PHƯƠNG PHÁP MÁY PHÁT ĐẲNG TRỊ
ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN
SINGLE MACHINE EQUIVALENT METHOD FOR ASSESSING
THE TRANSIENT STABILITY OF POWER SYSTEMS

HẠ ĐÌNH TRÚC
Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng
TÓM TẮT
Bài báo trình bày phương pháp máy phát đẳng trị đánh giá ổn định động của hệ thống điện
(HTĐ). Phương pháp kết hợp được ưu điểm của cả hai phương pháp tính toán trực tiếp và mô
phỏng theo thời gian được đề xuất vào những năm gần đây. Kết quả áp dụng tính toán cho hệ
thống điện gồm 3 máy phát và 9 trạm biến áp, xét trong các trường hợp sự cố khác nhau cho
thấy phương pháp này cung cấp những thông tin hữu ích và cần thiết về việc phân tích, đánh
giá ổn định động của hệ thống điện cho người thiết kế và vận hành hệ thống.
ABSTRACT
This paper presents an investigation into the single machine equivalent (SIME) regarded as a
viable method for both offline and online transient stability assessment. This method takes the
advantage of both time simulation and direct methods, which have been proposed recently. The
approach is illustrated on a three-machine test system with nine transformer stations. The
results from different contingencies show that the SIME provides system operators and
analyzers with useful and important information concerning the analysis and assessment of the
transient stability of power systems.

1. Đặt vấn đề
Đánh giá ổn định động của hệ thống điện là một trong những nhiệm vụ quan trọng nhất
trong quá trình thiết kế và vận hành HTĐ. Năm 1920, ổn định động của HTĐ lần đầu tiên
được chú ý đến như là một trong những nhiệm vụ quan trọng của việc thiết kế và vận hành
khi các HTĐ nhỏ được nối kết với nhau thành một hệ thống lớn [1]. Qua hơn 50 năm, với
nhiều công trình nghiên cứu của nhiều tác giả khác nhau trên thế giới cùng với sự phát triển
của công nghệ bán dẫn và công nghệ thông tin, lý thuyết cũng như những công cụ phân tích
và đánh giá ổn định động của HTĐ đã cơ bản hình thành. Tuy vậy, từ năm 1990 do yêu cầu

vào HTĐ công suất vô cùng lớn dựa trên những số liệu lấy từ chương trình mô phỏng theo
thời gian giải hệ phương trình vi phân từ (1-1) đến (1-4)- mô hình hóa toán học của các thiết
bị trong HTĐ như các máy phát, động cơ, và mạng điện.
d k
  k   sk   k
dt

(1-1)

d  k
1

( Pmk  Pek  D k  k )
dt
Mk

(1-2)

Pek 

E ' k Vk
sin( k   Vk )
X ' dk

 I 1  Y11 Y12 
  
 I 2  Y21 Y22 
  

 

MC 

M
kC

k

MN 

M
jN

j

(1-5)


M 

MCM N
MC  M N

M
C 

k

(1-6)

M



Pek (t )

k

C
Pe (t )  M 

 MC





j

(1-7)

MN

M

 k (t )



j

jN



ej

jN

(1-10)

 (t )   C   N

(1-11)

 (t )   C (t )   N (t )

(1-12)

Pa (t )  Pm (t )  Pe (t )

(1-13)

Trong đó: C ký hiệu cho máy phát đẳng trị có khả năng mất ổn định
N ký hiệu cho máy phát đẳng trị có khả năng ổn định cao
 (t ) và  (t ) là giá trị của góc lệch và tốc độ của roto của máy phát đẳng trị nối
vào HTĐ công suất vô cùng lớn.

2.2. Sơ đồ thuật toán
Dựa vào các phương trình (1-1) đến (1-13), thuật toán tổng quát cho việc đánh giá ổn
định động của HTĐ bằng phương pháp SIME được hình thành như sơ đồ hình 1.1.




.

k 

2

Máy phát đẳng trị có khả năng ổn
định động cao

Máy phát đẳng trị có khả năng mất
ổn định

.

.

δCM , ωCM,  CM

δNM , ωNM,

 NM

Hệ thống 1 máy phát đẳng trị δeq ,
.

ωeq,  eq

Xác định Stt (Aacc)


Kết thúc

Hệ thống hoàn toàn mất
ổn định

Hình 1.1. Thuật toán đánh giá ổn định động của HTĐ bằng SIME


3. Kết quả tính toán mô phỏng
Dựa vào thuật toán trên hình 1-1, chương trình viết bằng Matlab mô phỏng đánh giá ổn
định động của HTĐ được xây dựng. Việc ứng dụng chương trình này để đánh giá ổn định
động của HTĐ gồm 3 nhà máy điện và 9 trạm biến áp như hình 1-2 được viện nghiên cứu hệ
thống điện Bắc Mỹ (Electric Power Research Institue: EPRI) đề xuất như một HTĐ chuẩn cho
việc thử nghiệm đánh giá ổn định động [5] , đã được thực hiện [7]. Kết quả mô phỏng đánh
giá ổn định động của HTĐ này tương ứng với trường hợp ngắn mạch 3 pha tại trạm biến áp 7
và thời gian cắt ngắn mạch tcl = 0,12 giây như sau:
1.0259.30

1.0263.7 0

1.0322.0 0

18 kV

230 kV

1.0254.7 0

13.8 kV


1.013  3.7 0

5

6
90 + j30 (MVA)

125 + j50 (MVA)

230 kV

4
TAP 

16.5 kV

1.026  2.2 0

16.5
230

0
1 1.0400.0

G1
Hình 1.2. Hệ thống điện 3 máy phát – 9 trạm biến áp [5]
Bảng 1.1. Các thông số của HTĐ 3 máy phát thực và hệ thống 1 máy phát đẳng trị
Pm1
Pm2
Pm3

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Hình 1.3. Góc lệch roto của các máy phát trong hệ thống thực (tcl = 0,12 sec)


200
150
100

50

0

20

40

60

80

100

0.7

Hình 1.5. Góc lệch roto của máy phát đẳng trị (tcl = 0,12 sec)
6
4

ω(δ)

2

0

20

40

60

80

100

120

-2
-4
-6

Hình 1.6. Giản đồ pha của máy phát đẳng trị (tc = 0,12)


[4]

[5]

[6]
[7]

P Kundur, Power system stability and control, McGraw-Hill, New York, 1994.
North American Electric Reliability Council 2004, ‘August 14, 2003 Blackout
Investigation’ viewed 12 Nov 2004, < http://www.nerc.com/~filez/blackout.html>
L Alberto, F Silva, & N Bretas, ‘Direct method for transient stability analysis in power
systems: State of art and future perspectives’, IEEE Porto Power Tech Conference,
September 2001, Portugal.
A Bettiol, Y Zhang, L Wehenkel, M & Pavella, ‘Transient stability investigations on a
Brazilian network by SIME’, APSCOM, Proceedings of the 4th International on
Advances in Power System Control, Operation and Management, Hong Kong, 1997,
pp.1-6.
M Pavella, D Ernst, & D Ruiz-vega, Transient stability of power systems: A unified
approach to assessment and control, Kluwer Academic Publishers, The Netherlands,
2000.
M. A. Pai, Energy function analysis for power system stability, Kluwer Academic
Publishers, Massachusetts, USA, 1989.
Hạ Đình Trúc, ‘A hybrid method for the assessment of the transient stability of power
systems’, Master thesis, University of South Australia, December 2005.