Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
---------* --------- Đặng Hoài Nam

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
ĐẾN QUÁ TRÌNH SỤP ĐỔ ĐIỆN ÁP TRONG
HỆ THỐNG ĐIỆN Chuyên ngành: Thiế t bị mạ ng và nhà má y điệ n LUẬN VĂN THẠC SĨ: THIẾ T BỊ MẠ NG VÀ NHÀ MÁ Y ĐIỆ N
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS Nguyễn Đăng Toản
LUẬN VĂN THẠC SĨ: THIẾ T BỊ MẠ NG VÀ NHÀ MÁ Y ĐIỆ N
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS Nguyễn Đăng Toản Thái Nguyên, năm 2010
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Luận văn Thạc sĩ Lời cam đoan

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Đặng Hoài Nam Lớp: K11 TBM&NMĐ
1

LỜI CAM ĐOAN


tất cả các thầy, các cô Khoa sau đại học, Khoa điện và các bạn đồng nghiệp trường
Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên.

Thái Nguyên, ngày 24 tháng 8 năm 2010
Tác giả luận văn Đặng Hoài Nam Luận văn Thạc sĩ Tóm tắt luận văn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Đặng Hoài Nam Lớp: K11 TBM&NMĐ
3

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Hệ thống điện (HTĐ) đóng vai trò quan trọng đối với sự phát triển kinh tế của


Học viên: Đặng Hoài Nam Lớp: K11 TBM&NMĐ
4
các kết quả mô phỏng với HTĐ Bắc Âu được đưa ra phân tích.Và để ngăn chặn sụp
đổ điện áp, biện pháp sử dụng hệ thống rơle xa thải phụ tải theo điện áp thấp được
trình bày trong chương IV của luận văn. Chương V là các kết luận chủ yếu và các
kiến nghị.

Luận văn Thạc sĩ Mục lục
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Đặng Hoài Nam Lớp: K11 TBM&NMĐ
5

MỤC LỤC Trang
Lời cam đoan
1
Lời cảm ơn 2
Tóm tắt luận văn 3
Mục lục 5
Danh mục các hình vẽ 9
Danh mục các bảng 12
Thuật ngữ viết tắt 13
Chương 1 Giới thiệu chung 15
1.1 Tính cấp thiết của đề tài 15
1.2 Các nội dung chính của luận văn 17

2.2.2.3 Kịch bản 3 42
2.2.2.4 Kịch bản 4 43
2.2.3 Phương pháp nghiên cứu ổn định điện áp 43
2.2.3.1 Hướng tiếp cận dựa trên mô phỏng động 45
2.2.4 Phương pháp phòng ngừa và ngăn chặn sụp đổ điện áp 46
2.2.4.1 Điêù khiển khẩn cấp ULTC 47
2.2.4.2 Xa thải phụ tải 48
2.3 Các đề xuất ngăn chặn các sự cố tan rã hệ thống điện 49
2.4 Kết luận 52
Chương 3 Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sụp đổ điện áp
trong hệ thống điện
53
3.1 Giới thiệu chung 53
3.2 Phần mềm mô phỏng hệ thống điện – PSS/E 54
3.2.1 Giới thiệu chung 54
3.2.2 Giới thiệu tổng quan về chương trình PSS/E 55
3.2.3 Các thủ tục cơ bản khi tính toán trào lưu công suất 58
3.2.3.1 Kiểm tra dữ liệu 58
3.2.3.2 Chỉnh sửa các số liệu 58
3.2.3.3 Quá trình tính toán với GAUSS-SEIDEL 58
3.2.3.4 Quá trình tính toán với NEWTON-RAPHSON 59
3.2.3.5 Báo cáo kết quả và in ấn 60
3.2.4 Tính toán tối ưu trào lưu công suất 60
3.2.4.1 Hàm mục tiêu 62
3.2.4.2 Các ràng buộc và các điều khiển 62
3.2.4.3 Độ nhạy 63
3.2.4.4 Các mô hình trong tính toán trào lưu công suất thông
thường
64
3.2.4.5 Mô phỏng các đại lượng điều khiển trào lưu công suất 67

3.4 Kết luận 103
Chương 4 Biện pháp ngăn chặn sụp đổ điện áp bằng việc dung
rơle xa thải phụ tải theo điện áp thấp
104
4.1 Giới thiệu chung 104
4.2 Lựa chọn các thông số đặt cho rơle 108
4.2.1 Chọn ngưỡng tác động cho rơle UVLS 108
4.2.2 Chọn lượng tải xa thải 113
4.2.3 Lựa chọn thời gian khởi động của rơle UVLS và khoảng
thời gian sa thải phụ tải
115
4.2.3.1 Xác định khoảng thời gian sa thải phụ tải của rơle UVLS 115
4.2.3.2 Xác định thời gian bắt đầu khởi động rơle UVLS 115
4.3 Kiểm tra tính hiệu quả bằng mô phỏng động 116
4.3.1.1 Kịch bản 1 116
4.3.1.2 Kịch bản 2 117

Luận văn Thạc sĩ Mục lục
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Đặng Hoài Nam Lớp: K11 TBM&NMĐ
8
4.3.1.3 Kịch bản 3 118
4.3.1.4 Kịch bản 4 119
4.3.1.5 Kịch bản 5 120
4.4 Kết luận 121
Chương 5 Kết luận và kiến nghị
123
5.1 Kết luận 123

Hình vẽ 2-3: Sơ đồ và trình tự các sự cố dẫn đến tan rã HTĐ WSCC
10/08/1996
24
Hình vẽ 2-4: Tổng công suất truyền tải trên đường dây California-
Oregon [19]
26
Hình vẽ 2-5: Công suất tác dụng trong hệ thống điện Đan Mạch (vùng
Zealand)
29
Hình vẽ 2-6: Tần số và điện áp trong HTĐ Đức và Hungary trước và
sau khi 3h25phút33giây khi HTĐ Italy bị tách rời khỏi HTĐ UCTE
30
Hình vẽ 2-7 Tần số của HTĐ châu Âu trước và sau khi tan rã [17] 31
Hình vẽ 2-8: Tóm tắt các nguyên nhân chính của sự cố tan rã HTĐ 35
Hình vẽ 2-9: Cơ chế xảy ra sự cố tan rã hệ thống điện 37
Hình vẽ 2-10: Sự phân loại các dạng ổn định Hệ thống điện 38
Hình vẽ 2-11: Sụp đổ điện áp trong sự cố tan rã HTĐ ở Mỹ 14/08/2003
[14]
41
Hình vẽ 2-12: Các phương pháp nghiên cứu sụp đổ điện áp 45
Chương 3

Hình vẽ 3-1: Sơ đồ khối của chương trình PSS/E 57
Hình vẽ 3-2: Sơ đồ hệ thống điện BPA 75
Hình vẽ 3-3: Mô hình tải động phức hợp (loại LOAD) 80
Hình vẽ 3-4: Điện áp ở nút 11 trong các trường hợp A,B, và C 80
Hình vẽ 3-5: Điện áp ở nút 11 trong các trường hợp C (không có
ULTC) và D (có ULTC)
83
Hình vẽ 3-6: Sự dịch chuyển của ULTC với điện áp ở nút 11 và nút 10

hợp.
99
Hình vẽ 3-17: Kịch bản 4- Điện áp của thanh cái 41, 42, 43 và 46 101
Hình vẽ 3-18: Kịch bản 4- Công suất phản kháng của MPĐ
G4041,G4042,G4047, G4051
101
Chương 4

Hình vẽ 4-11: Ngưỡng tác động cho rơle UVLS 109
Hình vẽ 4-2: Điện áp tại nút 42 khi áp dụng qui tắc của C. W. Taylor
[26]
110
Hình vẽ 4-3: Điện áp tại nút 42 khi áp dụng qui tắc của tác giả [37] 111
Hình vẽ 4-4: Điện áp tại nút 41 khi áp dụng qui tắc của tác giả [37] 112
Hình vẽ 4-5: Cấu trúc dùng rơ le UVLS tập trung 113
Hình vẽ 4-6: Cấu trúc dùng rơ le UVLS phân tán với khái niệm phụ tải
thông minh
114

Hình vẽ 4-7: Kịch bản 1- Điện áp tại thanh góp 41 khi có cơ cấu rơle
UVLS đề xuất
117
Hình vẽ 4-8: Kịch bản 2 – Điện áp của thanh cái 46 khi có cơ cấu
UVLS đề xuất
118

Luận văn Thạc sĩ Danh mục các hình vẽ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Stt Bảng Trang
1 Bảng 3-1: Điện áp và công suất phản kháng ở điều kiện ban đầu 76
2 Bảng 3-2: Các trường hợp nghiên cứu và một kịch bản điển hình 76
3 Bảng 3-3: Các giá trị hệ số mũ điển hình của các loại tải khác nhau
[2].
78
4 Bảng 3-4: Các MPĐ với giới hạn công suất phản kháng đầu ra 95 Luận văn Thạc sĩ Thuật ngữ viết tắt
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Đặng Hoài Nam Lớp: K11 TBM&NMĐ
13 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT


HVDC
High Voltage Direct Current
(Đường dây tải điện một chiều)
PMU
Phasor Measurement Unit
(Hệ thống đo góc pha)
PSS
Power System Stabilizer
(Bộ ổn định công suất)
PSS/E
Power System Simulation Engineering
(Mô phỏng hệ thống điện)

Luận văn Thạc sĩ Thuật ngữ viết tắt
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Đặng Hoài Nam Lớp: K11 TBM&NMĐ
14
SE
State Estimator
(Hệ thống đánh giá trạng thái)
SMA
Seclective Modal Analysis
(Phân tích mô hình lựa chọn)
SSR
Sybsynchronous Resonance
(Cộng hưởng tần số thấp)
SSS
Small Signal Stability


Học viên: Đặng Hoài Nam Lớp: K11 TBM&NMĐ
15
CHƢƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG

1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI:
Hệ thống điện đóng (HTĐ) vai trò quan trọng đối với sự phát triển kinh tế của
mỗi quốc gia vì nó là một trong những cơ sở hạ tầng quan trọng nhất của nền kinh
tế quốc dân. Một HTĐ thường phân chia thành ba phần chính: Phần phát điện - hay
phần nguồn điện - bao gồm các nhà máy phát điện như: nhiệt điện chạy than, nhiệt
điện chạy khí, nhà máy thủy điện, nhà máy điện hạt nhân, và một số loại phát điện
khác... Phần truyền tải, đây cũng có thể được coi là hệ thống xương sống của một
HTĐ bao gồm các đường dây cao áp, và máy biến áp truyền tải. Phần phân phối,
nơi điện áp được hạ thấp để cung cấp trực tiếp cho các phụ tải. Đây cũng là phần có
nhiều các nút nhất trong hệ thống điện, với nhiều loại phụ tải khác nhau. Để đảm
bảo chế độ vận hành bình thường thì HTĐ cần thoả mãn các điều kiện về an ninh,
tin cậy, đảm bảo chất lượng điện năng, và yêu cầu về kinh tế.
Tuy nhiên, các HTĐ nói chung và HTĐ Việt Nam nói riêng đang phải đối mặt
với những khó khăn: Thứ nhất là sự tăng lên quá nhanh của phụ tải: Đặc biệt là với
một nước đang phát triền rất nhanh như Việt Nam, tỉ lệ tăng tải trong khoảng 15-
20% mỗi năm đang đặt ra một thách thức lớn cho ngành điện và cả đất nước nói
chung: đó là làm sao phải đáp ứng được nhu cầu phụ tải. Vần đề thứ hai là sự cạn
kiệt tài nguyên thiên nhiên như than đá, dầu mỏ, khí đốt, và cả nguồn thủy điện.
Không chỉ riêng Việt Nam và cả thế giới đều nhận thức được rằng chúng ta đang
phải đối mặt với vấn đề cạn kiệt năng lượng sơ cấp, và giá nhiên liệu ngày càng
tăng trên bình diện quốc tế. Ở đây chúng ta cần hiểu rằng nguồn thủy điện cạn kiệt
nghĩa là tiềm năng thủy điện đã được phát hiện và khai thác gần hết. Đây cũng là
một áp lực to lớn đối với ngành điện của mỗi quốc gia. Việc ứng dụng công nghệ
hạt nhân trong sản xuất điện ở nước ta vẫn còn nhiều khó khăn, do vấn đề về công

khoảng 50 tỉ đô la. Một sự cố khác là sự sụp đổ tần số ở các nước Tây Âu năm 2006
cũng làm khoảng 15 triệu người bị ảnh hưởng, và rất nhiều các sự cố khác… Có rất
nhiều sự cố liên quan trực tiếp đến hiện tượng sụp đổ điện áp. Chính vì vậy mà việc
nghiên cứu về ổn định điện áp là một nhu cầu cấp thiết đối với HTĐ nói chung và
HTĐ Việt Nam nói riêng. Trong đề tài này chúng tôi nghiên cứu và mô phỏng các
yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sụp đổ điện áp trong hệ thống điện. Việc nghiên cứu
thành công luận văn sẽ giúp ích cho ngành điện lực, trong tính toán thiết kế, vận

Luận văn Thạc sĩ Chƣơng 1
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Đặng Hoài Nam Lớp: K11 TBM&NMĐ
17
hành và điều khiển HTĐ góp phần nâng cao ổn định điện áp, đảm bảo độ tin cậy
cung cấp điện.
Như phân tích ở trên, HTĐ Việt Nam cũng đang phải đối mặt với những thách
thức kể trên, đặc biệt là do yếu tố lịch sử, địa lý, và quá trình phát triển nhanh
chóng, khiến HTĐ Việt Nam ngày càng trở lên rộng lớn và phức tạp trong tính toán,
thiết kế vận hành và điều khiển. Từ đó cũng phát sinh các vấn đề kỹ thuật cần phải
được giải quyết, đặc biệt là những nghiên cứu về ổn định điện áp. Trong luận văn
này, chúng tôi tập trung nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định điện áp trong
HTĐ, cơ chế xảy ra sự cố, nguyên nhân cũng như dùng một biện pháp xa thải phụ
tải theo điện áp thấp để nâng cao ổn định điện áp trong HTĐ

1.2. CÁC NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN VĂN:
1.2.1. Nghiên cứu các sự cố tan rã HTĐ liên quan đến vấn đề mất ổn định do
mất ổn định điện áp:
Sự cố tan rã HTĐ là một trong những sự cố tồi tệ nhất đối với bất cứ HTĐ nào
bởi vì hậu quả của sự cố là rất lớn khi xem xét dưới góc độ kinh tế và an ninh năng

Trong thực tế, HTĐ thường là rộng lớn, với nhiều đường dây liên lạc trong khi số
lượng các thiết bị điều khiển lớn thì đây được coi là những biện pháp hưu hiệu nhất
trong việc nâng cao ổn định điện áp.
Trong luận văn này, chúng tôi dùng phương pháp mô phỏng động bằng PSS/E để
phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sụp đổ điện áp và đề xuất một cách
thức xa thải phụ tải theo điện áp thấp. Kết quả được tiến hành với hai hệ thống điện
của Carson Taylor và hệ thống điện Bắc Âu.

1.3. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN:
Bản luận văn được trình bày như sau:
Tính cấp thiết của đề tài được trình bày trong chương 1 của luận văn. Chương 2
của luận văn tóm tắt một số sự cố tan rã HTĐ điển hình trên thế giới trong một số
năm gần đây. Trong đó, sự mất ổn định do sụp đổ điện áp là một trong những
nguyên nhân chính. Các nguyên nhân chủ yếu dẫn đến các sự cố này, các định
nghĩa, cũng như là phương pháp nghiên cứu quá trình mất ổn định điện áp cũng
được trình bày trong chương này. Chương 3, giới thiệu việc dùng PSS/E để đánh
giá các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sụp đổ điện áp. Các kết quả mô phỏng với
HTĐ của Carson Taylor và HTĐ Bắc Âu cũng được trình bày ở đây. Trong chương

Luận văn Thạc sĩ Chƣơng 1
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Đặng Hoài Nam Lớp: K11 TBM&NMĐ
19
4 của luận văn, biện pháp dùng hệ thống xa thải phụ tải theo điện áp thấp được trình
bày, và tiến hành với HTĐ Bắc Âu. Chương 5 là các kết luận chủ yếu và các kiến
nghị.

1.4 GIỚI HẠN CỦA LUẬN VĂN:

1600MW. Điều này làm cho điện áp giảm xuống trong khoảng từ 8h5-8h10,
các nhân viên vận hành đã khóa bộ tự động điều áp dưới tải của các MBA
trên lưới cao áp (EHV/HV). Trong khoảng từ 8h20, thì điện áp của các nút
trên lưới truyền tải (400kV) đã giảm xuống trong khoảng từ 342kV-374kV.
Trong khi đó một số đường dây đã bị cắt ra do bảo vệ quá dòng, càng làm
điện áp bị giảm thấp thêm nữa, và sảy ra sụp đổ điện áp sau đó. Trong quá
trình khôi phục lại HTĐ đã xảy ra một sự cố sụp đổ điện áp khác. Hậu quả
của sự cố là 29GW tải đã bị cắt, với tổng năng lượng không truyền tải phân
phối được là 100GWh. Hậu quả về tiền được dự tính trong khoảng 200-300
triệu đôla. Nguyên nhân chính là sự mất ổn định và sụp đổ điện áp trong
khoảng thời gian 26 phút [1], [2], [3].
 Sự cố tan rã hệ thống điện ngày 04/08/1982 tại Bỉ: Bắt đầu bằng việc dừng
một tổ máy có công suất 700MW trong quá trình thí nghiệm nghiệm thu sau
bảo dưỡng. Sau khoảng 45 phút, bộ phận giới hạn kích từ của hai tổ máy khác
đã tác động để giảm lượng công suất phản kháng phát ra. Ba đến bốn phút sau

Luận văn Thạc sĩ Chƣơng 2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Học viên: Đặng Hoài Nam Lớp: K11 TBM&NMĐ
21
sự cố đầu tiên, ba tổ máy khác đã bị cắt ra do bảo vệ “Giới hạn công suất
phản kháng” của MPĐ. Vào lúc 3 phút 20 giây, điện áp trên một số nút của
một số nhà máy điện đã giảm xuống 0.82pu. Vào lúc 4phút 30 giây, hai máy
phát khác bị cắt ra bởi rơle tổng trở, dẫn đến sự sụp đổ điện áp do mất ổn định
điện áp trong khoảng trung và dài hạn [1], [2], [3].
 Sự cố tan rã hệ thống điện ngày 27/12/1983 tại Thụy Điển: Việc hư hỏng một
bộ dao cách ly và sự cố ở một trạm biến áp ở phía tây của Stockholm dẫn đến
việc ngắt toàn bộ trạm biến áp và 2 đường dây 400 kV. Khoảng 8 giây sau,