Tính toán bù tối ưu công suất phản kháng cho lưới điện phân phối công ty điện lực quảng bình

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

HÀ SƠN HẠ LONG

TÍNH TOÁN BÙ TỐI ƢU CÔNG SUẤT
PHẢN KHÁNG CHO LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
CÔNG TY ĐIỆN LỰC QUẢNG BÌNH

Chuyên ngành:Kỹ thuật điện
Mã số: 8520201

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN THỊ ÁI NHI

Đà Nẵng - Năm 2018


LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Trong luận văn có sử
dụng một số bản vẽ của các đồng nghiệp; trích dẫn một số bài viết, tài liệu chuyên
ngành liên quan đến lưới điện phân phối của Việt Nam.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai

công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận văn

HÀ SƠN HẠ LONG


MỤC LỤC
TRANG BÌA
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT VÀ TIẾNG ANH
DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. Lý do lựa chọn đề tài ...............................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu ...............................................................................................2
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ...........................................................................2
4. Tên đề tài .................................................................................................................2
5. Bố cục luận văn .......................................................................................................2
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ CÔNG SUẤT
PHẢN KHÁNG ...............................................................................................................3
1.1. Tổng quát lƣới điện phân phối .............................................................................3
1.2. Các biện pháp nâng cao hiệu quả kinh tế vận hành LĐPP ..................................3
1.3. Công suất phản kháng ..........................................................................................5

1.3.1. Khái niệm công suất phản kháng ..................................................................5
1.3.2. Sự tiêu thụ công suất phản kháng .................................................................6
1.3.3. Các nguồn phát CSPK ..................................................................................7
1.4. Kết luận chƣơng 1 ................................................................................................7
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG ......................8
2.1. Tổng quan về bù công suất phản kháng lƣới điện phân phối ...............................8
2.1.1. Khái niệm bù công suất phản kháng .............................................................8
2.1.2. Hệ số công suất và sự điều chỉnh ..................................................................8
2.1.3. Mục tiêu và lợi ích bù công suất phản kháng ...............................................9
2.2. Bù tự nhiên lƣới điện phân phối .........................................................................10
2.2.1. Điều chỉnh điện áp ......................................................................................10
2.2.2. Nghiên cứu các phƣơng thức vận hành tối ƣu ............................................10

2.2.3. Nâng cao hệ số công suất tự nhiên .............................................................11
2.3. Bù kinh tế lƣới điện phân phối ...........................................................................11
2.3.1. Khái niệm dòng tiền tệ ................................................................................12
2.3.2. Công thức tính giá trị tƣơng đƣơng cho các dòng tiền tệ đơn và phân
bố đều ....................................................................................................................12
2.3.3. Phƣơng pháp giá trị hiện tại ........................................................................13
2.3.4. Bù tối ƣu theo phƣơng pháp phân tích động theo dòng tiền tệ ...................13
2.4. Kết luận chƣơng 2 ..............................................................................................17


CHƢƠNG 3. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PSS/ADEPT VÀ CÁC ỨNG DỤNG
TRONG LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ..............................................................................18

3.1. Giới thiệu phần mềm PSS/ADEPT ....................................................................18
3.1.1. Khái quát chung ..........................................................................................18
3.1.2. Tính toán phân bố công suất .......................................................................19
3.1.3. Tối ƣu hóa việc lắp đặt tụ bù ......................................................................19
3.1.4. Thuận lợi và khó khăn khi sử dụng phần mềm PSS/ADEPT. ....................22
3.2. Các bƣớc thực hiện khi ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT ...............................22
3.2.1. Thu thập, xử lý và nhập số liệu lƣới điện cần tính toán trên PSS/ADEPT .23
3.2.2. Thể hiện lƣới điện trên giao diện đồ hoạ của PSS/ADEPT ........................31
3.3. Kết luận chƣơng 3 ..............................................................................................32
CHƢƠNG 4. ỨNG DỤNG PSS/ADEPT TÍNH TOÁN BÙ TỐI ƢU CHO LƢỚI
ĐIỆN PHÂN PHỐI CÔNG TY ĐIỆN LỰC QUẢNG BÌNH.......................................33
4.1. Tổng quan ...........................................................................................................33

4.2. Đánh giá tình hình tổn thất điện năng lƣới điện Quảng Bình: ...........................33
4.2.1. Tình hình tổn thất điện năng: ......................................................................33
4.2.2. Nhận xét: .....................................................................................................33
4.3. Cấu trúc của hệ thống lƣới điện tỉnh Quảng Bình: ............................................34
4.3.1. Đặc điểm lƣới phân phối tỉnh Quảng Bình: ................................................34
4.3.2. Hiện trạng nguồn và lƣới điện: ...................................................................34
4.3.3. Phƣơng thức kết dây cơ bản hiện tại của LĐPP tỉnh Quảng Bình: ............36
4.3.4. Phƣơng án cấp điện khi sự cố: ....................................................................37
4.4. Đồ thị phụ tải của các XT điển hình: .................................................................39
4.5. Khảo sát tình hình bù hiện trạng ........................................................................40
4.6. Sử dụng phần mềm PSS/ADEPT tính toán phân bố công suất và tính toán bù tối
ƣu cho một số XT điển hình của Công ty Điện lực Quảng Bình: .............................40

4.6.1. Mục đích tính toán ......................................................................................40
4.6.2. Tính toán phân bố công suất ban đầu .........................................................40
4.6.3. Tính toán bù ................................................................................................41
4.7. So sánh hiệu quả kinh tế các phƣơng án bù .......................................................53
4.8. Kết luận chƣơng 4 ..............................................................................................63
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................64
DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ ........................................66
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................67

PHỤ LỤC
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO)
BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC

PHẢN BIỆN.


TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT VÀ TIẾNG ANH
TÍNH TOÁN BÙ TỐI ƢU CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO LƢỚI
ĐIỆN PHÂN PHỐI CÔNG TY ĐIỆN LỰC QUẢNG BÌNH
Học viên: Hà Sơn Hạ Long - Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số:
- Khóa: K34 - Trƣờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN
Tóm tắt – Theo dự báo của tổng sơ đồ VII có điều chỉnh về việc phê duyệt Đề án
điều chỉnh Quy hoạch phát triển Điện lực Quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đến
năm 2030 thì ngành Điện vẫn còn thiếu điện cả công suất tác dụng và công suất

phản kháng (CSPK). Mặt khác, nhiều nhà máy phát điện ngoài ngành điện vì lợi ích
cục bộ nên chủ yếu phát công suất tác dụng lên lƣới, gây thiếu hụt CSPK rất lớn
cho hệ thống. Bên cạnh đó, lƣới điện phân phối (LĐPP) liên tục thay đổi và phát
triển, ngoài việc đáp ứng đủ nhu cầu công suất tác dụng cho phụ tải, cần chú trọng
đáp ứng nhu cầu công suất phản kháng (CSPK). Việc bù CSPK sẽ cho phép nâng
cao chất lƣợng điện năng cũng nhƣ hiệu quả kinh tế của LĐPP. Luận văn trình bày
kết quả nghiên cứu từ cơ sở dữ liệu hiện có của lƣới điện Công ty Điện lực Quảng
Bình (QBPC), các thông số lƣới điện từ phần mềm MDMS và phần mềm
PSS/ADEPT đang áp dụng cho lƣới điện thuộc Tổng Công ty Điện lực Miền Trung.
Từ đó, đánh giá hiệu quả các phƣơng án bù tối ƣu cho lƣới điện trung áp, hạ áp
nhằm đề xuất phƣơng án bù tối ƣu cho LĐPP.
Từ khóa – Lƣới điện phân phối; Công suất tác dụng; Công suất phản kháng; Phần

mềm MDMS...

CALCULATION FOR OPTIMAL REACTIVE POWER
COMPENSATION IN ELECTRICITY DISTRIBUTION GRIDS OF
QUANG BINH POWER COMPANY
Abstract – According to the Revised Power Master Plan VII which is about
approving the scheme for revisions to the National power development plan from
2011 to 2020 which visions extended to 2030, there has been a shortage of not only
active power but also reactive power in the electricity industry. On the other hand,
many power plants mainly discharge active power to distribution grids due to their
own benefits, thus creating a huge shortage of reactive power for the electrical
system. In addition, distribution grids continuosly change and develop, which

requires electricity companies to supply enough not only active power but also
reactive power demanded by the load. Reactive power compensation will improve
power quality and economic efficiency. This essay demonstrates results of research
on existing database of the Quang Binh Power company’s electricity distribution
grid, the grid parameters extracted from the MMDS software and PSS/ADEPT
software applied for distribution grids of Central Power Corporation Vietnam; hence
evaluating the effectiveness of optimal compensation in medium voltage and low
voltage power grids, in order to propose optimal solutions for compensation in
electricity distribution grids.
Key words – Electricity distribution grid; Active power; Reactive power; MMDS
software...

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

EVNCPC

:

Tổng Công ty Điện lực Miền Trung

QBPC

:

Công ty Điện lực Quảng Bình

LĐPP

:

Lƣới điện phân phối

CSPK

:

Công suất phản kháng

TTG

:

Trạm trung gian

MBA

:

Máy biến áp

TBA

:

Trạm biến áp

DCL

:

Dao cách ly

XT

:

Xuất tuyến

CS

:

Công suất

TA

:

Trung áp

HA

:

Hạ áp

TA+HA

:

Trung áp kết hợp Hạ áp

TTĐN

:

Tổn thất điện năng


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 4.1: Tình hình tổn thất điện năng từ năm 2014 - 2017 ........................................33
Bảng 4.2: Tổn thất sau bù tự nhiên ................................................................................41
Bảng 4.3: Hệ số bù k .....................................................................................................44
Bảng 4.4: Tổn thất sau bù trung áp................................................................................46
Bảng 4.5: Tổn thất công suất sau bù hạ áp ....................................................................49
Bảng 4.6: Tổn thất sau bù trung áp kết hợp với hạ áp ...................................................51

Bảng 4.7: Tính toán kinh tế ở phƣơng án bù trung áp ...................................................54
Bảng 4.8: Tính toán kinh tế ở phƣơng án bù hạ áp .......................................................57
Bảng 4.9: Tính toán kinh tế ở phƣơng án bù trung áp kết hợp hạ áp ............................60
Bảng 4.10: So sánh giá trị lợi nhuận ròng NPV giữa các phƣơng án ...........................63


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1: Giản đồ vectơ dòng điện và công suất ............................................................8
Hình 2.2: Giản đồ vectơ điều chỉnh hệ số công suất .......................................................9
Hình 2.3: Biểu đồ dòng tiền tệ giả định.........................................................................12
Hình 3.1: Lƣu đồ thuật toán tối ƣu hóa vị trí lắp đặt tụ bù ............................................20
Hình 3.2: Biểu đồ phụ tải sản xuất ................................................................................28

Hình 3.3: Biểu đồ phụ tải dịch vụ..................................................................................28
Hình 3.4: Biểu đồ phụ tải ánh sáng sinh hoạt ................................................................29
Hình 3.5: Biểu đồ phụ tải khách sạn..............................................................................29
Hình 3.6: Biểu đồ phụ tải trạm bơm ..............................................................................30
Hình 3.7: Biểu đồ phụ tải chiếu sáng công cộng ...........................................................30
Hình 3.8: Biểu đồ phụ tải cơ quan .................................................................................31
Hình 3.9: Mô phỏng lƣới điện trên giao diện đồ họa PSS/A DEPT .............................31


1

MỞ ĐẦU

1. Lý do lựa chọn đề tài
Sự phát triển của Ngành điện đi cùng với sự phát triển của đất nƣớc, sự biến
động của Ngành điện sẽ mang lại những ảnh hƣởng không nhỏ đến tình hình kinh tế,
chính trị, xã hội của một Quốc gia. Trong thời kỳ hội nhập kinh tế quốc tế, vai trò của
Ngành điện ngày càng đặc biệt quan trọng. Chúng ta biết rằng trong vòng những năm
tới, nguy cơ thiếu hụt điện năng là điều không thể tránh khỏi vì lý do là các trung tâm
Thủy điện, Nhiệt điện, Điện khí lớn gần nhƣ đã đƣợc khai thác triệt để. Đồng thời, các
nhà máy điện thƣờng đƣợc xây dựng ở nơi gần nguồn nhiên liệu hoặc chuyên chở
nhiên liệu thuận lợi, trong khi đó các trung tâm phụ tải lại ở xa, do vậy phải dùng lƣới
truyền tải để chuyển tải điện năng đến các phụ tải. Vì lý do an toàn ngƣời ta không
cung cấp trực tiếp cho các phụ tải bằng lƣới truyền tải mà dùng lƣới phân phối. Đây là
khâu cuối cùng của hệ thống điện đƣa điện năng đến hộ tiêu dùng.

Lƣới phân phối thƣờng đƣợc phân bố trên diện rộng, gồm nhiều nhánh nút phụ
tải, vì vậy khi truyền năng lƣợng trên đƣờng dây đến các hộ tiêu thụ sẽ gây nên tổn
thất công suất, tổn thất điện năng, làm giảm chất lƣợng điện năng … trong khi nhu cầu
tiêu thụ điện năng ngày càng cao, đòi hỏi đáp ứng đầy đủ kịp thời không chỉ về số
lƣợng mà cả về chất lƣợng. Để hạn chế các vấn đề trên, ngƣời ta đƣa ra phƣơng pháp
nhƣ hoàn thiện cấu trúc lƣới, điều chỉnh điện áp, bù công suất phản kháng…
Vì vậy, việc nghiên cứu giải quyết các vấn đề kỹ thuật trong lƣới phân phối nói
riêng và hệ thống điện nói chung là một nhu cầu tất yếu đối với hệ thống điện
Việt Nam.
Do đặc thù phụ tải điện của hệ thống điện miền Trung nói chung và của Công
ty Điện lực Quảng Bình nói riêng thì phụ tải giờ cao điểm và giờ thấp điểm thƣờng
lệch nhau rất lớn nên giờ cao điểm thƣờng thiếu công suất trong khi đó vào giờ thấp

điểm thì công suất phản kháng lại phát ngƣợc về nguồn. Thêm vào đó, khả năng phát
công suất phản kháng của các nhà máy điện rất hạn chế cos = 0,8 - 0,85. Vì lý do
kinh tế, ngƣời ta không làm các máy phát có khả năng phát nhiều công suất phản
kháng đủ cho chế độ phụ tải (trong trƣờng hợp max), mà nó chỉ gánh chức năng điều
chỉnh công suất phản kháng trong hệ thống điện làm cho nó đáp ứng đƣợc nhanh
chóng yêu cầu luôn thay đổi của phụ tải. Phần còn lại trông vào các nguồn công suất
phản kháng đặt thêm tức là nguồn công suất bù [1].
Xuất phát từ các lý do trên, hiện nay EVN đang giao chƣơng trình tính toán bù
cho các Công ty Điện lực [4] yêu cầu bù tại các thanh cái trạm biến áp 110 KV và
trung áp ở các tỉnh thành trong đó có tỉnh Quảng Bình. Ngoài ra do sự phát triển thay
đổi lƣới điện chƣa đồng bộ cộng với việc các phụ tải liên tục thay đổi trong những

2
năm qua dẫn đến vị trí lắp đặt tụ bù không còn hợp lý nữa nên việc nghiên cứu tính
toán bù tối ƣu lƣới điện phân phối cho Công ty Điện lực Quảng Bình và các tỉnh thành
khác là vấn đề cấp thiết và quan trọng.
2. Mục đích nghiên cứu
- Phân tích các chế độ làm việc hiện hành của lƣới phân phối Công ty Điện lực
Quảng Bình (QBPC).
- Tìm hiểu các chế độ bù công suất phản kháng hiện tại trên lƣới phân phối của
Công ty Điện lực Quảng Bình.
- Ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT để tính toán lựa chọn dung lƣợng bù và vị
trí bù hợp lý nhằm giảm tổn thất cho lƣới điện để tăng hiệu quả kinh tế cho lƣới phân

phối 22KV tỉnh Quảng Bình.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tƣợng nghiên cứu:
Nghiên cứu về mặt lý thuyết và thực tiễn các vấn đề liên quan đến bù tối ƣu
công suất phản kháng cho lƣới điện phân phối tỉnh Quảng Bình, tính toán bù bằng
phần mềm PSS/ADEPT.
- Phạm vi nghiên cứu:
+ Phƣơng pháp tính toán các chế độ làm việc trong lƣới phân phối.
+ Giải pháp bù cho lƣới phân phối.
+ Phần mềm PSS/ADEPT để tính toán giải tích mạng điện và ứng dụng modul
CAPO để tính toán bù tối ƣu cho lƣới phân phối Công ty Điện lực Quảng Bình
4. Tên đề tài

Căn cứ mục đích, đối tƣợng, phạm vi và phƣơng pháp nghiên cứu, đề tài đƣợc
đặt tên: “Tính toán bù tối ƣu công suất phản kháng cho lƣới điện phân phối Công
ty Điện lực Quảng Bình”.
5. Bố cục luận văn
Trên cơ sở mục đích nghiên cứu, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu, nội dung đề
tài dự kiến nhƣ sau:
- Chƣơng mở đầu.
- Chƣơng 1: Tổng quan về lƣới điện và bù công suất phản kháng.
- Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết bù công suất phản kháng.
- Chƣơng 3: Giới thiệu về phần mềm PSS/ADEPT và các ứng dụng trong lƣới
phân phối.
- Chƣơng 4: Ứng dụng PSS/ADEPT tính toán bù tối ƣu cho lƣới điện phân phối

Công ty Điện lực Quảng Bình.


3

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
VÀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
1.1. Tổng quát lƣới điện phân phối
Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đƣờng dây truyền
tải và phân phối điện đƣợc nối với nhau thành hệ thống làm nhiệm vụ sản xuất, truyền
tải và phân phối điện năng. Phụ tải phát triển với tốc độ ngày càng cao, vì vậy cần xây

dựng các nhà máy có công suất lớn. Vì lý do kinh tế và môi trƣờng, các nhà máy điện
đƣợc xây dựng ở những nơi gần nguồn nhiên liệu. Trong khi đó các trung tâm phụ tải
lại ở xa, do vậy phải dùng lƣới điện truyền tải để chuyển tải điện năng đến các phụ tải.
Điện năng đƣợc cung vấp cho phụ tải thông qua lƣới điện phân phối (LĐPP). LĐPP
trung áp có các cấp điện áp 6, 10, 15, 22, 35KV; phân phối điện cho các trạm biến áp
phân phối trung-hạ áp, lƣới hạ áp cấp điện trực tiếp cho các phụ tải hạ áp. LĐPP có
nhiệm vụ chính trong việc đảm bảo chất lƣợng 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 lƣới điện và cho con ngƣời.
- Chi phí xây dựng lƣới điện là kinh tế nhất.
- Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện nhất, bằng các biện pháp nhƣ có thể có

nhiều nguồn cung cấp, có đƣờng dây dự phòng, có nguồn thay thế, cấu trúc mạng kín
vận hành hở…
- Vận hành dễ dàng, linh hoạt và phù hợp với việc phát triển lƣới điện trong
tƣơng lai.
- Đảm bảo chất lƣợng điện năng cao nhất về ổn định tần số và ổn định điện áp.
- Đảm bảo chi phí vận hành, bảo dƣỡng là nhỏ nhất.
LĐPP có thể thiết kế, vận hành trên không hoặc ngầm dƣới đất. LĐPP ngầm
thƣờng xây dựng ở khu vực thành phố có mật độ phụ tải cao để đảm bảo mỹ quan, an
toàn cung cấp điện.
1.2. Các biện pháp nâng cao hiệu quả kinh tế vận hành LĐPP
LĐPP có ảnh hƣởng lớn đến các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật của hệ thống điện, cụ
thể là:

- Chất lƣợng cung cấp điện ảnh hƣởng trực tiếp đến các hộ tiêu thụ.
- Tổn thất điện năng thƣờng gấp 3 – 4 lần so với lƣới điện truyền tải.


4
- Giá đầu tƣ xây dựng chiếm tỷ trọng lớn: nếu chia theo tỷ lệ vốn đầu tƣ mạng
cao áp là 1 thì mạng phân phối trung áp thƣờng 1,5 – 2 lần và mạng phân phối hạ áp
thƣờng 2 – 2,5 lần.
- Xác suất ngừng cung cấp điện do sự cố, sửa chữa bảo quản theo kế hoạch, cải
tạo, đóng điện trạm mới trên LĐPP cũng nhiều hơn lƣới điện truyền tải. 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 hầu 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
thƣờng đƣợc quan tâm giải quyết:
- Bài toán tối ƣu hoá cấu trúc sơ đồ lƣới, tiêu chuẩn hoá tiết diện dây dẫn và
công suất trạm.
- Bài toán điều khiển vận hành nhằm giảm tổn thất, nâng cao chất lƣợng điện
năng và độ tin cậy cung cấp điện.
- Bài toán đặt thiết bị bù tối ƣu nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế cung cấp điện.
Trong đó, bài toán đặt thiết bị bù tối ƣu là một trong những biện pháp kỹ thuật
giải quyết hiệu quả tổng hợp nhất. Tuy nhiên, bài toán bù công suất phản kháng
(CSPK) trong LĐPP là bài toán phức tạp vì [1]:
- 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 trƣởng không ngừng.
- Thiếu thông tin chính xác về đồ thị phụ tải phản kháng.
- Công suất tụ là biến rời rạc.
Trƣớc các khó khăn đó, để có thể giải quyết đƣợc bài toán bù, phải phân chia
bài toán bù thành các bài toán nhỏ hơn và áp dụng các giả thiết giản ƣớc khác nhau.
Các giả thiết giản ƣớc phải đảm bảo không làm sai lệch quá mức đến kết quả
tính toán, nó phải đảm bảo lời giải phải gần với lời giải tối ƣu lý thuyết. Các giả thiết
giản ƣớc đƣợc thừa nhận rộng rãi và có thể đƣợc áp dụng là:
- Bài toán bù đƣợc giải riêng cho từng xuất tuyến trung áp.
- Giả thiết đồ thị phụ tải của các trạm phân phối trong cùng xuất tuyến trung áp
là nhƣ nhau và giống nhƣ đồ thị phụ tải đo đƣợc ở đầu xuất tuyến trung áp. Đồ thị phụ
tải phản kháng có thể đƣợc đặc trƣng bởi CSPK trung bình Qtb hay hệ số sử dụng

CSPK Ksd = Qtb/Qmax và thời gian sử dụng CSPK Tqmax.
- Bài toán so sánh các phƣơng án bù tối ƣu trong cùng một xuất tuyến sẽ đƣợc
thực hiện cùng một chế độ phụ tải.
- Coi Qb không phụ thuộc điện áp và lợi ích do bù không đổi trong suốt thời
gian vận hành.


5
- Giả thiết suất đầu tƣ tụ bù có quan hệ tuyến tính với công suất cụm tụ. Bài
toán bù CSPK trong LĐPP giải quyết đƣợc nhiều vấn đề cơ bản trong công tác tối ƣu
hoá hệ thống cung cấp điện, trong đó tính tổng quát của bài toán đƣợc xét trên nhiều
phƣơng diện khác nhau. Luận văn sẽ nghiên cứu giải quyết bài toán đặt thiết bị bù để

nâng cao hiệu quả kinh tế trong lƣới điện.
1.3. Công suất phản kháng
1.3.1. Khái niệm công suất phản kháng
Một mạch điện có tải là điện trở R và điện kháng X đƣợc cung cấp bởi điện áp:
u = Um sint nhƣ hình vẽ 1-1:

Z

X


R

Hình 1-1: Tam giác tổng trở
Dòng điện i lệch pha với u một góc : i = Imsin(t - )
Hay i = Im (sint cos- sincost) = i1 + i2
i1 = Im cossint và i2 = -Im sincost = Im sinsin(t+/2)
Nhƣ vậy dòng điện i là tổng của hai thành phần:
+ i1 có biên độ Imcoscùng pha với điện áp
+ i2 có biên độ Imsinsớm pha so với điện áp một góc /2.
Công suất tƣơng ứng với hai thành phần i’ và i” là:
+ P = U.I cosgọi là công suất tác dụng
+ Q = U.I singọi là CSPK
Từ tam giác tổng trở hình 1-1 ta có thể viết:

+ P = U.I cos= (Z.I).(I.cos) = Z.I2.R/Z = R.I2
+ Q = U.I sin= (Z.I).(I.sin) = Z.I2.X/Z = X.I2
Vậy CSPK của một nhánh nói lên cƣờng độ của quá trình dao động năng lƣợng.
Ta có thể biểu diễn quan hệ S, P, Q nhƣ hình 1-2:

U.Icos P
U

U.Isin
U.I
Q
S

Hình 1-2: Tam giác công suất
Các thành phần mang tính điện kháng hay điện dung trong mạng điện sẽ sử
dụng CSPK.


6
1.3.2. Sự tiêu thụ công suất phản kháng
CSPK đƣợc tiêu thụ ở động cơ không đồng bộ, máy biến áp, trên đƣờng dây tải
điện và mọi nơi có từ trƣờng. Yêu cầu CSPK chỉ có thể giảm đến tối thiểu chứ không
thể triệt tiêu đƣợc, vì nó cần thiết để tạo ra từ trƣờng, yếu tố trung gian trong quá trình
chuyển hoá điện năng. Sự tiêu thụ CSPK đƣợc phân chia một cách gần đúng nhƣ sau:

- Động cơ không đồng bộ tiêu thụ khoảng 60 đến 65%
- Máy biến áp tiêu thụ khoảng 22 đến 25 %
- Đƣờng dây tải điện và các phụ tải khác tiêu thụ khoảng 10%.
a) Động cơ không đồng bộ là thiết bị tiêu thụ CSPK chính trong lƣới điện.
CSPK tiêu thụ trong động cơ không đồng bộ gồm có 2 thành phần:
- Một phần nhỏ CSPK đƣợc sử dụng để sinh ra từ trƣờng tản trong mạch điện
sơ cấp và thứ cấp, đƣợc tính theo công thức sau:
Q

P 
1
I 

 tgđm 
. O 
Pđm .đm 
cosđm I đm 

(1-1)

Trong đó:
+ P là công suất tải thực tế của động cơ.
+ Pđm, cosđm, Iđm lần lƣợt là công suất định mức, hệ số công suất định mức,
dòng điện định mức của động cơ.
+ đm là hiệu suất của động cơ theo định mức.

+ Io là dòng điện không tải.
- Phần lớn công suất còn lại dùng để sinh ra từ trƣờng khe hở không khí, đƣợc
tính theo công thức:
Q

Pđm

đm

1
I
. O

cosđm I đm

(1-2)

b) Máy biến áp tiêu thụ CSPK nhỏ hơn động cơ không đồng bộ vì không có
khe hở không khí. CSPK tiêu thụ trong máy biến áp gồm có 2 thành phần:
- Một phần CSPK dùng để từ hoá lõi thép không phụ thuộc vào tải, đƣợc tính
theo công thức:
Qo 

io % S đm
100

(1-3)

Trong đó:
+ Sđm là công suất định mức của máy biến áp.
+ io là dòng điện không tải tính theo % của dòng điện định mức máy biến áp.
- Một phần CSPK khác dùng để tản từ trong máy biến áp, thành phần này phụ
thuộc tải, đƣợc tính theo công thức:


7
Qtt   2

u N % S đm
100

(1-4)

Trong đó:
+ là hệ số mang tải của máy biến áp.
+ uN% là điện áp ngắn mạch phần trăm.
c) Đèn huỳnh quang: các đèn huỳnh quang vận hành có một chấn lƣu để hạn
chế dòng điện. Tuỳ theo điện cảm của chấn lƣu, hệ số công suất nằm trong khoảng
0,8- 0,9. Tuy CSPK tiêu thụ trong đèn nhỏ, nhƣng số lƣợng đèn sử dụng nhiều, nên

tổng CSPK tiêu thụ khá lớn. Ngày nay các đèn huỳnh quang hiện đại có bộ khởi động
điện tử, hệ số công suất gần bằng 1, tuy nhiên các bộ khởi động điện tử này sinh ra các
sóng hài.
1.3.3. Các nguồn phát CSPK
Một trong những nguồn phát CSPK là các đƣờng dây, nhất là các đƣờng dây
siêu cao áp. Tuy nhiên, trong khuôn khổ luận văn chỉ xét trong phạm vi LĐPP, do vậy
chỉ lƣu ý đƣờng dây 35kV dài và cáp ngầm. Nguồn phát CSPK của các nhà máy điện
rất hạn chế do cosφđm = (0,8 – 0,85) [1]. Vì lý do kinh tế ngƣời ta không chế tạo các
máy phát có khả năng phát nhiều CSPK cho phụ tải. Các máy phát chỉ đảm đƣơng một
phần nhu cầu CSPK của phụ tải, phần còn lại do các thiết bị bù đảm trách. Vì vậy cần
thiết phải nghiên cứu bù CSPK.
1.4. Kết luận chƣơng 1

LĐPP cung cấp điện năng trực tiếp cho phụ tải nên yêu cầu chất lƣợng điện
năng cao nhất. Mặt khác LĐPP có nhiều ảnh hƣởng đến các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật
của hệ thống điện, nên việc nghiên cứu thiết kế, vận hành tối ƣu LĐPP sẽ đem lại lợi
ích rất 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.
Ngoài yêu cầu công suất tác dụng, phụ tải còn yêu cầu công suất phản kháng,
mặc dù nó không sinh ra công, nhƣng cần thiết tạo ra từ trƣờng trong quá trình chuyển
hóa điện năng. Vì lý do kinh tế ngƣời ta không chế tạo các máy phát có khả năng phát
nhiều công suất phản kháng cho phụ tải. Vì vậy cần thiết phải nghiên cứu bù CSPK để
đáp ứng cho phụ tải.

8

CHƢƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
2.1. Tổng quan về bù công suất phản kháng lƣới điện phân phối
2.1.1. Khái niệm bù công suất phản kháng
Trong quá trình cung cấp điện năng, một số phụ tải có nhu cầu đƣợc cung cấp
CSPK, mặc dù không sinh ra công, nhƣng cần thiết để tạo ra từ trƣờng, một yếu tố
trung gian trong quá trình chuyển hoá điện năng. Sự truyền tải CSPK trên đƣờng dây
cũng nhƣ trong máy biến áp, sẽ làm xấu đi các chỉ số kinh tế-kỹ thuật của mạng điện.
Do đó vấn đề đặt ra là giảm sự truyền tải CSPK trên đƣờng dây và các phần tử có dòng
điện chạy qua. Để giảm truyền tải CSPK trong mạng điện, có thể đặt các thiết bị bù

một chiều (dùng tụ điện tĩnh bù ngang) hoặc thiết bị bù hai chiều (máy bù tĩnh - SVC
hay máy bù đồng bộ) nhằm cung cấp thêm CSPK cho mạng điện tại các vị trí gần phụ
tải gọi là bù CSPK.
2.1.2. Hệ số công suất và sự điều chỉnh
Hệ số công suất: một phụ tải có tổng dẫn Y = G + jB đƣợc cung cấp bởi điện áp
U, thì có dòng điện I chạy qua: I = U .(G + jB) = IR + jIX. Dòng điện I có thành phần
tác dụng IR cùng pha với điện áp U giả sử góc pha có điện áp bằng 0 ( U =U) và thành
phần phản kháng IX vuông góc với U, góc giữa U và I là φ nhƣ Hình 2.1 a).
IR



U


P
Q
S

IX

IX

a)

I

b)

Hình 2.1: Giản đồ vectơ dòng điện và công suất
Công suất biểu kiến S = U . I * = U.(IR - jIX ) = P - jQ. Vậy công suất biểu
kiến có thành phần thực P và thành phần phản kháng Q. Quan hệ S, P, Q thể hiện trên
Hình 2.1 b).
Xét tỷ lệ

P

 cos  . Hệ số cosφ gọi là hệ số công suất. Vậy hệ số công suất là
S

hệ số biểu thị sự chuyển đổi công suất biểu kiến sang các dạng năng lƣợng hữu ích
khác.


9
Điều chỉnh hệ số công suất: Nguyên tắc điều chỉnh hệ số công suất là bù CSPK,
tức là cung cấp tại chỗ bằng cách nối song song tải với một thiết bị bù có tổng dẫn
phản kháng đơn thuần (-jBc). Dòng điện cung cấp tổ hợp tải và thiết bị bù là: I = U .
[(G + jB) - jBc] = U .G + j U .(B - Bc).

Công suất biểu kiến S = U . I * = U 2.G – j U 2.(B – Bc) = P - j(Q – Qc).
Hệ số công suất ban đầu: cos1 

P
P 2  Q2

Hệ số công suất sau điều chỉnh: cos2 

P
P  (Q  Qc )2
2

Việc điều chỉnh hệ số công suất đƣợc minh hoạ nhƣ Hình 2.2.

Qb

S1

Q1
S2
Q2




P

Hình 2.2: Giản đồ vectơ điều chỉnh hệ số công suất
2.1.3. Mục tiêu và lợi ích bù công suất phản kháng
Các lợi ích có thể đạt đƣợc do việc bù CSPK là [1], [2]:
- Giảm công suất phát tại các nhà máy.
- Giảm công suất truyền tải.
- Giảm dung lƣợng các trạm biến áp.
- Giảm đƣợc công suất tác dụng yêu cầu ở chế độ cực đại của hệ thống điện (do
giảm ∆P), vì vậy giảm đƣợc dự 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 lƣới điện.
- Tăng doanh thu do việc cải thiện điện áp.


10
2.2. Bù tự nhiên lƣới điện phân phối
Cấu trúc LĐPP và phƣơng 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 trƣớc 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 đầu tƣ mà phụ thuộc tính toán và
quản lý vận hành LĐPP. Tuỳ theo tình hình cụ thể mà lựa chọn và phối hợp các biện
pháp sau đây:
2.2.1. Điều chỉnh điện áp
- Chọn dây dẫn dự phòng có xét tới phát triển trong tƣơng lai khi thiết kế, xây
dựng đƣờng dây LĐPP, đảm bảo cho việc phát triển phụ tải 10 – 15 năm.
- Điều chỉnh đồ thị phụ tải để tránh chênh lệch quá lớn giữa thời gian cao và
thấp điểm bằng các biện pháp quản lý kinh doanh nhƣ giá điện theo thời gian cao thấp
điểm.
- Tính toán chọn nấc phân áp cho các trạm biến áp, vận hành với điện áp cao

Uđm đến 1,1Uđm ở các trạm nguồn. Dùng các máy biến áp có điều chỉnh điện áp dƣới
tải.
2.2.2. Nghiên cứu các phương thức vận hành tối ưu
- Lựa chọn cấu trúc sơ đồ cung cấp điện hợp lý, đƣa các trạm biến áp phân phối
vào sâu phụ tải để giảm bán kính cung cấp điện của lƣới điện hạ áp. Biện pháp này chủ
yếu sử dụng trong giai đoạn quy hoạch, thiết kế và có ảnh hƣởng lớn đến toàn bộ hệ
thống cung cấp điện. Khi các trạm biến áp quá tải cần cấy thêm trạm hơn là nâng công
suất các trạm biến áp.
- Cân bằng phụ tải: Đa số hệ thống điện phân phối là 3 pha, đƣợc thiết kế để
vận hành ở chế độ cân bằng. Khi phụ tải các pha không cân bằng làm tăng các thành
phần thứ tự nghịch và thứ tự không của dòng điện. Các thành phần này gây tác động
xấu nhƣ: làm tăng các loại tổn thất trong động cơ và máy phát, gây dao động mômen

quay ở các máy điện xoay chiều, gia tăng độ gợn sóng trong các bộ chỉnh lƣu, làm cho
các thiết bị điện hoạt động không đúng chức năng, làm tăng bão hoà từ cho các máy
biến áp và dòng trung tính vƣợt quá mức cho phép. Một số thiết bị (bao gồm nhiều loại
thiết bị bù) làm việc phụ thuộc vào việc vận hành cân bằng để hạn chế các sóng hài.
Tất cả các vấn đề trên sẽ gây nên sự tiêu thụ CSPK không hợp lý ở các phụ tải. Vì vậy
cần phải thƣờng xuyên cân bằng phụ tải trên các pha để khắc phục các vấn đề trên
nhằm giảm bớt sự tiêu thụ công suất phản kháng.
- Hoán chuyển các máy biến áp non tải với máy biến áp quá tải để đảm bảo các
máy biến áp vận hành không bị non tải, không tải hay quá tải, giúp cho sự tiêu thụ


11

CSPK của máy biến áp hợp lý hơn, bởi vì thành phần CSPK tiêu thụ để tản từ trong
máy biến áp phụ thuộc vào tải.
2.2.3. Nâng cao hệ số công suất tự nhiên
Hệ số công suất tự nhiên là hệ số công suất trung bình tính cho cả năm khi
không có thiết bị bù. Hệ số công suất tự nhiên đƣợc dùng làm căn cứ để tính toán nâng
cao hệ số công suất và bù CSPK.
- Thay đổi và cải tiến quy trình công nghệ để thiết bị điện làm việc ở chế độ
hợp lý nhất. Sử dụng các thiết bị có hiệu suất cao.
- Sử dụng động cơ đồng bộ trong những trƣờng hợp có thể: đối với những thiết
bị có công suất lớn, không yêu cầu điều chỉnh tốc độ nhƣ máy bơm, quạt gió, máy nén
khí … thì nên dùng động cơ đồng bộ, vì động cơ này có nhiều ƣu điểm so với động cơ
không đồng bộ nhƣ: hệ số công suất cao, khi cần có thể làm việc ở chế độ quá kích từ

để trở thành máy bù CSPK cho lƣới. Mômen quay tỷ lệ bậc nhất với điện áp, nên ít
phụ thuộc vào dao động của điện áp. Khi tần số nguồn không thay đổi, tốc độ quay của
động cơ phụ thuộc vào phụ tải, do vậy năng suất làm việc của máy cao. Tuy nhiên
động cơ này có nhƣợc điểm là cấu tạo phức tạp, giá thành cao.
- Giảm điện áp của những động cơ làm việc non tải: bằng cách đổi dây quấn
stato từ sang Y; thay đổi cách phân nhóm của dây quấn stato; thay đổi đầu phân áp
để hạ thấp điện áp của mạng điện phân xƣởng. CSPK tiêu thụ của động cơ tỷ lệ với
bình phƣơng điện áp U, do vậy nếu giảm U thì Q giảm đi rõ rệt, hệ số công suất đƣợc
nâng lên.
- Hạn chế động cơ làm việc non tải hay không tải: các máy công cụ trong quá
trình gia công chuyển từ động tác này sang động tác khác thì thƣờng chạy không tải,
làm cho hệ số công suất rất thấp. Vì vậy cần phải hạn chế bằng cách hƣớng dẫn, huấn

luyện công nhân có các thao tác hợp lý. Đặt bộ hạn chế chạy không tải trong sơ đồ
khống chế động cơ.
- Nâng cao chất lƣợng sửa chữa động cơ để đảm bảo động cơ sau khi sửa chữa
vẫn duy trì tính năng nhƣ trƣớc: tổn thất trong động cơ không tăng lên, hệ số công suất
không giảm… Sau khi thực hiện bù tự nhiên cho phụ tải, thông thƣờng hệ số công suất
vẫn còn thấp, nên cần phải xem xét đầu tƣ bù nhân tạo.
2.3. Bù kinh tế lƣới điện phân phối
Trong LĐPP, sự lƣu thông của dòng CSPK gây ra tổn thất công suất và tổn thất
điện năng, một trong những biện pháp giảm tổn thất này là phân bố lại dòng CSPK
bằng cách bù CSPK, bù cho mục đích này gọi là bù kinh tế. Bù kinh tế chỉ đƣợc thực
hiện khi nó thực sự mang lại lợi ích, nghĩa là lợi ích kinh tế mà nó mang lại phải lớn
hơn chi phí lắp đặt và vận hành trạm bù.

12
Nhiệm vụ của ngành điện là luôn luôn phân phối đủ điện cho các hộ tiêu thụ với
chất lƣợng cho phép và thoả mãn tính kinh tế. Mà lợi ích về kinh tế và kỹ thuật luôn
mâu thuẫn nhau, nên nhiệm vụ ngành điện phải giải quyết bài toán kinh tế - kỹ thuật
nhằm tối ƣu các mục tiêu đề ra. Việc lựa chọn phƣơng án tối ƣu thƣờng đƣợc tiến hành
nhờ các phƣơng pháp toán học có xét tới các giả thiết gần với điều kiện thực tế, giúp
tính toán đƣợc các chỉ tiêu kinh tế để xây dựng các hàm mục tiêu có xét đầy đủ giá trị
theo thời gian của tiền tệ cho các phƣơng án.
2.3.1. Khái niệm dòng tiền tệ
Trong đầu tƣ và vận hành đều có những khoản chi phí và những khoản thu nhập

xảy ra ở những thời điểm khác nhau trong một khoảng thời gian dài. Thƣờng ngƣời ta
chia khoảng thời gian dài đó thành nhiều thời đoạn, để thuận lợi cho tính toán ta quy
ƣớc tất cả các khoản chi, thu trong thời đoạn đều xảy ra ở cuối thời đoạn. Các khoản
chi, thu đó đƣợc gọi là dòng tiền tệ. Các khoản chi thƣờng gọi là dòng tiền tệ âm, các
khoản thu thƣờng gọi là dòng tiền tệ dƣơng. Trong mỗi thời đoạn thì:
Dòng tiền tệ ròng = Khoản thu - khoản chi
2.3.2. Công thức tính giá trị tương đương cho các dòng tiền tệ đơn và phân bố đều
Giả sử ta có biểu đồ dòng tiền tệ nhƣ Hình 2.1.

F
P

0

r% , i%

1

2

3

…

N-1

N

Hình 2.3: Biểu đồ dòng tiền tệ giả định
Trong đó:
- N là số thời đoạn trong kỳ phân tích
- r% là chiết khấu tính toán (thƣờng chọn bằng bình quân gia quyền lãi suất các
nguồn vay)
- i% là chỉ số lạm phát
- P là tổng số tiền ở mốc thời gian quy ƣớc nào đó đƣợc gọi là hiện tại.
- F là tổng số tiền ở mốc thời gian quy ƣớc nào đó đƣợc gọi là tƣơng lai.

- A là một chuỗi các giá trị tiền tệ có giá trị bằng nhau đặt ở cuối các thời đoạn.
Giả sử gửi tiết kiệm ngân hàng P đồng, mỗi thời đoạn có lãi suất là r% và lạm
phát i% thì:
Cuối một thời đoạn ta có đƣợc:

P.

1 r
1 i


13

Cuối hai thời đoạn ta có đƣợc:

1 r 
P. 

 1 i 

2

1 r 

 1 i 

N

……………..
Cuối N thời đoạn ta có đƣợc:

P. 

Vậy cuối N thời đoạn ta sẽ tích lũy đƣợc giá trị F:
1 r
1 r 
1 r 

1 r 
+ P. 

 + P. 
 +…+ P. 
1 i
 1 i 
 1 i 
 1 i 
2

F= P.

3

1 r 
F = P.  

n 1  1  i 
N

N 1

1 r 


 1 i 

+ P. 

N

n

(2.1)

Công thức trên phản ánh mối quan hệ giữa giá trị hiện tại và giá trị tƣơng lai của một

khoản chi hoặc khoản thu nào đó.
2.3.3. Phương pháp giá trị hiện tại
Phƣơng pháp giá trị hiện tại là phƣơng pháp mà toàn bộ thu nhập và chi phí của
phƣơng án trong suốt thời kỳ phân tích đƣợc quy đổi thành giá trị tƣơng đƣơng ở hiện
tại (thƣờng hiện tại là đầu thời kỳ phân tích).
Giá trị hiện tại tổng thu nhập trừ đi giá trị hiện tại tổng chi phí gọi là giá trị hiện
tại lãi ròng (thƣờng gọi là NPV- net present value). Khi phân tích phƣơng án mà NPV
> 0 thì phƣơng án đó khả thi về mặt tài chính, có thể đầu tƣ đƣợc. Phƣơng án nào có
NPV lớn hơn phƣơng án sẽ có lợi hơn về kinh tế.
Từ công thức (2.1) ta quy đổi lợi nhuận ròng về giá trị hiện tại nhƣ sau:
 1 i 
P= F.  


n 1  1  r 
N

n

(2.2)

1 r 
Ta thấy hành phần  
 là để quy đổi giá trị tƣơng lai F về giá trị hiện tại P.
n 1  1  i 

N

n

Thành phần này là một đại lƣợng thời gian tƣơng đƣơng quy đổi về thời gian hiện tại,
gọi là Ne =

1 r 

 . Vậy có thể dùng đại lƣợng Ne để quy đổi một giá trị tƣơng lai F

n 1  1  i 

N

n

về một giá trị hiện tại P.
Trong ngành điện các đại lƣợng tổn thất công suất, tổn thất điện năng… tiết kiệm
đƣợc, và quá trình bảo trì vật tƣ diễn ra trong thời gian dài. Vì vậy có thể sử dụng Ne
để quy các lợi ích và chi phí đó về hiện tại.
2.3.4. Bù tối ưu theo phương pháp phân tích động theo dòng tiền tệ
Để xác định dung lƣợng bù tối ƣu, cần phải xây dựng hàm mục tiêu, đó là hàm
lợi ích thu đƣợc khi đặt bù, bao gồm các lợi ích thu đƣợc trừ đi các chi phí do đặt bù.

14
Hàm này phải đạt giá trị cực đại và có 6 thành phần [1, tập 1, tr. 300]:
Z = Z1 + Z 2 + Z 3 + Z 4 + Z 5 + Z 6

(2.3)

Ý nghĩa của các thành phần nhƣ sau:
Đối với lƣới phân phối cần quan tâm đến các thành phần sau:
Z 1 = T. N e . (cP.  P + cQ. Q )

(2.4)

Trong đó:
+ T là thời gian làm việc của tụ bù[giờ/năm].
+ cP, cQ là giá điện năng tác dụng và phản kháng bình quân tại khu vực tính bù
[đ/kWh],[đ/kVArh].
 1 i 

 là thời gian quy đổi về hiện tại.

n 1  1  r 
n

N

+ Ne =

Với: N là thời gian tính toán [năm]
r là tỷ số chiết khấu tính toán
i là tỷ số lạm phát.
+  P , Q là độ giảm tổn thất công suất tác dụng và công suất phản kháng trƣớc
khi bù [kW], [kVAr].
P = P

Q = Q

truocbu -  P

truocbu -  Q

saubu

saubu

Q 2  Q Q b 

=

2

2.Q.Qb  Qb2
.R
.R =
U2

U2

=

Q 2  Q Q b 

2

.X =

U2

(2.5)

2.Q.Qb  Qb2
.X

U2

(2.6)

Nếu xét mạng phức tạp hình tia, hiệu quả làm giảm tổn thất do đặt dung lƣợng bù
Q bj tại nút j bất kỳ có thể viết đƣợc dƣới dạng tổng quát nhƣ sau:
P =

R
 U .2.Q .Q

 Qbj2



(2.7)

X
 U .2.Q .Q

 Qbj2



(2.8)

iD

Q =

iD

i
2
i

i

i
2
i

i

bj

bj

Với Q i , U i là phụ tải phản kháng cực đại và điện áp cuối nhánh i [kVAr], [kV].
R i , X i là điện trở và điện kháng của nhánh i [  ]
D là đƣờng đi của dòng điện đi từ nguồn đến nút j



Ri
X
. 2.Qi .Qbj  Qbj2  cQ. 2i . 2.Qi .Qbj  Qbj2 
2
iD U i
iD U i



Z 1 = T.N e . cP.










(2.9)

Thành phần Z 2 là lợi ích thu đƣợc trên hệ thống điện do giảm đƣợc yêu cầu công
suất tác dụng ở thời điểm đỉnh của phụ tải vì giảm đƣợc tổn thất công suất tác do bù:
Z 2 =  P .c p .k td .N e

(2.10)


15
Trong đó  P là độ giảm tổn thất công suất tác dụng do đặt dung lƣợng bù Q bj tại

nút j so với trƣớc khi bù (  P tính theo Z1).
cp là chi phí đầu tƣ cho 1 kW công suất nguồn điện [đ/kW]
ktd là hệ số tham gia vào đỉnh.
Thành phần Z3 là lợi ích thu đƣợc ở trạm khu vực hay tram trung gian do giải
phóng đƣợc công suất máy biến áp.
Z3 = S .csNe

(2.11)

Trong đó: S là độ giảm công suất biểu kiến của trạm trong năm do đặt dung
lƣợng bù Q bj tại nút j so với trƣớc khi bù [kVA/năm]
S =

P 2  Q 2  P  Q  Qbj 

2

cs là chi phí đầu tƣ cho 1kVA công suất trạm[đ/kVA]
Ngoài ra đối với đƣờng dây cũng có lợi ích từ việc trì hoãn đầu từ nâng cấp tiết
diện.
Thành phần Z4 là lợi ích của hệ thống điện do việc đặt bù tính từ thanh cái cao áp
của trạm khu vực trở lên do đặt dung lƣợng bù Qbj tại nút j
Z4 = Cq . Q bj .N e

(2.12)

Trong đó C q là lợi ích năm do đặt bù [đ/kVAr.năm]
Thành phần Z5 là chi phí lắp đặt và vận hành thiết bị bù tại nút j:
Z 5 = (q0  Ne .Cbt ).Qbj

(2.13)

Trong đó:
- q 0 là suất đầu tƣ tụ bù [đ/kVAr]
- C bt là chi phí bảo trì hằng năm của tụ bù tại nút j [đ/kVAr.năm] và đƣợc tính
C bt = 3%. q 0

Z 5 = (q0  N e .3%.q0 ).Qbj = (1  0,03.N e ).q0 .Qbj

(2.14)

Thành phần Z6 là chi phí tổn thất điện năng bên trong thiết bị bù có dung lƣợng
Q bj tại nút j :
Z6 = Pb .T .g p .Ne .Qbj

(2.15)

Trong đó :  P là suất tổn thất bên trong tụ bù [kW/kVAr]
Trong 6 thành phần nói trên thì tùy theo tình hình cụ thể và cấu trúc lƣới điện

mà có thể bỏ qua một số thành phần mà không ảnh hƣởng đến kết quả. Ta thấy các
thành phần Z 2 ,Z 3 ,Z 4 là lợi ích trên lƣới hệ thống và lƣới truyền tải chỉ có thành phần
Z 1 là lợi ích của LĐPP, do đó hàm mục tiêu tính toán của lƣới phân phối là :
Z pp = Z 1 -Z 5 -Z 6 =


16



Ri
X

.(2.Qi .Qbj  Qbj2 )  cQ. 2i .(2.Qi .Qbj  Qbj2 ) - (1  0,03.Ne ).q0 .Qbj 2
i D U i
i D U i


= T.N e . cP.


Pb .T .g p .Ne .Qbj .




Ri
Xi

T
.
N
.
g
.

g
.

e  p 
q 
=-
2
2
iD U i
iD U i




 .Q 2 +

bj





Ri Qi
X i .Qi 
 (1  0,03N e ).q0  T .Pb .g p .N e .Qbj
2.T .N e . g p . 2 g q .
2 
 i D U i


i D U i



(2.16)

Trong biểu thức Z pp có hệ số của Q bj2 nhỏ hơn không, do đó Z pp đặt cực đại khi:
Zpp
 0 , từ đó tính đƣợc giá trị Q bj tối ƣu tại nút j là:
Qbj

Q bj =


RQ
X .Q 
2.T .N e . cP. i 2 i cQ. i 2 i   (1  0,03N e ).q 0  T .Pb .cP.N e
 i D U i

i D U i

R
X 

2.T .N e . cP. i2 cQ. 2i 
 i D U i
i D U i 

(2.17)

Xét trong khoảng thời gian tính toán N năm, với hệ số chiết khấu r% và lạm
phát i%, mà Z pp = Z 1 - Z 5 - Z 6 >0 tức là NPV >0 thì phƣơng án khả thi về mặt tài chính,
nghĩa là có thể đầu tƣ lắp đặt tụ bù tại nút j. Vậy điều kiện lắp đặt tụ bù tại nút j là
Z pp >0 

Q bj <


RQ
X .Q 
2.T .N e . cP . i 2 i cQ. i 2 i   (1  0,03N e ).q 0  T .Pb .cP.N e


i D U i
i D U i

R
X 

T .N e . cP. i2 cQ. 2i 
 i D U i
i D U i 

(2.18)

Qua phân tích bài toán bù kinh tế nhƣ trên ta nhận thấy rằng lƣợng công suất
Qbj tại nút thứ j là hàm liên tục để hàm Zpp đạt giá trị max theo biểu thức (2.17). Trên
thực tế việc chế tạo các module tụ bù không thể chế tạo theo dung lƣợng liên tục nhƣ
tính toán mà chỉ chế tạo các module có dung lƣợng định mức nhất định và có thể điều
chỉnh bù công suất bằng cách đóng trực tiếp tụ bù vào lƣới (bù cố định) hoặc đóng tụ
bù vào lƣới nhờ thiết bị đóng cắt (bù ứng động) hoặc nhờ thiết bị điều chỉnh tự động

điều chỉnh dung lƣợng bù theo đồ thị phụ tải hoặc theo hệ số cos. Tuy nhiên thiết bị
điều chỉnh tự động rất đắt tiền thƣờng chỉ dùng thiết bị điều chỉnh này đối với lƣới hệ
thống còn đối với lƣới điện phân phối thì sử dụng thiết bị đóng cắt theo thời gian hoặc
đóng trực tiếp vào lƣới.


17
Mặc khác khi tính toán bù kinh tế cho LĐPP cần áp dụng các giản ƣớc khác
nhau và các giả thiết giản ƣớc phải đảm bảo không làm sai lệch quá mức đến kết quả
tính toán, nó phải đảm bảo lời giải gần với lời giải tối ƣu lý thuyết. Các giản ƣớc có
thể đƣợc áp dụng :
- Bài toán giải riêng cho từng trục chính.

-

Giả thiết đồ thị phụ tải của trạm phân phối nhƣ nhau và giống nhƣ đồ thị
phụ tải đo đƣợc ở đầu trục chính. Đồ thị phụ tải phản kháng có thể đƣợc đặc
trƣng bởi CSPK QTB hay hệ số sử dụng CSPK Ksd = QTB/Qmax và thời gian
sử dụng Tqmax.

-

Công suất tụ là biến rời rạc. Giá tiền đơn vị tụ bù có quan hệ không tuyến

-

tính với công suất tụ bù.
Bài toán tìm luật điều chỉnh tụ bù đƣợc giải riêng độc lập với bài toán tìm
công suất bù max.

2.4. Kết luận chƣơng 2
- Trong luận văn này, phƣơng pháp bù đƣợc chọn dựa trên cơ cở phân tích động
theo dòng tiền tệ.
- 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.
- Chấp nhận một số giản ƣớc khi tính toán bù kinh tế cho lƣới điện phân phối :
- Bài toán giải riêng cho từng trục chính.

- Giả thiết đồ thị phụ tải của trạm phân phối nhƣ nhau và giống nhƣ đồ thị phụ
tải đo đƣợc ở đầu trục chính.
- Công suất tụ là biến rời rạc. Giá tiền đơn vị tụ bù có quan hệ không tuyến tính
với công suất tụ bù.
- Bài toán tìm luật điều chỉnh tụ bù đƣợc giải riêng độc lập với bài toán tìm
công suất bù max.