Tài liệu Khảo sát bù công suất phản kháng trên lưới điện phân phối

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM
---------------------

MAI VĂN HIẾU

KHẢO SÁT BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN
Mã ngành:60520202
TP. Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM
---------------------

MAI VĂN HIẾU

KHẢO SÁT BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN
Mã ngành:60520202

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. HỒ VĂN HIẾN

TP. Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2014

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HÀNH THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP.HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. HỒ VĂN HIẾN

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP.HCM ngày
03 tháng 05 năm 2014

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
TT
1
2
3
4
5

Họ và tên
TS. Nguyễn Hùng
TS. Ngô Cao Cường
TS. Nguyễn Minh Tâm
TS. Huỳnh Quang Minh
TS. Đinh Hoàng Bách

Chức danh Hội đồng
Chủ tịch
Phản biện 1
Phản biện 2
Ủy viên
Ủy viên, Thư ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã
được sữa chữa.

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV


TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHỆ TP.HCM

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

PHÒNG QLKH - ĐTSĐH

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

TP.HCM, ngày 3 tháng 5 năm 2014

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: MAI VĂN HIẾU

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 14/03/1983

Nơi sinh: TP.HCM

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện

MSHV: 1241830008

I-Tên đề tài:
Khảo sát bù công suất phản kháng trên lưới điện phân phối.
II-Nhiệm vụ và nội dung:
-

Đánh giá hiện trạng và nguyên nhân tổn thất trên lưới điện phân phối.

-

Các vấn đề tổn thất và giảm tổn thất điện năng, vấn đề bù cơng suất phản
kháng.

-

Tìm hiểu giải pháp bù kinh tế và bù kỹ thuật trên lưới điện phân phối.

III-Ngày giao nhiệm vụ: 16/11/2013.
IV-Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 29/03/2014.
V-Cán bộ hướng dẫn: TS. Hồ Văn Hiến


i

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa được ai cơng bố trong bất kỳ cơng
trình nào khác.
Tơi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã
được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.

Học viên thực hiện Luận văn
(Ký và ghi rõ họ tên)


ii

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin gửi lời chúc đến các Thầy Cơ giáo và tồn thể cán bộ công
nhân viên trong trường lời chúc sức khỏe và hạnh phúc. Trong khoảng thời gian 2
năm tuy không dài, nhưng với khoảng thời gian đó chúng em đã được học rất nhiều
kiến thức bổ ích, đó là hành trang giúp chúng em vững bước trên con đường tương
lai của mình với nhiều khó khăn và thử thách.
Thầy Cơ đã tận tình dạy dỗ và truyền đạt cho chúng em những kiến thức quý
báu nhất, từ những lý luận cơ bản đến những kiến thức nâng cao. Hơn bao giờ hết
Thầy Cô vẫn luôn bên cạnh dẫn dắt, hướng dẫn chúng em hồn thành những bước
đi cuối cùng của khóa học này.
Xin cảm ơn Thầy Cô Trường Đại Học Công Nghệ Thành Phố Hồ CHí Minh,
đã khơng ngại khó khăn, gian khó, đã dành nhiều thời gian truyền đạt và trang bị
kiến thức quý báu nhất cho em làm hành trang ra trường.
Xin cảm ơn thầy Hồ Văn Hiến, đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em hồn thành
nhiệm vụ trong luận văn tốt nghiệp mà nhà trường đã giao.
Do thời gian có hạn và kiến thức cịn hạn chế nên trong bản luận văn cịn có
những điều sai sót, em rất mong nhận được sự chỉ dẫn và giúp đỡ của các Thầy, các
Cô trong trường.
Cuối cùng, em xin cảm ơn các bạn trong lớp 12SMD11 đã giúp đỡ và hỗ trợ
nhau hồn thành tốt khóa học này.
Xin chân thành cảm ơn và chúc sức khỏe Thầy Cô!

TP.HCM, ngày 29 tháng 03 năm 2014
Học viên

Mai Văn Hiếu


iii

TÓM TẮT
Lưới điện phân phối (LĐPP) là khâu cuối cùng của hệ thống điện để cung
cấp điện trực tiếp đến khách hàng sử dụng. LĐPP phân bố trên diện rộng, phụ tải
phát triển liên tục và thường vận hành không đối xứng có tổn thất điện năng
(TTĐN) lớn hơn lưới truyền tải. Do đó, bên cạnh việc đáp ứng cơng suất tác dụng
cho phụ tải, phải đáp ứng nhu cầu công suất phản kháng (CSPK) cho lưới điện. Bù
CSPK không những nâng cao chất lượng điện năng, giảm tổn thất, mà còn đem lại
hiệu quả kinh tế trong việc vận hành lưới điện.
Trong nội dung nghiên cứu của luận văn này, trình bày phương pháp và kết
quả nghiên cứu trên cơ sở lý thuyết, sử dụng chương trình Matlap để tính tốn mơ
phỏng và cho kết quả, từ đó đánh giá được các phương án bù và lựa chọn các vị trí
bù hiệu quả nhất trên lưới điện phân phối.


iv

ABSTRACT
Distribution grid is the last stage of the power system to provide electricity
directly to customers. Distribution grids distributed on a large scale, load
continuous development and operation often asymmetric power loss greater than the
transmission grid. Therefore, besides the capacity to meet the load effects, to meet
the demand of reactive power to the grid. Reactive power compensation not only
improve power quality, reduce losses, but also bring economic efficiency in grid
operation.

In the context of this thesis research, presentation methods and research
results on the theoretical basis, the program used to calculate Matlap and simulation
results, from which the method was evaluated compensation plans and choose the
most effective position offset on the distribution grid.


v

MỤC LỤC

Lời cam đoan........................................................................................................

i

Lời cảm ơn............................................................................................................

ii

Tóm tắt..................................................................................................................

iii

Abstract................................................................................................................

iv

Mục lục.................................................................................................................

v

Danh mục các từ viết tắt, danh mục các bảng, danh mục các sơ đồ...............

vi

Chương 1: Mở đầu...............................................................................................

1

1.1. Lý do chọn đề tài............................................................................................

1

1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu..................................................................

1

1.3. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu..................................................................

1

1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài........................................................

2

Chương 2: Lưới điện phân phối và các vấn đề tổn thất...................................

3

2.1 Giới thiệu chung về lưới điện phân phối.........................................................

3

2.2 Đặc điểm của lưới điện phân phối...................................................................

5

2.3 Các vấn đề tổn thất trên lưới điện phân phối...................................................

5

Chương 3: Bù công suất phản kháng trên lưới điện phân phối......................

8

3.1 Vấn đề bù công suất phản kháng trên lưới điện phân phối..............................

8


3.2 Bù kinh tế công suất phản kháng trên lưới điện phân phối và bài toán bù

8

kinh tế....................................................................................................................
3.3. Bài toán bù kinh tế.......................................................................................... 10
3.4 Tính tốn bù kinh tế bằng phương pháp ma trận............................................. 12
3.4.1 Lý thuyết....................................................................................................... 12
3.4.2 Các bước tính tốn bù kinh tế....................................................................... 14
3.5 Bù cơng suất kháng trên đường dây phân phối phân phối............................... 17
3.5.1 Tổn thất công suất trên một đoạn của phát tuyến phân phối........................

17

3.5.2 Tổn thất cơng suất trên đường dây có đặt tụ bù............................................ 18
3.5.3 Giảm tổn thất điện năng khi đặt tụ bù........................................................... 18
3.5.4 Giảm tổn thất điện năng có xét chi phí đặt tụ bù.......................................... 22
3.6 Giảm tổn thất trường hợp có nhiều bộ tụ bù.................................................... 24
3.6.1 Trường hợp hai bộ tụ.................................................................................... 24
3.6.2 Trường hợp ba bộ tụ.....................................................................................

25

3.6.3 Trường hợp bốn bộ tụ................................................................................... 25
3.6.4 Trường hợp n bộ tụ....................................................................................... 25


3.6.5 Vị trí đặt tụ tối ưu.........................................................................................

25

3.6.5.1 Xác định vị trí đặt tụ tối ưu........................................................................ 25
3.6.5.2 Giảm tổn thất cơng suất tối ưu................................................................... 25
3.6.5.3 Giảm tổn thất điện năng khi đặt tụ............................................................. 26
3.7 Phương trình tổng qt chi phí khi xét bất kỳ số lượng đặt tụ bù...................

26

Chương 4: Áp dụng chương trình MatLap mơ phỏng hệ thống điện............. 27
4.1 Giới thiệu......................................................................................................... 27
4.2 Ứng dụng hộp công cụ hệ thống điện trong Matlab........................................ 27

4.2.1 Phương trình cơng suất nút theo phương pháp Newton Raphson................

29

4.2.2 Tính tốn cơng suất nhánh theo phương pháp Newton Raphson.................

30

4.3 Thực hiện số liệu vào chương trình tính tốn trong MatLab........................... 32
4.4 Áp dụng mơ hình bài tốn mẫu và kết quả tính tốn trên MatLab.................. 34
4.4.1 Bài toán mẫu bù kinh tế bằng Zbus................................................................ 34
4.4.2 Bài toán mẫu bù kỹ thuật.............................................................................. 56
4.5 So sánh các phương án tính tốn bù................................................................

59

4.6 Kết luận............................................................................................................ 60
Kết luận và kiến nghị........................................................................................... 61
Tài liệu tham khảo............................................................................................... 62


vi

Danh mục các từ viết tắt
- LĐPP: Lưới điện phân phối
Danh mục các bảng
- Bảng 1: Kết quả tính tốn trên Busdata
- Bảng 2: Kết quả tính tốn trên Linedata
- Bảng 3: Phân bố công suất trước khi bù công suất kháng
- Bảng 4: Dịng cơng suất nhánh và tổn thất

- Bảng 5: Phân bố ma trận Zbus với một nút làm chuẩn (ohms)
- Bảng 6: Bù kinh tế lần lập 1
- Bảng 7: Bù kinh tế lần lập 2
- Bảng 8: Bù kinh tế lần lập 3
- Bảng 9: Bù kinh tế lần lập 4
- Bảng 10: Bù kinh tế lần lập 5
- Bảng 11: Bù kinh tế lần lập 6
- Bảng 12: Phân bố công suất sau khi đặt thiết bị bù
- Bảng 13: Dịng cơng suất nhánh và tổn thất
Danh mục các biểu đồ, đồ thị, sơ đồ, hình ảnh
- Hình 2.1 Lưới điện 3 pha 3 dây
- Hình 2.2 Lưới điện 3 pha 4 dây
- Hình 2.3 Lưới điện hạ áp 380/220V
- Hình 2.4 Lưới 4 dây: 3 pha + trung tính
- Hình 2.5 Lưới 5 dây: 3pha+trung tính+dây an tồn
- Hình 2.6 Sơ đồ tổn thất điện năng trong hệ thơng điện
- Hình 3.1 Sơ đồ mạng điện đơn giản
- Hình 3.2 Sơ đồ dịng cơng suất kháng
- Hình 3.3 Sơ đồ phân bố tổng trở theo Zbus khi chưa bù
- Hình 3.4 Sơ đồ phân bố tổng trở theo Rbus khi bù


- Hình 3.5 Sơ đồ phụ tải tập trung và phụ tải phân bố
- Hình 3.6 Sơ đồ phụ tải tập trung và phụ tải phân bố khi lắp tụ bù
- Hình 4.1 Sơ đồ tính tốn khi chưa lắp tụ bù
- Hình 4.2 Sơ đồ tính tốn khi chưa lắp tụ bù khi lắp tụ bù
- Hình 4.3 Sơ đồ tính tốn khi chưa lắp tụ bù
- Hình 4.4 Sơ đồ tính tốn khi chưa lắp tụ bù khi lắp tụ bù

1

Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1. Lý do chọn đề tài:
Ngành điện là một ngành then chốt cung cấp năng lượng phục vụ cho quá
trình sản xuất và tiêu dùng, là một trong những ngành quan trọng nhất và luôn đi
trước một bước, mang tính quyết định cho sự nghiệp phát triển kinh tế của đất nước
.Bên cạnh đó địi hỏi ngành điện phải đảm bảo tính ổn định, bền vững. Đó là vấn đề
đảm bảo cung cấp chất lượng điện năng tốt nhất và giảm tổn thất điện năng ở mức
thấp nhất, đem lại hiệu quả kinh tế cao nhất.
Vấn đề sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng là một q trình xun
suốt, trong đó giảm tổn thất điện năng trong hệ thống điện, đặc biệt là lưới điện
phân phối luôn là mục tiêu hàng đầu. Để giải quyết vấn đề này, địi hỏi ngành điện
phải tính tốn đồng bộ nhiều biện pháp khác nhau, một trong những biện pháp quan
trọng và khơng thể bỏ qua, đó bài tốn bù cơng suất phản kháng.
Trên thực tế, việc tính tốn bù công suất phản kháng trên lưới điện phân phối
trung hạ áp chưa đạt hiệu quả cao do chương trình tính tốn và dữ liệu tính tốn
chưa chính xác. Vì vậy vấn đề đặt ra là làm sao khảo sát và tính tốn bù cơng suất
phản kháng trên lưới điện phân phối trung hạ áp đạt hiệu quả cao nhất đó là lý do
của đề tài.
1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu các bài toán bù trên lưới điện
phân phối trung áp, đưa ra các biện pháp bù công suất phản kháng mang tính thiết
thực với việc sử dụng phần mềm mơ phỏng Matlab để tính tốn mơ phỏng.
1.3. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu nhằm đưa ra các phương án tính tốn bù cơng suất phản
kháng trên lưới phân phối trung thế một cách có hiệu quả về mặt kỹ thuật và kinh tế
với thực trạng thực tế.

2

Nhiệm vụ nghiên cứu:
-Nghiên cứu tính tốn bù cơng suất phản kháng trên từng trường hợp phân bố
phụ tải.
-Tính tốn phân bố công suất, điện áp tại các nút trước và sau khi bù cơng
suất phản kháng.
-Viết chương trình Matlab để tính tốn phân bố suất, điện áp và cơng suất
phản kháng.
1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
-Có thể áp dụng vào từng trường hợp lưới điện trên thực tế.
-Phương pháp tính tốn có độ chuẩn xác cao, sai số tính tốn nhỏ.
-Kết quả tính tốn cho phép lựa chọn vận hành tối ưu các trạm tụ bù, dung
lượng tụ, giảm tổn thất đến mức thấp nhất và đem lại hiệu quả kinh tế cao nhất.


3

Chương 2
LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ CÁC VẤN ĐỀ TỔN THẤT

2.1 Giới thiệu chung về lưới điện phân phối
- Lưới điện phân phối (LĐPP) là khâu cuối cùng của hệ thống điện để đưa
điện năng trực tiếp đến người tiêu dùng. Lưới điện phân phối bao gồm lưới điện
trung áp (có điện áp 6, 10, 15, 22kV) và lưới điện hạ áp (cấp điện cho phụ tải hạ áp
380/220v).
- LĐPP trung áp được sử dụng hiện nay là công nghệ phân phối 3 pha 3 dây
(chỉ có 3 dây pha, các máy biến áp phân phối được cấp điện bằng điện áp dây) và
công nghệ phân phối 3 pha 4 dây ( ngồi 3 dây pha cịn có dây trung tính, máy biến

áp phân phối được cấp điện bằng điện áp dây đối với máy biến áp 3 pha và điện áp
đối với máy biến áp 1 pha, trung tính của các cuộn dây trung áp được nối đất trực
tiếp).
MBA ngn

MBA 3 pha

nhánh 3 pha

MBA 2 pha

nhánh 2 pha

Hình 2.1 Lưới điện 3 pha 3 dây
MBA nguôn

MBA 1 pha

nhánh 2 pha+trung tính

MBA 1 pha

Hình 2.2 Lưới điện 3 pha 4 dây

nhánh 1 pha+trung tính


4

- Lưới phân phối điện hạ áp được thực hiện bằng đường dây trên không, cáp

ngầm hay cáp treo (cáp vặn xoắn), có 2 cấp điện áp là 380/220V. Có 2 loại sơ đồ
lưới điện hạ áp: sơ đồ 4 dây (3 dây pha và dây trung tinh) và sơ đồ 5 dây (3 dây pha
+ dây trung tính + dây an toàn).
A
U dây = 380V

B
C

Upha = 220V
tru n g tín h

Trung tính trực tiếp
nối đất an tồn

Hình 2.3 Lưới điện hạ áp 380/220V

MBA phân phơi

trung tính

TB 3 pha

TB 1 pha

Hình 2.4 Lưới 4 dây: 3 pha + trung tính

Hình 2.5 Lưới 5 dây: 3pha+trung tính+dây an tồn

5

2.2 Đặc điểm của lưới điện phân phối
- Lưới điện phân phối có cấu trúc kín nhưng vận hành hở.
- Lưới điện phân phối có nhiệm vụ chính trong việc đảm bảo chất lượng
phục vụ tải (bao gồm chất lượng điện áp và độ tin cậy cung cấp điện).
- Phụ tải của lưới điện có độ đồng thời thấp.
2.3 Các vấn đề tổn thất trên lưới điện phân phối
Lưới điện phân phối phân bố trên diện rộng, thường vận hành khơng đối
xứng và có tổn thất lớn hơn. Kinh nghiệm các điện lực trên thế giới cho thấy tổn
thất thấp nhất trên lưới phân phối vào khoảng 4%, trong khi trên lưới truyền tải là
khoảng 2%. Vấn đề tổn thất trên lưới phân phối liên quan chặt chẽ đến các vấn đề
kỹ thuật của lưới điện từ giai đoạn thiết kế đến vận hành. Do đó trên cơ sở các số
liệu về tổn thất có thể đánh giá sơ bộ chất lượng vận hành của lưới điện phân phối.
Tổn thất trên lưới điện phân phối bao gồm tổn thất phi kỹ thuật (tổn thất
thương mại) và tổn thất kỹ thuật. Tổn thất phi kỹ thuật (tổn thất thương mại) bao
gồm 4 dạng tổn thất như sau:
•Trộm điện (câu, móc trộm).
• Khơng thanh tốn hoặc chậm thanh tốn hóa đơn tiền điện.
• Sai sót tính tốn tổn thất kỹ thuật.
•Sai sót thống kê phân loại và tính hóa đơn khách hàng...
Tổn thất phi kỹ thuật phụ thuộc vào cơ chế quản lý, quy trình quản lý
hành lý.Tổn thất kỹ thuật trên lưới điện phân phối chủ yếu trên dây dẫn và các máy
biến áp phân phối. Tổn thất kỹ thuật bao gồm tổn thất công suất tác dụng và tổn thất
công suất phản kháng. Tổn thất công suất phản kháng do từ thơng rị và gây từ trong
các máy biến áp và cảm kháng trên đường dây. Tổn thất công suất phản kháng chỉ
làm lệch góc và ít ảnh hưởng đến tổn thất điện năng. Tổn thất công suất tác dụng có
ảnh hưởng đáng kể đến tổn thất điện năng. Thành phần tổn thất điện năng do tổn
thất công suất tác dụng được tính tốn như sau:
∫ ∆ A = ∆ P( t). dt (2.1)

6

Trong đó, ∆P(t) là tổn thất cơng suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp
tại thời điểm t. Việc tính tốn tổn thất điện năng theo cơng thức (2.1) thơng thường
thực hiện theo phương pháp dịng điện đẳng trị phụ thuộc vào đồ thị phụ tải hoặc
theo thời gian sử dụng công suất lớn nhất. Tổn thất công suất tác dụng bao gồm tổn
thất sắt, do dòng điện Foucault trong lõi thép và tổn thất đồng do hiệu ứng Joule
trong máy biến áp. Các loại tổn thất này có các ngun nhân chủ yếu như sau:
•Đường dây phân phối q dài, bán kính cấp điện lớn
•Tiết diện dây dẫn quá nhỏ, đường dây bị xuống cấp, không được cải tạo
nâng cấp.
•Máy biến áp phân phối thường xuyên mang tải nặng hoặc q tải
•Máy biến áp là loại có tỷ lệ tổn thất cao hoặc vật liệu lõi từ không tốt dẫn
đến sau một thời gian tổn thất tăng lên.
•Vận hành khơng đối xứng liên tục dẫn đến tăng tổn thất trên máy biến áp
Nhiều thành phần sóng hài của các phụ tải công nghiệp tác động vào các
cuộn dây máy biến áp làm tăng tổn thất.
•Vận hành với hệ số cosφ thấp do thiếu công suất phản kháng


7

Hình 2.6 Sơ đồ tổn thất điện năng trong hệ thông điện


8

Chương 3

BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
3.1 Vấn đề bù công suất phản kháng trên lưới điện phân phối
-Công suất phản kháng được tiêu thụ ở động cơ không đồng bộ, máy biến áp,
trên đường dây điện và mọi nơi có từ trường. u cầu cơng suất phản kháng chỉ có
thể giảm tối thiểu chứ khơng thể triệt tiêu được vì nó cần thiết tạo ra từ trường trong
q trình chuyển hóa năng lượng.
-Muốn giảm tổn thất điện năng và tổn thất điện áp do từ trường gây ra thì đặt
tụ điện ngay sát từ trường đó.
-Đặc điểm của công suất phản kháng là biến thiên mạnh theo thời gian cũng
như công suất tác dụng.
-Nhu cầu công suất phản kháng chủ yếu là ở các xí nghiệp cơng nghiệp
(cosφ=0.5÷0.8).
-Nhu cầu cơng suất phản kháng ở phụ tải sinh hoạt, dân dụng không nhiều
(cosφ=0.9).
Như vậy để giảm tổn thất công suất tác dụng và tổn thất điện năng trên lưới
phân phối trung áp ta có thể thực hiện bù kinh tế.
●Lợi ích khi đặt tụ bù:
- Giảm được tổn thất công suất và tổn thất điện năng.
- Cải thiện điện áp.
- Chi phí đầu tư và vận hành khơng đáng kể.
●Hạn chế: nguy cơ tự kích ở các động cơ của phụ tải, quá điện áp, cộng
hưởng với các sóng hài bậc cao của dịng điện.
3.2 Bù kinh tế công suất phản kháng trên lưới điện phân phối và bài tốn bù
kinh tế
Trong lưới điện phân phối có thể có 2 loại bù cơng suất phản kháng:


9

-Bù kỹ thuật do thiếu công suất phản kháng để đảm bảo tổn thất điện áp cho
phép.
-Bù kinh tế để giảm tổn thất công suất và tổn thất điện năng.
Trong mạng điện xí nghiệp phải bù cưỡng bức để đảm bảo hệ số cơng suất
cosφ.
Giải bài tốn bù cơng suất phản kháng là xác định: số lượng trạm bù, vị trí
lắp đặt tụ bù, cơng suất của mỗi trạm và chế độ làm việc của tụ bù sao cho đạt hiệu
quả kinh tế cao nhất.
Nội dung cụ thể của bài tốn bù phục thuộc vào phương thức bù:
Có hai cách đặt bù:
●Bù tập trung ở một số điệm trên trục chính lưới trung áp.
●Bù phân tán ở các trạm phân phối hạ áp.
Có thể có 3 cách điều khiển tụ bù:
●Đặt tụ cố định.
●Tụ điều khiển theo nấc hoặc liên tục theo phụ tải.
●Tụ được cắt ra khi công suất phản kháng yêu cầu giảm dưới mức nhất định.
Như vậy hàm mục tiêu của bài toán bù là tổng đại số của các yếu tố lợi ích
và chi phí đạt giá trị min.
Bài tốn bù cơng suất phản kháng trong lưới điện phân phối là bài tốn phức
tạp vì:
-Lưới phân phối có cấu trúc phức tạp, một trạm trung gian thường có nhiều
trục chính, mỗi trục cấp điện cho nhiều trạm phân phối và cấu trúc của lưới phân
phối phát triển liên tục theo không gian và thời gian.
-Chế độ phụ tải không đồng nhất, phụ tải tăng trưởng không ngừng.
-Thiếu thơng tin chính xác về đồ thị phụ tải phản kháng.
-Công suất tụ bù là biến rời rạc, giá tiền đơn vị bù có quan hệ khơng tuyến
tính với công suất bộ tụ.


10

Trước khó khăn đó, để giải bài tốn bù phải phân chia bài toán bù thành các
bài toán nhỏ hơn và áp dụng các giả thiết khác nhau và không làm sai lệch q mức
kết quả tính tốn, phải đảm bảo lời giải gần với lý thuyết.
3.3. Bài toán bù kinh tế
Với các ẩn số là Qb1, Qb2...Qbn là công suất bù đặt ở n nút, thành lập hàm
chi phí tính tốn Z để xác định dung lượng bù tối ưu thỏa mãn điều kiện ràng buộc
với Qbù ≥ 0, ẩn số Qbù là nghiệm của phương trình:
∂Z
= 0,
∂Q ù

∂Z
= 0,
∂Q ù

∂Z
=0
∂Q ù.

(3.1)

Trong quá trình giải, nếu xuất hiện một nghiệm có giá trị âm, giả sử Qbù,k <
0 thì nút đó khơng cần bù và cho nút đó bằng 0, giải lại hệ (n-1) phương trình để
tìm (n-1) ẩn cịn lại.
●Cách thành lập hàm chi phí Z và tính toán Qbù đối với mạng điện gồm một
đường dây và một phụ tải

Hình 3.1 Sơ đồ mạng điện đơn giản
Hàm chi phí tính tốn gồm ba thành phần:

Z1 : Thành phần liên quan đến vốn đầu tư thiết bị bù:
Z1 = (avh + atc)K0.Qbù
Với K0 là gía tiền một đơn vị dung lượng bù.

(3.2)


11

Z2 : Thành phần tổn thất điện năng trong thiết bị bù:
Z2 = C0. ΔP0.Qbù.T

(3.3)

Trong đó: C0 - tiền 1kWh điện năng.
ΔP0 – tổn thất công suất trên 1 đơn vị thiết bị bù (0.003÷0.005kW/kVAr).
T – thời gian đóng tụ.
Z3 : Thành phần tổn thất điện năng trong mạng điện sau khi đặt thiết bị bù:
Z3 =
Vì thành phần

(

ù)

Rτc0

(3.4)

. RτC giống nhau đối với mọi phương án bù nên không

cần phải kể vào khi so sánh phương án và Z3 được viết như sau:
Z =

(Q − Q ù )
. RτC
U

(3.5)

Như vậy hàm chi phí tính tốn Z có dạng:
Z = Z + Z + Z = (avh + atc)K0.Qbù + C0. ΔP0.Qbù.T +

(

ù)

Rτc0 (3.6)

Lấy đạo hàm ∂Z / ∂Qbù và cho bằng không:

ù

= (avh + atc)K0 + C0. ΔP0.T +

(

ù)

Rτc0= 0

(3.7)

Giải được Qbù:
Qbù = Q -

[(

)

.∆

. ]

(3.8)

Trường hợp Qbù < 0 có nghĩa là đặt tụ thiết bị bù khơng kinh tế.
Đối với đường dây liên thông gồm một nguồn va nhiều phụ tải dọc theo
đường dây, ẩn số là các dung lượng bù Qb1 , Qb2 ,Qb3 lần lượt tại các nút tải 1, 2,
3 dịng cơng suất kháng sau khi đặt thiết bị bù như sau:


12

Hình 3.2 Sơ đồ dịng cơng suất kháng

Hàm chi phí tính tốn Z được viết như sau:
Z = (avh + atc)K0.(Qb1 + Qb2 + Qb3 ) + C0. ΔP0.Qbù.T(Qb1 + Qb2 + Qb3) +

[Q3-

Qb3)2 R3 + (Q2 + Q3 -Qb2 -Qb3)2 R2 + (Q1 + Q2 + Q3 - Qb1 -Qb2 -Qb2)2 R1] (3.9)
Công suất kháng cần bù là nghiệm của hệ phương trình:

=0

=0

=0

(3.10)

Nếu nghiệm Qb,i < 0 thì nút i không cần bù và cho Qb,i = 0 giảm đi một một
trình ứng với Qb,i và giải lại.
3.4 Tính toán bù kinh tế bằng phương pháp ma trận
3.4.1 Lý thuyết
Tổn thất cơng suất tính theo ma trận Zbus
ΔP+jΔQ = ∑

,

İ ∗Żijİj

(3.11)

Với nút 1 là nút cân bằng và Ii, Ij lần lượt là dòng điện ở nút i và j (trong đơn
vị tương đối), ta có mạch tương đương như sau: