ỔN ĐỊNH
HỆ THỐNG ĐIỆN
Pe

Trứoc sự cố

d

Pm

Sau sự cố

A2

a

TS. Nguyễn Đăng Toản

e

A1

Khi sự cố

b

c

o

max


Điều khiển ổn định HTĐ – GS.TS Lã Văn Út (ĐHBK)- nxb KHKT
2000
Ổn định HTĐ – GS.TS. Trần Bách (ĐHBK)
Power System Stability and Control – Praha Kundur- McGraw
Hill 1994 (pdf)
Voltage stability of electric power systems -Thierry Van Cutsem
1998 (pdf)
Power System Voltage Stability – Carson W. Taylor- McGraw Hill
1994 (pdf)
Các bài báo khoa học của IEEE, tiếng việt (google.com)
Matlab, PSS/E, Powerworld

Nguyễn Đăng Toản

2


Bài trình bày theo nhóm
Mỗi nhóm có một bài tập trình bày bằng slide, trong vòng 5-7 phút
 Tìm hiểu về ổn định quá độ






Tìm hiểu về ổn định điện áp



USA 2003
Việt Nam 2013
…..


Nguyễn Đăng Toản

3

Các đề tài khoa học và chuyên đề đồ án tốt nghiệp







10/16/2015

Nghiên cứu các dạng ổn định HTĐ,
Các yếu tố ảnh hưởng
Các biện pháp nâng cao ổn định
Nghiên cứu khả năng nâng cao giới hạn
truyền tải, nâng cao ổn định của HVDC,
FACTS
Nghiên cứu ảnh hưởng đến ổn định HTĐ khi
có HVDC-VSC, năng lượng gió

Nguyễn Đăng Toản


 Lịch sử phát triển của hệ thống điện
 Nguyên nhân của các sự cố tan rã hệ thống điện
 Định nghĩa và phân loại về ổn định hệ thống điện
 Một số ví dụ về tan rã hệ thống điện
 Các chế độ làm việc của hệ thống điện
 Mục tiêu của khảo sát ổn định

10/16/2015

Nguyễn Đăng Toản

6


10/16/2015

7

Nguyễn Đăng Toản

1. Giới thiệu chung

1.1 Lịch sử phát triển của HTĐ
Bóng đèn của Edison


Năm 1882, Thomas Alva Edison lần đầu
thiết lập nhà máy điện ở Mỹ, với tải là 400
bóng đèn, mỗi bóng có công suất 83 W.



8


1. Giới thiệu chung

1.1 Lịch sử phát triển của HTĐ (tiếp)


Khi HTĐ phát triển, làm nảy sinh các vấn đề


Các chỉ tiêu kỹ thuật







Các chỉ tiêu kinh tế

Hai yếu tố quyết định đến sự phát triển của HTĐ:





Tổn thất khi truyền tải điện năng đi xa
Vấn đề ổn định/điều khiển hệ thống

PHÁT ĐIỆN
Đốt than

Cạn kiệt tài nguyên
Môi trường

nguyên
Thủy điện

Hạt nhân

HTĐ
khác

đ/dây liên lạc



Áp lực về tối đa hóa lợi
ích kinh tế



HTĐ
Phi điều tiết

Thị trường điện
DG

Các HTĐ đang được


PHÂN PHỐI
10


1. Giới thiệu chung

1.2 Một số ví dụ về tan rã htđ do mất ổn định (blackout)


Một số sự cố tan rã HTĐ trên thế giới do mất ổn định HTĐ














10/16/2015

Pháp, 1978, 1987
Bỉ, 1982
Thụy Điển, 1983

Phụ tải bị căt: 62800MW
Thời gian mất điện: 30 h

Các quốc gia tây âu -2006:




Phụ tải bị cắt: 27GW
Thiệt hại ước tính:chục tỉ USD

15 triệu người đã bị ảnh hưởng, chia
tách thành ba vùng độc lập, cắt khoảng
19000MW

Ấn độ -2012:


22/28 Bang mất điện, hơn 600 triệu
người đã bị ảnh hưởng
HẬU QUẢ NGHIÊM TRỌNG

Nguyễn Đăng Toản

11

HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆTNAM THÌ SAO?


Ngày 17/5/2005:




Sự cố 2 mạch đường dây 500kV Pleiku-Đà Nẵng mất liên kết
đã làm mất điện nhiều tỉnh, thành phố miền Bắc. Một số NMNĐ
chạy than bị tách khỏi lưới. Đến 5h41 sự cố được xử lý và liên
kết lại được 2 mạch đường dây 500kV.

Lúc 10h07 ngày 25/9/2009:


10/16/2015

Điện áp sụt giảm nhanh tại trạm 500kV Đà Nẵng (425kV) và
trạm 500kV Hà Tĩnh (415kV) gây sụp đổ điện áp trên hệ thống
điện 500kV. Tại trạm Hà Tĩnh, bảo vệ điện áp thấp ở mức 2
(350kV) đã tác động cắt cả 2 mạch đường dây 500kV Hà Tĩnh
– Đà Nẵng tách đôi hệ thống điện 500kV Việt Nam. Tổng
lượng tải bị mất là 1440MW.
13

Nguyễn Đăng Toản

1. Giới thiệu chung

HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆTNAM THÌ SAO?


Miền nam Việt Nam







Điện bị mất lúc 2 giờ chiều ở phần lớn Phnôm Pênh, đến tối mới có điện trở lại

15 nhà máy điện với 43 tổ máy phải tách ra khỏi lưới điện. Tổng thời gian khôi phục
kéo dài 8 tiếng. Hậu quả của vụ việc được đánh giá là rất nghiêm trọng
Thiệt hại chỉ đối với ngành điện ước tính ban đầu là 14 tỉ đồng

Phản ứng

10/16/2015

Nguyễn Đăng Toản

14


HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆTNAM THÌ SAO?

-Điện áp giảm thấp- Sụp đổ điện áp???
- Tần số giảm nhanh- dẫn đến các MPĐ nhiệt
điện – Sụp đổ tần số
- Thời gian khoảng hơn 1 phút??? Nhanh

10/16/2015

15

Sự cố
Nguy hiểm

Suy giảm
tẩn số

Mất ổn định
Tần số

G
Max Q

Quá tải
G
line

V?

Max tap

V thấp
V giảm

Tổn thất Q

đ/d dài

G
10/16/2015



10/16/2015

17

Nguyễn Đăng Toản

1. Giới thiệu chung

1.3 Nguyên nhân của các sự cố tan rã HTĐ
Bảo dưỡng
Không update các
tiêu chuẩn mới

Thiết kế, chỉnh
định sai

Thiết bị quá
cũ

Bảo dưỡng
bất thường

Không tuân thủ
các tiêu chuẩn

Thiếu các
khóa đào tạo
nâng cao


Phối hợp kém

Tự nhiên

Điều kiện bất
thường

Khẩn cấp

Vận hành

N/nhân khách quan
18


1. Giới thiệu chung

1.4 Phân loại về ổn định HTĐ


Khái niệm về sự đồng bộ hóa


Trạng thái đồng bộ và pha
δ

100km/h
100km/h

Rotor

lý/trạng thái) nằm trong giới hạn và duy trì tính toàn
vẹn của HTĐ.
Tính toàn vẹn của HTĐ được duy trì khi thực tế toàn
bộ HTĐ vẫn còn nguyên vẹn mà không cần phải cắt
các MPĐ/Tải một cách không cần thiết

Nguyễn Đăng Toản

20


1. Giới thiệu chung

1.4 Phân loại về ổn định HTĐ


Sau khi trải qua sự cố, HTĐ là ổn định nếu như nó đạt đến
một trạng thái cân bằng mới và duy trì tính toàn vẹn





Ngược lại, nếu hệ thống mất ổn định, sẽ dẫn đến sự tăng
lên, hoặc giảm xuống nhanh chóng của các biến, ví dụ






Ổn định điện áp

- Khả năng duy trì sự đồng bộ - Khả năng duy trì tần số - Khả năng duy trì mô đun
hóa
trong dải cho phép
điện áp tại các nút
- Sự cân bằng mô men cơ/điện - Sự cân bằng công suất - Sự cân bằng công suất Q
của MPĐ đồng bộ
tác dụng của MPĐ và tải
và khả năng đ/k điện áp

Nhiễu loạn
nhỏ

Ngắn hạn
10/16/2015

Nhiễu loạn
nhỏ

Kích động lớn
(Quá độ)

Nguyễn Đăng Toản

Ngắn hạn

Dài hạn

Ngắn hạn

2400
2300

Ổn định HTĐ

0

3

6

9

12 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 47 50 53 56 59 62 65 68 71 74

t (s)

Góc roto 

Mất ổn định do nhiễu loạn nhỏ(USA1996)

Ồn định góc roto Ổn định tần số Ổn định điện áp

t/h 3

t/h 2
t/h 1

0
Nhiễu loạn


23

Sụp đổ điện áp trong khoảng dài hạn (USA 1996)

1. Giới thiệu chung

Ví dụ tan rã HTĐ do dao động công suất WSCC-1996


Ví dụ tan rã HTĐ WSCC do dao động công suất (10 August 1996
WSCC (Western Systems Coordinating Council )


Nhiệt độ cao ở vùng Tây bắc; Công suất truyền tải lớn từ Canada đến
California.



Trước khi xảy ra sự cố chính, ba đ/d 500 kV từ vùng Columbia River
đến trung tâm phụ tải Oregon đã bị cắt ra do phóng điện vào cây.



Đ/d liên lạc: California-Oregon Interties mang tải 4330 MW từ bắc – nam



Đ/d liên lạc HVDC Pacific mang tải 2680 MW từ bắc – nam, 2300 MW
chạy từ British Columbia

2900
2800
2700
2600
2500
2400
2300
0
10/16/2015

MW Flow on Malin –Round Mountain
3

6

9

12 16 19 22

Nguyễn Đăng Toản

25 28

31 34

37 40 43

47 50 53 56 59 62

65 68












10/16/2015

Phóng điện một pha tại thanh góp của trạm biến áp Bauru Substation do sét
đánh
Do hệ thống bảo vệ thanh góp của Bauru đã dẫn đến cắt 5 đường dây 440
kV
HTĐ vẫn duy trì ổn định sau sự cố đầu tiên, tuy nhiên sau đó dẫn đến mất
ổn định khi một đường dây 400kV khác, đang mang tải nặng bị cắt ra do
vùng ba của bảo vệ khoảng cách
Quá trình cắt liên tiếp các đường dây, NMĐ tại Sao Paulo, kéo theo mất
đường HVDC và 750 kV AC nối với Thủy điện Itaipu
HTĐ hoàn toàn bị chia tách: mất 24.700 MW tải; còn vài đảo độc lập với
lượng tải là 10,000 MW

Mất ổn định quá độ
27

Nguyễn Đăng Toản







10/16/2015

Đ/d liên lạc AC: 4300MW (giới hạn là 4800MW)
Đ/d liên lạc DC: 2800MW ( giới hạn là 3100MW)

Sau đó có một sự cố ngắn mạch một pha trên đường dây
345 kV từ nhà máy điện 200MW Jim Bridger trong vùng
Wyoming đến Udaho do phóng điện từ đường dây vào
cây trong hành lang tuyến.
29

Nguyễn Đăng Toản

1. Giới thiệu chung

Ví dụ sự cố do sụp đổ điện áp –WSCC-1996











10/16/2015

Sự tan rã HTĐ xảy ra sau khoảng 35 giây từ sự cố đầu
tiên. Khoảng 2,2 triệu người đã bị ảnh hưởng, lượng tải bị
mất vào khoảng 11900MW.
Nguyên nhân chính là sự sụp đổ điện áp

Nguyễn Đăng Toản Hình

vẽ II-2: Quá trình sụp đổ điện áp trên hệ thống 500kV

31

1. Giới thiệu chung

Ví dụ sự cố do sụp đổ điện áp –WSCC-1996

10/16/2015

Nguyễn Đăng Toản

32


1. Giới thiệu chung

TSAT được dùng để mô phỏng lại sự cố

10/16/2015


10/16/2015

Nguyễn Đăng Toản

34


1. Giới thiệu chung

Ví dụ sự cố do sụp đổ tần số



Trước khi có sự cố tại Ý,
Có sự cố tại USA 14/8/2003

10/16/2015

10/16/2015

Nguyễn Đăng Toản

Nguyễn Đăng Toản

35

36



Nguyễn Đăng Toản

1. Giới thiệu chung

Ví dụ sự cố do sụp đổ tần số


Lúc 03:21, lượng nhập khẩu điện của Italy đã giảm 300
MW nhưng không đủ để giảm lượng quá tải trên đường
dây còn lại (380 kV Sils-Soazza), sau đó đã bị cắt do dây
võng và phóng điện vào cây trên hành lang tuyến lúc
03:25:22



Quá trình sụp đổ có xu hướng tiếp tục và lượng công suất
thiếu hụt của Italia đã làm quá tải và cắt tiếp các đường
dây liên lạc với France, Austria và Slovania
Việc mất các đường dây liên lạc này làm hệ thống Italy
thiếu 6400 MW



10/16/2015

Nguyễn Đăng Toản

38



Nguyễn Đăng Toản

1. Giới thiệu chung

Ví dụ sự cố do sụp đổ tần số

10/16/2015

Nguyễn Đăng Toản

40


1. Giới thiệu chung

Sự cố ngày 4/11/ 2006 tại châu Âu


HTĐ liên kết châu Âu





24 quốc gia, 29 TSOs
Hệ thống điện phân tán (DG)

Bị chia tách thành 3 miền nhỏ, với tần số khác nhau nhưng
không có tan rã vì có hệ thống sa thải tần số làm việc tốt






10/16/2015

Một số đ/dây bị cắt ra, lượng công
suất trao đổi ĐÔNG-TÂY (ESTWEST) lớn
E.ON Nezt có kế hoạch cắt đ/d:
Conneforde-Diele. E.ON Nezt
thông báo với RWE TSO và
TenneT. Thỏa mãn tiêu chuẩn N-1
Yêu cầu lại là cắt đ/d sớm hơn 3
giờ, E.ON thực hiện phân tích
theo tiêu chuẩn N-1- thỏa mãn,
nhưng thông báo đến RWE TSO
và TenneT chậm đến lúc 7pm4/11/ 2006

43

Nguyễn Đăng Toản

1. Giới thiệu chung

Sự cố ngày 4/11/ 2006 tại châu Âu


Trình tự sự cố:



10/16/2015

45

Nguyễn Đăng Toản

1. Giới thiệu chung

Sự cố ngày 4/11/ 2006 tại châu Âu




Vùng 1: tần số giảm xuống 49Hz, do hệ thống tự động sa thải
phụ tải.
Vùng 2: Lượng công suất thừa là 6000 MW

10/16/2015

Nguyễn Đăng Toản

46


47

10/16/2015

TS. Nguyễn
Nguyễn

Đảm bảo các tiêu chuẩn về tần số, điện áp, sóng hài…

Đảm bảo độ tin cậy


Các phụ tải phải đc cung cấp điện liên tục với chất lượng đảm
bảo

Đảm bảo hiệu quả kinh tế


10/16/2015

Xác lập bình thường
Xác lập sau sự cố

Chi phí, sản xuất, truyền tải và phân phối là nhỏ nhất

Nguyễn Đăng Toản

48


1. Giới thiệu chung

1.5 Các chế độ làm việc của HTĐ


Đối với chế độ xác lập sau sự cố


cho phép (của chế độ sự cố)
49

Nguyễn Đăng Toản

1. Giới thiệu chung

1.6 Mục tiêu của khảo sát ổn định




Khảo sát đặc tính ổn định ở chế
độ xác lập: nhằm đảm bảo cân
bằng công suất, từ, mô men
 Pphát=Ptải+P
 Qphát=Qtải+Q
2
2
2
 S = P +Q
Khảo sát các dạng ổn định và
nguyên nhân gây ra mất ổn định
khác nhau
 Ổn định quá độ (ổn định
động)
 Ổn định với nhiễu loạn nhỏ
 Ổn định điện áp



Đề xuất các biện pháp nâng
cao ổn định HTĐ



Phòng ngừa (preventive)
Cứu vãn (corrective )

ĐỂ ĐẢM BẢO HTĐ ĐƯỢC VẬN HÀNH TIN CẬY, KINH TẾ, AN TOÀN

10/16/2015

Nguyễn Đăng Toản

50