Ứng dụng etap để so sánh khả năng ổn định của hệ thống truyền tải HVAC và HVDC

động của nhiễu một khoảng thời gian nào 
đó độ lệch tốc độ (dδ/dt) bằng 0. Vì vậy, từ (7), tiêu chuẩn ổn định có thể được viết: 
 (8) 
 (9) 
2
0
2
( )
2 m e
P Pd d d
dt dt H dt
  

2
0 ( )m eP Pd d d
dt dt H dt
   
 
 
2
0 ( )m eP Pd d
dt H


 
 
 

0
0 ( ) 0
m
m eP P d
H



 
1
0 1
( ) ( ) 0
m
m e e mP P d P P d
 
 
     
57 
Ở đây, δ0 và δm lần lượt là góc rotor ban đầu và góc rotor cực đại. 
Đặt 
 (10) 
 (11) 
Trong đó, E1 là năng lượng (cơ năng) tích lũy bởi rotor trong quá trình tăng tốc khi δ thay đổi 
từ δ0 đến δ1, và diện tích A1 được gọi là diện tích tăng tốc; E2 là năng lượng (cơ năng) mất đi 
trong quá trình hãm tốc khi δ thay đổi từ δ1 đến δm, và diện tích A2 được gọi là diện tích hãm 
tốc. 
• Như vậy điều kiện để HT ổn định là năng lượng tích lũy trong quá trình tăng tốc phải bằng 
năng lượng tiêu hao trong quá trình hãm tốc (bỏ qua tổn thất). Hay nói khác đi điều kiện ổn 
định là diện tích tăng tốc bằng diện tích hãm tốc. Đây chính là tiêu chuẩn cân bằng diện tích 
(equal-area criterion), nó cho phép xác định góc rotor cực đại (δm) và do đó xác định tính 
ổn định của HTĐ mà không cần tính toán đáp ứng theo thời gian thông qua việc giải pt dao 
động. 
• Tiêu chuẩn cũng có thể được sử dụng để xác định độ tăng CS cơ cho phép lớn nhất mà HT 
vẫn ổn định. Ổn định được duy trì nếu diện tích A1 nhỏ hơn hoặc bằng diện tích lớn nhất có 
thể có của A2. Ngược lại, nếu diện tích A1 lớn hơn diện tích lớn nhất có thể có của A2, khi 
δ > δL CS cơ lớn hơn CS điện làm cho góc δ tiếp tục tăng và HT sẽ mất ổn định. 
3. Đáp ứng đối với sự cố ngắn mạch 
• Xét trường hợp sự cố ba pha tại vị trí F trên mạch truyền tải thứ 2 như được cho trong hình 
dưới đây: 
• Giả thuyết MF được biểu diễn bởi mô hình cổ điển, mạch tương đương có dạng như sau: 
1
0
1 1( ) Am eE P P d area


  
1
2 2( ) A
m
e mE P P d area


  
Hình. 6 
Hình. 7 
58 
• Sự cố được xóa bằng cách mở máy cắt ở 2 đầu mạch bị sự cố, thời gian cắt phụ thuộc vào 
thời gian bảo vệ relay và thời gian cắt của máy cắt. 
• Với dạng sự cố cho trước, CS tác dụng của MF trong chế độ sự cố phụ thuộc vào vị trí sự 
cố. Nếu sự cố ba pha xảy ra tại đầu đường dây truyền tải, CS tác dụng của MF bằng 0. Nếu 
vị trí sự cố cách đầu gửi của mạch truyền tải một khoảng cách nào đó, CS tác dụng của MF 
sẽ có giá trị nhất định. 
• Trên Hình 8 dưới đây vẽ đặc tính Pe-δ ứng với 3 chế độ: (i) trước sự cố (cả 2 đường dây 
đều làm việc), (ii) sự cố ngắn mạch 3 pha xảy ra trên đường dây tại vị trí cách đầu đường 
dây một khoảng cách nào đó, và (iii) sau sự cố (mạch 2 được cắt ra). Hình 8a ứng với thời 
gian xóa sự cố là tc1 và HT ổn định quá độ, trong khi đó hình 8b ứng với thời gian xóa sự 
cố dài hơn (tc2) và HT mất ổn định. Trong cả 2 trường hợp Pm được giả thiết là không đổi. 
• Xét trường hợp ổn định được cho trong Hình 8a, quá trình quá độ xảy ra như sau: 
 Trước tiên HT vận hành với cả 2 đường dây truyền tải đều làm việc sao cho Pe = Pm và 
δ = δ0. 
 Khi sự cố xảy ra, do quán tính nên góc rotor không thể thay đổi tức thời nên điểm làm 
việc chuyển từ “a” sang “b”. 
 Tại “b”, do Pe < Pm, rotor tăng tốc cho tới khi đạt được điểm làm việc “c” tại đó sự cố 
bị xóa bằng cách cô lập mạch bị sự cố. Điểm làm việc dịch chuyển đột ngột đến “d”. 
 Tại “d”, Pe > Pm sinh ra mô men hãm tốc làm giảm tốc độ rotor. Vì tốc độ rotor lớn hơn 
tốc độ đồng bộ, góc δ tiếp tục tăng cho tới khi động năng tích lũy trong quá trình tăng 
tốc chuyển hóa hoàn toàn. Điểm làm việc chuyển từ “d” sang sang “e” sao cho diện tích 
A2 bằng diện tích A1. 
 Tại “e”, tốc độ bằng tốc độ đồng bộ và δ đạt giá trị cực đại δm. Vì Pe vẫn lớn hơn P 
m, rotor tiếp tục giảm tốc với tốc độ thấp hơn tốc độ đồng bộ. Góc rotor giảm và điểm 
Hình. 8 
59 
làm việc sẽ dịch chuyển dọc theo đường đặc tính Pe-δ ứng với chế độ sau sự cố. Giá trị 
cực tiểu của δ được xác định theo tiêu chuẩn cân bằng diện tích ứng với đường đặc tính 
sau sự cố. Trong trường hợp bỏ qua tất cả các nguồn cản dịu, rotor tiếp tục dao động với 
biên độ không đổi. Trong thực tế, do có tổn thất nên rotor sẽ dao động tắt dần và HT sẽ 
đạt được điểm làm việc mới. Đó chính là giao điểm của đường đặc tính sau sự cố và 
đường thẳng P = Pm. 
• Khi sự cố được xóa chậm hơn như được thể hiện trong Hình 8b, diện tích A2 phía trên Pm 
nhỏ hơn A1. Khi điểm làm việc đạt đến điểm “e”, động năng tích lũy trong thời gian tăng 
tốc chưa chuyển hóa hoàn toàn, do đó tốc độ vẫn lớn hơn tốc độ đồng bộ và δ tiếp tục tăng. 
Vượt quá điểm “e”, Pe > Pm, và rotor bắt đầu tăng tốc trở lại. Tốc độ và góc rotor tiếp tục 
tăng, dẫn đến mất ổn định. 
4. Các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định quá độ 
• Mức độ tải của MF 
• Công suất đầu ra của MF trong chế độ sự cố. Điều này phụ thuộc vào vị trí và loại sự cố 
• Thời gian xóa sự cố 
• Điện kháng hệ thống truyền tải sau sự cố 
• Điện kháng máy phát. Điện kháng càng nhỏ CS cực đại càng lớn và góc rotor ban đầu 
càng nhỏ 
• Quán tính MF. Quán tính càng cao, tốc độ thay đổi góc càng bé. Điều này sẽ làm giảm 
động năng tích lũy trong lúc sự cố, nghĩa là A1 giảm 
• Biên độ điện áp nội của MF (E’) 
• Biên độ điện áp của thanh góp vô cùng lớn (EB) 
60 
Chương 4. ỨNG DỤNG ETAP ĐỂ SO 
SÁNH KHẢ NĂNG ỔN ĐỊNH CỦA 
HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI HVAC VÀ 
HVDC 
I. MÔ HÌNH KHẢO SÁT VÀ THIẾT LẬP THÔNG SỐ HỆ THỐNG AC 
1. Hệ thống IEEE 9 bus của etap 14.0: 
Hệ thống gồm 3 máy phát, 6 đường dây, 3 máy biến áp và 3 tải. Tổng công suất máy phát là 
519.5 MVA và tổng tải là 330.618 MVA. Hệ thống liên kết nhau qua điện áp truyền tải 230kV. 
Hệ thống máy phát: 
Thông số G1 G2 G3 
Chế độ hoạt động swing Voltage control Voltage control 
MVA định mức 247.5 192 128 
KV định mức 16.5 18 13.8 
Hệ số công suất 100% 85% 85% 
Loại động cơ Steam turbo Steam turbo Steam turbo 
Tốc độ 180 3600 3600 
Hình. 1 Sơ đồ 1 sợi cho hệ thống IEEE9Bus 
61 
Hệ thống phụ tải: 
Tên phụ tải Công suất định mức (MVA) Điện áp định mức (KV) 
Load A 135.532 230 
Load B 92.499 230 
Load C 102.637 230 
Hệ thống máy biến áp: 
Tên MBA MVA 
T1 100 
T2 100 
T3 100 
2. Thiết lập thông số hệ thống AC: 
2.1. Máy Phát: 
 Thông số định mức 
 Rating G1: 
62 
 Rating G2: 
 Rating G3: 
63 
 Trở kháng máy phát 
 Impedance G1: 
 Impedance G2: 
64 
 Impedance G3: 
2.2. Máy biến áp: 
 Thông số định mức 
 Rating T1: 
65 
 Rating T2: 
 Rating T3: 
66 
 Trở kháng MBA 
 Impedance T1 
 Impedance T2 
67 
 Impedance T3 
2.3. Tải: 
 Tải A 
68 
 Tải B 
 Tải C 
69 
II. THIẾT LẬP THÔNG SỐ HVDC 
1. Trang info: 
• ID: Tên thiết bị 
• From bus: nút kết nối từ 
• To bus: đến nút 
• Service: 
 In: Thiết bị hoạt động 
 Out: Thiết bị bị ngắt khỏi lưới 
2. Trang rating: 
70 
• Rectifier input: Ngõ vào bộ chỉnh lưu, điện áp sơ cấp vào máy biến áp là 230 KV 
• Rectifier transformer: Máy biến áp phía chỉnh lưu 
 Phía sơ cấp (primary KV): điện áp AC định mức của nút kết nối của lưới điện, trường 
hợp này là 230 KV 
 Phía thứ cấp (secondary KV): điện áp đi qua bộ chỉnh lưu tạo thành điện 1 chiều đi qua 
đường dây DC tới bộ nghịch lưu, trường hợp này ta chọn điện áp truyền tải là 250 KV 
• Inverter output: điện áp AC sau khi nghịch lưu để kết nối lại lưới điện, trường hợp này là 
230 KV 
• Inverter transformer: Máy biến áp nghịch lưu 
 Phía sơ cấp (primary KV): điện áp AC qua máy biến áp kết nối tới lưới điện, trường hợp 
này nút kết nối có điện áp định mức là 230 KV 
 Phía thứ cấp (secondary KV): điện áp AC sau khi nghịch lưu, điện áp truyền tải DC là 
250 KV tức là sau khi nghịch lưu ta có điện áp 250 KV AC 
• Bridges: số cầu chỉnh lưu 
• Configuration: số cực 
• Resistance: trở kháng đường dây 
71 
• Rating: Thông số định mức của HDVC 
 Điện áp DC định mức: 
3 2 _
Pr _
Pr _ (1 )
dc rated
Sec KV
V im KV BridgeNumber
im KV tap

 
 Dòng điện DC định mức: Nhập vào dòng điện định mức của đường dây DC 
 Công suất DC định mức: Nhập vào công suất định mức truyền tải trên đường dây DC 
 Các góc điều khiển hệ thống nghịch lưu, chỉnh lưu 
3. Một số trang khác: 
• Rectifier control: Điều khiển bộ chỉnh lưu 
• Inverter control: Điều khiển nghịch lưu 
• AC control: Điều khiển AC 
III. SO SÁNH KẾT QUẢ GIỮA 2 HỆ THỐNG 
1. Hệ thống xoay chiều 
Ta tìm CCT (critical clearing time) thời gian cắt tới hạn thông qua phần mềm etap. Ta chọn lỗi 
ở vị trí Bus6 là ngắn mạch 3 pha và mô phỏng ta xác định được CCT = 0.43s 
Thiết lập và xác định kết quả: 
a. Trường hợp sự cố và hệ thống đạt tới thời gian cắt tới hạn CCT = 0.43s 
72 
73 
 Kết quả: 
Hệ thống vẫn ổn định quá độ 
b. Trường hợp hệ thống không còn ổn định quá độ khi CCT > 0.43 
74 
 Kết quả: 
Hệ thống mất ổn định 
2. Hệ thống xoay chiều nhưng thay line4 bằng HVDC 
Ta xác định CCT = 0.66s cho hệ thống có HVDC thay cho đường dây line4 
75 
Thiết lập và kết quả 
a. Trường hợp hệ thống tại thời gian cắt tới hạn CCT = 0.66s 
76 
 Kết quả 
Hệ thống ổn dịnh 
b. Trường hợp thời gian xóa lỗi > CCT = 0.66 
77 
 Kết quả 
Hệ thống mất ổn định 
3. So sánh kết quả 2 mô hình 
Mô hình CCT (s) 
HVAC 0.43 
HVDC 0.66 
IV. KẾT LUẬN 
 Mô hình HVDC có ưu thế hơn mô hình HVAC và nên được xem xét áp dụng rộng rải 
trên hệ thống truyền tải điện nước ta 
 Một số điểm nổi bật: 
 Tăng độ ổn định hệ thống điện 
 Giảm tổn hao trong quá trình truyền tải 
 Đảm bảo độ tinh cậy của lưới điện 
 Có thể thay đổi tần số của lưới để kết nối với lưới điện khác tần số 
 Cách ly sự cố nhanh hạn chế sự rã lưới của hệ thống 
78 
TÀI LIỆU KHAM KHẢO 
• Hệ thống truyền tải và phân phối (Hồ Văn Hiến) (Chương 14) 
• Transient stability analysis and enhancement of ieee- 9 bus system 
• Đề tài nghiên cứu khoa học: Nghiên cứu khả năng ứng dụng truyền tải điện một 
chiều ở Việt Nam (Chủ nhiệm đề án: Nguyễn Mạnh Cường) 
• Etap 14.0 User Guide 
• Examples of Etap program