Nghiên cứu ứng dụng thiết bị acts nhằm nâng cao ổn định hệ thống điện

i

LỜI CẢM ƠN
Đƣợc sự phân công của bộ môn Hệ thống điện, Khoa Điện – Điện tử trƣờng
đại học Bách Khoa TP. HCM và sự đồng ý của thầy Nguyễn Văn Liêm, em thực
hiện đề tài luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu ứng dụng thiết bị FACTS nhằm nâng cao
ổn định hệ thống điện”.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ban giám hiệu nhà trƣờng, các thầy cô
của trƣờng, các thầy cô của khoa Điện – Điện tử, và đặc biệt là thầy Nguyễn Văn
Liêm và quý thầy cô của bộ môn Hệ thống điện của trƣờng đại học Bách Khoa TP.
HCM đã tận tình chỉ dạy, đã truyền đạt cho em những kiến thức quý báu trong suốt
thời gian em đƣợc học tập tại trƣờng.
Khi thực hiện bài tốt nghiệp, em đã cố gắng tham khảo các tài liệu nƣớc ngồi
lẫn trong nƣớc, phân tích các kết quả đạt đƣợc để đƣa ra những kết luận tốt nhất.
Nhƣng do tài liệu và thời gian có hạn nên sẽ khơng tránh khỏi những thiếu sót, do
đó em kính mong q thầy cơ có những góp ý cho đề tài tốt nghiệp lần này của em.
Những góp ý của quý thầy cô sẽ là kiến thức cần thiết cho công việc sau này của
em.
Tp. HCM ngày 09 tháng 12 năm 2019
Học viên thực hiện

HOÀNG MINH TRIẾT


ii

TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN
ABSTRACT

Do nhu cầu điện năng ngày một tăng, hệ thống điện đang ngày càng phát triển
rộng lớn và phức tạp để đáp ứng sự mở rộng hệ thống. Nhƣng đi kèm với sự phát
triển hệ thống cũng cần phải xét đến những sự cố để có thể bảo vệ, can thiệp kịp
thời. Một trong những sự cố nghiêm trọng cần đƣợc xét đến là sự cố ngắn mạch ở
các thanh cái hay đƣờng dây có khả năng gây mất ổn định,… Với mục đích nhằm
nâng cao tính ổn định của hệ thống, cụ thể hơn là duy trì ổn định đồng bộ của rotor
máy phát khi gặp phải các sự cố hệ thống, trong khuôn khổ luận văn này sẽ nghiên
cứu ổn định quá độ của máy phát. Bằng cách thực hiện đề tài: "Nghiên cứu ứng
dụng thiết bị FACTS nhằm nâng cao ổn định hệ thống điện" sẽ đƣa ra những cái
nhìn cụ thể hoạt động của máy phát đối với sự cố. Các vấn đề đƣợc trình bày trong
luận văn:
- CHƢƠNG 1: Giới thiệu, mục tiêu nghiên cứu, điểm mới của đề tài, đóng góp
của luận văn, khái niệm ổn định hệ thống điện và giới thiệu tổng quan về thiết
bị FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System), SVC (Static
Var Compensator).
- CHƢƠNG 2: Thiết bị FACTS, thiết bị SVC và những ứng dụng của thiết bị
FACTS đối với hệ thống điện.
- CHƢƠNG 3: Mô hình động các phần tử trong hệ thống điện bao gồm mơ hình
máy phát, tải, đƣờng dây, mơ hình thiết bị SVC.
- CHƢƠNG 4: Các tiêu chuẩn, phƣơng pháp dùng để đánh giá tính ổn định của
hệ thống. Gồm có tiêu chuẩn diện tích, và phƣơng pháp tích phân số.
- CHƢƠNG 5: Giới thiệu phần mềm ETAP và cách sử dụng để mô phỏng ổn
định quá độ.
- CHƢƠNG 6: Sử dụng sơ đồ một phần mạng điện thực tế đã đƣợc tách lƣới
của hệ thống điện Việt Nam để thực hiện mô phỏng và đánh giá các đáp ứng
của hệ thống. Các số liệu của hệ thống gồm đƣờng dây, máy biến áp, phụ tải,
thiết bị SVC


iii

- CHƢƠNG 7: Các trƣờng hợp mô phỏng để nghiên cứu ứng dụng của thiết bị
SVC đối với hệ thống điện thực tế, kết quả của q trình mơ phỏng, đánh giá
các thay đổi của hệ thống khi có và khơng có thiết bị FACTS (SVC)
- Kết luận, lợi ích của việc sử dụng thiết bị FACTS trên hệ thống điện thực tế và
hƣớng phát triển của đề tài.
Due to the increasing demand for electricity, the power system is increasingly
developing vastly and intricately to meet system expansion. But with the
development of the system also need to consider the incidents to be able to protect
and intervene in time. One of the serious problems that need to be considered is the
short circuit in the busbars or lines that are likely to cause instability, etc. In order to
improve the stability of the system, more specifically, only maintain the
synchronous stability of the generator rotor when encountering system problems, in
the framework of this thesis, we will study the transient stability of the generator.
By implementing the project: "Research and application of FACTS equipment to
improve the stability of the electrical system" will give a specific view of the
operation of the generator to the incident. The issues are presented in the thesis:
- CHAPTER 1: Introduction, research objectives, new points of the topic,
contributions of the thesis, concepts of electrical system stability and an overview of
FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System), SVC ( Static Var
Compensator).
- CHAPTER 2: FACTS equipment, SVC equipment and applications of
FACTS equipment for electrical systems.
- CHAPTER 3: Dynamic model of electrical system components including
generator model, load, line, SVC device model.
- CHAPTER 4: Standards and methods used to assess the stability of the
system. Includes Equal – Area criterion and Fractional method.
- CHAPTER 5: Introduction of ETAP software and how to use it to simulate
transient stability.

iv

- CHAPTER 6: Using a partially mapped electric network diagram of Vietnam
electricity system to perform simulation and evaluate the system's responses. The
data of the system includes lines, transformers, loads, SVC equipment
- CHAPTER 7: Simulation cases to study the application of SVC equipment to
the actual electrical system, the results of the simulation process, evaluate the
changes of the system with and without FACTS equipment (SVC)
- Conclusion, benefits of using FACTS equipment on the actual power system
and the development direction of the topic.


v

LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan đây là bài luận văn nghiên cứu của riêng em. Tất cả các kiến
thức lý thuyết đều đƣợc em tham khảo và tự tổng hợp từ các tài liệu trong và ngoài
nƣớc, các số liệu và kết quả mô phỏng đều do em tự thực hiện và chƣa có trong bất
kì bài nghiên cứu của ngƣời khác. Nếu không đúng với tất cả những gì đã cam
đoan, em xin chịu hồn tồn trách nhiệm về đề tài của mình.


vi

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ..............................................................................................................i
TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN ........................................................................ ii
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................v

MỤC LỤC ..................................................................................................................vi
DANH MỤC HÌNH ẢNH........................................................................................... x
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................xv
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................xvi
CHƢƠNG 1

MỞ ĐẦU............................................................................................................. 1

1.1 Giới thiệu ............................................................................................................... 1
1.1.1 Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................... 1
1.1.2 Điểm mới của đề tài ........................................................................................... 1
1.2 Khái niệm ổn định hệ thống điện ..........................................................................2
1.2.1 Các chế độ của hệ thống điện ............................................................................ 2
1.2.2 Khái niệm về ổn định .......................................................................................... 2
1.2.3 Hậu quả của mất ổn định đồng bộ .....................................................................3
1.3 Giới thiệu thiết bị FACTS ..................................................................................... 3
1.4 Giới thiệu thiết bị bù tĩnh SVC ............................................................................. 4
CHƢƠNG 2

THIẾT BỊ FACTS – THIẾT BỊ SVC............................................................... 5

2.1 Giới thiệu chung về thiết bị FACTS .....................................................................5
2.2 Thiết bị SVC ..........................................................................................................8
2.2.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của TCR .......................................................... 10


vii

2.2.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của TSC........................................................... 12
2.3 Những ứng dụng của thiết bị SVC ...................................................................... 14

2.3.1 Điều chỉnh điện áp ở giữa đoạn dây truyền tải ............................................... 15
2.3.2 Điều khiển điện áp ở cuối đường dây .............................................................. 17
2.3.3 Nâng cao ổn định quá độ ................................................................................. 17
2.3.4 Giảm dao động cơng suất ................................................................................ 19
CHƢƠNG 3

MƠ HÌNH ĐỘNG CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN .................... 21

3.1 Mô hình máy phát điện đồng bộ ......................................................................... 21
3.1.1 Lí thuyết về mơ hình máy phát điện đồng bộ ................................................... 21
3.1.2 Phép biến đổi dq0............................................................................................. 25
3.1.3 Xây dựng phương trình mơ tả máy phát từ phương trình điện áp máy phát ... 27
3.1.4 Phương trình chuyển động của rotor ............................................................... 31
3.1.5 Tổng kết về mơ hình máy phát điện đồng bộ.................................................... 32
3.2 Phụ tải .................................................................................................................. 32
3.2.1 Khái niệm phụ tải trong hệ thống điện ............................................................ 32
3.2.2 Mơ hình tải tĩnh ................................................................................................ 33
3.2.3 Mơ hình tải động .............................................................................................. 35
3.3 Máy biến áp ......................................................................................................... 36
3.4 Đƣờng dây truyền tải........................................................................................... 39
3.4.1 Đường dây ngắn và trung bình ........................................................................ 39
3.4.2 Đường dây dài .................................................................................................. 43
3.5 Thiết bị SVC ....................................................................................................... 44
3.5.1 Mơ hình hoạt động trong vùng điều khiển ....................................................... 44
3.5.2 Mơ hình hoạt động ngồi vùng điều khiển ....................................................... 48


viii

CHƢƠNG 4

CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH QUÁ ĐỘ ......................... 52

4.1 Khái niệm chung .................................................................................................52
4.2 Trạng thái của hệ thống khi xảy ra kích động ..................................................... 52
4.3 Tiêu chuẩn diện tích ............................................................................................ 55
4.4 Phƣơng pháp tích phân số ................................................................................... 57
4.4.1 Phương pháp Euler .......................................................................................... 57
4.4.2 Phương pháp Euler cải tiến ............................................................................. 59
4.4.3 Phương pháp Runge – Kutta ............................................................................ 60
4.5 Nhƣợc điểm của các phƣơng pháp tích phân số.................................................. 60
CHƢƠNG 5

GIỚI THIỆU VỀ PHẦM MỀM ETAP ......................................................... 62

5.1 Tổng quan về phần mềm ETAP .......................................................................... 62
5.2 Giao diện của phần mềm ETAP .......................................................................... 62
5.3 Thanh công cụ của ETAP.................................................................................... 63
5.4 Phân tích ổn định động bằng ETAP ....................................................................66
5.4.1 Thanh cơng cụ phân tích ổn định quá độ ......................................................... 66
5.4.2 Tạo các sự kiện trong phân tích ổn định quá độ .............................................. 67
5.4.3 Thực hiện mô phỏng và xem kết quả ................................................................ 71
CHƢƠNG 6

SỬ DỤNG LƢỚI ĐIỆN THỰC TẾ MÔ PHỎNG ỔN ĐỊNH QUÁ ĐỘ ..... 73

6.1 Giới thiệu sơ đồ lƣới điện thực hiện mô phỏng .................................................. 73
6.2 Thông số của sơ đồ tách lƣới .............................................................................. 75
6.2.1 Thông số máy phát ........................................................................................... 75
6.2.2 Thông số đường dây ......................................................................................... 75

6.2.3 Thông số máy biến áp....................................................................................... 77
6.2.4 Thông số nút .....................................................................................................78


ix

6.2.5 Thơng số phụ tải ............................................................................................... 79
6.3 Mơ hình động và thơng số của mơ hình phân tích ổn định q độ trong ETAP 81
6.3.1 Mơ hình động máy phát đồng bộ ..................................................................... 81
6.3.2 Thiết bị SVC ..................................................................................................... 82
6.3.3 Thông số các phần tử được sử dụng để phân tích ổn định .............................. 84
CHƢƠNG 7

KHẢO SÁT ỨNG DỤNG CỦA SVC TRONG ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ..... 87

7.1 Các trƣờng hợp khảo sát ứng dụng của SVC trong ổn định hệ thống điện ........ 87
7.1.1 Khảo sát ứng dụng của thiết bị SVC trong chế độ vận hành xác lập .............. 87
7.1.2 Khảo sát ứng dụng ổn định quá độ của thiết bị SVC khi xảy ra sự cố ............ 87
7.2 Kết quả mô phỏng các trƣờng hợp ứng dụng của thiết bị SVC .......................... 90
7.2.1 Khảo sát sự ảnh hưởng của SVC trong chế độ vận hành xác lập .................... 90
7.2.2 Khảo sát ứng dụng của SVC trong ổn định quá độ khi xảy ra sự cố ............. 101
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ....................................... 112
 Kết luận ............................................................................................................... 112
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 114
THÔNG TIN LIÊN LẠC ........................................................................................ 115


x

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Các loại ổn định trong hệ thống điện .......................................................... 3
Hình 2.1 Thiết bị điều khiển bù nối tiếp .................................................................... 6
Hình 2.2 Thiết bị điều khiển bù song song ................................................................ 6
Hình 2.3 Kết hợp giữa các thiết bị bù nối tiếp ........................................................... 6
Hình 2.4 Kết hợp giữa các thiết bị bù nối tiếp và song song ..................................... 6
Hình 2.5 Nguyên lý điều khiển sử dụng nguồn áp và nguồn dịng ............................ 7
Hình 2.6 Thiết bị bù STATCOM ............................................................................... 7
Hình 2.7 Thiết bị bù SVC........................................................................................... 8
Hình 2.8 Thiết bị bù SSSC ......................................................................................... 8
Hình 2.9 Thiết bị bù TCSC ........................................................................................ 8
Hình 2.10 Sơ đồ kết nối SVC với hệ thống điện ........................................................ 9
Hình 2.11 Thiết bị SVC trong thực tế ........................................................................ 9
Hình 2.12 Mơ hình vận hành thiết bị bù SVC.......................................................... 10
Hình 2.13 Cấu tạo và nguyên lý làm việc TCR ....................................................... 11
Hình 2.14 Đặc tuyến hoạt động của TCR ................................................................ 12
Hình 2.15 Cấu tạo và nguyên lý làm việc TSC ........................................................ 13
Hình 2.16 Điều kiện để TSC hoạt động ................................................................... 13
Hình 2.17 Đặc tuyến hoạt động của TSC ................................................................. 14
Hình 2.18 Mơ hình điều chỉnh điện áp ở giữa đƣờng dây ....................................... 15
Hình 2.19 Sơ đồ góc pha dịng điện và điện áp........................................................ 15
Hình 2.20 Đặc tuyến quan hệ giữa cơng suất và góc lệch pha điện áp .................... 16
Hình 2.21 Điều khiển điện áp ở cuối đƣờng dây mang tải ...................................... 17


xi

Hình 2.22 Mơ hình hệ thống điện đơn giản ..............................................................18
Hình 2.23 Đặc tuyến quan hệ cơng suất và góc lệch ................................................18
Hình 2.24 So sánh độ dự trữ khi khơng có và có thiết bị bù.....................................19
Hình 2.25 Khả năng giảm dao động cơng suất .........................................................20

Hình 3.1 Cấu trúc của máy điện đồng bộ ..................................................................21
Hình 3.2 Mạch thay thế stator và rotor máy phát điện đồng bộ................................22
Hình 3.3 Mạch thay thế stator và rotor máy phát......................................................27
Hình 3.4 Mơ hình tải tổng hợp ..................................................................................36
Hình 3.5 Mơ hình máy biến áp lí tƣởng ....................................................................36
Hình 3.6 Mơ hình máy biến áp có nấc phân áp.........................................................37
Hình 3.7 Mơ hình máy biến áp khi quy đổi từ sơ cấp sang thứ cấp .........................38
Hình 3.8 Mơ hình hình  của máy biến áp ..............................................................38
Hình 3.9 Mơ hình hình  của máy biến áp dựa theo thông số Ye ...........................39
Hình 3.10 Mơ hình mạng hai cửa của đƣờng dây .....................................................39
Hình 3.11 Mơ hình hình  đối với đƣờng dây trung bình .......................................41
Hình 3.12 Mạch tƣơng đƣơng của đƣờng dây trung bình – ngắn và thơng số .........43
Hình 3.13 Mơ hình hình  của đƣờng dây dài.........................................................43
Hình 3.14 Đặc tuyến hoạt động trong vùng điều khiển ............................................45
Hình 3.15 Mơ hình đơn giản SVC ............................................................................46
Hình 3.16 Mơ hình ứng dụng SVC trong thực tế......................................................46
Hình 3.17 Mơ hình ngun lý điều khiển SVC.........................................................47
Hình 3.18 Nguyên lý làm việc dựa trên đặc tuyến hoạt động V-I ............................48
Hình 3.19 Mơ hình SVC hoạt động ngoài vùng điều khiển......................................49


xii

Hình 3.20 So sánh khả năng phát cơng suất phản kháng giữa hai mơ hình hoạt động
.................................................................................................................................. 50
Hình 3.21 Đặc tuyến hoạt động V - Q...................................................................... 51
Hình 4.1 Sơ đồ một sợi xét ổn định hệ thống........................................................... 52
Hình 4.2 Tƣơng quan thay đổi góc rotor và cơng suất máy phát ............................. 53
Hình 4.3 Tiêu chuẩn diện tích ổn định ..................................................................... 56
Hình 4.4 Biểu diễn đƣờng cong phi tuyến bằng phƣơng pháp tích phân số ............ 57

Hình 4.5 Nhƣợc điểm của phƣơng pháp Euler ......................................................... 58
Hình 4.6 Phƣơng pháp Euler cải tiến ....................................................................... 59
Hình 5.1 Giao diện của phần mềm ETAP ................................................................ 62
Hình 5.2 Thanh Project Toolbar ............................................................................... 63
Hình 5.3 Thanh Select ETAP System ...................................................................... 63
Hình 5.4 Project View .............................................................................................. 64
Hình 5.5 Thanh Base and Revision Toolbar ............................................................ 64
Hình 5.6 Thanh cơng cụ các chế độ phân tích ......................................................... 64
Hình 5.7 a) Phân bố cơng suất b) Phân tích ổn định quá độ c) Phân tích ngắn mạch
hệ thống d) Phân tích sóng hài ................................................................................. 65
Hình 5.8 Các phần tử hệ thống ................................................................................. 65
Hình 5.9 Thanh cơng cụ phân tích ổn định q độ .................................................. 66
Hình 5.10 Thanh cơng cụ Study Case ...................................................................... 67
Hình 5.11 Cửa sổ Edit Study Case ........................................................................... 67
Hình 5.12 Mục Events của Edit Study Case ............................................................ 68
Hình 5.13 Thêm các sự kiện trong mô phỏng hệ thống ........................................... 69
Hình 5.14 Cửa sổ tùy chỉnh sự cố ............................................................................ 69


xiii

Hình 5.15 Cửa sổ Plot trong Edit Study Case ...........................................................70
Hình 5.16 Cửa sổ hiển thị thời gian và sự kiện các mơ phỏng động ........................71
Hình 5.17 Cửa sổ tùy chỉnh vẽ đồ thị mơ phỏng động .............................................71
Hình 5.18 Đồ thị góc cơng suất của máy phát ..........................................................72
Hình 6.1 Sơ đồ lƣới điện thực hiện mơ phỏng ..........................................................73
Hình 6.2 Một phần của sơ đồ tách lƣới .....................................................................74
Hình 6.3 Một phần của sơ đồ tách lƣới .....................................................................74
Hình 6.4 Mơ hình mơ phỏng máy phát đồng bộ cực ẩn............................................81
Hình 6.5 Sơ đồ khối điều khiển SVC trong vùng điều khiển ...................................82

Hình 6.6 Sơ đồ khối SVC ngồi vùng điều khiển .....................................................83
Hình 6.7 Thơng số của máy phát đồng bộ cực ẩn .....................................................84
Hình 6.8 Thơng số của thiết bị SVC .........................................................................85
Hình 7.1 Sự cố 3 pha ở thanh cái CAMAU22 220kV ..............................................87
Hình 7.2 Sự cố 3 pha trên đƣờng dây nhánh Branch_188_1 ....................................89
Hình 7.3 Thơng số hệ thống khi tải nhiều và khơng có SVC ...................................90
Hình 7.4 Phân bố cơng suất khi khơng sử dụng SVC ...............................................90
Hình 7.5 Phân bố cơng suất khi hệ thống sử dụng SVC ...........................................92
Hình 7.6 So sánh điện áp một số thanh cái 110kV trƣớc và sau khi sử dụng SVC ..94
Hình 7.7 Thơng số hệ thống khi tải ít và khơng có SVC ..........................................95
Hình 7.8 Phân bố cơng suất khi khơng sử dụng SVC ...............................................96
Hình 7.9 Phân bố cơng suất khi có sử dụng SVC .....................................................98
Hình 7.10 So sánh điện áp một số thanh cái 110kV trƣớc và sau khi sử dụng SVC
.................................................................................................................................100
Hình 7.11 Đáp ứng góc Rotor máy phát Gen_116_1 khi khơng có SVC ...............101


xiv

Hình 7.12 Vị trí đặt SVC ........................................................................................ 102
Hình 7.13 Đáp ứng góc Rotor máy phát Gen_116_1 khi sử dụng SVC ................ 102
Hình 7.14 Cơng suất phản kháng của SVC ............................................................ 103
Hình 7.15 So sánh đáp ứng của hệ thống khi có và khơng có thiết bị SVC .......... 103
Hình 7.16 So sánh điện áp thanh cái bị sự cố CAMAU22 220kV......................... 104
Hình 7.17 Thời gian tới hạn của sự cố 3 pha tại thanh cái ..................................... 106
Hình 7.18 Cơng suất tại thời gian tới hạn khi có và khơng có SVC ...................... 106
Hình 7.19 Thời gian tới hạn khi có sử dụng SVC .................................................. 107
Hình 7.20 Đáp ứng Rotor Gen_166_1 sự cố đƣờng dây nhánh 188_1 khơng có SVC
................................................................................................................................ 108
Hình 7.21 Đáp ứng của Rotor Gen_166_1 sự cố đƣờng dây 188_1 khi có SVC .. 109

Hình 7.22 So sánh góc Rotor Gen_166_1 khi có và khơng có SVC ..................... 109
Hình 7.23 So sánh cơng suất Gen_166_1 khi có và khơng có SVC ...................... 110
Hình 7.24 So sánh điện áp thanh cái CAMAU22 220kV khi có và khơng có SVC
................................................................................................................................ 110


xv

DANH MỤC BẢNG
Bảng 5.1 Các sự cố để mô phỏng ổn định động bằng ETAP ....................................69
Bảng 6.1 Thông số các máy phát của sơ đồ tách lƣới ...............................................75
Bảng 6.2 Thông số các nhánh đƣờng dây của sơ đồ tách lƣới..................................75
Bảng 6.3 Thông số các máy biến áp của sơ đồ tách lƣới ..........................................77
Bảng 6.4 Thông số định mức các thanh cái của sơ đồ tách lƣới ...............................78
Bảng 6.5 Thông số tải của sơ đồ tách lƣới ................................................................79
Bảng 6.6 Thông số mô phỏng động của máy phát đồng bộ cực ẩn ..........................84
Bảng 6.7 Thông số thiết bị bù SVC ..........................................................................85
Bảng 7.1 Thông số trong trƣờng hợp tải nhiều .........................................................90
Bảng 7.2 Giá trị điện áp vận hành của các thanh cái khi khơng có SVC .................91
Bảng 7.3 Giá trị điện áp vận hành các thanh cái khi có đặt thiết bị SVC ................92
Bảng 7.4 So sánh giá trị điện áp một số thanh cái 110kV khi có và khơng có đặt
SVC: ..........................................................................................................................94
Bảng 7.5 Thông số trong trƣờng hợp tải nhiều .........................................................96
Bảng 7.6 Giá trị điện áp vận hành của các thanh cái khi khơng có SVC .................96
Bảng 7.7 Giá trị điện áp vận hành các thanh cái trong trƣờng hợp sử dụng SVC ....98
Bảng 7.8 So sánh điện áp thanh cái 110kV trƣớc và sau khi đặt thiết bị SVC .........99
Bảng 7.9 Thời gian tới hạn khi sử dụng SVC sự cố 3 pha tại thanh cái .................107


xvi

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
CĐQĐ:

Chế độ quá độ

CĐXL:

Chế độ xác lập

FACTS:

Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt

SVC:

Thiết bị bù tĩnh Static Var Compensator


1

Chƣơng 1 MỞ ĐẦU
1.1 Giới thiệu
Trong quá trình vận hành hệ thống điện, ngồi điều kiện làm việc bình thƣờng
ở chế độ xác lập, đôi khi thƣờng hay xảy ra các sự cố, các nhiễu động làm ảnh
hƣởng đến hoạt động của hệ thống, nếu ở mức độ nặng có thể dẫn đến hệ thống mất
ổn định. Ngoài ra, khi hệ thống vận hành ở chế độ xác lập nhƣng vẫn chƣa đạt đƣợc
các giá trị vận hành yêu cầu về điện áp, công suất tác dụng, công suất phản
kháng,… cũng có thể gây mất ổn định, do đó đã có những nghiên cứu để khắc phục
các vấn đề mà hệ thống điện đang đối mặt. Trong khuôn khổ bài luận văn này sẽ

nghiên cứu ứng dụng của thiết bị FACTS nhằm nâng cao ổn định hệ thống điện, cụ
thể là thiết bị bù tĩnh SVC, và ứng dụng SVC trên hệ thống điện thực tế Việt Nam.
1.1.1 Mục tiêu nghiên cứu
Đề tài luận văn nghiên cứu về các trạng thái của hệ thống điện khi có xảy ra
các sự cố, các nhiễu loạn làm thay đổi cấu trúc vận hành, với mức độ nghiêm trọng
khi xảy ra sự cố có thể dẫn đến mất đồng bộ các máy phát, sụp đổ điện áp,… để từ
đó đƣa ra những biện pháp khắc phục cũng nhƣ cải thiện ổn định hệ thống điện.
Bên cạnh đó, việc ứng dụng thiết bị FACTS, để cải thiện quá trình vận hành
của hệ thống, xét đến trƣờng hợp vận hành trong chế độ xác lập cũng nhƣ trong
trƣờng hợp quá độ do xảy ra các nhiễu hay sự cố.
Tiêu biểu ứng dụng của thiết bị FACTS là thiết bị bù tĩnh SVC. SVC là một
thiết bị bù ngang, có khả năng phát hoặc tiêu thụ công suất phản kháng, kết hợp sử
dụng công nghệ các thiết bị điện tử cơng suất có thể điều khiển dễ dàng, tức thời
phù hợp với yêu cầu đáp ứng nhanh chóng của hệ thống điện.
1.1.2 Điểm mới của đề tài
Đề tài đƣợc thực hiện bằng việc mô phỏng ứng dụng của thiết bị SVC trên sơ
đồ lƣới điện thực tế. Sơ đồ thực hiện mô phỏng là sơ đồ một phần nhỏ, đã đƣợc tách
lƣới của sơ đồ hệ thống điện Việt Nam, thực hiện mô phỏng bằng phần mềm ETAP


2

với nhiều hỗ trợ cho việc tính tốn sẽ đƣa ra những kết quả mơ phỏng chính xác,
góp phần đánh giá việc ứng dụng thiết bị FACTS cho hệ thống trong tƣơng lai.
Việc mô phỏng dựa trên sơ đồ lƣới điện thực tế, với các thông số vận hành
thực tế cũng góp phần thu hẹp khoảng cách giữa mơ phỏng và hệ thống điện hiện
hành, vốn trƣớc giờ chỉ thực hiện mô phỏng các sơ đồ tiêu chuẩn mẫu của quốc tế
(sơ đồ IEEE,…)
Những nghiên cứu về thiết bị SVC sẽ góp phần đƣa SVC cũng nhƣ thiết bị
FACTS vào ứng dụng thực tế, vốn dĩ chƣa đƣợc sử dụng rộng rãi trên lƣới điện Việt

Nam, trong khi đó đã đƣợc ứng dụng phần lớn tại các nƣớc trên thế giới.
1.2 Khái niệm ổn định hệ thống điện
1.2.1 Các chế độ của hệ thống điện
Hệ thống điện làm việc ở hai chế độ chính đó là: chế độ xác lập (CĐXL) và
chế độ quá độ (CĐQĐ) [1].
CĐXL là chế độ trong đó các thơng số hệ thống khơng thay đổi, hoặc chỉ thay
đổi xung quanh giá trị xác lập với sai số rất nhỏ trong một khoảng thời gian ngắn.
Chế độ làm việc bình thƣờng và lâu dài của hệ thống là CĐXL. Sau sự cố, hệ thống
làm việc và duy trì ở một chế độ nhất định cũng đƣợc gọi là CĐXL [1].
CĐQĐ là chế độ trung gian chuyển từ CĐXL này sang CĐXL khác sau khi
xảy ra các tác động. CĐQĐ sau tác động bị biến thiên nhƣng sau một thời gian trở
về vị trí ban đầu hoặc có trị số gần định mức đƣợc gọi là CĐQĐ bình thƣờng.
Ngƣợc lại, CĐQĐ với thơng số biến thiên mạnh nhƣng sau đó tăng trƣởng vơ hạn
hay bị giảm dần về giá trị 0, CĐQĐ đó đƣợc gọi là CĐQĐ sự cố [1].
1.2.2 Khái niệm về ổn định
Ổn định hệ thống điện có thể đƣợc định nghĩa một cách tổng qt là đặc tính
của hệ thống điện cho phép nó duy trì trạng thái cân bằng trong chế độ vận hành
bình thƣờng và đạt đến trạng thái cân bằng mới với sai số chấp nhận đƣợc sau khi
chịu các tác động của nhiễu.


3

Ổn định hệ thống có thể chia làm các loại nhƣ sau [1]:

ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN

ỔN ĐỊNH GÓC ROTOR

NHIỄU LỚN

NHIỄU BÉ

ỔN ĐỊNH TẦN SỐ

NGẮN HẠN

DÀI HẠN

NGẮN HẠN

ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP

NHIỄU LỚN

NGẮN HẠN

NHIỄU BÉ

DÀI HẠN

Hình 1.1 Các loại ổn định trong hệ thống điện
1.2.3 Hậu quả của mất ổn định đồng bộ
-

Các máy phát làm việc ở trạng thái không đồng bộ, cần phải cắt ra, mất
những lƣợng công suất lớn.

-

Tần số hệ thống bị thay đổi, ảnh hƣởng đến tải tiêu thụ.

-

Điện áp giảm thấp, có thể gây ra hiện tƣợng sụp đổ điện áp tại các nút
phụ tải.

-

Khiến cho bảo vệ relay tác động nhầm, cắt thêm nhiều phần tử đang
làm việc.

-

Cắt nối tiếp các nguồn, các phụ tải lớn có thể dẫn đến làm tan rã hệ
thống.

1.3 Giới thiệu thiết bị FACTS
Trong quá trình vận hành hệ thống điện, cơng suất phản kháng đóng một vai
trị quan trọng đến vận hành hệ thống điện, trực tiếp liên quan đến điện áp tại các
nút của hệ thống. Việc điều chỉnh công suất phản kháng là việc cần thiết nhằm giảm
tổn thất điện năng và nâng cao ổn định hệ thống điện.


4

Hệ thống điện ngày nay đang dần phát triển và hoạt động phức tạp, công suất
truyền tải trên hệ thống ngày một tăng, đi kèm với sự phát triển là sự rủi ro và mất
an toàn tăng cao. Những vấn đề dễ dàng nhận thấy là không thể điều khiển kịp thời
phân bố công suất, và không thể điều chỉnh đƣợc lƣợng công suất phản kháng phù

hợp của hệ thống là những ví dụ điển hình. Hệ thống điện hiện nay vận hành theo
dạng kết lƣới, do đó việc mất kiểm sốt này có thể ảnh hƣởng ở mức độ diện rộng.
Phần lớn các thiết bị trong hệ thống hoạt động bằng cơ khí. Việc điều khiển
các thiết bị và bảo vệ hệ thống đang dần đƣợc thực hiện bằng máy tính với tốc độ
giao tiếp cao, tuy nhiên việc cải thiện tốc độ điều khiển chỉ dừng ở mức độ hệ thống
máy tính. Khi truyền đến thiết bị đóng, cắt bằng cơ khí, vẫn có thời gian trễ cho sự
hoạt động cơ khí, nếu có vấn đề trục trặc về cơ khí thì việc đáp ứng nhanh chóng
theo u cầu thực tế vận hành là một vấn đề khó khăn cần phải đƣợc giải quyết.
Việc phát triển công nghệ FACTS đã mở ra những cơ hội cho vấn đề phân bố
công suất kịp thời và tăng khả năng truyền tải so với hệ thống hiện trạng. Công
nghệ FACTS hiện nay gồm các loại bù nối tiếp, bù song song, với khả năng thay
đổi tổng trở đƣờng dây, điều khiển dịng điện, điện áp, góc pha và thậm chí có thể
làm giảm dao động công suất, dao động của Rotor máy phát.
1.4 Giới thiệu thiết bị bù tĩnh SVC
Một trong những cơng nghệ, thiết bị điển hình của thiết bị FACTS là thiết bị
bù tĩnh Static Var Compensator, hay còn gọi tắt là thiết bị SVC, thế hệ đầu tiên bắt
đầu phát triển vào khoảng năm 1970. Sự xuất hiện của thiết bị SVC đã giải quyết
đƣợc những vấn đề mắc phải mà các thiết bị bù cổ điển còn khiếm khuyết nhƣ:
-

Cải thiện điện áp vận hành hệ thống linh hoạt khi xảy ra sự cố

-

Giảm biên độ dao động các máy phát đồng bộ

-

Tăng khả năng truyền tải điện

-

Thời gian đáp ứng nhanh

Trƣớc khi trình bày về ứng dụng của thiết bị FACTS nhằm nâng cao ổn định
hệ thống điện, trong chƣơng tiếp theo sẽ giới thiệu về cấu trúc và nguyên lý làm
việc của thiết bị FACTS nói chung và thiết bị SVC nói riêng.


5

Chƣơng 2 THIẾT BỊ FACTS – THIẾT BỊ SVC
2.1 Giới thiệu chung về thiết bị FACTS
Trƣớc đây trong hệ thống điện, việc điều chỉnh công suất phản kháng đƣợc
thực hiện bằng các thiết bị sản xuất hoặc tiêu thụ công suất phản kháng nhƣ máy bù
đồng bộ (thực chất là máy phát đồng bộ nhƣng vận hành ở chế độ bù công suất phản
kháng), hoặc sử dụng các tụ điện, cuộn kháng. Việc thực hiện điều chỉnh công suất
phản kháng đối với các thiết bị này khá đơn giản, đối với máy bù đồng bộ thì thay
đổi kích từ phù hợp với yêu cầu thực tế vận hành, đối với các tụ điện hay cuộn
kháng thì thực hiện đóng, cắt các máy cắt cơ khí liên kết thiết bị với hệ thống, do đó
dung lƣợng bù cơng suất phản kháng là cố định. Việc điều chỉnh này khá thô sơ và
thực hiện với tốc độ đáp ứng khá chậm.
Ngày nay với sự phát triển của các thiết bị điện tử cơng suất với ƣu điểm tốc
độ hoạt động nhanh chóng và dễ điều khiển, phù hợp với yêu cầu đáp ứng của hệ
thống trong thời gian ngắn nhất, từ đó tạo điều kiện cho việc nghiên cứu và tạo ra
thiết bị FACTS.
Thiết bị FACTS, là viết tắt của Flexible Alternating Current Transmission
System, có nghĩa là hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt, là hệ thống sử
dụng các thiết bị điện tử công suất và các thiết bị tĩnh khác để điều khiển thông số
của hệ thống đƣờng dây truyền tải điện xoay chiều. Thiết bị FACTS có khả năng

điều khiển tổng trở X của đƣờng dây truyền tải, thay đổi tổng trở của đƣờng dây
truyền tải có thể dẫn tới điều khiển dịng điện trên đƣờng dây, có thể thay đổi góc
lệch pha điện áp dẫn tới điều khiển công suất tác dụng của hệ thống. Thiết bị
FACTS có thể bù cơng suất phản kháng, tăng khả năng điều khiển điện áp nút.
Tổng quát, thiết bị FACTS đƣợc chia làm bốn loại [2]:
-

Thiết bị điều khiển bù nối tiếp

-

Thiết bị điều khiển bù song song

-

Kết hợp giữa các thiết bị bù nối tiếp

-

Kết hợp giữa các thiết bị bù nối tiếp và song song


6

Hình 2.1 Thiết bị điều khiển bù nối tiếp

Hình 2.2 Thiết bị điều khiển bù song song

Hình 2.3 Kết hợp giữa các thiết bị bù nối tiếp

Hình 2.4 Kết hợp giữa các thiết bị bù nối tiếp và song song