Nghiên cứu lắp đặt thiết bị facts cho hệ thống điện việt nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------

TRẦN LÊ NGỌC PHƯỚC

NGHIÊN CỨU LẮP ĐẶT THIẾT BỊ FACTS
CHO HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM

Chuyên ngành : Kỹ thuật điện
Mã số

: 8520201

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2020


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP.HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Lê Kỷ

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS. TS Võ Ngọc Điều

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Đinh Hoàng Bách

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc Gia
TP.HCM ngày 22 tháng 08 năm 2020.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. TS. Trần Hoàng Lĩnh – Chủ tịch hội đồng

2. TS. Huỳnh Quang Minh – Thư ký
3. PGS. TS Võ Ngọc Điều – Phản biện 1
4. TS. Đinh Hoàng Bách – Phản biện 2
5. PSG. TS Lê Mỹ Hà - Ủy viên
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa.
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: TRẦN LÊ NGỌC PHƯỚC

MSHV: 1870354.

Ngày tháng năm sinh: 04/09/1995.

Nơi sinh: tỉnh Bình Thuận.

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện.
Mã số: 8520201.
I. Tên đề tài: Nghiên cứu lắp đặt thiết bị FACTS cho hệ thống điện Việt Nam

(Studying install FACTS equipment for Vietnam power system).
II. Nhiệm vụ và nội dung:
- Chương 1: Giới thiệu tổng quan đề tài.
- Chương 2: Các chế độ vận hành trong hệ thống điện và quy định của Việt Nam
về chất lượng điện năng lưới điện 500kV.
- Chương 3: Tổng quan về hệ thống truyền tải xoay chiều linh hoạt (FACTS).
- Chương 4: Đánh giá lưới điện truyền tải Việt Nam đến năm 2025 theo quy
hoạch Quốc gia.
- Chương 5: Đánh giá tác động đến lưới điện truyền tải Việt Nam sau khi lắp
đặt thiết bị SVC.
- Chương 6: Kết luận và hướng phát triển.
III. Ngày giao nhiệm vụ: ngày 24 tháng 02 năm 2020.
IV. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: ngày 21 tháng 06 năm 2020.
V. Cán bộ hướng dẫn: TS. Lê Kỷ.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Ngày …. Tháng … năm 2020
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này trước tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu
sắc đến thầy cô giáo trường Đại học Bách Khoa TP.HCM, các thầy cô bộ môn Hệ
thống điện, khoa Điện – Điện tử đã truyền đạt cho tôi những kiến thức bổ tích, giúp
tơi khắc phục được nhiều thiếu sót trong q trình học tập và nghiên cứu.
Và đặc biệt, tơi xin gửi đến Tiến sĩ Lê Kỷ - người đã tận tình hướng dẫn, giúp
đỡ tơi trong suốt q trình thực hiện luận văn này lời cảm ơn sâu sắc nhất.
Tơi xin chân thành cảm ơn gia đình và những người thân yêu đã hỗ trợ và tạo

mọi đều kiện thuận lợi để tôi yên tâm học tập tốt trong thời gian vừa qua.
Cảm ơn tất cả đồng nghiệp và bạn bè đã chia sẻ, trao đổi kiến thức, những kinh
nghiệp thực tế trong suốt quá trình học tập cũng như thời gian thực hiện luận văn
này.
Tôi xin chân thành cảm ơn.

TP.HCM, ngày 03 tháng 8 năm 2020
Học viên thực hiện

Trần Lê Ngọc Phước

Học viên: Trần Lê Ngọc Phước

Trang i


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ
Việc phân bố nguồn điện không đồng đều giữa các miền/ khu vực của lưới điện
Việt Nam đang đặt ra vấn đề về chất lượng điện năng (chất lượng điện áp, khả năng
ổn định, giảm dao động khi có nhiễu nhỏ và sự cố,…). Để giải quyết vấn đề trên,
việc nghiên cứu lắp đặt thiết bị truyền tải điện linh hoạt (FACTS) mà cụ thể là thiết
bị bù tĩnh SVC là được xem xét đến.
Luận văn giúp phân tích đánh giá lưới điện truyền tải 500kV năm 2025 (theo
quy hoạch lưới điện Quốc Gia) trước và sau khi lắp thiết bị bù tĩnh SVC. Qua đó
cho thấy việc lắp đặt thiết bị bù tĩnh SVC lên lưới điện truyền tải 500kV tại Việt
Nam sẽ giúp chất lượng điện được cải thiện.
Luận văn này được chia thành 6 chương:
- Chương 1: Giới thiệu tổng quan đề tài.
- Chương 2: Các chế độ vận hành trong hệ thống điện và quy định của Việt Nam
về chất lượng điện năng lưới điện 500kV.

- Chương 3: Tổng quan về hệ thống truyền tải xoay chiều linh hoạt (FACTS).
- Chương 4: Đánh giá lưới điện truyền tải Việt Nam đến năm 2025 theo quy
hoạch Quốc gia.
- Chương 5: Đánh giá tác động đến lưới điện truyền tải Việt Nam sau khi lắp
đặt thiết bị SVC.
- Chương 6: Kết luận và hướng phát triển.

Học viên: Trần Lê Ngọc Phước

Trang ii


ABSTRACT OF MASTER THESIS
The uneven distribution of power sources across regions/regions of Vietnam's
power system is posing problems in power quality (increasing voltage quality,
increasing stability small and dynamic oscillation, ...). To solve the above problem,
the study of installing flexible power transmission equipment (FACTS),
specifically the Static VAR Compensator (SVC) is considered.
The thesis helps to analyze and assess the Vietnam's transmission power system to
2025 (according to National power planning) before and after installing the Static

VAR Compensator (SVC). Thereby showing that the installation of SVC static
compensation equipment on the 500kV transmission grid in Vietnam will help
improve power quality.
This thesis is divided into 6 chapters:
- Chapter 1: Overview of the topic.
- Chapter 2: Operating modes in the power system and regulations related to the
power quality of 500kV Vietnam's transmission power system.
- Chapter 3: Overview of the Flexible AC Transmission System (FACTS).
- Chapter 4: Assessment of Vietnam's transmission power system to 2025

according to the National power planning
- Chapter 5: Impact assessment of Vietnam's transmission power system to 2025
after installation of SVC equipment.
- Chapter 6: Conclusion and development direction.

Học viên: Trần Lê Ngọc Phước

Trang iii


LỜI CAM ĐOAN
Tôi tên Trần Lê Ngọc Phước, xin cam đoan luận văn thạc sĩ đề tài “Nghiên cứu
lắp đặt thiết bị FACTS cho hệ thống điện Việt Nam” là cơng trình nghiên cứu của
chính bản thân tơi, dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Lê Kỷ.
Các số liệu, kết quả mô phỏng trong luận văn này là trung thực. Tơi cam đoan
khơng sao chép bất kỳ cơng trình khoa học nào của người khác, mọi sự tham khảo
đều có trích dẫn rõ ràng.

TP.HCM, ngày 03 tháng 08 năm 2020
Người cam đoan

Trần Lê Ngọc Phước

Học viên: Trần Lê Ngọc Phước

Trang iv


MỤC LỤC
MỤC LỤC ................................................................................................................... v

DANH MỤC HÌNH ẢNH ....................................................................................... viii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................. xii
CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI ............................................. 1
1.1. Lý do chọn đề tài .................................................................................................... 1
1.2. Nội dung của đề tài ................................................................................................. 1
1.3. Tình hình nghiên cứu.............................................................................................. 2
1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn ........................................................... 3
Tính khoa học ................................................................................................ 3
Tính thực tiễn ................................................................................................ 3
1.5. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................ 4
1.6. Bố cục của luận văn ................................................................................................ 4
CHƯƠNG 2 : CÁC CHẾ ĐỘ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ QUY ĐỊNH CỦA
VIỆT NAM VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG LƯỚI ĐIỆN 500KV ............. 5
2.1. Hệ thống điện.......................................................................................................... 5
Lịch sử phát triển của hệ thống điện ............................................................. 5
Các chế độ của hệ thống điện ........................................................................ 5
2.2. Bài tốn phân bố cơng suất trong hệ thống điện .................................................... 6
Giới thiệu về bài toán phân bố công suất trong hệ thống điện ...................... 6
Định nghĩa bài tốn phân bố cơng suất ......................................................... 6
Phân biệt các loại điểm nút trong hệ thống điện ........................................... 7
Các phương pháp khảo sát phân bố công suất .............................................. 8
2.3. Khái niệm về ổn định ............................................................................................. 8

Học viên: Trần Lê Ngọc Phước

Trang v


Ổn định góc rotor .......................................................................................... 9
Ổn định tĩnh ................................................................................................. 12

Ổn định động ............................................................................................... 12
Ổn định điện áp và sụp đổ điện áp .............................................................. 13
Hậu quả của mất ổn định đồng bộ............................................................... 16
2.4. Quy định của Việt Nam về chất lượng điện năng của lưới điện 500kV .............. 17
CHƯƠNG 3 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI ĐIỆN XOAY
CHIỀU LINH HOẠT ......................................................................................... 19
3.1. Thiết bị FACTS đặc tính và ứng dụng ................................................................. 19
3.2. Thiết bị bù tĩnh SVC............................................................................................. 20
Cấu tạo của SVC ......................................................................................... 20
Đặc tính của SVC ........................................................................................ 21
3.3. Giới thiệu phần mềm PSS/E và mô phỏng thiết bị SVC trong PSS/E ................. 23
Giới thiệu phần mềm PSS/E........................................................................ 23
Mô phỏng thiết bị bù tĩnh SVC trong PSS/E .............................................. 25
CHƯƠNG 4 ĐÁNH GIÁ LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI VIỆT NAM ĐẾN NĂM 2025
THEO QUY HOẠCH QUỐC GIA ................................................................... 27
4.1. Giả thiết tính tốn ................................................................................................. 27
4.2. Cân bằng cơng suất và điện năng tồn quốc ........................................................ 27
Cân bằng cơng suất tồn quốc ..................................................................... 28
Cân bằng điện năng toàn quốc .................................................................... 30
Nhận xét ...................................................................................................... 32
4.3. Điện áp, độ lệch điện áp ....................................................................................... 32
4.4. Khảo sát ổn định động .......................................................................................... 35
4.5. Phân tích ổn định tín hiệu nhỏ .............................................................................. 38
Học viên: Trần Lê Ngọc Phước

Trang vi


Tiêu chuẩn đánh giá .................................................................................... 38
Kết quả tính tốn ......................................................................................... 39

4.6. Tổng hợp ............................................................................................................... 40
CHƯƠNG 5 :ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG ĐẾN LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI VIỆT
NAM SAU KHI LẮP ĐẶT THIẾT BỊ SVC .................................................... 41
5.1. Giả thiết và kịch bản tính tốn .............................................................................. 41
5.2. Phân tích tác động của SVC trong ổn định điện áp.............................................. 41
Điện áp, độ lệch điện áp .............................................................................. 41
Khảo sát PV ................................................................................................. 44
Khảo sát QV ................................................................................................ 55
5.3. Phân tích tác động của SVC trong ổn định động ................................................. 65
5.4. Phân tích tác động của SVC trong ổn định tín hiệu nhỏ ...................................... 69
CHƯƠNG 6 : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ..................................... 71
6.1. Kết luận................................................................................................................. 71
6.2. Hướng phát triển ................................................................................................... 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 72
PHỤ LỤC ................................................................................................................. 73
Phụ vụ A: Kết quả tính tốn điện áp tại các thanh cái 500kV sau khi lắp thiết bị bù tĩnh
SVC ............................................................................................................................ 73
Phụ lục B: Thông số mô hình động CSSCST mơ phỏng thiết bị bù tĩnh SVC ........... 76
Phụ lục C : Kết quả tính tốn ổn định tĩnh trước và sau khi lắp thiết bị bù tĩnh SVC 77
PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ...................................................................... 107

Học viên: Trần Lê Ngọc Phước

Trang vii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1. Các loại nút trong hệ thống. ................................................................................. 7
Hình 2.2 Các loại ổn định trong hệ thống điện. ................................................................... 8
Hình 2.3 Hệ thống điện đơn giản 2 máy phát điện đồng bộ. .............................................. 10

Hình 2.4 Đồ thị cơng suất theo góc máy phát. ................................................................... 10
Hình 2.5 Sơ đồ hệ thống điện đơn giản. ............................................................................ 14
Hình 2.6 Sự phụ thuộc của I, VR và PR theo ZLN/ZLD khi tanθ = 10,0 và cosϕ = 0,95. 15
Hình 2.7 Đặc tính cơng suất-điện áp khi cosϕ = 0,95 trễ và tanθ = 10. ............................. 15
Hình 2.8 Đặc tính VR-PR khi cosϕ có giá trị khác nhau. .................................................. 16
Hình 3.1 Sơ đồ bộ bù tĩnh SVC .......................................................................................... 21
Hình 3.2 Đặc tính V-I của bộ SVC..................................................................................... 21
Hình 3.3 Mạch tương đương của SVC ............................................................................... 22
Hình 3.4 Mơ hình hàm truyền điều khiển SVC .................................................................. 22
Hình 3.5 Sơ đồ khối chính của chương trình PSS/E ......................................................... 24
Hình 3.6 Thơng số cài đặt SVC từ mơ hình Switched Shunt ............................................ 25
Hình 3.7 Thơng số mơ hình CSSCST của thiết bị bù tĩnh SVC........................................ 26
Hình 3.8 Sơ đồ khối mơ hình CSSCST của thiết bị bù tĩnh SVC ..................................... 26
Hình 4.1 Cân bằng cơng suất HTĐ tồn quốc trong 5 năm tới .......................................... 28
Hình 4.2 Cân bằng công suất HTĐ Miền Bắc trong 5 năm tới .......................................... 28
Hình 4.3 Cân bằng cơng suất HTĐ Miền Trung trong 5 năm tới ...................................... 29
Hình 4.4 Cân bằng công suất HTĐ Miền Trung trong 5 năm tới – khơng xét NLTT ....... 29
Hình 4.5 Cân bằng cơng suất HTĐ Miền Nam trong 5 năm tới ........................................ 29
Hình 4.6 Cân bằng công suất HTĐ Miền Nam trong 5 năm tới – không xét NLTT ......... 30

Học viên: Trần Lê Ngọc Phước

Trang viii


Hình 4.7 Dự báo sản lượng điện truyền tải giữa các Miền trong 5 năm tới ....................... 31
Hình 4.8 Dao động điện áp tại thanh cái 500kV TBA 500kV Hà Tĩnh ............................. 35
Hình 4.9 Dao động tần số của hệ thống.............................................................................. 36
Hình 4.10 Dao động điện áp tại thanh cái 500kV TBA 500kV Hà Tĩnh ........................... 36
Hình 4.11 Dao động tần số của hệ thống............................................................................ 37

Hình 4.12 Đồ thị các giá trị riêng của hệ thống điện.......................................................... 38
Hình 4.13 Hệ số damping ζ ................................................................................................ 38
Hình 4.14 Đồ thị biểu diễn các giá trị riêng ....................................................................... 39
Hình 5.1 Đồ thị thay đổi điện áp theo cơng suất truyền. .................................................... 44
Hình 5.2 Đặc tính P-V tại thanh cái 500kV Hà Tĩnh trong chế độ phụ tải cực đại – mùa khơ
............................................................................................................................................ 46
Hình 5.3 Đặc tính P-V tại thanh cái 500kV Hà Tĩnh trong chế độ phụ tải cực tiểu – mùa
khô ...................................................................................................................................... 47
Hình 5.4 Đặc tính P-V tại thanh cái 500kV Hà Tĩnh trong chế độ phụ tải cực đại – mùa mưa
............................................................................................................................................ 48
Hình 5.5 Đặc tính P-V tại thanh cái 500kV Hà Tĩnh trong chế độ phụ tải cực tiểu – mùa
mưa ..................................................................................................................................... 49
Hình 5.6 Đặc tính P-V tại thanh cái 500kV Hà Tĩnh trong chế độ phụ tải cực đại – mùa khơ
............................................................................................................................................ 50
Hình 5.7 Đặc tính P-V tại thanh cái 500kV Hà Tĩnh trong chế độ phụ tải cực tiểu – mùa
khơ ...................................................................................................................................... 51
Hình 5.8 Đặc tính P-V tại thanh cái 500kV Hà Tĩnh trong chế độ phụ tải cực đại – mùa mưa
............................................................................................................................................ 52
Hình 5.9 Đặc tính P-V tại thanh cái 500kV Hà Tĩnh trong chế độ phụ tải cực tiểu – mùa
mưa ..................................................................................................................................... 53
Học viên: Trần Lê Ngọc Phước

Trang ix


Hình 5.10 Đường cong Q-V ............................................................................................... 55
Hình 5.11 Sơ đồ xác định đường cong QV tại nút ............................................................ 56
Hình 5.12 Đặc tính Q-V tại thanh cái 500kV Hà Tĩnh trong chế độ phụ tải cực đại – mùa
khơ ...................................................................................................................................... 57
Hình 5.13 Đặc tính Q-V tại thanh cái 500kV Hà Tĩnh trong chế độ phụ tải cực tiểu – mùa

khô ...................................................................................................................................... 58
Hình 5.14 Đặc tính Q-V tại thanh cái 500kV Hà Tĩnh trong chế độ phụ tải cực đại – mùa
mưa ..................................................................................................................................... 59
Hình 5.15 Đặc tính Q-V tại thanh cái 500kV Hà Tĩnh trong chế độ phụ tải cực tiểu – mùa
mưa ..................................................................................................................................... 60
Hình 5.16 Đặc tính Q-V tại thanh cái 500kV Hà Tĩnh trong chế độ phụ tải cực đại – mùa
khơ ...................................................................................................................................... 61
Hình 5.17 Đặc tính Q-V tại thanh cái 500kV Hà Tĩnh trong chế độ phụ tải cực tiểu – mùa
khơ ...................................................................................................................................... 62
Hình 5.18 Đặc tính Q-V tại thanh cái 500kV Hà Tĩnh trong chế độ phụ tải cực đại – mùa
mưa ..................................................................................................................................... 63
Hình 5.19 Đặc tính Q-V tại thanh cái 500kV Hà Tĩnh trong chế độ phụ tải cực tiểu – mùa
mưa ..................................................................................................................................... 64
Hình 5.20 Dao động điện áp khi khơng có SVC và có SVC .............................................. 66
Hình 5.21 Dao động tần số khi khơng có SVC và có SVC ................................................ 67
Hình 5.22 Dao động điện áp khi khơng có SVC và có SVC .............................................. 67
Hình 5.23 Dao động tần số khi khơng có SVC và có SVC ................................................ 68
Hình 5.24 Đồ thị biểu diễn các giá trị riêng sau khi lắp thiết bị bù tĩnh SVC .................. 69

Học viên: Trần Lê Ngọc Phước

Trang x


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Các quy định của hệ thống điện điện áp 500kV ................................................. 17
Bảng 2.2 Tiêu chuẩn về ổn định hệ thống điện .................................................................. 18
Bảng 4.1 Kết quả tính tốn điện áp năm 2025 ................................................................... 33
Bảng 5.1 Bảng kết quả điện áp trước và sau khi lắp SVC ................................................. 42
Bảng 5.2 Bảng tổng hợp kết quả tính tốn PV trước và sau khi lắp thiết bị SVC ............. 54

Bảng 5.3 Bảng tổng hợp công suất kháng dự trữ từ kết quả tính tốn QV trước và sau khi
lắp thiết bị SVC .................................................................................................................. 65

Học viên: Trần Lê Ngọc Phước

Trang xi


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
CĐXL:

Chế độ xác lập

CĐQĐ:

Chế độ quá độ

HTĐ:

Hệ thống điện

HT:

Hệ thống

PSS/E:

Power System Simulator for Engineering

PBCS :

Phân bố công suất

NLTT:

Năng lượng tái tạo

SVC:

Thiết bị bù tĩnh (Static Var Compensator)

Học viên: Trần Lê Ngọc Phước

Trang xii


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Lê Kỷ
CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

Chương 1 sẽ giới thiệu lần lượt về lý do chọn đề tài, nội dung của đề tài, tình hình
nghiên cứu trong nước và ngồi nước, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn, bố cục
của luận văn và phương pháp nghiên cứu.
1.1. Lý do chọn đề tài
Thực tế hiện nay tồn tại vấn đề phân bố nguồn điện không đồng đều giữa các miền/
khu vực trong cả nước nên chất lượng điện áp trên lưới truyền tải Việt Nam không ổn định,
các khu vực xa nguồn điện áp khá thấp đặc biệt khu vực Miền Nam. Ngồi ra, việc phân bố
nguồn điện khơng đồng đều cịn đặt ra nhu cầu truyền tải cơng suất lớn từ Bắc-Trung vào
Nam trong khi năng lực truyền tải liên miền còn nhiều hạn chế dẫn đến độ dự trữ và an tồn

trong truyền tải cịn thấp, khi sảy ra sự cố trên đường dây 500kV liên miền sẽ dễ gây ra hiện
tượng sụp đổ điện áp và rã lưới cục bộ làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ thống điện, phụ
tải điện và sự phát triển kinh tế, xã hội.
Từ những vấn đề nêu trên mà việc nâng cao độ ổn định trong truyền tải, tăng khả năng
điều chỉnh điện áp, nâng cao năng lực truyền tải liên miền cần được xem xét giải quyết
nhằm đảm bảo vận hành an toàn, tin cậy và kinh tế hệ thống điện. Và giải pháp được đưa
ra là nghiên cứu lắp đặt thiết bị FACTs cho lưới điện truyền tải.
Thiết bị FACTs được xem xét để thực hiện nghiên cứu là thiết bị bù tĩnh SVC (Static
VAR Compensator).
1.2. Nội dung của đề tài
Để thực hiện đề tài, đầu tiên cần nắm vững các kiến thức lý thuyết về các chế độ trong
hệ thống điện, có kiến thức tổng quan về các hệ thống truyền tải điện linh hoạt FACTS
(Flexible AC Transmission Systems) và các quy định về lưới điện truyền tải 500kV của
Việt Nam. Tiếp đến là tìm hiểu và sử dụng thành thạo phần mềm PSS/E để chạy mô phỏng,
tính tốn. Sau khi nắm vững được các kiến thức nêu trên, cần thực hiện thu thập các số liệu
thực tế về quy hoạch lưới điện truyền tải 500kV của Việt Nam và đưa ra các mơ hình mơ
phỏng.

Học viên: Trần Lê Ngọc Phước

Trang 1


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Lê Kỷ

Dựa vào các dữ liệu thu thập được, tiến hành xây dựng các kịch bản tính tốn để phân
tích, đánh giá lưới điện truyền tải 500kV trước và sau lắp đặt hệ thống truyền tải điện linh
hoạt FACTS, mà cụ thể thiết bị được lựa chọn để khảo sát là thiết bị bù tĩnh SVC (Stactic

Var Compensator) để đưa ra sự cần thiết, vị trí sơ bộ cần lắp đặt và đánh giá các tác động
của thiết bị bù tĩnh SVC.
1.3. Tình hình nghiên cứu
Đối với các đề tài về nghiên cứu thiêt bị FACTS, tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước
đã tìm hiểu được như sau:
-

Luận văn thạc sĩ của tác giả Nguyễn Trung năm 2011 [1] : Trong luận văn thạc sĩ kỹ
thuật đề tài “Nghiên cứu đánh giá vai trò và lựa chọn thiết bị FACTS sử dụng cho
hệ thống điện Việt Nam giai đoạn 2015 -2020” của tác giả Nguyễn Trung, Đà Nẵng
2011, bao gồm các nội dung:
+ Tổng quan về sự phát triển hệ thống điện Việt Nam
+ Nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của một số thiết bị FACTS trong
việc điều khiển chế độ vận hành hệ thống điện.
+ Tính tốn lựa chọn thiết bị FACTS để lắp đặt cho hệ thống điện Việt Nam
giai đoạn 2015-2020

-

Bài viết của tác giả Nguyễn Mạnh Cường [2]: Bài viết về đề tài “Giải pháp xây dựng
hệ thống truyền tải điện linh hoạt” của tác giả Nguyễn Mạnh Cường tập trung vào
các giải pháp nâng cao độ an toàn, tin cậy và ổn định trong vận hành hệ thống điện
Việt Nam dựa trên quan điểm cần xây dựng hệ thống điện truyền tải có tính linh hoạt
cao. Tính linh hoạt của HTĐ cần phải thể hiện rõ nét trong các khâu:
+ Quy hoạch phát triển Hệ thống điện; Thiết kế Trạm biến áp và Đường dây tải
điện;
+ Xây dựng hệ thống điện truyền tải thông minh và sử dụng các thiết bị truyền
tải điện linh hoạt FACTS.

Học viên: Trần Lê Ngọc Phước

Trang 2


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Lê Kỷ

+ Bài viết đưa ra dẫn chứng cho việc sử dụng các thiết bị truyền tải điện linh
hoạt FACTS là một trong những giải pháp cần được xem xét trong các giai
đoạn sắp tới của lưới điện Việt Nam.
-

Bài nghiên cứu ngoài nước của tác giả Oscar Skoglund, năm 2013 về đề tài
“Dynamic voltage regulation using SVCs” [3]: Nghiên cứu thực hiện đánh giá tác
động của SVC đến ổn định điện áp, khả năng truyền tải liên miền đối với hệ thống
điện Swedish. Từ bài nghiên cứu có thể tìm hiểu được các mơ hình động của SVC
được sử dụng trong phần mềm PSS/E và các kịch bản khảo sát để đưa ra đánh giá
tác động của SVC.

Đối với đề tài “Nghiên cứu lắp đặt thiết bị FACTS cho hệ thống điện Việt Nam”, luận
văn sẽ dựa trên cơ sở lý thuyết và tiếp thu các kiến thức được đưa ra từ các nghiên cứu
trước từ đó sẽ áp dụng trên cụ thể lưới điện Việt Nam năm 2025 theo Quy hoạch Quốc
Gia (được cập nhật mới cho đến thời điểm thực hiện đề tài) để tính tốn.
Điểm đặc biệt luận văn là sẽ đánh giá thêm tiêu chí ổn định tín hiệu nhỏ (tiêu chí mà đa
số các nghiên cứu trước chưa đưa ra).
1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn
Tính khoa học
Luận văn giúp hiểu về cấu tạo, nguyên lý vận hành của một số thiết bị FACTS thông
dụng. Đồng thời, nghiên cứu lắp đặt thiết bị FACTS cho hệ thống điện Việt Nam cho thấy

rằng sau khi lắp đặt thiết bị FACTS (mà cụ thể là thiết bị bù tĩnh SVC), thì lưới điện truyền
tải 500kV sẽ cải thiện được chất lượng điện áp, nâng cao ổn định khi có nhiễu nhỏ và sự cố
trên lưới điện.
Tính thực tiễn
Luận văn giúp mơ hình hóa hệ thống điện Việt Nam để đưa vào phần mềm, cơng cụ
tính tốn. Từ đó giúp đưa ra được các đánh giá, nhận xét cho lưới điện bằng việc phân tích
kết quả tính tốn.

Học viên: Trần Lê Ngọc Phước

Trang 3


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Lê Kỷ

Bên cạnh đó, nghiên cứu cho thấy việc lắp đặt thiết bị FACTS cho hệ thống điện Việt
Nam sẽ giúp cải thiện chất lượng điện năng, nâng cao độ an toàn, tin cậy cung cấp điện cho
lưới điện. Do đó, đây là một giải pháp cần được xem xét để áp dụng cho hệ thống điện Việt
Nam.
1.5. Phương pháp nghiên cứu
Để thực hiện đề tài “Nghiên cứu lắp đặt thiết bị FACTS cho hệ thống điện Việt Nam”
phương pháp nghiên cứu như sau:
-

Nghiên cứu về lý thuyết và các tài liệu liên quan để tìm hiểu về các chế độ trong hệ
thống điện.

-

Sử dụng phần mềm PSS/E phiên bản 35.0 của hãng PTI để mô phỏng lưới điện
truyền tải Việt Nam, thực hiện các tính tốn hệ thống điện như trào lưu cơng suất,
ổn định động, đặc biệt là bài tốn ổn định tín hiệu nhỏ. Qua đó đưa ra phân tích và
đánh giá cho việc nghiên cứu lắp đặt thiết bị FACTS cho hệ thống điện Việt Nam.

1.6. Bố cục của luận văn
Tên luận văn: “Nghiên cứu lắp đặt thiết bị FACTS cho hệ thống điện Việt Nam”.
Bố cục của luận văn bao gồm 6 chương, nội dung cụ thể của từng chương như sau:
-

Chương 1: Giới thiệu tổng quan đề tài.

-

Chương 2: Các chế độ vận hành trong hệ thống điện và quy định của Việt Nam về
chất lượng điện năng lưới điện 500kV.

-

Chương 3: Tổng quan về hệ thống truyền tải xoay chiều linh hoạt (FACTS).

-

Chương 4: Đánh giá lưới điện truyền tải Việt Nam đến năm 2025 theo quy hoạch
Quốc gia.

-

Chương 5: Đánh giá tác động đến lưới điện truyền tải Việt Nam sau khi lắp đặt thiết

bị SVC.

-

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển.

Học viên: Trần Lê Ngọc Phước

Trang 4


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Lê Kỷ

CHƯƠNG 2 : CÁC CHẾ ĐỘ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ QUY ĐỊNH
CỦA VIỆT NAM VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG LƯỚI ĐIỆN 500KV
Trong chương 2, báo cáo sẽ giới thiệu về các chế độ trong hệ thống điện, đưa ra các
khái niệm, định nghĩ về phân bố công suất và ổn định. Đồng thời, báo cáo cũng đề cập đến
các quy định hiện hành của Việt Nam về chất lượng điện năng cho lưới điện 500kV.
2.1. Hệ thống điện
Lịch sử phát triển của hệ thống điện
Lịch sử điện năng đã có những phát minh vượt bậc và nổi trội trong thế kỉ XIX: phát
minh ra hệ thống điện xoay chiều ba pha (1883), tải điện năng đi xa bằng dòng điện xoay
chiều (1884) hay đường dây tải điện ba pha được vận hành thử nghiệm ở khoảng cách 175
km (1891). Kể từ đó, hệ thống điện xoay chiều ba pha ngày càng phát triển, khoảng cách
truyền tải ngày càng tăng, công suất truyền tải trên đường dây sẽ tồn tại các giới hạn công
suất truyền tải theo điều kiện ổn định hệ thống, hoặc khi có các thay đổi trong hệ thống như
thay đổi chế độ làm việc của máy phát, xảy ra sự cố làm thay đổi cấu trúc của hệ thống hay
sự cố dẫn đến phân bố lại cơng suất,… Khi đó hệ thống sẽ rơi vào trạng thái không giữ

được cân bằng dẫn tới các máy phát quay với các tốc độ khác nhau, hay cịn nói cách khác
là hệ thống bị mất ổn định đồng bộ. Vì những lí do này mà dẫn đến yêu cầu phát triển lí
thuyết ổn định hệ thống điện.
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).
CĐXL là chế độ trong đó các thơng số hệ thống không 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 thường 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 được gọi là CĐXL.
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 nhưng sau một thời gian trở về vị trí ban đầu
hoặc có trị số gần định mức được gọi là CĐQĐ bình thường. Ngược lại, CĐQĐ với thơng

Học viên: Trần Lê Ngọc Phước

Trang 5


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Lê Kỷ

số biến thiên mạnh nhưng sau đó tăng trưởng vơ hạn hay bị giảm dần về giá trị 0, CĐQĐ
đó được gọi là CĐQĐ sự cố.
2.2. Bài tốn phân bố cơng suất trong hệ thống điện
Giới thiệu về bài tốn phân bố cơng suất trong hệ thống điện
Phân bố cơng suất là bài tốn quan trọng trong quy hoạch, thiết kế phát triển hệ thống
trong tương lai cũng như trong việc xác định chế độ vận hành tốt nhất của hệ thống hiện
hữu. Thông tin chính có được từ khảo sát phân bố cơng suất là trị số điện áp và góc pha

tại các thanh cái, dịng cơng suất tác dụng và phản kháng trên các nhánh. Tuy vậy, nhiều
thông tin phụ thêm cũng được tính tốn bằng chương trình máy tính.
Định nghĩa bài tốn phân bố cơng suất
Khảo sát phân bố cơng suất thường áp dụng cho hệ thống ba pha cân bằng, dựa trên
sơ đồ tương đương một pha của hệ thống điện và tính tốn trên đơn vị có tên hoặc đơn vị
tương đối.
Trước đây việc phân bố công suất được khảo sát bằng bàn tính điện xoay chiều mơ
hình hóa một hệ thống điện. Ngày nay nhờ vào máy tính điện tử, vấn đề phân bố công
suất được thực hiện nhanh chóng và chính xác.
Khảo sát phân bố cơng suất địi hỏi các dữ kiện thơng tin chi tiết hơn việc khảo sát
ngắn mạch chẳng hạn như tổng trở đường dây và máy biến áp, đầu phân áp của máy biến
áp, điện dung đường dây, số liệu công suất nguồn và phụ tải.
Cơ sở lý thuyết của bài toán phân bố công suất dựa trên hai định luật Kirchoff về dịng
điện điểm nút và điện thế mạch vịng.
Các phương trình Kirchoff khơng cịn tuyến tính như trong bài giải tích mạch thơng
thường nữa mà là phương trình phi tuyến, số liệu ban đầu cho trước đối với hệ thống điện
có khác so với một bài giải tích mạch điện thơng thường.
Đối tượng của khảo sát phân bố công suất là xác định giá trị điện áp và góc pha ở các
điểm nút, dịng cơng suất trên các nhánh và tổn thất công suất trong mạng điện.

Học viên: Trần Lê Ngọc Phước

Trang 6


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Lê Kỷ

Mục đích của phân bố công suất thay đổi trong phạm vi rộng trong đó nhằm phục vụ

cho thiết kế và vận hành hệ thống điện, khảo sát hệ thống ở chế độ trước và sau sự cố,
điều chỉnh điện áp và công suất, vận hành kinh tế hệ thống điện…
Phân biệt các loại điểm nút trong hệ thống điện
Thường có ba loại nút hay thanh cái
-

Thanh cái cân bằng: là thanh cái máy phát điện đáp ứng nhanh chóng với sự thay
đổi của phụ tải. Nhờ vào bộ điều tốc nhạy cảm, máy phát điện cân bằng có khả năng
tăng tải hoặc giảm tải kịp thời theo yêu cầu của toàn hệ thống.
Đối với thanh cái cân bằng, cho trước giá trị điện áp U và góc pha δ0 chọn làm chuẩn

(thường cho δ0 = 0).
-

Thanh cái máy phát: đối với các máy phát điện khác ngoài máy phát cân bằng, cho
biết trước công suất thực P mà máy phát ra (định trước vì lý do năng suất của nhà
máy) và điện áp U ở thanh cái đó. Thanh cái máy phát cịn gọi là thanh cái P, U.

-

Thanh cái phụ tải: cho biết công suất P và Q của phụ tải yêu cầu. Thanh cái phụ tải
còn gọi là thanh cái P, Q.
Nếu khơng có máy phát hay phụ tải ở một nút nào đó thì coi nút đó như nút phụ tải

với P = Q = 0.
Dịng cơng suất ở các thanh cái được quy ước theo chiều đi vào thanh cái.
Các loại nút được biểu diễn bằng sau đây:

Hình 2.1. Các loại nút trong hệ thống.

Học viên: Trần Lê Ngọc Phước

Trang 7


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Lê Kỷ

Các phương pháp khảo sát phân bố cơng suất
Có 4 phương pháp chính sau:
-

Khảo sát phân bố công suất dùng ma trận YTC bằng phép lặp Gauss – Seidel.

-

Phân bố công suất dùng ma trận ZBUS bằng phép lặp Gauss – Seidel.

-

Phân bố công suất và phương pháp Newton – Raphson.

Phương pháp phân lập Jacobi.
Do hạn chế về số lượng trang trong luận văn tốt nghiệp bạn đọc có thể tham khảo chi
tiết nội dung các phương pháp khảo sát trong tài liệu « Hệ thống điện – Truyền tải và
phân phối (Giải tích hệ thống điện) » của tác giả Hồ Văn Hiến [3].
2.3. Khái niệm về ổn định
Ổn định hệ thống điện có thể được định nghĩa một cách tổng quát là đặc tính của hệ
thống điện cho phép nó duy trì trạng thái cân bằng trong chế độ vận hành bình thường và

đạt đến trạng thái cân bằng với sai số chấp nhận được sau khi chịu các tác động của nhiễu.
CĐQĐ có thể được gây ra bởi các nhiễu bé hoặc lớn. Nhiễu bé xảy ra thường xuyên
trong hệ thống điện dưới dạng thay đổi công suất của phụ tải, nhiễu lớn là các sự cố ngắn
mạch trên đường dây truyền tải, sự cố dẫn đến cắt tổ máy phát hoặc tải lớn, mất đường
dây kết nối của hệ thống,…
Ổn định hệ thống có thể chia làm các loại như sau:

Hình 2.2 Các loại ổn định trong hệ thống điện.

Học viên: Trần Lê Ngọc Phước

Trang 8


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Lê Kỷ

Ổn định góc rotor
Ổn định góc rotor là khả năng của các máy đồng bộ liên kết với nhau trong HTĐ duy
trì sự đồng bộ. Bài tốn ổn định góc rotor liên quan đến việc nghiên cứu dao động cơ
điện vốn có trong HTĐ, trong đó cơng suất phát của các máy phát đồng bộ thay đổi khi
góc rotor dao động. Mối quan hệ giữa cơng suất và góc rotor được gọi là đặc tính cơng
suất-góc, đây là đặc tính rất quan trọng trong nghiên cứu ổn định.
Đặc tính máy điện đồng bộ:
-

Máy điện đồng bộ gồm 2 phần: Phần cảm và phần ứng. Thông thường, phần cảm ở
rotor và phần ứng ở stator.

-

Khi có 2 hay nhiều máy điện đồng bộ nối với nhau, điện áp và dịng điện stator của
chúng có cùng tần số, và tốc độ của các rotor đồng bộ với tần số này.

-

Từ trường quay sinh ra bởi dòng điện stator tương tác với từ trường của rotor sinh ra
mơ men điện từ có khuynh hướng làm cho 2 từ trường đồng bộ với nhau. Trong máy
phát, mô men điện từ ngược chiều chuyển động của rotor do đó mô men cơ phải được
cung cấp từ động cơ sơ cấp để duy trì sự chuyển động. Mơ men (hoặc công suất) đầu
ra của máy phát thay đổi khi mô men cơ đầu vào cung cấp bởi động cơ sơ cấp thay
đổi.

-

Trong chế độ xác lập, từ trường rotor và từ trường quay stator có cùng tốc độ, tuy
nhiên giữa chúng có góc lệch phụ thuộc vào mơ men (hoặc công suất) đầu ra của máy
phát.

-

Mối quan hệ công suất – góc: Đặc tính quan trọng có liên quan đến ổn định HTĐ là
mối quan hệ giữa công suất trao đổi và vị trí góc rotor của các máy điện đồng bộ. Đây
là mối quan hệ rất phi tuyến. Để minh họa, xét HTĐ đơn giản gồm 2 máy điện đồng
bộ sau đây:

Học viên: Trần Lê Ngọc Phước

Trang 9

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: TS. Lê Kỷ

Hình 2.3 Hệ thống điện đơn giản 2 máy phát điện đồng bộ.

Hình 2.4 Đồ thị cơng suất theo góc máy phát.
-

Cơng suất truyền tải là hàm của góc lệch giữa rotor 2 máy điện:

EG EM
sin 
X

(1.7)

X  XG  XL  XM

(1.8)

P

-

Giá trị công suất cực đại tỷ lệ thuận với điện áp nội của máy đồng bộ và tỷ lệ nghịch
với điện kháng giữa các điện áp nội.
Hiện tượng ổn định:

Học viên: Trần Lê Ngọc Phước

Trang 10