BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Nguyễn Mạnh Cường

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN TRUYỀN TẢI
THEO ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN PHỨC TẠP,
ỨNG DỤNG VÀO HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Hà Nội – 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Nguyễn Mạnh Cường

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN TRUYỀN TẢI
THEO ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN PHỨC TẠP,
ỨNG DỤNG VÀO HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM
Ngành: Kỹ thuật điện
Mã số : 9520201

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. GS. TS. Lã Văn Út
2. TS. Trương Ngọc Minh



Thời gian làm Nghiên cứu sinh tại trường Đại học Bách khoa Hà Nội
(ĐHBKHN) đã làm thay đổi sâu sắc thế giới quan của tôi. Những bài học mới,
những khám phá khoa học của luận án chỉ là một phần rất nhỏ những gì tôi
học được trong 6 năm nghiên cứu. Điều lớn hơn tôi lĩnh hội được từ tập thể
hướng dẫn, đó là tư duy khoa học và sự khiêm tốn. Tôi muốn gửi lời cảm ơn
chân thành nhất đến GS. TS. Lã Văn Út và TS. Trương Ngọc Minh đã luôn
động viên tôi trong những thời điểm khó khăn và giúp đỡ không giới hạn để
tôi hoàn thành luận án.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới tập thể cán bộ giảng viên Bộ môn Hệ thống
điện, cán bộ Viện Điện và Viện Sau đại học đã luôn giúp đỡ, tạo mọi điều
kiện, đồng thời động viên tinh thần, giúp tôi từng bước hoàn thành các học
phần bổ sung, học phần Tiến sĩ, các chuyên đề Tiến sĩ.
Tôi không thể hoàn thành luận án nếu thiếu sự giúp đỡ của cơ quan nơi
tôi công tác. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Lãnh đạo và cán bộ Viện Năng lượng –
Bộ Công Thương, Lãnh đạo và đồng nghiệp Phòng Phát triển Hệ thống điện
(P8) đã xắp xếp - bố trí công việc và thời gian thuận lợi để tôi được nghiên
cứu học tập tại ĐHBKHN.
Cuối cùng, luận án này tôi muốn dành cho gia đình. Cảm ơn người bạn
đời, Ngô Phương Anh, đã luôn thông cảm, chia sẻ, động viên; hai con gái là
nguồn cảm hứng của tôi; cảm ơn Bố Mẹ với sự ủng hộ và hy sinh vô bờ bến
để tôi hoàn thành chặng đường dài, hướng đến chân trời tri thức mới.

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN............................................................................................... ii
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ................................................. vi

xác định giới hạn truyền tải theo điều kiện ổn định .................................. 37
1.6.1 Nâng cao giới hạn ổn định bằng các giải pháp cấu trúc ........ 38
1.6.2 Nâng cao ổn định hệ thống bằng các biện pháp vận hành .... 38
1.7 Định hướng phương pháp nghiên cứu của luận án và giới hạn
phạm vi nghiên cứu .................................................................................. 39
1.8 Kết luận chương 1........................................................................ 39
2 PHƯƠNG PHÁP NGOẠI SUY TIỆM CẬN TÍNH TOÁN NHANH GIỚI
HẠN ỔN ĐỊNH TRÊN CƠ SỞ THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CHẾ ĐỘ XÁC LẬP 41
2.1 Đặt vấn đề ................................................................................... 41
iii


2.2 Cơ sở lý thuyết của phương pháp ngoại suy tiệm cận xác định giới
hạn ổn định .............................................................................................. 42
2.2.1 Điều kiện HTĐ ở trạng thái giới hạn ổn định ........................ 42
2.2.2 Một số nội dung hình học giải tích không gian...................... 43
2.2.3 Áp dụng lý thuyết hình học giải tích không gian cho hệ phương
trình trạng thái HTĐ .......................................................................... 47
2.2.4 Xây dựng biểu thức xấp xỉ xác định giới hạn công suất nút
HTĐ theo điều kiện ổn định ............................................................... 50
2.2.5 Xây dựng chương trình tính toán giới hạn ổn định HTĐ theo
phương pháp ngoại suy tiệm cận ........................................................ 54
2.3 Nghiên cứu diễn biến quá trình tiến đến mất ổn định của HTĐ đơn
giản thông qua tiêu chuẩn mất ổn định phi chu kỳ và phương pháp NSTC ..
.................................................................................................... 58
2.3.1 Hệ phương trình CĐXL và các biểu thức tính toán cơ bản .... 59
2.3.2 Giải trực tiếp hệ phương trình và xác định giới hạn ổn định
theo phương pháp NSTC .................................................................... 61
2.3.3 Xác định giới hạn công suất nút theo điều kiện ổn định theo
phương pháp tính toán liên tiếp và đối chiếu với kết quả của phương


Nghiên cứu hiệu quả phương pháp qua ví dụ các sơ đồ khác nhau .
.................................................................................................. 104
3.5.1 Sơ đồ Ward-Hale 6 bus ....................................................... 104
3.5.2 Sơ đồ IEEE 14 bus ............................................................. 105
3.5.3 Sơ đồ IEEE 39 bus ............................................................. 107
3.6 Ứng dụng tính toán cho sơ đồ HTĐ Việt Nam ............................ 110
3.6.1 Hệ thống điện truyền tải 500-220-110 kV Miền Tây 138 bus ...
............................................................................................ 110
3.6.2 Hệ thống điện truyền tải Việt Nam 2020 ............................. 117
3.7 Kết luận chương 3 ...................................................................... 120
4 NGHIÊN CỨU MỞ RỘNG ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP NSTC TRONG
GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH HTĐ ............................................... 122
4.1 Giám sát và điều khiển diện rộng HTĐ và các nội dung liên quan
đến ổn định hệ thống .............................................................................. 122
4.2 Mô phỏng ứng dụng phương pháp cảnh báo ổn định theo các chỉ
dấu nguy hiểm mất ổn định điện áp các nút ........................................... 123
4.2.1 Phân tích sự thay đổi của các chỉ số cảnh báo ổn định với hệ
thống điện Ward & Hale 6-Bus ......................................................... 124
4.2.2 Mô phỏng quá trình theo dõi và cảnh báo ổn định qua hệ số
dự trữ công suất nút tính theo phương pháp NSTC ......................... 128
4.3 Kết luận chương 4...................................................................... 130
5 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .................................................................. 131
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................... 134
Kết luận về những đóng góp khoa học của luận án ............................. 134
Kiến nghị về những nghiên cứu tiếp theo ............................................ 134
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 136
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN............... 141
PHỤ LỤC .................................................................................................... 1
Phụ lục 1 ................................................................................................. 1

HTĐ
HVDC
IEEE
ISO
LOLP
MBA
MCP
MFĐ
MO
NĐ
NMĐ
NMNĐ
NMTĐ

:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:

Điều chỉnh tự động
Đường dây siêu cao áp
Đường dây
Electricity of Vietnam
Cục Điều tiết Điện lực
Flexible Alternating Current Transmission System
Giới hạn công suất nút
Giới hạn ổn định
Công ty phát điện
Hệ thống
Hệ thống điện
High Voltage Direct Current
Institute of Electrical and Electronics Engineers
Independence System Operator
Loss of Load Probability
Máy biến áp
Market Clearing Price
Máy phát điện
Market Operator
Nhiệt điện
Nhà máy điện
Nhà máy nhiệt điện
Nhà máy thủy điện
vi


NPT
NSTC
ÔĐT
OECD

:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:

National Power Transmission Cooperation
Ngoại suy tiệm cận
Ổn định tĩnh
Organization for Economic Cooperation and Development
Power Company - Công ty điện lực
Phasor Measurements Unit
Phương trình đặc trưng
Phương trình vi phân
Power Exchange
Quá trình quá độ
Công ty bán lẻ điện
Sức điện động

..................................................................................................................... 72
Bảng 2.7 Kế quả tính toán giới hạn ổn định sơ đồ Ward&Hale khi công
suất tải tăng 20% .......................................................................................... 73
Bảng 2.8 So sánh kết quả tính GHÔĐ theo phương pháp lặp (CONUS) và
NSTC ............................................................................................................ 73
Bảng 2.9 Thông số trạng thái chế độ xác lập HTĐ IEEE 14 Bus .............. 74
Bảng 2.10 Kết quả tính toán giới hạn công suất nút case IEEE 14-Bus ... 75
Bảng 2.11 So sánh các chỉ số giới hạn ổn định trước và sau khi đặt bù .. 76
Bảng 2.12 Công suất giới hạn tại một số nút của hệ thống IEEE 39 tính
theo phương pháp NSTC và tính lặp ............................................................ 78
Bảng 2.13 Kết quả tính toán giới hạn CSTD nút tải theo 2 phương pháp. 82
Bảng 2.14 Kết quả tính toán giới hạn CSPK nút tải theo 2 phương pháp 82
Bảng 3.1 Ma trận dự trữ công suất truyền tải theo tiêu chí ổn định tĩnh 101
Bảng 3.2 Giới hạn công suất nút Pghn– sơ đồ 6 Bus (đơn vị MW) .......... 104
Bảng 3.3 GHSPTT Pspt – sơ đồ 6 Bus (đơn vị MW) ............................... 105
Bảng 3.4 Ma trận dự trữ ổn định – sơ đồ 6 Bus (đơn vị: %) ................... 105
Bảng 3.5 Giới hạn CS nút và giới hạn CS truyền tải song phương tăng thêm
– sơ đồ IEEE 14 Bus (đơn vị MW) .............................................................. 106
Bảng 3.6 Ma trận Hệ số dự trữ truyền tải theo tiêu chí ổn định ............. 107
Bảng 3.7 Ma trận Pghn của HTĐ IEEE 39 Bus ...................................... 108
Bảng 3.8 Ma trận Pspt của HTĐ IEEE 39 Bus ....................................... 108
Bảng 3.9 Ma trận dự trữ truyền tải song phương của HTĐ IEEE 39 Bus
................................................................................................................... 109
Bảng 3.10 Ma trận Pghn của HTĐ Miền Tây .......................................... 111
Bảng 3.11 Ma trận Pspt của HTĐ Miền Tây ........................................... 112
Bảng 3.12 Ma trận hệ số dự trữ truyền tải đối với các hợp đồng song
phương ....................................................................................................... 114
viii



Hình 1.3 Miền giới hạn công suất truyền tải trên đường dây cấp điện phụ
tải ................................................................................................................. 10
Hình 1.4 Đặc tính công suất theo điện áp tại nút tải ................................ 10
Hình 1.5 Phân loại ổn định hệ thống điện ................................................ 12
Hình 1.6 Minh họa tiêu chuẩn ổn định theo Lyapunov ............................ 15
Hình 1.7 Biểu diễn hình học tiêu chuẩn tần số Mikhailov ........................ 19
Hình 1.8 Các dạng số gia góc của véctơ D(j) trong mặt phẳng phức ....... 20
Hình 1.9 Chuyển động của nghiệm PTĐT trên mặt phẳng phức .............. 24
Hình 1.10 Phương pháp chia đôi liên tiếp bước tính cuối cùng tìm giới hạn
ổn định ......................................................................................................... 26
Hình 1.11 Thuật toán tương đương hóa HTĐ thành hình tia để tìm giới
hạn ổn định .................................................................................................. 27
Hình 1.12 Mô tả quỹ đạo nghiệm nguy hiểm để tìm giới hạn ổn định ...... 29
Hình 1.13 Góc công suất ở các trạng thái khác nhau ............................... 34
Hình 1.14 Cấu trúc mạng Noron nhân tạo ... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.1 Tọa độ điểm a trong không gian ................................................ 43
Hình 2.2 Đường cong trong không gian ................................................... 43
Hình 2.3 Mặt cong đi qua điểm a trong không gian.................................. 44
Hình 2.4 Giao điểm giữa mặt cong và đường cong trong không gian ........ 44
Hình 2.5 Vị trí tương đối giữa mặt cong và đường cong không gian ......... 45
Hình 2.6 Điểm cắt M ở vị trí ban đầu (a) và ở giới hạn ổn định (b) .......... 51
Hình 2.7 Biến thiên trị số hàm fi khi điểm cắt M dịch chuyển ................. 51
Hình 2.8 Sơ đồ khối chương trình tính toán ............................................ 56
Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý HTĐ đơn giản 3 nút ......................................... 58
Hình 2.10 Diễn biến định thức ma trận Jacobi khi CSPK Q3 tăng đến giới
hạn ............................................................................................................... 64
Hình 2.11 Diễn biến các góc 2, 3 và 0 khi Q3 thay đổi .......................... 64
Hình 2.12 Diễn biến các góc công suất nút 1, 2 và 3 khi CSPK nút 3
thay đổi ........................................................................................................ 65
Hình 2.13 Công suất giới hạn Pm3 và |J| tương ứng với sự thay đổi của

................................................................................................................... 118
Hình 4.1 Biểu đồ phụ tải tương đối các nút sơ đồ Ward & Hale 6-Bus... 124
Hình 4.2 Thay đổi hệ số dự trữ công suất nút ........................................ 126
Hình 4.3 Thay đổi góc công suất các nút ................................................ 127
Hình 4.4 Thay đổi giá trị quy chuẩn khai triển SVD .............................. 127
Hình 4.5 Biến thiên hệ số dự trữ công suất các nút. .............................. 129
Hình 4.6 Thời gian cần cảnh báo nguy hiểm mất ổn định điện áp. ........ 130

xi


KÝ HIỆU HÌNH VẼ

Ký hiệu

G

Diễn giải
Máy phát điện
Cuộn dây
Tổng trở (hoặc tổng dẫn)

Máy biến áp 2 cuộn dây

Máy biến áp 3 cuộn dây

Phụ tải điện

Tụ điện


của thị trường điện. Tuy nhiên, năng lực truyền tải của lưới điện không
phải vô hạn. Có rất nhiều rào cản kỹ thuật đối với khả năng truyền tải của
lưới điện như: giới hạn phát nóng, giới hạn sụt áp và giới hạn theo điều
kiện ổn định HTĐ.
Việc đầu tư phát triển hệ thống truyền tải rất tốn kém và ngày càng khó
khăn (do quỹ đất hạn chế). Do đó, các HTĐ ngày nay thường có xu hướng
khai thác tối đa giới hạn truyền tải cho phép để đảm bảo bài toán kinh tế
hệ thống. Trong các giới hạn truyền tải theo điều kiện kỹ thuật, giới hạn
theo điều kiện ổn định HTĐ là khó xác định nhất, do sự đa dạng về bản
chất hiện tượng ổn định, được rất nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu. Một
trong những câu hỏi lớn luôn được đặt ra là: trạng thái vận hành hiện tại
của HTĐ còn cách giới hạn ổn định (GHÔĐ) bao xa và làm thế nào để định
lượng được mức độ ổn định của trạng thái này?
Kết quả tính toán có ý nghĩa rất quan trong trong thiết kế và vận hành
HTĐ. Trong điều kiện vận hành, mỗi phương thức điều chỉnh chế độ đều
liên quan đến sự thay đổi các đặc trưng ổn định và tương quan với chế độ
giới hạn cho phép. Khi hoạt động theo cơ chế thị trường điện các phương
thức giao dịch xuất hiện liên tiếp và đa dạng, bài toán quản lý hệ thống xét
đến giới hạn ổn định cần được giải quyết thường xuyên. Trong thiết kế quy
hoạch việc lựa chọn cấu trúc sơ đồ, phương án đặt thêm thiết bị nâng cao
ổn định hệ thống cũng cần xem xét đến hàng loạt tình huống chế độ khác
nhau liên quan đến giới hạn ổn định. Để đáp ứng cho các bài toán trên cần
có những phương pháp tính toán nhanh, thuận tiện chế độ giới hạn, xét
được hàng loạt các kịch bản và phương thức khác nhau trong thời gian
ngắn. Rất tiếc hiện nay chưa có được những phương pháp đủ hiệu quả đáp
ứng yêu cầu nói trên. Đề tài luận án được đặt ra trong bối cảnh trên với
1


Luận án đủ ở file: Luận án full