 2. Giả sử máy phát đang vận hành tại điểm A thì độ ổn định theo đường cong

1 là đáng kể hơn so với đường cong 2. Kết quả này giải thích sự quan trọng phải
duy trì khả năng điều chỉnh điện áp của máy phát. Thêm nữa, điều đó cho thấy
không thể đánh giá ổn định điện áp chỉ dựa trên điện áp nút có gần với cấp điện áp
bình thường hay không.
1.1.3.3.

Đặc tính của phụ tải.

Đặc tính của phụ tải và thiết bị điều khiển điện áp ở lưới phân phối là những
nhân tố chính tác động đến ổn định điện áp hệ thống.
Thiết bị điều chỉnh điện áp ở lưới phân phối và máy biến áp phân phối điều áp
dưới tải cố gắng giữ điện áp không đổi ở nút phụ tải. Trong phạm vi điều khiển
thông thường, phụ tải xuất hiện ảnh hưởng như những tải MVA (tải có cả CSTD (P)
và CSPK (Q)) không đổi. Đó là dấu hiệu của hiện tượng sụp đổ điện áp.
Khi các bộ điều áp dưới tải đạt đến nấc điều chỉnh cuối cùng, điện áp của hệ
thống phân phối bắt đầu giảm xuống. Phụ tải sinh hoạt và phụ tải công suất phản

10


kháng sẽ giảm theo điện áp. Đó là khởi đầu cho việc giảm công suất truyền tải trên
đường dây và cuối cùng sẽ mất công suất phản kháng của đường dây. Với những
phụ tải công nghiệp, phần lớn các động cơ cảm ứng sẽ thay đổi chút ít. Tuy nhiên
những tụ điện trong khu công nghiệp sẽ cung cấp ít công suất phản kháng hơn, làm
nghiêm trọng hơn sự thiếu hụt công suất phản kháng.
Khi mà điện áp của lưới phân phối vẫn còn thấp trong một vài phút, những bộ
điều chỉnh nhiệt và các thiết bị điều chỉnh tải khác, là những biện pháp điều khiển
tốt, hướng tới khôi phục phụ tải. Ví dụ những tải kiểu đốt nóng sẽ chạy lâu hơn để
nâng nhiệt độ đến cấp độ định trước bởi bộ điều chỉnh nhiệt. Do đó, hầu hết các
thiết bị này sẽ hoạt động bất cứ lúc nào. Nhiều tải loại này sẽ khôi phục lại giá trị

điện áp bình thường trong khoảng từ 10 đến 15’. Khi cảm biến điện áp thay đổi do
sự quay trở lại của phụ tải, điện áp truyền tải và phân phối sẽ giảm hơn nữa.
Khi điện áp giảm xuống còn 85 đến 90% giá trị bình thường, một số động cơ
cảm ứng sẽ quay chậm lại và đẩy cao dòng điện phản kháng. Điều này sẽ làm cho
điện áp xuống thấp nữa. Những động cơ thương mại và công nghiệp thường xuyên
được điều khiển bởi những bộ đóng cắt từ tính, do đó, điện áp giảm sẽ làm nhiều
động cơ dừng hoạt động. Mất tải sẽ giúp khôi phục điện áp. Sau một vài lần, những
động cơ sẽ khôi phục lại hoạt động. Tuy nhiên điện áp lại bị giảm nếu những
nguyên nhân ban đầu vẫn chưa được giải quyết.
1.1.3.4.

Đặc tính của các thiết bị bù công suất phản kháng.

a) Tụ bù ngang (song song):
Cho đến nay hầu hết các phương pháp không đắt tiền để bù công suất phản
kháng và hỗ trợ điện áp đều sử dụng bộ tụ bù ngang. Chúng được sử dụng để nâng
cao giới hạn ổn định điện áp. Chúng còn có thể được sử dụng như là “dự trữ điện
kháng quay” trong máy phát và do đó giúp chống SĐĐA trong nhiều tình huống.
Tuy nhiên, tụ bù ngang có một số giới hạn từ quan điểm ổn định và điều khiển
điện áp:
• Trong những hệ thống lớn sử dụng tụ bù ngang, phạm vi điều chỉnh
điện áp hẹp.
11


• Ngoài một số cấp độ bù, tụ bù ngang không đảm bảo vận hành ổn định.
• Dung lượng công suất phản kháng tạo ra bởi tụ bù ngang tỷ lệ với bình
phương của điện áp, trong điều kiện điện áp hệ thống giảm thấp, dung
lượng bù bị giảm xuống → những sự cố phức tạp.
b) Tụ bù ngang có điều khiển:

Một hệ thống bù tĩnh (SVS) với công suất hữu hạn sẽ điều chỉnh được công
suất phản kháng phát ra đến cực đại của nó. Sẽ không có những vấn đề mất ổn định
hay không điều khiển được điện áp trong phạm vi điều chỉnh. Khi đến ngưỡng giới
hạn, SVS trở thành một tụ điện thông thường. Khả năng mất ổn định điện áp phải
được nhận biết.
Máy bù đồng bộ, không giống như SVS, là nguồn áp. Nó tiếp tục cung cấp
công suất phản kháng khi điện áp giảm thấp và góp phần nhiều hơn vào quá trình ổn
định điện áp.
c) Tụ bù dọc (nối tiếp):
Tụ bù dọc có thể tự điều chỉnh. Công suất phản kháng cung cấp bởi tụ bù dọc
tỷ lệ với bình phương của dòng điện và phụ thuộc vào điện áp nút. Đó là đặc tính tốt
để ổn định điện áp.
Tụ bù dọc là thiết bị lý tưởng để giảm bớt ảnh hưởng của những đường dây
dài. Không giống như tụ bù ngang, tụ bù dọc làm giảm đồng thời đặc tính trở kháng
(ZC) và độ dài điện (θ) của đường dây. Do đó khả năng điều chỉnh điện áp và ổn
định đều rất tốt.
1.1.4. Hiện tượng sụp đổ điện áp.
Sụp đổ điện áp (SĐĐA) là hiện tượng phức tạp, xảy ra do mất ổn định điện áp
dẫn đến điện áp giảm thấp không thể chấp nhận được trong một phần quan trọng
của hệ thống điện, có thể gây tan rã hệ thống điện.
1.1.4.1.

Diễn biến của quá trình sụp đổ điện áp.

Khi một hệ thống điện đột ngột tăng nhu cầu công suất phản kháng, nhu cầu
bổ sung công suất phản kháng sẽ được cung cấp đủ bởi các máy phát và thiết bị bù.
Thông thường lượng dự trữ này đủ và hệ thống sẽ ổn định điện áp. Tuy nhiên, trong
12

một số trường hợp do những nguyên nhân và điều kiện của hệ thống, sự bổ sung
công suất phản kháng có thể dẫn đến sụp đổ điện áp, kết quả là một phần hoặc toàn
bộ hệ thống tan rã.
Một dạng diễn biến của quá trình sụp đổ điện áp có thể diễn ra như sau:
- Hệ thống điện đang vận hành trong điều kiện bất thường với những máy phát
lớn ở gần trung tâm phụ tải bị tách ra. Hậu quả một vài đường dây siêu cao áp bị
nặng tải và các nguồn công suất phản kháng là cực tiểu.
- Sự kiện khởi đầu là đường dây mang tải lớn bị cắt ra làm cho các đường dây
còn lại ở bên cạnh phải mang thêm tải. Điều này làm gia tăng công suất phản kháng
thiếu hụt trên đường dây (Q hút bởi đường dây tăng nhanh hơn trở kháng nạp vào),
do đó làm tăng nhu cầu công suất phản kháng trên hệ thống.
- Ngay lập tức đường dây siêu cao áp bị ngắt ra, có thể nguyên nhân do điện
thế bị giảm ở lân cận trung tâm phụ tải vì nhu cầu công suất phản kháng tăng thêm.
Điều này làm cho phụ tải giảm xuống, và kết quả của sự giảm xuống này là làm cho
luồng công suất truyền tải trên đường dây siêu cao có hiệu ứng ổn định. Các máy
phát tự động điều chỉnh điện áp nhanh chóng khôi phục điện áp bằng cách tăng kích
từ. Kết quả bổ sung dòng công suất phản kháng thông qua điện cảm tương hỗ với
máy phát, máy biến áp và đường dây, điều này làm điện áp bị giảm thấp hơn nữa tại
một vị trí lân cận nào đó. Ở thời điểm này, các máy phát phát P-Q trong khả năng,
phần ứng và dòng điện trường trong giới hạn nhiệt. Tốc độ của bộ điều khiển phụ
thuộc tần suất điều chỉnh bằng cách giảm công suất tác dụng phát ra.
- Sự sụp đổ điện áp ở cấp siêu cao áp tại trung tâm phụ tải sẽ ảnh hưởng đến
hệ thống phân phối. Các bộ điều áp dưới tải của máy biến áp phân phối sẽ khôi
phục lại điện áp lưới phân phối và tải về trước khi sự cố trong khoảng từ 2 đến 4’.
Với thao tác thay đổi đầu phân áp, kết quả làm tăng tải trên đường dây siên cao,
thành phần XI2 trên đường dây tăng lên và RI2 giảm xuống, làm trầm trọng hơn sự
cố sụt giảm điện áp trong cấp siêu cao áp. Nếu đường dây siêu cao áp truyền tải
vượt quá ngưỡng đảm bảo điện áp, mỗi đơn vị công suất tác dụng truyền tải trên
đường dây tương ứng mất một vài đơn vị công suất phản kháng.

13


- Kết quả là, với mỗi thao tác điều chỉnh đầu phân áp, công suất phản kháng
của máy phát phát lên hệ thống tăng lên. Dần dần, máy phát đạt đến giới hạn phát
công suất phản kháng (bão hòa dòng điện từ trường). Khi máy phát đầu tiên đạt đến
ngưỡng bão hòa dòng điện từ trường, điện áp đầu cực của nó giảm xuống, dòng
điện cảm ứng tăng lên. Dẫn đến có thể vượt quá giới hạn phát công suất phản kháng
để giữ dòng điện cảm ứng nằm trong giới hạn cho phép. Các máy phát khác sẽ phải
san sẻ yêu cầu phát công suất phản kháng, dẫn đến quá tải cho các máy phát
khác.Với một số ít các máy phát khác có thiết bị tự động điều chỉnh kích từ, hệ
thống càng dễ dàng bị mất ổn định điện áp. Điều này giống như trường hợp giảm
hiệu quả của tụ bù ngang khi điện áp thấp.
Quá trình cuối cùng sẽ dẫn đến sụp đổ điện áp, có thể dẫn đến các máy phát bị
mất đồng bộ và mất điện trên diện rộng.
1.1.4.2.

Những đặc điểm cơ bản của sự cố sụp đổ điện áp trong thực tế.

Trên thực tế, những sự cố SĐĐA trên thế giới có những đặc điểm cơ bản sau:
a) Giả sử một hệ thống điện đang ở trạng thái ổn định. Thông thường khi có
kích động trong hệ thống điện, hệ thống sẽ có quá trình quá độ để thiết lập
lại trạng thái ổn định với điểm vận hành ổn định mới. Nếu sự thay đổi là
liên tục (ví dụ như phụ tải tăng dần) thì quá trình thiết lập phải xác định
được điểm vận hành ổn định mới vì điểm này luôn thay đổi. Đây là mục
tiêu mong muốn khi vận hành hệ thống điện.
Tuy nhiên, hệ thống điện có thể mất ổn định khi sự thay đổi trong hệ thống
điện dẫn đến không có điểm vận hành ổn định nữa. Vì không tồn tại điểm
vận hành ổn định mới nên hệ thống sẽ xảy ra một quá trình quá độ phức
tạp đặc trưng bởi sự sụp đổ điện áp. Sự sụp đổ điện áp này bắt đầu bằng

việc điện áp sụt giảm chậm và sau đó giảm nhanh do có các thay đổi khác
xảy ra theo trong hệ thống (Đôi khi, một vài kích động ban đầu không
nghiêm trọng có thể dẫn đến những sự cố liên tiếp và cuối cùng làm hệ
thống sụp đổ). Điều này dẫn đến sự sụt giảm điện áp liên tục và hệ thống
điện bị tan rã.

14


b) Nguyên nhân chính của vấn đề là hệ thống không đáp ứng được nhu cầu
công suất phản kháng. Thông thường sụp đổ điện áp liên quan đến các
đường dây bị quá tải. Khi công suất phản kháng truyền tải từ khu vực lân
cận gặp khó khăn, bất cứ lý do nào làm tăng nhu cầu công suất phản kháng
đều có thể dẫn đến sụp đổ điện áp.
c) Hiện tượng sụp đổ điện áp thường bắt đầu bằng việc điện áp bị giảm thấp.
Nó là kết quả của quá trình tích tụ liên quan đến các hoạt động và tác động
qua lại của rất nhiều thiết bị điện, thiết bị điều khiển và hệ thống bảo vệ.
Quá trình sụp đổ điện áp có thể diễn ra trong vài phút.
Khoảng thời gian diễn ra sụp đổ điện áp trong một vài tình huống có thể rất
ngắn, trong khoảng vài giây. Sự cố dạng này thường do các tải bất lợi gây
ra như các động cơ cảm ứng hay các bộ biến đổi nguồn một chiều.Thời
gian diễn ra sự cố mất ổn định điện áp dạng này cũng giống như là mất ổn
định góc lệch rotor. Trong nhiều tình huống, mất ổn định điện áp và mất ổn
định góc lệch không được phân biệt rõ ràng và có thể có một vài đặc điểm
chung. Dạng mất ổn định này có thể được phân tích bằng các mô phỏng ổn
định nhất thời, với mô hình phần tử đặc trưng như: các thiết bị điện, đặc
biệt là phụ tải động cơ cảm ứng, các phần tử điều khiển và bảo vệ trong hệ
thống điện.
d) Bản chất vật lý của hiện tượng sụp đổ điện áp chính là yêu cầu công suất
phản kháng của phụ tải không được đáp ứng đủ do giới hạn về phát và

truyền tải công suất phản kháng. Các giới hạn về phát công suất phản
kháng bao gồm giới hạn của các máy phát, giới hạn công suất của SVC và
sự sụt giảm công suất phản kháng của các tụ ở điện áp thấp. Các giới hạn
về truyền tải công suất phản kháng do tổn thất công suất phản kháng lớn
trên các đường dây nặng tải, hoặc có sự cố trên đường dây dẫn đến giảm
công suất truyền tải. Dễ nhận thấy rằng tuy hiện tượng này thường liên
quan đến một khu vực nào đó trong hệ thống nhưng hậu quả của nó lại ảnh
hưởng đến cả hệ thống.

15


Một số nguyên nhân có thể dẫn tới mất ổn định / sụp đổ điện áp:
• Công suất phát của máy phát không đáp ứng được nhu cầu của phụ tải
• Thao tác với MBA điều áp dưới tải trong điều kiện điện áp nút giảm
thấp
• Đặc tính làm việc của các tải bất lợi: động cơ cảm ứng, bộ biến đổi
nguồn một chiều
• Sự phối hợp không hiệu quả giữa các thiết bị tự động và thiết bị bảo vệ
trong hệ thống.
e) Các nguyên nhân này có ảnh hưởng rất lớn tới việc phát, truyền tải và tiêu
thụ công suất phản kháng. Sử dụng quá thừa các bộ tụ bù ngang có thể làm
trầm trọng thêm sự cố sụp đổ điện áp. Do đó, việc ngắt bớt các bộ tụ bù
ngang, khóa các MBA điều áp dưới tải, phân bố lại công suất phát, điều
chỉnh điện áp, sa thải phụ tải, và quá tải tạm thời công suất phản kháng của
các máy phát là một số phương pháp điều khiển được sử dụng như là các
biện pháp ngăn ngừa sụp đổ điện áp.
1.2. ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TẠI NÚT PHỤ TẢI.
1.2.1. Khái niệm cổ điển về ổn định tĩnh, tiêu chuẩn năng lượng.
Khái niệm ổn định cổ điển cho rằng, nếu biến động làm cho năng lượng phát

của nguồn lớn hơn năng lượng tiêu thụ tính theo hướng lệch xa thêm thông số thì hệ
thống không ổn định. Đó là vì năng lượng thừa làm hệ thống chuyển động không
ngừng về một hướng dẫn đến thông số lệch vô hạn khỏi trị số ban đầu. Trường hợp
ngược lại hệ thống nhanh chóng trở về vị trí cân bằng với thế năng nhỏ nhất – hệ
thống sẽ ổn định. Về toán học, có thể mô tả điều kiện ổn định hệ thống theo tiêu
chuẩn như sau.
Trạng thái cân bằng của hệ thống ổn định nếu:
∆W/∆Π < 0
Trong đó: ∆W = ∆WF - ∆Wt là hiệu các số gia năng lượng của nguồn và tải,
∆Π – số gia thông số trạng thái.

16


Xét với những khoảng thời gian ngắn, tương quan sẽ ứng với các số gia công
suất, đồng thời biểu thức còn có thể viết ở dạng vi phân:
dP/dΠ < 0

(1.5)

Với mỗi hệ thống đã cho, xét những điểm nút trao đổi công suất khác nhau có
thể nhận được hàng loạt biểu thức cụ thể dạng (1.5). Đó chính là các biểu thị cụ thể
của tiêu chuẩn năng lượng, kiểm tra tính ổn định hệ HT. Chẳng hạn các nút nguồn
của HTĐ dùng tiêu chuẩn dP/dδ, các nút tải dùng tiêu chuẩn dQ/dU… Phần quan
trọng trong phương pháp này là thiết lập được các quan hệ đặc tính công suất
WF(Π) và Wt(Π). Với HTĐ là các quan hệ của P,Q với các thông số trạng thái δ và
U (gọi là các đặc tính công suất).
Để minh họa cách ứng dụng tiêu chuẩn năng lượng ta xét các sơ đồ hình 1.1
và hình 1.4. Tính ổn định của HTĐ trên hình 1.4 đặc trưng bởi trạng thái cân bằng
công suất máy phát và sự biến thiên của góc lệch δ. Theo tiêu chuẩn năng lượng hệ

thống sẽ ổn định nếu:

∆P ∆PT − ∆P (δ )
=
<0
∆δ
∆δ

Hình 1.4
Ở đây, nút phân tích là máy phát nên công suất nguồn được hiểu là công suất
cơ của tua bin (không đổi), còn công suất tiêu thụ là công suất điện nhận về hệ
thống. Vì ∆PT = 0 nên tiêu chuẩn có thể viết lại ở dạng:
17