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

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

---------------------

LÊ NGUYÊN TÙNG

NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG LƯỚI ĐIỆN
PHÂN PHỐI 22KV BẰNG PHƯƠNG PHÁP
BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN
MÃ SỐ CHUYÊN NGÀNH: 60520202

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH – tháng 06 năm 2019


LUẬN VĂN THẠC SĨ

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

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN 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 KỶ
2. PB1
: TS. LÊ THỊ TỊNH MINH
3. PB2
: PGS.TS. HUỲNH CHÂU DUY
4. UV
: PGS.TS. TRƯƠNG 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 VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: LÊ NGUYÊN TÙNG.

MSHV: 1570395

Ngày, tháng, năm sinh: 19/03/1989.

Nơi sinh: Phú Yên.

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện.

Mã số : 60520202

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
Hịa.
- 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 cơng 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 tốn 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 NHIỆM VỤ: 03/06/2019
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. VÕ NGỌC ĐIỀU

Tp. HCM, ngày

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

tháng

năm 2019

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, người đã hết lòng
giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tơi hồn 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 lịng biết ơn đến tồn thể quý Thầy 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 tơi trong suốt q 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

TĨM TẮT
Bù cơng suất phản kháng là nhằm mục đích giảm tổn thất cơng suất, nâng cao chất
lượng điện năng, tiết kiệm chi phí, v.. .v... Luận văn này trình bày một phương pháp
hiệu quả để tìm ra vị trí đặt, số lượng thiết bị bù hợp lý nhằm thỏa mãn hai mục tiêu
sau:
 Mục tiêu 1: nâng cao chất lượng 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 lượng 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 cơng 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 Ngun 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

CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG ..
1.1. TỔNG QUÁT LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ................................................... 14
1.2. TỔNG QUAN VỀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG LĐPP .................... 16
1.3. KẾT LUẬN ................................................................................................ 23
CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU ẢNH HƯỞNG QUA LẠI CỦA THIẾT BỊ BÙ VÀ
PHẦN TỬ MẠNG ĐIỆN
2.1. TÁC ĐỘNG Q ĐỘ TRONG Q TRÌNH ĐĨNG CẮT TỤ ................ 25
2.2. ẢNH HƯỞNG CỦA SÓNG HÀI LÊN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN ................... 29
2.3. ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ ĐỘ ĐIỆN ÁP ................................................... 38
2.4. CÁC GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC................................................................. 39
2.5. THIẾT KẾ BỘ LỌC SÓNG HÀI ................................................................ 44
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ FACTS TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH
DUNG LƯỢNG CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG ...............................................
3.1. KHÁI QUÁT CÔNG NGHỆ FACTS .......................................................... 48
3.2. THIẾT BỊ BÙ NGANG SVC (STATIC VAR COMPENSATOR)………...49
3.3. CÁC ĐẶC TÍNH CỦA SVC………………………………………………..56
3.4. THIẾT BỊ BÙ DỌC ……………………………………………………… ..59

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG PSS/ADEPT TÍNH TỐN BÙ HỢP LÝ CHO
LƯỚI ĐIỆN 22KV THÀNH PHỐ TUY HÒA-TỈNH PHÚ YÊN ........................
4.1. GIỚI THIỆU VỀ LĐPP TP.TUY HỊA....................................................... 68
4.2. PHƯƠNG PHÁP TÍNH BÙ TỐI ƯU TRONG PSS/ADEPT………………68
4.3. XÂY DỰNG CÁC CHỈ SỐ KINH TẾ TRONG PSS/ADEPT……………..71
4.4. THIẾT LẬP CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT………………………………75
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .......................
5.1. KẾT LUẬN………………………………………………………………….85
5.2. HƯỚNG 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 Ngun lý bù cơng suất phản kháng ................................................... 17
Hình 1.2.2 Ngun lý bù cơng 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 dịng. ................................................... 25
Hình 2.2: Giá trị biên độ xung áp và xung dòng. ................................................... 26
Hình 2.3: Giá trị biên độ xung áp và xung dịng . .................................................. 27
Hình 2.4: Giá trị biên độ xung áp và xung dịng. ................................................... 28
Hình 2.5: Q độ trên lưới phân phối khi đóng tụ bù. ........................................... 29
Hình 2.6a: Sóng hài bậc cao của bộ hiệu chỉnh 1 chiều tải cơng 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 mơ 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 2.11abc: 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 ngun 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 α đến dịng điện. ....................................................53
Hình 3.7: Sóng tín hiệu dịng 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 dây ............................................................................................................. 66
Trang 9

LUẬN VĂN THẠC SĨ

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

Hình 4.1: Hộp thoại cài đặt các chỉ số kinh tế trong CAPO ...................................72
Hình 4.2: Các thơng số kỹ thuật của lưới .............................................................. 76
Hình 4.3: Hộp thoại thiết đặt thơng số trong CAPO .............................................. 77
Hình 4.4: Lưu đồ thuật tốn bù tối ưu .................................................................. 78
Hình 4.5: Tính tốn tổn thất trước khi bù Tp Tuy Hịa ........................................... 82
Hình 4.6: Kết quả tính tốn tổn thất trước khi bù ................................................... 82
Hình 4.7: Tính tốn 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, dịng q độ khi đóng điện vào trạm tụ độc lập .............25
Bảng 2.2: Giá trị xung áp, dịng q 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, dịng q độ hiên tượng phóng điện trở lại....................28
Bảng 4.1: Thông số phụ tải các xuất tuyến 22KV TP.Tuy Hịa ..............................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, tần số làm cho các thiết bị điện vận hành khơng bình thường hoặc
bị hư hỏng.
Như vậy nâng cao chất lượng lưới điện có nghĩa là làm giảm tổn thất cơng 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 triển của đất nước, sự biến
động của Ngành điện sẽ mang lại những ảnh hưởng khơng 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, địi 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 hồn
thiện cấu trúc lưới, điều chỉnh điện áp, bù cơng suất phản kháng…
Do đặc thù phụ tải điện của hệ thống điện miền Trung 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 cơng suất trong khi đó vào giờ thấp điểm thì
cơng suất phản kháng lại phát ngược về nguồn. Thêm vào đó, khả năng phát

cơng suất phản kháng của các nhà máy điện rất hạn chế Cos  0.8  0.85 . Vì lý
do kinh tế, người ta khơng 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 tốn bù cho các Cơng ty Điện lực phân phối, yêu
cầu bù tại các thanh cái trạm biến áp 110 kV và trung áp ở các tỉnh thành trong
Trang 12


LUẬN VĂN THẠC SĨ

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

đó có tỉnh Phú n. Ngồi 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 khơng cịn hợp lý nữa nên việc nghiên cứu, tính tốn 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 khơng chỉ Cơng ty Điện
lực Phú n 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 tốn 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.

Phương 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 Hịa, tính tốn bù bằng phần mềm PSS/ADEPT.
Nội dung nghiên cứu:
1. Phương pháp tính tốn các chế độ làm việc trong lưới phân phối.
2. Giải pháp bù cho lưới phân phối.
3. Phần mềm PSS/ADEPT để tính tốn dung lượng, số lượng, vị trí thiết bị
bù tối ưu cho lưới phân phối 22kV thành phố Tuy Hòa.

Trang 13


LUẬN VĂN THẠC SĨ

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

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 mơ hình các nước xã hội chủ nghĩa, do đó lưới điện

phân phối miền Bắc tồn tại các cấp điện áp 6kV; 10kV; 35kV trung tính cách
đất. Miền Nam phát triển theo mơ hình của Bắc Mỹ, do đó lưới điện phân
phối miền Nam tồn tại các cấp điện áp 6kV; 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 trung áp về 22kV cho 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 trung áp và lưới phân
phối hạ áp. LĐPP phân bố trên diện rộng, thường vận hành khơng 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 phần lưới sau máy cắt
gần điểm sự cố nhất về phía nguồn bị cắt điện, sau khi cô lập đoạn lưới
sự cố, phần cịn 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 phịng, 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.
Trang 14


LUẬN VĂN THẠC SĨ

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

+ 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 lưới 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 hầu hết nhằm mục đích giảm chỉ
tiêu tổn thất cơng suất, tổn thất điện năng. Để đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế thì
các bài tốn 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 cơng suất trạm.

-

Bài tốn điều khiển vận hành nhằm giảm tổn thất, nâng cao chất lượng
điện năng và độ tin cậy cung cấp điện.

-

Bài toán đặt thiết bị bù tối ưu nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế cung
cấp điện.
Trong đó, bài tốn 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 tốn 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 khơng ngừng.

-

Thiếu thơng 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.

Trang 15


LUẬN VĂN THẠC SĨ

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

Các giả thiết giản ước phải đảm bảo không làm sai lệch quá mức đến kết quả

tính tốn, nó phải đảm bảo lời giải phải gần với lời giải tối ưu lý thuyết. Bài
toán bù CSPK trong LĐPP giải quyết được nhiều vấn đề cơ bản trong cơng
tác tối ưu hố hệ thống cung cấp điện, trong đó tính tổng qt của bài tốn
được xét trên nhiều phương diện khác nhau. Luận văn 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 tốn 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 VỀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG LĐPP
1.2.1 Khái niệm bù công suất phản kháng.
Như ta đã biết, để cải thiện hệ số công suất hay các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật khác
của 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 cơng suất thấp sẽ nhận thành phần 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 IL. Nếu thành phần dòng điện này triệt tiêu lẫn
nhau Ic = IL thì khơng cịn tồn tại dịng phản kháng đi qua phần lưới phía trước vị trí
đặt tụ.

c. Truờng hợp b có thêm dịng tải

Hình 1.2.1 Ngun lý bù cơng suất phản kháng.
trong đó:

R — phần tử tiêu thụ cơng suất tác dụng của tải;
L — phần tử tiêu thụ cơng suất phản kháng của tải;
C — phần tử có tính dung của thiết bị điều chỉinh hệ số cơng suất.

Từ giản đồ hình 1.2.1b tụ C rõ
ràng đã cung cấp tồn bộ dịng điện
phản kháng cho tải. Vì lý do đó đơi
khi ta gọi tụ C là máy phát CSPK. Ở
hình 2.1.1c có trình bày thêm thành
phần dịng điện tác dụng và đối với
hệ thống, tải dường như có hệ số
cơng suất bằng 1. Nói chung việc bù
hồn tồn CSPK trong lưới điện là

Hình 1.2.2 Ngun lý bù cơng suất Qc

khơng 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
cịn S’. Điều này có nghĩa là hệ số công suất của lưới cũng tăng lên

Trang 17


LUẬN VĂN THẠC SĨ

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

1.2.2 Mục tiêu và lợi ích bù công suất phản kháng.
- Giảm công suất phát tại các nhà máy điện.
- Giảm công suất truyền tải.
- Giảm dung lượng MBA tại các trạm biến áp.
- Giảm được công suất tác dụng yêu cầu ở chế độ cực đại của hệ thống
điện (do giảm ∆P), vì vậy giảm được 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 hỗn hoặc giảm bớt chi phí mở rộng nâng cấp lưới 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 lưới, phương thức vận hành
không tối ưu và các pha của phụ tải sử dụng không đối xứng làm cho hệ số
cơng 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 khơng địi hỏi vốn đầu tư mà phụ thuộc tính
tốn 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 tốn bù hiện có
Để giải bài tốn 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 đặt 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 tốn giải bài tốn
bù cơng 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 biếu đồ CSPK của phụ tải
Dung lượng tụ bù nền: Q bnền= Qmin.
Dung lượng tụ điều khiển được xác định:
Q bnen  Q dk
 0,7;
Q max

(1.1)

b. Bù CSPK nâng cao hệ số cos

Hình 1.2.3 Bù đóng cắt theo thời
gian.

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 cos của mạng.
Dung lượng cần bù xác định theo công thức:

Qb = P(tgr - tg2).α, [kVAr];

(1.2)

α = 0,9 ÷ 1 - là hệ số xét đến khả năng nâng cao cos bằng những phương
pháp khơng địi hỏi đặt thiết bị bù.
c. Mơ hình tính bù CSPK theo điều kiện cực tiểu tổn thất cơng suất
Bằng việc giải tích mạng điện, tính tốn phân bố cơng suất ứng với mỗi chế độ
xác lập, ta tính được điện áp tại các nút và tồn thất P, Q của lưới điện.
Trang 19


LUẬN VĂN THẠC SĨ

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

Khi đặt một giá trị Qbi nào đó vào nút 1 thì khi đó hao tổn là:

Pi 
Pi 

Pi2   Qi  Q bi 

2

Ui2
Pi2   Qi  Q bi 
Ui2

.R i .10 3  kW ;

(1.3)

.Xi .103  kW  ;

(1.4)

2

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(Qb1,Qb2,…, Qbn)= P(Qb1, Qb2,..., Qbn)  min;

(1.5)

với các điều kiện biên:
Qmin.bi ≤ Qbi ≤ Qmax.bi;

(1.6)
m

g j  Q b1 , Q b 2 ,...,Q bn    I j  0;

(1.7)

j1

Từ biểu thức, thành lập hàm Lagrange:

L(Qb1, Qb2, Qbn; 1, 2,..., n) = F(Qb1, Qb2,…, Qbn) +
m

   j g j  Q b1 , Q b 2 ,..., Q bn  ;

(1.8)

j1

d. Bài toán bù theo điều kiện điều chỉnh điện áp
Trước khi bù thì tổn thất điện áp trong mạng là:
U 

1
10U 2n

n

 P R
i

1

i

 Q i X i ;

(1.9)

Khi đặt bù thì tổn thất điện áp giảm đi một lượng là:

U b 

1
10U 2n

n

 Q

bi

X i ,  % ;

(1.10)

1

Như vậy sau khi đặt bù thì tổn thất trên đường dây còn lại là:
U*=U - Ub , [%];

(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 AU b.
Trang 20


LUẬN VĂN THẠC SĨ

HVTH : LÊ NGUYÊN TÙNG - 1570395

GVHD : PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU

E  U b 

1
Qb  Xi ;
10U 2n

(2.12)

Nếu biết E ta tính được Qb, với đường dây cùng tiết diện:

Qb 

10U 2n . E
,  kVAr  ;
X

(2.13)

Với: X là điện kháng của đường dây tính đến đểm đặt bù, .
Nếu cơng suất cần bù q lớn thì có thể chia ra làm nhiều điểm đặt bù. Ta có
phương trình:

QbI.X1+ Qb2. X2 +... = 10Un2. E;

(2.14)

e. Phương pháp bù theo điều kiện cực tiểu các chi phí
Xét mạng điện gồm n nút (khơng 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 ln có thể ký hiệu thứ tự nhánh theo số hiệu nút cuối của nó).
Tổn thất cơng suất tác dụng trên nhánh thứ i xác định theo công thức:

Pi  3Ii2 R i .10 3 

Pi2  Qi2
R i .103  A i  Bi Q i2 ,  kW  ; (1.15)
2
Ui

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:
n

P    A i  Bi Qi2  ,  kW ;

(1.16)

i 1

trong đó: Ai, Bi là những hằng số.
Gọi T là thời gian tổn thất công suất lớn nhất, CA là giá thành tổn thất A, lấy bằng giá
bán điện trung bình, ta tính được chi phí tổn thất tổng hàng năm:
C = P..C, [đồng/năm];

(1.17)

Vốn đầu tư cho thiết bị bù đặt tại nút i:V i = koi + kiQbi, [đồng];

trong đó: ki là suất vốn đầu tư tính cho một đơn vị cơng suất bù, đ/kVAr;
koi là phần vốn không phụ thuộc vào dung lượng bù, đồng/trạm.
Vốn đầu tư tổng cho thiết bị bù:
n

n

i 1

i 1

V   Vi    k 0i  k i Q bi , [đồng]
Trang 21

(1.18)


LUẬN VĂN THẠC SĨ

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

Dùng hàm mục tiêu là cực tiểu chi phí tính tốn, ta có:

Z  a tc V  C    a tc  k 0i .y  k i Q bi   C .  Ai  Bi Qi2   min; (1.19)
Cần chú ý koi ≠ 0 chỉ khi Qbi ≠ 0. ngược lại k0i = 0. Để thể hiện điều này, trong hàm
mục tiêu có sử dụng các biến nguyên yi với:

0 khi Qbi  0
yi  

;
1khi
Q

0
bi


(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  Q bi  Q ti   Q k   Ck  Dk .Q2k    0; (1.21)
k

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

Ck 
-

Pk2
Xk
X
;D


;
k
U 2n
U 2n

Giới hạn dung lượng bù tại các nút có thể viết dưới dạng:
Qbi.min ≤ Qbi ≤ Qbi.max; i = 1, 2, 3, ..., n;

-

(1.22)

(1.23)

Giới hạn về tổng vốn đầu tư cho thiết bị bù:
N

k
I 1

0i

 k i .Q BI   v  ;

- Giới hạn về thời gian thu hồi vốn: V - (C - Co).Tth < 0.

(1.24)
(1.25)

trong đó: Co - chi phí tổn thất hàng năm khi chưa tính bù.

Bài tốn được giải theo phương pháp quy hoạch phi tuyến xấp xỉ hoặc phương
pháp tuyến tính hố, sai số của phép xấp xỉ có thê khống chế được theo yêu cầu.
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:
Qbi =Qb;

(1.27)
Trang 22


LUẬN VĂN THẠC SĨ

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

0 ≤ Qbi ≤ Qbimax;

(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 ưu dung lượng và vị trí lắp đặt của n tụ bù trên một xuất
tuyến phân phối ba pha hình tia nhằm tối thiểu hố tổn thất cơng 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 Q bi (i = 1, 2,

..., n) của các tụ bù ngang theo hình 2.4 để cực đại hố các tiết kiệm rịng bằng tiền đạt
được cho chương trình lắp đặt tụ.

Hình 1.2.4 Bù phân bố tại các điểm tải.
Các tiết kiệm ròng đạt được từ việc giảm tổn thất công suất và tổn thất điện năng:
S = C0.DP + C.DA - KcEQbi => max;

(1.30)

Với Cp, C, 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, D - Độ giảm công suất đỉnh, độ giảm tổn thất điện năng do tác dụng của n
tụ bù ngang.
Mơ hình này có thể giải bằng phương pháp lặp cho từng bài tốn 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 tốn bù cơng suất phản kháng được soạn
thảo. Mỗi phương pháp có ưu, nhược điểm riêng và thích hợp trong những
trường hợp tính tốn nhất định, nhưng nhìn chung các mơ hình đều có
hàm mục tiêu là chi phí cho bù nhỏ nhất trên cơ sở đảm bảo các điều kiện
Trang 23

LUẬN VĂN THẠC SĨ

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

kỹ thuật của lưới điện, điện áp của nút nằm trong giới hạn cho phép, giảm
tổn thất điện năng.
-

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
tốn 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
PHẦN TỬ MẠNG ĐIỆN
Các hệ thống tụ bù thường có dung 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 q trình điều khiển đóng cắt tụ được mơ 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 thơng số tính tốn của tác động khi đóng cắt tụ.
2.1. Tác động q độ trong q trình đóng cắt tụ
2.1.1.

Q độ khi đóng điện vào trạm tụ làm việc độc lập

Khi đóng điện vào trạm tụ bù chênh lệch giữa điện áp tức thời của lưới và của tụ
sẽ xuất hiện một xung dịng 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: I pk  U S  U C
trong đó:

C
1
;f 
;
L
2 LC

(2.1)

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
dịng.

Hình 2.la Sơ đồ mơ phỏng đóng điện
vào dãy tụ làm việc độc lập.

1, ms
Uc(0)
0
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 1,0/1,0
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
l,8/8,2 1,0/1,1