Anh huong cua bo SVC len dien ap duong day

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BỘ SVCs
LÊN ĐIỆN ÁP CỦA ĐƯỜNG DÂY

Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện
Mã số ngành: 60 52 50

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2008


Chương 0

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương
CHƯƠNG 0

GIỚI THIỆU LUẬN VĂN
1. Đặt vấn đề
Các vấn đề truyền tải điện trong những ngày gần đây như: sự thay đổi điện áp trong
khoảng thời gian tải thay đổi và sự giới hạn công suất truyền tải được quan tâm bởi
yêu cầu công suất phản kháng của hệ thống truyền tải. Ngày nay những vấn đề này
ảnh hưởng rất lớn đến độ tin cậy và sự vận hành an toàn của các nguồn phát, hệ thống
truyền tải và hệ thống cung cấp điện.
Với xu thế chung trên thế giới về việc phát triển hệ thống điện, thì những nghiên cứu
và ứng dụng của nó như: lắp đặt các thiết bị FACTs vào hệ thống điện để vận hành
linh hoạt, điều khiển luồn công suất trên lưới truyền tải, ổn định điện áp, giảm dao
dộng công suất và kết hợp truyền tải điện cao áp một chiều HVDC để đạt chế độ tối

ưu trong truyền tải điện. Trong đó máy bù tĩnh SVC là một trong những thiết bị
FACTs, với đáp ứng nhanh và độ tin cậy cao của các linh kiện điện tử công suất lớn
trong máy bù tĩnh SVC và trong các ứng dụng truyền tải điện một chiều HVDC đã
chứng minh ưu điểm vượt trội của nó khi lắp đặt trong hệ thống truyền tải cao áp để
làm giảm bớt các hạn chế trong truyền tải năng lượng điện xoay chiều. Ảnh hưởng
của việc không cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống truyền tải liên quan
đến chất lượng điện áp tại các nút của hệ thống và máy bù tĩnh SVC là giải pháp hữu
hiệu được đề cập. Các nghiên cứu và ứng dụng của máy bù tĩnh SVC trong hệ thống
điện đã và đang được nghiên cứu tiếp tục.
Như ở một số các quốc gia có nền kinh tế phát triển: Nga, Mỹ, Đức, Nhật, Anh, Pháp
…, và kể cả các nước có đang phát triển gần nước ta như: Trung Quốc, Ấn Độ, Thái
Lan …, thì họ đã ứng dụng lắp đặt các máy bù tĩnh SVC vào hệ thống điện ở lưới cao
áp – siêu cao áp để bù nhuyễn, điều khiển công suất phản kháng, ổn định điện áp trên
lưới đã mang lại những lợi ích thiết thực.
Ở Việt Nam chúng ta, qua nhiều các hội thảo cũng như các báo cáo về nhu cầu sử
dụng năng lượng hiện tại cũng như dự báo trong tương lai của Tập đoàn Điện lực
Việt Nam (EVN). Để đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế Việt Nam với tốc độ tăng
Trang 2


Chương 0

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương

trưởng GDP trung bình hàng năm khoảng 8% thì nhu cầu sử dụng các nguồn năng
lượng nói chung ngày càng tăng và phát triển nhanh chóng. Nếu xét riêng về mặt
năng lượng điện thì một cách gần đúng tốc độ phát triển về phía năng lượng điện phải
tăng gấp đôi tức khoảng 16%.
Để đạt được điều đó thì về phía ngành Điện phải đầu tư xây dựng ngày càng nhiều
nguồn phát điện, tăng thêm nhiều đường dây truyền tải cao áp – siêu cao áp và các

trạm biến áp truyền tải. Bên cạnh đó việc nâng cao khả năng truyền tải công suất của
đường dây cao áp hiện hữu và tăng tính linh hoạt trong điều khiển hệ thống điện cũng
được đặt ra để làm giảm chi phí đầu tư cho toàn hệ thống cũng như vận hành tối ưu
hệ thống một cách hiệu quả.
Nếu xét riêng về mặt truyền tải công suất phản kháng trong hệ thống điện, để đạt
được hiệu quả kinh tế cao trong truyền tải năng lượng điện thì việc bù công suất phản
kháng linh hoạt trên lưới truyền tải xoay chiều cao áp ở Việt Nam là vấn đề bức thiết
được đặt ra.
Đối với lưới điện truyền tải xoay chiều cao áp – siêu cao áp ở Việt Nam từ 220kV
đến 500kV kể cả cấp điện áp thấp hơn, tại thời điểm hiện nay ta chưa áp dụng việc
bù nhuyễn công suất phản kháng bằng các bộ bù SVCs mà chỉ dùng các giải pháp bù
cứng với lý do chính là hệ thống điện nước ta còn chưa lớn về mặt công suất hệ thống,
quy mô đường dây và trạm cao áp từ 220kV trở lên chưa nhiều. Với tốc độ phát triển
năng lượng điện như đã nói trên thì quy mô hệ thống điện Việt Nam ngày càng phát
triển mạnh mẽ. Như vậy việc nghiên cứu ứng dụng các thiết bị FACTs rất đáng được
quan tâm.
Với bước đi đầu tiên, thì trong tương lai gần việc ứng dụng lắp đặt các máy bù tĩnh
SVCs trong lưới điện cao áp 220kV trở lên ở Việt Nam là một điều chắc chắn. Việc
lắp đặt máy bù tĩnh SVC trong lưới điện truyền tải là để bù nhuyễn và điều khiển linh
hoạt luồn công suất phản kháng, với mục đích nâng cao khả năng truyền tải, ổn định
điện áp, tăng độ tin cậy, giảm tổn thất.
Mục tiêu của bài nghiên cứu này là khi lắp đặt máy bù tĩnh SVC vào lưới điện truyền
tải thì các ảnh hưởng của nó đến chất lượng điện áp đường dây truyền tải xoay chiều
cao áp tại các nút như thế nào. Xây dựng mô hình toán máy bù tĩnh SVC và thuật
toán để xác định điện áp tại các điểm khảo sát khi có lắp máy bù tĩnh SVC.
Trang 3


Chương 0

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương

2. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn
Thực hiện luận văn với các vấn đề chính sau:
2.1 Nghiên cứu các vấn đề cơ bản về công suất phản kháng và bù công suất phản
kháng trên hệ thống điện cao áp.
2.2 Tìm hiểu chất lượng điện năng và các vấn đề điều chỉnh điện áp trong hệ thống
điện.
2.3 Tìm hiểu cấu trúc của máy bù tĩnh SVC và nguyên lý làm việc.
2.4 Nghiên cứu tác động của việc bù lên điện áp của đường dây cao áp với máy
bù tĩnh SVC.
2.5 Xây dựng mô hình toán máy bù tĩnh SVC, các bước tính toán xác định điện
áp tại các điểm khảo sát khi có máy bù tĩnh SVC.
2.6 Tính toán một số bài toán mẫu kiểm chứng.
2.7 Áp dụng tính toán, mô phỏng với máy bù tĩnh SVC vào lưới điện truyền tải
cao áp 220kV Miền Tây - Việt Nam.
2.8 Nhận xét và đánh giá với các kết quả đạt được.
Kết luận
3. Các bước thực hiện
Trình tự công việc đã được thực hiện như sau:
3.1 Thu thập tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu từ cán bộ hướng dẫn, thư
viện, Internet và chọn lọc các tài liệu tham khảo.
3.2 Nghiên cứu mục đích và ý nghĩa của việc bù công suất phản kháng trong hệ
thống điện truyền tải.
3.3 Nghiên cứu các vấn đề cơ bản về bù công suất phản kháng trong hệ thống
điện cao áp và chất lượng điện áp.
3.4 Tìm hiểu cấu trúc của bộ SVC và nguyên lý làm việc.
3.5 Nghiên cứu các tác động lên điện áp tại các nút của đường dây truyền tải.
3.6 Xây dựng thuật toán, chương trình tính toán xác định điện áp tại điểm khảo
sát khi có máy bù tĩnh SVC trong một số trường hợp cụ thể.

3.7 Phân tích và so sánh các kết quả đạt được.
3.8 Đánh giá toàn bộ bản luận văn, đề nghị hướng phát triển.

Trang 4


Chương 0

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương

4. Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu của luận văn là bù công suất phản kháng linh hoạt với máy bù
tĩnh SVC, đánh giá các tác động của máy bù tĩnh SVC thông qua các chỉ tiêu kỹ thuật
như: chất lượng điện áp nút trên đường dây, ổn định điện áp, thay đổi luồn công suất
trên đường dây và tổn thất công suất tác dụng của lưới điện.
5. Điểm mới của luận văn
5.1 Xây dựng được mô hình toán học, mô hình mạch tương đương mô phỏng của
máy bù tĩnh SVC và tính toán được điện áp nút trên đường dây truyền tải cao
áp khi có máy bù tĩnh SVC ở chế độ xác lập với độ tin cậy cao.
5.2 Đánh giá được các tác động của máy bù tĩnh SVC khi được lắp đặt vào hệ
thống truyền tải điện xoay chiều cao áp.
6. Giá trị thực tiễn của luận văn
Từ việc nghiên cứu của luận văn:
6.1 Nhận được các tác động của việc bù công suất phản kháng với máy bù tĩnh
SVC trên lưới điện truyền tải xoay chiều cao áp và tính toán được điện áp nút
của đường dây khi lắp đặt máy bù tĩnh này.
6.2 Với các kết quả nhận được có thể:
a. Sử dụng để phục vụ cho việc nghiên cứu ở mức độ cao hơn.
b. Sử dụng làm tài liệu giảng dạy.
c. Giúp cho các nhà thiết kế bù công suất phản kháng trên lưới điện truyền

tải cao áp trong việc tính toán và thiết kế bù với máy bù tĩnh SVC.
d. Giúp cho người điều khiển, vận hành hệ thống điện có khái niệm cũng
như am hiểu về các tác động của máy bù tĩnh SVC để điều khiển, vận
hành tốt hơn.
7. Kết quả đạt được
7.1 Xây dựng được mô hình toán để phân tích máy bù tĩnh SVC với một độ chính
xác chấp nhận được để ứng dụng vào phân tích chất lượng điện áp cũng như giải phân
bố công suất trong hệ thống với máy bù tĩnh SVC.

Trang 5


Chương 0

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương

7.2 Đánh giá được các tác động của máy bù tĩnh SVC khi lắp đặt vào lưới điện như
sau:
- Cải thiện được sự phân bố điện áp trên đường dây tại các nút trong hệ thống trở nên
bằng phẳng hơn.
- Làm tăng chất lượng điện áp tại các nút.
- Ổn định điện áp tại nút lắp đặt máy bù tĩnh SVC.
- Nâng cao khả năng truyền tải đường dây, tăng độ dự trữ ổn định điện áp tại các nút
trong hệ thống dưới các chế độ vận hành lưới điện thay đổi.
- Làm thay đổi luồn công suất tác dụng, tăng độ dự trữ góc công suất trên các đường
dây liên kết giữa các nút nhưng với mức độ thấp.
- Làm giảm mức độ quá điện áp trên đường dây.
- Giảm được tổn thất công suất tác dụng của lưới điện.
8. Bố cục của luận văn
Phần A:

Giới thiệu luận văn

Phần B:

Nội dung

Chương 1. Tầm quan trọng của công suất phản kháng trong hệ thống điện
Chương 2. Công suất phản kháng và điều chỉnh điện áp
Chương 3. FACTs và máy bù tĩnh SVC
Chương 4. Xây dựng mô hình toán học của máy bù tĩnh SVC
Chương 5. Ứng dụng máy bù tĩnh SVC trên lưới điện 220kV Miền Tây - Việt Nam
Chương 6. Kết luận và đề xuất
Tài liệu tham khảo
Phụ lục 1
Phụ lục 2

Trang 6


Chương 0

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương

TÓM TẮT
Các vấn đề truyền tải điện trong những thời gian gần đây như sự thay đổi điện
áp trong khoảng thời gian phụ tải thay đổi và sự giới hạn công suất truyền tải được
quan tâm bởi yêu cầu công suất phản kháng trong hệ thống điện. Những vấn đề này
ảnh hưởng rất lớn đến độ tin cậy và sự vận hành an toàn của hệ thống điện ở các nước
trên toàn thế giới. Với đáp ứng nhanh, độ tin cậy cao của các thiết bị điện tử công

suất (các van Thyristor SCR) trong máy bù tĩnh SVCs và trong các ứng dụng truyền
tải điện một chiều HVDC đã chứng minh những ưu điểm vượt trội của nó trong hệ
thống truyền tải cao áp để làm giảm bớt các hạn chế trong truyền tải năng lượng.
Ngày nay hệ thống truyền tải điện được phát triển càng lớn mạnh, bởi việc trao
đổi công suất giữa các vùng với những khoảng cách lớn, điện áp rất cao để chia sẻ
độ dữ trữ công suất và mang tính cạnh tranh cao. Năng lượng điện được sản xuất đều
mong muốn ở hầu hết các vùng với chi phí tối thiểu và độ tin cậy cao nhất.
Những vấn đề sau đã và đang được quan tâm nghiên cứu trong truyền tải công
suất dựa trên hệ thống điện 3 pha ở những thời gian gần đây như:
- Điều khiển điện áp với các điều kiện thay đổi của phụ tải. (1)
- Cân bằng công suất phản kháng. (2)
- Các vấn đề về ổn định khi truyền tải năng lượng trên đường dây dài. (3)
- Sự gia tăng công suất ngắn mạch trong các lưới điện. (4)
- Liên kết không đồng bộ giữa các hệ thống điện. (5)
- Liên kết các hệ thống với nhau với các tần số khác nhau. (6)
Hai vấn đề cuối cùng này (5)-(6) có thể được giải quyết khi sử dụng công nghệ
HVDC. Còn các vấn đề trên (1)-(2)-(3)-(4) có thể được giải quyết bằng việc bù công
suất phản kháng dựa trên nền tảng các thiết bị bù linh hoạt FACTs và máy bù tĩnh
SVCs là một bộ phận thuộc FACTs nó sẽ giải quyết hai vấn đề chính (1)-(2).
Vì thế, “Nghiên cứu ảnh hưởng của bộ SVCs lên điện áp của đường dây” là
vấn đề bức thiết đặt ra để phục vụ cho công tác quy hoạch, thiết kế cũng như vận
hành hệ thống điện Việt Nam trong tương lai.
Nội dung của bài nghiên cứu này đã giải quyết được các vấn đề chính: ảnh
hưởng của máy bù tĩnh SVC đến chất lượng điện áp đường dây truyền tải tại các nút,

Trang 7


Chương 0

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương

ổn định điện áp, … ở chế độ xác lập. Xây dựng được mô hình toán máy bù tĩnh SVC
và thuật toán để xác định điện áp tại các điểm khảo sát khi có máy bù tĩnh SVC.

Trang 8


Chương 1

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương
CHƯƠNG 1

TẦM QUAN TRỌNG CỦA CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
1.1 Mở đầu
Chế độ của hệ thống điện được đặc trưng bởi các thông số chế độ: công suất tác
dụng P, công suất phản kháng Q, điện áp U, góc pha điện áp  tại mỗi thời điểm của
hệ thống điện. Các thông số này thay đổi theo thời gian khi có sự thay đổi của phụ tải
và do các sự kiện bất thường trong hệ thống như: ngắn mạch, hư hỏng máy phát, máy
biến áp, đường dây, ….
Các đặc điểm riêng biệt của hệ thống điện mà khi nghiên cứu, khảo sát bất cứ
vấn đề gì chúng ta đều phải chú ý đến, đó là:
- Điện năng là sản phẩm không thể dự trữ được trong hệ thống điện mà phụ tải
yêu cầu bao nhiêu thì hệ thống điện sản xuất đến đó.
- Các quá trình xảy ra trong hệ thống điện là rất nhanh.
- Hệ thống điện chịu tác động của quá trình già hóa của thiết bị và đường dây.
- Hệ thống điện chịu tác động mạnh mẽ của môi trường tự nhiên: gió, nhiệt độ,
mưa bão, khô hạn, giông sét, ….
- Hệ thống điện không ngừng phát triển trong không gian và theo thời gian.

- Hệ thống điện gắn liền với sự phát triển của nền kinh tế quốc dân như: phát
triển công nghiệp, cấp điện sinh hoạt, giao thông, thông tin liên lạc, ….
Do đó, việc quy hoạch, thiết kế và vận hành hệ thống điện phải đảm bảo các chỉ
tiêu kỹ thuật chính sau:


Phải đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện.



Phải đảm bảo chất lượng điện năng: tần số, điện áp.



Công suất dự trữ hệ thống điện phải hợp lý.

1.2 Cân bằng công suất trong hệ thống điện
Do đặc điểm điện năng được sản xuất, phân phối và chuyển đổi thành các dạng
năng lượng khác được diễn ra một cách đồng thời cùng một thời điểm. Công suất của
nguồn phát điện phải luôn cân bằng với công suất sử dụng của phụ tải. Công suất của

Trang 9


Chương 1

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương

phụ tải luôn biến đổi theo thời gian, do đó công suất phát cũng phải biến đổi theo thời
gian. Như vậy, để hệ thống điện vận hành chế độ xác lập bình thường thì:

- Điều kiện cần: tồn tại sự cân bằng công suất tác dụng và công suất phản kháng
trong mọi thời điểm giữa nguồn phát điện với yêu cầu của phụ tải [1].
PF = Pyc = Ppt + P

(1.1)

QF = Qyc = Qpt + Q

(1.2)

Trong đó:
PF, QF – công suất phát tác dụng, phản kháng của nguồn điện;
Pyc, Qyc – công suất tác dụng, phản kháng yêu cầu đối với nguồn điện;
Ppt, Qpt – công suất tác dụng, phản kháng của phụ tải;
P, Q - tổn thất công suất tác dụng, phản kháng trên lưới điện.
Nếu bỏ qua các tổn thất công suất trên lưới thì quá trình cân bằng công suất tác
dụng là cân bằng cơ - điện trên trục của các máy phát điện, nghĩa là cân bằng công
suất cơ trên trục của tuabin máy phát với công suất điện của phụ tải. Còn quá trình
cân bằng công suất phản kháng là cân bằng điện từ giữa công suất phản kháng của
các máy phát điện do dòng kích từ tạo ra và công suất phản kháng của phụ tải do yêu
cầu của từ trường trong các thiết bị dùng điện, các máy biến áp, ....
Cân bằng công suất trong hệ thống điện luôn xảy ra một cách tự nhiên, các nhà
máy điện sản xuất ra bao nhiêu phụ tải dùng hết bấy nhiêu.
- Điều kiện đủ: Chế độ vận hành xác lập của hệ thống điện luôn bị các kích động lớn,
nhỏ do sự biến thiên không ngừng của phụ tải và sự cố các loại. Các kích động nhỏ
xảy ra liên tục, tác động vào việc cân bằng công suất tác dụng và phản kháng ở các
nút phụ tải. Cho nên chế độ xác lập muốn tồn tại phải chịu đựng được các kích động
này. Nói khác đi, hệ thống phải có ổn định tĩnh và ổn định điện áp, tức là khả năng
phục hồi chế độ ban đầu khi hệ thống chịu các kích động nhỏ.
Còn muốn tồn tại lâu dài, hệ thống điện phải chịu đựng được các kích động lớn

như sự cố các phần tử trong hệ thống, nói khác đi hệ thống phải có ổn định động. Tức
khả năng phục hồi được chế độ xác lập sau khi bị các kích động lớn.
Trong thực tế chế độ xác lập muốn tồn tại phải thỏa mãn điều kiện ổn định tĩnh
và ổn định động.
1.3 Mối quan hệ giữa điện áp, tần số và công suất tác dụng, phản kháng
Trang 10


Chương 1

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương

Khảo sát một hệ thống điện đơn giản gồm một máy phát, một đường dây truyền
tải và một phụ tải như hình 1.1 sau:
U2 Ð2

U1 Ð1

~

X
Đường dây

Máy phát

P +jQ
Phụ tải

Hình 1.1: Cấu trúc hệ thống điện truyền tải dạng đơn giản

Giả thiết rằng hệ thống điện đang có cân bằng công suất giữa nguồn và phụ tải,
bỏ qua điện trở R của đường dây vì với đường dây cao áp X >> R.
Phương trình chuyển động quay tương đối rotor của máy phát (bỏ qua các
momen cản và các tổn thất khác) được mô tả sau [6]:

Jd 2
 MT  M E
dt 2
Trong đó:

(1.3)

- J: Momen quán tính của tuabin và máy phát, [kg.m2];
- MT, ME: momen quay của tuabin và máy phát, [kN.m];
- : góc lệch tương đối rotor máy phát với trục đồng bộ, [rad];
- t: thời gian, giây [s];

Jd 2
 0 , nên xảy ra quá
Khi hệ vận hành chế độ xác lập thì thành phần
dt 2
trình cân bằng moment cơ - điện trên trục của máy phát, hay gọi là cân bằng công
suất cơ - điện.
MT = ME hay PT = PE

(1.4)

Với công suất điện từ truyền tải từ máy phát đến phụ tải được tính:
PE =

U 1 .U 2
sin( 1   2 )
X

(1.5)

Công suất cơ trên trục máy phát:
PT = MT.
Với:

;



2 . f
; rad/s,
p

p, là số đôi cực,
f, tần số lưới điện.

Công suất phản kháng truyền tải từ nguồn đến phụ tải và độ sụt áp từ nguồn đến
phụ tải được tính theo biểu thức sau:
Trang 11


Chương 1

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương

Q

U 12
 U 2 cos( 1   2 )
X

U  U 1  U 2 

P.R  Q. X Q. X

, xem R << X
U1
U1

(1.6)
(1.7)

Giả sử, khi nguồn điện tăng công suất phát lên một lượng P, trong khi số lượng
thiết bị dùng điện không đổi. Theo phương trình (1.3), do công suất phát lớn hơn công
suất phụ tải nên các máy phát điện bị gia tốc và làm cho tần số của hệ thống tăng lên.
Khi tần số tăng lên dẫn đến các thiết bị dùng điện tăng công suất tiêu thụ theo đường
đặc tính công suất - tần số của phụ tải và sẽ tiêu thụ hết số điện năng tăng thêm này.
Khi công suất phát giảm quá trình sẽ diễn ra ngược lại. Như vậy cân bằng công suất
tác dụng gắn liền với tần số của hệ thống, mỗi trạng thái cân bằng công suất tác dụng
sẽ ứng với một tần số nhất định.
Giả sử, khi phụ tải yêu cầu tăng một lượng công suất phản kháng Q bằng cách
đóng thêm vào lưới điện một số thiết bị dùng điện mới có tính cảm trong khi nguồn
phát công suất phản kháng của máy phát không đổi (dòng kích từ không đổi). Từ biểu
thức (1.6) - (1.7), công suất phản kháng tăng lên làm cho tổn thất điện áp tăng lên và
điện áp trên cực các thiết bị tiêu thụ điện giảm xuống, điều này dẫn đến công suất tác

dụng và phản kháng của tất cả các thiết bị dùng điện điều giảm xuống đúng bằng một
lượng Q. Như vậy có thể nói, cân bằng công suất phản kháng tại một nút gắn với
chất lượng điện áp tại nút đó trong hệ thống, mỗi trạng thái cân bằng công suất phản
kháng ứng một trị số điện áp nhất định.
Các thiết bị dùng điện và cả thiết bị truyền tải - phân phối điện đều được thiết
kế để làm việc tốt với tần số và điện áp danh định. Nếu tần số và điện áp lệch khỏi
các giá trị cho phép thì các thiết bị dùng điện sẽ làm việc kém chất lượng, nếu lệch
quá mức thì sẽ dẫn đến hư hỏng thiết bị. Do đó sự cân bằng công suất chỉ được chấp
nhận nếu nó không làm lệch tần tần số và điện áp quá giá trị cho phép. Nói khác đi
cân bằng công suất mang tính quy ước.
Do sự lan truyền năng lượng điện diễn ra một cách tức thời (với vận tốc gần
bằng vận tốc ánh sáng v 300.000 km/s), nên cân bằng công suất tác dụng có tính
chất toàn hệ thống [1], [3]. Mọi sự mất cân bằng công suất tác dụng xảy ra bất cứ ở
Trang 12


Chương 1

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương

đâu trong hệ thống cũng tức khắc lan truyền trong toàn hệ thống, bởi vì cân bằng công
suất tác dụng là cân bằng công suất cơ - điện trên trục máy phát điện.
Do tính chất này việc điều chỉnh tần số tức là điều chỉnh công suất tác dụng chỉ
thực hiện tại các tổ máy phát điện lớn trong hệ thống.
Cân bằng công suất phản kháng thể hiện qua điện áp tại các nút. Ta nhận thấy
là điện áp tại mỗi nơi của hệ thống có thể khác nhau. Như vậy cân bằng công suất
phản kháng có tính chất cục bộ, khu vực, nơi này thừa nơi khác có thể thiếu. Do đó
điều chỉnh cân bằng công suất phản kháng tức là điều chỉnh điện áp phải được thực
hiện nhiều nơi khác nhau trong hệ thống.
Để đảm bảo cân bằng công suất phản kháng trong toàn hệ thống phải thực hiện

đảm bảo cân bằng công suất phản kháng tại từng nút hoặc từng khu vực.
Ảnh hưởng qua lại giữa điện áp, tần số với công suất tác dụng, phản kháng được
thể hiện qua:
-

Đặc tính tĩnh của phụ tải;

-

Tổn thất điện áp;

-

Tổn thất công suất;

-

Sự biến đổi của điện kháng theo tần số (X = L = 2fL).

Trong đó yếu tố quan trọng nhất là đặc tính tĩnh của phụ tải theo tần số và điện
áp:



f  fo
U
U
P  Po a P ( ) 2  bP ( )  c P .(1  d P
)
Uo

fo
 Uo


(1.8)



f  fo
U
U
Q  Qo aQ ( ) 2  bQ ( )  cQ .(1  d Q
)
Uo
fo
 Uo


(1.9)

Với Po, Qo, Uo, fo là các giá trị công suất tác dụng, phản kháng, điện áp và tần
số định mức của phụ tải. Giá trị trung bình của các hệ số khác có thể tra theo các sổ
tay kỹ thuật.
Thông thường, thì mối quan hệ công suất tác dụng và điện áp là tuyến tính bậc
một. Còn mối quan công suất phản kháng và điện áp là phi tuyến bậc hai [1], [3],
[11].
Tóm lại:

Trang 13

Chương 1

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương

Qua phân tích trên có thể nhận thấy rằng giữa công suất tác dụng, phản kháng
với tần số, điện áp tại các nút có mối quan hệ qua lại với nhau, nhưng có thể rút ra
mối quan hệ chính yếu giữa chúng như sau:
- Công suất tác dụng được xem là cân bằng nếu tần số nằm trong phạm vi giới
hạn cho phép. Nếu tần số thấp hơn có nghĩa hệ thống đang thiếu công suất tác dụng,
nếu tần số cao hơn thì hệ thống đang thừa công suất tác dụng. Công suất tác dụng
là thước đo tần số của hệ thống.
- Công suất phản kháng được xem là cân bằng nếu điện áp tại các nút nằm
trong phạm vi giới hạn cho phép. Nếu điện áp thấp hơn mức tối thiểu nghĩa là hệ
thống điện thiếu công suất phản kháng, ngược lại nếu điện áp cao hơn giá trị cho
phép thì hệ thống dư thừa công suất phản kháng. Công suất phản kháng là thước
đo chất lượng điện áp tại các nút.

Trang 14


Chương 3

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương
CHƯƠNG 2

CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP
2.1 Mở đầu
Để cho việc nghiên cứu về bù công suất phản kháng đạt được hiệu quả, trước hết
chúng ta tìm hiểu bản chất vật lý, ý nghĩa của các đại lượng như công suất tác dụng,

phản kháng và chúng được biểu diễn dưới dạng toán học như thế nào.
2.2 Công suất tác dụng, phản kháng
Ta khảo sát mạch điện có đủ ba phần tử điện trở R, điện cảm L, điện dung C mắc
song song được kích thích bằng nguồn áp điều hòa hình sin với tần số góc  ở trạng
thái xác lập như hình 2.1 sau:
iR(t)
AC

u(t)

iL(t)

R

iC(t)

L

C

Hình 2.1: Mạch R, L, C với nguồn áp kích kích điều hoà
hình sin

Giả sử điện áp nguồn là u(t) = Umsin(t) =

2U r sin(t ) , góc pha ban đầu bằng

không.
Trên cơ sở lý thuyết mạch điện đã chứng minh, dòng điện qua các phần tử như sau:

iR (t )  I Rm sin(t ) 

u (t ) U m sin(t )

R
R

(2.1)



U m sin(t  )

u (t )
2
iL (t )  I Lm sin(t  ) 


2
L
LÐ
2





(2.2)



iC (t )  I Cm sin(t  )  CÐ .u (t )  CU m sin(t  )
2
2
2

(2.3)

Tổng trở tương đương của toàn mạch là:

Trang 12


Chương 3

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương

Z  R // L // C 

1
1
1

 j C
R jL



R. jL
; j 2  1

R   2 LC  jL





(2.4)

Đặt XL = L, XC = - 1/C, từ biểu thức (1.4) suy ra tổng trở tương đương:
Z

R. X L . X C
1

X  XC
1
X L X C  jR ( X L  X C )
j L
R
X L .X C

Giản đồ vectơ dòng điện qua ba phần tử R, L, C như sau:
U
IRLC

IR
j
IC

IL

IL+IC

Hình 2.2: Biểu diễn vectơ dòng điện qua các phần tử R, L, C
lấy vectơ điện áp làm chuẩn

Hình 2.2, tùy theo độ lớn của L, C mà dòng điện tổng IRLC sẽ vượt trước (bên trái
vectơ U) và chậm sau (bên phải vectơ U), với góc j là góc lệch U và I và hay gọi là
góc tổng trở của mạch R, L, C. Ngoài ra để tiện lợi trong đánh giá về mặt công suất
phản kháng trong mạch người ta còn gọi các khái niệm khác tương đương như cosj
sớm pha hay trễ pha, ý nói sự vượt trước hay chậm sau của dòng điện đi qua mạch so
với điện áp nguồn.
Công suất biểu kiến đi qua mạch điện:
S = P + jQ = Ur.Ir.cosj + jUr.Ir.sinj

(2.5)

Trong đó Ur, Ir là trị hiệu dụng điện áp và dòng điện tổng đi qua mạch.
Vậy:
- Công suất tác dụng là công suất có hiệu lực biến năng lượng điện thành các dạng
năng lượng khác và sinh công.
P = Ur.Ir.cosj

(2.6)

Trang 13


Chương 3

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương

- Công suất phản kháng Q của một nhánh nói lên cường độ của quá trình dao động
năng lượng.
Q = Ur.Ir.sinj

(2.7)

Ta có thể biểu diễn quan hệ P, Q theo tam giác công suất như ở hình 2.3 sau:
U
S
Ur .
Ir

UrIrcosj

P

j
UrIrsinj

Q

Hình 2.3: Quan hệ vectơ giữa công suất tác dụng, phản kháng
P_Q

2.3 Công suất trung bình của dòng điện xoay chiều
Xét mạch điện 1 pha như hình 2.1 với nguồn điện áp u = Umsint.
Công suất tức thời qua từng phần tử R, L, C:
U m .I Rm
(1  cos 2t )

2
U .I
pL(t) = u(t).iL(t)= Um.ILmsint.sin(t-90o)= – m Lm sin 2t
2
U .I
pC(t) = u(t).iC(t)= Um.ICmsint.sin(t+90o)= m Cm sin 2t
2

pR(t) = u(t).iR(t)= Um.IRmsint.sint=

(2.8)
(2.9)
(2.10)

Từ biểu thức (2.8), (2.9), (2.10) cho thấy công suất tức thời qua phần tử R có dạng
không sin còn công suất tức thời qua L, C có dạng hình sin với tần số 2.
Công suất trung bình trong một chu kỳ T của điện áp nguồn qua các phần tử R, L, C:
T

Ptb 

1
p(t )dt
T 0

Dễ dàng tìm được công suất trung bình trong một chu kỳ T như sau:
PRtb 
PLtb

T

U .I
1 U m .I Rm
(1  cos 2t )dt  m Rm  U r .I Rr

T0 2
2

T
1 U m .I Lm
 
sin 2tdt  0
T0 2

PCtb 

T
U .I
1
 m Cm sin 2tdt  0

T0
2

(2.11)
(2.12)
(2.13)

Từ (2.11) – (2.13) có thể thấy rằng công suất trung bình qua hai phần tử L, C là bằng
không (tức là không tiêu tán năng lượng).
Trang 14

Chương 3

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương

Còn công suất trung bình Ptb qua phần tử R là khác không (thể hiện sự tiêu tán năng
lượng, tức là năng lượng điện được chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác như
nhiệt năng, cơ năng, quang năng …)
T

Biên độ
u, i, PR

PR

Ptb

0

t (thời gian)

iR
u
Hình 2.4: Biểu diễn công suất tức thời qua phần tử
thuần trở

Biên độ
u, i, PL

PL

u
iL

0

t (thời gian)

T

Biên độ
u, i, PC

Hình 2.5: Biểu diễn công suất tức thời qua phần tử
thuần kháng
PC

u

iC

0

t (thời gian)

T
Hình 2.6: Biểu diễn công suất tức thời qua phần tử
thuần dung

Hình 2.4, diện tích giới hạn bởi đường cong pR(t) và trục thời gian đặc trưng cho năng
lượng tiêu thụ của phần tử R trong một chu kỳ T, Ptb này dương nghĩa là năng lượng
được chuyển tải từ nguồn đến mạch điện và được tiêu tán dưới dạng nhiệt.
Hình 2.5, biểu diễn công suất trung bình qua phần tử L, ta nhận thấy p L(t) biến thiên
lúc dương lúc âm hoàn toàn, trong chu kỳ T công suất Ptb sinh ra bằng không. Trong
¼ chu kỳ đầu tiên của điện áp, cuộn kháng XL hoàn trả năng lượng cho nguồn cung

Trang 15


Chương 3

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương

cấp trước đó và trong ¼ chu kỳ kế tiếp cuộn kháng XL hấp thu năng lượng từ nguồn
cung cấp. Quá trình này diễn ra liên tục trong trạng thái xác lập của mạch.
Hình 2.6, biểu diễn công suất trung bình qua phần tử C, ta nhận thấy pC(t) biến thiên
lúc dương lúc âm hoàn toàn, trong toàn chu kỳ T công suất Ptb sinh ra bằng không.
Trong ¼ chu kỳ đầu tiên của điện áp, tụ điện XC hấp thu năng lượng từ nguồn cung
cấp và trong ¼ chu kỳ kế tiếp tụ điện hoàn trả lại năng lượng cho nguồn cung cấp
trước đó. Tương tự, quá trình này diễn ra liên tục trong trạng thái xác lập của mạch.
So sánh hai dạng sóng công suất tức thời qua điện kháng và tụ điện ta có nhận xét
sau:
- Phản ứng về mặt hấp thu và hoàn trả công suất cho nguồn cung cấp thì hai phần tử
này có tính chất đối nghịch nhau: trong ¼ chu kỳ điện áp nguồn thì công suất cuộn
kháng mang dấu âm (–) thì tụ điện mang dấu dương (+), ¼ chu kỳ kế tiếp cuộn kháng
mang dấu dương (+) thì tụ điện mang dấu âm (–).
- Trong trạng thái xác lập, khi cuộn kháng hấp thu năng lượng nó sẽ vay mượn ở
mạch điện dung, nếu còn thiếu thì nguồn sẽ cung cấp phần còn lại và phần này được
lưu thông trong mạch nối từ nguồn đến tổ hợp kháng – dung. Điều này giải thích vai

trò cực kỳ quan trọng của tụ điện trong việc sản sinh ra năng lượng phản kháng để bù
vào sự hấp thu của điện kháng.
Năng lượng tích lũy trong mạch điện dung gọi là năng lượng tĩnh điện, năng lượng
tích lũy trong mạch điện kháng gọi là năng lượng điện từ và dấu năng lượng của
chúng đảo ngược với nhau.
Theo quy ước [5]:
-

Năng lượng điện từ là năng lượng phản kháng dương.

-

Năng lượng tĩnh điện là năng lượng phản kháng âm.

2.4 Sự tiêu thụ công suất phản kháng trong hệ thống điện
Công suất phản kháng được tiêu thụ ở động cơ không đồng bộ, máy biến áp, trên
đường dây truyền tải và mọi nơi có từ trường. Yêu cầu công suất phản kháng chỉ có
thể giảm tối thiểu chứ không thể triệt tiêu được vì nó cần thiết để tạo ra từ trường biến

Trang 16


Chương 3

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương

thiên là yếu tố trung gian cần thiết để truyền tải điện năng xoay chiều và các quá trình
chuyển hóa điện năng thành các dạng năng lượng khác.
Sự tiêu thụ công suất phản kháng trong hệ thống điện có thể được phân chia theo tỉ
lệ phần trăm như sau [1], [4], bảng 2.1:

Stt
1
2
3

Phần tử tiêu thụ công suất
phản kháng
Động cơ điện không đồng bộ
Máy biến áp
Đường dây tải điện và các phụ
tải khác
Tổng cộng

Tỉ lệ

Ghi chú

70 – 80%
15 – 25%
5%
100%

5%

15-25%

70-80%
1

2

3

Bảng 2.1: Tỉ lệ nhu cầu sử dụng công suất phản kháng trong hệ thống điện
Như vậy động cơ điện và máy biến áp là hai loại thiết bị tiêu thụ công suất phản kháng
nhiều nhất. Công suất phản kháng Q là lượng công suất cần thiết để từ hóa mạch từ
trong các máy điện xoay chiều, nó không sinh công mà chỉ dao động năng lượng với
nguồn điện cấp cho chính nó. Như hình 2.5-2.6, trong một chu kỳ công suất Q biến
đổi 4 lần, giá trị trung bình bằng không. Do đó việc tạo ra công suất phản kháng cung
cấp cho phụ tải không nhất thiết phải lấy từ nguồn mà có thể cung cấp trực tiếp cho
phụ tải bằng tụ điện, máy bù đồng bộ, ….
2.5 Bù công suất phản kháng trong hệ thống điện
Do đặc điểm của công suất phản kháng là biến thiên mạnh theo thời gian. Yêu cầu
công suất phản kháng được cho bằng đồ thị công suất phản kháng ngày/đêm hoặc
theo đồ thị kéo dài hoặc ít nhất là có giá trị cực đại và có hệ số sử dụng công suất
phản kháng Kq = Qtb/Qmax.
Đánh giá về mặt nguồn phát công suất phản kháng tại các nhà máy điện trong hệ
thống ta nhận thấy: khả năng phát công suất phản kháng của các nhà máy điện rất hạn
chế [1], [5], cosjđm = 0.8  085 đối với nhà máy thủy điện và cosjđm > 0.85 đối với
nhà máy nhiệt điện. Vì lý do kinh tế người ta không chế tạo các máy phát điện có khả
Trang 17


Chương 3

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương

năng phát nhiều công suất phản kháng cung cấp đủ cho phụ tải ở chế độ max. Như
vậy các máy phát điện chỉ đảm đương một phần công suất phản kháng cấp cho phụ
tải trong hệ thống. Trong khi phụ tải luôn biến thiên tăng giảm thì trong các chế độ

vận hành cực đại của hệ thống, để đảm bảo đủ công suất phản kháng cấp cho phụ tải
ta phải cần đặt thêm các nguồn phát công suất phản kháng khác và hay gọi nguồn bù
công suất phản kháng (máy bù đồng bộ, tụ điện tĩnh, máy bù tĩnh SVC điều khiển vô
cấp …).
Ngoài ra trong hệ thống điện còn phải kể đến một nguồn phát công suất phản kháng
khác đó là các đường dây cao áp – siêu cao áp, do các điện dung ký sinh phân bố dọc
theo chiều dài đường dây sinh ra. Các đường dây này phát ra một lượng Q đáng kể
như bảng 2.2, trong chế độ max nó làm nhẹ đi vấn đề thiếu công suất phản kháng
trong hệ thống điện [3].
Điện áp, kV
22 - Trên không
- Cáp
35 - Trên không
- Cáp
110 - Trên không
- Cáp
220 - Trên không
- Cáp
500 - Trên không

xo, /km

bo.10-6, 1/.km

Qo, kVAr/km

0.40
0.11
0.40
0.125

0.4
0.17
0.40 (1sợi)
0.32 (2sợi)
0.14
0.29

2.8
2.75
2.75
2.70
3.70
3.80

100
100
35
100
140
190
950

Ghi chú

Bảng 2.2: Số liệu định hướng cho xo, bo và Qo
Tuy nhiên trong chế độ non tải hoặc không tải nó gây thừa công suất phản kháng, hậu
quả làm điện áp tăng cuối đường dây hoặc làm tự kích thích máy phát điện (do dòng
điện dung làm tăng từ trường trong máy phát điện). Để khắc phục hiện tượng này
người ta lắp đặt các kháng điện mắc song song (bù cảm kháng) trên đường dây tại
những vị trí thích hợp thường là lắp ở giữa đường dây hoặc là cuối đường dây.

Tóm lại: Trong hệ thống điện phải thực hiện bù cưỡng bức hay gọi là bù kỹ thuật một
lượng công suất phản kháng Q nhất định để đảm bảo cân bằng công suất phản kháng
trong hệ thống điện. Yêu cầu lượng công suất phản kháng này phải điều chỉnh được
để thích ứng với các chế độ vận hành khác nhau trong hệ thống điện.

Trang 18


Chương 3

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương

Tổng công suất phản kháng của nhà máy điện và các trạm bù (tụ điện, máy bù động
bộ, máy bù tĩnh SVC, …) phải dư thừa so với yêu cầu của phụ tải ở chế độ max để dự
phòng cho sự cố.
Có 2 con đường để đảm bảo cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống điện:
1. Cưỡng bức phụ tải mà chủ yếu là các phụ tải xí nghiệp, nhà máy công nghiệp,
yêu cầu việc bù công suất phản kháng tại đây phải đảm bảo cosj nằm trong
phạm vi cho phép, theo quy định tại Việt Nam cosj  0.85, nếu thấp hơn các
khách hàng sử dụng điện này sẽ bị phạt cosj. Việc làm này nhằm làm giảm
yêu cầu công suất phản kháng từ hệ thống điện.
2. Đặt bù công suất phản kháng trên lưới điện để giải quyết phần thiếu hụt còn
lại, kể cả dự trữ công suất phản kháng. Công việc này do đơn vị quản lý hệ
thống điện thực hiện, ở Việt Nam là EVN.
Thực tế thì cả hai cách này được thực hiện đồng thời, trong đó cách thứ 2 do hệ thống
điện thực hiện một cách chủ động và có tầm quan trọng rất lớn trong việc đảm bảo
vận hành an toàn hệ thống.
Trong lưới điện cao áp – siêu cao áp, điện áp  110kV, lượng công suất phản kháng
bù kỹ thuật khá lớn và thường phải đặt trạm bù tập trung tại các nút hệ thống mà tại
đó thiếu công suất phản kháng (nút có điện áp vận hành thấp) hoặc tại các vị trí thuận

lợi để điều chỉnh điện áp cho mạng (nút kiểm tra điện áp).
Như đã phân tích ở trên, bù công suất phản kháng trên lưới hệ thống gắn liền với việc
điều chỉnh điện áp tại các nút. Do đó số lượng, công suất bù, đặc tính điều khiển và
vị trí đặt trạm bù công suất phản kháng sẽ do chế độ điện áp trên lưới điện trong các
tình huống vận hành bình thường và sự số quyết định.
Theo tài liệu [2], trên lưới điện hệ thống cao áp – siêu cao áp  110kV, yêu cầu chất
lượng điện áp tại tất cả các nút phải nằm trong giới hạn trên và dưới sau:
- Giới hạn trên: xác định bởi khả năng chịu đựng của cách điện và nguy cơ bão hòa
mạch từ của máy biến áp lực (MBA), được đặc trưng theo bảng 2.3 sau:
Stt
1
2
3

Điện áp định mức
của mạng
35 – 220 kV
330 kV
500 kV

Độ gia tăng điện
áp cực đại
+ 15%
+ 10%
+ 5%

Điện áp cực đại
Umax
1.15Uđm
1.1Uđm = 363kV

1.05Uđm = 525kV
Trang 19


Chương 3

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương

Bảng 2.3: Giá trị điện áp cực đại cho phép đối với lưới truyền tải
- Giới hạn dưới: xác định bởi giới hạn ổn định tĩnh, khả năng hoạt động điều áp dưới
tải của các MBA truyền tải và chế độ làm việc của các thiết bị tự dùng trong nhà máy
điện. Giới hạn điện áp này được đảm bảo bằng cách điều chỉnh điện áp máy phát, giữ
độ sụt áp U trên đường dây và MBA trong giới hạn cho phép.
Cũng phải nói thêm rằng, tuy giới hạn điện áp trên và dưới trên lưới điện 220kV
tương đối rộng nhưng người ta thường đưa ra các yêu cầu về chất lượng điện áp cũng
như để đạt độ dự trữ trong hệ thống, điện áp tại các nút trên lưới truyền tải này được
quy định theo các điều kiện sau [2]:
- Điện áp đường dây tại các nút hệ thống khi không tải hoặc tải nhẹ cho phép tăng
cao đến 1.1Uđm (tăng cao 10%Uđm).
- Điện áp đường dây tại các nút hệ thống trong chế độ vận hành bình thường khi mang
tải nằm trong khoảng (0.95  1.05)Uđm, sai lệch không quá 5% so với điện áp định
mức.
- Điện áp đường dây tại các nút hệ thống khi đầy tải kèm theo sự cố một lộ trong
đường dây lộ kép hoặc một đường dây thuộc mạch vòng cấp điện, điện áp cho phép
thấp đến 0.9Uđm (giảm 10%Uđm).
Giới hạn điện áp trên và dưới này thường được gọi là giới hạn kỹ thuật của hệ thống.
Nói tóm lại, đối với lưới điện từ 220kV trở lên, điện áp chỉ được phép dao động trong
giới hạn (0.95  1.05)Uđm. Nếu đảm bảo trong giới hạn này thì chất lượng điện năng
tốt và việc điều chỉnh điện áp dưới tải của các máy biến áp truyền tải khu vực, truyền
tải trung gian sẽ thuận lợi nhất.

2.6 Điều chỉnh điện áp trên lưới hệ thống
Việc điều chỉnh điện áp tại các nút trong hệ thống nằm trong một phạm vi cho phép
là vấn đề phức tạp vì hệ thống được liên kết với nhiều nguồn và với nhiều phụ tải ở
mọi cấp bậc của hệ thống. Việc giữ vững điện áp tại một điểm của hệ thống là chưa
đủ mà trái lại phải giữ điện áp ở nhiều điểm ở mọi cấp bậc theo chiều dọc cũng như
chiều ngang của hệ thống điện.
Việc lựa chọn và phối trí các thiết bị điều chỉnh điều áp là một trong những vấn đề
lớn của kỹ thuật hệ thống điện.
Trang 20


Chương 3

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương

Nói cách khác, vấn đề điều chỉnh điện áp là xuyên suốt toàn hệ thống điện và đòi hỏi
một số lượng lớn các thiết bị bù lắp đặt trong hệ thống điện.
2.6.1 Mục tiêu của điều chỉnh điện áp trên lưới điện
a. Sự biến đổi điện áp trên lưới:
Tổn thất điện áp % trên lưới được tính gần đúng theo biểu thức sau:
U P.R  Q. X

U
U2

(2.14)

U Q. X
 2
U

U

(2.15)

Trên lưới điện cao áp, X >>R nên biểu thức (2.14) được viết lại:

Ta nhận thấy điện áp trên lưới hệ thống phụ thuộc chủ yếu vào dòng công suất phản
kháng Q truyền tải và sơ đồ lưới điện X.
Có thể khẳng định là, điện áp tại đầu phát và đầu nhận của đường dây truyền tải có
thể được giữ vững ở bất kỳ trị số mong muốn nào nếu có đầy đủ các nguồn công suất
phản kháng ở hai đầu đường dây đó.
Bù công suất phản kháng sẽ giải quyết hai vấn đề chính đó là điều chỉnh điện áp nút,
giảm tổn thất công suất tác dụng và phản kháng.
Sự biến thiên điện áp nút trên hệ thống thường được phân ra làm hai loại:
- Biến đổi chậm: gây ra bởi sự biến đổi tự nhiên của phụ tải theo thời gian;
- Biến đổi nhanh: do nhiều nguyên nhân khác như sự dao động điều hòa của phụ
tải, sự biến đổi cấu trúc sơ đồ lưới điện, hoạt động của bảo vệ rơle, khởi động
hay dừng tổ máy phát điện, ….

b. Mục tiêu của điều chỉnh điện áp:
- Giữ vững điện áp tại các nút trong mọi tình huống vận hành bình thường cũng như
sự cố đều nằm trong phạm vi cho phép (giới hạn kỹ thuật). Ví dụ, đối với lưới điện
cao áp 220kV trở lên, điện áp chỉ được phép dao động trong giới hạn (1  5%)Uđm.
- Trong giới hạn kỹ thuật cho phép, thì giữ mức điện áp sao cho tổn thất công suất tác
dụng là nhỏ nhất, đây gọi là điều kiện kinh tế.
Nói tóm lại, điện áp trên lưới hệ thống được điều chỉnh theo điều kiện an toàn và kinh
tế.
Trang 21

Chương 3

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương

2.6.2 Điều kiện để có thể điều chỉnh điện áp
- Điều kiện cần: là có đủ nguồn công suất phản kháng và nguồn công suất phản kháng
này phải được phân bố hợp lý ở từng khu vực của hệ thống điện.
- Điều kiện đủ: là nguồn công suất phản kháng này phải điều khiển được trong phạm
vi cho phép của nó.
2.7 Phân loại chế độ làm việc của hệ thống điện
Trong vận hành hệ thống, do tính chất phụ tải luôn biến thiên tăng giảm theo các
ngày, mùa trong năm, nên để có thể đánh giá trạng thái của hệ thống điện cũng như
tính toán bù công suất phản kháng, người ta phân loại các chế độ vận hành của hệ
thống như sau:
2.7.1 Chế độ không tải:
Đối với chế độ này công suất P của hệ thống được xem bằng không. Trong chế độ
vận hành này, điện áp tại các nút tăng cao và có thể vượt mức chịu đựng của cách
điện các thiết bị và đường dây. Đối với đường dây cao áp từ 220kV trở lên, đường
dây tương đối dài thì hiện tượng này luôn xảy ra.
Đây là một hạn chế kỹ thuật bắt buộc phải khắc phục, thông thường dùng phần tử bù
có tính cảm kháng sẽ hạn chế hiện tượng này.
2.7.2 Chế độ non tải: hay gọi là chế độ phụ tải min
Đối với chế độ này công suất của hệ thống P nằm trong khoảng 0.2 – 0.4Pmax. Trong
chế độ vận hành này, tương tự như chế độ không tải nhưng mức độ tăng cao điện áp
ít hơn. Cách khắc phục tương tự như chế độ không tải.
2.7.3 Chế độ đầy tải: hay gọi là chế độ phụ tải max
Đối với chế độ này công suất P của hệ thống là cao nhất Pmax. Trong chế độ vận hành
này, có thể xảy ra hiện tượng điện áp tại một số nút sẽ giảm thấp và có thể vượt ra
khỏi phạm vi cho phép nhỏ nhất. Để làm tăng điện áp tại các nút này thường phải đặt
thêm thiết bị bù để phát công suất phản kháng vào hệ thống, ví dụ như lắp đặt các bộ

tụ điện bù dọc, bù ngang, máy bù đồng bộ, máy bù tĩnh SVC,….
2.7.4 Chế độ sự cố:

Trang 22