Bài giảng ổn định hệ thống điện

LỜI NÓI ĐẦU
Điện năng ảnh hưởng trực tiếp và thúc đẩy sự phát triển đến tất cả các ngành
kinh tế và đời sống sinh hoạt của người dân. Vì vậy điện luôn được đi trước một bước
để đảm bảo chắc chắn cho sự phát triển của một quốc gia.
Giáo trình này lần đầu tiên được ra mắt bạn đọc nên không thể tránh khỏi
những sai sót, Nhóm biên soạn chúng tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của
bạn đọc, các em sinh viên và đồng nghiệp để giáo trình được hoàn thiện hơn.
Hưng Yên, ngày 01 tháng 10 năm 2016
 

1 


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................. 1
MỤC LỤC ....................................................................................................................... 2
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 5
II. Các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định quá độ .................................................................. 6
III. Các nguyên nhân của sự cố tan rã hệ thống điện ...................................................... 7
V. Cơ chế xảy ra sự tan rã hệ thống điện ...................................................................... 18
Chương 1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN.......................... 20
1.1. ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN ............................................................................ 20
1.1.1. Chế độ của Hệ thống điện ............................................................................. 20
1.1.2. Định nghĩa ổn định HTĐ .............................................................................. 22
1.1.3. Mục tiêu khảo sát ổn định ............................................................................. 27
1.1.4. Phương pháp khảo sát ổn định ...................................................................... 28
1.2. HỆ ĐƠN VỊ TƯƠNG ĐỐI VÀ PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG TƯƠNG 
ĐỐI CỦA MÁY PHÁT ............................................................................................. 31
1.2.1. Hệ đơn vị tương đối ...................................................................................... 31
1.2.2. Phương trình chuyển động tương đối của máy phát đồng bộ ....................... 32
1.3. TIÊU CHUẨN TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA HTĐ ..................................................... 34

1.3.1. Tiêu chuẩn ổn định tĩnh ................................................................................ 34
1.3.2. Tiêu chuẩn ổn định động .............................................................................. 34
Chương 2ỔN ĐỊNH TĨNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN .................................................. 36
2.1. ĐẶC TÍNH CÔNG SUẤT .................................................................................. 36
2.1.1. Đặc tính công suất của HTĐ đơn giản không kể đến R, C, G của lưới điện 36
2.1.2.Đường đặc tính công suất của HTĐ đơng giản có kể đến R,C của lưới điện 
và phụ tải nhánh rẽ .................................................................................................. 42
2.1.3. Đặc tính công suất của HTĐgồm 2 nhà máy làm việc song song ................ 45
2.2. ĐẶC TÍNH TĨNH CỦA PHỤ TẢI ..................................................................... 47
2.2.1. Phụ tải của HTĐ ........................................................................................... 47
2.2.2.Đường đặc tính tĩnh của các phụ tải thành phần ........................................... 48
2.2.3. Đường đặc tính tĩnh thực tế của phụ tải tổng hợp ........................................ 51
2.3. ỔN ĐỊNH TĨNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN ĐƠN GIẢN .................................... 51
2.3.1. Hệ thống điện đơn giản ................................................................................. 51
2.3.2. Tiêu chuẩn ổn định của HTĐ đơn giản ......................................................... 52
2 


2.3.3. Độ dự trữ ổn định .......................................................................................... 55
2.3.4. Ảnh hưởng của điện kháng của HTĐ đến ổn định tĩnh ................................ 56
2.3.5. Ảnh hưởng của thiết bị tự động điều chỉnh kích thích (TĐK) đến ổn định 
tĩnh. ......................................................................................................................... 57
2.3.6. Ví dụ ............................................................................................................. 59
2.4. ỔN ĐỊNH TĨNH CỦA HTĐ GỒM 2 NMĐ LÀM VIỆC SONG SONG ........... 64
2.4.1. Đặc tính công suất ........................................................................................ 64
2.4.2 Tiêu chuẩn ổn định khi thay phụ tải bằng ..................................................... 65
2.4.3. Tiêu chuẩn ổn định khi xét đến đặc tính tĩnh của phụ tải ............................. 67
2.4.4.Phương pháp tính toán ổn định khi xét đến đặc tính tĩnh của phụ tải theo tiêu 
chuẩn đơn giản 
/

>  ............................................................................. 70
Chương 3ỔN ĐỊNH ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN ................................................. 73
3.1. CÁC GIẢ THIẾT CƠ BẢN ................................................................................ 73
3.1.1. Các kích động lớn trong HTĐ ...................................................................... 73
3.1.2. Điện kháng và sức điện động của MPĐ ....................................................... 73
3.1.3. Sơ đồ thay thế của HTĐ khi ngắn mạch ....................................................... 74
3.1.4. Chọn điểm ngắn mạch .................................................................................. 75
3.1.5. Giản ước sơ đồ HTĐ ..................................................................................... 77
3.2. ỔN ĐỊNH ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN ĐƠN GIẢN ................................. 78
3.2.1.Đặc tính công suất ......................................................................................... 78
3.2.2.Quá trình quá độ trong MPĐ khi xảy ra ngắn mạch,tiêu chuẩn ổn định động
 ................................................................................................................................ 80
3.2.3. Tính toán ổn định động ................................................................................. 82
3.3. ỔN ĐỊNH ĐỘNG CỦA HTD GỒM 2 NMĐ LÀM VIỆC SONG SONG ......... 87
3.3.1. Các đường đặc tính công suất ....................................................................... 87
3.3.2. Quá trình quá độ và tiêu chuẩn ổn định ........................................................ 88
3.3.3. Tính góc cắt 

và thời gian cắt tcắt ............................................................ 90

Chương 4 CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO ỔN ĐỊNH ................................................ 92
4.1. CẢI THIỆN ĐẶC TÍNH CỦA NHỮNG PHẦN TỬ CHÍNH TRONG HTĐ ... 92
4.1.1. Máy phát điện ............................................................................................... 92
4.1.2. Thiết bị tự động điều chỉnh kích thích (TĐK) .............................................. 93
4.1.3. Máy cắt điện.................................................................................................. 95
4.1.4. Đường dây tải điện........................................................................................ 96
3 


4.2. CÁC BIỆN PHÁP PHỤ ...................................................................................... 97

4.2.1. Nối đất các điểm trung tính của máy biến thế qua điện kháng hoặc điện trở 
tác dụng ................................................................................................................... 97
4.2.2 Ghìm điện ...................................................................................................... 98

4 


MỞ ĐẦU
I. Phân loại các dạng ổn định hệ thống điện
Ồn định góc rotor: liên quan đến khả năng của các MPĐ đồng bộ trong một 
HTĐ liên kết vẫn còn giữ được sự đồng bộ hóa sau khi trải qua các kích động có thể 
xảy ra trong HTĐ. Nó liên quan đến khả năng duy trì/phục hồi sự cân bằng giữa mô 
men điện từ và mô men cơ khi của mỗi máy phát điện đồng bộ trong HTĐ. Sự mất ổn 
định có thể xảy ra khi có sự tăng lên của góc rô to của một số MPĐ dẫn đến sự mất 
đồng  bộ  hóa  so  với  các  MPĐ  khác  trong  HTĐ.  ôn  định  góc  có  thể  được  phân  loại 
thành 2 loại: ổn  định  góc với nhiễu loạn nhỏ (small signal stability),  và ổn  định góc 
khi quá độ (transient stability): 
HỆ THỐNG ĐIỆN

Ổn định góc rotor

Ổn định nhiễu loạnnhỏ

Ngắn hạn

Ổn định tần số

Ổn định quá độ

Ổn định điện áp

Nhiễu loạn nhỏ

Ngắn hạn

Dài hạn

Ngắn hạn

Kích động lớn

Dài hạn

 

Hình 1.1. Phân loại ổn định hệ thống điện.

Ồn định quá độ (ổn định động) (transient stability) là khả năng của HTĐ vẫn 
còn duy trì được sự đồng bộ hóa khi trải qua các kích động lớn, ví dụ như ngắn mạch 
trên đường truyền tải, mất nguồn hoặc mất tải.... Các phản ứng của hệ thống dẫn đến 
sự  sai  lệch  lớn  góc  rotor  máy  phát  điện  và  bị  tác  động  bởi  hệ  số  góc  công  suất  với 
quan hệ phi tuyến. ôn định quá độ phụ thuộc vào cả hai trạng thái hoạt động ban đầu 
của hệ thống và mức độ nghiêm trọng của nhiễu loạn. Sự bất ổn định thường là ở dạng 
khoảng cách góc không tuần hoàn do mô-men quay đồng bộ hóa không đủ, biểu hiện 
là sự mất ổn định dao động đầu tiên. Thông thường, hệ thống sẽ có sự thay đổi sao cho 
vận hành ở trạng thái ổn định sau nhiễu loạn khác với trước khi nhiễu loạn. 

5 

Hình 1.2. Góc Rotor phản ứng với một nhiễu loạn thoáng qua

Hình vẽ minh họa phản ứng góc rotor với một nhiễu loạn thoáng qua. Trong 
trường  hợp  ổn  định,  (trường  hợp  1),  góc  rotor  đạt  đến  giá  trị  tối  đa  và  daođộng  với 
biên độ giảm dần cho đến khi nó đạt đến giá trị ổn định. Trong trường hợp 2, tăng dần 
cho đến khi góc rotor bị mất đồng bộ. Dạng này đề cập đến sự mất ổn định dao động 
đầu tiên. Trong trường hợp 3, góc rotor là ổn định ở hai chu kỳ đầu tiên, nhưng dao 
động và trở nên bất ổn định sau hai chu kỳ là kết quảcủacácbiênđộ daođộng ngày càng 
tăng như là trạng tháicuối cùng là tiệm cận 
II. Các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định quá độ
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến ổn định quá độ như: 
Sự nặng tải của HTĐ, hay công suất của MPĐ trong quá trình sự cố 
Loại sự cố, vị trí sự cố, thời gian loại trừ sự cố 
Điện kháng của hệ thống truyền tải sau sự cố 
Điện kháng quá độ của MPĐ,hằng số quán tính của MPĐ(Hcànglớn thì càng 
làm giảm khả năng tăng của góc rôto, giảm diện tích tăng tốc. 
Điện áp quá độ của MPĐ, điện áp quá độ này phụ thuộc vào hệ thống kích từ 
Nghiên cứu tính ổn định của quá trình quá độ cung cấp những thông tin liên 
quan tới khả năng mất đồng bộ của HTĐ trong thời gian bị kích động. Đặc biệt vấn đề 
nghiên cứu này cung cấp những thay đổi về điện áp, dòng điện, công suất, tốc độ và 
mômen của các máy trong HTĐ cũng như là sự thay đổi về điện áp của hệ thống và 
công suất trong khoảng thời gian ngay tức khắc theo sau sự kích động. Công cụ phân 
tích HTĐ xoay chiều được dùng cho việc nghiên cứu tính ổn định của quá trình quá độ 
có được từ đặc trưng vận hành của HTĐ trong suốt thời gian kích động, sự tính toán 
từng bước, mô tả sự vận hành của các máy được thực hiện. Đặc tính của HTĐ trong 
suốt  thời  gian  quá  trình  quá độ  có  thể  có  được  từ  phương  trình  đặc  trưng  của  mạng 
điện. Việc sử dụng các phương trình đặc trưng dưới hình thức tổng trở nút được dùng 
trong việc tính toán ổn định của quá trình quá độ. 
Trong việc nghiên cứu tính ổn định của quá trình quá độ thì việc tính toán trào 
lưu công suất được làm đầu tiên, để có được tình trạng của hệ thống trước khi bị kích 

6 


động . Vì thế sau khi tính toán trào lưu công suất, ma trận tổng trở hay tổng dẫn của 
mạng điện phải được hiệu chỉnh để phản ánh sự thay đổi tính đặc trưng của mạng điện. 
Đường đặc tính vận hành của máy điện đồng bộ và máy điện cảm ứng được 
mô tả bởi hệ phương trình vi phân. Số phương trình vi phân yêu cầu cho các máy điện 
còn phụ thuộc vào chi tiết cần để mô tả đặc trưng của máy một cách chính xác. Hai 
phương trình vi phân bậc nhất cần phải có đối với sự đặc trưng đơn giản nhất của máy 
điện đồng bộ. 
Sự phân tích tính ổn định của quá trình quá độ được thực hiện bởi sự kết hợp 
lời giải của các phương trình đại số mô tả mạng điện, với cách giải bằng phương pháp 
số của các phương trình vi phân. Việc giải các phương trình mạng điện dùng để nhận 
dạng hệ thống bằng cách lấy điện áp, dòng điện cửa vào hệ thống trong quá trình quá 
độ. Phương pháp biến đổi Euler và Runge - Kuta được thực hiện để giải các phương 
trình vi phân trong việc nghiên cứu tính ổn định của quá trình quá độ. 
Việc nghiên cứu ổn định hệ thống theo hệ phương trình vi phân phi tuyến rất 
khó khăn, vì vậy để nghiên cứu về ổn định quá độ sử dụng phương pháp tích phân số. 
Theo  các  thuật  toán  khác  nhau,  thực  hiện  tích  phân  số  hệ  phương  trình  vi  phân  phi 
tuyến  QTQĐ có  thể  xác  định  được  đường  cong biến  thiên góc lệch  ô,  trên cơ sở  đó 
đánh giá được ổn định quá độ 
III.Các nguyên nhân của sự cố tan rã hệ thống điện
Sự cố tan rã HTĐ là một trong những sự cố tồi tệ nhất đối với bất cứ HTĐ nào 
bởi vì hậu quả của sự cố là rất lớn khi xem xét dưới góc độ kinh tế và an ninh năng 
lượng. Do đó vấn đề này đã được quan tâm và nghiên cứu từ nhiều thập kỷ qua. Một 
sự cố tan rã HTĐ thường là kết quả của nhiều nguyên nhân khác nhau, và là một hiện 
tượng biến động phức tạp, nhiều các nhân tố tham gia đồng thời. Trong đó việc mất ổn 
định góc rotor máy phát điện là một trong những nguyên nhân chính. 
Thông thường, một sự cố tan rã HTĐ là một hiện tượng phức tạp, với nhiều 
nguyên nhân khác nhau. Một HTĐ bị tan rã là kết quả của một quá trình chia tách, mất 

đường dây, máy phát điện. liên tục cho đến khi bị phân chia hoàn toàn thành các vùng, 
khu vực cách ly nhau. Một số các nguyên nhân chính như sau: 
Nguyên nhân đầu tiên có thể bắt đầu ngay từ khâu qui hoạch và thiết kế. Ví dụ 
như việc dự đoán sai nhu cầu phụ tải dẫn đến sự thiếu hụt năng lượng cung cấp cho 
phụ tải (sự cố tan rã HTĐ Hy Lạp năm 2004 là một ví dụ điển hình). Một vấn đề quan 
trọng khác trong giai đoạn này đó là việc tuân theo các tiêu chuẩn an ninh khi thiết kế. 
Vì việc đảm bảo an ninh cho một HTĐ đối với tất cả các sự cố là không thể thực hiện 
được. Trường hợp hay gặp nhất là khi có một hư hỏng bất kỳ xảy ra trong HTĐ - hay 
còn gọi là tiêu chuẩn N-1. Xác xuất xảy ra hai (N-2) hay nhiều thiết bị cùng hư hỏng 
7 


đồng thời là nhỏ hơn. Tuy nhiên để đảm bảo an ninh cho HTĐ, một số HTĐ còn phải 
đảm bảo tiêu chuẩn N-2. Nhưng một số HTĐ, trong giai đoạn qui hoạch và thiết kế đã 
không đảm bảo tiêu chuẩn N-1 (hoặc N-2) đã dẫn đến một số sự cố tan rã HTĐ gần 
đây (ví dụ như sự cố tan rã HTĐ tại Thụy Điển - Đan Mạch 2003 là một ví dụ). Việc 
thiết kế và cài đặt các thông số bảo vệ sai cũng là một trong những nguyên nhân của 
các sự cố tan rã HTĐ. (Ví dụ như việc cài đặt các thông số bảo vệ khác nhau của hai 
đầu đường dây liên lạc (nằm ở hai nước khác nhau) trong HTĐ châu Âu UCTE dẫn 
đến sự cố ở các nước châu Âu năm 2006. Hoặc việc cài đặt thông số sai của hệ thống 
xa thải phụ tải theo tần số là nguyên nhân chính của sự cố tại Italy năm 2003). Việc 
thay đổi cấu trúc hệ thống, và quan điểm vận hành theo thị trường điện cũng cần phải 
được cân nhắc kỹ lưỡng khi qui hoạch và thiết kế. 
Rất nhiều nguyên nhân nguy hiểm dẫn đến sự cố tan rã HTĐ xuất phát từ quá 
trình vận hành HTĐ. Trong môi trường thị trường điện, có nhiều các HTĐ con (sub- 
systems) cùng vận hành và điều khiển hệ thống truyền tải xương sống (interconnected 
transmission system the so-called TSOs). Sự có mặt với tỉ lệ khá lớn của HTĐ phân 
tán  cũng  làm  cho  HTĐ  ngày  càng  trở  lên  phức  tạp  khi  xem  xét  trên  quan  điểm  vận 
hành và quản lý. Chính vì vậy mà những người vận hành HTĐ có thể không hiểu hết 
về  HTĐ  mình  đang  quản  lý  -  vận  hành,  đặc  biệt  là  khi có  nhiều  hợp  đồng  mua  bán 

điện, dòng chảy công suất - năng lượng liên tục thay đổi, và các sự cố ngẫu nhiên phức 
tạp có thể xảy ra trong một HTĐ lớn. Kết quả là thiếu sự phối hợp và hành động chính 
xác trong việc phòng ngừa, ngăn chặn sự cố giữa các trung tâm điều độ HTĐ. (Ví dụ 
như sự cố ở lưới điện Thụy Sỹ - Italy năm 2003, hay lưới điện châu Âu năm 2006). 
Trong quá trình bảo dưỡng thiết bị cũng có những nguy cơ tiêm ẩn, đặc biệt là 
các  công việc  bảo  dưỡng  bất  thường, sự  hư  hỏng  của  các  thiết  bị  điện  quá cũ,  thiếu 
những công việc bảo dưỡng định kỳ (thậm chí là việc cắt tỉa cây trên hành lang tuyến). 
Việc thiếu sự đào tạo thường xuyên, cập nhật cho những người vận hành HTĐ và phối 
hợp đào tạo liên trung tâm điều độ cũng có thể gây ra các sự cố tan rã HTĐ (ví dụ như 
sự cố ở London - Anh năm 2003, Moscow - Nga năm 2005, và sự cố mất điện ở các 
nước châu Âu năm 2006). 
Ngoài ra còn nhiều nguyên nhân khách quan khác, như sự hư hỏng bất thường 
của thiết bị bảo vệ, hệ thống quản lý năng lượng (Energy System management - ESM), 
hệ  thống  đánh  giá  trạng  thái  (state  estimator-SE)  và  hệ  thống  đánh  giá  sự  cố  ngẫu 
nhiên thời gian thực (real time contingency analysis-RTCA) đã làm cho các kỹ sư vận 
hành không thể giám sát và đánh giá tình trạng làm việc cũng như việc đưa ra các biện 
pháp kịp thời (Ví dụ như sự tan rã HTĐ ở bắc Mỹ - Canada năm 2003). Những điều 
kiện thời tiết bất thường (quá nóng, quá lạnh), hay hiện tượng thiên nhiên cũng là một 
trong những nguyên nhân dẫn đến việc tăng lên bất thường của phụ tải hay hư hỏng 
8 


thiết  bị  được  xem  là  những  điều  kiện  bất  lợi  ban  đầu  cho  HTĐ,  là  nguyên  nhân  bắt 
nguồn các sự cố. 
IV. Một số sự cố sụp đổ hệ thống điện điển hình
Sự  cố  tan  rã  HTĐ  ngày  19/12/1978  tại  Pháp.  Lúc  đó  HTĐ  Pháp  đang  nhập 
khẩu điện năng từ các nước bên cạnh. Phụ tải tăng lên từ khoảng 7 giờ đến 8 giờ là 
4600MW. So với ngày hôm trước thì nhu cầu phụ tải tăng lên là 1600MW. Điều này 
làm cho điện áp giảm xuống trong khoảng từ 8 giờ 5 phút đến 8 giờ 10 phút, các nhân 
viên  vận  hành  đã  khóa  bộ  tự  động  điều  áp  dưới  tải  của  các  MBA  trên  lưới  cao  áp 

(EHV/HV). Trong khoảng từ 8 giờ 20 phút, thì điện áp của các nút trên lưới truyền tải 
(400kV)  đã  giảm  xuống  trong  khoảng  từ  342kV  đến  374kV.  Trong  khi  đó  một  số 
đường dây đã bị cắt ra do bảo vệ quá dòng, càng làm điện áp bị giảm thấp thêm nữa, 
và xảy ra sụp đổ điện áp sau đó. Trong quá trình khôi phục lại HTĐ đã xảy ra một sự 
cố sụp đổ điện áp khác. Hậu quả của sự cố là 29GW tải đã bị cắt, với tổng năng lượng 
không  truyền  tải  phân  phối  được  là  100GWh.  Hậu  quả  về  tiền  được  dự  tính  trong 
khoảng 200 - 300 triệu đôla. Nguyên nhân chính là sự mất ổn định và sụp đổ điện áp 
trong khoảng thời gian 26 phút. 
Sự cố tan rã HTĐ ngày 04/08/1982 tại Bỉ: Bắt đầu bằng việc dừng một tổ máy 
có  công  suất  700  MW  trong  quá  trình  thí  nghiệm  nghiệm  thu  sau  bảo  dưỡng.  Sau 
khoảng  45  phút,  bộ  phận  giới  hạn  kích từ  của  hai  tổ  máy  khác đã  tác  động  để  giảm 
lượng công suất phản  kháng phát ra. Ba đến  bốn phút sau sự cố đầu tiên, ba tổ máy 
khác đã bị cắt ra do bảo vệ “Giới hạn công suất phản kháng” của máy phát điện. Vào 
lúc 3 phút 20 giây, điện áp trên một số nút của một số nhà máy điện đã giảm xuống 
0.82 pu (đơn vị tương đối). Vào lúc 4 phút  30 giây, hai  máy phát  khác bị cắt ra  bởi 
rơle tổng trở, dẫn đến sự sụp đổ điện áp do mất ổn định điện áp trong khoảng trung và 
dài hạn. 
Sự cố tan rã HTĐ ngày 27/12/1983 tại Thụy Điển: Việc hư hỏng một bộ dao 
cách ly và sự cố ở một trạm biến áp ở phía tây của Stockholm dẫn đến việc ngắt toàn 
bộ trạm biến áp và 2 đường dây 400kV. Khoảng 8 giây sau, một đường dây 220kV bị 
cắt ra bởi bảo vệ quá dòng. Điện áp của HTĐ bị giảm thấp làm cho các máy biến áp 
với bộ điều áp dưới tải tác động, càng làm cho điện áp trên hệ thống các đường dây 
truyền tải giảm thấp, và dòng điện tăng cao trong các đường dây từ phía Bắc đến phía 
Nam. Khoảng 55 giây sau sự cố ở trong trạm biến áp, một đường dây 400kV bị cắt ra 
làm cho HTĐ của Thụy Điển bị tách thành hai phần, Bắc và Nam. Các hiện tượng sụp 
đổ tần số và điện áp xảy ra trong HTĐ. Hệ thống sa thải phụ tải đã không có hiệu quả 
trong việc cứu vãn HTĐ khỏi sự sụp đổ. Các tổ máy hạt nhân trong khu vực HTĐ chia 
rẽ đã bị cắt ra bởi bảo vệ quá dòng và trở kháng thấp dẫn đến sự cố tan rã hoàn toàn 
HTĐ. Tổng lượng tải bị cắt ra vào khoảng 11400MW. Nguyên nhân chính của sự cố 
9 

tan rã HTĐ là do sụp đổ tần số và điện áp trong khoảng thời gian dài sau khi trải qua 
một sự cố nghiêm trọng. 
Sự  cố  tan  rã  HTĐ  tại  Florida  -  Mỹ  ngày  17  tháng  5  năm  1985:  Một  sự  cố 
phóng điện dẫn đến việc cắt ba đường dây 500kV đang mang tải nhẹ dẫn đến sụp đổ 
điện  áp  và  tan  rã  hoàn  toàn  HTĐ  trong  vòng  vài  giây.  Lượng  tải  bị  mất  khoảng 
4292MW.  Nguyên  nhân  của  sự  cố  tan  rã  HTĐ  là  quá  trình  sụp  đổ  điện  áp  trong 
khoảng thời gian quá độ. 
Sự cố tan rã HTĐ Tokyo - Nhật Bản ngày 23 tháng 7 năm 1987: Toàn bộ thủ 
đô Tokyo có thời tiết  rất nóng, dẫn đến lượng tải tiêu thụ  do điều  hòa nhiệt độ tăng 
cao. Sau thời gian buổi trưa, lượng tải tăng lên khoảng 1% /1 phút (tương đương với 
400 MW/1 phút). Mặc dù, các tụ bù đã được đóng hết, nhưng điện áp của HTĐ vẫn 
bắt đầu giảm thấp trên hệ thống truyền tải 500kV. Sau khoảng 20 phút, thì điện áp bắt 
đầu giảm xuống còn khoảng 0,75 p.u và kết quả là các hệ thống bảo vệ rơle tác động 
ngắt một số phần của hệ thống truyền tải và xa thải 8000MW. Nguyên nhân chính là 
quá  trình  sụp  đổ  điện  áp  trong  khoảng  thời  gian  dài  hạn.  Các  đặc  tính  phụ  tải  phụ 
thuộc điện áp của các thiết bị điều hòa là nguyên nhân chính dẫn sự suy giảm điện áp. 
Sự cố tan rã HTĐ ngày 12/01/1987 tại miền Tây nước Pháp: trong khoảng 50 
phút, bốn tổ máy của nhà máy nhiệt điện Cordemais bị cắt ra, dẫn đến điện áp trong 
HTĐ giảm thấp kéo theo 9 tổ máy nhiệt điện khác cũng bị cắt ra trong vòng 7 phút sau 
đó, trong đó có 8 tổ máy do bảo vệ quá kích thích tác động. Tuy nhiên thì điện áp vẫn 
được  giữ  ổn  định  ở  giá  trị  rất  thấp  (trong khoảng  từ  0.5 pu  đến8  pu). Trong khoảng 
thời gian 6 phút, điện áp giảm thấp đã phải cắt một lượng tải là 1500 MW để cứu vãn 
sự sụp đổ hoàn toàn HTĐ. Nguyên nhân chính là do sụp đổ điện áp trong khoảng thời 
gian dài hạn. Hình vẽ II-1: Sụp đổ điện áptrong HTĐ Pháp ngày 12/1/1987 mô tả sự 
biến thiên của điện áp trong quá trình sụp đổ đối với HTĐ Pháp. 
 

10 

 
Hình 1.3. Sụp đổ điện áp trong HTĐ Pháp ngày 12/1/1987

Sự cố tan rã HTĐ tại Phần Lan 8/1992, HTĐ được vận hành rất gần với giới 
hạn an ninh cho phép, lượng công suất nhập khẩu từ Thụy Điển khá lớn, chính vì vậy 
mà ở vùng miền Nam của Phần Lan chỉ có 3 tổ máy nối trực tiếp với hệ thống truyền 
tải 400 kV. Sự cố mất một tổ máy 735 MW đồng thời với việc bảo dưỡng định kỳ một 
đường dây 400 kV đã làm giảm lượng công suất phản kháng truyền tải dẫn đến điện 
áp trên lưới 400 kV giảm xuống còn 344 kV. Điện áp đã được khôi phục bằng cách 
khởi động các nhà máy điện dùng tuabin khí và sa thải một lượng phụ tải. 
Sự cố tan rã HTĐ tại các bang miền tây nước Mỹ (Western  Systems 
CoordinationCouncil  -  WSCC)  ngày  2  tháng  7  năm  1996:  Bắt  đầu  ở 
trongvùngWyoming và Idaho lúc 14 giờ 24 phút 37 giây: Hệ thống đang ở chế độ nặng 
tải  và  nhiệt  độ  trong  vùng  miền  Nam  Idaho  và  Utah  khá  cao,  khoảng  38°C.  Lượng 
công suất truyền tải từ vùng Pacific về California khá cao cụ thể như sau: 
Đường dây liên lạc AC: 4300 MW (giới hạn là 4800 MW). 
Đường dây liên lạc DC: 2800 MW (giới hạn là 3100 MW). 
Sau đó có một sự cố ngắn mạch một pha trên đường dây 345 kV từ nhà máy 
điện 200 MW Jim Bridger trong vùng Wyoming đến Udaho do phóng điện từ đường 
dây vào cây trong hành lang tuyến. Sự cố này dẫn đến việc cắt một đường dây mạch 
kép khác do sự tác động sai của bảo vệ rơ le. Việc cắt 2 trong bốn tổ máy của nhà máy 
điện Jim Bridger theo tiêu chuẩn ổn định lẽ ra sẽ làm ổn định lại HTĐ. Tuy nhiên việc 
sự cố cắt đường dây 220 kV trong miền Đông Oregon đã làm điện áp giảm thấp trong 
vùng miền Nam Idaho, và sự suy giảm dần dần trong vùng trung tâm Oregon. Khoảng 
24 giây sau, một đường dây 220 kV khá dài khác từ vùng miền Tây Montana đến miền 
Nam của Idaho bị cắt ra do vùng ba của bảo vệ khoảng cách, điều này làm cho một 
đường dây kép 161 kV khác bị cắt ra sau đó dẫn đến việc suy giảm khá nhanh điện áp 
11 

trong  vùng  Idaho  và  Oregon.  Khoảng  3  giây  sau,  4  đường  dây  220  kV  từ  Hells 
Canyon  đến  Boise  cũng  bị  cắt  ra,  2  giây  sau,  hệ  thống  truyền  tải  liên  lạc  với  vùng 
Pacific bị cắt ra. Sự tan rã HTĐ xảy ra sau khoảng 35 giây từ sự cố đầu tiên. Khoảng 
2,2  triệu  người  đã  bị  ảnh  hưởng,  lượng  tải  bị  mất  vào  khoảng  11900  MW.  Nguyên 
nhân chính là sự sụp đổ điện áp. 
Sự  cố  tan  rã  HTĐ  tại  các  bang  miền  Tây  nước  Mỹ:  (Western  Systems 
Coordination Council -WSCC), ngày 10 tháng 8 năm 1996. 
Trong  thời  gian  trước  khi  xảy  ra  sự  cố,  nhiệt  độ  ở  miền  Tây  Bắc,  và  lượng 
công suất truyền tải từ phía Canada về California tăng cao. Trước khi tan rã hệ thống, 
ba  đường  dây  500kV  truyền  tải  công  suất  từ  vùng  hạ  lưu  sông  Columbia  River  đến 
trung  tâm  phụ  tải  Oregon  đã  bị  cắt  ra  do  sự  cố  phóng  điện  vào  cây  trên  hành  lang 
tuyến. Đường dây liên lạc California-Oregon truyền tải 4330MW từ miền Bắc về miền 
Nam. Đồng thời đường dây liên lạc một chiều Pacific DC Intertie truyền tải 2680MW 
từ miền Bắc về miền Nam. Dao động công suất tăng dần xảy ra ở tần số 0.23, sự thiếu 
các thiết bị điều khiển cản dao động đã dẫn đến việc cắt các đường dây khác, và làm 
HTĐ bị chia tách thành bốn vùng riêng biệt. 
Tổng  lượng  tải  bị  mất  là  khoảng  30,500MW,  hơn  7,5  triệu  người  đã  bị  ảnh 
hưởng mất điện từ vài phút đến 9 giờ. 
 

 
Hình 1.4. Quá trình sụp đổ điện áp trên hệ thống 500 kV - WSCC – USA1996

12 


 
Hình 1.5. Sơ đồ và trình tự các sự cố dẫn đến tan rã HTĐ WSCC -USA-10/8/1996

 
Hình 1.6. Tổng công suất truyền tải trên đường dây California-Oregon 
Sự cố tan rã HTĐ tại các bang Miền Bắc nước Mỹ - Canada (North American 
Electricity  Reliability  Council  (NERC-USA)  ngày  14/08/2003.  Dựa  trên các  điều  tra 
của NERC, HTĐ lúc đó đạng vận hành ở trạng thái mang tải nặng và rất thiếu công 
suất phản kháng trong vùng Cleveland, Ohio. Hệ  thống đánh giá trạng thái, và phân 
tích sự cố thời gian thực của vùng Midwest ISO (MISO) (state estimator -SE và real 
time contingency analysis RTCA) đã không hoạt động đúng do có sự cố ẩn bên trong 
từ khoảng 12 giờ 15 phút đến 16 giờ 04 phút. Điều này đã ngăn cản MISO đưa ra các 
cảnh báo sớm trong việc đánh giá trạng thái của HTĐ. Tại trung tâm điều khiển HTĐ 
FE  (First  Energy  control  center)  đã  xảy  ra  một  sự  cố  hư  hỏng  phần  mềm  máy  tính 
13 


trong hệ thống quản lý năng lượng (Energy Management System EMS) lúc 14 giờ 14 
phút. Những hư hỏng này đã khiến FE không thể đánh giá đúng được tình trạng làm 
việc và đưa ra những cảnh báo sớm và biện pháp phòng ngừa. Sự cố đầu tiên xảy ra 
trong hệ thống FE, lúc 13 giờ 31 phút, tổ máy số 5 của nhà máy điện Eastlake bị cắt ra 
do quá kích thích, và  một số tổ  máykhác trong vùng FE và phía Bắc của Ohio đang 
vận hành ở chế độ quá tải về công suất phản kháng, trong khi đó tải công suất phản 
kháng  trong  khu  vực  này  tiếp  tục  tăng  cao.  Mặc  dù  các  kỹ  sư  vận  hành  đã  cố  gắng 
khôi phục lại hệ thống tự động điều chỉnh điện áp, nhưng tổ máy số 5 vẫn bị cắt ra, 
dẫn  đến  đường  dây  345kV  trong  vùng FE  Chamberlin-Harding  345  kV  bị  cắt  ra  lúc 
15giờ 05 phút do phóng điện từ dây dẫn vào cây trong hành lang tuyến, mặc dù lúc đó 
đường  dây  này  chỉ  mang  44%  tải  định  mức.  Tiếp  theo  là  đường  dây  345kV  HannaJuniper đang mang tải 88% cũng bị cắt ra do phóng điện vào cây trên hành lang tuyến 
lúc 15 giờ 32 phút. Một đường dây 345 kV  khác đang mang tải 93% là Star-Canton 
cũng bị cắt ra do phóng điện vào cây lúc 15 giờ 41 phút. Trong khoảng thời gian này, 
vì hệ thống phần mềm của trung tâm điều khiển FE và MISO bị hỏng, nên không hề 
có một hành động ngăn chặn nào. Tiếp sau đó là một loạt các đường dây tải điện trong 

hệ thống 138 kV bị cắt ra trong khoảng 15 phút tiếp theo, nhưng vẫn không có sự sa 
thải phụ tải nào. Sự cố nguy kịch nhất dẫn đến việc mất điều khiển HTĐ và mất điện 
lan rộng trong vùng Ohio sau khi đường dây 345kV Sammis-Star 345kV bị cắt ra lúc 
16 giờ 05 phút 57 giây. Vào khoảng 16 giờ 10 phút 38 giây, do việc mất các đường 
dây liên lạc giữa Ohio và Michigan, công suất trao đổi giữa Mỹ và Canada đã bị thay 
đổi. Tại thời điểm này, điện áp xung quanh vùng Detroit bị giảm thấp do các đường 
dây bị quá tải nặng. HTĐ đã mất ổn định kết quả là sự mất điện hàng loạt, với việc cắt 
hàng  trăm  tổ  máy,  đường  dây  trong  một  vùng  rộng  lớn.  Người  ta  ước  tính  khoảng 
65000MW  đã  bị  cắt  và  phải  mất  gần  30  giờ  để  khôi  phục  lại  HTĐ,  dao  động  công 
suất, mất ổn định điện áp là nguyên nhân chính của sự cố tan rã HTĐ. 
Sự cố tan rã HTĐ tại Thụy Điển/Đan Mạch ngày 23 tháng 9 năm 2003: Trước 
khi xảy ra sự cố tất cả các điều kiện vận hành đều nằm trong giới hạn cho phép. Tổng 
lượng  tải  của  Thụy  Điển  vào  khoảng  15000MW,  và  không  quá  nặng  tải.  Hai đường 
dây  400kV  trong  vùng  sự  cố  đã  được  cắt  ra  để  bảo  dưỡng  định  kỳ,  một  đường  dây 
HVDC khác nối với Đức cũng bị cắt ra cho mục đích bảo dưỡng. Bắt đầu từ 12 giờ 30 
phút, tổ máy 3 của nhà máy điện hạt nhân Oskarshamn bị sự cố phải giảm công suất từ 
1250MW xuống 800MW vì sự cố trong hệ thống bơm cấp nước. Nhân viên nhà máy 
đã không thể khắc phục được sự cố này và dẫn đến tổ máy 3 bị cắt ra làm mất hoàn 
toàn  1250MW.  Sự  cố  này  lẽ  ra  được  coi  là  bình  thường  và  thỏa  mãn  tiêu  chuẩn  an 
ninh N-1,  bởi  lượng  công suất  dự  phòng  nóng  và  khả  năng  mang  tải  của  các  đường 
dây vẫn thỏa mãn tiêu chuẩn an ninh kể trên. Sau quá trình quá độ bình thường, các hệ 
14 


thống tự động đã khởi động để lấy công suất dự phòng từ các nhà máy thủy điện từ Na 
Uy,  bắc  Thụy  Điển  và  Phần  Lan,  người  ta  tin  rằng  điều  này  sẽ  làm  HTĐ trở  lên  ổn 
định trong vòng khoảng 1 phút. Tuy nhiên điện áp ở vùng phía Nam đã giảm khoảng 5 
kV, tần số ổn định trong giới hạn cho phép là 49,90Hz. Lượng công suất chạy trên các 
đường dây nằm trong giới hạn cho phép, tuy nhiên lượng công suất chạy từ phía Nam 
- Tây Nam đã tăng lên. Vào lúcgiờ 35 phút đã xảy ra một sự cố thanh góp kép ở trạm 

400kV  Horred  phía  Tây  Thụy  Điển  đã  làm  mất  1,8  GW  từ  nhà  máy  điện  hạt  nhân 
Ringhals, hai đường dây nối Bắc - Nam cũng bị cắt ra, từ 12 giờ 35 phút đến 12 giờ 37 
phút  vùng  phía  Đông  đã  trở  lên  quá  tải  dẫn  đến  sự  sụp  đổ  điện  áp,  vùng  phía  Nam 
(Nam Thụy Điển và Tây Nam của Đan Mạch) bị tách rời. Lúc 12 giờ 37 phút sự thiếu 
hụt công suất dẫn đến sự sụp đổ cả tần số và điện áp  và dẫn đến tan rã  HTĐ. Tổng 
lượng tải bị cắt vào khoảng 6,3GW và mất hơn 6 giờ để khôi phục HTĐ 

 
Hình 1.7. Công suất tác dụng trong HTĐ Đan Mạch (vùng Zealand)

Sự cố tan rã HTĐ tại Italy, ngày 28/09/2003. Vào lúc 3 giờ sáng, lượng công 
suất nhập khẩu là 6,9GW, và nhiều hơn 300MW so với định mức. Lúc 03 giờ 01 phút 
42  giây,  có  một  sự  cố  xảy  ra  trên  đường  dây  380kV  mang  tải  nặng  từ  Mettlen  Lavorgo trong HTĐ Thụy Sỹ, gần với biên giới của Italy. Các kỹ sư vận hành đã cố 
gắng đóng lặp lại được đường dây một cách tự động và bằng tay nhưng không thành 
công do sự sai lệch lớn về góc pha điện áp giữa hai cực của máy cắt điện. Việc này đã 
làm đường dây truyền tải 400 kV Sils - Soazza từ Thụy Sỹ đến Italy bị quá tải 110%. 
Vì sự dao động công suất này không làm ảnh hưởng đến tiêu chuẩn an ninh N-1 của 
HTĐ  Italy  nên  các  nhà  vận  hành  HTĐ  Italy  (GRTN)  đã  không  nhận  thức  được  sự 
nguy  hiểm  đang  xảy  ra  ở  HTĐ  Thụy  Sỹ  và  đã  không  tiến  hành  bất  cứ  hành  động 
phòng ngừa nào. Vào lúc 03 giờ 11 phút, các nhà vận hành HTĐ Thụy Sỹ (ETRANS) 
15 


đã yêu cầu GRTN giảm lượng công suất nhập khẩu xuống để giảm lượng quá tải trong 
HTĐ Thụy Sỹ  để  đưa  HTĐ trở lại chế độ vận hành an toàn hơn. Tuy  nhiên sự phối 
hợp thiếu đồng bộ, và chính xác giữa ETRANS và GRTN, đã dẫn đến việc ETRANS 
đưa ra một hành động gây tranh cãilà cắt đường dây Sils - Soazza do quá tải lúc 03 giờ 
25 phút 21 giây. Ngay lập tức, một đường dây 220 kV bên trong lãnh thổ Thụy Sỹ đã 
bị quá tải và bị cắt ra làm mất một lượng tải truyền sang Italy là 740 MW. Sau sự cố 
này,  các  đường  dây  nhập  khẩu  điện  từ  các  nước  khác  như  Pháp,  Thụy  Sỹ,  Áo, 

Slovenia đến Italy đã bị quá tải và lần lượt bị cắt ra. Kết quả là HTĐ Italy đã bị mất 
điện hoàn toàn, tổng lượng tải bị cắt là 27GW, thiệt hại về kinh tế là hàng chục tỉ đô 
la.  Đây  được  coi  là  sự  cố  lớn  nhất  trong  lịch  sử  ngành  điện  lực  Italy.  Nguyên  nhân 
chính của sự cố tan rã HTĐ là do sự sụp đổ tần số và điện áp trong HTĐ. 

 
Hình 1.8. Tần số và điện áp trong HTĐ Đức và Hungary trước và sau khi3h 25 phút 33
giây khi HTĐ Italy bị tách rời khỏi HTĐ châu Âu- UCTE

Sự cố tan rã HTĐ Hy Lạp ngày 12/07/2004. Trước 12 giờ 25 phút, HTĐ ở thủ 
đô Athens đã rất nặng tải do việc dùng quá nhiều điều hòa nhiệt độ. Hơn nữa việc bảo 
dưỡng 4 đường dây và mất một tổ máy 125MW, một tổ máy 300MW đã làm cho HTĐ 
ở  rất  gần  giới  hạn  ổn  định.  Cho  đến  chiều,  điện  áp  giảm  xuống  khoảng  90%  giá  trị 
danh định. Vào lúc12  giờ  30  phút để  giảm  sụp  đổ  điện  áp,  sa  thải  80MW  tải  nhưng 
phụ tải vẫn tiếp tục tăng lên làm cho điện áp tiếp tục giảm xuống. Cho đến lúc 12 giờ 
35 phút, các nhà vận  hành đã dự  định sa thải tiếp 200MW (nhưng thực tế đã không 
tiến hành sa thải). Vào lúc 12 giờ 37 phút, một tổ máy khác bị cắt ra đã làm cho điện 
áp  sụp  đổ  hoàn toàn.  Lúc 12  giờ  39  phút,  hệ  thống  bị  tách  ra  bảo  vệ  đường  dây  tác 
động,  phần  HTĐ  còn  lại  bị  tách  khỏi  vùng  phía  Nam,  dẫn  đến  sự  cố  tan  rã  HTĐ  ở 
Athens và đảo Peloponnes. Tổng lượng tải bị mất vào khoảng 9GW. 
Sự cố tan rã HTĐ các nước châu Âu ngày 04/11/2006. Đây là mộttrong những 
sự cố có nguyên nhân phức tạp, ảnh hưởng đến nhiều quốc gia. Nguyên nhân chính là 
do sự mất ổn định về tần số. Tuy nhiên việc sa thải phụ tải kịp thời đã tránh được một 
16 


sự cố tan rã HTĐ trên diện rộng. trong đó riêng Pháp đã sa thải 6460MW hay 12%. 
Khoảng hơn 15 triệu người đã bị ảnh hưởng. 

 

Hình 1.9. Tần số ghi được sau khi HTĐ bị chia tách

 
Hình 1.10. Tần số của HTĐ châu Âu trước và sau khi tan rã.

Ngoài ra còn rất nhiều các sự cố mất điện khác như: các nước châu Âu ngày 
4/11/2006,  London  -  nước  Anh  (08/08/2003),  Helsinki  -  Phần  Lan  (09/08/2003), 
Shanghai  -  Trung  Quốc  (27/08/2003),  Athens  -  Hy  Lạp  (06/10/2003),  Georgia 
(23/09/2003), Bahrain (08/08/2004), Úc (14/08/2004), Kuwait (01/11/2004), Malaysia 
(13/01/2005), Moscow - Nga (25/05/2005), Dubai (09/06/2005) 
Một loạt các sự cố tan rã HTĐ kể trên đã chứng tỏ rằng vấn đề này vẫn đang 
được đặc biệt quan tâm. Mặc dù đã có những đầu tư lớn trong việc qui hoạch, thiết kế, 
cũng như lắp đặt nhiều thiết bị, nhà máy điện mới, đường dây tải điện mới, cũng như 
đào tạo nâng cao trình độ cho cán bộ vận hành, nhưng những nguy cơ về tan rã HTĐ 
vẫn còn nguyên tính thời sự. Chính vì vậy mà chúng ta cần phải nghiên cứu, tìm hiểu 
17 


cơ chế, cũng như các biện pháp phòng ngừa và ngăn chặn các sự cố mất điện đó trong 
tương lai. 
V. Cơ chế xảy ra sự tan rã hệ thống điện 
Trong phần trước, chúng tôi đã tóm tắt các sự cố tan rã HTĐ xảy ra gần đây 
trên thế giới, nhưng các cơ chế xảy ra sự cố rất khác nhau từ hệ thống đơn lẻ đến hệ 
thống liên kết. Tuy nhiên tất cả các sự cố trên đều có một quá trình chung đó là HTĐ 
đi từ trạng thái vận hành bình thường (có thể rất gần với giới hạn an ninh/ổn định) đến 
mất ổn định và cuối cùng là chia tách, sụp đổ thành các hệ thống riêng biệt. Cơ chế 
chung đó chính là sự mất ổn định của HTĐ và có thể được tổng kết như sau: 
Điều kiện thời tiết
bất thường dẫn
đến tải tăng đột

ngột

Mất một số máy
phát, đường dây,
tụ bù, máy bù

Trung tâm phụ tải
xa nguồn, đường
dây truyền tải dài

Thiếu công suất
tác dụng và phản
kháng dự trữ

Nặng tải và điện
áp thấp ở một số
nút trong HTĐ

HỆ THỐNG ĐIỆN

Bắt nguồn bởi một sự cố nguy kịch
Mất một số máy phát, đường dây, tụ bù, máy bù

Mất ổn định điện áp

Mất ổn định tần số

Mất ổn định góc rotor

Giảm từ từ điện áp tại

các nút

Quá tải các thiết bị
khác

Vấn đề đồng bộ hóa
hệ thống điện

Thiếu mô men cản
dao động

Tổn thất công suất
phản kháng tăng
mạnh

ULTC đạt đến nấc
cao nhất

Máy phát/bù đạt đến
giới hạn công suất
phản kháng

Cắt các thiết bị quá tải
khác trong HTĐ

Sụp đổ điện áp

Mất đồng bộ

Cắt nhanh các đường dây, máy phát và các thiết bị khác trong hệ thống điện

TAN RÃ HỆ THỐNG ĐIỆN

Hình 1.11. Tổng hợp các nguyên nhân gây mất ổn định hệ thống điện 
18 


Ban  đầu,  HTĐ  đang  được  vận  hành  ở  những  điều  kiện  bất  lợi,  khá  gần  với 
giới hạn ổn định. Ví dụ như mất một số tổ máy/nhà máy điện, một số đường dây tải 
điện do sự cố hay bảo dưỡng trong khi đó nhu cầu phụ tải lại đang rất lớn hay tăng lên 
do những điều kiện bất thường của thời tiết. Hơn nữa, vùng trung tâm phụ tải lại ở xa 
vùng  phát,  làm  tăng  tổn  thất  truyền  tải  cả  công  suất  tác  dụng  và  phảnkháng,  hoặc 
không có đủ công suất dự phòng. Những điều kiện bất lợi đó làm cho điện áp ở một số 
nút bị giảm thấp. 
Những điều kiện bất lợi này có thể phải tiếp tục chịu một hoặc một số sự cố 
cực  kỳ  nguy  kịch  do  việc  mất  thêm  thiết  bị  như  là  mất  đường  dây,  máy  phát  quan 
trọng, làm phá vỡ tiêu chuẩn an ninh (N-1 hay N-m (m>2)). Làm phát sinh các vấn đề 
ổn định HTĐ như mất ổn định điện áp/tần số/góc roto, làm quá tải các thiết bị còn lại, 
điện áp giảm thấp tại một số nút, mất đồng bộ giữa các máy phát điện. Việc mất cân 
bằng công suất phát/tải làm nảy sinh sự sụp đổ về tần số và đồng bộ hóa. 
Việc  thiếu  các  biện  pháp  ngăn  chặn  kịp  thời  của  các  trung  tâm  điều  độ  hệ 
thống, lỗi vận hành của con người, sự tác động sai của thiết bị bảo vệ, hay hư hỏng ẩn 
trong các hệ thống giám sát, điều khiển làm cho tình hình trở lên nghiêm trọng hơn. 
Sự  tác  động  của  máy  biến  áp  điều  áp  dưới  tải,  hay  các  máy  phát  đã  đạt  đến 
giới hạn công suất tác dụng/phản kháng, làm cho HTĐ mất khả năng điều khiển điện 
áp. Kết quả là điện áp tiếp tục giảm thấp, dẫn đến sụp đổ điện áp và tan rã hệ thống. 
Việc thiếu mô men cản các dao động hay quá trình quá độ dẫn đến các máy 
phát điện  bị  mất  đồng  bộ,  các  hệ  thống  bảo  vệ  chống  mất  đồng  bộ  tác  động  cắt  các 
máy phát này ra khỏi HTĐ, làm cho sự mất cân bằng phát/ tải tăng lên mạnh hơn nữa, 
và dẫn đến việc cắt hàng loạt các thiết bị khác, và làm sụp đổ hoàn toàn hệ thống. 

Cơ chế tan ra HTĐ có liên quan trực tiếp đến cơ chế mất ổn định điện áp/tần 
số/góc rotor. 

19 


Chương 1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN
1.1. ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN
1.1.1. Chế độ của Hệ thống điện
1. Hệ thống điện(HTĐ)
HTĐ là tập hợp các phần tử tham gia vào quá trình sản xuất, truyền tải và tiêu 
thụ năng lượng. 
Các phần tử của HTĐ được chia thành hai nhóm: 
Các phần tử tự lực làm nhiệm vụ sản xuất, biến đổi, truyền tải, phân phối và sử 
dụng điện năng như MF, đường dây tải điện và các thiết bị dùng điện.
Các  phần  tử  điểu  chỉnh  làm  nhiệm  vụ  điều  chỉnh  và  biến  đổi  trạng  thái  HTĐ 
như  điều  chỉnh  kích  từ  máy  phát  đồng  bộ,  điều  chỉnh  tần  số,  bảo  vệ  rơ  le,  máy  cắt 
điện….
Mỗi phần tử của HTĐ được đặc trưng bởi các thông số, các thông số này được 
xác định về lượng bởi tính chất vật lý của các phần tử, sơ đồ liên lạc giữa chúng và 
nhiều sự giản ước tính toán khác. Ví dụ: Tổng trở, tổng dẫn của đường đây, hệ số biến 
áp, hệ số khuếch đại của bộ phận tự động điều chỉnh kích thích…Các thông số của các 
phần tử cũng được gọi là thông số của HTĐ. 
Nhiều thông số của HTĐ là các đại lượng phi tuyến, giá trị của chúng phụ thuộc 
vào dòng công suất, tần số…như là X,Y, độ từ hóa...trong phần lớn các bài toán thực 
tế có thể coi là hằng số và như vậy ta có hệ thống tuyến tính. Nếu tính đến sự biến đổi 
của các thông số ta có hệ thống phi tuyến, đây là một dạng phi tuyến của HTĐ, dạng 
phituyến này chỉ phải xét đến một số trường hợp như khi phải tính đến độ bão hòa của 
MF, MBA trong các bài toán ổn định. 
2. Chế độ của HTĐ

Tập  hợp  các  quá  trình  xảy  ra  trong  HTĐ  và  xác  định  trạng  thái  làm  việc  của 
HTĐ trong một thời điểm hay một khoảng thời gian nào đó gọi là chế độ của HTĐ. 
Các quá  trình  nói trên  được  đặt  trưng  bởi  thống  số  U,I,P,Q,f,δ…tại  mọi  điểm 
của HTĐ. Ta gọi chúng là các thông số chế độ, các thông số này khác với các thông số 
hệ thống ở chỗ nó chỉ tồn tại khi HTĐ làm việc. Các thông số chế độ xác định hoàn 
toàn trạng thái làm việc của HTĐ. 
Các thông số chế độ quan hệ với nhau thông qua các thông số HTĐ, nhiều mối 
quan hệ này có dạng phi tuyến. Ví dụ: P = U2/R. 
Đó  là  dạng  phi  tuyến  thứ  2  của  HTĐ,  dạng  phi  tuyến  này  không  thể  bỏ  qua 
trong các bài toán điện lực.  
Các chế độ của HTĐ được chia thành 2 loại: 

20 


Hình 1.12. Các loại dao động hệ thống điện

Chế độ xác lập (CĐXL) là chế độ các thông số của nó dao động rất nhỏ xung 
quanh giá trị trung bình nào đó, thực tế có thể xem như các thông số này là hằng số. 
Trong  thực  tế  không  tồn  tại  chế  độ  nào  mà  trong  đó  các  thông  số  của  nó  bất 
biến theo thời gian vì HTĐ bao gồm một số vô cùng lớn các phần tử, các phần tử này 
luôn luôn biến đổi khiến cho các thông số của chế độ cũng biến đổi không ngừng. 
CĐXL được chia thành: 
+ CĐXL lập bình thường là chế độ vận hành bình thường của HTĐ. 
+ CĐXL sau sự cố xảy ra khi đã loại trừ sự cố 
+ Chế độ sự cố xác lập là chế độ sự cố duy trì sau thời gian quá độ ví dụ như 
chế độ ngắn mạch duy trì… 
Chế độ quá độ là chế độ mà các thông số biến đổi rất nhiều, chế độ quá độ gồm 
có: 
+ Chế độ quá độ bình thường là bước chuyển từ CĐXL bình thường này sang 

CĐXL bình thường khác. 
+ Chế độ quá độ sự cố xảy ra sau sự cố. 
3. Yêu cầu đối với các chế độ của HTĐ
a. Chế độ xác lập bình thường
- Đảm bảo chất lượng điện năng: điện năng  cung cấp cho các phụ  tải phải có 
chất lượng đảm bảo, tức giá trị của các thông số chất lượng (điện áp và tần số) phải 
nằm trong giới hạn được quy định bởi các tiêu chuẩn. 
- Đảm bảo độ tin cậy, các phụ tải được CCĐ liên tục với chất lượng đảm bảo. 
Mức độ liên tục này phải đáp ứng yêu cầu của các hộ dùng điện và điều kiện của HTĐ. 
- Có hiệu quả kinh tế cao: chế độ thỏa mãn độ tin cậy phải đảm bảo chất lượng 
điện năng được thực hiện với chi phí sản xuất điện, truyền tải và phân phối điện năng 
nhỏ nhất. 
21 


- Đảm bảo an toàn được đảm bảo an toàn cho người vận hành, người dùng điện 
và thiết bị phân phối điện. 
b. CĐXL sau sự cố
- Các yêu cầu mục a. được giảm đi nhưng chỉ cho phép kéo dài trong một thời 
gian ngắn, sau đó phải có biện pháp hoặc là thay đổi thông số của chế độ hoặc là thay 
đổi sơ đồ hệ thống để đưa chế độ này để về CĐXL bình thường. 
c. Chế độ quá độ (CĐQĐ)
- Chấm dứt một cách nhanh chóng bằng CĐXL bình thường hay CĐXL sau sự 
cố. 
- Trong thời gian quá độ các thông số biến đổi trong giới hạn cho phép như: giá 
trị của dòng điện ngắn mạch, điện áp tại các nút của phụ tải khi ngắn mạch… 
Các yêu cầu của HTĐ được xét đến khi thiế kế và được bảo đảm bằng cách điều 
chỉnh thường xuyên trong quá trình vận hành HTĐ. 
1.1.2. Định nghĩa ổn định HTĐ
1. Cân bằng công suất

Điều kiện cần để CĐXL có thể tồn tại là sự cân bằng công suất tác dụng(CSTD) 
và công suất phản kháng (CSPK). Công suất do các nguồn sinh ra phải bằng công suất 
do các phụ tải tiêu thụ cộng với tổn thất công suất trong các phần tử của HTĐ. 
PF  Ppt  P  P  

 

 

 

(1.1) 

QF  Q pt  Q  Q    

 

 

(1.2) 

Giữa CSTD và CSPK có mối quan hệ: 
S 2  P2  Q2    

(1.3) 
 
 
 
 
 

Cho nên các điều kiện cân bằng công suất (1.1) và (1.2) không thể xét một cách 
độc lập mà lúc nào cũng phải xét đến mối quan hệ giữa chúng. 

22 


 
Hình 1.13.. Nguyên lý điều tốc ổn định tần số máy phát đi
điện

Tuy vậy trong thự
ực tế tính toán và vận hành HTĐ một cách g
t cách gần đúng có thểxem 
sự  biến  đổi  của 
a  CSTD  và  CSPK  tuân  theo  các  quy  luật 
t  riêng  bi
biệt  ít  ảnh  hưởng  đến 
nhau. Đó là: 
Sự  biến  đổi 
i  CSTD  chỉ 
ch có  ảnh  hưởng  đến  tần  số  của 
a  HTĐ, 
HTĐ, ảnh  hưởng  của  nó 
đến điện áp không đáng k
n áp không đáng kể. Như vậy tần số có thể xem như là chỉ  tiêu đánh giá sự cân 
bằng CSTD. 
Sự biến đổi của CSPK 
a CSPK ảnh hưởng chủ  yếu đến điện áp củủa HTĐ. Như vậy có 
thể xem điện áp là chỉ tiêu đ
tiêu để đánh giá sự cân bằng CSPK. 

Trong vận hành HTĐ các đi
n hành HTĐ các điều kiện cân bằng công suất (1.1) và (1.2) đư
t (1.1) và (1.2) được đảm 
bảo một cách tự nhiên. Các thông s
nhiên. Các thông số của chế độ luôn giữ các giá tr
các giá trị sao cho các điều 
kiện cân bằng công suất đư
t được thỏa mãn. 
Ví dụ, khi xuấtt phát từ
t một vị trí cân bằng
ng nào đó ta tăng CSTD ccủa nguồn lên
lập tức tần số sẽ tăng làm cho công suất
su tiêu thụ của phụ tải cũng
ũng ttăng lên theo cho tới
khi cân bằng vớii công suất
su của nguồn. Hay khi đóng thêm một ph
phụ tải CSPK thì lập
tức điện áp hệ thống sẽ giảm
gi
làm cho các phụ tải phảnn kháng khác ssẽ giảm đi cho tới
khi đạt sự cân bằng
ng CSPK. Tất
T nhiên sự điều chỉnh này chỉ thựcc hi
hiện được trong phạm
vi cho phép.
Các điều kiện cân b
n cân bằng công suất (1.1) và (1.2) và (1.3) là các cơ s
(1.3) là các cơ sở xuất phát 
để tính toán các chế độ củ
ủa HTĐ. Từ điều kiện ấy ta tính được các thông s

c các thông số của chế độ 
U, I, P, Q… 
Để đảm bảo sự làm vi
làm việc đúng đắn của phụ tải điện và HTĐ, quy đ
n và HTĐ, quy định các giá trị 
cân bằng cho CSTD và CSPK như sau:
ng cho CSTD và CSPK như sau: 
23 


Công suất tác dụng là cân b
ng là cân bằng khi tần số của hệ thống bằằng tần số đồng bộ f 
(50 hay 60Hz) hoặc là nằằm trong giới hạn cho phép: f cp min  f  f cp max . 
Công suất tác dụng là cân b
ng là cân bằng khi điện áp tại các nút HTĐ n
i các nút HTĐ nằm trong giới hạn 
cho phép: U cp min  U  U cp max
Khi điện áp và tần s
n số lệch khỏi các giá trị cho phép thì xem nh
cho phép thì xem như sự cân bằng 
công suất không đảm bảo và c
o và cần có các biện pháp để đảm bảo chúng.
o chúng. 
Sự cân bằng CSTD có tính toàn h
ng CSTD có tính toàn hệ thống. Vì ở tất cả các đi
các điểm trên hệ thống tần 
số luôn có giá trị chung. Vi
chung. Việc đảm bảo tần số do đó dễ thực hiện, ch
n, chỉ cần điều chỉnh 
công suất tại một nhà máy nào đó. 

t nhà máy nào đó.  
Trái lại sự cân bằng CSPK mang tính c
ng CSPK mang tính cục bộ thừa chỗ này thi
này thiếu chỗ khác. Việc 
điều chỉnh CSPK phức tạạp không thể thực hiện chung cho toàn bộ  hệ thống được. 
Trong HTĐ, máy phá
Trong HTĐ, máy phát điện (MF) là phần tử quyết định sự cân b
cân bằng CSTD. Đây 
là sự cân bằng Cơ-Điện, ngh
n, nghĩa là sự cân bằng giữa công suất cơ h
t cơ học của Tuabin Ptb và 
công suất điện PMF do máy phát phát ra: P
do máy phát phát ra: PTB = PMF. 
Như đã nói ở trên
trên, sự cân bằng CSTD có tính toàn hệ thống cho nê
ng cho nên bất cứ sự 
mất cân bằng nào xảy ra 
y ra ở bất cứ đâu cũng đều tức khắc tác dộng MF và gây ra s
ng MF và gây ra sự mất 
cân bằng cơ điện ở đây.   
Đối với CSPK sự cân bằng ở các nút phụ tải lớn có ý nghĩa quan tr
ĩa quan trọng hơn cả. 
Còn đối với các ph
i các phụ tải quay cũng có sự cân bằng cơ điện 
n công suất điện của 
lưới PPT và công suất cơ P
t cơ PPC của các máy công cụ: PC = PPT. 
2. Định nghĩa Ổn
n định
đ

HTĐ
Điều kiện cân bằng công su
ng công suất không đủ cho một CĐXL tồn t
n tại trong thực tế. Vì 
các chế độ trong thực tế luôn b
luôn bị kích động từ bên ngoài. Một chế đđộ thỏa mãn các điều 
kiện cân bằng công suất mu
t muốn tồn tại trong thực tế phải chịu đựng đư
ng được các kích động 
mà điều kiện cân bằng công su
ng công suất không phá hủy. 
Các kích động đối v
i với chế độ HTĐ được chia ra làm hay lo
c chia ra làm hay loại: kích động nhỏ và 
kích động lớn. 

 

24 


 
Hình 1.14. Trạng thái cân bằng

 
a. Ổn định tĩnh
Các kích động nhỏ
ỏ xảy ra liên tục và có biên độ nhỏ, đó là s
, đó là sự biến đổi của thiết 
bị  điều  chỉnh…Các kích 

nh…Các kích  động 
đ
này  tác  động  lên rotor  của 
a  MF, phá  ho
hoại  sự  cân  bằng 
công suất ban đầu làm cho CĐXL
u làm cho CĐXL tương ứng bị dao động. CĐXL mu
CĐXL muốn duy trì được 
thì phải chịu được các kích đ
c các kích động nhỏ này, có nghĩa là sự cân bằng công su
ng công suất phải được 
giữ vững trước các kích đ
c các kích động nhỏ, nói đúng hơn là sự cân bằng sông su
ng sông suất phải được 
khôi phục sau các kích độ
ộng nhỏ, trong trường hợp đó ta nói rằng
ng hệ thống có ổn định 
tĩnh. 
Ta có định nghĩa ổ
ổn định tĩnh: 
Ổn định tĩnh
ĩnh là khả
kh năng của HTĐ khôi phục lại chế độ ban đđầu hoặc rất gần
chế độ ban đầu sau khi bịị kích động nhỏ.
Như vậy ổn định t
nh tĩnh là điều kiện đủ để một CĐXL tồn tại trong th
i trong thực tế. 
b. Ổn định động
Các kích động lớn x
n xảy ra ít hơn so với các kích động nhỏ, nhưng có biên đ

, nhưng có biên độ khá 
lớn. Các kích động này 
ng này  xảy ra do các biến đổi đột ngột sơ đồ nố
x
ối điện, biến đổi của 
phụ tải điện và các sự cố
ố ngắn mạch…Các kích động lớn làm cho c
n làm cho cân bằng công suất 
Cơ-Điện bị phá vỡ đột ng
t ngột,  CĐXL tương ứng bị dao động rất 
t  m
mạnh. Khả  năng của 
HTĐ chịu  được các kích đ
c các kích động này  mà  CĐXL không bị phá hoại g
i gọi là khả  năng ổn 
định động của HTĐ. 
Ta có định nghĩa ổ
ổn định động: 
Ổn định động
ng là khả
kh năng của HTĐ khôi phục lại chế độ làm vi
việc ban đầu hoặc
rất gần chế độ ban đầu
u sau khi bị
b kích động lớn.
Như vậy ổn định đ
nh động là điều kiện để cho chế độ của HTĐ t
a HTĐ tồn tại lâu dài. 
c.Ổn định tổng
ng quát

Khi một chế độ nào đó c
nào đó của HTĐ chịu các kích động nhỏ ho
hoặc lớn, nếu HTĐ có 
ổn định tĩnh hoặc động thì s
ng thì sự cân bằng CSTD ban đầu sẽ được khôi ph
c khôi phục lại, chế độ 
25