Nâng cao chất lượng lưới điện phân phối 22KV bằng phương pháp bù công suất phản kháng

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HVTH : LÊ NGUYÊN TÙNG - 1570395
GVHD: PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -ĐHQG -HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học :.. ..PGS. TS. VÕ NGỌC ĐIỀU ..................
Cán bộ chấm nhận xét 1 : ...............................................................................
Cán bộ chấm nhận xét 2 : ...............................................................................
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày 06 tháng
07 năm 2019
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. CHỦ TỊCH : TS. LÊ KY
2. PB1
: TS. LÊ THỊ TỊNH MINH
3. PB2
: PGS.TS. HUYNH CHÂU DUY
4. UV
: PGS.TS. TRUONG VIỆT ANH
5. THƯ KÝ : TS. NGUYỄN NGỌC PHÚC DIỄM
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi
luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Trang
2

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HVTH : LÊ NGUYÊN TÙNG - 1570395
GVHD: PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VẲN THẠC SĨ
Họ tên học viên: LÊ NGUYÊN TÙNG.
Ngày, tháng, năm sinh: 19/03/1989.

MSHV: 1570395
Nơi sinh: Phú Yên.
Mã số : 60520202

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện.
I. TÊN ĐỀ TÀI:

NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 22KV BẰNG PHƯƠNG
PHÁP BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Phân tích các chế độ làm việc hiện hành của lưới phân phối 22kV thành phố Tuy Hòa.
- Tìm hiểu ảnh hưởng qua lại giữa các thiết bị bù và phần tử mạng điện.
- Tìm hiểu công nghệ FACTS tự động điều chỉnh dung lượng công suất phản kháng và
thiết bị bù ngang svc.

- Tìm hiểu đặt thiết bị FACTS, tối ưu vị trí svc trong lưới điện trung thế.
- ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT để tính toán lựa chọn dung lượng, số lượng và vị
trí thiết bị bù hợp lý nhằm giảm tổn thất cho lưới điện để tăng hiệu quả kinh tế cho lưới
phân phối 22kV thành phố Tuy Hòa.
III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 01/01/2019
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHỆM VỤ: 03/06/2019
V.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. VÕ NGỌC ĐIỀU

Tp. HCM, ngày tháng năm 2019
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Trang
3


LUẬN VĂN THẠC SĨ

HVTH : LÊ NGUYÊN TÙNG - 1570395
GVHD: PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU

LỜI CẢM ƠN
Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Võ Ngọc Điều, nguời đã hết lòng
giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành đề tài này. Xin gởi lời tri ân nhất
của tôi đối với những điều mà Thầy đã dành cho tôi. Cảm ơn Thầy.

Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến toàn thể quý Thày Cô trong bộ môn khoa ĐiệnĐiện Tử Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM đã tận tình truyền đạt những kiến thức
quý báu cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập
nghiên cứu và cho đến khi tôi thực hiện đề tài này.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến Cha, Mẹ, em gái tôi luôn quan tâm,
động viên và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi.
Xin chân thành cảm ơn.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 03 tháng 06 năm 2019.
Học viên

Lê Nguyên Tùng

Trang
4


LUẬN VĂN THẠC SĨ

HVTH : LÊ NGUYÊN TÙNG - 1570395
GVHD: PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU

TÓM TẮT
Bù công suất phản kháng là nhằm mục đích giảm tổn thất công suất, nâng cao chất
luợng điện năng, tiết kiệm chi phí, V.. .V... Luận văn này trình bày một phuơng pháp hiệu
quả để tìm ra vị trí đặt, số luợng thiết bị bù hợp lý nhằm thỏa mãn hai mục tiêu sau:
•

Mục tiêu 1: nâng cao chất luợng điện năng.

•

Mục tiêu 2: tiết kiệm chi phí, tránh lãng phí.

Luận văn sẽ áp dụng phần mềm PSS/ADEPT để giải quyết bài toán đa mục tiêu nêu
trên để tìm ra vị trí, dung luợng thiết bị bù tối ưu nhất có thể.

ABSTRACT
Reactive power compensation is aimed at reducing power loss, improving power
quality, saving costs, etc. ... This thesis presents an effective method to find out the
location. The number of compensating devices is reasonable to meet the following two
objectives:
• Goal 1: improve the quality of electricity.
• Goal 2: Saving costs, avoid waste.
The thesis will apply PSS / ADEPT software to solve the above multi-objective
problem to find the optimal location and capacity of compensating devices as possible.

Trang
5


LUẬN VĂN THẠC SĨ

HVTH : LÊ NGUYÊN TÙNG - 1570395
GVHD: PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ với đề tài “NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG LƯỚI
ĐIỆN PHÂN PHỐI 22KV BẰNG PHƯƠNG PHÁP BÙ CÔNG SUẤT PHẢN
KHÁNG” là công trình nghiên cứu của chính bản thân tôi, dưới sự hướng dẫn của
PGS.TS. Võ Ngọc Điều, các số liệu và kết quả thực nghiệm hoàn toàn trung thực.
Tôi cam đoan không sao chép bất kỳ công trình khoa học nào của người khác, mọi sự

tham khảo đều có trích dẫn rõ ràng.
Học viên cao học

Lê Nguyên Tùng

Trang
6


LUẬN VĂN THẠC SĨ

HVTH : LÊ NGUYÊN TÙNG - 1570395
GVHD: PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU

MỤC LỤC
GIỚI THIỆU CHUNG ..............................................................................................
1. Lý do chọn đề tài..............................................................................................12
2.

Mục tiêu của đề tài..........................................................................................13

3. Phương pháp nghiên cứu và nội dung nghiên cứu ...........................................13
CHUƠNG 1: LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG..
1.1. TỔNG QUÁT LUỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ....................................................14
1.2. TỒNG QUAN VỀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG LĐPP ....................16
1.3. KẾT LUẬN ...... ........................................................................................... 23
CHỊƯƠNG 2: TÌM HIỂU ẢNH HUỞNG QUA LẠI CỦA THIẾT BỊ BÙ VÀ PHẦN
TỬ MẠNG ĐỆN
2.1. TÁC ĐỘNG QUÁ ĐỘ TRONG QUÁ TRÌNH ĐÓNG CÁT TỤ ................. 25
2.2. ẢNH HUỞNG CỦA SÓNG HÀI LÊN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN .................. 29

2.3. ẢNH HUỞNG CỦA QUÁ ĐỘ ĐIỆN ÁP .................................................... 38
2.4. CÁC GIẢI PHÁP KHAC PHỤC.... .............................................................39
2.5. THIẾT KẾ BỘ LỌC SÓNG HÀI .................................................................. 44
CHUƠNG 3: ÚNG DỤNG CÔNG NGHỆ FACTS Tự ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH
DUNG LUỢNG CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG ............ .. ... ... ..........................
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.

KHÁI QUÁT CÔNG NGHỆ FACTS ........................................................... 48
THIẾT BỊ BÙ NGANG SVC (STATIC VAR COMPENSATOR) .............49
CÁC ĐẶC TÍNH CỦA svc ........................................................................... 56
THIẾT BỊ BÙ DỌC ....................................................................................... 59

CHUƠNG 4: ÚNG DỤNG PSS/ADEPT TÍNH TOÁN BÙ HỢP LÝ CHO
LUỚI ĐIỆN 22KV THÀNH PHỐ TUY HÒA-TỈNH PHÚ YÊN ........................
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.

GIỚI THIỆU VỀ LĐPP TP.TUY HÒA ........................................................ 68
PHUƠNG PHÁP TÍNH BÙ TỐI UU TRONG PSS/ADEPT .....................68
XÂY DỤNG CÁC CHỈ SỐ KINH TẾ TRONG PSS/ADEPT ....................71
THIẾT LẬP CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT ............................................... 75

CHUÔNG 5: KẾT LUẬN VÀ HUỚNG PHÁT TRIỀN ĐÈ TÀI .........................
5.1. KẾT LUẬN ..................................................................................................85
5.2. HUỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ..................................................................86

TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 88

Trang
7


LUẬN VĂN THẠC SĨ

HVTH : LÊ NGUYÊN TÙNG - 1570395
GVHD: PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU

DANH MỤC HÌNH MINH HỌA
Hình 1.2.1 Nguyên lý bù công suất phản kháng ....................................................... 17
Hình 1.2.2 Nguyên lý bù công suất Qc ..................................................................... 17
Hình 1.2.3 Bù đóng cắt theo thời gian ........................................................................ 19
Hình 1.2.4 Bù phân bố tại các điểm tải ....................................................................... 23
Hình 2.1: Giá trị biên độ xung áp và xung

dòng .................................................... 25

Hình 2.2: Giá tri biên độ xung áp và xung

dòng .................................................... 26

Hình 2.3: Giá trị biên độ xung áp và xung

dòng .................................................... 27

Hình 2.4: Giá trị biên độ xung áp và xung

dòng .................................................... 28

Hình 2.5: Quá độ trên lưới phân phối khi đóng tụ bù ................................................. 29
Hình 2.6a: Sóng hài bậc cao của bộ hiệu chỉnh 1 chiều tải công suất lớn .................. 30
Hình 2.6b: Sóng hài bậc cao của bộ hiệu chỉnh 1 chiều tải công suất thấp ................ 30
Hình 2.7a : Sóng cơ bản và sóng hài bậc 3 đồng pha ................................................. 31
Hình 2.7b : Sóng cơ bản và sóng hài bậc 3 lệch pha .................................................. 31

Hình 2.8a: Hệ thống mô phỏng cộng hưởng song song ............................................. 34
Hình 2.8b: Sơ đồ tương đương ................................................................................... 34
Hình 2.8a: Đáp ứng tần số .......................................................................................... 34
Hình 2.9abc: Mạch cộng hưởng nối tiếp ................................................................... 35
Hình 2.10: Hạn chế sóng hài bằng phương pháp lọc ................................................. 39
Hình 2.1 labc: Các phương pháp lọc tích cực, kết hợp .............................................. 41
Hình 2.12: Máy cắt có bộ phận điện trở cài trước ..................................................... 43

Trang
8


LUẬN VĂN THẠC SĨ

HVTH : LÊ NGUYÊN TÙNG - 1570395
GVHD: PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU

Hình 2.13: Sơ đồ nguyên lý của bộ lọc sóng hài ....................................................... 46

Hình 3.1: cấu tạo nguyên lý hoạt động của svc ........................................... 50
Hình 3.2: Nguyên lý cấu tạo của Thyristor................................................................. 51
Hình 3.3: Sóng điện áp đầu ra của Thyristor ở mạch thuần trở .................................. 51

Hình 3.4: Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TCR .................................................. 52
Hình 3.5: Đặc tính điều chỉnh liên tục của TCR ......................................................... 53
Hình 3.6: Ảnh hưởng của góc a đến dòng điện .......................................................... 53
Hình 3.7: Sóng tín hiệu dòng điện của TCR ............................................................... 54
Hình 3.8: Các sóng hài bậc cao của phần tủ TCR ...................................................... 54
Hình 3.9: Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của tụ đóng mở Thyristor........................ 56
Hình 3.10: Đặc tính làm việc của svc ...................................................... 57
Hình 3.11: Đặc tính U-I của svc ............................................................ 57
Hình 3.12: Đặc tính trở kháng của svc ..................................................... 58
Hình 3.13: Đặc tính điều chỉnh điện áp của svc

......................................... 58

Hình 3.14: sssc dựa trên bộ biến đổi điện áp và sssc có nguồn dự trữ ....................... 60
Hình 3.15: cấu tạo và nguyên lý hoạt động của TCSC ............................................... 61
Hình 3.16: cấu tạo của TSSC ..................................................................................... 62
Hình 3.17: cấu tạo của TCSR và TSSR ...................................................................... 63
Hình 3.18: Nguyên lý hoạt động của UPFC .............................................................. 64
Hình 3.19: cấu tạo chung của TCPST ....................................................................... 65
Hình 3.20: TVCL ........................................................................................................ 65
Hình 3.21: TVCL dựa trên đầu phân áp và loại dựa trên sự đưa thêm điện áp vào đường

Trang
9


LUẬN VĂN THẠC SĨ

HVTH : LÊ NGUYÊN TÙNG - 1570395
GVHD: PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU

dây............................................................................................................................... 66
Hình 4.1: Hộp thoại cài đặt các chỉ số kinh tế trong CAPO ....................................... 72
Hình 4.2: Các thông số kỹ thuật của lưới .................................................................. 76
Hình 4.3: Hộp thoại thiết đặt thông số trong CAPO .................................................. 77
Hình 4.4: Lưu đồ thuật toán bù tối ưu ....................................................................... 78
Hình 4.5: Tính toán tổn thất trước khi bù Tp Tuy Hòa............................................... 82
Hình 4.6: Kết quả tính toán tổn thất trước khi bù ....................................................... 82
Hình 4.7: Tính toán bù tối ưu cho lưới phân phối Tp Tuy Hòa .................................. 83

Trang
10


LUẬN VĂN THẠC SĨ

HVTH : LÊ NGUYÊN TÙNG - 1570395
GVHD: PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU

DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU
Bảng 2.1: Giá trị xung áp, dòng quá độ khi đóng điện vào trạm tụ độc lập ............... 25
Bảng 2.2: Giá trị xung áp, dòng quá độ khi đóng điện vào trạm tụ song song .......... 26
Bảng 2.3: Giá trị xung áp, dòng quá độ hiện tượng phóng điện trước ....................... 27
Bảng 2.4: Giá trị xung áp, dòng quá độ hiên tượng phóng điện trở lại ...................... 28
Bảng 4.1: Thông số phụ tải các xuất tuyến 22KV TP.Tuy Hòa ................................. 82
Bảng 4.2: Vị trí và dung lượng bù theo CAPO .......................................................... 84
Bảng 4.1: Kết quả bài toán CAPO cho lưới phân phối Tp Tuy Hòa .......................... 84

Trang
11

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HVTH : LÊ NGUYÊN TÙNG - 1570395
GVHD: PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU

GIỚI THIỆU CHUNG
1.

Lý do chọn đề tài
Chất lượng điện năng lưới phân phối 22KV là những vấn đề liên quan đến điện áp,
dòng điện, tàn số làm cho các thiết bị điện vận hành không bình thường hoặc bị hư
hỏng.
Như vậy nâng cao chất lượng lưới điện có nghĩa là làm giảm tổn thất công suất, tổn
thất điện năng và tăng được điện áp cuối nguồn trên đường dây tải điện.
Sự phát triển của Ngành điện đi cùng với sự phát hiển của đất nước, sự biến động
của Ngành điện sẽ mang lại những ảnh hưởng không nhỏ đến tình hình kinh tế, chính
trị, xã hội của một Quốc gia. Lưới phân phối thường được phân bố trên diện rộng,
gồm nhiều nhánh nút phụ tải, vì vậy khi truyền năng lượng trên đường dây đến các
hộ tiêu thụ sẽ gây nên tổn thất công suất, tổn thất điện năng, làm giảm chất lượng điện
năng. Trong khi đó nhu cầu tiêu thụ điện năng ngày càng cao, đòi hỏi đáp ứng đầy đủ
kịp thời không chỉ về số lượng mà cả về chất lượng. Để hạn chế các vấn đề trên, người
ta đưa ra phương pháp như hoàn thiện cấu trúc lưới, điều chỉnh điện áp, bù công suất
phản kháng...
Do đặc thù phụ tải điện của hệ thống điện miền Trưng nói chung và của tỉnh Phú Yên
nói riêng thì phụ tải giờ cao điểm và giờ thấp điểm thường lệch nhau rất lớn nên giờ
cao điểm thường thiếu công suất trong khi đó vào giờ thấp điểm thì công suất phản
kháng lại phát ngược về nguồn. Thêm vào đó, khả năng phát công suất phản kháng
của các nhà máy điện rất hạn chế Cos(p = 0.8 -0.85. Vì lý do kinh tế, người ta không

chế tạo các máy phát có khả năng phát nhiều công suất phản kháng đủ cho chế độ phụ
tải (trong trường hợp max), mà nó chỉ gánh chức năng điều chỉnh công suất phản
kháng trong hệ thống điện để đáp ứng được nhanh chóng yêu cầu thay đổi của phụ
tải. Do đó phần CSPK thiếu hụt được bù bằng các nguồn công suất phản kháng đặt
thêm tức là nguồn công suất bù.
Xuất phát từ các lý do trên, hiện nay Tổng Công ty Điện lực miền Trung - CPC đang
giao chương trình tính toán bù cho các Công ty Điện lực phân phối, yêu càu bù tại
các thanh cái trạm biến áp 110 kv và trung áp ở các tỉnh thành trong đó CÓ tỉnh Phú
Yên. Ngoài ra do sự phát triển thay đổi lưới điện chưa đồng bộ và cộng với việc các
phụ tải liên tục thay đổi trong những năm qua dẫn đến vị trí lắp đặt tụ bù không còn
Trang
12


LUẬN VĂN THẠC SĨ

HVTH : LÊ NGUYÊN TÙNG - 1570395
GVHD: PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU

hợp lý nữa nên việc nghiên cứu, tính toán đưa ra các biện pháp nâng cao hiệu quả vận
hành kinh tế lưới điện phân phối 22kV của tỉnh Phú Yên, trong đó có biện pháp bù
CSPK mà trọng tâm phụ tải là khu vực thành phố Tuy Hòa là vấn đề cấp thiết và quan
trọng không chỉ Công ty Điện lực Phú Yên nói riêng mà của ngành điện nói chung.
2.

Mục tiêu của đề tài
- Tìm hiểu công nghệ FACTS tự động điều chỉnh dung lượng công suất phản kháng
và thiết bị bù ngang svc.
- ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT để tính toán lựa chọn dung lượng, số lượng và
vị trí thiết bị bù hợp lý nhằm giảm tổn thất cho lưới điện để tăng hiệu quả kinh tế cho

lưới phân phối 22kV thành phố Tuy Hòa, Tỉnh Phú Yên.

3.

Phuong pháp nghiên cứu và nội dung nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu về mặt lý thuyết và thực tiễn các vấn đề liên
quan đến bù tối ưu công suất phản kháng cho lưới điện phân phối 22kV thành phố
Tuy Hòa, tính toán bù bằng phần mềm PSS/ADEPT.
Nội dung nghiên cứu:
1. Phương pháp tính toán các chế độ làm việc trong lưới phân phối.
2. Giải pháp bù cho lưới phân phối.
3. Phần mềm PSS/ADEPT để tính toán dung lượng, số lượng, vị trí thiết bị bù
tối ưu cho lưới phân phối 22kV thành phố Tuy Hòa.

CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
1.1. TỔNG QUÁT LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
1.1.1 Tổng quát.
Lưới điện Việt Nam được hình thành và phát triển qua nhiều giai đoạn. Do đặc thù
của nước ta trước năm 1975 bị chia cắt thành 2 miền Nam - Bắc. Miền Bắc phát triển
theo mô hình các nước xã hội chủ nghĩa, do đó lưới điện phân phối miền Bắc tồn tại
các cấp điện áp 6kV; lOkV; 35kV trung tính cách đất. Miền Nam phát triển theo mô
hình của Bắc Mỹ, do đó lưới điện phân phối miền Nam tồn tại các cấp điện áp ốkV;
15kV; 22kV. Sau năm 1975 đất nước thống nhất, do nhu cầu phát triển của hệ thống
điện Việt Nam và qui chuẩn lưới điện phân phối, năm 1993 Bộ Năng lượng có quyết
định số: 149 ML/KHKT ngày 24/3/1993 chuyển đổi các cấp trưng áp về 22kV cho
Trang
13


LUẬN VĂN THẠC SĨ

HVTH : LÊ NGUYÊN TÙNG - 1570395
GVHD: PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU

lưới điện phân phối Việt Nam.
1.1.2 Đặc điểm lưới điện phân phối
- Lưới điện phân phối gồm 2 phần: Lưới phân phối trưng áp và lưới phân phối hạ
áp. LĐPP phân bố trên diện rộng, thường vận hành không đối xứng và có tổn
thất khá lớn. LĐPP thường có cấu trúc kín nhưng vận hành hở, hình tia hoặc
dạng xương cá. Khi sự cố phàn lưới sau máy cắt gần điểm sự cố nhất về phía
nguồn bị cắt điện, sau khi cô lập đoạn lưới sự cố, phần còn lại sẽ được đóng
điện vận hành. LĐPP có nhiệm vụ chính trong việc đảm bảo chất lượng phục
vụ phụ tải, vì vậy việc nghiên cứu thiết kế, vận hành hệ thống LĐPP là hết sức
quan trọng. Khi thiết kế xây dựng LĐPP phải đảm bảo các chỉ tiêu :
+ An toàn cho lưới điện và cho con người.
+ Chi phí xây dựng lưới điện là kinh tế nhất.
+ Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện nhất, bằng các biện pháp như có thể có
nhiều nguồn cung cấp, có đường dây dự phòng, có nguồn thay thế như máy
phát, cấu trúc mạng kín vận hành hở...
+ Vận hành dễ dàng, linh hoạt và phù hợp với việc phát triển lưới điện trong
tương lai.
+ Đảm bảo chất lượng điện năng cao nhất về ổn định tần số và ổn định điện
áp.
+ Đảm bảo chi phí vận hành, bảo dưỡng là nhỏ nhất.
1.1.3 Các biện pháp nâng cao hiệu quả kinh tế vận hành lưói điện phân phối
(LĐPP)
LĐPP có ảnh hưởng lớn đến các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật của hệ thống điện, vì vậy
việc nghiên cứu các biện áp nâng cao hiệu quả kinh tế vận hành LĐPP sẽ đem lại lợi
ích rất lớn. Các biện pháp này hàu hết nhằm mục đích giảm chỉ tiêu tổn thất công suất,
tổn thất điện năng. Để đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế thì các bài toán điển hình sau đây

thường được quan tâm giải quyết:
- Bài toán tối ưu hoá cấu trúc sơ đồ lưới, tiêu chuẩn hoá tiết diện dây dẫn và
công suất trạm.
- Bài toán điều khiển vận hành nhằm giảm tổn thất, nâng cao chất lượng điện
năng và độ tin cậy cung cấp điện.
Trang
14


LUẬN VĂN THẠC SĨ

HVTH : LÊ NGUYÊN TÙNG - 1570395
GVHD: PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU

- Bài toán đặt thiết bị bù tối ưu nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế cung cấp điện.
Trong đó, bài toán đặt thiết bị bù tối ưu là một trong những biện pháp kỹ thuật
giải quyết hiệu quả tổng hợp nhất. Tuy nhiên, bài toán bù CSPK trong LĐPP
là bài toán phức tạp vì:
- LĐPP có cấu trúc phức tạp, một trạm trung gian có nhiều trục chính, mỗi trục
cấp điện cho nhiều trạm phân phối, cấu trúc LĐPP liên tục phát triển theo thời
gian và không gian. Chế độ làm việc của phụ tải không đồng nhất và tăng
trưởng không ngừng.
- Thiếu thông tin chính xác về đồ thị phụ tải phản kháng.
- Công suất tụ là biến rời rạc.
Trước các khó khăn đó, để có thể giải quyết được bài toán bù, phải phân chia bài
toán bù thành các bài toán nhỏ hơn và áp dụng các giả thiết giản ước khác nhau.
Các giả thiết giản ước phải đảm bảo không làm sai lệch quá mức đến kết quả tính
toán, nó phải đảm bảo lời giải phải gàn với lời giải tối ưu lý thuyết. Bài toán bù CSPK
trong LĐPP giải quyết được nhiều vấn đề cơ bản trong công tác tối ưu hoá hệ thống
cung cấp điện, trong đó tính tổng quát của bài toán được xét trên nhiều phương diện

khác nhau. Luận vãn sẽ nghiên cứu giải quyết bài toán đặt thiết bị bù nâng cao hiệu
quả kinh tế trong lưới điện phân phối 22KV.
1.1.4 Kết luận:
LĐPP cung cấp điện năng trực tiếp cho phụ tải và phải yêu cầu đảm bảo chất lượng
điện năng cho khách hàng, LĐPP có nhiều ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế-kỹ
thuật của hệ thống điện, nên việc nghiên cứu thiết kế, vận hành tối ưu LĐPP sẽ đem
lại lợi ích lớn. Có nhiều biện pháp nâng cao hiệu quả kinh tế vận hành LĐPP, trong
đó biện pháp bù CSPK là một trong những biện pháp hữu hiệu.
Do vậy, vấn đề nghiên cứu, tính toán bù CSPK trong LĐPP để đáp ứng cho phụ tải
nhằm mang lại hiệu quả trong công tác quản lý vận hành lưới điện cũng như nâng
cao chất lượng cung cấp điện năng cho khách hàng là một trong những mục tiêu lớn
mà ngành Điện đã và đang đặt ra.
1.2. TỔNG QUAN VÈ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG LĐPP
1.2.1 Khái niệm bù công suất phản kháng.
Như ta đã biết, để cải thiện hệ so công suất hay các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật khác của
Trang
15


LUẬN VĂN THẠC SĨ

HVTH : LÊ NGUYÊN TÙNG - 1570395
GVHD: PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU

mạng điện, cần một bộ tụ điện hay máy bù đồng bộ làm nguồn phát công suất phản kháng.
Cách giải quyết này được gọi là bù công suất phản kháng.
Tải mang tính cảm có hệ số công suất thấp sẽ nhận thành phàn dòng điện phản kháng
(chậm pha so với điện áp 1 góc 90°) từ máy phát đưa đến qua hệ thống truyền tải/phân
phối. Do đó kéo theo tổn thất công suất và gây nên hiện tượng sụt áp.

Trang
16


LUẬN VĂN THẠC SĨ

HVTH : LÊ NGUYÊN TÙNG - 1570395
GVHD: PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU

Mặt khác dòng điện qua tụ nhanh pha hơn điện áp nguồn 1 góc 90° ngược pha với
thành phần phản kháng của dòng tai II. Nếu thành phần dòng điện này triệt tiêu lẫn nhau
Ic = II thì không còn tồn tại dòng phản kháng đi qua phần lưới phía trước vị trí đặt tụ.

c

□. Thánh phán dóng phản kháng

b. Khi h ale toàn bộ CSPK đuợc cung cấp từ bộ tụ

c. TruỂmg hợp b có thêm dòng tài

Hình 1.2.1 Nguyên lý bù công suất phản kháng.
trong đó: R — phần tử tiêu thụ công suất tác dụng của tải;
L — phần tử tiêu thụ công suất phản kháng của tải;

c — phần tử có tính dung của thiết bị điều chỉinh hệ số công suất.
Từ giản đồ hình 1.2.1b tụ c rõ ràng đã
cung cấp toàn bộ dòng điện phản kháng
cho tải. Vì lý do đó đôi khi ta gọi tụ c là
máy phát CSPK. Ở hình 2.1.1c có trình bày

thêm thành phần dòng điện tác dụng và đối
với hệ thống, tải dường như có hệ số công
suất bằng 1. Nói chung việc bù hoàn toàn
CSPK trong lưới điện là không mang lại
hiệu quả kinh tế.
Hình 1.2.2 minh họa nguyên lý bù bằng cách giảm CSPK Q đến giá trị nhỏ hơn Q’
bằng các bộ tụ có CSPK Qc. Hệ quả là công suất biểu kiến s được giảm xuống còn
S’. Điều này có nghĩa là hệ số công suất của lưới cũng tăng lên
1.2.2 Mục liêu và lợi ích bù công suất phàn kháng.
- Giảm công suất phát tại các nhà máy điện.
- Giảm công suất truyền tải.
- Giảm dung luợng MBA tại các trạm biến áp.
Trang
17


LUẬN VĂN THẠC SĨ

HVTH : LÊ NGUYÊN TÙNG - 1570395
GVHD: PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU

- Giảm đuợc công suất tác dụng yêu cầu ở chế độ cục đại của hệ thống điện
(do giảm AP), vì vậy giảm đuợc dụ trữ công suất tác dụng (hoặc tăng độ tin
cậy) của hệ thống điện.
- Cải thiện hệ số công suất.
- Giảm tổn thất điện năng (tổn thất đồng).
- Giảm độ sụt áp và cải thiện việc điều chỉnh điện áp.
- Giảm công suất trên các xuất tuyến và các phần tử liên quan.
- Trì hoãn hoặc giảm bớt chi phí mở rộng nâng cấp luới điện.
- Tăng lợi nhuận.

1.2.3

Các phương thức bù công suất phản kháng trong LĐPP

Sự tiêu thụ CSPK không hợp lý do cấu trúc luới, phương thức vận hành không tối
uu và các pha của phụ tải sử dụng không đối xứng làm cho hệ số công suất giảm
thấp. Chính vì vậy trước khi nghiên cứu bù nhân tạo, cần phải nghiên cứu bù tự
nhiên để khắc phục các thiếu sót trong quản lý, vận hành, phân phối, tiêu thụ
điện... nhằm hạn chế tiêu thụ CSPK quá mức, sau đó mới nghiên cứu bù nhân tạo
theo các phương thức sau :
- Bù tự nhiên LĐPP :
+ Cấu trúc LĐPP và phương thức vận hành hệ thống không hợp lý, phụ tải
các pha bất đối xứng sẽ làm tăng tổn thất và tiêu thụ CSPK lớn hơn thực tế.
Chính vì vậy cần phải nghiên cứu bù tự nhiên trước khi thực hiện bù nhân
tạo để khắc phục các thiếu sót trong quản lý, vận hành, phân phối, tiêu thụ
điện... nhằm hạn chế tiêu thụ CSPK quá mức, biện pháp này không đòi hỏi
vốn đàu tư mà phụ thuộc tính toán và quản lý vận hành LĐPP.

Trang
18


LUẬN VĂN THẠC SĨ

HVTH : LÊ NGUYÊN TÙNG - 1570395
GVHD: PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU

-

BÙ ngang.

-

Bù cố định và điều chỉnh chế độ làm việc.

-

Bù kinh tế LĐPP.

1,2.4 Một số phương pháp tính toán bù hiện có
Để giải bài toán bù công suất phản kháng trong lưới điện hiện nay đã có hàng loạt
phương pháp được soạn thảo. Tuy nhiên do cách đặt vấn đề. Mục tiêu đật ra và các quan
điểm khác nhau về các yếu tố ảnh hưởng đển lời giải bài toán như sự biến thiên theo thời
gian của phụ tải, về kết cấu hình dáng lưới điện, về điện áp lưới điện, về tính chất của các
loại thiết bị bù... nên các phương pháp và thuật toán giải bài toán bừ công suất phản kháng
trong lưới điện đều có dạng và hiệu quả khác nhau. Nội dung chủ yếu theo một số hướng
cụ thể như sau:
a. Phương pháp xác định dung lượng bù
theo bỉếu đồ CSPK của phụ tải
Dung lượng tụ bù nền: Qbnền= Q minDung lượng tụ điều khiển được xác định:
>Q>7;
Qmax

(1.1)

Qb.e. +Qdk

b. BÙ CSPK nâng cao hệ số costp
Bằng cách đặt các thiết bị bù tại các hộ tiêu
dùng điện để cung cấp CSPK cho chúng, ta giảm được lượng CSPK phải truyền tài trên

đường dây do đó nâng cao được hệ số coscp của mạng.
Dung lượng cần bù xác định theo công thức:
Qb= P(tgỌr-tgỌ2).a, [kVAr];

(1.2)

a = 0,9 + 1 - là hệ số xét đến khả năng nâng cao coscp bằng những phương pháp
không đòi hỏi đặt thiết bị bù.
c. Mô hình tính bù CSPK theo điều kiên cực tiểu tổn thất công suất
Bằng việc giải tích mạng điện, tính toán phân bố công suất ứng với mỗi chế độ xác
lập, ta tính được điện áp tại các nút và tần thất AP, AQ của lưới điện.
Khi đặt một giá trị Qbi nào đó vào nút 1 thì khi đó hao tổn là:
Trang
19


LUẬN VĂN THẠC sĩ

HVTH : LÊ NGUYÊN TÙNG - 1570395
GVHD: PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU

P/ I ÍQ, Qhl)
AP, - -——5LL.R..10 3 [kw];
P.2+(Q.-Q..V

AP, =

Xi.io

(1.3)

3

[kw];
(1.4)
Uị
Bài toán bù tối ưu CSPK theo điều kiện cực tiểu tổn thất công suất tác dụng được
phát biểu như sau:
Cần xác định các giá trị Qbi, Qb2,..., Qbr. sao cho:
F(Qbi,Qb2,..., Qbn)= AP(Qbi, Qb2,..., Qbn) -> min;

(1.5)

với các điều kiện biên:
(1.6)

Qmin.bi < Qbi < Qmax.biỉ

(1-7)
j=l

Từ biểu thức, thành lập hàm Lagrange:
L(Qbl, Qb2, Qbnỉ Xl, A.2,..., Àn) = F(Qbl, Qb2,..., Qbn) +

+ỉ^8,(QM.QK.-.Qta);

(1-8)

>1

d. Bài toán bù theo điều kiện điều chỉnh điện áp
Trước khi bù thì tổn thất điện áp trong mạng là:
=Ị^JTỆ(PIRI+QIXJ;

(!■’)

AU

Khi đặt bù thì tổn thất điện áp giảm đi một lượng là:
(1.10)
Như vậy sau khi đặt bù thì tổn thất trên đường dây còn lại là:
AU*=AU - AUb , [%];

(1.11)

Ta nhận thấy, để điện áp ở những điểm gần cuối của mạng đạt yêu cầu thì ở đầu
nguồn phải gia tăng thêm một lượng điện áp AE tương đương với AUb.

Trang 20


LUẬN VĂN THẠC sĩ

HVTH : LÊ NGUYÊN TÙNG - 1570395
GVHD: PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU

AE = AUb = —krQbTXi;
10U-

(2.12)

n

Neu biết AE ta tính được Qb, với đường dây cùng tiết diện:
10U2.AE
,[kVAr];
X
Với: X là điện kháng của đường dây tính đến đểm đặt bù, Q.

(2.13)

Nếu công suất cần bù quá lớn thì có thể chia ra làm nhiều điểm đặt bù. Ta có
phương trình: Qbi.Xi+ Qb2. X2 +... = 10Un2. AE;

(2.14)

e. Phương pháp bù theo điều kiện cực tiểu các chi phí
Xét mạng điện gồm n nút (không kế nút nguồn cung cấp), đối với mỗi nút i, ký hiệu
công suất cực đại của phụ tải Sti = Pti + jQti, công suất bù Qbi, đối với mồi nhánh i tổng
trờ nhánh Zi = Ri + jXi, công suất truyền tải đển cuối đường dây: Si = Pi+ jQi ( Vì mạng
có sơ đồ hở nên luôn có thể ký hiệu thứ tự nhánh theo số hiệu nút cuối của nó).
Tổn thất công suất tác dụng trên nhánh thứ i xác định theo công thức:
APj = 31^.10 3 =ͱ2LRÌ.1O-3 = AJ +BiQ12,[kW];(1.15)
với Pi, Qi, Ui đều được tính ở cuối nhánh; Khi tính gần đúng có thể lấy Ui = Un (điện áp
định mức tại nút i). Tổn thất tổng trong toàn mạng sẽ là:
AP = ỉ(Ai+B1Q,2),[kW];

(1.16)

i=l

trong đó: Ai, Bi là những hang so.
Gọi T là thời gian tổn thất công suất lớn nhất, CA là giá thành tổn thất AA, lấy bằng giá
bán điện trung bình, ta tính được chi phí tổn thất tổng hàng năm:
c = AP.T.CA, [đồng/năm];

(1.17)

Vốn đàu tư cho thiết bị bù đặt tại nút i:Vi = koi + kiQbi, [đồng];
trong đó: ki là suất vốn đầu tư tính cho một đơn vị công suất bù, đ/kVAr; koi là phần vốn
không phụ thuộc vào dung lượng bù, đồng/trạm.
Vốn đàu tư tổng cho thiết bị bù:
V = ẳY=Ề(k0i+kiQM).[đỒng]
i=l

i=l

Dùng hàm mục tiêu là cực tiểu chi phí tính toán, ta có:
Z = a.V+C = S[a.(kM.y+kiQK)+Ci.T(A1 I B,Q’)J^min;(l.l9)
Trang 21

(1.18)


LUẬN VĂN THẠC sĩ

HVTH : LÊ NGUYÊN TÙNG - 1570395
GVHD: PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU

Cần chú ý kol 0 chỉ khi Qbi ì 0. ngược lại koi = 0. Để thể hiện điều này, trong hàm

mục tiêu có sử dụng các biến nguyên yi với:
0khiQbi=0
lkhiQbi^0’

(1.20)

atc - hệ số tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư ban đầu.
Đây là trường hợp riêng của hàm pin tuyến, có chứa các điểm rời rạc tại gốc toạ độ.
Hệ ràng buộc cần thiết lập bao gồm:
- Mỗi nút có phương trình cân bằng CSPK dạng:
Qi +QH -Qti -Ẹ[Q„ +(ck +Dl.QỈ)] = 0; (1.21)
k

Với i = 1, 2, ..., n;
Tổng k lấy ứng với các nhánh nối với nút i có hướng công suất đi ra khỏi nút. Các
hệ số trong biểu thức xác định theo thông so nhánh:
Ck = Xxk;D =

u*
n

(1.22)

U’
2

n

- Giới hạn dung lượng bù tại các nút có thể viết dưới dạng:
Qbi.min< Qbi< Qbi.maxỉ i = 1,

2, 3,..., n;

(1-23)

- Giới hạn về tổng vốn đầu tư cho thiết bị bù:
ẳ(k0,+k,.QH)
(1.24)

1=1

- Giới hạn về thời gian thu hồi vốn: V - (C - Co).Tth < 0. (1.25)
trong đó: Co - chi phí tổn thất hàng năm khi chưa tính bù.
Bài toán được giải theo phương pháp quy hoạch phi tuyến xấp xỉ hoặc phương
pháp tuyến tính hoá, sai số của phép xấp xỉ có thê khống chế được theo yêu càu. Xét hàm
chi phí tổng khi đặt bù: z= Z1+ Z2+ Z3 —> min;

(1-26)

Tuy nhiên, với Qbi tìm được cần phải kiểm tra với các điều kiện ràng buộc sau:
(1.27)

SQbi=Qbs;

Trang 22


LUẬN VĂN THẠC sĩ

HVTH : LÊ NGUYÊN TÙNG - 1570395
GVHD: PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU

0 < Qbi < Qhimaxị

(1.28)

I < Imax.

(1.29)

f. Bù công suất phản kháng dựa trên chỉ tiêu tối đa
hoá các tiết kiệm
Điều yêu cầu là tối uu dung luợng và vị trí lắp đặt của n tụ bù trên một xuất tuyến
phân phối ba pha hình tia nhằm tối thiểu hoá tổn thất công suất và tổn thất điện năng. Cụ
thể hơn là chúng ta tìm các vị trí i (i = 1, 2,n) và các kích cỡ Qbi (i = 1, 2, n) của các tụ bù
ngang theo hình 2.4 để cục đại hoá các tiết kiệm ròng bằng tiền đạt được cho chương trình
lắp đặt tụ.

p 1 +jQi

Q|,1

Prt-JQi Qbi

Hình 1.2.4 Bù phân bổ tại các điểm tải
Các tiết kiệm ròng đạt được từ việc giảm tổn thất công suất và tổn thất điện năng:

s = Co.DP + CA.DA - KcEQbi => max;

(1.30)

Với Cp, CA, KC là các hệ số kinh tế, giá của mỗi đơn vị tổn thất công suất, tổn thất
điện năng và dung lượng tụ bù.
Dp, DA - Độ giảm công suất đỉnh, độ giảm tổn thất điện năng do tác dụng của n tụ
bù ngang.
Mô hình này có thể giải bằng phương pháp lặp cho từng bài toán nhỏ, tìm biến tối ưu
cục bộ (vị trí, kích cỡ, thời gian đóng cắt tối ưu) từ đó xác định lời giải tối ưu toàn cục.
1.3. KẾT LUẬN
- Mục tiêu của việc bù CSPK để giảm tổn thất công suất dẫn đến giảm tổn thất
điện năng. Do đó nâng cao hiệu quả kinh tế.
- Có rất nhiều phương pháp tính toán bù công suất phản kháng được soạn thảo.
Mỗi phương pháp có ưu, nhược điểm riêng và thích hợp trong những trường
hợp tính toán nhất định, nhưng nhìn chung các mô hình đều có hàm mục tiêu
là chi phí cho bù nhỏ nhất trên cơ sở đảm bảo các điều kiện kỹ thuật của lưới
điện, điện áp của nút nằm trong giới hạn cho phép, giảm tổn thất điện năng.
Trang 23


LUẬN VĂN THẠC sĩ

HVTH : LÊ NGUYÊN TÙNG - 1570395
GVHD: PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU

- Các phương pháp chủ yếu áp dụng đối với mạng hình tia đơn giản hoặc các
mạng có phụ tải nối trực tiếp trên đường dây.
- Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật chỉ được xét đến một cách độc lập ở từng
phương pháp.
- Chính vì vậy, việc phân tích để đi đến lựa chọn một phương pháp tính toán
phù hợp với đối tượng cụ thể là hết sức quan trọng.

Trang 24


LUẬN VĂN THẠC sĩ

HVTH : LÊ NGUYÊN TÙNG - 1570395
GVHD: PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU ẢNH HƯỞNG QUA LẠI CỦA THIẾT BỊ BÙ VÀ
PHẰN TỬ MẠNG ĐIỆN
Các hệ thống tụ bù thường có dưng lượng từ 20-50MVAR khi được mắc vào lưới
truyền tải và từ 50-1000kVAr khi mắc vào lưới phân phối. Tuy rằng các hiện tượng quá
độ trong quá trình điều khiển đóng cắt tụ được mô tả bằng các phương trình vi phân nhưng
trong thực tế để xác định các thông số quá độ xung áp, xung dòng ở các thời điểm khác
nhau trong quá trình đóng cắt là rất khó khăn. Hiện nay có rất nhiều các phương pháp xác
định các thông so tính toán của tác động khi đóng cắt tụ.
2.1. Tác động quá độ trong quá trình đóng cắt tụ
Quá độ khi đóng điện vào trạm tụ làm việc độc lập

2.1.1.

Khi đóng điện vào trạm tụ bù chênh lệch giữa điện áp tức thời của lưới và của tụ sẽ
xuất hiện một xung dòng và xung điện áp có biên độ có thể rất lớn, phụ thuộc vào thời
điểm đóng điện. Giá trị của xung dòng và tần số dao động được tính theo biểu
thức: Ụ =

(2.1)

trong đó: us: điện áp (pha) tức thời của hệ thống, kV;

Uc: điện áp (pha) tức thời trên dàn tụ, kv;
C: điện dung trạm tụ, F;
Bảng 2.1 Giá trị biên độ xung áp và xung
dòne.
!42mH1

CD

22kV

Hình 2.la Sff đồ mô phỗng đóng điện
vào dậy tụ làm việc độc lập.

ms
Uc(0)\
ó
0,5pu
- 0,5pu
lpu
-lpu

Trang 25

0

5

1,1/1,8 1,8/8,0
1,4/4,5 1,4/44
1,4/4,8 2,3/11,6

1,8/8,2
10/1,0
1,7/8,6 2,7/15,1

10

15

1,1/1,8 1,9/7,9
1,4/4,8 2,3/11,6
1,4/4,5 1,4/4,4
1,7/8,5 2,8/15,3
1,8/8,2 1,0/1,1