Ứng dụng thiết bị FACTS để nâng cao mô đun điện áp trong việc ổn định điện áp trong hệ thống điện

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 9 - tháng 10 năm 2015 
35
ỨNG DỤNG THIẾT BỊ FACTS ĐỂ NÂNG CAO MÔ ĐUN ĐIỆN ÁP 
TRONG VIỆC ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 
APPLICATION OF FLEXIBLE AC TRANSMISSION SYSTEM 
(FACTS) FOR IMPROVEMENT OF VOLTAGE MODULE IN 
POWER SYSTEM STABILITY CONTROL 
Phạm Ngọc Hùng(1), Nghiêm Thị Thúy Nga(2), Hoàng Minh Hải(3) 
(1)Trường Đại học Điện lực, 
(2) Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Nam Định, 
(3)Trường Cao đẳng Công nghiệp Cẩm Phả 
Tóm tắt: 
Các thiết bị FACTS được sử dụng để điều khiển điện áp, phân bố công suất, giảm tổn thất phản 
kháng, và làm giảm dao động công suất cho các mức truyền tải công suất cao. Nguyên nhân chính 
gây mất ổn định điện áp của hệ thống điện là thiếu công suất phản kháng. Điều khiển công suất 
phản kháng của hệ thống bằng thiết bị FACTS là một biện pháp để ngăn chặn mất ổn định điện 
áp và nâng cao khả năng truyền tải công suất của đường dây đến mức giới hạn nhiệt cho phép. 
Trong bài báo này, chúng tôi sử dụng ngôn ngữ lập trình MATLAB để mô hình hóa và mô phỏng 
điều khiển điện áp hệ thống điện bằng thiết bị FACTS . 
Từ khóa: 
Ổn định điện áp, FACTS, SVC. 
Abstract: 
FACTS devices are used for controlling transmission voltage, power flow, reducing reactive losses, 
and damping of power system oscillations for high power transfer levels. One of the major causes 
of voltage instability in power system is the reactive power limit of the system. Power reactive 
control of power network with FACTS is a remedy for prevention of voltage instability and capable 
of increasing the power transfer capability of a line, insofar as thermal limits permit. In this paper, 
use the programming language MATLAB to modelling and simulation for voltage control of the 
power system with FACTS. 
Keywords: 
Stability voltage, flexible AC transmission system, static synchronous compensator, static VAR 
compensator.1 
1 Ngày nhận bài: 23/04/2015; Ngày chấp nhận: 15/06/2015; Phản biện:TS. Nguyễn Đăng Toản. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
 Số 9 - tháng 10 năm 2015 
36
1. GIỚI THIỆU 
Phân tích và điều khiển ổn định điện áp 
trở nên rất cần thiết khi hệ thống điện 
phải vận hành gần tới các giới hạn ổn 
định của chúng, kể cả giới hạn ổn định 
điện áp. Hệ thống điện phải làm việc ở 
trạng thái gần điểm giới hạn điện áp là do 
thiếu đầu tư thiết bị FACTS cho mạng 
điện và công suất truyền tải giữa các 
vùng là quá lớn. Điện áp không ổn định 
đang trở thành mối quan tâm hàng đầu 
trong vận hành hệ thống điện. Có những 
sự cố mất điện đã xảy ra liên quan đến sự 
mất ổn định điện áp của hệ thống. Do đó 
việc phân tích và điều khiển ổn định điện 
áp nhằm nâng cao độ dự trữ ổn định của 
hệ thống điện là rất cần thiết [1], tránh 
mất ổn định điện áp xảy ra khi xảy ra sự 
biến động ngẫu nhiên của một trạng thái 
xác lập là hết sức quan trọng. 
Một trong những nguyên nhân chính dẫn 
đến mất ổn định điện áp của hệ thống 
điện là thiếu công suất phản kháng để hỗ 
trợ cho hệ thống. Việc cải thiện khả năng 
điều khiển công suất phản kháng của hệ 
thống bằng thiết bị FACTS (Flexible Ac 
Transmission System) [2] là một biện 
pháp để ngăn chặn mất ổn định điện áp 
và hơn nữa là sụp đổ điện áp. Trong bài 
báo này sẽ trình bày mô hình của hệ 
thống điện có các bộ điều khiển FACTS 
để mô phỏng ổn định điện áp cho hệ 
thống điện bằng ngôn ngữ lập trình 
MATLAB [4]. 
2. CƠ SỞ XÂY DỰNG MÔ HÌNH 
PHÂN BỐ CÔNG SUẤT 
2.1. Phương trình phân bố công 
suất 
Phương trình phân bố công suất tại một 
thanh cái cho biết trước công suất phát, 
phụ tải và các công suất trao đổi chạy 
qua các phần tử của đường dây truyền tải 
kết nối đến thanh cái này phải được cộng 
lại bằng không. Đó là các phương trình 
điều kiện “phương trình độ thay đổi công 
suất” tại thanh cái k có công thức như 
sau: 
,0 calk
sch
k
cal
kLkGkk PPPPPP
.0 calk
sch
k
cal
kLkGkk QQQQQQ
 (1) 
Trong đó: 
kP và kQ lần lượt là độ thay đổi công 
suất tác dụng và phản kháng tại thanh cái 
k. GkP và GkQ lần lượt là công suất tác 
dụng và phản kháng được bơm vào bởi 
máy phát ở tại thanh cái k. 
LkP và LkQ lần lượt là công suất tác dụng 
và phản kháng của phụ tải ở tại thanh 
cái k. 
Công suất tác dụng và phản kháng đã 
biết trước: 
LkGk
sch
k PPP , LkGk
sch
k QQG . 
Công suất tác dụng và phản kháng truyền 
tải calkP và 
cal
kQ là những hàm của các 
điện áp nút, tổng trở và được tính toán 
bằng cách sử dụng các phương trình phân 
bố công suất. 
Tổng công suất tác dụng và phản kháng 
thuần bơm vào ở thanh cái k là: 
,
1

n
i
cali
k
cal
k PP .
1

n
i
cali
k
cal
k QQ (2) 
Mở rộng, “phương trình độ thay đổi công 
suất” cho trường hợp tổng quát là: 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 9 - tháng 10 năm 2015 
37
,0
1
 
n
i
cali
kLkGkk PPPP .0
1
 
n
i
cali
kLkGkk QQQQ (3) 
2.2. Phân bố công suất theo 
phương pháp Newton-Raphson 
Cơ sơ để mô phỏng bài toán ổn định điện 
áp dựa trên ma trận đạo hàm riêng 
Jacobian có được từ bài toán phân bố 
công suất Newton-Raphson. Phương 
trình ma trận mô tả sự thay đổi công suất 
của phương pháp lặp phân bố công suất 
Newton-Raphson như sau: 
)(
)(
)(
)(
)(
)(
)1(
)1(
i
X
i
XJ
i
XF
i
i
i
V
V
V
V
QQ
V
V
PP
Q
P













 (4) 
Ma trận biến số Jacobian của bài toán 
phân bố công suất Newton-Raphson có 
thể bao gồm (nb – 1) x (nb – 1) phần tử 
có dạng: 











,,
,,
m
m
k
m
k
m
m
k
m
k
V
V
QQ
V
V
PP


 (5) 
trong đó k = 1, ..., nb, vm = 1, ..., nb 
nhưng bỏ qua thanh cái Slack (nb là số 
thanh cái). 
Xem xét phần tử thứ l kết nối giữa thanh 
cái k và thanh cái m trong Hình 1, các số 
hạng Jacobian được cho như sau: 
,
1 ,
,
 


 n
l lk
lk
k
k
PP

 ,
1
,
,
,
 


 n
l
lk
lk
lk
k
k
k V
V
P
V
V
P
,
1 ,
,

 


 n
l lk
lk
k
k
QQ

 .
1
,
,
,
 


 n
l
lk
lk
lk
k
k
k V
V
Q
V
V
Q
 (6) 
3. MÔ HÌNH CÁC BỘ ĐIỀU 
KHIỂN FACTS 
Trong nghiên cứu ổn định điện áp, quan 
tâm đến bộ điều khiển bù tĩnh SVC và bộ 
điều khiển bù đồng bộ STATCOM. Mô 
hình của chúng được xây dựng trên cơ sở 
các phương trình phân bố công suất và 
phương pháp phân bố công suất Newton-
Raphson [5]. 
PGk 
k 
PLk 
(a) 
m 
QGk 
k 
QLk 
(b) 
m 
Hình 1. Cân bằng công suất tại thanh cái k: 
(a) công suất tác dụng, (b) công suất phản kháng. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
 Số 9 - tháng 10 năm 2015 
38
3.1. Mô hình bộ bù tĩnh SVC 
Trong hình 2 bộ SVC có thể được xem 
như là một cuộn kháng điều chỉnh được 
có góc kích giới hạn hoặc tổng trở giới 
hạn. Bằng cách thay đổi góc kích - mở 
công tắc điều khiển thyristor để điều 
chỉnh tổng dẫn song song BVSC . 
Tổng dẫn thay đổi theo góc kích- mở 
SVC Thyristor của bộ SVC là: 
BSVC = BC – BTCR = 
 



 SVCSVC
C
L
LC
X
X
XX
2sin)(2
1
 (7) 
Trong đó: XL = L , XC = 
C
1
, SVC lần 
lượt là điện kháng, điện dung và góc kích 
- mở công tắc điều khiển thyristor. Phạm 
vi điều khiển góc SVC là từ /2 đến . 
Công suất phản kháng của bộ SVC theo 
góc kích – mở SVC là: 



 )]2sin()(2[
2
SVCSVC
C
L
LC
k
k
X
X
XX
V
Q 
 (8) 
3.2. Mô hình bộ bù đồng bộ 
STATCOM 
Bộ STATCOM tŕnh bày trong hình 3 bao 
gồm một bộ chuyển đổi nguồn áp (VSC) 
và một máy biến áp liên kết kiểu nối 
shunt. 
Điện áp đầu ra của bộ STATCOM là: 
)sin(cos vRvRvRvR jVE  . (9) 
Công suất của bộ STATCOM l: 
)( **** kvRvRvRvRvRvR VVYVIVS (10) 
Công suất tác dụng và phản kháng tại 
đầu ra của STATCOM: 
)],sin()cos([2 kvRvRkvRvRkvRvRvRvR BGVVGVP  
(11) 
Vk 
ISVC 
BSV
Hình 2. Mơ hình tổng dẫn song song 
thay đổi của bộ SVC 
VDC 
+ 
- 
ma 
EvR 
IvR 
Bus k 
Vk 
(a) 
Bus k 
YvR + VvR vR - 
 Vk k 
 Ik k 
(b) 
Hình 3. Sơ đồ khối bộ bù đồng bộ STATCOM 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 9 - tháng 10 năm 2015 
39
)],cos()sin([2 kvRvRkvRvRkvRvRvRvR BGVVBVQ  (12) 
Công suất tác dụng và phản kháng tại thanh cái nối STATCOM: 
)],sin()cos([2 vRkvRvRkvRvRkvRkk BGVVGVP  (13) 
)].cos()sin([2 vRkvRvRkvRvRkvRkk BGVVBVQ  (14) 
4. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 
Xem xét mạng điện gồm 5 nút [3], tiến 
hành chạy phần mềm mô phỏng được lập 
trình bằng ngôn ngữ MATLAB cho các 
trường hợp khác nhau, thu được kết quả 
điện áp nút, trào lưu công suất, công suất 
bù, góc kích - mở thyristor, tổn thất công 
suất, điện áp ra STATCOM. Kết quả 
phân bố công suất khi có SVC đặt tại 
thanh cái 4, phụ tải tăng 40% so với phụ 
tải ở chế độ vận hành thông thường, SVC 
phát công suất phản kháng cần thiết 
49.55 MVAr, ứng với góc kích - mở 
thyristor 140.50o để giữ điện áp tại thanh 
cái 4 bằng 1 p.u. 
Hình 4. Sơ đồ phân bố công suất khi phụ tải tăng 40%, có SVC tại thanh cái 4 
10.20 8.56 
10.02 12.85 
Bus 1 Bus 4 Bus 3 
Bus 2 Bus 5 
G2 
G1 63+j21 56+j7 
84+j14 
28
 +j
202.38 68.50 
62.00 
8.63 
59.17 
5.43 
140.39 59.87 
136.17 53.58 
28.85 
23.47 
28.71 
21.89 
76.33 
5.30 
73.98 
1.15 
38.45 
13.21 
37.49 
12.10 
33.39 
 9.77 
32.68 
7.90 
40 57.26 
49.55 
SVC 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
 Số 9 - tháng 10 năm 2015 
40
Khi đặt SVC tại thanh cái 3, mạng điện 
vận hành ở các chế độ đặc trưng: bình 
thường, quá tải và non tải. Bộ điều 
khiển SVC sẽ điều chỉnh góc kích - mở 
thyristor để phát/hấp thụ lượng công 
suất phản kháng cần thiết giữ điện áp 
tại thanh cái có nối SVC ở giá trị định 
mức. 
Khi đặt STATCOM tại thanh cái 3, ở 
chế độ phụ tải bình thường, nó phát 
20.5 MVAr, điện áp đầu ra l 1.0205 
p.u, để giữ ổn định điện áp thanh cái 3 
bằng giá trị định mức. 
Hình 5. So sánh biên độ, góc pha điện áp thanh cái khi vận hành ở chế độ bình thường 
1 2 3 4 5
0.9
0.95
1
1.05
1.1
BIEU DO - DIEN AP THANH CAI
Thanh cai so:
B
ie
n
 d
o
 d
ie
n
 a
p
 (
p
.u
)
1 2 3 4 5
-6
-4
-2
0
BIEU DO - GOC PHA DIEN AP
Thanh cai so:
G
o
c
 p
h
a
 d
ie
n
 a
p
 (
d
e
g
)
Khong co FACTS Co SVC o TC3 Co SVC o TC4 Co STATCOM o TC3
Hình 6. Công suất phản kháng phát/ hấp thụ của bộ SVC theo phụ tải hệ thống điện 
Phu tai binh thuong Phu tai tang 20% Phu tai tang 40% Phu tai giam -50%
-20
0
20
40
60
BIEU DO CONG SUAT PHAN KHANG PHAT/HAP THU CUA SVC 
C
o
n
g
 s
u
a
t 
p
h
a
n
 k
h
a
n
g
 b
u
 (
M
V
A
r)
Phu tai he thong:
Phu tai binh thuong Phu tai tang 20% Phu tai tang 40% Phu tai giam -50%
100
120
140
160
180
BIEU DO GOC KICH-MO THYRISTOR 
G
o
c
 k
ic
h
 -
 m
o
 T
h
y
ri
s
to
r 
(d
e
g
)
Phu tai he thong:
49.55 
-8.9 
32.98 
20.47 
126.170 
139.370 135.690 132.540 
) 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 9 - tháng 10 năm 2015 
41 
5. KẾT LUẬN 
Bài báo đã trình bày mô hình, mô 
phỏng phân bố công suất mạng điện từ 
đó đánh giá và điều khiển ổn định điện 
áp, cho thấy sự linh hoạt điều khiển góc 
kích - mở thyristor để giữ ổn định điện 
áp cho thanh cái có nối SVC, 
STATCOM và nâng cao ổn định cho hệ 
thống. 
Hướng phát triển của nghiên cứu là xây 
dựng mô hình để mô phỏng điều khiển 
ổn định điện áp và trào lưu công suất 
trong hệ thống điện. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Thierry Van Custem, Costas Vournas; Voltage Stability Of Electric Power System; Kluwer 
Academis Publishers, America, 4, 2003. 
[2] Enrique Acha, Claudio R. Fuerte – Esquivel, Hugo Ambriz-Pérez, César Angeles-
Camaccho; Modelling and Simulation in Power Networks; John Wiley & Sons, Ltd, 
England, 2004. 
[3] K. R. Padigar; FACTS controllers in power transmission and distribution; New Age 
International (P) Limited, India, 2007. 
[4] Phạm Thị Ngọc Yên; Cơ sở Matlab và ứng dụng; Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật; Hà 
Nội 2005. 
[5] Phương Hoàng Kim; Tối ưu hoá vận hành hệ thống điện có xét đến các thiết bị điều 
chỉnh trong hệ thống truyền tải xoay chiều linh hoạt; Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật; Hà Nội 
2008. 
Giới thiệu tác giả: 
Tác giả Phạm Ngọc Hùng sinh năm 1976 tại Hải Dương, tốt nghiệp 
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và nhận bằng Thạc sỹ ngành Kỹ 
thuật điện năm 2006. Tác giả hiện là giảng viên Bộ môn Nhà máy điện 
và Trạm biến áp - Khoa Hệ thống điện - Trường Đại học Điện lực. Các 
lĩnh vực nghiên cứu chính: nhà máy điện, quá trình quá độ và năng 
lượng mới.