Ổn đnnh tĩnh và chất lượng điện áp của hệ thống điện nhận công suất từ các nguồn xa

T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(44)/N¨m 2007 – 
 78 
ỔN ĐNNH TĨNH VÀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 
NHẬN CÔNG SUẤT TỪ CÁC NGUỒN XA 
Vũ Văn Thắng (Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp – ĐH Thái Nguyên) 
1. Đặt vấn đề 
Trong những năm gần đây, tốc độ phát triển phụ tải điện của nước ta tăng cao, đặc biệt 
trong giai đoạn 2006-2010 tốc độ tăng trưởng phụ tải khoảng 14%/năm [6]. Do đó, trong giai 
đoạn này hệ thống điện Việt Nam thiếu hụt công suất trầm trọng, với 780 MW thiếu hụt năm 
2007 và 261 MW thiếu hụt năm 2008 của hệ thống điện miền Bắc. Để đảm bảo cân bằng công 
suất đáp ứng yêu cầu của phụ tải, một trong các biện pháp được đưa ra là nhập khNu điện năng 
từ Trung Quốc qua đường dây 220kV từ Tân Kiều (Trung Quốc) cung cấp cho khu vực Lào Cai, 
Yên Bái, Phú Thọ và Vĩnh Phúc. Hệ thống điện khu vực tách lưới có khoảng cách truyền tải là 
296.6 km, mang đặc điểm của lưới điện nhận công suất từ nguồn xa, do đó chất lượng điện áp 
và khả năng ổn định tĩnh của hệ thống điện cần đặc biệt quan tâm. 
2. Phương pháp phân tích chế độ và đánh giá ổn định tĩnh hệ thống điện 
2.1 Phương pháp phân tích chế độ 
Cơ sở để tính toán phân tích chế độ của hệ thống điện là hệ phương trình cân bằng công 
suất nút: 







−=+++
−=+++
−=+++
NNNNNNNNN
NN
NN
jQPUYUUYUUY
jQPUUYUYUUY
jQPUUYUUYUY
2*
22
*
11
22
*
22
2
222
*
2121
11
*
11
*
1212
2
111
...
......................................................
...
...
ɺɺɺɺ
ɺɺɺɺ
ɺɺɺɺ
trong đó: Y là điện dẫn, U là điện áp nút và P, Q là công suất nút. 
Hệ phương trình là phi tuyến và nhiều biến số (ví dụ, hệ thống điện có n nút, hệ phương 
trình có 2n phương trình và 2n Nn) nên trong tính toán thường sử dụng thuật toán lặp dần đúng, một 
trong những phương pháp được sử dụng rộng rãi và thuận tiện là phương pháp Newton-Raphson. 
2.2 Phương pháp đánh giá ổn định tĩnh 
Phương pháp đánh giá ổn định tĩnh hệ thống điện gồm: Đánh giá theo tiêu chuNn năng 
lượng, tiêu chuNn Lyapunov, tiêu chuNn đại số Hurwiz và các tiêu chuNn thực dụng. Trong tính 
toán thường sử dụng tiêu chuNn thực dụng Gidanov do tiêu chuNn sử dụng kết quả của phương 
pháp Newton-Raphson bằng cách xét dấu của ma trận Jacobi đã được xác định. Vì vậy, phân 
tích chế độ và đánh giá ổn định tĩnh hệ thống điện thường được thực hiện đồng thời để giảm 
khối lượng tính toán và đánh giá được đầy đủ thông số chế độ của hệ thống điện. 
3. Đặc điểm của lưới điện nhận công suất từ nguồn xa 
Hệ thống điện nhận công suất từ các nguồn xa có những đặc điểm sau: 
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(44)/N¨m 2007 – 
 79
- Điện áp nút U bị dao động rất mạnh khi mất cân bằng công suất phản kháng, do tiêu 
chuNn năng lượng xác định như sau: 0
dU
Qd
<
∆
Trong đó: ∆Q = QF + QD - Qt với QF là công suất phản kháng phát của máy phát, QD là 
công suất phản kháng truyền tải trên lưới điện nhận từ các nguồn xa và Qt là công suất phản 
kháng của phụ tải. 
Do đó: 0
dU
dQ
dU
dQ
dU
dQ
dU
dQ
dU
Qd DtDF <≈−+=∆ 
- Giới hạn công suất tác dụng truyền tải trên đường dây cung cấp cho hệ thống phụ thuộc 
rất mạnh vào công suất phản kháng. Theo tiêu chuNn 
dU
dQ
, sẽ tồn tại một miền giới hạn ổn định 
trên mặt phẳng công suất truyền tải như trên hình 1. Khi công suất tác dụng truyền tải trên 
đường dây tăng thì công suất phản kháng giới hạn truyền tải giảm đáng kể, do đó khi phụ tải của 
hệ thống điện dao động theo chiều tăng thì sẽ mất cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống 
dẫn đến mất ổn định tĩnh. 
- Khả năng điều chỉnh công suất phản kháng phát tại chỗ của hệ thống điện có ảnh 
hưởng nhiều đến khả năng nhận công suất tác dụng từ nguồn xa cung cấp cho phụ tải. Công suất 
phản kháng phát tại chỗ tăng làm tăng nhanh giới hạn nhận công suất tác dụng từ nguồn xa, dẫn 
đến hệ thống nâng cao được khả năng ổn định theo tiêu chuNn 
δd
dP
. 
Bù công suất phản kháng tại phụ tải là biện pháp hữu hiệu để nâng cao công suất tác dụng 
và phản kháng nhận từ nguồn xa, từ đó cân bằng công suất phản kháng dẫn đến nâng cao điện 
áp và khả năng ổn định tĩnh của hệ thống điện. 
4. Cấu trúc và thông số chế độ của hệ thống điện (110-220)kV Lào Cai, Yên Bái, 
Phú Thọ và Vĩnh Phúc giai đoạn nhận điện từ Trung Quốc 
4.1 Cấu trúc và thông số chế độ của hệ thống điện 
Hệ thống điện gồm đường dây 220kV Tân Kiều - Vĩnh Yên dài 296.6 km cung cấp cho 
lưới điện 110 kV của khu vực Lào Cai, Yên Bái, Phú Thọ và Vĩnh Phúc. Tổng chiều dài truyền tải 
của đường dây 110 kV là 303.86 km với tổng công suất cao điểm là 372.3 MW và công suất thấp 
điểm là 229.0 MW. Sơ đồ hệ thống điện trên hình 2 và phụ tải điện tại các thanh cái trên bảng 1. 
PP 
P0
PQ 
PMiền 
ổn định 
Hình 1: Miền ổn định trên mặt phẳng công suất 
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(44)/N¨m 2007 – 
 80 
Bảng 1: Thông số phụ tải 
Trạm Việt Trì 
Lâm 
Thao 
Bãi 
Bằng 
Đồng 
Xuân 
Phú 
Thọ 
Lập 
Thạch 
B.Việt 
Trì 
Vĩnh 
Tường 
Vĩnh 
Yên 
Phúc 
Yên 
Nghĩa 
Lộ 
Phù 
Yên 
Yên 
Bái 
Pmax (MW) 58 14 10 22 7.8 6.7 50 9.5 84.5 56.7 12.4 8.1 32.8 
Qmax (MW) 17 6.5 4.5 5.3 3.8 3.3 14 4.3 35.8 20.8 4.5 2.5 11.3 
Pmin (MW) 44.5 9.9 8 16.5 6.2 5.3 39.5 7.2 66.4 45.9 9.9 6.4 26.2 
Qmin (MW) 16.9 6.3 4.3 5.1 3.2 3.2 13.3 3.9 31.3 20.4 4.2 2.3 10.6 
Hệ thống điện đã sử dụng thiết bị bù tĩnh tại trạm biến áp 220kV Việt Trì và Vĩnh Yên 
với công suất bù là 65 MVAR. 
4.2 Chất lượng điện áp và khả năng ổn định của hệ thống điện 
Kết quả tính toán thông số chế độ của hệ thống điện khi bù tĩnh tại thanh cái 110kV trạm 
biến áp 220kV Việt Trì và Vĩnh Yên 65 MVAR bằng phần mềm CONUS khi phụ tải cực đại và 
cực tiểu trên bảng 2 và bảng 3. 
Bảng 2: Điện áp tại các nút phụ tải khi phụ tải cực đại 
Thanh cái Việt Trì 
Lâm 
Thao 
Bãi 
Bằng 
Đồng 
Xuân 
Phú 
Thọ 
Lập 
Thạch 
B.Việt 
Trì 
Vĩnh 
Yên 
Phúc 
Yên 
Vĩnh 
Tường 
Nghĩa 
Lộ 
Phù 
Yên 
110Yên 
Bái 
U (kV) 98.4 99.8 100.1 99.9 99.5 100.5 100.0 98.5 96.4 98.5 98.8 98.9 102.3 
∆U (%) -10.55 -9.27 -9.00 -9.18 -9.55 -8.64 -9.09 -10.4 -12.3 -10.4 -10.2 -10.1 -7.00 
Bảng 3: Điện áp tại các nút phụ tải khi phụ tải cực tiểu 
Thanh cái Việt Trì 
Lâm 
Thao 
Bãi 
Bằng 
Đồng 
Xuân 
Phú 
Thọ 
Lập 
Thạch 
B.Việt 
Trì 
Vĩnh 
Yên 
Phúc 
Yên 
Vĩnh 
Tường 
Nghĩa 
Lộ 
Phù 
Yên 
110Yê
n Bái 
U (kV) 118.8 118.5 118.7 118.0 118.1 119.1 118.8 118.0 116.4 118.0 116.3 116.4 116.8 
∆U (%) 8.00 7.73 7.91 7.27 7.36 8.27 8.00 7.27 5.82 7.27 5.73 5.82 6.18 
Hình 2: Sơ đồ hệ thống điện 
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(44)/N¨m 2007 – 
 81
Từ bảng 2 và bảng 3 thấy rằng, điện áp tại các nút phụ tải ở chế độ phụ tải cực đại tại 
một số nút có độ lệch điện áp lớn hơn trị số cho phép nên không thoả mãn yêu cầu như tại 
thanh cái Phúc Yên, độ lệch điện áp là -12.3%. Tại chế độ phụ tải cực tiểu độ lệch điện áp 
tại các nút phụ tải đều nằm trong giới hạn cho phép với độ lệch lớn nhất là 8.0% tại thanh 
cái Việt Trì. 
Vậy, hệ thống điện hiện nay sử dụng thiết bị bù tĩnh tại thanh cái 110kV trạm biến áp 
220kV Vĩnh Yên và Việt Trì với dung lượng là 65 MVAR có thể tồn tại được chế độ xác lập. 
Tuy nhiên, khi phụ tải cực đại độ lệch điện áp tại một số nút phụ tải vượt quá giá trị cho phép, 
do đó không đảm bảo yêu cầu vận hành trong mọi chế độ của hệ thống điện. 
5. Giải quyết vấn đề chất lượng điện áp và ổn định tĩnh của hệ thống điện 
Từ kết quả tính toán trên mục 4 thấy rằng, trong chế độ phụ tải cực tiểu độ lệch điện áp 
lớn nhất là 8% và khi phụ tải cực đại là -12.3%, do đó có thể điều chỉnh tăng dung lượng bù để 
giảm độ lệch điện áp khi phụ tải cực đại và tăng độ lệch điện áp khi phụ tải cực tiểu thỏa mãn độ 
lệch cho phép là ±10%. Kết quả tính toán với phần mềm CONUS thấy rằng, khi điều chỉnh dung 
lượng bù tại thanh cái 110kV trạm biến áp 220kV Vĩnh Yên và Việt Trì với dung lượng là 100 
MVAR đồng thời sử dụng khả năng điều chỉnh đầu phân áp của máy biến áp, độ lệch điện áp 
của phụ tải thỏa mãn yêu cầu trong mọi trường hợp với độ lệch điện áp lớn nhất là 8.8% tại 
thanh cái Bắc Việt Trì. Thông số điện áp tại các nút phụ tải trên bảng 4 và 5. 
Bảng 4: Điện áp tại các nút phụ tải khi phụ tải cực đại 
Thanh cái Việt Trì 
Lâm 
Thao 
Bãi 
Bằng 
Đồng 
Xuân 
Phú 
Thọ 
Lập 
Thạch 
B.Việt 
Trì 
Vĩnh 
Yên 
Phúc 
Yên 
Vĩnh 
Tường 
Nghĩa 
Lộ 
Phù 
Yên 
110Yên 
Bái 
U (kV) 116.6 117.8 118.0 116.4 116.9 118.7 118.2 115.9 114.2 116.3 113.5 113.6 116.4 
∆U (%) 6.0 7.1 7.3 5.8 6.3 7.9 7.5 5.4 3.8 5.7 3.2 3.3 5.8 
Bảng 5: Điện áp tại các nút phụ tải khi phụ tải cực tiểu 
Thanh cái Việt Trì 
Lâm 
Thao 
Bãi 
Bằng 
Đồng 
Xuân 
Phú 
Thọ 
Lập 
Thạch 
B.Việt 
Trì 
Vĩnh 
Yên 
Phúc 
Yên 
Vĩnh 
Tường 
Nghĩa 
Lộ 
Phù 
Yên 
110Yên 
Bái 
U (kV) 117.8 118.7 119.0 116.6 117.5 119.7 119.2 116.7 115.1 117.2 112.4 112.5 114.8 
∆U (%) 7.1 7.9 8.2 6.0 6.8 8.8 8.4 6.1 4.6 6.5 2.2 2.3 4.4 
Ổn định là điều kiện đủ để hệ thống điện có thể làm việc lâu dài, do đó ổn định nói 
chung và ổn định tĩnh nói riêng là một chỉ tiêu đặc biệt quan trọng cần phải nghiên cứu tính toán 
kỹ lưỡng trong thiết kế cũng như vận hành hệ thống điện. Theo tiêu chuNn về ổn định tĩnh, hệ 
thống điện sẽ có khả năng ổn định khi hệ số dự trữ ổn định của hệ thống điện lớn hơn 20%. Tuy 
nhiên, trong điều kiện khắt khe hệ thống điện có khoảng cách truyền tải lớn, cấu trúc khá đơn 
giản thì hệ số dự trữ ổn định tĩnh cho phép đảm bảo khi lớn hơn 15%. 
Xác định hệ số dự trữ ổn định tĩnh của hệ thống điện, sử dụng phương pháp làm nặng 
thông số chế độ khi tăng công suất của phụ tải với bước tăng là 1.0% đến chế độ giới hạn ổn 
định, kết quả tính toán cho thấy công suất lớn nhất hệ thống điện có thể nhận từ các nguồn điện 
khi có thiết bị bù ở chế độ giới hạn ổn định tĩnh là 483.03MW, cùng với công suất có thể nhận ở 
chế độ xác lập đã tính toán là 417.45MW. Hệ số dự trữ ổn định tĩnh của toàn hệ thống điện là: 
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(44)/N¨m 2007 – 
 82 
%71.15100.
45.417
45.41703.483100
P
PP
K
0
0gh
T =
−
=
−
= 
Vậy, khi bù tĩnh với dung lượng bù là 100.0 MVAR tại hai điểm là thanh cái 110kV 
Trạm biến áp 220kV Vĩnh Yên và Việt Trì, hệ thống điện khu vực tách lưới sẽ đảm bảo chất 
lượng điện áp và hệ số dự trữ ổn định tĩnh để có thể làm việc trong mọi chế độ vận hành. Sơ đồ 
và thông số chế độ của hệ thống điện sau khi điều chỉnh thể hiện trên hình 3. 
6. Kết luận 
Kết quả tính toán hệ thống điện (110-220)kV khu vực Lào Cai, Yên Bái, Phú Thọ và 
Vĩnh Phúc giai đoạn nhận điện từ Trung Quốc bằng phần mềm CONUS có thể đưa ra kết luận: 
- Hệ thống điện nhận công suất từ các nguồn xa luôn thiếu hụt và mất cân bằng công suất 
phản kháng do giới hạn truyền tải của đường dây truyền tải từ nguồn xa giảm, công suất của 
máy phát tại chỗ nhỏ không đáp ứng được yêu cầu của phụ tải, dẫn đến sụp đổ điện áp trên toàn 
hệ thống điện và mất ổn định tĩnh. 
- Bù công suất phản kháng là phương pháp hữu hiệu để cân bằng công suất phản kháng, 
giảm dao động điện áp khi phụ tải dao động từ chế độ phụ tải cực đại sang chế độ phụ tải cực 
tiểu, nâng cao được khả năng ổn định tĩnh của hệ thống điện 
Tóm tắt 
Bài báo giới thiệu và phân tích chế độ của hệ thống điện nhận công suất từ nguồn xa là 
lưới điện (110-220)kV khu vực Lào Cai, Yên Bái, Phú Thọ và Vĩnh Phúc giai đoạn nhận điện từ 
Hình 3: Sơ đồ và thông số hệ thống điện 
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(44)/N¨m 2007 – 
 83
Trung Quốc, đánh giá hiệu quả các phương pháp điều chỉnh đảm bảo chất lượng điện áp và ổn 
định tĩnh của hệ thống điện, đồng thời đề xuất các biện pháp điều chỉnh mới nhằm nâng cao chất 
lượng điện áp và khả năng ổn định tĩnh của hệ thống điện trên. 
Summary 
Small sign Stability and Voltage Stability of Power System 
This article introduces and analyses the limitation of measures applied for Small sign 
stability and Voltage stability in power system (110-220) kV that supply power for Lao Cai, 
Yen Bai, Phu Tho and Vinh Phuc when it is get power from China. 
Tài liệu tham khảo 
[1] Lã Văn Út (2000), Phân tích và điều khiển ổn định Hệ thống điện, Nxb Khoa học Kỹ thuật, 
Hà Nội. 
[4] Trần Bách (2001), Ổn định của Hệ thống điện, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. 
[5] Ngô Văn Dưỡng (2001), Phân tích nhanh tính ổn định và xác định giới hạn truyền tải công suất 
trong Hệ thống điện hợp nhất có các đường dây siêu cao áp, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Hà Nội, 
[6] Tổng sơ đồ phát triển điện lực Việt Nam giai đoạn 2001 - 2010 có xét triển vọng đến năm 
2020 (TSĐ V - đề án hiệu chỉnh), Viện Năng lượng, 2002. 
[7] Đề án đường dây 220kV Hà KhNu - Lào Cai (đề án hiệu chỉnh), Công ty Tư vấn Thiết kế 
điện 1, 2006. 
[8] Edward Wilson Kimbark, Power System Stability Vol1&2, Mc.Graw-Hill,Inc 
[9] P. kundur, Power System Stability and Control, Mc.Graw-Hill,Inc B. Gao 
[10] Voltage Stability Analysis of Large Power System, University of Canada,1992.