ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------

LÊ ĐỨC THIỆN VƯƠNG

KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN
NAM SỬ DỤNG PSS/E

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN
Mã số:
60520202

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2014


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Võ Ngọc Điều
Cán bộ chấm nhận xét 1: ...................................................................................
Cán bộ chấm nhận xét 2: ...................................................................................
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày
. . . . . tháng . . . . năm . . . . .
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. ......................................................................
2. ......................................................................
3. ......................................................................
4. ......................................................................
5. ......................................................................

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

-----o0o-----

-----o0o-----

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên:

LÊ ĐỨC THIỆN VƯƠNG

Ngày, tháng, năm sinh: 05/02/1990
Chuyên ngành:

Kỹ Thuật Điện

MSHV:


13183052

Nơi sinh:

Đồng Nai

Mã số:

60520202

I. TÊN ĐỀ TÀI:
KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM SỬ DỤNG PSS/E
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Tìm hiểu vấn đề ổn định hệ thống điện
- Tìm hiểu và sử dụng phần mềm PSS/E cho việc khảo sát ổn định hệ thống điện.
- Xây dựng mô hình hệ thống điện Việt Nam trên phần mềm PSS/E.
- Sử dụng phần mềm PSS/E khảo sát ổn định tín hiệu nhỏ hệ thống điện miền Nam.
- Sử dụng phần mềm PSS/E khảo sát ổn định quá độ hệ thống điện miền Nam.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

07/07/2014

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

07/12/2014

V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

TS. VÕ NGỌC ĐIỀU
Tp. HCM, ngày


CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

tháng

năm 2014

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ


LỜI CÁM ƠN
Không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít
hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác. Trong suốt thời gian từ khi bắt
đầu học tập ở giảng đường đại học và sau đại học đến khi hoàn thành Luận Văn Tốt
Nghiệp cao học này, tôi đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ và tận tình
hướng dẫn của Quý thầy Cô trường đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, gia
đình và bạn bè.
Lời đầu tiên tôi muốn gửi đến là lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến thầy Võ Ngọc
Điều đã tận tình, hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức cũng như những kinh nghiệm
quý báu và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài của Luận Văn Tốt Nghiệp.
Bên cạnh đó tôi cũng muốn gửi lời cảm ơn đến toàn thể quý thầy cô trường Đại học
Bách Khoa đã trang bị cho tôi những kiến thức thật bổ ích, đặc biệt tôi muốn gửi lời
cảm ơn sâu sắc đến quý Thầy Cô trong khoa Điện – Điện tử và các bạn học viên,
đồng nghiệp đã đóng góp ý kiến cho Luận Văn Tốt Nghiệp của tôi được hoàn thành
tốt đẹp.
Xin chân thành cảm ơn!
Học viên


Lê Đức Thiện Vương


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Ổn định hệ thống điện là một vấn đề luôn được quan tâm hàng đầu đối với bất kỳ
quốc gia nào. Tùy theo quan điểm của mỗi nhà nghiên cứu, ổn định hệ thống điện có
thể được phân loại theo những nguyên tắc khác nhau. Tuy nhiên về cơ bản thì ổn định
hệ thống điện vẫn được đánh giá theo các dạng dao động xảy ra trong hệ thống. Trên
cơ sở đó, luận văn này đi sâu vào nghiên cứu ổn định hệ thống điện Việt Nam, mà cụ
thể là hệ thống điện miền Nam theo hai loại dao động chính: các nhiễu động nhỏ - ổn
định tín hiệu nhỏ và các nhiễu động lớn - ổn định quá độ. Việc khảo sát ổn định hệ
thống điện được thực hiện bằng phần mềm PSS/E của hãng PTI với cơ sở dữ liệu là
hệ thống điện Việt Nam được cập nhật đến tháng 6 năm 2014.

ABSTRACT
Power system stability is always the priority of any country. Depending on philosophy
of each researcher, power system stability may be classified according to various
principles. However, power system stability is still estimated in accordance with the
type of disturbances in power system. From that basis, this thesis shall contribute to
research the stability of Viet Nam power sytem and the power sytem of Southern
Region is the main object. Power system stability of Southern Region shall be
researched according to two type of disturbances: small disturbance – small signal
stability and large disturbance – transient stability. PSS/E programme issued by PTI
shall be used to study the stability of power system and the database is the Viet Nam
power system, which was updated to June, 2014.


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này là nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả nêu trong
luận văn chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Các số liệu, ví dụ, trích

dẫn đảm bảo tính chính xác, tin cậy và trung thực.
Tôi xin chân thành cảm ơn.
NGƯỜI CAM ĐOAN

Lê Đức Thiện Vương


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1:

MỞ ĐẦU ...................................................................................... 1

1.1.

Tổng quan ................................................................................................... 1

1.1.1.

Đặt vấn đề................................................................................................... 1

1.1.2.

Hướng tiếp cận đề tài .................................................................................. 2

1.2.

Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài.................................................................. 2

1.2.1.


Mục tiêu của đề tài...................................................................................... 2

1.2.2.

Nhiệm vụ của đề tài .................................................................................... 3

1.3.

Phạm vi và phương pháp nghiên cứu .......................................................... 3

1.3.1.

Phạm vi nghiên cứu .................................................................................... 3

1.3.2.

Phương pháp nghiên cứu ............................................................................ 4

1.4.

Nội dung đề tài ........................................................................................... 4

CHƯƠNG 2:

GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PSS/E ................................................ 5

2.1.

Chức năng của phần mềm PSS/E ................................................................ 5


2.2.

Giải thuật tính toán của phần mềm PSS/E ................................................... 6

CHƯƠNG 3:

TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN ......................... 8

3.1.

Tổng quan về ổn định ................................................................................. 8

3.1.1.

Ổn định góc máy phát ............................................................................... 10

3.1.2.

Ổn định theo thời gian dao động ............................................................... 10

3.1.3.

Ổn định điện áp ........................................................................................ 10

3.2.

Ổn định tín hiệu nhỏ trong hệ thống điện .................................................. 11

3.2.1.


Tổng quan ................................................................................................. 11

3.2.2.

Một số tiêu chuẩn đánh giá ổn định tín hiệu nhỏ ....................................... 12

3.3.

Ổn định quá độ trong hệ thống điện .......................................................... 15

3.3.1.

Tổng quan ................................................................................................. 15

3.3.2.

Tiêu chuẩn đánh giá ổn định quá độ .......................................................... 16


CHƯƠNG 4:

XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM........... 23

4.1.

Tổng quan hệ thống điện Việt Nam và hệ thống điện miền Nam ............... 23

4.1.1.

Hệ thống điện Việt Nam ........................................................................... 23


4.1.2.

Hệ thống điện miền Nam .......................................................................... 25

4.2.

Xây dựng mô hình hệ thống điện Việt Nam .............................................. 27

4.2.1.

Các mô hình phục vụ cho tính toán xác lập hệ thống điện ......................... 29

4.2.2.

Các mô hình phục vụ cho tính toán động hệ thống điện ............................ 37

CHƯƠNG 5:
NAM

KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH TÍN HIỆU NHỎ HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN
.................................................................................................... 49

5.1.

Mô phỏng ổn định tín hiệu nhỏ với PSS/E ................................................ 49

5.1.1.

Phương pháp tính toán .............................................................................. 49


5.1.2.

Kịch bản khảo sát ổn định tín hiệu nhỏ ..................................................... 51

5.1.3.

Quá trình thực hiện ................................................................................... 53

5.2.

Kết quả khảo sát ổn định tín hiệu nhỏ cho hệ thống điện miền Nam ......... 62

5.2.1.

Tăng phụ tải ở khu vực miền Nam – nguồn bổ sung từ nội bộ miền .......... 63

5.2.2.

Tăng phụ tải ở khu vực miền Nam – nguồn bổ sung từ miền Trung .......... 64

5.2.3.

Tăng phụ tải ở khu vực miền Nam – nguồn bổ sung từ miền Bắc.............. 66

5.3.

Nhận xét ................................................................................................... 68

5.4.


Nâng cao độ dự trữ ổn định của hệ thống điện miền Nam ......................... 70

CHƯƠNG 6:
NAM

KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH QUÁ ĐỘ HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN
.................................................................................................... 76

6.1.

Mô phỏng ổn định quá độ với PSS/E ........................................................ 76

6.1.1.

Phương pháp tính toán .............................................................................. 76

6.1.2.

Kịch bản khảo sát ổn định quá độ ............................................................. 78

6.1.3.

Quy trình thực hiện ................................................................................... 79

6.2.

Kết quả khảo sát ổn định quá độ cho hệ thống điện miền Nam.................. 84

6.2.1.


Trường hợp sự cố tổ máy phát .................................................................. 85


6.2.2.

Trường hợp ngắn mạch 3 pha trên đường dây, cắt đường dây sự cố .......... 86

6.2.3.

Trường hợp ngắn mạch 1 pha trên đường dây, đóng lặp lại thành công ..... 88

6.3.

Nhận xét ................................................................................................... 89

6.4.

Nâng cao khả năng ổn định quá độ hệ thống điện miền Nam .................... 90

CHƯƠNG 7:

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................... 96

7.1.

Kết luận .................................................................................................... 96

7.2.


Kiến nghị .................................................................................................. 97

7.3.

Hướng phát triển đề tài ............................................................................. 99

TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.

Quy mô hệ thống điện Việt Nam ........................................................... 24

Bảng 2.

Điện áp và tổng trở cơ bản của hệ thống điện ........................................ 29

Bảng 3.

Thông số đặc trưng của mô hình máy phát GENROU ........................... 38

Bảng 4.

Thông số đặc trưng của mô hình máy phát GENSAL ............................ 39

Bảng 5.


Thông số đặc trưng của mô hình bộ điều tốc TGOV1............................ 40

Bảng 6.

Thông số đặc trưng của mô hình bộ điều tốc GAST .............................. 41

Bảng 7.

Thông số đặc trưng của mô hình bộ điều tốc HYGOV .......................... 42

Bảng 8.

Thông số đặc trưng của mô hình bộ ổn định công suất PSS2A .............. 44

Bảng 9.

Thông số đặc trưng của mô hình bộ kích từ ESST4B ............................ 46

Bảng 10. Thông số đặc trưng của bộ kích từ EXAC4 ........................................... 48
Bảng 11. Tóm tắt kết quả khảo sát ổn định tín hiệu nhỏ ....................................... 69
Bảng 12. Tóm tắt kết quả khảo sát ổn định tín hiệu nhỏ sau khi cải tạo lưới ......... 74


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Phân loại ổn định hệ thống điện – Cách 1 ................................................ 8
Phân loại ổn định hệ thống điện – Cách 2 ................................................ 9
Đường cong đặc tính công suất ............................................................ 11
Quá trình dao động hệ thống điện .......................................................... 17
Giới hạn ổn định quá độ ........................................................................ 19
Hệ thống điện miền Nam năm 2014 ...................................................... 28

Sơ đồ thay thế đường dây truyền tải ...................................................... 29
Sơ đồ thay thế máy biến áp hai cuộn dây ............................................... 30
Sơ đồ thay thế máy biến áp ba cuộn dây ................................................ 33
Mô hình máy phát cực ẩn GENROU ..................................................... 37
Mô hình máy phát cực lồi GENSAL ..................................................... 39
Mô hình bộ điều tốc TGOV1................................................................. 40
Sơ đồ hàm truyền của bộ điều tốc TGOV1 ............................................ 40
Mô hình bộ điều tốc GAST ................................................................... 41
Sơ đồ hàm truyền của bộ điều tốc GAST............................................... 42
Mô hình bộ điều tốc HYGOV ............................................................... 42
Sơ đồ hàm truyền của bộ điều tốc HYGOV ........................................... 43
Mô hình bộ ổn định công suất PSS2A ................................................... 43
Sơ đồ hàm truyền bộ ổn định công suất PSS2A ..................................... 46
Mô hình bộ kích từ ESST4B ................................................................. 46
Sơ đồ hàm truyền của bộ kích từ ESST4B............................................. 47
Mô hình bộ kích từ EXAC4 .................................................................. 48
Sơ đồ hàm truyền của bộ kích từ EXAC4 .............................................. 48
Mô hình mạng hai cửa........................................................................... 50
Quan hệ giữa điện áp và công suất truyền tải......................................... 51


Kết quả khảo sát ổn định tín hiệu nhỏ miền Nam – kịch bản huy động
nguồn miền Nam ................................................................................................... 64
Kết quả khảo sát ổn định tín hiệu nhỏ miền Nam – kịch bản huy động
nguồn miền Trung ................................................................................................. 66
Kết quả khảo sát ổn định tín hiệu nhỏ miền Nam – kịch bản huy động
nguồn miền Bắc 68
Kết quả khảo sát ổn định tín hiệu nhỏ miền Nam – kịch bản huy động
nguồn miền Bắc sau khi đã cải thiện điện áp.......................................................... 72
Kết quả khảo sát ổn định tín hiệu nhỏ miền Nam – kịch bản huy động

nguồn miền Bắc sau khi đã cải tạo đường dây truyền tải........................................ 73
Kết quả khảo sát ổn định tín hiệu nhỏ miền Nam – kịch bản huy động
nguồn miền Bắc sau khi đã cải thiện điện áp và cải tạo đường dây truyền tải......... 74
Lưu đồ giải thuật khảo sát ổn định quá độ với PSS/E ............................ 78
Kết quả khảo sát ổn định quá độ – Sự cố mất tổ máy Vĩnh Tân 2 (1/3) . 85
Kết quả khảo sát ổn định quá độ – Sự cố mất tổ máy Vĩnh Tân 2 (2/3) . 85
Kết quả khảo sát ổn định quá độ – Sự cố mất tổ máy Vĩnh Tân 2 (3/3) . 86
Kết quả khảo sát ổn định quá độ – Sự cố ngắn mạch 3 pha đường dây Nhà
Bè – Phú Lâm (1/3) ............................................................................................... 86
Kết quả khảo sát ổn định quá độ – Sự cố ngắn mạch 3 pha đường dây Nhà
Bè – Phú Lâm (2/3) ............................................................................................... 87
Kết quả khảo sát ổn định quá độ – Sự cố ngắn mạch 3 pha đường dây Nhà
Bè – Phú Lâm (3/3) ............................................................................................... 87
Kết quả khảo sát ổn định quá độ – Sự cố ngắn mạch 1 pha đường dây Nhà
Bè – Phú Lâm (1/3) ............................................................................................... 88
Kết quả khảo sát ổn định quá độ – Sự cố ngắn mạch 1 pha đường dây Nhà
Bè – Phú Lâm (2/3) ............................................................................................... 88
Kết quả khảo sát ổn định quá độ – Sự cố ngắn mạch 1 pha đường dây Nhà
Bè – Phú Lâm (3/3) ............................................................................................... 89


Kết quả khảo sát ổn định quá độ – Sự cố ngắn mạch 3 pha đường dây Di
Linh – Tân Định thời gian cắt 80ms....................................................................... 92
Kết quả khảo sát ổn định quá độ – Sự cố ngắn mạch 3 pha đường dây Di
Linh – Tân Định thời gian cắt 50ms....................................................................... 93
Kết quả khảo sát ổn định quá độ – Sự cố ngắn mạch 3 pha đường dây Di
Linh – Tân Định thời gian cắt 700ms..................................................................... 93
Kết quả khảo sát ổn định quá độ – Sự cố ngắn mạch 3 pha đường dây Vĩnh
Tân – Sông Mây – không tách thanh cái ................................................................ 94
Kết quả khảo sát ổn định quá độ – Sự cố ngắn mạch 3 pha đường dây Vĩnh

Tân – Sông Mây – vận hành tách thanh cái 500kV Vĩnh Tân ................................ 95


-- 1 --

LUẬN VĂN THẠC SĨ

CHƯƠNG 1:

CBHD: TS. VÕ NGỌC ĐIỀU
HVTH: LÊ ĐỨC THIỆN VƯƠNG

MỞ ĐẦU

1.1. Tổng quan

1.1.1. Đặt vấn đề
Trong quá trình công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước, nâng cao trình độ xã hội,
tiến tới xã hội chủ nghĩa thì việc phát triển công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ là điều
tất yếu, kéo theo đó là vấn đề tiêu thụ năng lượng. Nguồn năng lượng chính của nước
ta nói riêng và thế giới nói chung là năng lượng điện. Để đảm bảo được nguồn năng
lượng đó, phải xây dựng được một hệ thống điện cho Quốc gia ổn định và bền vững.
Hệ thống điện thực hiện công việc chuyển đổi năng lượng tự nhiên như nhiệt năng,
thủy năng, năng lượng gió, năng lượng mặt trời... thành năng lượng điện từ các nhà
máy điện. Từ đây năng lượng sẽ được chuyển tải trên các đường dây để đưa đến các
hộ tiêu thụ. Hệ thống gồm các nhà máy phát điện, máy biến áp, đường dây tải điện
và các hộ tiêu thụ sẽ lập thành một hệ thống điện.
Đặc điểm của hệ thống điện là sự cân bằng công suất: Công suất tạo ra tại các nhà
máy điện sẽ cân bằng với công suất tiêu thụ tại các phụ tải cộng với công suất tổn hao
trên đường dây và thiết bị.

Do hiện tượng đáp ứng tức thời và đặc điểm hằng số quán tính điện của các thiết bị
điện trong hệ thống là nhỏ nên khi có dao động trong toàn hệ thống hay tại một điểm
nào đó của hệ thống sẽ dẫn đến nguy cơ dao động của toàn hệ thống điện.
Trong quá trình vận hành hệ thống điện cần phải tiến hành các công tác tính toán mô
phỏng hệ thống và tính toán các quá trình quá độ và xác lập của hệ thống điện để đảm
bảo cho sự vận hành tối ưu, an toàn, liên tục của hệ thống điện:

− Quá trình xác lập của hệ thống: tính toán phân bố công suất, điện áp, dòng điện
trên các nhánh ở các chế độ làm việc và các sơ đồ kết dây khác nhau của hệ thống,
tạo phương thức vận hành kinh tế và chất lượng điện năng tối ưu nhất.

− Quá trình quá độ khi có các dao động trong hệ thống: sự cố ngắn mạch, khi có sự
cắt/đóng tải đột ngột để có phương án bảo vệ rơle và tiến hành sa thải, huy động
nguồn,... để loại trừ các dao động ảnh hưởng đến sự làm việc của hệ thống.
KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM SỬ DỤNG PSS/E
CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU


LUẬN VĂN THẠC SĨ

-- 2 --

CBHD: TS. VÕ NGỌC ĐIỀU
HVTH: LÊ ĐỨC THIỆN VƯƠNG

Đối với hệ thống điện Việt Nam, một nước đang trong thời kỳ phát triển, mức tiêu
thụ của phụ tải tăng lên nhanh chóng, cơ sở hạ tầng của hệ thống điện ngày càng phát
triển thì việc tiến hành mô phỏng, giả lập các sự cố, các quá trình dao động xảy ra
trong hệ thống để dự báo hậu quả và đưa ra giải pháp khắc phục là điều cần thiết.
Trên cơ sở đó, đề tài này đi sâu vào nghiên cứu vấn đề ổn định của hệ thống điện Việt

Nam, cụ thể là hệ thống điện miền Nam, nơi tập trung phụ tải lớn nhất cả nước và
thường xảy ra các sự cố điện.

1.1.2. Hướng tiếp cận đề tài
Việc tính toán một hệ thống điện lớn không thể thực hiện bằng tay mà phải có sự trợ
giúp của các phần mềm chuyên dụng. Với sự phát triển nhanh chóng của khoa học,
kỹ thuật, ngày càng có nhiều phần mềm phục vụ cho tính toán hệ thống điện ra đời:
Power World, Etap, PSS/E,…
Với những ưu điểm mạnh mẽ, không ngừng cập nhật phiên bản mới, PSS/E là lựa
chọn hàng đầu cho nhiều Công ty điện lực và Tư vấn của Việt Nam cũng như trên
toàn thế giới. Cùng với việc đang công tác tại Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng
Điện 2, trực thuộc Tập đoàn Điện lực Việt Nam, có thể tiếp cận được các nguồn dữ
liệu lớn của hệ thống điện Việt Nam và phần mềm PSS/E, tôi sử dụng phần mềm
PSS/E để thực hiện đề tài của mình.
1.2. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài

1.2.1. Mục tiêu của đề tài
Ổn định hệ thống điện là một trong những vấn đề kinh điển của ngành điện, một hệ
thống điện vững mạnh, chắc chắn thì phải có độ ổn định tốt, tức là có khả năng trở về
trạng thái xác lập sau khi xảy ra các sự cố, các dao động trong hệ thống.
Việc khảo sát ổn định của hệ thống phải xem xét cả trường hợp xảy ra các nhiễu động
lớn như ngắn mạch, mất tổ máy, mất đường dây,… và trường hợp xảy ra các nhiễu
động nhỏ như quá tải, khởi động động cơ,…
Trên những yêu cầu đó, mục tiêu đề ra của đề tài này không đi sâu vào nghiên cứu lý
thuyết về ổn định hệ thống điện mà là áp dụng nó trong thực tiễn, cụ thể là có thể xây
KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM SỬ DỤNG PSS/E
CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU


LUẬN VĂN THẠC SĨ


-- 3 --

CBHD: TS. VÕ NGỌC ĐIỀU
HVTH: LÊ ĐỨC THIỆN VƯƠNG

dựng được mô hình của hệ thống điện Việt Nam một cách chính xác nhất, tiến hành
khảo sát được ổn định của hệ thống điện bằng chương trình PSS/E, đầu tiên là hệ
thống điện miền Nam, nơi có phụ tải tiêu thụ lớn nhất nước nhưng lại thiếu nguồn.
Trên cơ sở khảo sát đó sẽ đưa ra được những giải pháp khắc phục và hướng phát triển
cho hệ thống điện Việt Nam để đạt đến trạng thái ổn định hơn, bền vững hơn.

1.2.2. Nhiệm vụ của đề tài
Dựa trên những mục tiêu đã đề ra, nhiệm vụ của đề tài bao gồm các vấn đề sau:

− Nghiên cứu các bài báo về vấn đề liên quan: khảo sát ổn định hệ thống điện của
Việt Nam, ổn định hệ thống điện của một khu vực khác trên thế giới,… bằng phần
mềm PSS/E hoặc các phần mềm tương tự,…

− Giới thiệu tổng quan về phần mềm PSS/E và các ưu điểm nổi bật cho việc phân
tích hệ thống điện nói chung và phân tích ổn định hệ thống điện nói riêng.

− Xây dựng mô hình hệ thống điện Việt Nam phục vụ cho việc khảo sát ổn định hệ
thống điện.

− Thực hiện khảo sát ổn định hệ thống điện miền Nam Việt Nam bằng chương trình
PSS/E với hai tiêu chuẩn: ổn định tín hiệu nhỏ và ổn định quá độ.

− Đánh giá kết quả thực hiện được và khả năng áp dụng trong thực tế.
− Đề xuất phương hướng nghiên cứu phát triển đề tài.

1.3. Phạm vi và phương pháp nghiên cứu

1.3.1. Phạm vi nghiên cứu
Với mục đích là sử dụng phần mềm PSS/E để khảo sát ổn định của hệ thống điện
miền Nam Việt Nam, đề tài sẽ xây dựng mô hình hệ thống điện Việt Nam trên phạm
vi lưới truyền tải 500kV và 220kV.
Dựa trên tham khảo một số mô hình đã thực hiện ở nước ngoải, theo đó đề tài sẽ khảo
sát quá trình dao động của hệ thống điện trên cơ sở dao động của điện áp, tần số, góc
pha, công suất của một số nút và đường dây điển hình của hệ thống. Dao động của
các thành phần trên chính là thể hiện tính ổn định của hệ thống điện.

KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM SỬ DỤNG PSS/E
CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU


LUẬN VĂN THẠC SĨ

-- 4 --

CBHD: TS. VÕ NGỌC ĐIỀU
HVTH: LÊ ĐỨC THIỆN VƯƠNG

Do thời gian thực hiện đề tài có hạn nên việc khảo sát chỉ được tiến hành ở khu vực
miền Nam, nơi tập trung phụ tải lớn nhất nước, dễ xảy ra nhiễu động nhất.
Phạm vi khảo sát sẽ được tiến hành tại một số nút tải và nhà máy, cùng các đường
dây truyền tải quan trọng, điển hình của miền Nam.
Hệ thống điện dùng cho khảo sát sẽ là hệ thống điện Việt Nam hiện tại – năm 2014.

1.3.2. Phương pháp nghiên cứu
Đề tài thực hiện khảo sát ổn định hệ thống điện miền Nam bằng phương pháp mô

phỏng, sử dụng chương trình PSS/E của hãng PTI (nay thuộc Siemens).
Ổn định tín hiệu nhỏ được thực hiện thông qua chức năng mô phỏng đường cong PV
xét tại một số nút tải và khả năng truyền tải của các đường dây ở miền Nam.
Ổn định quá độ được thực hiện thông qua chức năng mô phỏng động của PSS/E. Giả
lập sự cố đối với các phần tử của hệ thống điện, sau đó quan sát dao động của các
thông số.
Dựa trên kết quả đạt được để đánh giá khả năng ổn định của hệ thống điện miền Nam.
1.4. Nội dung đề tài
Trên cơ sở những mục tiêu và nhiệm vụ đã đề ra, đề tài “Khảo sát ổn định hệ thống
điện miền Nam sử dụng PSS/E” gồm các nội dung chính sau:
Chương 1: Mở đầu
Chương 2: Giới thiệu phần mềm PSS/E
Chương 3: Tổng quan về ổn định hệ thống điện
Chương 4: Xây dựng mô hình hệ thống điện Việt Nam
Chương 5: Khảo sát ổn định tín hiệu nhỏ hệ thống điện miền Nam
Chương 6: Khảo sát ổn định quá độ hệ thống điện miền Nam
Chương 7: Kết luận và kiến nghị

KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM SỬ DỤNG PSS/E
CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU


-- 5 --

LUẬN VĂN THẠC SĨ

CHƯƠNG 2:

CBHD: TS. VÕ NGỌC ĐIỀU
HVTH: LÊ ĐỨC THIỆN VƯƠNG


GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PSS/E

2.1. Chức năng của phần mềm PSS/E
PSS/E (Power System Simulator for Engineering) được phát triển bởi PTI (Power
Technologies International – nay thuộc tập đoàn Siemens) ra đời từ năm 1976 và là
một phần mềm tính toán hệ thống điện phổ biến, sử dụng các kỹ thuật giải tích số và
công nghệ lập trình tiên tiến nhất để giải quyết các hệ thống điện lớn và nhỏ. PSS/E
có khả năng phân tích hệ thống điện lên đến 50000 nút.
Ở Việt Nam, PSS/E được dùng rất nhiều ở các các đơn vị ngành điện như Trung tâm
điều độ Hệ thống điện Quốc gia (A0), Viện Năng lượng, cũng như các Công ty Tư
vấn Điện 1, 2, 3, 4. PSS/E được dùng để giả lập và tính toán cho các Hệ thống điện
lớn ở chế độ xác lập và chế độ động (chế độ quá độ) như tính toán trào lưu công suất,
ngắn mạch, quá trình quá độ điện cơ, tối ưu dòng công suất...
Các tính toán phân tích hệ thống mà chương trình có khả năng thực hiện bao gồm [1]:

− Tính toán trào lưu công suất.
− Tối ưu hóa trào lưu công suất.
− Nghiên cứu các loại sự cố đối xứng và không đối xứng.
− Tương đương hóa hệ thống.
− Mô phỏng quá trình quá độ điện cơ.
− Tính toán trào lưu công suất.
− Phân tích ổn định điện áp và tính toán công suất phản kháng dự trữ thông qua
đường cong PV/QV.

− Phân tích tuyến tính hóa hệ thống điện.
− Các module phụ trợ khác.
PSS/E không chỉ là công cụ giúp phân tích được hệ thống ở hiện tại mà còn có thể
phân tích được các hệ thống trong tương lai, phục vụ cho nhu cầu thực hiện các quy
hoạch phát triển điện lực tỉnh, phát triển điện lực vùng miền, phát triển điện lực Quốc

gia.
KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM SỬ DỤNG PSS/E
CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PSS/E


-- 6 --

LUẬN VĂN THẠC SĨ

CBHD: TS. VÕ NGỌC ĐIỀU
HVTH: LÊ ĐỨC THIỆN VƯƠNG

2.2. Giải thuật tính toán của phần mềm PSS/E
Chương trình PSS /E dựa trên các lý thuyết về năng lượng để xây dựng các mô hình
cho các thiết bị trong hệ thống điện với mô hình một sợi và đơn vị tương đối. Việc
mô hình hóa các thiết bị và thực hiện tính toán phụ thuộc rất nhiều vào giới hạn của
các thiết bị tính toán. Trước kia, do các máy tính có khả năng còn hạn chế nên việc
tính toán trở nên khó khăn, chỉ thực hiện đối với các hệ thống nhỏ và độ tin cậy tính
toán không cao. Ngày nay, với các kỹ thuật hiện đại, máy tính có các tiện nghi như
bộ nhớ ảo, bộ nhớ phân trang và tốc độ tính toán rất lớn nên việc tính toán mô phỏng
trở nên dể dàng và hiệu quả hơn.
Các bước được sử dụng trong PSS/E để tiến hành mô phỏng và tính toán các quá trình
xảy ra trong hệ thống là:
1/ Phân tích các thiết bị vật lý (đường dây truyền tải, máy phát, máy biến áp, bộ điều
tốc, rơle,...) để thực hiện việc mô phỏng và tính toán các thông số đặc trưng và
hàm truyền của nó.
2/ Chuyển các mô hình vật lý đã được nghiên cứu thành dữ liệu đầu vào cho chương
trình PSS/E. Trong PSS/E các thiết bị vật lý đã được xây dựng theo các phương
trình vi phân đặc trưng, khi đưa dữ liệu đầu vào theo đúng cấu trúc của PSS/E,
các phương trình vi phân mô tả thiết bị cụ thể đang khảo sát sẽ được xây dựng.

3/ Sử dụng các chương trình của PSS/E để xử lý dữ liệu, thực hiện tính toán và xuất
kết quả.
4/ Chuyển đổi kết quả tính toán thành các thông số cho các thiết bị thực đã dùng để
mô phỏng trong bước 1.
Giải thuật chính của PSS/E là thuật toán tính lặp, áp dụng cho việc phân tích hệ thống
ở chế độ xác lập, là tiền đề cho việc phân tích ổn định của hệ thống. Thuật toán lặp
trong PSS/E thực hiện như sau:
Bước 1: Xây dựng hệ thống khảo sát và xác định giá trị ban đầu của điện áp các nút.
Bước 2: Xây dựng vectơ dòng in ở mỗi nút từ điều kiện biên:
Pk + jQk = vk ik*

KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM SỬ DỤNG PSS/E
CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PSS/E

(2.1)


-- 7 --

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Trong đó: Pk + jQk:

CBHD: TS. VÕ NGỌC ĐIỀU
HVTH: LÊ ĐỨC THIỆN VƯƠNG

Nhu cầu phụ tải và máy phát ở nút k
Điện áp nút k

vk :


Bước 3: Tính toán các vectơ điện áp mới vn theo công thức:

In = YnnVn
Trong đó: In:

(2.2)

Vectơ dòng điện từ các nút chạy vào hệ thống

V n:

Vectơ điện áp tại các nút của hệ thống

Ynn:

Ma trận tổng dẫn của hệ thống

Bước 4: Quay lại bước 2 và lặp lại chu kỳ cho đến khi nó hội tụ đến một giá trị điện
áp không thay đổi vn.
Chương trình PSS/E sử dụng hai phương pháp lặp chủ yếu là:

− GAUSS-SEIDEL: Một trong những đặc điểm nổi bật nhất của phương pháp
GAUSS là khả năng hội tụ rất cao, do đó được dùng để tính toán trào lưu công suất
trong những trường hợp mà khả năng hội tụ là chưa biết trước. Đồng thời cũng là
những bước thử đầu tiên cho các phương pháp khác. Phương pháp lặp Gauss có 2
lựa chọn:
+ Phương pháp lặp Gauss-Seidel cổ điển
+ Phương pháp lặp Gauss-Seidel cải tiến


− NEWTON-RAPHSON: Một trong những đặc điểm nổi bật nhất của phương pháp
Newton-Raphson là tốc độ hội tụ rất cao nếu có những điểm ban đầu được lựa
chọn tốt. Do đó được dùng để tính toán trong những trường hợp đòi hỏi sự tính
nhanh và có khả năng hội tụ cao. Phương pháp Newton-Raphson có 3 lựa chọn:
+ Phương pháp lặp Newton-Raphson liên kết đầy đủ
+ Phương pháp lặp Newton-Raphson không liên kết
+ Phương pháp lặp Newton-Raphson không liên kết có độ dốc cố định.

KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM SỬ DỤNG PSS/E
CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PSS/E


-- 8 --

LUẬN VĂN THẠC SĨ

CHƯƠNG 3:

CBHD: TS. VÕ NGỌC ĐIỀU
HVTH: LÊ ĐỨC THIỆN VƯƠNG

TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN

3.1. Tổng quan về ổn định
Ổn định hệ thống điện là một đặc tính của hệ thống điện, đặc tính này là sự duy trì
trạng thái cân bằng của hệ thống điện trong điều kiện vận hành bình thường và sự
phục hồi về trạng thái cân bằng sau khi xảy ra nhiễu động trong hệ thống.
Tầm ổn định của hệ thống điện nằm trong một dải giá trị nhất định, khi hệ thống vận
hành ra khỏi tầm này thì sẽ xảy ra các nhiễu động, nếu không xử lý kịp thời, đưa hệ
thống về trạng thái xác lập thì sẽ gây ra các dao động trong hệ thống (ví dụ: Các thay

đổi của tải hoặc máy phát hay sau các sự cố như ngắn mạch, mất điện….). Khi các
dao động này vượt quá phạm vi điều khiển của hệ thống, hệ thống sẽ bị mất ổn định.
Theo [2], xét về bản chất ta có thể chia ổn định hệ thống điện thành các dạng sau đây:
Ổn định hệ thống điện
Power system stability

Ổn định góc máy phát
Angle stability

Ổn định tín
hiệu nhỏ
Small signal
stability

Mất ổn định phi
chu kỳ
Non- oscillatory
Instability

Ổn định điện áp
Voltage Stability

Ổn định
quá độ
Transient
Stability

Ổn định thời
gian ngắn
Mid-term

Stability

Ổn định
thời gian dài
Long-term
Stability

Ổn định ĐA
nhiễu lớn
Large
disturbance

Mất ổn định có
dao động
Oscilloiary
Instability
Phân loại ổn định hệ thống điện – Cách 1

KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM SỬ DỤNG PSS/E
CHƯƠNG III: TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN

Ổn định ĐA
nhiễu bé
Small
disturbance


-- 9 --

LUẬN VĂN THẠC SĨ


CBHD: TS. VÕ NGỌC ĐIỀU
HVTH: LÊ ĐỨC THIỆN VƯƠNG

Hoặc theo [4] thì ổn định hệ thống điện có thể được phân loại như sau:
Ổn định hệ thống điện
Power system stability

Ổn định góc máy phát
Angle stability

Ổn định điện áp
Voltage Stability

Ổn định với kích động nhỏ
Small signal stability

Ổn định với kích động lớn
Large disturbance Stability

Ổn định tĩnh
Mất ổn định phi
chu kỳ
Non- oscillatory
Instability

Mất ổn định có
dao động
Oscilloiary
Instability


Ổn định quá độ
Transient Stability

Ổn định động

Steady-state
Stability

Ổn định thời gian ngắn
Mid-term Stability

Dynamic
Stability

Ổn định thời gian dài
Long-term Stability

Phân loại ổn định hệ thống điện – Cách 2
Tuy 2 cách phân loại trên có khác nhau tuy nhiên có thể thấy việc phân chia dựa theo
các yếu tố xem xét như sau:
− Bản chất vật lý của việc mất ổn định;
− Loại nhiễu động xem xét;
− Các thiết bị, quá trình, và thời gian cần thiết cho việc xác định ổn định;

KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM SỬ DỤNG PSS/E
CHƯƠNG III: TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN


LUẬN VĂN THẠC SĨ


-- 10 --

CBHD: TS. VÕ NGỌC ĐIỀU
HVTH: LÊ ĐỨC THIỆN VƯƠNG

− Phương pháp thích hợp nhất để tính toán và dự báo sự ổn định của hệ thống điện.

3.1.1. Ổn định góc máy phát
Ổn định góc máy phát là khả năng duy trì sự đồng bộ, cân bằng moment của các máy
phát đồng bộ. Khảo sát xem góc máy phát có ngừng dao động và trở về giá trị xác lập
mới trong các điều kiện:
− Nhiễu lớn (Ổn định quá độ - do các sự cố nghiêm trọng như ngắn mạch, mất pha,
mất tổ máy phát,…)
− Nhiễu nhỏ (Tín hiệu nhỏ - các nhiễu nhỏ trong hệ thống như việc khởi động động
cơ, quá tải,… có làm cho hệ thống dao động, mất điều khiển hay không)

3.1.2. Ổn định theo thời gian dao động
Khả năng dao động của tần số và điện áp lớn. Khảo sát xem tần số và điện áp hệ thống
điện có nằm trong một dải cho phép trong các điều kiện:
− Khoảng thời gian ngắn (tác động của các bộ điều tốc, các dao động thường chậm
hoặc nhanh, kéo dài trong khoảng vài phút,…,)
− Khoảng thời gian dài (vận hành tua-bin, lò hơi, lò nguyên tử, các dao động diễn ra
chậm, tần số hệ thống không thay đổi…)

3.1.3. Ổn định điện áp
Ổn định điện áp là khả năng duy trì điện áp ổn định trong giới hạn cho phép cùng với
việc cân bằng công suất phản kháng. Điện áp của các nút trong hệ thống cao hay thấp
là do công suất phản kháng tại các nút đó. Cần khảo sát điện áp tại các nút có nằm
trong dải cho phép trong các điều kiện:

− Ổn định với nhiễu động lớn (khi xảy ra các nhiễu động lớn, các sự cố ngắn mạch,
tác động của các thiết bị đóng cắt, bảo vệ, dao động của tải,...)
− Ổn định với nhiễu động nhỏ (liên quan đến việc xem xét đặc tính tĩnh P/Q-V của
hệ thống, biên ổn định, độ dự trữ,...)
Nội dung của đề tài sẽ xem xét 2 loại ổn định thường gặp trong hệ thống: ổn định khi
hệ thống xảy ra các dao động nhỏ và ổn định khi có các dao động lớn trong hệ thống.
KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM SỬ DỤNG PSS/E
CHƯƠNG III: TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN


-- 11 --

LUẬN VĂN THẠC SĨ

CBHD: TS. VÕ NGỌC ĐIỀU
HVTH: LÊ ĐỨC THIỆN VƯƠNG

3.2. Ổn định tín hiệu nhỏ trong hệ thống điện
3.2.1. Tổng quan
Ổn định tín hiệu nhỏ của hệ thống điện hay ổn định với nhiễu động nhỏ là ổn định
khi xảy ra các dao động nhỏ, ví dụ như phụ tải tăng, giảm, khởi động động cơ, tăng
giảm máy phát,…
Ví dụ xét đường đặc tính công suất như hình dưới:

Đường cong đặc tính công suất
Phương trình công suất có dạng:
P(δ) = Pmaxsin(δ)

(3.1)


δ là góc lệch giữa điện áp đầu phát và đầu nhận hay là góc lệch của rotor máy phát
với trục đang xét. Điểm a là điểm làm việc cân bằng, khi có một kích động xuất hiện
làm góc δ lệch khỏi vị trí cân bằng một lượng ∆δ.
− Nếu ∆δ >0 thì công suất điện P(δ) lớn hơn công suất cơ PT (P0) làm máy phát quay
chậm lại, giảm góc δ về vị trí ban đầu.
− Nếu ∆δ < 0 thì ngược lại, P(δ) < PT, máy phát quay nhanh hơn, góc δ tăng trở về
vị trí ban đầu. Điểm a như vậy gọi là cân bằng bền.
Xét điểm b, khi ∆δ > 0 thì P(δ) < PT, máy phát quay nhanh hơn, góc δ tăng lên, đi xa
khỏi b. Khi ∆δ < 0 thì P(δ) > PT, máy phát quay chậm lại, giảm góc δ, đi xa khỏi b.

KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM SỬ DỤNG PSS/E
CHƯƠNG III: TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN


-- 12 --

LUẬN VĂN THẠC SĨ

CBHD: TS. VÕ NGỌC ĐIỀU
HVTH: LÊ ĐỨC THIỆN VƯƠNG

Như vậy tại b chỉ cần xảy ra một giao động nhỏ thì sẽ lệch khỏi vị trí cân bằng. Điểm
b là điểm không ổn định.
3.2.2. Một số tiêu chuẩn đánh giá ổn định tín hiệu nhỏ
3.2.2.1. Tiêu chuẩn năng lượng
Tiêu chuẩn ổn định về năng lượng [3] được mô tả qua bất đẳng thức sau:
∆W
<0
∆Π


Với

(3.2)

∆Π - gia số thông số

∆W - năng lượng dư và ∆W = ∆WF − ∆Wt

∆WF , ∆Wt - số gia năng lượng phát và tiêu tán

Điều này tương đương với:

∆PT − ∆P(δ)
<0
∆δ

Giả thiết PT không đổi ta có:

dP
>0
dδ

(3.3)
(3.4)

Suy ra các điều kiện ổn định tương đương (trong phạm vi phát công suất):
-π/2 < δ0 < π/2

dP/dδ > 0 Hệ thống ổn định (điểm a)


π/2 < δ0 < π

dP/dδ < 0 Hệ thống không ổn định (điểm b)

δ0 = π/2

dP/dδ = 0 Hệ thống ở giới hạn ổn định

Hệ số dự trữ ổn định:

K dt =

Pgh − PT
PT

100%

(3.5)

3.2.2.2. Tiêu chuẩn Lyapunov [3] (dao động bé – áp dụng cho hệ thống điện)
Xét phương trình vi phân mô tả quá trình quá độ với ảnh hưởng của cuộn cản thể hiện
qua moment cản:
TJ

d 2δ
dδ
+ KD
= PT − P
2
dt

dt

(3.6)

Các phần tử trong hệ đơn vị tương đối. Nếu thời gian và hằng số quán tính thể hiện
là giây thì TJ cần phải được nhân với 1/ωo.

KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN NAM SỬ DỤNG PSS/E
CHƯƠNG III: TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN