Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật điện tử công suất để điều khiển chế độ làm việc của đường dây tải điện xoay chiều

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BÙI VĨNH ĐÔNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
----------------------------------------

BÙI VĨNH ĐÔNG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ CƠNG
NGÀNH TỰ ĐỘNG HĨA

SUẤT ĐỂ ĐIỀU KHIỂN CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA
ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU

LUẬN VĂN THẠC SĨ TỰ ĐỘNG HÓA

KHÓA 2006-2008

Hà Nội, 2008


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------BÙI VĨNH ĐÔNG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
CÔNG SUẤT ĐỂ ĐIỀU KHIỂN CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC
CỦA ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU

CHUYÊN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA

LUẬN VĂN THẠC SĨ TỰ ĐỘNG HÓA

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGYỄN VĂN LIỄN

Hà Nội, 2008


Lời cam đoan
Tôi là Bùi Vĩnh Đông, học viên lớp Cao học Tự động hóa, Khoá 2006
2008. Được sự giúp đỡ và hưỡng dẫn của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Văn
Liễn tôi đà chọn và thực hiện đề tài luận văn có nội dung Nghiên cứu ứng
dụng kỹ thuật điện tử công suất để điều khiển chế độ làm việc của đường
dây tải điện xoay chiều.
Tôi xin cam đoan bản luận văn này được thực hiện bởi chính bản thân
mình dưới sự hưỡng dẫn của PGS.TS. Nguyễn Văn Liễn, cùng với các tài
liệu đà được trích dẫn trong phần tài liệu tham khảo ở phần cuối bản luận
văn.
Hà Nội, ngày 25 tháng 11 năm 2008
Học viên

Bùi Vĩnh Đông


1
Mục lục
các ký hiệu, các chữ viết tắt .......................................................... 3
Danh mục các bảng ............................................................................... 4
Danh mục các hình vẽ .......................................................................... 4
Mở đầu ........................................................................................................... 8
chương 1 ..................................................................................................... 11

tổng quan về lưới ®iƯn viƯt nam ................................................. 11
1. Quy ho¹ch hƯ thèng ®iƯn Việt Nam đến năm 2020 .................................... 11
1.1 Giai đoạn 2004 - 2010 ........................................................................... 11
1.2 Giai đoạn 2011-2020 ............................................................................. 12
2. Chương trình phát triển lưới điện truyền tải của Việt Nam ......................... 13
Chương 2 ..................................................................................................... 15
các chế độ làm việc của đường dây tải điện cao áp ........ 15
2.1 Các chế ®é lµm viƯc cđa hƯ thèng ®iƯn ..................................................... 15
2.2 MÊt cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống điện .............................. 20
2.3 Khái niệm về ổn định và quan hệ giữa cân bằng công suất phản kháng với
ổn định trong lưới hệ thống, lưới truyền tải..................................................... 20
2.3.1 ổn định ................................................................................................ 20
2.3.2 Quan hệ công suất phản kháng - điện áp ........................................... 21
chương 3 ..................................................................................................... 23
ứng dụng điện tử công suất để điều khiển các thiết bị bù
dọc và bù ngang.................................................................................... 23
3.1 Mục đích của việc đặt bù........................................................................... 23
3.2 Bù dọc và bù ngang trên đường dây siêu cao áp ....................................... 24
3.2.1 Bù dọc:................................................................................................ 24
3.2.2 Bù ngang:............................................................................................ 29
3.3 Các giải pháp và thiết bị điều khiển công suất phản kháng trên đường dây
tryền tải điện - ứng dụng thiết bị FACT trong hệ thống truyền tải điện xoay
chiều. ............................................................................................................... 31
3.3.1 Mô hình thiết bị FACT ....................................................................... 32
3.3.2 Các dạng cơ bản của thiết bị điều khiển FACTS................................ 34
3.3.2.1 Các bộ điều khiển ngang ............................................................. 34
3.3.2.2 Các bộ điều khiển dọc ................................................................. 36
3.3.2.3 Các bộ điều khiển tổ hợp dọc và ngang ...................................... 38
chương 4 ..................................................................................................... 41
mô hình và nguyên lý hoạt ®éng cđa thiÕt bÞ bï däc cã

®iỊu khiĨn tcsc ....................................................................................... 41
4.1 Mô hình TCSC ........................................................................................... 41


2
4.2 Nguyên lý hoạt động của kháng điều chỉnh bằng Thyristor- TCR
(Thyristor Controlled Reactor) ........................................................................ 44
4.3 Kháng điều chỉnh bằng Thyristor – TCR (Thyristor Controlled Reactor)
......................................................................................................................... 45
4.4 Bï däc b»ng ®iƯn dung cã ®iỊu chØnh - TCSC (Thyristor Controlled Series
Capacitor ) ....................................................................................................... 54
4.4.1 Mô hình TCSC .................................................................................... 54
4.4.2 Cấu trúc điều khiển ............................................................................ 61
4.4.2.1 Sơ đồ khối và hệ thống ®iỊu khiĨn cđa TCSC ............................. 62
4.4.2.2 S¬ ®å khèi hƯ điều khiển phát xung cho thyristor của TCSC ...... 65
chương 5 ..................................................................................................... 70
Khảo sát các đặc tính làm việc của TCSC............................... 70
5.1 Thuật toán GA và mô hình giảm bậc cđa hƯ thèng MIMO tun tÝnh sư
dơng tht to¸n GA ......................................................................................... 70
5.1.1 Tãm t¾t ............................................................................................... 70
5.1.2 Giíi thiƯu ............................................................................................ 70
5.1.3 Mô tả thuật toán ................................................................................. 72
5.2 ứng dụng Thuật toán GA khảo sát đặc tính làm việc của TCSC ............... 75
5.2.1 Mô hình hệ thống truyền tải trên không có một máy phát điện ........ 76
5.2.2 Mô hình hệ thống bï nèi tiÕp ®iỊu khiĨn b»ng Thyristor (TCSC) .... 77
5.2.3 Cấu trúc của bộ điều khiển TCSC ..................................................... 78
5.2.4 Các vấn đề liên quan đến xây dựng công thức .................................. 79
5.2.5 Kh¸i qu¸t vỊ tht to¸n di chun (genetic algorithm - GA) ............ 80
5.2.6 Kết quả .............................................................................................. 82
5.2.6.1 Trường hợp 1: Nhiễu gây lỗi 3 pha ............................................. 84

5.2.6.2 Trường hợp 2: Sự nhiễu loạn ngoài lưới truyền tải ..................... 88
5.2.6.3 Trường hợp 3: Các nhiễu loạn nhỏ tác động ............................... 92
5.3 Mô phỏng tác dụng của bộ điều khiển TCSC trên đường dây truyền tải
điện xoay chiều trong trường hợp sự cố 1 pha chạm đất ................................. 94
5.3.1 Xây dựng sơ đồ mạch mô phỏng ....................................................... 94
5.3.2 Kết quả mô phỏng .............................................................................. 97
5.3.2.1 Chế độ bình thường ..................................................................... 97
5.3.2.2 Trường hợp sự cố chạm đất 1 pha trong thời gian ngắn, khi không
có bộ điều khiển TCSC ............................................................................ 98
5.3.2.3 Trường hợp sự cố chạm đất 1 pha trong thời gian ngắn, khi có bộ
điều khiển TCSC ...................................................................................... 99
5.3.2 Nhận xét ........................................................................................... 101
Tài liệu tham khảo ............................................................................. 103
Tóm tắt luận văn th¹c sü .............................................................. 104
summary .................................................................................................. 105


3

các ký hiệu, các chữ viết tắt
CĐXL

Chế độ xác lập

CĐQĐ

Chế độ quá độ

HTĐ

Hệ thống điện

TBA

Trạm biến áp

ĐDSCA

Đường dây siêu cao áp

FACTS

Flexible AC Transmission System Hệ thống truyền tải
điện xoay chiều linh hoạt

GA

Genetic algorithm - Thuật toán di chuyền

SMIB

Single machine infinite bus Hệ thống truyền tải trên
không dùng một máy phát

STATCOM

Static Synchronous Compensator Thiết bị bù ngang điều
khiển b»ng Thyristor

SVC

Static Var Compensator – ThiÕt bÞ bï tÜnh cã ®iỊu khiĨn
b»ng Thyristor

SSSC

Static Sychronous Series Compensation - M¸y bï ®ång bộ
tĩnh

TCSC

Thyristor Controlled Series Capacitor Bù tụ nối tiếp
được điều khiển bằng Thyristor

TCR

Thyristor Controlled Reactor - Kháng điện điều chỉnh bằng
thyristor

UPFC

Unified Power Flow Controller Thiết bị điều khiển công
suất tỉ hỵp.


4
Danh mục các bảng
Chương 1
Bảng B1.1 Tổng công suất nguồn điện Việt Nam giai đoạn 2004-2010-2020
Bảng B1.2 Dự kiến phát triển lưới 500kV giai đoạn 2000-2020

Chương 3
Bảng B3.1 Các dạng của thiết bị FACTS
Chương 4
Bảng B4.1 Đặc điểm các vùng làm việc

Danh mục các hình vẽ
Chương 2
Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống điện đơn giản
Hình 2.2 Sơ đồ hoán vị pha
Chương 3
Hình 3.1 Mô hình hệ thống điện đơn giản có tụ điện mắc nối tiếp trên đường
dây
Hình 3.2 Đồ thị véctơ U và I của đường dây khi có tụ bù dọc
Hình 3.3 Đặc tính P() ứng với trường hợp không có tụ bù dọc và có tụ bù
dọc
Hình 3.4 ảnh hưởng của vị trí bù dọc trên đường dây
Hình 3.5 Thiết bị FACT dạng A
Hình 3.6 Thiết bị FACT dạng B
Hình 3.7 Thiết bị FACT dạng C
Hình 3.8 Sơ đồ 1 sợi của STATCOM
Hình 3.9 Sơ đồ SVC
Hình 3.10 Sơ đồ 1 sợi của UPFC
Hình 3.11 Sơ đồ TCPST


5
Chương 4
Hình4.1 Mô hình TCSC
Hình 4.2 : Sự thay đổi điện kháng của TCSC với góc mở a
Hình 4.3 Nguyên lý cấu tạo của thyristor

Hình 4.4 Dạng sóng ra của mạch thuần trở điều khiển bằng thyristor
Hình 4.5 (a) các phần tử chính của một TCR; (b) dạng sóng của dòng và áp
trong TCR
Hình 4.6 Hình dáng của dòng và áp trong TCR ở góc mở a =1200
Hình 4.7 Đặc tính điều chỉnh liên tục của TCR
Hình 4.8 đặc tính điều khiển của TCR
Hình 4.9 Sóng của tín hiệu dòng điện của TCR
Hình 4.10 Đặc tính điều chỉnh dòng điện của TCR theo góc cắt a
Hình 4.11 Mô hình mạch TCSC và biểu thị tương đương của nó
Hình 4.12. Mô hình TCSC (a) Mô hình cơ bản; (b) Mô hình thực tế
Hình 4.13 Mạch tương đương của TCSC đơn giản
Hình 4.14 : Sự thay đổi điện kháng của TCSC với góc mở a
Hình 4.15 Sơ đồ khối điều khiển góc mở
Hình 4.16 Sơ đồ điều khiển điện kháng tổng của TCSC
Hình 4.17 Sơ đồ khối và hệ thống điều khiển của TCSC
Hình 4.18 Sơ đồ khối của hệ điều khiển phát xung cho thyristor của TCSC
Hình 4.19 Sơ đồ khối của hệ điều khiển phát xung cho thyristor của TCSC có
cải thiện
Hình 4.20 Sơ đồ khối của hệ điều khiển phát xung cho thyristor của TCSC có
cải thiện
Chương 5
Hình 5.1 Sơ đồ thuật toán GA
Hình 5.2 Hệ thống truyền tải trên không có một máy phát điện với TCSC


6
Hình 5.3 Module cơ bản của TCSC
Hình 5.4 Cấu trúc của bộ điều khiển TCSC
Hình 5.5 sơ đồ thuật toán di chuyền
Hình 5.6 Mổ phỏng mô hình SMIB có dùng bộ điều khiển TCSC

Hình 5.7 Mô hình mô phỏng tính toán của id, iq, Ed, Eq và Pe
Hình 5.8 Sự biến đổi của Góc Rotor của máy phát đồng bộ khi có và không có
bộ điều khiển TCSC đối với nhiễu gây lỗi 3 pha trong 5 chu kỳ
Hình 5.9 Sù biÕn ®ỉi cđa ®é lƯh tèc ®é Dw trong trường hợp 1
Hình 5.10 Sự biến đổi công suất điện Pe trong trường hợp 1
Hình 5.11 Sự biến điện áp Ed trong trường hợp 1
Hình 5.12 Sự biến điện áp Eq trong trường hợp 1
Hình 5.13 Sự biến đổi điện áp Efd trong trường hợp 1
Hình 5.14 Sự biến đổi điện áp đầu cuối Vt trong trường hợp 1
Hình 5.15 Sự biến đổi dòng điện Id trong trường hợp 1
Hình 5.16 Sự biến đổi dòng điện Iq trong trường hợp 1
Hình 5.17 Sự biến đổi của XTCSC trong trường hợp 1
Hình 5.18 Sự biến đổi của Góc Rotor của máy phát đồng bộ
Hình 5.19 Sự biến đổi của độ lệh tốc độ Dw trong trường hợp 2
Hình 5.20 Sự biến đổi công suất điện Pe trong trường hợp 2
Hình 5.21 Sự biến điện áp Ed trong trường hợp 2
Hình 5.22 Sự biến điện áp Eq trong trường hợp 2
Hình 5.23 Sự biến đổi điện áp Efd trong trường hợp 2
Hình 5.24 Sự biến đổi điện áp đầu cuối Vt trong trường hợp 2
Hình 5.25 Sự biến đổi dòng điện Iq trong trường hợp 2
Hình 5.26 Sự biến đổi của XL trong trường hợp 2
Hình 5.27 Sự biến đổi của Góc Rotor của máy phát đồng bộ trường hợp 3
Hình 5.28 Sù biÕn ®ỉi cđa ®é lƯh tèc ®é Dw trong trường hợp 3
Hình 5.29 Sự biến đổi công suất điện Pe trong tr­êng hỵp 3


7
Hình 5.30 Sự biến đổi điện áp đầu cuối Vt trong trường hợp 3
Hình 5.31 Sự biến đổi của XTCSC trong trường hợp 3
Hình 5.32 Mạch mô phỏng hệ thống truyền tải bù nối tiếp

Hình 5.33 Cấu trúc của Module bộ bù nối tiếp TCSC
Hình 5.34 Cấu trúc khâu bù của 1 pha
Hình 5.35 Cấu trúc khâu Energy & Gap firing
Hình 5.36 Đồ thị điện áp ba pha lưới truyền tải chế độ bình thường
Hình 5.37 Đồ thị dòng điện ba pha lưới truyền tải chế độ bình thường
Hình 5.38 Đồ thị dòng điện ba pha lưới truyền tải tại điểm B1
Hình 5.39 Đồ thị điện áp và dòng điện ba pha lưới truyền tải tại điểm B2
Hình 5.40 Đồ thị điện áp ba pha lưới truyền tải tại điểm B1
Hình 5.41 Đồ thị dòng điện ba pha lưới truyền tải tại điểm B1
Hình 5.42 Đồ thị điện áp và dòng điện ba pha lưới truyền tải tại điểm B2


summary

Keyword
1. tcsc;
2. Series compensating on transmission lines;
3. high-voltage and super high-votage transmission line.
An increase in power ability of transmission lines, improvement of quality,
stability of high and super high voltage power transmission line system are
the matters to be interested in management and electric power transmission.
One of the solutions applied to implemente above problem is FACTS, among
them TCSC is one of the important members of FACTS family.
The object of this thesis is applying power electronics to control
inductive reactance and capacitance of capacitor in AC tramsmission lines.
Herein, the TCSC is controlled series conpensate Specific device.
In this scope of the thesis, author presenets an overview

about

compensating reactance, controlling capacity, basical structure of TCSC,
power of TCSC circuit, triggering system of TCSC controller and simulating
results to improve power transmission and stabilizing system as well when
TCSC controller is used.


Tóm tắt luận văn thạc sỹ
Từ khoá:
1. TCSC.
2. Bù dọc đường dây truyền tải
3. Đường dây cao áp và siêu cao áp
Để nâng cao khả năng truyền tải công suất trên đường dây truyền tải, cải
thiện chất lượng, tăng tính ổn định của hệ thống truyền tải điện xoay chiều cao
áp và siêu cao áp là một trong những vấn đề rất được quan tâm trong việc quản
lý và truyền tải điện năng. Một trong các giải pháp để thực hiện được vấn đề
nêu trên đó là ứng dụng thiết bị FACTS, và TCSC là một trong các thiết bị
thuộc FACTS.
Luận văn được viết với mục đích nghiên cứu nghiên cứu ứng dụng điện tử
công suất để điều khiển công suất phản kháng và điều khiển điện dung của tụ
bù trên đường dây truyền tải điện xoay chiều. Cụ thể thiết bị bù dọc có điều
khiển là TCSC.
Trong phạm vi luận văn tác giả đà tổng quan về bù công suất phản kháng,
điều khiển điện dung, cấu trúc cơ bản của TCSC, cấu trúc một hệ điều khiển
cho TCSC và các kết quả mô phỏng nhằm cải thiện về công suất truyền tải
cũng như tính ổn định của hệ thống khi sư dơng bé ®iỊu khiĨn TCSC.


8
Mở đầu
đặt vấn đề

Nhu cầu về quản lý các hệ thống điện và việc truyền tải điện năng tới
nơi tiêu thụ hiệu quả hơn đà thúc đẩy sự đổi mới công nghệ trong sản xuất
cũng như truyền tải điện năng. Với đường dây tương đối ngắn, cấp điện áp
thấp, giới hạn truyền tải thường được xác định theo điều kiện phát nóng. Khi
chiều dài tăng lên, điện áp tương đối lớn (110KV ữ 220KV) thì độ lệch điện
áp là yếu tố cần được quan tâm. Với các đường dây siêu cao áp (SCA) và cực
cao áp, khả năng tải được quyết định bởi điều khiện ổn định tĩnh. Đặc điểm
của đường dây tải điện xoay chiều là chịu ảnh hưởng rất lớn bởi dòng điện
dung của đường dây. Công suất phản kháng do điện dung của đường dây sinh
ra trong quá trình vận hành gây nhiều khó khăn về kỹ thuật cho việc thiết kế
và vận hành đường dây.
FACTS (Flexible AC Transmission System) như tên gọi chung, là
những thiết bị mới, nhằm cải thiện các hệ thống truyền tải, mục ®Ých n©ng cao
®é tin cËy cđa hƯ thèng, n©ng cao độ dự trữ ổn định, từ đó giảm chi phí vận
hành. Cụ thể SVC, TCSC, STATCOM, SSSC và UPFC được biết đến như
những bộ điều khiển của FACTS.
Mục đích của đề tài
Cùng với sự phát triển của kỹ thuật điện tử cũng như công nghệ chế tạo các
thyristor công suất lớn nên các thiết bị FACTS điều chỉnh bằng thyristor đÃ
được ứng dụng rộng rÃi và mang lại hiệu quả cao trong việc tăng khả năng
truyền tải công suất, nâng cao ổn định tĩnh, ổn dịnh động, ổn định điện áp, ổn
định tần số và giảm các dao động cộng hưởng phụ đồng bộ. Thyristor hoặc
Transitor công suất lớn là phần tử cơ bản của các bộ điều khiển điện tử công
suất lớn được áp dụng trong công nghệ chế tạo các thiết bị FACTS, từ đó
nghiên cứu việc ứng dụng van bán dẫn trong điều khiển công suất phản kh¸ng


9
và điều khiển điện dung của tụ bù, cụ thể là vấn đề bù dọc đường dây truyền
tải điện xoay chiều.

Vấn đề và phạm vi nghiên cứu
Luận văn đặt ra vấn đề cần nghiên cứu, giải quyết bao gồm:
Tổng quan về bù công suất phản kháng và vấn đề bù dọc điện dung điều
chỉnh được trên đường dây truyền tải điện xoay chiều cao áp;
ứng dụng bù công suất phản kháng và điều khiển điện dung, cụ thể là
sử dụng bộ điều khiển TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor), tìm
hiểu cấu trúc điều khiển điển hình của TCSC.
Khả năng cải thiện về công suất truyền tải cũng như ®é ỉn ®Þnh cđa hƯ
thèng khi sư dơng bé ®iỊu khiển TCSC.
Với nội dung và mục đích nghiên cứu trên, luận văn được trình bày theo 5
chương:
Chương 1: Tổng quan về lưới điện Việt Nam.
Chương 2: Các chế độ làm việc của đường dây tải điện cao áp.
Chương 3: ứng dụng điện tử công suất để điều khiển các thiết bị bù dọc
và bù ngang.
Chương 4: Mô hình và nguyên lý hoạt động của thiết bị bù dọc có điều
khiển TCSC.
Chương 5: Khảo sát các đặc tính làm việc của TCSC.
Tác giả xin trân trọng tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS
Nguyễn Văn Liễn đà tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tác giả xây dựng và hoàn
thành luận văn này. Xin chân thành cảm ơn các thầy giáo và cô giáo trong Bộ
môn Tự động hoá XNCN Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và các bạn
bè, đồng nghiệp đà giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này. Vì thời gian có
hạn, vấn đề còn khá mới trên khía cạnh nghiên cứu về thiết bị nên bản luận


10
văn không thể tránh khỏi thiếu sót, tác giả rất mong nhận được nhiều ý kiến
đóng góp.

11
chương 1
tổng quan về lưới điện việt nam

1. Quy hoạch hệ thống điện Việt Nam đến năm 2020
1.1 Giai đoạn 2004 - 2010
Thuỷ điện: dự kiến xây dựng 27 công trình với tổng công suất là
4.539MW. Đồng thời phát triển các nhà máy thuỷ điện vừa và nhỏ (khoảng
520MW ở miền Bắc, 250MW ở miền Trung và gần 80MW ở miền Nam) để
đáp ứng nhu cầu tiêu thụ điện tại chỗ.
Nhiệt điện chạy than: Đến năm 2010 sẽ xây dựng một loạt các nhà máy
điện chạy than tại khu vực Đông Bắc ( nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh, Cảm
Phả, nhà máy nhiệt điện Hải Phòng... )và mở rộng một số nhà máy thuộc khu
vực phía Bắc như Uông Bí, Ninh Bình, ..Tổng công suất 10 nhà máy nhiệt điện
chạy than xây dựng mới là 3200MW
Nhiệt điện chạy khí: Xây dựng các nhà máy Phú Mỹ 2.2, đuôi hơi Phú
Mỹ 2.1, Phú Mỹ 4 tại trung tâm nhiệt điện Phú Mỹ. Cụm các nhà máy nhiệt
điện khí Phú Mỹ sẽ vào vận hành toàn bộ công suất 3859MW vào cuối năm
2005. Chuẩn bị đầu tư nhà máy tua bin khí Cà Mau, 720MW và hai nhà máy
tua bin khí ngưng hơi truyền thống Ô Môn 1 và Nhim Trạch 1, 1.600MW tại
trung tâm nhiệt điện Ô Môn và Nhơn Trạch.
Công suất các nhà máy thuỷ điện đưa vào vận hành trong giai đoạn
2004-2010 là 5390MW, đưa công suất lắp đặt tại các nhà máy thuỷ điện năm
2010 lên tới 9540MW
Công suất nhiệt điện chạy than xây dựng mới giái đoạn 2004-2010 là
3200MW, đưa tổng công suất đặt của các nhà máy nhiệt điện chạy than năm
2010 lên tới 4.450MW

12
Công suất nhiệt điện chạy khí xây dựng mới giai đoạn 2004-2010 là
3.245MW, đưa tổng công suất đặt tại các nhà máy nhiệt điện chạy khí năm
2010 lên tới 6.475MW.
Đến năm 2010, tổng công suất nguồn điện của Việt Nam là 21.190MW
1.2 Giai đoạn 2011-2020
Thuỷ điện: Xây dựng 14 công trình với tổng công suất 6109 MW.
Nhiệt điện chạy than: Xây dựng mới nhà máy nhiệt điện chạy than tại
Quảng Ninh, Cẩm Phả, Mông Dương..., đưa tổng công suất các nhà máy nhiệt
điện chạy than xây dựng mới là 1100MW
Nhiệt điện chạy khí: Phát triển các nhà máy nhiệt điện chạy khí tại
trung tâm nhiệt điện Ô môn lên 2 770MW.
Công suất các nhà máy thuỷ điện đưa vào vận hành 2011-2020 là
6.109MW, đưa tổng công suất lắp đặt tại các nhà máy thuỷ điện năm 2020 lên
tới 15.650MW
Công suất các nhà máy nhiệt điện chạy than xây dựng mới giai đoạn
2011-2020 là 2600MW, đưa tổng công suất đặt tại các nhà máy nhiệt điện
chạy than năm 2020 lên tới 6850MW
Công suất nhiệt điện chạy khí xây dựng mới giai đoạn 2011-2020 là
4110MW, đưa tổng công suất đặt tại các nhà máy nhiệt điện chạy khí năm
2020 lên tới 10.440MW.
Điện nguyên tử: Việt Nam đà xem xét dự án điện hạt nhân xây dựng
vào giai đoạn 2018-2020.
Tổng công suất nguồn điện Việt Nam giai đoạn 2004-2010-2020 được
trình bày ở bảng B1.1
Tổng công suất nguồn năm 2004: 9.822MW
Thuỷ điện
4154MW
Nhiệt điện chạy than
1245MW

Nhiệt điện chạy dầu
1193MW
Nhiệt điện chạy khí
3230MW


13
Tổng công suất nguồn năm 2010: 21.190MW
Thuỷ điện
9540MW
Nhiệt điện chạy than
4450MW
Nhiệt điện chạy dầu + khí
6835MW
Nhập khẩu
365MW
Tổng công suất nguồn năm 2020: 36.540MW
Thuỷ điện
15650MW
Nhiệt điện chạy than
6850MW
Nhiệt điện chạy dầu + khí
10440MW
Điện nguyên tử
2000MW
Nhập khẩu
1600MW
Bảng B1.1 Tổng công suất nguồn điện Việt Nam giai đoạn 2004-2010-2020

2. Chương trình phát triển lưới điện truyền tải của Việt Nam

Gắn với chương trình phát triển nguồn theo hiệu chỉnh quy hoạch phát triển
điện lực Việt Nam giai đoạn 2001-2010 có xét triển vọng đến năm 2020 được
Chính Phủ phê duyệt ngày 21/03/2003.
Giai đoạn đến năm 2010, phát triển lưới điện 220-500kV đấu nối các nhà máy
điện than miền Bắc
Giai đoạn đến năm 2020, phát triển lưới điện 220-500kV đấu nối các nhà máy
thuỷ điện bậc thang trên sông Đà, trong đó có thuỷ điện Sơn La 2400MW
(đường dây 500kV 500kV Lai Châu - Sơn La, Sơn La - Hoà Bình, Sơn La Việt trì - Sóc Sơn), đấu nối nhà máy điện than Mông Dương ở miền Bắc
(đường dây 500kV

Quảng Ninh - Sóc Sơn), nhà máy điện nguyên tử

2000MW ở miền Nam. Đồng thời phát triển lưới điện để nhập khẩu từ các
nước trong khu vực (Lào, Campuchia, Trung Quốc)
Chương trình phát triển lưới điện 220kV - 110kV
Lưới điện 220kV hiện tại và trong tương lai vẫn là lưới truyền tải nhằm đảm
bảo cung cấp điện an toàn cho các trung tâm tiêu thụ điện khu vực tỉnh, thành
phố và các khu công nghiÖp.


14
Lưới điện 110kV sẽ được phát triển mạnh lên trung tâm tiêu thụ các huyện thị
và các khu công nghiệp, và dần trở thành lưới phân phối.
Khối lượng phát triển lưới 500kV dự kiến xây dựng trong giai đoạn 20002020 trình bày ở bảng B1.2
STT

Tên Công trình

Số mạch x km

Chiều
dài

Các công trình hiện có
Các công trình xây dựng giai đoạn 2006-2010
1
Nho Quan - Thường Tín
1x75
75
2
Rẽ vào tạm 500kV Nho Quan
2x30
60
3
Phú Lâm - Ô Môn
1x170
170
4
Nho Quan - Hà Tĩnh
1x260
260
5
Hà Tĩnh - Đà Nẵng
1x390
390
6
Rẽ vào Đồng Nai 3 & 4
1x95
95
Tổng

995
Các công trình xây dựng giai đoạn 2010 - 2020
1
Hoà Bình - Sơn La
1x180
180
2
S¬n La - Nho Quan
1x240
240
3
S¬n La - Sãc S¬n
2x200
400
4
S¬n La - Tràng Bạch
1x95
95
5
Tràng Bạch - Thường Tín
1x110
110
6
Rẽ Quảng Trị - Quảng Trị
2x5
10
7
Phú Mỹ - Biên Hoà
1x40
40

8
Biên Hoà - Tân Định
1x30
30
9
Rẽ Hóc Môn - Hóc Môn
2x10
20
10 Biên Hoà - Thủ Đức
2x20
20
11 §iƯn Nguyªn Tư - Phó Mü
1x160
160
12 Nha Trang - §iƯn Ng.tử - Di Linh
1x160
160
13 Điện nguyên tử - Biên Hoà
2x170
340
Tổng
1825
Bảng B1.2 Dự kiến phát triển lưới 500kV giai đoạn 2000-2020


15
Chương 2
các chế độ làm việc của đường dây tải điện cao áp

2.1 Các chế độ làm việc của hệ thống điện

Các chế độ làm việc của HTĐ được chia ra làm 2 loại chính: chế độ xác lập
(CĐXL) và chế độ quá độ (CĐQĐ). Chế độ xác lập là chế độ trong đó các
thông số hệ thống không thay đổi, hoặc trong những khoảng thời gian tương
đối ngắn, chỉ bến thiên nhỏ xung quanh các trị số cố định. Chế độ làm việc
bình thường, lâu dài của HTĐ thuộc về chế độ xác lập (còn gọi là CĐXL bình
thường). Chế độ sau sự cố, hệ thống hệ thống được phục hồi và làm việc tạm
thời cũng thuộc về CĐXL (còn gọi là chế độ xác lập sau sự cố). ở các chế độ
xác lập sau sự cố thông số ít biến thiên nhưng có thể lệch khỏi trị số định mức
tương đối nhiều, cần phải nhanh chóng khắc phục.
Ngoài chế độ xác lập còn diễn ra các CĐQĐ trong HTĐ. Đó là các chế độ
trung gian chuyển từ CĐXL này sang CĐXL khác. CĐQĐ thường diễn ra sau
những sự cố hoặc thao tác đóng cắt các phần tử mang công suất (những kích
động lớn). CĐQĐ được gọi là CĐQĐ bình thường nếu nó tiến đến chế độ xác
lập mới. Trong trường hợp này các thông số hệ thống bị biến thiên nhưng sau
một thời gian lại trở về trị số gần định mức và tiếp theo ít thay đổi. Ngược lại,
có thể diễn ra CĐQĐ với thông số hệ thống biến thiên mạnh, sau đó tăng
trưởng vô hạn hoặc giảm đến 0. CĐQĐ khi đó được gọi là CĐQĐ sự cố. Nói
chung, với mọi hệ thống điện yêu cầu nhất thiết là phải bảo đảm cho các chế
độ quá độ diễn ra bình thường, nhanh chóng chuyển sang CĐXL mới, bởi
CĐQĐ chỉ có thể là tạm thời, CĐXL mới là chế độ cơ bản làm việc của HTĐ.
Sơ đồ Hệ thống điện đơn giản hình 2.1
Trong hình 2.1 gồm:
F1, F2 : máy phát xa và máy phát địa phương
TBA: Trạm máy biến áp


16
Zd: Điện trở tổng của đường dây truyền tải
P+jQ: Phụ tải
TBA

~

F2

~
F1

TBA

Zd

P+jQ

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống điện đơn giản
1. Chế độ làm việc bình thường.
ở chế độ xác lập bình thường đường dây siêu cao áp (SCA) tạo ra một
số đặc điểm phức tạp trong vận hành bởi các lý do chính sau:
a) Đường dây phát ra một lượng công suất phản kháng rất lớn, không
điều chỉnh được (tỷ lệ với bình phương điện áp làm việc của đường dây). ở
chế độ tải trung bình các công suất này được cân bằng với công suất tiêu thụ
của các kháng bù ngang (khoảng 70%), tổn thất truyền tải trên đường dây và
nâng cao hệ số công suất cos cho phụ tải hệ thống. Tuy nhiên ở các chế độ
non tải hoặc không tải, lượng công suất phản kháng dư thừa Qc không có nơi
tiêu thụ , tràn vào các máy phát và lưới điện áp thấp, làm thay đổi chế độ làm
việc và phân bố điện áp. Đặc biệt có thể gây quá áp trong lưới và gây ra chế
độ tiêu thụ quá giới hạn công suất phản kháng của các máy phát.
Cần nói thêm rằng khi đường dây mất tải, điện áp tăng cao, lượng công
suất phản kháng phát ra tỷ lệ với bình phương của điện áp, vì vậy trị số Qc còn
lớn hơn và càng nguy hiểm.

b) Điện kháng dọc của đường dây lớn làm cho trị số tổn thất công suất
phản kháng và tổn thất điện áp rất cao. Các tổn thất này thay đổi rất mạnh
theo công suất chuyên tải của đường dây làm cho vấn đề điều chỉnh điện áp
và công suất lúc vận hành khá phức tạp. Khi phụ tải thay đổi, tỷ lệ sụt áp thay
đổi, đòi hỏi phải điều chỉnh thường xuyên điện áp suốt thời gian vận hành.


17
Muốn vậy cần phải điều chỉnh điện áp kích từ các máy phát và lựa chọn đầu
phân áp thích hợp ở trạm biến áp đầu đường dây.
2. Chế độ đóng không tải đường dây.
Đây là chế độ xảy ra ở giai đoạn đầu tiên khi đưa đường dây vào vận
hành. Ngoài ra các chế độ như khi bắt đầu đóng điện như chế độ sau sự cố cắt
đường dây, tách rời các hệ thống đường dây trước khi hoà đồng bộ.
Khó khăn của việc thực hiện các chế độ này là hiện tượng quá điện áp.
Sau khi đóng đường dây (ở một phía) vào điện áp siêu cao, các công suất điện
dung của đường dây xuất hiện sẽ dồn về phía đầu đường dây có máy cắt đóng,
tràn vào hệ thống và các máy phát. Ngoài ra do chiều công suất phản kháng từ
cuối (phía máy cắt mở) truyền về phía đầu đường dây (nối với hệ thống có
điện áp thanh góp khống chế) nên quá điện áp sẽ tăng cao ở phía cuối đường
dây. Điện áp này phụ thuộc nhiều vào điện áp thanh góp cần giữ phía đầu
đường dây. Vì vậy ở chế độ này phải điều chỉnh điện áp đầu đường dây một
cách hợp lý để đảm bảo điện áp trên đường dây SCA không vượt quá giới hạn
cho phép. Đồng thời cũng cần phải tính toán số lượng tối thiểu máy phát tham
gia để có thể đủ khả năng nhận công suất phản kháng của đường dây.
3. Chế độ tải nặng.
Đặc điểm của các chế độ tải nặng đường dây SCA là hiện tượng giảm
thấp điện áp cuối đường dây và hệ số dự trữ ổn định tĩnh (theo tiêu chuẩn
dQ/dU). Với mức độ chuyên tải công suất phản kháng trên đường dây càng
lớn (cos phụ tải cuối đường dây thấp) hiện tượng sụt áp càng đáng kể và

giảm giới hạn công suất chuyên tải (công suất tác dụng) theo điều kiện ổn
định tĩnh. Trong chế độ này cần phải giảm công suất phản kháng trên ®­êng
d©y (n©ng cao cosϕ ci ®­êng d©y), cã thĨ thùc hiện bằng cách đặt thiết bị
bù tĩnh phía cuối đường d©y.


18
4. Chế độ cắt tải đột ngột.
Khác với chế độ đóng không tải đường dây, chế độ cắt tải đột ngột
đường dây diễn ra vào lúc điện áp đầu đường dây SCA cũng như điện áp các
máy phát đang ở mức cao. Khi cắt tải đột ngột điện áp cuối đường dây có thể
tăng lên rất cao. Để khắc phục hiện tượng này, cần thực hiện cắt liên động các
đoạn đường dây khi mất tải đột ngột để loại trừ nhanh thời gian quá điện áp.
Trong vận hành để hạn chế mức độ quá điện áp khi mất tải đột ngột thì chọn
đầu phân áp và điện áp thanh góp đầu đường dây càng thấp càng tốt (tuy nhiên
phụ thuộc hệ thống điện liên kết).
5. Chế độ vận hành không toàn pha.
Chế độ vận hành không toàn pha đối với đường dây SCA gây ra các ảnh
hưởng mạnh hơn nhiều so với các đường dây trung áp và cao áp. Đó là vì
chiều dài của mỗi đoạn đường dây thường khá lớn, điện cảm và điện dung pha
có trị số lớn hơn nhiều so với các đường dây bình thường. Khi bị cắt một hoặc
hai pha đường dây, mức độ lệch thông số gây ra cho sơ đồ hệ thống sẽ tăng
cao. Các yếu tố ảnh hưởng (thành phần thứ tự nghịch, thứ tự không trong dòng
điện) có khả năng nguy hiểm hơn so với các tình huống tương tự ở các đường
dây điện áp thấy hơn.
Ngoài ra, khác với chế độ không toàn pha diễn ra trong lưới điện áp
thấp, hiện tượng quá áp cũng có thể xảy ra khi 1 hoặc 2 pha của ĐDSCA bị hở
mạch. Cũng vì những lý do đó khi chưa có những tính toán và nghiên cứu tỉ
mỉ, không cho phép để kéo dài chế độ không toàn pha của ĐDSCA, nhất là
chế độ cắt 2 pha.

Trong khi đó ĐDSCA lại thường là các đường dây liên lạc hệ thống.
Việc giữ được liên kết khi chưa cần phải cắt toàn bộ đường dây là một điều rất
mong muốn. Chế độ cắt và đóng lại từng pha trong chế độ sự cố thường được


19
thiết kế và thực hiện nhằm giảm tần suất mất liên lạc hệ thống, khi đó việc
kiểm tra ảnh hưởng của các yếu tố không đối xứng trong những trường hợp
này là hết sức cần thiết.
Cũng cần nói thêm rằng ngoài chế độ không toàn pha, đường dây siêu
cao áp còn có thể gây ra hiện tượng mất đối xứng do lệch thông số. Với chiều
dài đáng kể của tuyến đường dây, đi qua các địa phương có địa hình phức tạp
(đồng bằng, miền núi, thung lũng,) với khí hậu, độ ẩm và khoảng cách treo
dây khác nhau nên khả năng hoán vị pha để làm cân bằng thông số cấu trúc
(thực hiện bằng hai lần hoán vị trên mỗi đoạn) khó có thể đảm bảo độ chính
xác cao.

1
D31

D12

2
D23

3

Vị trí 1

A

C

B

Vị trí 2

B

A

C

Vị trí 3

C

B

A

Hình 2.2 Sơ đồ hoán vị pha
Yếu tố này gây ra tính nguy hiểm ngay cả khi vận hành bình thường, rất
đáng phải lưu tâm đo đạc và tình toán. Về lý thuyết khi thông số cấu trúc của
các pha không đối xứng sẽ kéo theo dòng điện và điện áp các pha không đối
xứng. Trong hệ thống điện xuất hiện các thành phần dòng điện thứ tự nghịch
và không.
6. Chế độ ngắn mạch.
Ngắn mạch có các dạng thường gặp là:
- Ngắn mạch 3 pha chiếm khoảng 2% số trường hợp trong hệ thống

20
- Ngắn mạch 2 pha chiếm khoảng 5%
- Ngắn mạch 2 pha nối đất
- Ngắn mạch 1 pha, khoảng 90%
- Chạm đất 2 pha tại 2 điểm khác nhau
Trong các các loại ngăn mạch thì ngắn mạch 3 pha gần nhà máy điện
lớn, hoặc các trung tâm phụ tải lớn chứa nhiều loại động cơ đồng bộ hoặc
không đồng bộ được xem là loại sự cố nguy hiểm nhất, kế đến là các loại ngắn
mạch 2 pha chạm đất.

2.2 Mất cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống điện
Trong chế độ vận hành bình thường, nếu bỏ qua tổn thất công suất trong
trường hợp tải và phân phối bao giờ ta cũng có cân bằng công suất tác dụng
giữa nguồn điện và phụ tải.
Đối với hệ thống thừa công suất tác dụng, tốc độ quay của tua bin và rô to
máy phát điện sẽ tăng lên kéo theo việc tăng tần số của hệ thống cần tiến hành
các biện pháp chống vượt tốc của tua bin hoặc cắt bớt các máy phát điện ra
khỏi hệ thống.
Đối với hệ thống thiếu công suất tác dụng tốc độ quay của tua bin và rôto máy
phát điện sẽ giảm xuống kéo theo việc giảm tần số của hệ thống.

2.3 Khái niệm về ổn định và quan hệ giữa cân bằng công suất phản
kháng với ổn định trong lưới hệ thống, lưới truyền tải
2.3.1 ổn định
ổn định là khả năng của hệ thống khi có những nhiễu loạn nhỏ hoặc lớn
có thể giữ được những thông số bình thường tại các nút của hệ thống. Phân
biệt ổn định tĩnh và ổn định động
1. ổn định tĩnh là khả năng của hệ thống có thể trở về lại chế độ với các thông

số ban đầu khi xảy ra nhiễu loạn bé trong hệ thống.