1
HỆ SỐ CÔNG SUẤT VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC
CỦA MÁY PHÁT THỦY ĐIỆN
MỤC LỤC
1 GIỚI THIỆU CHUNG 2
2 THÔNG SỐ ĐẦU VÀO 4
2.1 Sơ đồ lưới điện 4
2.2 Thông số kỹ thuật 4
2.3 Các giả thiết tính toán 6
2.4 Một số quy định liên quan đến hệ số công suất của phụ tải và máy phát 6
3 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 7
4 KẾT LUẬN CHUNG 10
eBook for You
2
1 GIỚI THIỆU CHUNG
Hệ số công suất (cosϕ) là thành phần quan trọng của nhà máy điện cũng như hệ
thống điện, nó phản ánh nhu cầu công suất phản kháng của hệ thống và ảnh
hưởng đến chất lượng điện áp.
Máy phát điện có thể phát hoặc tiêu thụ công suất phản kháng bằng việc thay đổi
giá trị của dòng điện kích từ. Máy phát phát công suất phản kháng khi dòng kích
từ lớn (quá kích thích) và tiêu thụ công suất phản kháng khi dòng kích từ nhỏ
(thiếu kích thích). Hầu hết các máy phát đều có trang bị hệ thống tự động điều
chỉnh kích từ (AVR) nhằm giữ cho điện áp tại đầu cực máy phát không đổi ở
một giá trị đặt trước khi phụ tải hệ thống thay đổi.
Tuy nhiên khả năng phát và tiêu thụ công suất phản kháng của máy phát thường
bị giới hạn bởi: dòng kích từ, dòng stator, giới hạn tuabin, giới hạn ổn định tĩnh
(các giới hạn được thể hiện trên Hình 1 dưới đây). Việc tổ máy phát hay tiêu thụ
công suất phản kháng phụ thuộc đặc điểm của lưới tại khu vực với các yếu tố
như đường dây, máy biến áp, phụ tải và thiết bị bù trong hệ thống điện. Trong
thực tế, tổ máy sẽ phải vận hành sao cho vừa phát tối ưu công suất tác dụng
trong khi vẫn đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật như: hệ số công suất, điện áp đầu

cực, giới hạn tổ máy.
Để đưa ra được chế độ làm việc hợp lý của máy phát trong hệ thống điện, chúng
ta phải tính toán phân tích đối với từng trường hợp cụ thể.
Giới hạn tuabin
Giới hạn dòng stator
Giới hạn dòng kích từ
Giới hạn
ổn định tĩnh
MW
MVar
Hình 1. Đặc tính P - Q máy phát điện
eBook for You
3
Các tính toán và phân tích dưới đây được thực hiện trên một hệ thống điện đơn
giản gồm 4 nút: nút máy phát, nút thanh cái máy phát, nút hệ thống và nút tải.
eBook for You
4
2 THÔNG SỐ ĐẦU VÀO
2.1 Sơ đồ lưới điện
2.2 Thông số kỹ thuật
1. Hệ thống điện: là nguồn vô cùng lớn
2. Máy phát thủy điện nhỏ:
TT
Thông số kỹ thuật
Giá trị
1
P
đm
(MW)
12

2
Cosϕ (Có thể điều chỉnh từ 0.8 đến 0.95)
0.8
3
S
đm
(MVA)
15
4
Điện áp đầu cực (kV)
10.5
5
Tỷ số ngắn mạch, Kcc
0.145
6
Xd (pu)
1.143
7
Xd’ (pu)
0.280
8
Xd’’ (pu)
0.184
9
Xq (pu)
0.695
10
Xq’ (pu)
0.695
11

Xq’’ (pu)
0.306
12
X2 (pu)
0.243
13
X0 (pu)
0.054
eBook for You
5
3. Máy biến áp đầu cực máy phát:
TT
Thông số kỹ thuât
Giá trị
1
S
đm
(MVA)
16
2
Loại máy
S10-16000/110
3
Điện áp phía cao (kV)
115
4
Điện áp phía hạ (kV)
10.5
5
Tổ đấu dây

YNd11
6
Nấc phân áp (%)
±2*2.5%
7
Tổn thất không tải (kW)
15.7
8
Tổn thất có tải (kW)
77.4
9
Điện kháng ngắn mạch (%)
10.5
4. Đường dây:
TT
Thông số kỹ thuât
Giá trị
1
Chiều dài (km)
Từ Nút B đến Nút C
3
Từ Nút B đến Nút D
15
Từ Nút C đến Nút D
12.4
2
Loại dây
AC-185
3
Điện áp (kV)

110
4
Dòng điện định mức (A)
387
5
R (Ω/km)
0.214
6
X (Ω/km)
0.408
7
G (10
-6
S/km)
-
8
B (10
-6
S/km)
2.82
9
R
0
(Ω/km)
0.362
10
X
0
(Ω/km)
1.429

11
G
0
(10
-6
S/km)
-
12
B
0
(10
-6
S/km)
2.82
eBook for You
6
5. Phụ tải: P
ptC
= 25MW; hệ số Cosϕ
ptC
thay đổi
2.3 Các giả thiết tính toán
Các trường hợp tính toán được xem xét bao gồm:
o Trường hợp 1: Hệ số công suất của nhà máy được điều chỉnh sao cho tại
điểm giao nhận điện (tại thanh cái nhà máy) hệ số công suất không nhỏ
hơn giá trị 0.85 (cosϕ ≥ 0.85) như theo quy định.
o Trường hợp 2: Hệ số công suất của nhà máy sẽ được điều chỉnh theo nhu
cầu công suất phản kháng trên lưới điện.
Giả thiết rằng trong các trường hợp tính toán:
o Lưới điện đang thiếu công suất phản kháng

o Tổ máy phát với công suất lớn nhất (công suất phát bằng công suất định
mức của tổ máy)
2.4 Một số quy định liên quan đến hệ số công suất của phụ tải và máy phát
1. Thông tư 32/2010/TT-BTC, Quy định về hệ thống điện phân phối (Điều
38 – Yêu cầu về hệ số công suất của phụ tải phải nằm trong dải từ 0.85
đến 0.9)
2. Thông tư 12/2010/TT-BTC, Quy định về hệ thống truyền tải (Điều 32 –
Yêu cầu khả năng huy động, điều khiển công suất tác dụng và công suất
phản kháng của tổ máy phát điện trong dải hệ số công suất từ 0.85 đến
0.9)
3. Quyết định 18/2008/QĐ-BCT, Quy định về biểu giá chi phí tránh được và
Hợp đồng mua bán điện mẫu (Điều 4 – Yêu cầu về hệ số công suất tại
điểm giao nhận điện của nhà máy không thấp hơn 0.85)
eBook for You
7
3 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
Trong tất cả các trường hợp tính toán, sẽ lấy hệ số công suất của phụ tải là 0.8
(với hệ số công suất này sẽ tương đương với việc trên lưới điên đang cần một
lượng công suất phản kháng). Kết quả tính toán cho hai trường hợp như sau:
Trường hợp 1: Hệ số công suất tại nút B (nút giao nhận điện) được giữ ở giá trị
0.85
Bảng kết quả tính toán:
TT
Máy phát
Hệ thống
(Nút D)
Phụ tải
(Nút C)
Nút A
Nút B

Công suất biểu kiến (MVA)
14.35
14.12
16.72
31.28
Hệ số công suất (cosϕ)
0.84
0.85
0.78
0.80
Công suất phản kháng (MVAr)
7.88
7.44
10.44
18.77
Nhận xét:
Kết quả tính toán cho thấy, khi hệ số công suất tại nút B được giữ cố định ở giá
trị 0.85 thì tổ máy không thể phát tối đa được công suất phản kháng lên lưới (hệ
số công suất tại đầu cực máy phát bằng 0.84 trong khi khả năng điều chỉnh của
nó có thể là 0.8). Trường hợp này, để đáp ứng được nhu cầu công suất phản
kháng của phụ tải, lưới điện bắt buộc phải nhận công suất phản kháng từ hệ
eBook for You
8
thống về khi đó hệ số công suất tại nút hệ thống (nút D) xuống rất thấp (dưới
0.8).
Trường hợp 2: Hệ số công suất của nhà máy được điều chỉnh theo nhu cầu lưới
điện
Bảng kết quả tính toán:
TT
Máy phát

Hệ thống
(Nút D)
Phụ tải
(Nút C)
Nút A
Nút B
Công suất biểu kiến (MVA)
15.00
14.72
16.06
31.28
Hệ số công suất (cosϕ)
0.80
0.82
0.81
0.80
Công suất phản kháng (MVAr)
9.00
8.53
9.35
18.77
Nhận xét:
Kết quả tính toán cho thấy, hệ số công suất tại nút hệ thống (nút D) đã được cải
thiện (tăng lên 0.81) khi tổ máy được huy động tối đa công suất phản kháng (hệ
số công suất của tổ máy xuống 0.8 vẫn nằm trong dải điều chỉnh cho phép). Khi
đó công suất phản kháng tại nút B sẽ nhỏ hơn 0.85 như theo quy định.
Như vậy, trong trường hợp hệ thống không đáp ứng đủ nhu cầu công suất phản
kháng thì bắt buộc phải huy động công suất phản kháng tại các nhà máy (bằng
cách điều chỉnh kích từ - thay đổi hệ số công suất) hoặc phải tính đến phương án
eBook for You

9
đặt thiết bị bù tại các nút phụ tải hoặc máy phát trong trường hợp các tổ máy
không đáp ứng đủ nhu cầu công suất phản kháng trên lưới.
eBook for You
10
4 KẾT LUẬN CHUNG
1. Đối với các nhà máy thủy điện nhất là các nhà máy thủy nhỏ, hệ số công
suất rất linh hoạt (có thể điều chỉnh trong dải rất rộng từ 0.8 đến 0.95) vì
thế hoàn toàn có thể đáp ứng được yêu cầu về hệ số công suất cũng như
nhu cầu công suất phản kháng của hệ thống. Nhà máy có thể phát tối đa
công suất phản kháng lên lưới trong khi vẫn đảm bảo được hệ số công
suất và điện áp tại tại thanh cái nhà máy nằm trong dải cho phép.
2. Nếu các nhà máy điện phải giữ hệ số công suất tại điểm giao nhận điện
như theo quy định (cosϕ ≥ 0.85) thì các tổ máy phát sẽ không thể phát hết
được công suất phản kháng nhất là trong trường hợp nhu cầu công suất
phản kháng trên lưới lớn. Quy định về cosϕ ≥ 0.85 chỉ nên áp dụng với
phụ tải và không nên áp dụng cho các nhà máy.
3. Công suất phản kháng chủ yếu lấy từ các nguồn như: máy phát, đường
dây và thiết bị bù. Nếu trong trường hợp các tổ máy phát và hệ thống
không đáp ứng đủ nhu cầu công suất phản kháng thì bắt buộc phải đặt các
thiết bị bù tại các nút có điện áp thấp và hệ số công suất không đạt yêu
cầu.
eBook for You