Một phương pháp nâng cao ổn định góc rotor máy phát điện sử dụng đồng thời bộ ổn định công suất(PSS) và thiết bị bù ngang tĩnh (SVC)

Phạm Thị Hồng Anh Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 99(11): 3 - 8 
 3
MỘT PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO ỔN ĐỊNH GÓC ROTOR MÁY PHÁT ĐIỆN 
SỬ DỤNG ĐỒNG THỜI BỘ ỔN ĐỊNH CÔNG SUẤT(PSS) 
VÀ THIẾT BỊ BÙ NGANG TĨNH (SVC) 
Phạm Thị Hồng Anh* 
 Trường Đại học Công nghệ Thông tin &Truyền thông – ĐH Thái Nguyên 
TÓM TẮT 
Sự mất ổn định của hệ thống điện (HTĐ) thường do phụ tải của hệ thống thay đổi, công suất làm 
việc của máy phát cần thay đổi theo. Do có sụt áp trên điện kháng trong, điện áp đầu cực máy phát 
bị biến thiên, lệch khỏi trị số định mức. Nếu không có biện pháp điều chỉnh, độ lệch sẽ rất đáng kể 
ảnh hưởng đến chất lượng điện năng. 
Để đảm bảo cho hệ thống làm việc tốt thì cần phải loại bỏ được hoặc làm suy giảm tới mức tối 
thiểu những nhiễu loạn trên hệ thống. Mất ổn định góc rotor máy phát điện đã được xem như là 
một trong những nguyên nhân chính dẫn đến một số sự cố tan rã HTĐ gần đây. Đứng trên quan 
điểm phòng ngừa sự cố mất ổn định góc rotor máy phát điện, cần phải nâng cao hệ thống điều 
khiển bằng cách lắp đặt thêm các thiết bị cản hay thêm các mô men cản khi có dao động công suất 
như: các thiết bị ổn định công suất ở các máy phát điện (power system stabilizers-PSS) hoặc các 
thiết bị bù thông minh (Flexible AC Transmission Systems-FACTS) Bài báo đề xuất sử dụng 
đồng thời bộ ổn định công suất (PSS) và thiết bị bù ngang SVC cho mục đích này. 
Từ khóa: PSS, SVC, ổn định hệ thống điện, PSS/E, máy phát điện 
ĐẶT VẤN ĐỀ* 
Các hệ thống điện (HTĐ) nói chung và HTĐ 
Việt Nam đang phải đối mặt với nhiều thách 
thức như: sự tăng lên quá nhanh của nhu cầu 
phụ tải, cạn kiệt về tài nguyên thiên nhiên như 
than đá, dầu mỏ (kể cả tiềm năng về nguồn 
thủy điện). Tất cả các yếu tố này làm cho 
HTĐ ngày càng trở lên rộng lớn về qui mô, 
khó khăn trong quản lý, vận hành và phối hợp 
điều khiển. Chính vì vậy mà một số HTĐ có thể 
đang được vận hành gần với giới hạn ổn định. 
HTĐ trở lên “nhạy cảm” với các sự cố có thể 
xảy ra và có thể dẫn đến mất ổn định. Trong 
đó có rất nhiều sự cố liên quan trực tiếp đến 
hiện tượng mất ổn định góc rotor máy phát 
điện. Chính vì vậy mà việc nghiên cứu về 
nâng cao ổn định HTĐ là một nhu cầu cấp 
thiết đối với HTĐ nói chung và HTĐ Việt 
Nam nói riêng [1], [2], [3]. 
Sự cố mất ổn định góc rotor máy phát điện đã 
được xem như là một trong những nguyên 
nhân chính dẫn đến một số sự cố tan rã HTĐ 
gần đây. Đứng trên quan điểm phòng ngừa sự 
cố mất ổn định góc rotor máy phát điện, cần 
phải nâng cao hệ thống điều khiển bằng cách 
*
 Tel: 0985 504561, Email: honganhtnvn@gmail.com 
lắp đặt thêm các thiết bị cản hay thêm các mô 
men cản khi có dao động công suất như: các 
thiết bị ổn định công suất ở các máy phát điện 
(power system stabilizers-PSS) hoặc các thiết 
bị bù thông minh (Flexible AC Transmission 
Systems-FACTS)Trong đó thiết bị PSS, 
SVC đã được chứng minh là có tác dụng rất 
lớn trong việc nâng cao ổn định góc rotor. 
Trong thực tế, HTĐ thường là rộng lớn, với 
nhiều đường dây liên lạc trong khi số lượng 
các thiết bị điều khiển thì thường hạn chế về 
số lượng vì lý do kinh tế và kỹ thuật, do đó 
một vấn đề đặt ra là phải lựa chọn thiết bị tối 
ưu để nâng cao ổn định. Do vậy, bài báo đề 
cập đến vấn đề sử dụng đồng thời bộ ổn định 
công suất PSS và thiết bị bù ngang tĩnh SVC 
nhằm nâng cao khả năng ổn định góc rotor 
máy phát điện. 
ỔN ĐỊNH QUÁ ĐỘ GÓC ROTO 
Hình 1: Góc rotor phản ứng với một nhiễu loạn 
thoáng qua 
Phạm Thị Hồng Anh Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 99(11): 3 - 8 
 4
Ổn định góc rotor IEEE/CIGR: liên quan đến 
khả năng của các máy phát điện (MPĐ) đồng 
bộ trong một HTĐ liên kết vẫn còn giữ được 
sự đồng bộ hóa sau khi trải qua các kích động 
có thể xảy ra trong HTĐ. Nó liên quan đến 
khả năng duy trì, phục hồi sự cân bằng giữa 
mô men điện từ và mô men cơ khí của mỗi 
máy phát điện đồng bộ trong HTĐ. Sự mất ổn 
định có thể xảy ra khi có sự tăng lên của góc 
rotor của một số MPĐ dẫn đến sự mất đồng 
bộ hóa so với các MPĐ khác trong HTĐ. Ổn 
định góc có thể được phân loại thành 2 loại: 
ổn định góc với nhiễu loạn nhỏ (small signal 
stability), và ổn định góc khi quá độ (transient 
stability). 
THIẾT BỊ ỔN ĐỊNH CÔNG SUẤT – 
POWER SYSTEM STABILIZER (PSS) 
Mô hình thiết bị 
Hình 2: Sơ đồ điển hình về hệ thống kích từ 
Mô hình ví dụ về PSS được Kundur mô tả như 
hình vẽ. 
Hình 3: Sơ đồ một hệ thống kích từ đơn giản với 
thiết bị AVR và PSS 
Trong đó PSS gồm 3 khối sau: 
- Khối bù pha (phase compensation 5): cung 
cấp đặc tính sớm pha tương thích để bù sự trễ 
pha giữa đầu vào bộ kích từ và mô men điện 
từ máy phát (khe hở không khí). 
- Khối lọc cao tần (signal washout 4) với hằng 
số thời gian TW đủ lớn để cho phép tín hiệu 
ghép nối với dao động trong bộ lọc cao tần 
không thay đổi. Không có nó những thay đổi 
ổn định về tốc độ sẽ dẫn đến thay đổi điện áp 
đầu cuối. 
- Khối khuếch đại ổn định (stabilizer gain 3) 
KSTAB để khuếch đại tín hiệu, và xác định 
giá trị của các momen cản được đưa vào bởi 
hệ thống kích từ chính. Lý tưởng khối khuếch 
đại thiết lập tại một giá trị tương ứng với giá 
trị cản lớn nhất. 
Sử dụng PSS để nâng cao ổn định 
Chức năng của thiết bị PSS là thêm momen 
cản để giảm dao động của rotor máy phát 
điện. Điều này đạt được bằng cách điều chỉnh 
kích thích máy phát điện để cải thiện một 
thành phần của mô- men điện đồng pha với 
độ lệch tốc độ rotor. Tốc độ trục rotor, tích 
phân công suất và tần số cuối một trong các 
tín hiệu đầu vào thường được sử dụng để đưa 
vào PSS. 
THIẾT BỊ SVC 
 SVC là thiết bị bù ngang dùng để tiêu thụ 
công suất phản kháng có thể điều chỉnh bằng 
cách tăng hay giảm góc mở của thyristor, 
được tổ hợp từ hai thành phần cơ bản: 
- Thành phần cảm kháng để tác động về mặt 
công suất phản kháng (có thể phát hay tiêu 
thụ công suất phản kháng tùy theo chế độ 
vận hành). 
- Thành phần điều khiển bao gồm các thiết bị 
điện tử như thyristor hoặc tri ác có cực điều 
khiển, hệ thống điều khiển góc mở dùng các 
bộ vi điều khiển như 8051, PIC 16f877, 
VAR... 
Hình 4: Sơ đồ nguyên lý của thiết bị SVC 
Sử dụng SVC cho phép nâng cao khả năng tải 
của đường dây một cách đáng kể mà không 
cần dùng đến những phương tiện điều khiển 
đặc biệt và phức tạp trong vận hành. Các chức 
năng chính của SVC bao gồm: 
Phạm Thị Hồng Anh Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 99(11): 3 - 8 
 5
- Điều khiển điện áp tại nút có đặt SVC có thể 
cố định giá trị điện áp. 
- Điều khiển trào lưu công suất phản kháng 
tại nút được bù. 
- Giới hạn thời gian và cường độ quá điện 
áp khi xảy ra sự cố (mất tải, ngắn mạch...) 
trong HTĐ. 
- Tăng cường tính ổn định của HTĐ 
- Giảm sự dao động công suất khi xảy ra sự 
cố trong HTĐ như ngắn mạch, mất tải đột 
ngột... Ngoài ra, SVC còn có các chức năng 
phụ đem lại hiệu quả khá tốt trong quá trình 
vận hành HTĐ như: 
- Làm giảm nguy cơ sụt áp trong ổn định tĩnh 
- Tăng cường khả năng truyền tải của đường dây 
- Giảm góc làm việc δ làm tăng cường khả 
năng vận hành của đường dây 
- Giảm tổn thất công suất ra và điện năng. 
MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN 
Để mô phỏng ứng dụng của PSS và SVC 
trong việc nâng cao ổn định góc rotor với ổn 
định quá độ, trong phần này tác giả giới thiệu 
mô hình hệ thống điện chuẩn theo Kundur 
như hình 5. 
Trong mô hình này, hệ thống ba pha 50 Hz, 
230 kV chỉ thể hiện một pha như hình vẽ, bao 
gồm 4 máy phát điện có công suất 900MVA 
và điện áp 20kV, được chia thành hai hệ 
thống điện con nối với nhau thông qua đường 
dây tải điện kép có chiều dài 220km. 
KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ĐỘNG HTĐ 
Qua tính toán và phân tích quá trình ổn định 
góc rotor cho HTĐ chuẩn theo IEEE. Chương 
trình PSS/E [6] được dùng để mô phỏng động 
hệ thống điện. Các thông số của HTĐ chuẩn 
Kundur bao gồm các thông số trào lưu công 
suất, thông số động của các MPĐ cũng như 
hệ thống kích từ, điện áp tại thanh cái cũng 
được mô phỏng. 
Như đã phân tích ổn định quá độ ta thấy 
nguyên nhân chính của mất ổn định góc roror 
máy phát điện liên quan trực tiếp đến hiện 
tượng thiếu mô men cản dao động trong 
HTĐ, và dao động công suất. Vì vậy, để giảm 
nguy cơ mất ổn định thì cần phải có thêm các 
thiết bị cung cấp mô men cản dao động và 
thiết bị chống dao động công suất vào HTĐ. 
Ở đây ta xét đồng thời ảnh hưởng của thiết bị 
PSS và SVC trên hệ thống điện nghiên cứu. 
Mô hình PSS được lấy bởi model STAB1 
trong thư viện của PSS/E với các thông số 
điển hình và mô hình SVC được lấy bởi 
model tụ điện tĩnh CSTATT trong thư viện 
PSS/E. 
Hình 5: Mô hình hệ thống 
Hệ thống điện khi chưa có thiết bị PSS và SVC 
Tại thời điểm t=1s thì xảy ra ngắn mạch trên 
đường dây 8-9 mạch 2, sau đó 0,3s thì đường 
dây bị cắt ra. Kết quả là góc rotor của các 
máy phát điện thay đổi và do đó điện áp tại 
thanh góp 8 của hệ thống và công suất trên 
đường dây cũng dao động. Hình vẽ mô phỏng 
cho ta thấy rõ sự thay đổi của góc rotor các 
máy phát điện, điện áp trên thanh góp 8 và 
dòng công suất trên đường dây 7-8, 8-9 mạch 
1 khi có sự cố ngắn mạch trên đường dây 8-9 
mạch 2. Theo đó ta thấy, tín hiệu góc của 
máy phát G1 và G2 có hình dáng giống nhau, 
góc rotor là ổn định ở hai chu kỳ đầu tiên, 
nhưng dao động và trở nên bất ổn định sau 
hai chu kỳ là kết quả của các biên độ dao 
động ngày càng tăng và trạng thái cuối cùng 
là tăng tốc và mất ổn định hoàn toàn. Tương 
tự như vậy là góc rotor của máy phát G3 và 
G4 có hình dạng giống nhau, góc rotor là ổn 
định ở hai chu kỳ đầu tiên, nhưng sau hai chu 
kỳ các biên độ dao động ngày càng tăng và 
trạng thái cuối cùng là mất ổn định hoàn toàn, 
góc rotor lúc này giảm thấp. 
Điện áp tại thanh góp 8, khi xảy ra ngắn mạch 
giảm từ 0,98 (pu) xuống 0,2 (pu), sau khi cắt 
ngắn mạch giá trị điện áp tại đây tăng lên và 
ổn định ở hai chu kỳ đầu tiên, nhưng sau đó 
dao động với biên độ ngày càng tăng với giá 
trị lớn nhất là 1,8(pu) và tần số dao động nhỏ. 
Sự mất ổn định ở góc rotor máy phát làm cho 
công suất trên đường dây cũng dao động, 
Phạm Thị Hồng Anh Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 99(11): 3 - 8 
 6
được thể hiện trên hình 8, 9; giá trị công suất 
trên 2 đường dây này trước khi xảy ra ngắn 
mạch là 200 MVA, khi ngắn mạch xảy ra 
công suất giảm về không. Sau khoảng thời 
gian 0,3s (cắt ngắn mạch), lúc này công suất 
nhảy vọt: công suất trên đường dây 7-8 nhảy 
vọt lên giá trị khoảng 275 MVA, và dao động 
với biên độ lớn nhất là 325 MVA, dao động 
tăng dần và mất ổn định 
Như vậy, giá trị góc rotor máy phát điện, điện 
áp và công suất trên đường dây đều dao động 
với biên độ ngày càng tăng, và kết quả cuối 
cùng là mất ổn định hoàn toàn. 
Mô phỏng động trước và sau khi sử dụng 
thiết bị PSS, và SVC. 
Chương trình PSS/E được dùng để mô phỏng 
đáp ứng đồng thời của hệ thống khi không 
trang bị và có trang bị PSS,SVC với giả thiết 
sự cố ngắn mạch 3 pha trên đường dây 8-9 
mạch 2. Sự dao động của tham số giảm và tắt 
dần sau khi xảy ra sự cố chứng tỏ tác dụng 
cản dao động của thiết bị PSS/SVC. Góc rotor 
máy phát G1, G2, G3, G4 dao động trong 2 
chu kỳ đầu tiên sau đó dần trở nên ổn định, và 
đạt đến giá trị đồng bộ sau khoảng 10 giây. 
Nếu so sánh sự ổn định của hệ thống khi 
không có PSS/SVC và khi có PSS/SVC, thì 
các hình 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 chỉ ra rằng: khi 
chưa có PSS/SVC, thì góc rotor máy phát 
điện, điện áp trên thanh góp và dòng công 
suất trên đường dây 7-8, 8-9 mạch 1 (base-
case: đường màu đỏ) dao động khá lớn và 
trạng thái cuối cùng là mất ổn định hoàn toàn. 
Khi có PSS/SVC thì dao động tắt nhanh hơn 
và nhanh chóng đạt tới giá trị ổn định sau 
khoảng 5s. 
Hình 6: Góc rotor máy phát G1 trong hai trường 
hợp không và có sử dụng PSS/SVC 
Hình 7: Góc rotor máy phát G2 trong hai trường 
hợp không và có sử dụng PSS/SVC 
Hình 8: Góc rotor máy phát G3 trong hai trường 
hợp không và có PSS/SVC 
Hình 9: Điện áp trên thanh góp 8 khi không và có 
sử dụng PSS/SVC 
Hình 10: Công suất trên đường dây 7-8 mạch 1 
khi không và có sử dụng PSS/SVC 
Hình 11: Công suất trên đường dây 8-9 mạch 1 
khi không và có sử dụng PSS/SVC 
Phạm Thị Hồng Anh Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 99(11): 3 - 8 
 7
Để làm rõ thêm tác dụng của hai thiết bị 
PSS/SVC thì ta xét ba trường hợp, khi không 
có PSS/SVC (đường màu xanh nước biển), 
khi chỉ có PSS (đường màu xanh lá cây) và 
khi có cả PSS/SVC (đường màu đỏ). Từ hình 
vẽ ta thấy rằng khi dùng đồng thời PSS và 
SVC (đường màu đỏ) có hiệu quả cao hơn 
trong việc nâng cao ổn định quá độ. Trong 
hình vẽ 12, 13 đã chứng tỏ hiệu quả của PSS 
và SVC trong việc cản dao động góc rotor và 
công suất truyền tải giữa hai hệ thống con. 
Trong trường hợp cơ bản dao động nhiều hơn 
và nhanh chóng mất ổn định, và khi có PSS 
thì dao động ít hơn và nhanh chóng đến trạng 
thái ổn định với giá trị xấp xỉ giá trị ban đầu 
khi chưa xảy ra ngắn mạch, đặc biệt khi thêm 
SVC thì dao động tắt nhanh hơn và giá trị 
điện áp đạt giá trị tốt hơn (bằng giá trị điện áp 
khi chưa xảy ra ngắn mạch) hay nói cách 
khác là hệ thống điện an toàn hơn. 
Hình 12: Công suất trên đường dây 8-9 mạch 1 
trong các trường hợp không có PSS/SVC, khi chỉ 
có PSS, và khi có PSS/SVC 
KẾT LUẬN 
Bài báo đã giới thiệu về cấu tạo và nguyên lý 
làm việc, các mô hình cũng như lợi ích của 
việc sử dụng đồng thời PSS và SVC. Các kết 
quả mô phỏng sử dụng phần mềm PSS/E là 
công cụ dùng để tính toán, chứng minh hiệu 
quả của thiết bị PSS, SVC trong việc nâng 
cao ổn định góc rotor máy phát điện. Các kết 
quả này sẽ giúp ích rất lớn trong công tác 
nghiên cứu tính toán, thiết kế cũng như vận 
hành hệ thống điện. Đặc biệt là khi chúng ta 
đầu tư lắp đặt đồng thời thiết bị PSS, SVC sẽ 
cho hiệu quả tốt trong việc nâng cao ổn định 
hệ thống điện. 
Hình 13: Điện áp tại thanh góp 8 trong các 
trường hợp không có PSS/SVC, khi chỉ có PSS, và 
khi có cả PSS/SVC 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1].Prabha Kundur, Power System Stability and 
Control. New York: McGraw-Hill, 1994. 
[2].Carson. W. Taylor, Power System Voltage 
Stability. New York: McGraw-Hill, 1994. 
[3].Sami Repo, "On-Line Voltage Stability 
Assessment of Power System – An Approach of 
Black-Box Modelling," Doctoral thesis at 
Tampere University of Technology, available at 
[4].Brant Eldridge, "August 2003 Blackout 
Review," available at website: 
4/IEC%20Program%20Agenda%202004.html. 
[5]."2003 North America Blackout," available at 
website: 
North-america-blackout. 
[6]. Đại học Điện lực Hà Nội (2007), Áp dụng 
PSS/ADEAPT 5.0 trong lưới điện phân phối. 
[7]. Binns, D.F (1986), Economics of electrical 
power engineering, Electricial logic power Ltd., 
PO Box 14, Manchester M16 7QA.