Nghiên cứu bù công suất phản kháng trên đường dây phân phối 22kv có phụ tải phân phối đều

MỤCăLỤC
MăĐU
1.ăLýădoăchọnăđătƠi. 1
2.ăĐiătngăvƠăphmăviănghiênăcu.ă 1
3.ăNhimăvănghiênăcu. 2
CHNGă1.ă
TNGăQUANăVăLIăĐINăPHỂNăPHIă& CÔNGăSUTăPHNăKHÁNG .
1.1. Tng quan chung vălĩnhăvựcănghiên cuăcác ktăqa nghiên cuătrong
vƠăngoƠiăncăđƣăcôngăb. 3
1.2. Các binăpháp nâng cao hiuăquăkinh tătrong vnăhành. 3
1.3. Côngăsutăphnăkháng 4
1.4. Cácăngunăphátăcôngăsutăphnăkhángătrongăliăđin 6
1.5. Các tiêuăchíăbùăcôngăsutăphnăkhángătrênăliăđinăphơnăphi.ă 11

CHNGă2
BỐăCÔNGăSUỂTăKHÁNGăDỐNGăMAăTRNăZBUS.
2.1. Tính toánăbùăkinhătăbằngăphngăphápămaătrn 14
2.2. Áp dng phnămm Matlabăđăgiiăbài toán bù. 22
CHNGă3
BỐăCÔNGăSUTăKHÁNGăTRểNăĐNGăDỂYăCịăPHăTIăPHỂNăBă
ĐU.
3.1. Tnăthtăcông sutătrênămtăđonăcaăphát tuynăphân phi. 45
3.2. Tnăthtăcông sutătrênăđngădơyăcóăđặtătăbù.ă 46
3.3. Gimătnăthtăđinănĕngăkhiăđặtătăbù. 47
3.4. Gimătnăthtăđinănĕngăcóăxétăchiăphíăđặtăt bù. 50


3.5. Bù công sutăkháng n vătríătrênăđngădây có phătiăphân băđu. 54

CHNGă4
NGăDNGăCÁCăPHNăMMăĐăGIIăQUYTăCÁCăBÀIăTOÁNăBỐ.
4.1. Bù công sutăphnăkhángătrênăđngădơyăcó phăti phân băđu.ă 58
4.2. Phngăphápăchọnăđimădừng.ă 74

CHNGă5ă
KTăLUNăVÀăKINăNGH.
5.1. Ktălun. 101
5.2. Kinăngh.ă 101
TÀIăLIUăTHAMăKHO 102





Trang: 1/102

MăĐU

1. LỦădoăchnăđătƠi.
Cùng với sự phát triển nhanh chóng nền kinh tế của đất nớc và khoa học kỹ
thut, thì ngành điện có ảnh hởng rất lớn đến nền kinh tế, an ninh chính trị xư hội
của mỗi Quốc gia, Nguồn điện cũng phải đợc đáp ứng những đòi hỏi về công suất
và chất lợng điện. Vấn đề công suất phát ra phải đợc đa đến nơi sử dụng và tn
dụng một cách hiệu quả nhất, không để lưng phí quá nhiều ảnh hởng đến kinh tế
đó là một bài toán đợc rất nhiều đề tài nghiên cứu, tổn hao công suất trong truyền
tải điện năng là một vấn đề ảnh hởng đến chất lợng điện năng và kinh tế; trong
khi đó nhu cầu tiêu thụ điện ngày càng cao, đòi hỏi đáp ứng đủ và kịp thời không
chỉ về số lợng mà cả về chất lợng, ngời ta đa ra phơng pháp bù công suất
phản kháng, điều chỉnh điện áp hoặc tái cấu trúc lại lới…

Trong thực tế phụ tải của hệ thống điện giờ cao điểm và thấp điểm lệch nhau
rất lớn, các nhà máy rất hạn chế phát công suất phản kháng, nếu có hệ thống bù
công suất phản kháng thì chỉ là bù tĩnh, thiết bị bù không có cơ cấu tự điều chỉnh
mang lại hệ số công suất cosφ lớn lên cỡ 0,9 điều này cũng dn đến những ảnh
hởng rất lớn vào những giờ thấp điểm có hiện tợng dòng công suất phản kháng
chạy ngợc, làm tăng tổn thất và gây quá áp điều này gây hu quả nghiêm trọng đến
các thiết bị điện, vị trí lắp đặt tụ thờng lắp đặt ở những nơi dễ vn hành, không
tính đến hiệu quả kinh tế của thiết bị, vì vy cha tn dụng đợc hiệu quả làm việc
của thiết bị và gây lưng phí trong quá trình đầu t.
Trớc tình hình thực tế trên để khắc phục những nhợc điểm đó đề tài đi
“Nghiên cứu bù công suất phản kháng trên đường dây phân phối 22 KV có phụ
tải phân bố đều” góp phần vào nâng cao hiệu quả vn hành kinh tế lới điện.
2. ĐiătngăvƠăphmăviănghiênăcu.
Điătngănghiênăcu: Nội dung lun văn đi nghiên cứu tính toán xác định vị
trí bù, dung lợng bù trên lới điện có phụ tải phân bố đều.
Phmăviănghiênăcu: Nghiên cứu lý thuyết các vấn đề kinh tế, kỹ thut liên
quan đến bù tối u công suất phản kháng cho lới điện phân phối 22 KV.
Nghiên cứu bù công suất phản kháng trên đường dây phân phối 22 kV có phụ tải phân bố đều
HV: Lê Văn Hng Trang: 2/102
3. Nhimăvănghiênăcu.
Đa ra những giả thuyết để phân tích tình hình tổn thất và sử dung phần mềm
Matlab để tính toán chọn vị trí bù, dung lợng bù tối u công suất phản kháng nhằm
giảm tổn thất điện năng


Nghiên cứu bù công suất phản kháng trên đường dây phân phối 22 kV có phụ tải phân bố đều
HV: Lê Văn Hng Trang: 3/102
CHNGă1
TNGăQUANăVăLIăĐINăPHỂNăPHIăVĨăCỌNG SUTăPHN KHÁNG
1.1 . TNGăQUANăCHUNGăVăLƾNHăVCăNGHIểNăCU,ăCÁCăKTăQUă

NGHIểNăCUăTRONGăVĨăNGOĨIăNCăĐĩăCỌNGăB.ăă
1.1.1. Tngăquan chungăvăliăđinăphơnăphi [1], [2], [3], [4], [7].
Trong quá trình hình thành và phát triển Việt Năm đư trải qua rất nhiều giai
đoạn và cũng có rất nhiều cấp điện áp khác nhau nh cấp 6KV, 10 KV, 15 KV và
22 KV, do nhu cầu phát triển của hệ thống điện đòi hỏi chất lợng điện ngày càng
đợc nâng cao trớc tình hình trên, tp Đoàn Điện lúc Việt Năm đư tiến hành nâng
cấp và thống nhất 01 cấp điện áp là 22 KV để tạo sự thun lợi trong quá trình vn
hành.
1.1.2. Đcăđimăchungăcaăliăđinăphơnăphi [1], [2], [7].
Lới điện phân phối hiện tại có 02 phần là lới trung thế và lới hạ thế, lới
phân phối thờng phân phối trên diện rộng đồng thời vn hành bất đối xứng và tổn
thất cao. Thờng thì lới điện có cấu trúc vòng kín nhng vn hành hở, hình tia
hoặc xơng cá, khi có sự cố phần lới sau máy cắt sẽ đợc cô lặp sau khi cô lặp
phần bị sự cố sẽ đợc đóng điện lại để đảm bảo cung cấp điện đợc liên tục, đòi hỏi
việc nghiên cứu, thiết kế và vn hành lới điện rất quan trọng. khi thiết kế xây dựng
lới phân phối phải đảm bảo các chỉ tiêu nh sau:
 An toàn cho lới điện và cho con ngời.
 Chi phí xây dựng lới điện là hiệu quả nhất.
 Vn hành dễ dàng, linh hoạt có khả năng phát triển mở rộng trong tơng lai.
 Đảm bảo độ tin cy trong quá trình vn hành, có đờng dây dự phòng, cấu trúc
mạch vòng và vn hành hở….
 Đảm bảo chất lợng điện năng, ổn định điện áp, ổn định tần số…
 Giảm chi phí vn hành, bảo dỡng là nhỏ nhất.
1.2 . CÁCă BINă PHÁPă NỂNGă CAOă HIUă QUă KINHă Tă TRONGă VNă
HÀNH [1], [2], [7].
Lới điện phân phối có ảnh hởng đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thut của hệ
thống điện, chính vì vy việc nghiên cứu đa ra các giải pháp đế nâng cao hiệu quả
Nghiên cứu bù công suất phản kháng trên đường dây phân phối 22 kV có phụ tải phân bố đều
HV: Lê Văn Hng Trang: 4/102
trong quá trình vn hành, đồng thời mang lại những lợi ích lớn, những biện pháp

này mục đích chính là giảm tổn thất điện năng. Để đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế kỹ
thut trớc tiên ta phải quan tâm đến một số bài toán nh sau:
 Bài toán điều khiển vn hành nhằm giảm tổn thất, nâng cao chất lợng điện
năng và độ tin cy cung cấp điện.
 Bài toán đặt thiết bị bù tối u nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế cung cấp điện.
Bài toán đặt thiết bị bù tối u là một trong những biện pháp kỹ thut giải quyết
hiệu quả tổng hợp nhất, tuy nhiên bài toán bù công suất phản kháng trong lới phân
phối rất phức tạp nh:
 Cấu trúc lới phức tạp, trạm trung gian thì có rất nhiều phát tuyến mỗi phát
tuyến có rất nhiều trạm phân phối. Cấu trúc lới điện ngày càng phát triển liên
tục không ngừng, biểu đồ phụ tải không chính xác.
Trớc những khó khăn trên để giải quyết bài toán bù thành những bài toán nhỏ
dựa trên cơ sở lý thuyết bù công suất phản kháng để giải quyết. Lun văn sẽ đi
nghiên cứu về “Nghiên cứu bù công suất phản kháng trên đờng dây phân phối 22
kV có phụ tải phân bố đều”.
1.3 . CỌNGăSUTăPHNăKHÁNG [1], [2], [7].
1.3.1 . Khái nim văcôngăsutăphnăkháng.
Xét sự tiêu thụ năng lợng trong một mạch điện đơn giản có tải là điện trở và
điện kháng theo nh (hình 1.1).






Hìnhă1.1ăMchăđinăRL.

Mạch điện đợc cung cấp bởi điện áp u= U
m
sinωt.

Dòng điện I lệch pha với điện áp u một góc φ:
R
X
U
I



Nghiên cứu bù công suất phản kháng trên đường dây phân phối 22 kV có phụ tải phân bố đều
HV: Lê Văn Hng Trang: 5/102
i=I
m
.sin(ωt-φ) hay i=I
m
(sinωtcosφ ậ sinφcosωt)
Có thể coi i = i
’
+ I
”

Với i
’
= I
m
cosφ . sinωt
i
”
= I
m
. sinφcosωt = I

m
. sinφ.sin(ωt-π/2)
Nh vy dòng điện i là tổng của 2 thành phần:
I’ có biên độ I
m
. cosφ cùng pha với điện áp u.
I” có biên độ I
m
. sinφ chm pha với điện áp một góc π/2.
Công suất tơng ứng với 2 thành phần i’ và i” là:
P = U.I.cosφ gọi là công suất tác dụng.
Q = U.I.sinφ gọi là công suất phản kháng.
Từ công thức trên ta có thể viết nh sau:
2
R.I
Z
R
.
2
Z.I )Z.I(I.cos U.I.cosP 

(1.1)
2
X.I
Z
X
.
2
Z.I )Z.I(I.sin U.I.sinQ 


(1.2)
S
P
Q
φ
2 2 2
S = P + Q
P=S.cosφ
Q = S.sinφ

Hình 1.2 quan hệ giữa công suất P & Q.

Công suất phản kháng là thành phần tiêu thụ trên điện cảm hay phát ra trên
tụ điện dung của mạch điện.
1.3.2 .ăSătiêuăthăCSPK.
Trên lới điện CSPK đợc tiêu thụ ở động cơ không đồng bộ, máy biến áp,
kháng điện trên đờng dây tải điện và ở các phần tử, thiết bị liên quan đến từ
trờng.
Nghiên cứu bù công suất phản kháng trên đường dây phân phối 22 kV có phụ tải phân bố đều
HV: Lê Văn Hng Trang: 6/102
Yêu cầu vế công suất phản kháng chỉ có thể giảm đến một mức tối thiểu chứ
không thể triệt tiêu hoàn toàn bởi vì nó cần thiết cho việc sử dụng từ trờng quay,
yếu tố trung gian cần thiết cho quá trình chuyển hóa điện năng.
1.3.2.1. Đngăcăkhôngăđngăb.
Động cơ không đồng bộ tiêu thụ công suất phản kháng chiếm đến 60 ậ 65%.
CSPK của động cơ không đồng bộ bao gồm 02 thành phần.
Một phần nhỏ CSPK đợc sử dụng để sinh ra từ trờng tản trong mạch điện sơ
cấp.
Phần lớn CSPK còn lại dùng để sinh ra từ trờng quay.
1.3.2.2. Máyăbinăáp.

Máy biến áp tiêu thụ khoảng 22 đến 25 % nhu cầu CSPK tổng của lới điện,
nhỏ hơn nhu cầu của các động cơ không đồng bộ do CSPK dùng để từ hóa lõi thép
MBA không lớn hơn so với động cơ không đồng bộ, vì không có khe hở không khí,
nhng do số lợng lớn nên nhu cầu tổng công suất phản kháng của MBA cũng rất
lớn.
CSPK tiêu thụ bởi MBA gồm 2 thành phần nh sau:
- CSPK dùng để từ hóa lõi thép.
- CSPK tản từ MBA.
1.3.2.3. Đèn huỳnh quang.
Thông thờng các đèn huỳnh quang vn hành có một chấn lu để hạn chế
dòng điện. Tuy nhiên theo điện cảm của chấn lu cosφ cha đợc hiệu chỉnh cosφ
của chấn lu nằm trong khoảng 0,3 đến 0,5.
1.4 . CÁCă NGUNă PHÁTă CỌNGă SUTă PHNă KHÁNGă TRONGă LIă
ĐIN [1], [2],[3], [7].
Khả năng phát CSPK của các nhà máy điện là rất hạn chế do cosφ của nhà máy
là 0,8 đến 0,9 hoặc cao hơn nữa, hầu hết trong khi chế tao các máy phát không phát
nhiều CSPK cho phụ tải. các máy phát chỉ đảm đơng một phần công suất phản
kháng của phụ tải. phần còn lại do các thiết bị bù nh máy bù đồng bộ và tụ bù.
1.4.1 Máyăbùăđngăb.
Nghiên cứu bù công suất phản kháng trên đường dây phân phối 22 kV có phụ tải phân bố đều
HV: Lê Văn Hng Trang: 7/102
Máy bù đồng bộ là loại máy điện đồng bộ chạy không tải dùng để phát hoặc
tiêu thụ công suất phản kháng. Các máy bù đồng bộ là phơng pháp cổ truyền để
điều chỉnh liên tục CSPK. Các máy bù thờng đợc sử dụng trong hệ thống truyền
tải, chẳng hạn ở đầu vào các đờng dây tải điện, trong các trạm biến áp quan trọng
và trong các trạm biến đổi dòng điện một chiều cao áp.
Nếu ta tăng dòng kích từ I
kt
lên (quá kích thích dòng điện của máy bù đồng bộ
sẽ vợt trớc điện áp trên cực của nó một góc 90

0
) thì máy phát ra CSPK Q
b
phát
lên lới điện. Ngợc lại nếu ta giảm dòng I
kt
(kích thích non, E<U, dòng điện chm
hơn điện áp một góc 90
0
) thì máy bù sẽ trở thành phụ tải tiêu thụ CSPK. Do đó máy
bù đồng bộ có thể tiêu thụ hoặc phát ra công suất phản kháng.
Các máy bù đồng bộ ngày nay thờng đợc trang bị hệ thống kích từ nhanh có
bộ kích từ chỉnh lu. Có nhiều phơng pháp khởi động khác nhau, nh phơng
pháp khởi động đảo chiều…
1.4.2 TăĐinătƿnh.
Tụ điện tĩnh hay còn gọi là một dưy tụ nối với nhau và nối song song với phụ
tải theo sơ đồ hình sao hay tam giác, với các mục đích sản xuất ra CSPK cung cấp
trực tiếp cho phụ tải, điều này làm giảm CSPK phải truyền tải trên đờng dây. Tụ
bù tĩnh cũng đợc chế tạo không đổi. Khi cần điều chỉnh điện áp có thể dùng tụ
điện bù tĩnh đóng cắt đợc các cấp, đó là biện pháp kinh tế nhất cho việc sản xuất ra
công suất phản kháng.
Tụ điện làm việc cũng nh máy bù đồng bộ làm việc ở chế độ quá kích CSPK
trực tiếp cấp cho hộ tiêu thụ, giảm đợc lợng công suất phản kháng truyền tải trên
mạng, do đó giảm đợc tổn thất điện áp.
CSPK do tụ điện phát ra
Đợc tính theo biểu thức
Q
c
=U
2

2πfC.10
-9
kVAr (1.3)
Trong đó :
- U có đơn vị là KV.
- F là tần số có đơn vị là Hz
- C là điện dung có đơn vị là µF.
Nghiên cứu bù công suất phản kháng trên đường dây phân phối 22 kV có phụ tải phân bố đều
HV: Lê Văn Hng Trang: 8/102
Khi sử dụng tụ điện cần chú ý phải đảm bảo an toàn vn hành, cụ thể khi cắt tụ
ra khỏi lới phải có điện trở phóng điện để dp điện áp.
Các tụ bù tĩnh đợc dùng rộng rưi để hiệu chỉnh công suất trong các hệ thống
phân phối điện nh: Hệ thống phân phối điện công nghiệp, thành phố, khu đông dân
c và nông thôn. Một số các tụ bù tĩnh cũng đợc đặt ở các trạm truyền tải .
Tụ điện là loại thiết bị tĩnh, làm việc với dòng điện vợt trớc điện áp. Do đó
có thể sinh ra công suất phản kháng Q cung cấp cho mạng.
 Những ưu điểm của tụ điện:
- Suất tổn thất công suất tác dụng nhỏ, khoảng (0,003 ậ 0,005)kW/kVAr.
- Không có phần quay nên ráp bảo quản dễ dàng.
- Tụ điện đợc chế tạo thành từng đơn vị nhỏ, tùy theo sự phát triển của phụ
tải mà ngời ta có thể sử dụng dung lợng bù hợp lý.
 Nhợc điểm của tụ điện.
- Cung cấp đợc ít CSPK khi có rối loạn hoặc thiếu điện, bởi vì dung lợng
của của công suất phản kháng tỉ lệ bình phơng với điện áp.
2
U
22
Q X.I ωCU
1/ωC
  

(1.4)
- Tụ điện có cấu tạo kém chắc chắn vì vy dễ bị phá hủy khi xảy ra ngắn
mạch.
- Khi điện áp tăng quá 10%U
n
thì tụ điện dễ bị đánh thủng.
- Khi đóng tụ điện vào mạng có dòng điện xung khi cắt tụ khỏi mạng, nếu
không có thiết bị phóng điện sẽ có điện áp d trên tụ.
- Bù bằng tụ điện sẽ khó khăn trong việc tự động điều chỉnh dung lợng
bù một Cách liên tục.
- Tụ điện đợc chế tạo dễ ở cấp điện áp 6-12,7 KV và 0,4 kV. Thông
thờng nếu dung lợng bù nhỏ hơn 5 MVAR ngời ta dùng tụ điện, nếu
còn lớn hơn 5 MVAr thì phải so sánh với máy bù đồng bộ.
1.4.3 Đngăcăkhôngăđngăb.
Nghiên cứu bù công suất phản kháng trên đường dây phân phối 22 kV có phụ tải phân bố đều
HV: Lê Văn Hng Trang: 9/102
Khi cho dòng điện một chiều vào dây quấn rotor của động cơ không đồng bộ
thì động cơ đó sẽ làm việc nh 01 động cơ đồng bộ và có thể điều khiển dòng kích
từ để nó phát ra.
1.4.1 uănhcăđimăcaăcácăngunăphátăcôngăsutăphnăkháng.
1.4.1.1 uăđimăcaătăđinăsoăviămáyăbù.
Chi phí bù cho mỗi KVAR của tụ điện rẽ hơn so với máy bù đồng bộ. u
điểm này càng nổi bt khi dung lợng càng tăng.
Giá tiền cho mỗi KVAR tụ điện tĩnh ít phụ thuộc vào công suất đặt và coi
nh không đổi, do đó rất thun tiện cho việc phân chia tụ điện tĩnh ra làm nhiều
nhóm nhỏ, tuỳ vào vị trí cần lắp đặt, trái lại giá tiền mỗi KVA máy bù đồng bộ lại
thay đổi tuỳ theo dung lợng, dung lợng càng nhỏ thì giá tiền càng cao.
Tổn thất công suất tác dụng trên tụ rất nhỏ (0,3 ậ 0.5)% công suất của chúng,
trong khi đó tổn thất trong máy bù đồng bộ lớn hơn rất nhiều khoảng (1,33 ậ 3,2)%
công suất định mức.

Tụ điện vn hành đơn giảm, độ tin cy cao hơn máy bù đồng bộ. Trái lại máy
bù đồng bộ với những bộ phn quay, chuỗi than, dễ gây mòn chuỗi than, dễ bị sự cố
trong lúc vn hành. Trong khi đó lúc vn hành có một tụ điện nào có thể bị h hỏng
thì số tụ còn lại vn tham gia vn hành bình thờng . Nếu trong nhà máy khi máy bù
bị h hỏng sẽ mất toàn bộ dung lợng bù, lúc đó nó sẽ ảnh hởng rất lớn đế quá
trình vn hành.
1.4.1.2 Nhcăđimăcaătăđinăsoăviămáyăbùăđngăb.
- Máy bù đồng bộ điều chỉnh đợc trơn tơng đối dễ dàng, tụ điện chỉ điều chỉnh
đợc theo từng cấp.
- Máy bù đồng bộ có thể tiêu thụ hoặc phát ra công suất phản kháng theo một
cách linh hoạt, còn tụ chỉ phát ra CSPK.
- Các nhợc điểm này đang từng bớc đợc các nhà sản xuất tụ khắc phục.
- Ngày nay trên lới điện phần lớn là sử dụng tụ điện để bù CSPK.
1.4.1.3ăụănghƿaăcaăvicăbùăcôngăsutăphnăkhángătrongăliăphơnăphi.
Hầu hết tất cả các thiết bị đều tiêu thụ công suất tác dụng và công suất phản
kháng, sự tiêu thụ này nó sẽ đợc truyền tải về phía nguồn cung cấp công suất phản
Nghiên cứu bù công suất phản kháng trên đường dây phân phối 22 kV có phụ tải phân bố đều
HV: Lê Văn Hng Trang: 10/102
kháng, sự truyền tải này trên dờng dây sẽ làm tổn hao lợng công suất và làm
giảm điện áp làm cho lợng công suất biểu kiến tăng lên dn đến chi phí để xây
dựng tăng lên, do đó bù CSPK cho lới điện sẽ có những tích cực nh sau:
1.4.1.4 Gimăđcătnăthtăcôngăsutătrongămngăđină.
Tổn thất công suất trên đờng dây đợc xác định nh sau:
22
2
22
(P) (Q)
22
PQ
PQ

P R R R P P
QU
U

       
( 1.5)
Khi giảm Q truyền tải trên dờng dây thì giảm đợc tổn thất công suất ΔP
(Q)

do Q gây ra.
1.4.1.5 Gimăđcătnăthtăđinăápătrongămngăđină.
Tổn thất điện áp trên dờng dây đợc xác định nh sau:
(P) (Q)
PR QX
PQ
U R X U U
UU
U

       
(1.6)
Khi giảm Q truyền tải trên dờng dây thì giảm đợc tổn thất điện áp ΔU
(Q)

do Q gây ra, từ đó nâng cao đợc chất lợng điện áp trên lới.
1.4.1.6 Tĕngăkhănĕngătruynătiăcaăđngădơy và MBA.
Khả năng truyền tải của đờng dây & MBA phụ thuộc vào điều kiện phát
nóng, phụ thuộc vào dòng điện cho phép của chúng. Dòng điện chạy trên dây dn
và máy biến áp dợc tính nh sau:
22

3
PQ
I
U


( 1.7)
Từ công thức trên cho thấy cùng một tình trạng phát nóng nhất định của
đờng dây và máy biến áp chúng ta có thể tăng khả năng truyền tải công suất tác
dụng của chúng bằng cách giảm CSPK mà chúng phải tải đi, vì thế vn giữ nguyên
đờng dây & MBA. Nếu giảm lợng công xuất phản kháng phải truyền tải thì khả
năng truyền tải của chúng sẽ đợc tăng lên, góp phần làm ổn định điện áp, tăng khả
năng phát điện của máy phát. . .
Nghiên cứu bù công suất phản kháng trên đường dây phân phối 22 kV có phụ tải phân bố đều
HV: Lê Văn Hng Trang: 11/102
Bù CSPK sẽ nâng cao hệ số công suất, giảm đợc chi phí đầu t, giảm đợc
chi phí điện năng…
1.5 CÁCă TIểUă CHệă BỐă CỌNGă SUTă PHNă KHÁNGă TRểNă LIă ĐINă
PHỂNăPHI [1], [2], [3], [7].
1.5.1 Tiêuăchíăkỹăthut.
Đối với các phụ tải trong gia đình hầu nh cosφ gần bằng 1, nhng đối với
các xí nghiệp thì hệ số cosφ rất nhỏ. Hầu hết các xí nghiệp sử dụng động cơ không
đồng bộ rất nhiều. Hệ số công suất phụ thuộc vào điều kiện làm việc.
Dung lợng của động cơ càng lớn thì hệ số công suất càng cao, suất tiêu thụ
CSPK càng nhỏ và ngợc lại.
Hệ số công suất phụ thuộc vào tốc độ quay của động cơ tốc độ quay càng cao
thì hệ số công suất cao.
Hệ số công suất của động cơ không đồng bộ phụ thuộc rất nhiều vào hệ số
phụ tải của động cơ khi quay không tải lợng công suất phản kháng cần thiết cho
động cơ không đồng bộ cũng bằng 60-70% lúc tải định mức, công suất phản kháng

Q cần thiết khi phụ tải của động cơ bằng P có thể đợc tính theo biểu thức sau:
1.5.2 Gimătnăthtăcôngăsutăđnăgiiăhnăchoăphép.ă
Công thức tính toán tổn thất.
22
2
PQ
PR
U


(1.8)
22
2
PQ
QX
U


(1.9)
Từ công thức trên cho thấy nếu nâng cao điện áp vn hành của mạng điện
thì ΔP, ΔQ sẽ giảm, nhng các phụ tải thì có một mức điện áp nhất định do đó phải
làm sao đa điện áp lên cao và vẩn phải giữ đợc điện áp ở phía phụ tải là không
đổi.
Tổn thất ΔP, tỉ lệ nghịch với U
2
do đó nếu tăng U thì ΔP giảm khá nhanh,
do đó tăng điện áp của mạng thì giảm đợc tổn thất điện năng.
Nghiên cứu bù công suất phản kháng trên đường dây phân phối 22 kV có phụ tải phân bố đều
HV: Lê Văn Hng Trang: 12/102
Nếu điện áp của mạng so với điện áp cũ cao hơn đợc a% thì tổn thất công

suất sẽ giảm một lợng ΔP bằng .
2 2 2
1
1.
12
2 2 2
2
11
100 100
S S S
P P P R R R
UU
aa
U



        


   


   


   
   
(1.10)
Giả sử điện áp tăng 5% thì tổn thất công suất trong mạng sẽ giảm đợc 9%.

Để nâng cao điện áp ta có 3 phơng pháp để nâng cao.
- Thay đổi đầu phân áp của MBA.
- Nâng cao điện áp của máy phát.
- Làm giảm tổn hao điện áp bằng cách bù.
Từ 03 phơng pháp trên phơng pháp bù là hiệu quả nhất.
1.5.3 Tiêuăchíăkinhăt.
Thực hiện bù kinh tế phải tính toán để đạt đợc các lợi ích, nếu lợi ích thu
đợc cho việc lắp đặt thiết bị bù lớn hơn chi phí lắp đặt thì việc bù kinh tế đợc
thực hiện.
1.5.3.1 Liăíchăkhiăđtăt.
Giảm đợc công suất tác dụng yêu cầu ở chế độ max của hệ thống điện, do
đó giảm đợc dự trữ công suất tác dụng.
Giảm nhẹ đợc tải của MBA trung gian và đờng dây trung áp do giảm đợc
yêu cầu CSPK.
Giảm đợc tổn thất điện năng.
Cải thiện đợc chất lợng điện áp trong lới phân phối.
1.5.3.2 Chiăphíăkhiălpăđtătăbù.
Vốn đầu t và chi phí vn hành cho trạm.
Tổn thất điện năng trong tụ bù.
Khi đặt tụ bù còn có nguy cơ quá áp khi phụ tải min hoặc không tải và nguy
cơ xảy ra cộng hởng và kích thích ở phụ tải.
Nghiên cứu bù công suất phản kháng trên đường dây phân phối 22 kV có phụ tải phân bố đều
HV: Lê Văn Hng Trang: 13/102
Giải bài toán bù CSPK là xác định số lợng trạm bù , vị trí bù , công suất đặt
trên từng vị trí và chế độ làm việc của tụ sao cho làm việc hiệu quả, mang lại hiệu
quả kinh tế.
Bù tp trung trên một số vị trí trên lới trung áp.
Bù phân tán ở các trạm phân phối hạ áp.
Để giải bài toán bù cần biết rõ cấu trúc lới phân phối đồ thị phụ tải phản
kháng của các trạm phân phối, phải biết giá cả của thiết bị đồng thời phải đảm bảo

các đặc tính kỹ thut kinh tế của tụ bù. Phải tính đợc độ tăng trởng hàng năm.
Hai phơng pháp này có khác nhau nhng các mô hình này đều có một hàm
mục tiêu chung là chi phí cho bù nhỏ nhất trên cơ sở đảm bảo các điều kiện kỹ thut
của lới điện, điện áp trên mọi nút của hệ thống phải nằm trong phạm vi cho phép
và làm sao cho tổn thất công suất là thấp nhất.
Nghiên cứu bù công suất phản kháng trên đường dây phân phối 22 kV có phụ tải phân bố đều
HV: Lê Văn Hng Trang: 14/102
CHNGă2
BÙ CÔNG SUÂT PHNăKHÁNGăDỐNGăMAăTRNăZ
BUS

2.1. TÍNH TOÁNăBỐăKINHăTăBNGăPHNGăPHÁPăMA TRN [1], [2],
[7].
2.1.1 LỦăthuyt
Tổn thất công suất trong hệ thống tính theo ma trn Zbus :
P+jQ =
jij
n
i
n
j
i
IZI

 2 2
*
(2.1)
Với nút 1 là nút cân bằng và I
i
, I

j
lần lợt là dòng điện ở nút i và j ( trong
đơn vị tơng đối )
Mạch tơng đơng hình cào dùng để tính tổn thất đợc vẽ trong Hình 1 .


Hình 2.1

Để biểu diễn dòng điện nút theo công suất nút trớc hết cần phân tích
phơng trình (2.1) thành phần thực và phần ảo .

jij
n
i
n
j
i
IZI

 2 2
*
=

 

n
i
n
j
jIMjREijijiIMiRE

IIjXRjII
2 2
))()((
(2.2 )
Phần thực của (2.2) là P :

 

n
i
n
j
jIMijiIMjREijiIMjIMijiREjREijiRE
IRIIXIIXIIRIP
2 2
)(
( 2.3)
Các số hạng thứ hai và thứ ba triệt tiêu ln nhau do chúng có các số hạng
Nghiên cứu bù công suất phản kháng trên đường dây phân phối 22 kV có phụ tải phân bố đều
HV: Lê Văn Hng Trang: 15/102
giống nhau khi triển khai toàn bộ tổng số . Nh vy :

 

n
i
n
j
jIMijiIMjREijiRE
IRIIRIP

2 2
)(
(2.4)
nhng :
)sin(cos
||
*
ii
i
ii
i
ii
i
j
U
jQP
U
jQP
I






(2.5)
trong đó 
I
là góc pha của điện áp nút U
i

||
cossin
||
sincos
i
iiii
i
iiii
i
U
QP
j
U
QP
I





(2.6)
= I
iRE
+ j I
i IM

Phơng trình (2.6) cũng đợc viết tơng tự cho dòng điện I
j
ở thanh cái j

bằng cách thay i bằng j .
Thay phần thực và phần ảo của phơng trình (2.6) vào phơng trình ( 2.5) có
đợc :

 


















n
i
n
j
ji
jjjjiiii
ji

jjjjiiii
ij
UU
QPQP
UU
QPQP
RP
2 2
||||
)cossin)(cossin(
||||
)sincos)(sincos(


(2.7)

 

n
i
n
j
ji
ij
UU
R
P
2 2
||||
[P

i
P
j
(cos
i
cos
j
+ sin
i
sin
j
)
+ P
i
Q
j
(sin
j
cos
i
- sin
i
cos
j
)
+ Q
i
P
j
(sin

i
cos
j
- sin
j
cos
i
)
+ Q
i
Q
j
(sin
i
sin
j
+ cos
i
cos
j
) (2.8)
Áp dụng công thức lợng giác vào phơng trình (2.8) có đợc:

 





















n
i
n
j
jiji
ji
ijij
jiji
ji
ijij
PQQP
UU
R
QQPP
UU
R

P
2 2
)(
||||
)sin(
)(
||||
)cos(


(2.9)
Gần đúng có thể đơn giản nh sau :
Nghiên cứu bù công suất phản kháng trên đường dây phân phối 22 kV có phụ tải phân bố đều
HV: Lê Văn Hng Trang: 16/102

 











n
i
n

j
jiji
ji
ijij
QQPP
UU
R
P
2 2
)(
||||
)cos(

(2.10)
với giả thiết (
j
- 
i
) nhỏ có thể biểu diễn gần đúng tiếp theo :

 










n
i
n
j
jiji
ji
ij
QQPP
UU
R
P
2 2
)(
||||
(2.11)
Từ đó có thể tách riêng thành phần tổn thất công suất tác dụng do công suất
phản kháng gây ra với U
i
 U
j
 U
đm

 








n
i
n
j
ji
dm
ij
Qdo
QQ
U
R
P
2 2
2
(2.12)
Biểu thức (2.12) áp dụng đợc cho đơn vị tơng đối và đơn vị có tên.
2.1.2ăăCácăbcătínhătoánăbùăkinhătă:ăăă
Bớc 1
:
Thành lặp ma trn Zbus với thanh cái cân bằng làm chuẩn có đợc
Z
bus
= R
bus
+ j X
bus
(2.13)
Áp dụng phơng pháp ráp dần từng nhánh để thành lặp Z
bus

Bớc 2
: Viết biểu thức tổn thất công suất tác dụng do thành phần công suất phản
kháng qua các nhánh của mạng điện sau khi đặt thiết bị bù tại các nút.


 


n
i
n
j
jbujijibui
dm
QQRQQ
U
P
2 2
,,
2
)()(
1
(2.14)
với R
ij
là phần tử của ma trn R
bus

Mạch tơng đơng hình cào dùng để tính tổn thất công suất tác dụng gây ra

do phụ tải phản kháng sau khi bù đợc vẽ trong Hình 2.2 :
Nghiên cứu bù công suất phản kháng trên đường dây phân phối 22 kV có phụ tải phân bố đều
HV: Lê Văn Hng Trang: 17/102

Hình 2.2
Bớc 3
: Viết biểu thức đạo hàm riêng :

 
 




n
j
n
j
jbuijjij
ibu
QR
U
QR
UQ
P
2 2
,
22
,
0

22
(2.15)
Hưy chứng minh biểu thức trên.
Thí dụ với mạng điện có 5 nút với nút 1 là nút cân bằng thì theo (2.14) biểu
thức tổn thất tác dụng do thành phần công suất phản kháng tạo ra là:
)()(
1
,
5
2
5
2
,
2
jbu
i j
jijibui
QQRQQ
U
P 

 
(2.16)
=
2
1
U
[(Q
2
-Q

bù,2
)R
22
(Q
2
-Q
bù,2
) +
(Q
2
-Q
bù,2
)R
23
(Q
3
-Q
bù,3
) +
(Q
2
-Q
bù,2
)R
24
(Q
4
-Q
bù,4
) +

(Q
2
-Q
bù,2
)R
25
(Q
5
-Q
bù,5
) +
(Q
3
-Q
bù,3
)R
32
(Q
2
-Q
bù,2
) +
(Q
3
-Q
bù,3
)R
33
(Q
3

-Q
bù,3
) +
(Q
3
-Q
bù,3
)R
34
(Q
4
-Q
bù,4
) +
(Q
3
-Q
bù,3
)R
35
(Q
5
-Q
bù,5
) +
(Q
4
-Q
bù,4
)R

42
(Q
2
-Q
bù,2
) +
(Q
4
-Q
bù,4
)R
43
(Q
3
-Q
bù,3
) +
(Q
4
-Q
bù,4
)R
44
(Q
4
-Q
bù,4
) +
(Q
4

-Q
bù,4
)R
45
(Q
5
-Q
bù,5
) +
(Q
5
-Q
bù,5
)R
52
(Q
2
-Q
bù,2
) +
Nghiên cứu bù công suất phản kháng trên đường dây phân phối 22 kV có phụ tải phân bố đều
HV: Lê Văn Hng Trang: 18/102
(Q
5
-Q
bù,5
)R
53
(Q
3

-Q
bù,3
) +
(Q
5
-Q
bù,5
)R
54
(Q
4
-Q
bù,4
) +
(Q
5
-Q
bù,5
)R
55
(Q
5
-Q
bù,5
) ]
Ghi chú: Nếu nút nào không cần bù thì cho Q
bù
ở nút đó bằng không.
Biểu thức đạo hàm
ibu

Q
P
,


:
Thí dụ lấy đạo hàm
2,bu
Q
P


có dạng :
2,bu
Q
P


=
2
1
U

[2.R
22
(Q
2
ậ Q
bù,2
) ậR

23
(Q
3
-Q
bù,3
) ậR
24
(Q
4
-Q
bù,4
) ậR
25
(Q
5
-Q
bù,5
)
-(Q
3
-Q
bù,3
)R
32
ậ(Q
4
-Q
bù,4
)R
42

ậ(Q
5
-Q
bù,5
)R
52
]
=
 
 
 

5
2
5
2
,22
2
2
j j
jbujjj
QRQR
U

vì R
23
= R
32
, …. (2.17)
Tổng quát

ibu
Q
P
,


=
 
 
 

5
2
5
2
,
2
2
j j
jbuijjij
QRQR
U

với i = 2,3,4,5 (2.18)
Bớc 4
: Đạo hàm riêng biểu thức Z = Z
1
+ Z
2

+ Z
3
theo các biến Q
bù,i
có đợc hệ
phơng trình bc nhất n ẩn số Q
bù
đợc sắp xếp nh sau , lấy thí dụ cho n= 5 với
nút cân bằng là nút 1:
Z = ( a
vh
+ a
tc
)K
0
(Q
bù,2
+ Q
bù,3
+Q
bù,4
+Q
bù,5
)
+ c.t.P
*
(Q
bù,2
+ Q
bù,3

+Q
bù,4
+Q
bù,5
) + c..P (2.19)
Đạo hàm
ibu
Q
Z
,


= 0 có dạng:



5
2j
ij
B
.Q
bù,j
+ C
i
= 0 (2.20)
Đặt A = (a
vh
+ a
tc
)K

0
+ c.P
*
.t , b =
2
2
U
c

, C
i
= -b.
j
n
j
ij
QR

2
+ A , B
ij
= b.R
ij

với i = 2,3,4,5…

Từ ma trn R
BUS
viết cho mạng điện n nút với nút 1 là nút cân bằng làm
Nghiên cứu bù công suất phản kháng trên đường dây phân phối 22 kV có phụ tải phân bố đều

HV: Lê Văn Hng Trang: 19/102
chuẩn:
MA TRN R
BUS

2 3 …. n
R
22

R
23

R
2……
R
2n

R
11

R
11

R
3…
R
3n

R
… 2

R
… 3
….

R
…n

R
n2

R
n3

R
n……
R
nn


Đạo hàm hàm chi phí tính toán
ibu
Q
Z
,


=0, các hệ số của phơng trình đạo
hàm riêng đợc sắp xếp thành dạng bảng nh sau: ( thí dụ với mạng điện có 5 nút
phụ tải tính toán bù kinh tế ).
Stt

nút
Q
bù,2

Q
bù,3

Q
bù,4

Q
bù,5

Hằng
số
=
Vế phải
2
B
22

B
23

B
24

B
25

C
2
=
0
3
B
32

B
33

B
34

B
35

C
3
=
0
4
B
42

B
43

B
44

B
45

C
4
=
0
5
B
52

B
53

B
54

B
55

C
5
=
0

Ví dụ :

0
25,254,243,232,22

2,



CQBQBQBQB
Q
Z
bubububu
bu

Trong đó
- Đặt A = (a
vh
+ a
tc
)K
0
+ c.P
*
.t b =
2
2
U
c


Nếu đóng tụ suốt năm thì t = 8760 giờ/năm
B
22
= b.R

22
B
23
= b.R
23
B
24
= b.R
24
B
25
= b.R
25

Tổng quát B
ij
= b.R
ij

C
2
=



5
1
2
).(
j

jj
AQRb
với Q
j
công suất phản kháng của phụ tải tại nút j
Tổng quát C
i
=



5
1
).(
j
jij
AQRb

Tính toán cụ thể các hệ số và lặp bảng nh trên.
Bớc 5 :
Giải hệ phơng trình trên để xác định Q
bù,2
, Q
bù,3
, …. , Q
bù,n
. Có thể giải
Nghiên cứu bù công suất phản kháng trên đường dây phân phối 22 kV có phụ tải phân bố đều
HV: Lê Văn Hng Trang: 20/102
bằng cách nghịch đảo ma trn hay bằng các lệnh của MATLAB.

Bớc 6
:
Trngăhpăcóănghimăơmăă.ă
Thí dụ giải đợc Q
bù,3
< 0, có nghĩa phụ tải 3 không cần đặt bù . Khi đó cho
Q
bù,3
= 0 và giải lại hệ phơng trình trên bằng cách bỏ hàng 3 và cột 3:

Stt nút
Q
bù,2

Q
bù,4

Q
bù,5

Hằng số
=
Vế phải
2
B
22

B
24

B
25

C
2
=
0
4
B
42

B
44

B
45

C
4
=
0
5
B
52

B
54

B
55

C
5
=
0

Lu ý : Mặc dù nút 3 không cần bù nhng các trị số C
i
vn tính theo công thức tổng
quát trên.
Quá trình giải đợc tiếp tục cho đến khi tất cả các nghiệm đều dơng . Mỗi
lần giải lặp bảng nh trên và trình bày phép giải.
Ví du 2.1
:
Cho mạng điện 110 kV 5 nút nh hình sau. Phụ tải nút 4 (40 + j40) MVA,
phụ tải nút 5 (20 + j 15) MVA . Điện áp định mức nút 4 và 5 là 22 kV.


Nghiên cứu bù công suất phản kháng trên đường dây phân phối 22 kV có phụ tải phân bố đều
HV: Lê Văn Hng Trang: 21/102


Hình 2.3.

Tổng trở các nhánh:
z
12
= 5,1 + j12,21 
z
13

= 4,2 + j8,3 
z
23
= 18,4 + j17,6 
z
24
= 1,22 + j20,16 
z
35
= 2,465 + j31,76 
Xác định công suất kháng cần bù tại các nút 4 và 5 nhằm giảm tổn thất điện
năng.
Cho:
- Tiền tụ bù : 5000 $/MVAr
- Tiền tổn thất điện năng : 50 $/MWh
- Hệ số vn hành và hệ số tiêu chuẩn a
vh
+ a
tc
= 0,225
- Tổn thất công suất trong tụ bù : P* = 0,005. Q
bù

- Thời gian tổn thất công suất lớn nhất :  = 5000 giờ/năm
Gii
:
Kết quả tính toán ma trn Z
bus
tính ra  với nút 1 làm chuẩn:

Nghiên cứu bù công suất phản kháng trên đường dây phân phối 22 kV có phụ tải phân bố đều
HV: Lê Văn Hng Trang: 22/102
2 3 4 5
2 4,4976 + j8,5427 0,6099 + j2,5404 4,4976 + j8,5427 0,6099 + j2,5404
3 0,6099 + j2,5404 3,6425 + j6,5500 0,6099 + j2,5404 3,6425 + j6,5500
4 4,4976 + j8,5427 0,6099 + j2,5404 5,7176 + j28,7027 0,6099 + j2,5404
5 0,6099 + j2,5404 3,6425 + j6,5500 0,6099 + j2,5404 6,1075 + j38,3100

Suy ra ma trn R
bus
:
2 3 4 5
2 4,4976 0,6099 4,4976 0,6099
3 0,6099 3,6425 0,6099 3,6425
4 4,4976 0,6099 5,7176 0,6099
5 0,6099 3,6425 0,6099 6,1075
b =
322,41
110
5000.50.22
22

U
c


Vì chỉ bù ở nút 4 và 5 :
B
44
= b.R

44
= 41,322 . 5,7176 = 236,264
B
45
= b.R
45
= 41,322 . 0,6099 = 25,201
B
54
= b.R
54
= 41,322 . 0,6099 = 25,201
B
55
= b.R
55
= 41,322 . 6,1075 = 252,377
A = (a
vh
+ a
tc
)K
0
+ c.P*.t = 0,225 . 5000 + 50 . 0,005 . 8760 = 3315
C
4
= -b(R
42
.Q
2

+ R
43
. Q
3
+ R
44
.Q
4
+ R
45
.Q
5
) + A
= - 41,322 .( 0 + 0 + 5,7176 . 40 + 0,6099 . 15) + 3315 = -6513,578
C
5
= -b(R
52
.Q
2
+ R
53
. Q
3
+ R
54
.Q
4
+ R
55

.Q
5
) + A
= -41,322 . ( 0 + 0 + 0,6099 . 40 + 6,1075 . 15) + 3315 = - 1478,692
Các phơng trình đạo hàm riêng:




4,bu
Q
Z
236,264 . Q
bù,4
+ 25,201 . Q
bù,5
- 6513,578 = 0



5,bu
Q
Z
25,201 . Q
bù,4
+ 252,377 . Q
bù,5
ậ 1478,692 = 0
Giải hệ phơng trình này có đợc:
Nghiên cứu bù công suất phản kháng trên đường dây phân phối 22 kV có phụ tải phân bố đều

HV: Lê Văn Hng Trang: 23/102
Q
bù,4
= 27,234 MVAr
Q
bù,5
= 3,14 MVAr
2.2 ÁPăDỤNGăPHNăMMăMATLABăĐăGIIăBĨIăTOÁNăBỐ [1], [7].
2.2.1 Kho sát bù kinh t choăđng dây phân phi có nhiu ph ti.

Khảo sát bù kinh tế cho đường dây phân phối có nhiều phụ tải ly
điện dọc đường dây qua các máy biến áp phân phối theo hình sau:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17

18
19


Đường dây có 19 nút, 18 nhánh.
Các đoạn đường dây và máy biến áp có tổng trở bằng nhay và phụ tải
các nút bằng nhau.
Tổng trở mỗi đoạn đường dây trên cơ bản 100 MVA, 22 kV:
Rnhanh = 0.25367310 pu , Xnhanh = 0.14151695 pu
Tổng trở nhánh mba phân phối 22/0.4 kV trên cơ bản 100 MVA,22 kV:
Rmba = 3.59375000 pu , Xmba = 9.33193254 pu
Phụ tải : Ptai = 350.0000 kW, Qtai = 250.0000 kVAr

Phân bố công sut chế độ ban đu trước khi bù công sut kháng
Sai số = 1.62986e-009
Số ln lặp = 4

Nút Điện áp Góc Phụ tải Máy phát Tụ bù
No. dvtd. Degree MW Mvar MW Mvar Mvar

1 1.00000 0.000 0.000 0.000 3.382 2.525 0.000
2 0.98785 0.094 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
3 0.97700 0.179 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
4 0.96748 0.256 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
5 0.95929 0.323 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
6 0.95244 0.380 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
7 0.94695 0.426 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000