Nghiên cứu ứng dụng thiết bị SVC nhằm giảm thiểu sự cố cộng hưởng dưới đồng bộ trong hệ thống điện

 báo giới thiệu về thiết bị SVC và nguyên lý áp dụng trong việc 
loại trừ sự cố SSR. Mô hình mô phỏng được xây dựng trong phần mềm Matlab/simulink 
và kết quả mô phỏng với lưới điện chuẩn IEEE trong mục 3. Cuối cùng là kết luận và các 
định hướng nghiên cứu tiếp theo được trình bày trong mục 4. 
2. MÔ HÌNH THIẾT BỊ SVC 
Hình 1. Cấu trúc tổng quan của thiết bị SVC. 
SVC (Static VAR Compensator) là thiết bị bù ngang, có khả năng cung cấp hoặc tiêu 
thụ công suất phản kháng. Thực vậy, công suất của SVC có thể điều chỉnh bằng cách thay 
đổi góc mở của thyristor và tín hiệu đóng hoặc mở bộ tụ [7] 
SVC thường được cấu tạo từ các thành phần sau (hình 1): 
 Kháng điều chỉnh bằng thyristor – TCR (Thyristor Controlled Rector): Có chức 
năng điều chỉnh liên tục công suất phản kháng tiêu thụ. 
 Kháng đóng mở bằng thyristor – TSR (Thyristor Switched Rector): Có chức năng 
tiêu thụ công suất phản kháng, đóng cắt nhanh bằng thyristor. 
 Bộ tụ đóng mở bằng thyristor – TSC (Thyristor Switched Capacitor): Có chức năng 
phát công suất phản kháng, đóng cắt nhanh bằng thyristor. 
Thyristor hoạt động tương tự như một diode. Tuy nhiên, ngoài điều kiện điện áp đặt lên 
bản thân thyristor thuận chiều còn yêu cầu có một xung điện áp đặt lên cực điều khiển để 
mở thyristor. Xung này có thể không kéo dài mà thyristor vẫn mở cho đến khi có điện áp 
ngược đặt lên thyristor. Sang chu kỳ mới, điện áp thuận chiều nhưng mạch cũng chỉ mở 
khi có tín hiệu điều khiển xung. 
TSR là một phần tử của SVC, gồm một số cuộn kháng đấu song song, chúng được 
đóng vào lưới hoặc cắt ra bằng cách kích dẫn hoàn toàn hoặc ngắt hoàn toàn thông qua các 
van Thyristor. TSR cung cấp một tổng trở và như vậy, khi nối vào hệ thống xoay chiều 
dòng điện phản kháng trong đó sẽ tỷ lệ với biên độ điện áp. 
Kỹ thuật điều khiển & Điện tử 
Lê Đức Tùng, “Nghiên cứu ứng dụng thiết bị SVC  đồng bộ trong hệ thống điện.” 12 
TSC có chức năng phát công suất phản kháng, đóng cắt nhanh bằng thyristor. 
Trong SVC thì TCR có vai trò quan trọng nhất, do khả năng điều khiển “trơn” mà SVC 
cung cấp giá trị tổng trở phù hợp với yêu cầu của hệ thống điện. 
2.1. Nguyên lý hoạt động TCR 
a) 
b) 
c) 
d) 
Hình 2. Điện áp và dòng điện của TCR (VS et IL) 
TCR một pha, b) α=900, c) α=1200, d) α=1350. 
TCR là một phần tử có vai trò quan trọng của SVC do khả năng điều khiển một cách 
liên tục dòng điện qua cuộn cảm mắc song song với lưới bằng việc điều khiển dòng điện 
mở thông van thyristor. Một thiết bị TCR bao gồm một điện cảm mắc nối tiếp với hai 
thyristor đặt song song ngược nhau. Các thyristor vận hành theo nữa chu kỳ theo góc mở 
(α), xác định bởi điểm vượt qua điểm không của điện áp. 
Hình 2 giới thiệu dạng dòng điện chạy qua TCR trong các trường hợp α=900, 1200, 
135
0. Độ dẫn toàn phần của thyristor đạt được khi α =900 và khi α thay đổi từ 900 đến 
180
0, các thyristor dẫn một phần. 
2.2. Ứng dụng SVC để giảm thiểu tác động của SSR 
Sử dụng SVC để giảm thiểu tác động của hiện tượng cộng hưởng dưới đồng bộ SSR đã 
được nhiều nhà khoa học nghiên cứu. Thiết bị SVC được sử dụng có thể là TCR và FC 
(fixed capacitor) hoặc TCR và các bộ TSC [7]. Lúc này, tín hiệu điều khiển SVC không 
phải chỉ là độ lệch điện áp như thông thường, khi chức năng chủ yếu của nó là điều chỉnh 
nhanh điện áp tại nút kết nối. Trong tài liệu [8], tác giả chỉ sử dụng tín hiệu đầu vào bộ 
điều khiển SVC là độ lệch mômen xoắn tác động lên trục tua bin. Ưu điểm của bộ điều 
khiển này là tác động nhanh khi có sự cố cộng hưởng SSR. Tuy nhiên, nó lại không tác 
động khi có hiện tượng sụt áp hoặc tăng áp, làm mất đi vai trò cơ bản vốn có của SVC là 
điều chỉnh điện áp. 
Trong nghiên cứu trong bài báo này, tác giả sử dụng cả độ lệch điện áp (tức là điện 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 68, 8 - 2020 13 
áp tức thời so với điện áp cơ bản) và độ lệch (độ lệnh tốc độ roto máy phát so với 
tốc độ cơ bản) làm tín hiệu đầu vào của bộ điều khiển SVC. Đầu ra của bộ điều khiển này 
là các tín hiệu đóng mở các các tụ điện TSC và góc mở α của thyristor của bộ TCR. Sơ đồ 
điều khiển của bộ điều khiển SVC được đưa ra trong hình 3. 
Hình 3. Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển SVC. 
Giá trị điện cảm của TCR theo góc mở α được xác định như sau: 
 (1) 
Tổng kháng của thiết bị SVC theo góc mở α của thyristor được tính theo công thức sau: 
 (2) 
Như đã chỉ ra trên sơ đồ hình 3, độ lêch điện áp và tốc độ được đưa bộ điều khiển PI và 
chúng được dùng để tính toán giá trị điện cảm Bsvc. Sau đấy, giá trị Bsvc được chọn làm tín 
hiệu đầu vào của các đường đặc tính phi tuyến của các bộ TCR/TSC để tính ra giá trị BTCR. 
Từ giá trị BTCR này, chúng ta có thể xác định được góc mở α theo (1) và tín hiệu đóng/mở 
TSC theo (1) và (2). 
Nguyên lý điều khiển khi có sự cố SSR là dựa trên nguyên tắc thay đổi cấu trúc của 
lưới điện để tạo ra được các thông số hãm từ phía lưới điện. Đơn giản hơn có thể hiểu là 
điều khiển SVC hoạt động ở chế độ tiêu thụ công suất để giảm dòng điện truyền từ hệ 
thống về máy phát khi có SSR. 
3. MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SVC 
TRONG GIẢM THIỂU TÁC ĐỘNG CỦA SSR 
3.1. Sơ đồ nghiên cứu 
Sơ đồ nghiên cứu được đưa ra như hình 4. Đây là mô hình dựa trên các mô hình chuẩn 
của IEEE xây dựng [9, 10]. Mô hình gồm một máy phát tuabin hơi kết nối với hệ thống 
điện qua máy biến áp và đường dây truyền tải. Trên đường dây truyền tải có đặt hệ thống 
tụ bù dọc. Dung lượng bù có thể thay đổi được theo kịch bản mô phỏng. 
Với thông số lấy từ tài liệu [9, 10], dung lượng bù 55%, ta có: 
 , do vậy, tần số dưới đồng bộ: fSUB=fs-fe=25,09Hz, 
Kỹ thuật điều khiển & Điện tử 
Lê Đức Tùng, “Nghiên cứu ứng dụng thiết bị SVC  đồng bộ trong hệ thống điện.” 14 
Mặt khác, dao động tự nhiên của hệ cơ có các tần số gây mất ổn định là: 24,65 Hz; 32,39 
Hz và 51,1Hz. Như vậy, giá trị bù 55% có thể gây ra hiện tượng SSR trong hệ thống điện. 
Hình 4. Mô hình nghiên cứu theo chuẩn IEEE. 
Để giản lược tiến trình nghiên cứu, tác giả bỏ qua hệ thống kích từ trong mô hình 
tuabin-máy phát. Như vậy, hệ thống cơ chỉ còn ba khối : roto máy phát, khối LP (low 
pressure) và khối HP (high pressure). Việc giản lược này không có ảnh hưởng gì đến kết 
quả nghiên cứu về SSR. Vì khi không có khối kích từ, sự cố SSR có thể trầm trọng hơn do 
quán tính của hệ bị giảm đi. 
Hình 5. Mô hình điều khiển SVC. 
Dựa trên các phân tích đánh giá phần 2, tác giả đề xuất bộ điều khiển SVC phục vụ cho 
việc giảm thiểu tác động của SSR như hình 5 [11, 12]. 
Với bộ điều khiển này, SVC vẫn có thể đảm bảo chức năng điều chỉnh điện áp (SVC hoạt 
động theo tín hiệu ∆V, trong khi đó, vì lúc này, tốc độ quay của roto không sai 
khác nhiều so với giá trị chuẩn) và cũng có khả năng dập tắt sự cố SSR (lúc này, SVC hoạt 
động chủ yếu theo giá trị , trong khi đó, ∆V=0 tại những thời điểm bản đầu sau khi 
xảy ra SSR). Thiết bị bù SVC trong mô hình nghiên cứu bao gồm một TCR và ba TSC. 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 68, 8 - 2020 15 
3.2. Mô hình mô phỏng trong Matlab/Simulink 
Kịch bản nghiên cứu: Tại thời điểm 0,2s thì xảy ra ngắn mạch 3 pha tại thanh cái phía 
hệ thống điện. Sự cố ngắn mạch được giả thiết là chỉ diễn ra trong 0,09s. Để chứng minh 
sự xuất hiện của SSR và áp dụng thiết bị SVC để giảm thiểu hiện tượng SSR, tác giả đưa 
ra các kịch bản nghiên cứu tiếp theo như sau: 
 Trong trường hợp XC /XL=0% (Không có bù). 
 Trong trường hợp XC /XL=30%. 
 Trong trường hợp XC /XL=55%. 
 Áp dụng thiết bị bù SVC để giảm thiểu hiện tượng SSR: Để đánh giá SSR, tác giả sẽ 
trình bày các mô-men xoắn T sinh ra trên các đoạn trục nối giữa các tầng tuabin và 
giữa tuabin với máy phát. Cụ thể ở trường hợp này là mô-men xoắn giữa HP và LP, 
giữa LP và roto. 
 Trường hợp 1: Khi không có tụ bù trên đường dây (XC /XL=0%). 
Hình 6. Gia tốc trên các khối Tuabin và mômen xoắn khi không có tụ bù dọc 
Kết quả mô phỏng cho thấy, trong trường hợp có kích thích (sự cố ngắn mạch) mà 
không có bù trên đường dây: Các mômen xoắn (T2, T3) cũng tăng lên (hình 6). Tuy nhiên, 
các giá trị này không tăng đột biến (đạt giá trị 0,6pu) và sau đó giảm dần, nên sẽ không 
phá vỡ kết cấu các trục tubin. 
 Trường hợp 2: Khi có tụ bù trên đường dây và tỉ lệ XC/XL=30%. 
Kết quả mô phỏng cho thấy, trong trường hợp có kích thích (sự cố ngắn mạch) mà 
không có bù trên đường dây: Các mômen xoắn (T2, T3) cũng tăng lên (hình 7). Tuy nhiên, 
các giá trị này không tăng đột biến (đạt giá trị 1,5pu) và sau đó giảm dần. 
Kỹ thuật điều khiển & Điện tử 
Lê Đức Tùng, “Nghiên cứu ứng dụng thiết bị SVC  đồng bộ trong hệ thống điện.” 16 
 Hình 7. Gia tốc trên các khối Tuabin và mômen xoắn khi tỉ lệ XC /XL=30%. 
 Trường hợp 3: Khi có tụ bù trên đường dây và tỉ lệ XC /XL =55%. 
 Hình 8. Gia tốc trên các khối Tuabin và mômen xoắn khi tỉ lệ XC/XL=55%. 
 Kết quả mô phỏng trên hình 8 cho thấy, khi khi xảy ra hiện tượng ngắn mạch 3 pha 
phía đường dây hệ thống, các mô men xoắn (T2, T3) dao động tăng dần với cường độ rất 
lớn (đạt gần 20 pu). Hiện tượng SSR xảy ra và sẽ có thể phá vỡ kết cấu các trục tubin. Yêu 
cầu đặt ra là phải nhanh chóng tác động làm giảm mô-men xoắn, để các trục tuabin không 
bị phá hủy. Giải quyết vấn đề này đôi khi còn quan trọng và cấp thiết hơn bài toán ổn định 
hệ thống điện do thời gian là rất ngắn. Bộ điều khiển SVC sẽ được áp dụng để thay đổi 
thông số lưới điện, dẫn đến thay đổi tần số tự nhiên của hệ thống và loại trừ sự cố SSR. 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 68, 8 - 2020 17 
3.3. Áp dụng thiết bị bù SVC để giảm thiểu hiện tượng SSR khi bù 55% 
(XC/XL=55%) 
Hình 9. Tốc độ quay của roto khi không có SVC (bù 55%). 
Hình 10. Góc mở anpha và số lượng TSC của SVC (bù 55%). 
Hình 11. Gia tốc trên các khối Tuabin và mômen xoắn khi có thiết bị bù SVC. 
Kỹ thuật điều khiển & Điện tử 
Lê Đức Tùng, “Nghiên cứu ứng dụng thiết bị SVC  đồng bộ trong hệ thống điện.” 18 
Kết quả mô phỏng ở hình 10 và hình 11 cho thấy, khi có một kích thích tác động vào hệ 
thống: Các mô men xoắn (T2, T3) dao động nhưng sau đấy cường độ giảm dần. Trong 
khoảng thời gian mô phỏng 10s, các mô-men giảm về giá trị dưới 0,2 pu. Trong khi đó, ở 
trường hợp không có SVC tác động, momen xoắn đã đạt giá trị rất lớn (gần 20 pu). 
4. KẾT LUẬN 
Hiện tượng cộng hưởng cơ điện ở tần số dưới đồng bộ SSR (Subsynchronous 
Resonance) là sự cố nguy hiểm trong hệ thống điện. Hiện tượng này có thể phá hủy các 
nhà máy điện, làm mất ổn định hệ thống, ảnh hưởng đến an ninh chính trị quốc gia. Trong 
phạm vi của nghiên cứu này, tác giả đã trình bày phương pháp áp dụng thiết bị bù linh 
hoạt SVC để ngăn ngừa sự cố SSR. Bộ điều khiển tích hợp đã được thiết kế với đa mục 
tiêu, vừa điều khiển điện áp theo mục đích truyền thống của SVC và vừa điều khiển để 
ngăn ngừa SSR. Các kết quả mô phỏng trong công cụ Matlab/Simulink đã minh chứng 
được tính đúng đắn của phương pháp: Các mô-men xoắn trục có xu hướng tắt dần, hệ 
thống không bị cộng hưởng và hoạt động ổn định. Tuy nhiên, các ví dụ áp dụng chỉ mới 
dừng lại ở các lưới điện chuẩn IEEE, các tính toán áp dụng cho lưới điện thực tế cần được 
đầu tư và phát triển trong thời gian tới. 
Lời cảm ơn: Tác giả cảm ơn sự hỗ trợ mô phỏng, tính toán của học viên Nguyễn Đức Hùng 
(trường ĐHBK Hà Nội). 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. D.N.Walker, C.E Bowler, R.L Jackson and D.A Hodges, “Results of subsynchronous 
resonance test at Mohave”, IEEE Transactions on PAS, (1975), pp. 1878- 1889. 
[2]. Phạm Văn Kiên, Ngô Văn Dưỡng, Lê Kim Hùng, Lê Đình Dương, “Nghiên cứu xây 
dựng chương trình đánh giá ổn định cho hệ thống điện 500kV Việt Nam có xét đến 
các yếu tố bất định của phụ tải”, Tạp chí KH&CN-Đại học Đà Nẵng, (2018), trang 
38-42. 
[3]. Lê Đức Tùng, "Mô phỏng các mô hình chuẩn IEEE trong ATP/EMTP phục vụ cho 
nghiên cứu hiện tượng cộng hưởng dưới đồng bộ", Tạp chí Khoa học-Công nghệ các 
trường kỹ thuật, (2016), trang 1-5. 
[4]. T.N. Minh, L.Đ. Tùng, N.H. Việt, N.T. Đức và L.G. Thi “Xây dựng mô hình máy 
phát - turbine nhiệt điện trong Matlab phục vụ nghiên cứu cộng hưởng tần số dưới 
đồng bộ”, Tạp chí KH&CN-Đại học Đà Nẵng, (2017), trang 61-65. 
[5]. Lê Đức Tùng, "Phương pháp trị riêng trong phân tích hiện tượng cộng hưởng dưới 
đồng bộ. Áp dụng cho mô hình IEEE FIRST BENCHMARK", Tạp chí khoa 
học&công nghệ- Đại học Thái Nguyên, (2020), 6, trang 229-236. 
[6]. T. V. Dinh, H. A. Nguyen, and C. Q. Le, “Selection of Facts device to prevent 
Subsynchronous resonance at Vung Ang I, II Thermal Power Plants,” (in 
Vietnamese), DU Journal of Science and Technology, (2015), 7, pp. 71-75. 
[7]. Y. Wan, M. A. A. Murad, M. Liu and F. Milano, "Voltage Frequency Control Using 
SVC Devices Coupled With Voltage Dependent Loads," in IEEE Transactions on 
Power Systems, (2019), vol. 34, no. 2, pp. 1589-1597. 
[8]. ZHANG Zhi-qiang and XIAO Xiang-ning, “Analysis and Mitigation of SSR Based 
on SVC in Series Compensated System”, 2009 International Conference on Energy 
and Environment Technology (2009). 
[9]. IEEE SSR Task Foree, “First Benchmark Model For Computer Simulation of 
Subsynchronous Resonance”, IEEE Trans on Power Apparatus and 
Systems，(1977)，96(4), pp.1565-1572. 
[10]. IEEE SSR Task Foree, “Second Benchmark Model For Computer Simulation of 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 68, 8 - 2020 19 
Subsynchronous Resonance”. IEEE Trans on Power Apparatus and Systems, (1985), 
pp. 1057-1066. 
[11]. Lã Văn Út, “Phân tích và điều khiển ôn định hệ thống điện”, Nhà xuất bản KH&KT, 
2001. 
[12]. Mohamed ABD-EL-AAL ABD-EL-REHIM, “Contribution à l’étude de la 
résonance subsynchrone dans les systèmes d’énergie électrique simples ou multiple 
machines. Détermination d’un procédé de stabilisation du phénomène”, Thèse de 
doctorat de l’Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG), Juin 1982. 
ABSTRACT 
APPLICATION OF SVC DEVICES TO THE MITIGATION 
OF THE SUBSYNCHRONOUS RESONANCE IN POWER SYSTEM 
An energy security plays an extremely important role in economic development 
as well as ensuring political stability and independent autonomy of the nation. The 
safe operation of power plants, ensuring the stability of the electricity system has a 
decisive factor to electricity energy security. In the paper, the method of applying 
SVC compensation device to the mitigation of the SSR problem in electrical power 
system is introduced. The control diagram, simulation model applied to IEEE 
standard grid are presented and its analysis and evaluation have proved the validity 
of the proposed method. 
Keywords: Electrical and electronic engineering; Electrical engineering; Power system stability; 
Subsynchronous resonance; FACTS device. 
Nhận bài ngày 16 tháng 6 năm 2020 
Hoàn thiện ngày 23 tháng 6 năm 2020 
Chấp nhận đăng ngày 03 tháng 8 năm 2020 
Địa chỉ: Bộ môn Hệ thống điện, Viện Điện, Trường ĐHBK Hà Nội. 
*
Email: tung.leduc1@hust.edu.vn.