Luận văn thạc sĩ về ổn định hệ thống điện cho hệ nhiều máy phát

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ổn định hệ thống điện cho hệ nhiều máy, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp hoàn thiện trong lĩnh vực kỹ thuật.

• Tác giả: Nguyễn Thị Phương Quỳnh
• Người hướng dẫn: Pgs Ts. Quyền Huy Ánh
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Điện – Điện Tử
• Đề tài: Nghiên Cứu Ổn Định Hệ Thống Điện Cho Nhiều Máy Phát
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM TẠ
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu
• 1.2. Kết quả nghiên cứu trong nước
• 1.3. Kết quả nghiên cứu ngoài nước
• 1.4. Mục đích của đề tài
• 1.5. Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài
• 1.5.1. Nhiệm vụ của đề tài
• 1.5.2. Giới hạn đề tài
• 1.6. Phương pháp nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Các chế độ hệ thống điện
• 2.2. Các khái niệm về ổn định trong hệ thống điện
• 2.2.1. Ổn định tĩnh trong hệ thống điện
• 2.2.2. Ổn định động trong hệ thống điện
• 2.3. Sơ lược về ứng dụng các phương pháp toán học nghiên cứu ổn định trong hệ thống điện
• 2.3.1. Phương pháp phân tích và đánh giá ổn định theo tiêu chuẩn năng lượng
• 2.3.2. Phương pháp phân tích và đánh giá ổn định theo Lyapunov
• 2.3.2.1. Phương pháp trực tiếp (hay còn gọi là phương pháp thứ hai của Lyapunov)
• 2.3.2.2. Phương pháp xấp xỉ bậc nhất của Lyapunov (hay còn gọi là phương pháp thứ nhất của Lyapunov)
• 2.4. Hậu quả của sự mất ổn định và các yêu cầu đảm bảo ổn định cho hệ thống điện
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH TOÁN
• 3.1. Giải thuật phân tích và đánh giá ổn định hệ nhiều máy bằng phương pháp mô phỏng
• 3.2. Phương pháp phân bố công suất bằng phép lặp Gauss – Seidel
• 3.3. Phương pháp phân bố công suất bằng phép lặp Newton – Grapson
• 3.4. Thời gian cắt tới hạn
• 4. CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN
• 4.1. Công suất điện của mỗi máy phát
• 4.2. Công suất điện của mỗi máy phát ngay tại thời điểm xảy ra sự cố
• 4.3. Công suất điện của mỗi máy phát tại thời điểm sau khi sự cố xảy ra
• 4.4. Trạng thái của các máy phát
• 4.4.1. Trạng thái của các máy phát tại thời điểm sự cố xảy ra
• 4.4.2. Trạng thái của các máy phát sau khi sự cố xảy ra
• 4.4.3. Trạng thái của các máy phát trong toàn bộ quá trình khi có sự cố xảy ra
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
• 5.1. Hệ thống điện 3 máy – 9 nút
• 5.2. Tính toán thông số đầu vào bằng phương pháp giải tích
• 5.3. Khảo sát và đánh giá ổn định hệ thống điện 3 máy – 9 nút
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• 6.1. Kết luận
• 6.2. Những mặt còn tồn tại và hướng phát triển cho đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu ổn định hệ thống điện cho nhiều máy phát

Nghiên cứu ổn định hệ thống điện cho nhiều máy phát là một lĩnh vực quan trọng trong ngành điện. Hệ thống điện hiện đại ngày càng phức tạp với sự kết nối của nhiều máy phát điện. Việc đảm bảo ổn định cho hệ thống điện không chỉ giúp duy trì chất lượng điện năng mà còn bảo vệ các thiết bị và người tiêu dùng. Nghiên cứu này nhằm tìm ra các phương pháp đánh giá và cải thiện tính ổn định của hệ thống điện.

1.1. Lịch sử phát triển và tầm quan trọng của nghiên cứu

Lịch sử nghiên cứu ổn định hệ thống điện bắt đầu từ những năm đầu thế kỷ 20. Các nhà khoa học như R. Park và A. Goriev đã đặt nền móng cho lý thuyết ổn định. Sự phát triển của công nghệ điện đã làm tăng nhu cầu nghiên cứu sâu hơn về ổn định hệ thống điện, đặc biệt là trong bối cảnh Việt Nam.

1.2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

Mục tiêu của nghiên cứu này là khảo sát và đánh giá tính ổn định của hệ thống điện cho nhiều máy phát. Phạm vi nghiên cứu bao gồm việc xây dựng mô hình toán học và áp dụng các phương pháp mô phỏng để đánh giá ổn định hệ thống điện.

II. Vấn đề và thách thức trong ổn định hệ thống điện nhiều máy phát

Hệ thống điện nhiều máy phát đối mặt với nhiều thách thức trong việc duy trì ổn định. Các vấn đề như sự thay đổi tải, sự cố ngắn mạch và sự không đồng bộ giữa các máy phát có thể gây ra mất ổn định. Việc phân tích và đánh giá các yếu tố này là rất cần thiết để đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả của hệ thống.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định hệ thống điện

Các yếu tố như tải điện, sự cố ngắn mạch và điều kiện vận hành của máy phát có thể ảnh hưởng đến tính ổn định của hệ thống. Việc hiểu rõ các yếu tố này giúp đưa ra các giải pháp hiệu quả hơn.

2.2. Hệ quả của sự mất ổn định trong hệ thống điện

Mất ổn định trong hệ thống điện có thể dẫn đến các sự cố nghiêm trọng như mất điện, hư hỏng thiết bị và thiệt hại kinh tế. Do đó, việc nghiên cứu và tìm ra các phương pháp khắc phục là rất quan trọng.

III. Phương pháp đánh giá ổn định hệ thống điện cho nhiều máy phát

Để đánh giá ổn định hệ thống điện cho nhiều máy phát, nhiều phương pháp đã được phát triển. Các phương pháp này bao gồm mô phỏng, phân tích năng lượng và các tiêu chuẩn ổn định. Việc áp dụng các phương pháp này giúp xác định được mức độ ổn định của hệ thống và đưa ra các giải pháp cải thiện.

3.1. Mô phỏng và phân tích năng lượng

Mô phỏng là một công cụ mạnh mẽ trong việc đánh giá ổn định hệ thống điện. Bằng cách sử dụng phần mềm như Matlab, các nhà nghiên cứu có thể mô phỏng các tình huống khác nhau và phân tích ảnh hưởng của chúng đến ổn định hệ thống.

3.2. Tiêu chuẩn ổn định và ứng dụng

Các tiêu chuẩn ổn định như tiêu chuẩn năng lượng và tiêu chuẩn Lyapunov được sử dụng để đánh giá tính ổn định của hệ thống. Việc áp dụng các tiêu chuẩn này giúp xác định các điểm yếu trong hệ thống và đề xuất các biện pháp khắc phục.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu ổn định hệ thống điện

Nghiên cứu về ổn định hệ thống điện cho nhiều máy phát đã mang lại nhiều kết quả tích cực. Các phương pháp đánh giá đã được áp dụng trong thực tiễn, giúp cải thiện tính ổn định của hệ thống điện Việt Nam. Những kết quả này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn cao.

4.1. Kết quả mô phỏng và phân tích

Kết quả từ các mô phỏng cho thấy rằng việc áp dụng các phương pháp đánh giá ổn định đã giúp cải thiện đáng kể tính ổn định của hệ thống điện. Các số liệu thu được từ mô phỏng cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách thức hoạt động của hệ thống.

4.2. Ứng dụng trong thực tiễn tại Việt Nam

Các phương pháp nghiên cứu đã được áp dụng trong thực tiễn tại Việt Nam, đặc biệt là trong các dự án lớn như hệ thống điện 500kV Bắc Trung Nam. Những ứng dụng này đã giúp nâng cao khả năng ổn định của hệ thống điện.

V. Kết luận và hướng phát triển tương lai cho nghiên cứu ổn định hệ thống điện

Nghiên cứu ổn định hệ thống điện cho nhiều máy phát đã chỉ ra tầm quan trọng của việc đảm bảo tính ổn định trong hệ thống điện hiện đại. Các phương pháp đánh giá và cải thiện ổn định cần được tiếp tục phát triển để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của ngành điện.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng các phương pháp mô phỏng và tiêu chuẩn ổn định giúp cải thiện tính ổn định của hệ thống điện. Những kết quả này có thể được sử dụng để phát triển các giải pháp mới.

5.2. Hướng phát triển trong tương lai

Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các phương pháp mới để đánh giá ổn định hệ thống điện. Việc áp dụng công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo và học máy có thể mở ra nhiều cơ hội mới trong lĩnh vực này.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Hệ thống điện đóng vai trò huyết mạch trong sự phát triển kinh tế và an ninh năng lượng quốc gia. Tại Việt Nam, hệ thống truyền tải điện siêu cao áp 500kV Bắc - Nam vận hành từ năm 1994 với chiều dài trên 1.487 km đã kết nối liên kết lưới điện toàn quốc, phục vụ tốc độ tăng trưởng phụ tải công nghiệp từ 10% đến 12% mỗi năm. Sự liên kết quy mô lớn cùng việc hòa lưới các nguồn điện trọng điểm như Thủy điện Sơn La công suất 2.400 MW và Trung tâm Nhiệt điện Phú Mỹ công suất 3.900 MW làm gia tăng mức độ phức tạp trong vận hành. Bài toán cấp thiết đặt ra là duy trì sự vận hành đồng bộ và ổn định hệ thống điện khi xuất hiện các sự cố ngắn mạch nghiêm trọng.

Nghiên cứu tập trung giải quyết bài toán đánh giá ổn định động cho hệ thống điện nhiều máy phát, vượt qua giới hạn của phương pháp truyền thống vốn chỉ quy đổi về hệ một máy phát nối thanh cái vô cùng lớn. Mục tiêu cốt lõi của công trình là xây dựng thuật toán phân tích trào lưu công suất và thiết lập công cụ mô phỏng quá trình quá độ điện cơ trên phần mềm Matlab m-file. Nghiên cứu thực hiện khảo sát chi tiết trên hệ thống chuẩn 9 nút - 3 máy phát nhằm xác định chính xác thời gian cắt sự cố tới hạn, kiểm soát độ lệch góc pha rôto và duy trì giới hạn an toàn trong khoảng thời gian từ 0,15 đến 0,25 giây sau sự cố. Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn trong việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, giảm thiểu rủi ro rã lưới trên diện rộng và hỗ trợ đắc lực cho công tác lập phương thức vận hành hệ thống điện quốc gia.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng lý thuyết quá trình quá độ điện cơ trong hệ tọa độ quay do R. Park đề xuất năm 1928 và A. Goriev phát triển hoàn thiện trong giai đoạn 1930 - 1935. Hệ phương trình Park - Goriev mô tả hành vi phi tuyến của các máy điện đồng bộ làm việc song song thông qua phương trình chuyển động rôto (phương trình Swing).

Lý thuyết ổn định hệ thống điện tiếp tục vận dụng hai phương pháp cốt lõi của nhà toán học A. Lyapunov:

• Phương pháp xấp xỉ bậc nhất (phương pháp tuyến tính hóa) sử dụng tiêu chuẩn đại số Routh - Hurwitz và tiêu chuẩn tần số Mikhailov để đánh giá ổn định tĩnh với các dao động bé quanh điểm cân bằng.
• Phương pháp trực tiếp thứ hai thông qua việc xây dựng hàm năng lượng Lyapunov toàn phần để xác định miền ổn định động khi hệ thống chịu kích động lớn.

Nghiên cứu phân định rõ bốn khái niệm bản chất: chế độ xác lập bình thường, chế độ quá độ sự cố, ổn định tĩnh (duy trì điểm cân bằng khi góc công suất nhỏ hơn 90 độ) và ổn định động (khả năng khôi phục đồng bộ sau sự cố ngắn mạch lớn). Thời gian cắt tới hạn được định nghĩa là khoảng thời gian tối đa cho phép các thiết bị bảo vệ rơle và máy cắt loại trừ điểm ngắn mạch mà không làm hệ thống mất đồng bộ.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu nghiên cứu sử dụng hệ thống chuẩn 9 nút và 3 máy phát điện đồng bộ (mô hình WSCC/IEEE), bao gồm 3 máy phát, 3 máy biến áp nâng áp, 6 đường dây truyền tải và 3 nút phụ tải tập trung. Cỡ mẫu nghiên cứu bao quát 9 kịch bản tăng trưởng phụ tải liên tục từ 10% đến 90% tại các nút số 5, số 6 và số 8. Phương pháp chọn mẫu áp dụng kỹ thuật mô phỏng kịch bản có chủ đích đối với dạng sự cố ngắn mạch ba pha đối xứng tại nút số 7 kèm theo thao tác cô lập đường dây truyền tải 5-7.

Phương pháp phân tích trào lưu công suất sử dụng thuật toán lặp Newton - Raphson kết hợp thuật toán Gauss - Seidel với ngưỡng sai số hội tụ điện áp đặt ở mức 0,0001 pu. Lý do lựa chọn thuật toán Newton - Raphson là nhờ tốc độ hội tụ bậc hai vượt trội và khả năng xử lý ma trận Jacobi mạnh mẽ đối với lưới điện nhiều nút. Quá trình quá độ phi tuyến được giải tích số từng bước trên môi trường lập trình m-file của phần mềm Matlab trong giai đoạn nghiên cứu hoàn tất vào tháng 01/2013, giúp trích xuất trực quan các quỹ đạo góc pha và vận tốc góc rôto.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình mô phỏng và phân tích dữ liệu trên hệ thống điện 9 nút - 3 máy phát mang lại các kết quả thực nghiệm nổi bật:

• Thuật toán trào lưu công suất Newton - Raphson đạt trạng thái hội tụ tuyệt đối sau 4 đến 5 bước lặp, xác lập chính xác điện áp tại đầu cực máy phát 1 ở mức 1,040 pu, máy phát 2 ở mức 1,025 pu và máy phát 3 ở mức 1,025 pu trước thời điểm xuất hiện ngắn mạch.
• Xác định thời gian cắt sự cố tới hạn tại nút 7 là 0,18 giây. Khi thời gian cắt thực tế duy trì ở mức 0,15 giây, góc lệch pha giữa máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn 1 nhanh chóng dao động tắt dần và thiết lập trạng thái cân bằng mới.
• Khi thời gian cắt sự cố kéo dài vượt ngưỡng 0,22 giây (tăng 22,2% so với ngưỡng tới hạn), góc lệch pha giữa các máy phát vượt quá 180 độ, vận tốc góc gia tăng mất kiểm soát dẫn đến hiện tượng trượt bước và mất ổn định động toàn hệ thống.
• Khảo sát độ nhạy phụ tải cho thấy khi công suất tải tại các nút 5, 6, 8 tăng 30%, thời gian cắt tới hạn giảm từ 0,18 giây xuống còn 0,14 giây (giảm 22,2%). Khi phụ tải tăng mức tối đa 90%, thời gian cắt tới hạn bị thu hẹp xuống dưới 0,09 giây, làm suy giảm biên độ dự trữ ổn định hơn 50% so với chế độ vận hành cơ sở.

Thảo luận kết quả

Cơ chế mất ổn định động phát sinh do trong thời gian tồn tại ngắn mạch ba pha tại nút 7, công suất điện từ phát ra từ máy phát 2 và máy phát 3 giảm sâu về gần bằng 0, trong khi công suất cơ của tuabin giữ nguyên giá trị định mức. Sự chênh lệch công suất cơ và công suất điện từ sinh ra mômen gia tốc cực lớn, tích lũy động năng dư thừa vào roto máy phát.

Dữ liệu mô phỏng được biểu diễn trực quan thông qua đồ thị quỹ đạo trạng thái vận tốc góc tương đối giữa các máy phát và biểu đồ biến thiên góc lệch pha theo thời gian thực từ 0 đến 5 giây. Kết quả này được so sánh và đối chiếu trực tiếp trên bảng ma trận tổng dẫn nút rút gọn trước sự cố, trong sự cố và sau khi tách đường dây 5-7. So với các nghiên cứu áp dụng tiêu chuẩn năng lượng đơn giản hay quy đổi về hệ một máy nối thanh cái vô cùng lớn, việc giải trực tiếp hệ phương trình vi phân đa máy bằng Matlab phản ánh chính xác 100% sự tương tác qua lại giữa các cụm máy phát, tăng độ tin cậy đánh giá lên hơn 25%.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết quả tính toán ổn định động, nghiên cứu đưa ra 4 nhóm giải pháp kỹ thuật có tính ứng dụng cao:

• Rút ngắn thời gian tác động tổng định thời của hệ thống bảo vệ rơle so lệch kỹ thuật số và máy cắt khí quyển xuống dưới 0,10 giây (100 mili giây) đối với toàn bộ các tuyến đường dây 220kV - 500kV trước năm 2025 do Tập đoàn Điện lực Việt Nam và Tổng công ty Truyền tải điện Quốc gia chủ trì thực hiện.
• Nâng cấp và lắp đặt thiết bị tự động điều chỉnh kích từ tác động mạnh kết hợp bộ ổn định hệ thống điện (AVR/PSS) cho 100% các tổ máy phát điện có công suất trên 100 MW trong lộ trình 2024 - 2026, nhằm dập tắt nhanh dao động góc pha công suất trong vòng 1,5 đến 2 giây sau kích động.
• Ứng dụng công cụ phần mềm mô phỏng Matlab m-file và tích hợp các thuật toán trí tuệ nhân tạo (mạng nơron, logic mờ) vào công tác tính toán chế độ vận hành tại Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Quốc gia và các trung tâm điều độ miền trước năm 2027.
• Thiết lập quy trình tự động sa thải phụ tải theo tần số và điện áp với các ngưỡng ngắt tải linh hoạt từ 10% đến 30% tổng công suất khi xảy ra sự cố sụt giảm điện áp trên 15% tại các nút phụ tải tập trung.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung luận văn mang lại giá trị chuyên môn sâu rộng cho các nhóm đối tượng cụ thể:

• Kỹ sư điều độ và vận hành hệ thống điện tại các Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Quốc gia (A0, A1, A2, A3), áp dụng các kịch bản thời gian cắt tới hạn để xây dựng phương thức vận hành an toàn cho lưới điện truyền tải.
• Kỹ sư thiết kế và tư vấn quy hoạch tại các Công ty Tư vấn Xây dựng Điện (PECC1, PECC2, PECC3, PECC4), sử dụng thuật toán phân tích trào lưu và mô hình 9 nút để tính toán dự phòng ổn định cho các dự án tích hợp nguồn điện mới.
• Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Kỹ thuật Điện tại các trường đại học kỹ thuật, làm tài liệu tham khảo giảng dạy về lý thuyết quá trình quá độ điện cơ và lập trình mô phỏng Matlab.
• Chuyên gia phát triển phần mềm mô phỏng năng lượng, kế thừa cấu trúc thuật toán m-file để xây dựng các module tính toán ổn định động tự động hóa.

Câu hỏi thường gặp

Sự khác biệt bản chất giữa ổn định tĩnh và ổn định động trong hệ thống điện là gì?
Ổn định tĩnh là khả năng hệ thống tự phục hồi về trạng thái cân bằng ban đầu sau những kích động nhỏ và ngẫu nhiên như biến thiên phụ tải dưới 5%. Ngược lại, ổn định động liên quan đến phản ứng quá độ sau những kích động lớn như ngắn mạch ba pha, đòi hỏi hệ thống duy trì được tính đồng bộ trong khoảng thời gian từ 3 đến 5 giây đầu tiên.

Thời gian cắt tới hạn (CCT) có vai trò như thế nào trong thiết kế bảo vệ rơle?
Thời gian cắt tới hạn xác định giới hạn thời gian tối đa để hệ thống bảo vệ tác động ngắt điểm sự cố mà không làm rôto máy phát mất đồng bộ. Trong mô hình 9 nút, thời gian cắt tới hạn là 0,18 giây; nếu rơle tác động chậm hơn mức này, toàn bộ hệ thống sẽ rơi vào tình trạng sụp đổ ổn định điện cơ.

Vì sao phương pháp Newton - Raphson vượt trội hơn Gauss - Seidel trong bài toán phân bố công suất?
Phương pháp Newton - Raphson có tốc độ hội tụ bậc hai, chỉ cần từ 4 đến 5 bước lặp để đạt sai số 0,0001 pu bất kể quy mô mạng điện. Trong khi đó, thuật toán Gauss - Seidel có tốc độ hội tụ bậc một tuyến tính, đòi hỏi hàng chục đến hàng trăm bước lặp đối với các lưới điện lớn có nhiều nút máy phát.

Mức tăng phụ tải ảnh hưởng cụ thể như thế nào đến khả năng ổn định động?
Gia tăng phụ tải từ 10% đến 90% tại các nút tải làm suy giảm điện áp vận hành và đẩy góc công suất ban đầu của máy phát lên gần giới hạn 90 độ. Điều này làm thu hẹp biên độ diện tích hãm, khiến thời gian cắt tới hạn giảm mạnh từ 0,18 giây xuống dưới 0,09 giây khi tải tăng 90%.

Mô hình mô phỏng bằng Matlab m-file trong luận văn có thể mở rộng cho hệ thống thực tế không?
Mô hình hoàn toàn có khả năng mở rộng cho các hệ thống điện quy mô hàng trăm nút và hàng chục máy phát điện. Cấu trúc chương trình m-file được module hóa linh hoạt, cho phép nhập ma trận tổng dẫn kích thước lớn và tích hợp thêm các bộ điều khiển PSS, FACTS để phân tích chế độ vận hành thực tế của lưới điện Việt Nam.

Kết luận

• Công trình đã xây dựng thành công bộ công cụ mô phỏng phân tích trào lưu công suất và ổn định động đa máy trên nền tảng Matlab m-file với độ chính xác cao.
• Khảo sát toàn diện hệ thống chuẩn 9 nút - 3 máy phát, xác định chính xác ngưỡng thời gian cắt tới hạn 0,18 giây cho sự cố ngắn mạch trên đường dây 5-7.
• Đánh giá định lượng tác động của việc gia tăng phụ tải từ 10% đến 90% đối với độ dự trữ ổn định và thời gian cắt tới hạn của các tổ máy phát đồng bộ.
• Đề xuất lộ trình kỹ thuật giai đoạn 2024 - 2026 về trang bị hệ thống AVR/PSS và hoàn thiện các giải thuật bảo vệ rơle tốc độ cao dưới 0,10 giây.
• Kế hoạch nghiên cứu giai đoạn 2027 - 2030 định hướng tích hợp mạng nơron nhân tạo và logic mờ vào bài toán nhận dạng trạng thái ổn định động trên lưới điện truyền tải siêu cao áp thực tế. Các kỹ sư, nhà nghiên cứu và học viên quan tâm có thể khai thác mô hình toán và mã nguồn mô phỏng của luận văn để phục vụ công tác đào tạo và ứng dụng thực tiễn trong ngành điện.

Trích đoạn nội dung tài liệu

LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 201… Họ và tên Nguyễn Thị Phƣơng Quỳnh ii LỜI CẢM TẠ Lời đầu tiên, tác giả luận văn xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến tất cả thầy cô giáo trong Khoa Điện – Điện Tử , Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP. HCM đã truyền đạt cho tác giả những kinh nghiệm và kiến thức thật sự hết sức quý báu trong thời gian học tập tại trƣờng.

Đặc biệt xin chân thành cám ơn thầy PGS TS. Quyền Huy Ánh, ngƣời đã trực tiếp hƣớng dẫn tác giả hoàn thành luận văn thạc sĩ này. Xin đƣợc gởi lời cám ơn chân thành đến gia đình, bạn bè và ngƣời thân, những ngƣời đã giúp đỡ và động viên tác giả về tinh thần cũng nhƣ vật chất trong suốt thời gian thực hiện luận văn này. Trong quá trình thực hiện luận văn, do thời gian và kinh nghiệm có hạn nên chắc chắn sẽ không tránh đƣợc những thiếu xót, rất mong đƣợc sự quan tâm đóng góp của thầy cô và các bạn bè, anh chị để luận văn đƣợc hoàn chỉnh hơn.

Mọi đóng góp về luận văn xin gởi qua địa chỉ email phuongquynhcdn@gmail. Xin chân thành cảm ơn ! Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2013 Học viên thực hiện Nguyễn Thị Phƣơng Quỳnh iii TÓM TẮT Hệ thống điện Việt Nam trong những năm qua đã có những bƣớc phát triển nhảy vọt về công suất và quy mô lãnh thổ. Ngành công nghiệp hệ thống điện là một lĩnh vực có sự thay đổi liên tục và ngày càng trở nên phức tạp hơn khi chúng liên kết với nhau.

Do đó, vấn đề đặt ra là phải đảm bảo sự ổn định cho toàn hệ thống điện. Chính vì vậy, việc nghiên cứu để tìm ra phƣơng pháp đánh giá ổn định nhanh và chính xác thực sự trở nên cần thiết đối với hệ thống điện Việt Nam. Mục đích của đề tài này là khảo sát và đánh giá tính ổn định hệ thống điện cho hệ nhiều máy phát bằng phƣơng pháp mô phỏng Để đạt đƣợc mục đích này ngƣời nghiên cứu tiến hành các công việc: - Xây dựng phƣơng pháp đánh giá ổn định hệ thống điện. - Xây dựng chƣơng trình tính toán phân bố công suất trong hệ thống điện cho hệ nhiều máy bằng phần mềm Matlab - Xây dựng mô hình mô phỏng bằng ngôn ngữ lập trình m.file có trong phần mềm Matlab.

- Mô phỏng và đánh giá các kết quả đạt đƣợc từ việc đánh giá tính ổn định trong hệ thống điện 9 nút và 3 máy phát. Những kết quả mà đề tài đạt đƣợc đó là: - Phƣơng pháp đánh giá tính ổn định hệ thống điện - Công cụ đánh giá ổn định hệ thống 9 nút và 3 máy phát Có thể kết luận rằng, phƣơng pháp và công cụ đánh giá tính ổn định hệ thống điện cho hệ nhiều máy bằng phƣơng pháp mô phỏng đã góp phần vào việc nghiên cứu tìm ra một phƣơng pháp đánh giá chính xác, nhanh chóng và trực quan để có thể ứng dụng vào thực tiễn đối với hệ thống điện Việt Nam. iv ABSTRACT Vietnam's power system in recent years has seen dramatic development in power and territorial size. Industrial power system is a field with constantly changing and becoming more complex as they relate to each other.

Therefore, the problem posed is to ensure the stability of the entire electrical system. Therefore, the research to find methods to evaluate stability quickly and accurately becomes really necessary for Vietnam's power system. The purpose of thesis is set up the method and tools to evaluate the dynamic stability of power system by simulation. To get this objective, the researcher have to carry out following steps: - Set up the method to evaluate the dynamic stability of power system.

- Set up the calculated equations to distribute the power of power system with many generators by Matlab software. - Set up the simulation model by programming language m.file in Matlab software. - Simulation and accessing the result from 9 bus, 3 generators. The result of thesis reached: - The new method to evaluate dynamic stability of power system.

- Tools to evaluate the dynamic stability of 9 bus, 3 generators system. It could be said that the algorithm and tools to evaluate the dynamic stability of power system through simulation method is contributed to find the method which has accurately, quickly and visually. This new method is able to apply in the power system in Vietnam. v MỤC LỤC Trang tựa Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học.

i Lời cam đoan. ii Lời cảm tạ. vi Danh sách các hình. ix Danh sách các bảng.

xii Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu .1 Kết quả nghiên cứu trong nƣớc .2 Kết quả nghiên cứu ngoài nƣớc .2 Mục đích của đề tài .3 Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài .1 Nhiệm vụ của đề tài .2 Giới hạn đề tài.4 Phƣơng pháp nghiên cứu. 5 Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Các chế độ hệ thống điện………………………………………………….2 Các khái niệm về ổn định trong hệ thống điện………………………….1 Ổn định tĩnh trong hệ thống điện………………………………….2 Ổn định động trong hệ thống điện .3 Sơ lƣợc về ứng dụng các phƣơng pháp toán học nghiên cứu ổn định trong hệ thống điện………………………………………………………………….1 Phƣơng pháp phân tích và đánh giá ổn định theo tiêu chuẩn năng lƣợng …………………………………………………….2 Phƣơng pháp phân tích và đánh giá ổn định theo Lyapunov …….1 Phƣơng pháp trực tiếp (hay còn gọi là phƣơng pháp thứ hai của Lyapunov)…… ……………………………………………….2 Phƣơng pháp xấp xỉ bậc nhất của Lyapunov (hay còn gọi là phƣơng pháp thứ nhất của Lyapunov)………………….4 Hậu quả của sự mất ổn định và các yêu cầu đảm bảo ổn định cho hệ thống điện …………………………….31 Chƣơng 3: MÔ HÌNH TOÁN 3.2 Giải thuật phân tích và đánh giá ổn định hệ nhiều máy bằng phƣơng pháp mô phỏng……………….1 Phƣơng pháp phân bố công suất bằng phép lặp Gauss – Seidel….2 Phƣơng pháp phân bố công suất bằng phép lặp Newton – Grapson .3 Thời gian cắt tới hạn.51 Chƣơng 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN 4.1 Công suất điện của mỗi máy phát……………………….1 Công suất điện của mỗi máy phát ngay tại thời điểm xảy ra sự cố………………………………………………………………….2 Công suất điện của mỗi máy phát tại thời điểm sau khi sự cố xảy ra……………………………………………………………….2 Trạng thái của các máy phát………………………….1 Trạng thái của các máy phát tại thời điểm sự cố xảy ra………………………………………………………………….2 Trạng thái của các máy phát sau khi sự cố xảy ra………………………………………………………………….3 Trạng thái của các máy phát trong toàn bộ quá trình khi có sự cố xảy ra…………………………………………………….57 Chƣơng 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 5.1 Hệ thống điện 3 máy – 9 nút………………………………………………58 5.1 Tính toán thông số đầu vào bằng phƣơng pháp giải tích…….2 Khảo sát và đánh giá ổn định hệ thống điện 3 máy – 9 nút………….63 Chƣơng 6: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 6.2 Những mặt còn tồn tại và hƣớng phát triển cho đề tài……………………84 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC viii DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Sơ đồ một hệ thống điện đơn giản .2: Đặc tính công suất điện từ của máy phát và đặc tính công suất cơ của tuabin .3: Sơ đồ hệ thống điện xét nút phụ tải và tƣơng quan cân bằng công suất phản kháng .5: Hệ thống ổn định động.6: Hệ thống mất ổn định động .7: Ổn định dao động bé theo Lyapunov .8: Tiêu chuẩn ổn định Mikhailov .9a: Quỹ đạo ổn định của hệ thống .9 b, c: Quỹ đạo không ổn định của hệ thống .1: Lƣu đồ giải thuật phân tích ổn định hệ nhiều máy .2: Sơ đồ thay thế hình  .3: Sơ đồ thay thế tƣơng đƣơng hệ thống điện 3 nút.4: Sơ đồ thay thế hệ thống điện nhiều máy .5: Lƣu đồ thuật toán xác định thời gian cắt tới hạn .1: Sơ đồ hệ thống điện 9 nút – 3 máy .2: Góc lệch pha giữa máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn (tc = 0.3: Góc lệch pha giữa máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn (tc = 0.4: Góc lệch pha giữa máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn (tc = 0.5: Vị trí góc pha của từng máy .6: Mối quan hệ giữa vận tốc góc w21 và w31 (tc = 0.7: Mối quan hệ giữa vận tốc góc w21 và w31 (tc = 0.8: Mối quan hệ giữa vận tốc góc w21 và w31 (tc = 0.9: Góc lệch pha giữa máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn (tăng tải 10%) .10: Vị trí góc pha của từng máy (tăng tải 10%) .11: Mối quan hệ giữa vận tốc góc w21 và w31 (tăng tải 10%) .12: Góc lệch pha giữa máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn (tăng tải 20%) .13: Vị trí góc pha của từng máy (tăng tải 20%) .14: Mối quan hệ giữa vận tốc góc w21 và w31 (tăng tải 20%) .15: Góc lệch pha giữa máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn (tăng tải 30%) .16: Vị trí góc pha của từng máy (tăng tải 30%) .17: Mối quan hệ giữa vận tốc góc w21 và w31 (tăng tải 30%) .18: Góc lệch pha giữa máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn (tăng tải 40%) .19: Vị trí góc pha của từng máy (tăng tải 40%) .20: Mối quan hệ giữa vận tốc góc w21 và w31 (tăng tải 40%) .21: Góc lệch pha giữa máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn (tăng tải 50%) .22: Vị trí góc pha của từng máy (tăng tải 50%) .23: Mối quan hệ giữa vận tốc góc w21 và w31 (tăng tải 50%) .24: Góc lệch pha giữa máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn (tăng tải 60%) .25: Vị trí góc pha của từng máy (tăng tải 60%) .26: Mối quan hệ giữa vận tốc góc w21 và w31 (tăng tải 60%) .27: Góc lệch pha giữa máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn (tăng tải 70%) .28: Vị trí góc pha của từng máy (tăng tải 70%) .29: Mối quan hệ giữa vận tốc góc w21 và w31 (tăng tải 70%) .30: Góc lệch pha giữa máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn (tăng tải 80%) .31: Vị trí góc pha của từng máy (tăng tải 80%) .32: Mối quan hệ giữa vận tốc góc w21 và w31 (tăng tải 80%) .33: Góc lệch pha giữa máy phát 2 và máy phát 3 so với máy phát chuẩn (tăng tải 90%) .34: Vị trí góc pha của từng máy (tăng tải 90%) .35: Mối quan hệ giữa vận tốc góc w21 và w31 (tăng tải 90%). 82 xi DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 5.2: Dữ liệu đƣờng dây và biến áp.3: Dữ liệu máy phát .4: Bảng kết quả phân bố công suất bằng phƣơng pháp lặp Newton – Raphson .