BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN
THƠ KHOA CÔNG NGHỆ

ĐỒ ÁN HỆ THỐNG ĐIỆN
ĐIỀU ĐỘ TỐI ƯU CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : ĐÀO MINH TRUNG
Nghành: Kỹ thuật điện – Khóa: 43

Tháng 10/2020


LỜI CẢM ƠN

…, ngày.......tháng 10 năm 2020

Sinh viên thực hiện

Kính thưa quý thầy cô!
Chúng em xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Giám Hiệu và các thầy
cô trong trường, đặc biệt là thầy cô trong khoa Công Nghệ trường Đại Học Cần
Thơ, đã tận tình chỉ dạy, truyền đạt kiến thức cũng như tạo điều kiện thuận lợi cho
em trong suốt quá trình học tập vừa qua.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Đào Minh Trung đã dành nhiều thời gian
công sức, quan tâm theo dõi, tận tình hướng dẫn, động viên và nhắc nhở em
hồn thành tốt đồ án này.
Qua đây, chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và người thân
đã động viên, giúp đỡ chúng em rất nhiều trong quá trình học tập.
Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC


LỜI CẢM ƠN........................................................................................................................ii
MỤC LỤC............................................................................................................................ iii
Phụ lục hình............................................................................................................................v
CHƯƠNG 1........................................................................................................................... 1
TỔNG QUAN hệ thống điện................................................................................................. 1
1.1. Sơ lược về hệ thống điện.............................................................................................1
1.2. Nhà máy điện.............................................................................................................. 1
1.3. Hệ thống truyền tải và phân phối................................................................................ 2
CHƯƠNG 2:.......................................................................................................................... 6
PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN BÙ TỐI ƯU CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG LƯỚI ĐIỆN
PHÂN PHỐI...........................................................................................................................6
2.1

Bù cơng suất phản kháng trên lưới điện phân phối................................................6

2.2

Các phương pháp bù công suất phản kháng.........................................................12

2.2.1

Phương pháp nâng cao hệ số cos φ tự nhiên........................................................12

2.2.2


Phương pháp nâng cao hệ số cos φ nhân tạo....................................................... 12

2.2.3

Điều chỉnh dung lượng bù....................................................................................13

2.2.4

Điều chinh điện áp............................................................................................... 14

2.2.5

Bù tự nhiên...........................................................................................................15

2.2.6

Phương pháp vận hành tối ưu...............................................................................15

2.2.7

Bù ngang.............................................................................................................. 16

2.2.8

Bù dọc.................................................................................................................. 16

CHƯƠNG 3......................................................................................................................... 17
ỨNG DỤNG PHẢN MỀM PSS/ADEPT VÀ CÁC ỨNG DỤNG TÍNH TỐN TRONG
LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI................................................................................................... 17
3.1


Khái qt chung Phần mềm tính tốn lưới điện PSS/ADEPT................................. 17

3.2

Các cửa sổ ứng dụng và thanh công cụ của PSS/ADERT....................................... 18
3.2.1

Các cửa số View.............................................................................................18

3.2.2

Cửa số Equipment List View......................................................................... 20

3.2.3

Cửa sổ Report Preview...................................................................................21

3.2.4

Diagram View................................................................................................ 21

3.2.5

Cửa sổ Progress View.................................................................................... 22

3.2.6

Thanh menu chính..........................................................................................23


3.2.7

Zoom Toolbar.................................................................................................23


3.2.8

Analysis Toolbar............................................................................................ 23

3.2.9

Diagram Toolbar............................................................................................ 24

3.2.10

File Toolbar.................................................................................................... 25

3.2.11

Thanh công cụ (Toolbars).............................................................................. 25

3.3

Tạo báo cáo.............................................................................................................. 27

3.4

Thiết đặt các thơng số chương trình PSS/ADEPT vào bài tốn tối ưu cơng suất
phản khán................................................................................................................. 28


3.5

. Kết luận.................................................................................................................. 37

TẢI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................38


PHỤ LỤC HÌNH
Hình 1. 1 Lưới điện phân phối...............................................................................................2

Y
Hình 2. 1 Mối quan hệ giữa hệ số công suất và cơng suất phản khán................................... 7
YHình 3. 1 Cửa số View...........................................................................................................
Hình 3. 2 Cửa số View.........................................................................................................19
Hình 3. 3 Cửa số Equipment List View...............................................................................20
Hình 3. 4 Cửa số Equipment List pop-up............................................................................20
Hình 3. 5 Diagram Pop-up menu.........................................................................................21
Hình 3. 6 Cửa số Progress View..........................................................................................22
Hình 3. 7 Menu chính và các thanh cơng cụ........................................................................23
Hình 3. 8 Thanh cơng cụ Zoom...........................................................................................23
Hình 3. 9 Thanh cơng cụ Analysis.......................................................................................24
Hình 3. 10 Thanh cơng cụ Diagram.....................................................................................24
Hình 3. 11 Hộp thoại thiết đặt thơng số chương trình..........................................................24
Hình 3. 12 Thanh cơng cụ File Toolbar...............................................................................25
Hình 3. 13 Network Diagram and Tooltips..........................................................................25
Hình 3. 14 Cửa sổ tùy chọn..................................................................................................26
Hình 3. 15 Thanh cơng cụ Result.........................................................................................27
Hình 3. 16 Thanh cơng cụ Report........................................................................................27
Hình 3. 17 Hộp thoại thiết đặt chung...................................................................................28
Hình 3. 18 Hộp thoại thuộc tính nguồn................................................................................30

Hình 3. 19 Hộp thoại thuộc tính tải......................................................................................31
Hình 3. 20 Hộp thoại thuộc tính MBA.................................................................................32
Hình 3. 21 Hộp thoại thuộc tính dãy dẫn.............................................................................33
Hình 3. 22 Hộp thoại thuộc tỉnh nút.....................................................................................34
Hình 3. 23 Hộp thoại thơng số sơ đồ lưới điện Genera........................................................35
Hình 3. 24 Hộp thoại Color coding......................................................................................36


Chương
I

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM
1.1. Sơ lược về hệ thống điện:

Hệ thống điện là một mạng lưới kết nối các thiết bị điện, dùng để phát điện,
hệ thống điện truyền tải và sử dụng điện năng. Một hệ thống điện lớn, cung cấp
điện lực cho một vùng miền, hoặc một quốc gia cũng được gọi là lưới điện và có
thể chia nhỏ hơn thành 4 mảng lớn gồm:
-

Nhà máy điện

-

Hệ thống truyền tải

-

Hệ thống phân phối


-

Phụ tải điện.

Phần lớn các hệ thống điện lớn trên thế giới ngày nay đều sử dụng hệ thống
điện xoay chiều ba pha.
1.2. Nhà máy điện
Nhà máy điện là nhà máy sản xuất điện năng ở quy mô công nghiệp, nơi tạo
ra nguồn điện cung cấp cho hầu hết các khu vực trong nước.
Phần điện của các nhà máy điện có các thiết bị chính và phụ. Các thiết bị phụ
chủ yếu dùng để thực hiện các chức năng đo lường, phát tin hiệu, bảo vệ, tự động...
Các thiết bị quan trọng như:các máy phát điện đồng bộ, các hệ thống thanh góp, các
thiết bị đóng cắt, các dao cách ly và các thiết bị tự dùng đảm nhiệm những chức
năng chính của nhà máy Trong đó, bộ phận chính u của hầu hết các nhà máy điện
là máy phát điện. Đó là thiết bị biến đổi cơ năng thành điện năng thường sử dụng
7


nguyên lý cảm ứng điện từ. Tuy nhiên, nguồn năng lượng để chạy các máy phát
điện này lại không giống nhau. Nó phụ thuộc vào phần lớn các loại chất đốt và cơng
nghệ mà nhà máy có thể tiếp cận được.
Nhà máy nhiệt điện có thể được phân loại dựa trên hai tiêu chí: loại nhiên
liệu được sử dụng và phương pháp tạo ra động năng quay Phân loại nhà máy điện
dựa vào loại nhiên liệu
+Nhà máy điện hạt nhân: dùng nhiệt phản ứng hạt nhân để quay tuabin hơi.
+Nhà máy nhiệt điện: sử dụng năng lượng hóa thạch ( khí đồng hành, dầu diesel.)
có thể dùng tua bin khí (khi dùng khí đồng hành) hoặc hơi (khi dùng dầu) Nhà máy địa
nhiệt: lấy sức nóng từ những tầng sâu của trái đất
+ Nhà máy năng lượng tái tạo lấy nhiệt lượng bằng cách đốt bã mía, rác thải, khí

biogas..

Dựa vào phương pháp tạo động năng quay:
Nhà máy tuabin hơi: làm sối nước và dùng áp suất do hơi phát ra làm quay
cánh tuabin.
Nhà máy tuabin khí: dùng áp suất do dòng khi di chuyển qua cánh tuabin
làm quay tuabin. Do đó làm cho tuabin khởi động nhanh nên nó có thể được dùng
cho việc tạo động năng đầu cho tuabin trong các nhà máy điện mặc dù tổn kém hơn.
Nhà máy tuabin kết hợp hơi-khi: kết hợp tru điểm của hai loại tuabin trên.
1.3. Hệ thống truyền tải và phân phối.

Hình 1. 1 Lưới điện phân phối


Về mặt nghiên cứu tính tốn lưới điện được chia làm 4 loại:
+Lưới hệ thống (110-220-500 kV)
+ Lưới truyền tải (35-110-220 kV)
+ Lưới phân phối trung áp (6-10-15-22-35 kV)
+ Lưới phân phối hạ áp (04/0.22 kV)
1.3.1

Lưới điện hệ thống

Lưới điện hệ thống Lưới hệ thống bao gồm các đường dây tải điện và trạm
biến áp khu vực nổi liền các nhà máy điện tạo thành hệ thống điện. Lưới có nhiều
mạch vơng kín để khi ngắt điện bảo quản đường dây hoặc sự cố một đến hai đường
dây vẫn dảm bảo liên lạc hệ thống Vận hành kín để đảm bảo liên lạc thường xuyên
và chắc chắn giữa các nhà máy điện với nhau và với phụ tải,
1.3.2


Lưới truyền tải.

Lưới truyền tải Lưới truyền tải làm nhiệm vụ tải điện từ các trạm khu vực
đến các trạm trung gian. Lưới truyền tải có đặc điểm: sơ đồ kín có dự phòng với hai
lộ son song từ một trạm khu vực và từ hai trạm khu vực khác nhau. Vận hành hở vị
lý do hạn chế dịng ngắn mạch, có thiết bị đóng nguồn dự trữ khi có sự cố.

Lưới điện được thực hiện bằng đường dây trên không và lưới ngầm. Thực
hiện trên khơng là phương pháp chính.
Trong lưới truyền tải, dây trung tính máy biển áp thườmg dược nối đất. Lưới
điện truyền tải Việt Nam bắt đầu được xây dựng từ những năm 1960.
Sau nửa thể kỷ hình thành và phát triển, đến nay lưới điện truyền tải đã lớn
mạnh với hàng nghìn km đường dây và hàng trâm trạm biến áp Công nghệ đường
dây nhiều mạch, nhiều cấp điện áp, cáp ngầm cao áp 220 kV, trạm GIS 220 Kv,
thiết bị SVC 110 kV, tụ b dọc 500 kV, hệ thống điều khiển tích hợp bằng máy tính
và nhiều công nghệ truyền tái điện tiên tiến trên thế giới đã được áp dụng rộng rãi
tại lưới điện truyền tải Việt Nam.
1.3.3

Lưới phân phối

Lưới phân phối Lưới phân phối là một bộ phận của hệ thống điện làm
nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm biến áp trung gian cho các phụ tải
lưới phân phối nói chung, gồm hai thành phần: lưới phân phối điện trung áp 635 kV và lưới phân phối điện hạ áp 380/220 kV.


Lưới phân phối có tầm quan trọng đặc biệt đối với hệ thống điện và mang
nhiều đặc trưng trực tiếp đảm bảo chất lượng điện cho các phụ tải, giữ vai trò quan
trọng trong đam bảo độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải. Có đến 98% điện năng bị
mắt là do sự cố và ngưng điện kế hoạch lưới phân phối. Mỗi sự cố trên lưới phân

phối đều có ảnh hưởng rất lớn đến sinh hoạt và các hoạt động kinh tế, xã hội,
Lưới điện phân phối trực tiếp cung cấp cho các thiết bị điện nên nó ảnh
hưởng trực tiếp đến tuổi thọ, công suất và hiệu quả các thiết bị điện,
Về cấu trúc lưới phân phối được chia thành:
+ Lưới phân phối hình tia khơng phản đoạn đặc điểm của nó rất đơn giản, rẻ
tiền nhưng độ tin cậy thấp, không đáp ứng được nhu cầu của các phụ tải quan trọng.
+ Lưới điện phân phối hình tia có phân đoạn là lưới điện phân phối hình tia
được chia ra làm nhiều đoạn nhờ các thiết bị phân đoạn như dao cách ly, cầu dao
phụ tải, máy cắt phân đoạn. Các thiết bị này có thể thao tác tại chỗ hoặc điều khiển
từ xa Lưới này có độ tin cậy cao hay thấp phụ thuộc vào các thiết bị phân đoạn và
thiết bị điều khiến chung + Lưới điện kín vận hành hở, lưới này có cấu trúc mạch
vịng kin hoặc hai nguồn, có các thiết bị trong mạch vịng. Bình thường lưới vận
hành hở, khi có sự cố hoặc sửa chữa đường dây, người ta sử dụng các thiết bị đóng
cắt để điều chính hồ sơ cấp điện, lúc đó phân đoạn bị mất điện, các phân đoạn cịn
lại vẫn được cấp điện bình thường. Sơ đồ lưới kín vận hành hở có độ tin cậy cao
hơn so với sơ đồ hình tia. về mật ngun tắc lưới có thể vận hành kín song địi hỏi
thiết bị báo vệ, điều khiển phải đắt tiền và hoạt động thật chính xác.
1.3.4

Phụ tải điện.

Phụ tải điện loại 1:
Đây là loại phụ tải được cung cấp điện liên tục nếu mất điện sẽ gây ra những
hậu quả vô cùng nghiêm trọng Đối với tính mạng con người thi loại phụ tái này là
các hẩm mỏ, bệnh viện. Đối với sản xuất khinh doanh: trong các nhà máy luyện
thép, lị cao Ngồi ra cịn làm mất trật tự trị 1 và ảnh hưởng đến chính trị, quốc tế
như các loại phụ tải là các đại sử quản, các công trình văn hóa cơng cộng.
Phụ tải điện loại 2:
Dây là loại phụ tải nếu mất điện sẽ gây thiệt hại về kính tế như: sản xuất sản
phẩm bị thiếu hụt, thứ phẩm tăng gây ra lãng công và không sử dụng hết công suất

thiết bị,
Phụ tải điện loại 3:
Là những hộ tiêu thụ không thuộc vào hai loại trên.


Đối với hộ tiêu thụ điện loại 1 phái được cung cấp điện bằng it nhất hai
nguồn cung cấp điện độc lập và một nguồn dự phòng tại chỗ Chỉ được phép ngừng
cung cấp điện trong thời gian tự động đóng nguồn dự phịng.
Nguồn điện dự phịng tại chỗ có thể là trạm cố định hoặc lưu động có máy
phát điện hoặc bộ lưu điện (UPS).
Đối với hộ tiêu thụ điện loại 2 phải được cung cấp điện bằng ít nhất một nguồn
cung cấp điện chính và một nguồn dự phòng, được phép ngừng cung cấp điện trong
thời gian cần thiết để đóng nguồn dự phịng


Chương
II

ĐỐI VỚI HỘ TIÊU THỤ ĐIỆN LOẠI 3 ĐƯỢC PHÉP
NGỪNG CUNG CẤP ĐIỆN TRONG THỜI GIAN
SỬA CHỮA HOẶC XỬ LÝ SỰ CỐ.CHƯƠNG 2:
PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN BÙ TỐI ƯU
CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN
PHỐI
2.1 Bù công suất phản kháng trên lưới điện phân phối
2.1.1 Khái niệm công suất phản kháng
Khái niệm:
Phần lớn các thiết bị dùng điện đều tiêu thụ công suất tác dụng P và công
suất phản kháng Q. Những thiết bị tiêu thụ nhiều công suất phản kháng là:
- Động cơ không đồng bộ, chúng tiêu thụ khoảng 60 - 65% tổng công suất

phản kháng của mạng:
Máy biến áp tiêu thụ khoảng 20-25%; Đường dây trên không, điện kháng và
các thiết bị điện khác tiêu thụ khoảng 10%
Như vậy động cơ không đồng bộ và máy biến áp là hai loại máy điện tiêu thụ
nhiều công suất phản kháng nhất. Công suất tác dụng P là công suất được biến
thành cơ năng hoặc nhiệt năng trong các máy dựng điện; cịn cơng suất phản kháng
Q là cơng suất từ hóa trong các máy điện xoay chiều, nó khơng sinh ra cơng. Q
trình trao đổi cơng suất phản kháng giữa máy phát điện và hộ dùng điện là một q
trình dao động. Mỗi chu kỳ của dịng điện, Q đổi chiều bốn lần, giá trị trung bình
của Q trong chu kỳ của dịng điện bằng khơng. Cho nên việc tạo ra cơng suất phản
kháng khơng địi hỏi tiêu tốn năng lượng của động cơ sơ cấp quay máy phát điện.
Mặt khác công suất phản kháng cung cấp cho hộ dùng điện không nhất thiết phải
lấy từ nguồn (máy phát điện). Vì vậy để tránh truyền tải một lượng Q khá lớn trên
đường dây, người ta đặt gần các hộ dùng điện các máy sinh ra Q (tụ điện, máy bù
đồng bộ) để cung cấp trực tiếp cho phụ tải, làm như vậy được gọi là bù công suất
phản kháng. Khi có bù cơng suất phản kháng thì góc lệch pha giữa dòng điện và
điện áp trong mạch sẽ nhỏ đi, do đó hệ số cơng suất cos φ của mạng được nâng cao,
giữa P, Q và góc φ có quan hệ sau:
Q
φ = arctg
P
•

P: Cơng suất hữu dụng

•

Q: Công suất phản kháng



Chương
II

Hình 2. 1 Mối quan hệ giữa hệ số cơng suất và công suất phản khán
Khi lượng P không đổi, nhờ có bù cơng suất phản kháng, lượng Q truyền tải
trên đường dây giảm xuống, do đó góc φ giảm, kết quả là cos φ tăng lên.
Các nguồn công suất phản kháng Động cơ đồng bộ Động cơ đồng bộ được
sử dụng nhiều trong lĩnh vực công nghiệp. Chúng được sử dụng để truyền động
trong các cơ cầu làm việc với chế độ dài hạn như bơm, quạt, máy nên khi, bằng
truyền... Trong các nhà máy có cos φ > 0,9 thi các động cơ đồng bộ bị loại ra và có
thể sử dụng để làm nguồn cơng suất phản kháng. So với động cơ khơng đồng bộ thì
giá thành rất cao, song nó có nhiều tu điểm:
Tốc độ quay khơng phụ thuộc vào tải nên có tác dụng nâng cao năng suất và
chất lượng sản phẩm.
Momen quay phụ thuộc tuyển tính vào điện áp
Có thể làm việc ở tốc độ thấp má không cần bộ biến
đổi Hiệu suất sử dụng cao
Đặc biệt động cơ đồng bộ có thể tiêu thụ hoặc phát công suất phản kháng
trên lưới tùy thuộc vào chế độ kích từ của nó, cho nên nó làm tăng chế độ ốn định
cho lưới.
Khả năng kỹ thuật có thể sử dụng động cơ đồng bộ làm phần tử bù giới hạn
bởi công suất phản kháng cực đại mà nó có thể sản sinh ra mà khơng làm quá nhiệt
cách điện cuộn dây và lôi sắt Công suất đó được gọi là cơng suất phản kháng sản
sinh của động cơ.
Các thông số cơ bản của động cơ đồng bộ:

13


+ Hệ số tải theo công suất tác dụng và cơng suất phản kháng được tính bằng:


P° = β = PP
Q° = α

=

Q

Q

+ Điện áp tương đối của chế độ:
U

U* = Un
Ở điều kiện định mức, khi β = 1 và U* = 0,45 + 1,05 thì động cơ có thể
liên tục phát ra công suất phản kháng định mức. Khi các thông số định mức
trên không đảm bảo thi cơng suất phản kháng sinh ra được tính theo:
QM =α M Qn
Trong đó:
α M =f(β,U*) là giá trị cực đại cho phép của a

+ Hao tổn công suất tác dụng trong động cơ đồng bộ được xác định
theo:
∆P = φ
¿,U*)

Đặc tính phụ thuộc ∆P vào α , β,U* khơng đối đối với tất cả các động
cơ. Sự thay đổi của β,U*ngồi giới hạn khơng dẫn tới thay đối tiếp theo của ∆
P.
Máy phát điện đồng bộ là nguồn công suất chủ yếu của công suất phản

kháng Nguồn tạo ra công suất phản kháng chính trong lưới điện là các máy phát
trong các nhà máy sản xuất điện năng và các máy bù đồng bộ. Công suất phản
kháng sinh ra trong chúng điều hịa tổn hao cơng suất phản kháng trên mạng và
cung cấp cho tải.
Theo các tiêu chuẩn về kinh tế, kỹ thuật thì việc vận chuyển cơng suất phân
kháng từ các máy phát tới tận nơi tiêu thụ là không kinh tế. Tổn hao do việc phát
công suất phản kháng trong máy không lớn song ton hao trên lười do truyền công
suất phản kháng lại rất lớn, mặc khác cịn làm giảm khả năng truyền tải cơng suất
tác dụng trên lưới. Vi vậy công suất tối ưu phát tứ máy phát cần được tính tốn kỹ
thuật để đạt được các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật Phần công suất phản kháng còn lại
cần để cung cấp cho tải được tạo ra từ các thiết bị bù.
Tụ bù Khi khoa học ngày cảng phát triển thì việc sử dụng tụ bù là rất phổ
biến và chiếm phần lớn so với việc dùng động cơ đồng bộ bởi nó có những ưu điểm
sau:


+ Tổn hao công suất tác dụng năng lượng riêng) trong tụ nhỏ hơn nhiều lần
so với thiết bị khác.
+ Cho phép đặt ở các vị tri khác nhau và gam cơng suất của chúng rộng có
thể từ 10kVA-25MVA hole lởm hơn.
+ Cho phép tăng dần công suất của tụ bằng cách nối thêm các cụm mới theo
yêu cầu tăng tiêu thụ công suất phản kháng trên lưới.
+ Tụ điện có độ tin cậy cao hơn và đơn giản hơn trong vận hành vi tụ khơng
có phần động và bộ phận kích tử.
+ Vốn đầu tư ban đầu nhỏ, giá thành riêng không phụ thuộc vào công suất
mà chỉ phụ thuộc vào điện áp.
+Tụ điện cải thiện được hình dáng đường cong điện áp.
Do các ưu điểm trên, tụ điện được sử dụng nhiều hơn và trong điều kiện
khoa học kỹ thuật như ngày nay khi mà các hộ tiêu thụ cơng suất phản kháng ngày
càng phát triển thì khơng thể khơng dùng tụ bù,

Ngồi những ưu điểm kể trên tụ cũng có những nhược điểm:
+ Chỉ sản sinh ra công suất phản kháng.
+ Tuổi thọ của tụ thấp (8+10 năm) và không phục hồi lại được.
+ Công suất phát của tụ tỷ lệ với bình phương điện áp:
Qtu = w.C.U 2 *103 (kVAr)
Cho nên khi U giảm thì cơng suất công suất phản kháng phát ra giám, đặc
biết nếu U giám quá giới hạn sẽ gây ra hiện tượng thác sụt áp.
+ Khi cần phát cơng suất lớn thì tụ phải có kích thước lớn.
+ Máy bù Thyristor đã được chế tạo, nó là một cầu dọc ba pha dùng
Thyristor két hợp với cuộn kháng có điện trở phần kháng nhỏ. Ưu điểm cơ bản của
Aoqi này là tác động nhanh. Nó có thể dùng kết hợp với các phương tiện lớn khác.
Nhược điểm của máy bù Thyristor là giá thành cao, tổn hao công suất lớn
(gấp khoản 2.5 lần so với tụ) vì thế mây bù Thyristor chỉ dùng để điều chỉnh điện
áp, hạn chế có dao động điện áp trong mạng điện cơng nghiệp, nơi có những thay
đổi nhanh của tải.
2.1.2

Hệ số công suất và sự điều chỉnh

Hệ số cơng suất:
Một phụ tải có tổng dẫn Y= G+ jB được cung cấp bởi điện áp U thì có dịng
điện I chạy qua.


Lúc này: I=U(G+ JB) - IR+jIX
Dịng điện I có thành phần tác dụng điện trở IR cùng pha với U và thành
phần IX vng gốc với U, góc pha giữa U và I là φ .
Công suất biểu kiến S=UI-=U( IR + JIX) =P-jQ Vậy cơng suất biểu kiến có
thành phần P (cơng suất có ích để chuyển đổi thành dạng năng lượng khác) và thành
phần phản kháng Q (công suất vô công nhưng là nhu cầu bắt buộc của tải).

Xét tỷ lệ cos φ =
P

là hệ số biểu thị sự chuyển đổi công suất biểu kiến sang
Q

công suất hữu ích P.
Điều chính hệ số công suất:
Nguyên tắc điều chinh hệ số công suất là bù công suất phản kháng, tức cung
cấp tại chỗ bằng cách nối song song tải với một thiết bị bù có tổng dẫn phản kháng
thuần (-jB). Dòng điện cung cấp tổ hợp tải và thiết bị bù có tổng là:
I=U[(O+B) - Bc]
Cơng suất biểu kiến sau khi bù: S= P- j(Q-QC)
Hệ số công suất trước bù:
Cos φ =
1

P1

√ P 12+Q 12

Khi mắc tụ bù ngang dung lượng Q ở phụ tải thì hệ số cơng suất tăng lên:
Cos φ =
2

P1

√ P 12+¿¿¿

Ta thấy công suất biểu kiến giảm từ S1 đến S2 và công suất phản kháng giảm

từ Q1 xuống Q2 bằng việc cung cấp một cơng suất Qc. Ta biết khi giảm dịng điện
phản kháng sẽ làm giảm dòng điện tổng trên dây dẫn do đó sẽ làm giảm tổn thấy
trên đường dây.
2.1.3

Quan hệ giữa công suất phản kháng và điện áp

Nhu cầu CSPK thay đổi gây ra sự đối điện áp. Trong lưới điện trung áp, hạ
áp thì R khá lớn, dịng cơng suất tác dụng cũng ảnh hướng đến điện áp. Nhưng
không thể dùng cách điều chỉnh công suất tác dụng để điều chỉnh điện áp được, vì
cơng suất tác dụng là yêu cầu của phụ tải để sinh ra năng lượng, chỉ có thể cung cấp
từ nhà máy điện. Cịn cơng suất phản kháng thì khơng sinh cơng, nó chỉ là dịng
cơng suất gây ra từ trường dao động trên lưới điện, rất cần thiết nhưng có thể cấp tại


chỗ cho phụ tải. Do đó trong các lưới điều chỉnh điện áp bằng cách điều chỉnh cân
bằng công suất phản kháng. Khi điện áp một điểm nào đó của hệ thống điện nằm


trong phạm vi cho phép thì có nghĩa là cơng suất phản kháng của nguồn đủ đáp ứng
yêu cầu của phụ tải tại điểm đó.
Nếu điện áp cao thì thừa CSPK, cịn điện áp thấp thi thiếu CSPK Cân bằng
cơng suất phản kháng được thực hiện bằng hai cách:
-

Điều chỉnh công suất phản kháng từ nguồn phát như: nhà máy điện,
máy bù đồng bộ, các bộ tụ bù.

-


Điều chỉnh lại dịng cơng suất phản kháng hay phân bố lại cơng suất
phản kháng trên mạng điện bằng cách điều chỉnh đầu phân áp ở các
máy biến áp, điều chính thực hiện bù dọc,...

2.1.4

Mục tiêu và lợi ích của bù cơng suất phản kháng

Trước khi nghiên cứu các phương pháp tính tốn chủng ta hãy xem xét lại
ích lợi của việc lắp đặt tụ điện để bù công suất phản kháng trên lưới phân phối. Để
so sánh giữa bù tập trung tại thanh cải và bù rãi trên xuất tuyến xem phương pháp
nào hiệu quả hơn. Một vấn đề khác cũng cần quan tâm là đồ thị phụ tải luôn thay
đổi, do vậy để việc bù công suất phản kháng đạt hiệu quả cao nhất chúng ta cần
phải nghiên cứu việc điều chỉnh công suất bù, nghĩa là bên cạnh một số tụ được nối
cố định vào lưới, số khác phải được đóng cắt (ứng động) theo yêu cầu vận hành.
Các lợi ích của việc lắp đặt tu bù:
Sử dụng tụ điện:
Nói chung tụ điện có thể được sử dụng ở tất cả các cấp điện áp. Một bộ tụ
riêng rẽ có thể thêm vào bằng cách mắc song song để đạt được dung lượng kVAr và
có thể nối tiếp để đạt được điện áp kV. Số lượng thống kê thu thập được cho thấy,
khoảng 60% tụ được lắp đặt cho các xuất tuyến, 30% tại thanh cái các trạm và 10%
còn lại cho hệ thống truyền tải Khi số kVA của tụ điện cần thiết cho lưới đã được
xác định, vấn đề cịn lại là xác định vị trí lắp đặt thích hợp. Qui tắc đơn giản dùng
cho việc lắp đặt tụ cố định trên xuất tuyến có phụ tải phân bố đều là lắp đặt chúng
gần khoảng 2/3 từ trạm đến cuối xuất tuyến. Đối với tải giảm đều, tụ cố định được
lắp đặt ở khoảng 1/2 của xuất tuyển. Mặt khác, việc lắp đặt tụ điện đóng cắt được
xác định trên cơ sở yêu cầu của việc điều chỉnh điện áp và thường được lắp đặt
trong khoảng 1/3 cuối của xuất tuyến.
- Các kiểu điều khiển dùng cho tụ điện đơng cắt:
Q trình đóng cắt các tụ điện có thể thực hiện bằng cách điều khiến bằng

tay hay tự động bằng cách sử dụng một số kiểu điều khiển thơng minh. Điều khiển
bằng tay (tại vị trí lắp đặt hay điều khiển từ xa. Các loại điều khiển thông minh có
thể được sử dụng trong điều khiển tự động bao gồm: Đóng cắt theo thời gian, điện
áp, địng điện, điện áp – thời gian, điện áp - dòng điện, nhiệt độ. Các loại điều khiển
phổ thông nhất là: Điều khiển theo thời gian, điện áp, điện áp - dòng, điều khiển
đóng cắt theo thời gian là loại ít tốn kém nhất.


Các lợi ích kinh tế của việc lắp đặt tụ bù
Phụ tải trên các hệ thống điện lực bao gồm hai thành phần: Công suất tác
dụng (được đo bằng kW) và công suất phản kháng (đo bắng kVAr ). Công suất tác
dụng được phát tại các nhà máy điện trong khi đó cơng suất phản kháng có thể được
cung cấp từ các nhà máy điện hoặc bằng các tụ điện. Chủng ta biết rằng các tụ bù
ngang là nguồn kinh tế nhất để đáp ứng các nhu cầu về công suất phản kháng cho
các phụ tải điện cảm và các đường dây chuyển tải vận hành ở hệ số công suất chậm
sau.
Khi công suất phản kháng được cung cấp chỉ bằng các nhà máy điện, mỗi
phần từ hệ thống (như các máy phát, máy biến áp, đường dây truyền tải và phân
phối, thiết bị đóng cắt và thiết bị bảo vệ phải gia tăng dung lượng (kích cở), các tụ
điện có thể làm giảm nhẹ các điều kiện này bằng cách giảm các nhu cầu công suất
phản kháng từ nô đến các máy phát. Các dòng điện được giảm nhẹ từ vị trí lắp đặt
các tụ điện đến các máy phát. Kết quả là tổn thất và phụ tải được giảm nhẹ trên các
đường dây phân phối, các trạm biến áp, các đường dây truyền tải. Tùy thuộc vào hệ
số công suất chưa hiệu chinh của hệ thống, việc lắp đặt các tụ điện có thể lâm gia
tăng cơng suất của các máy phát và trạm biến áp it nhất là 30% và làm gia tâng khả
năng của mạch vào khoảng 30 đến 100% theo quan điểm điều chính điện áp. Hom
nữa việc làm giảm dông điện trong máy biến áp, thiết bị phân phối và các đường
dây làm giảm tải giới hạn trên các phần từ này và có thể trì hỗn việc lắp đặt mới
các thiết bị.
Nói chung lợi ích kinh tế của các bộ tụ điện lắp đặt ở hệ thống phân phối sơ

cấp tốt hơn là lắp đặt ở thứ cấp. Nói chung các lợi ích kinh tế có thể đạt được do
việc lắp đặt tụ điện đó là:
+ Giảm cơng suất phát
+ Giảm cơng suất tải
+ Giảm dung lượng các trạm biến áp phân
+ Các lợi ích phụ trên hệ thống phân phối
+ Giám tổn thất điện năng
+ Giảm độ sụt áp và hệ quả là cải thiện việc điều chinh điện áp
+ Giảm công suất trên các xuất tuyến
+ Trì hỗn hoặc giảm bớt chi phí tải chính cho việc cải thiện hay mở rộng
2.2

Các phương pháp bù công suất phản kháng
2.2.1

Phương pháp nâng cao hệ số cos φ tự nhiên

Nâng cao cosq tự nhiên có nghĩa là tìm các biện pháp để hộ tiêu thụ điện
giảm bớt được lượng công suất phản kháng mà chúng cần có ở nguồn cung cấp.


Thay đổi và cải tiến q trình cơng nghệ để các thiết bị điện làm việc ở chế
độ hợp lý nhất.
Thay thế các động cơ làm việc non tải bằng những động cơ có cơng suất nhỏ
hơn.
Hạn chế động cơ chạy không tải. Ở những nơi công nghệ cho phép thì dùng
động cơ đồng bộ thay cho động cơ khơng đồng bộ.
Thay biên áp làm việc non tải bằng máy biến áp có dung lượng nhỏ hơn.
2.2.2


Phương pháp nâng cao hệ số cos φ nhân tạo

Phương pháp này được thực hiện bằng cách đặt các thiết bị bù công suất
phản kháng ở các hộ tiêu thụ điện. Các thiết bị bủ cơng suất phân kháng bao gồm:
2.2.2.1

Máy bù đồng bộ

Chính là động cơ đồng bộ làm việc trong chế độ khơng tải.
Ưu điểm: máy bù đồng bộ vừa có khả năng sản xuất ra công suất phản
kháng, đồng thời cũng có khả năng tiêu thụ cơng suất phản kháng của mạng điện.
Nhược điểm: máy bù đồng bộ có phần quay nên lắp ráp, bảo dưỡng và vận
hành phức tạp. Máy bù đồng bộ thường để bù tập trung với dung lượng lớn.
2.2.2.2
suất

Tụ bù điện

Làm cho dòng điện sớm pha hơn so với điện áp do đó, có thể sinh ra công
phản kháng cung cấp cho mạng điện.
- Ưu điểm:
+ Công suất nhỏ, khơng có phần quay nên dễ bảo dưỡng và vận hành.
+ Có thể thay đổi dung lượng bộ tụ bù theo sự phát triển của tải.
+ Giá thành thấp hơn so với máy bù đồng bộ.
Nhược điểm:

+ Nhạy cảm với sự biến động của điện áp và kém chắc chắn, đặc biệt dễ bị
phá hỏng khi ngắn mạch hoặc điện áp vượt quá định mức, Tuổi thọ tụ bù có giới
hạn, sẽ bị hư hỏng sau nhiều năm làm việc.
+ Khi đóng tụ bù vào mạng điện sẽ có dịng điện xung, cịn lúc cắt tụ điện

khỏi mạng trên cực của tụ vẫn cịn điện áp dư có thể gây nguy hiểm cho người vận
hành.


+ Sử dụng tụ bù điện ở các hộ tiêu thụ công suất phản kháng vừa và nhỏ
(dưới 5000 kVAr).
2.2.3

Điều chỉnh dung lượng bù

Để tính tốn dung lượng bù cho từng phát tuyến, ta phải dựa vào phát tuyến
đó để xét xem có bao nhiêu nhánh lớn cần bù. Nếu phát tuyến khơng có nhánh rẽ
lớn thì việc tính tốn bù chỉ xét trên phát tuyến đó mà thơi. Cịn nếu phát tuyến đó
có nhiều nhánh lớn thì ta phải tiến hành tính tốn bù trên các nhánh đó coi như các
nhánh rẽ đó là một phát tuyến mới. Sau đây là cách tính tốn dung lượng bù cho
từng phát tuyến:
Xác định dung lượng bù tổng cho từng phát
tuyến: Qbù= P(tgφ 1 - tgφ 2) (KVAR).
Dung lượng bù tổng của phát tuyến:
Qbù max = Pmax(tgφ l - tgφ 2) (KVA).
Dung lượng bù ở tải cực tiểu (bù nền):
Qbù min = Pmin(tg φ l - tg φ 2) (KVA).
Dung lượng bù ở tải cực đại (ứng động):
Qưd = Qbù max - Qbù min (KVA).
Trong đó: Cơng suất tác dụng của phát tuyến là:
Pmax=3.U.Imax cosφ 1 (KW)
Pmin= 3 .U.Imin cosφ 1 (KW)
Imax và Imin xác định từ đồ thị phụ tải của phát tuyển:

2.2.4


Điều chinh điện áp

Điều chỉnh điện áp ta thực hiện các biện pháp sau:
+ Điều chỉnh điện áp máy phát điện bằng cách điều chỉnh dịng kích từ.


+ Điều chỉnh điện áp đầu ra của máy biến áp tăng áp và máy biến áp giảm áp
bằng các đầu phân áp cố định hoặc điều áp dưới tải. + Điều chỉnh điện áp trên
đường dây tải điện bằng máy biến áp điều chỉnh và máy biển áp bổ trợ.
Đặt các thiết bị bù ngang có thể điều chỉnh để thay đổi tổn thất điện áp trên
đường dây, có thể dùng bộ tụ điện, máy bù đồng bộ hoặc động cơ điện đồng bộ có
điều chỉnh kích từ.
Đặt các thiết bị bù dọc trên đường dây để thay đổi điện kháng đường dây
nhằm thay đổi tổn thất điện áp.

2.2.5

Bù tự nhiên

Cấu trúc lưới điện phân phối 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 lượng cơng suất
phản kháng 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,...nhằm hạn chế tiêu thụ công suất phản kháng quá mức, biện pháp này khơng
địi hỏi vốn đầu tư mà phụ thuộc tính tốn và quản lý vận hành lưới điện phân phối.
2.2.6

Phương pháp vận hành tối ưu


Chọn dây dẫn có độ dự phịng xét tới vấn đề phát triển trong tương lai khi
tính toán thiết kế, xây dựng đường dây trung áp cần chọn tiết diện đây đám bảo cho
việc phát triển phụ tải cho 10 đến 15 năm sau. Điều chỉnh đồ thị phụ tải để tránh
chênh lệch giữa thời gian cao và thấp điểm bằng các biện pháp kinh doanh như giá
điện theo thời gian cao và thấp điểm. Lựa chọn cấu trúc sơ đồ cung cấp điện hợp lý,
đưa các trạm biến áp phân phối vào sâu phụ tải để giảm bán kính cung cấp điện của
lưới điện hạ áp. Biện pháp này chủ yêu sử dụng trong giai đoạn quy hoạch, thiết kế
và có ảnh hưởng đến tồn bộ hệ thống cung cấp điện. Khi các trạm biến áp quá tải
thì việc thêm trạm sẽ kinh tế hơn là nâng công suất của các trạm.
Cân bằng phụ tải: Đa số hệ thống điện phân phối là ba pha, được thiết kê để
vận hành ở chế độ cân bằng. Khi phụ tải các pha không cân bằng làm tăng các thành
phân thử tự nghịch và thứ tự khơng của dịng điện. Các thành phần này tác động xấu
như: Làm tăng các loại tổn thất trong động cơ và máy phát, gây dao động momen
quay ở các máy điện xoay chiều, gia tăng độ gợn sóng trong các bộ chinh lưu, làm
cho thiết bị hoạt động không đúng chức năng, làm tăng bão hòa từ cho các máy biến
áp và dòng trung tính vượt 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 công suất phản kháng không hợp lý ở các
phụ tải. Vi vậy cần phải thường 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 hayquas tải, giúp cho sự tiêu
thụ công suất phản kháng của máy biến áp hợp lý hơn.

2.2.7

Bù ngang


Bù ngang là phương pháp nối rẽ các thiết bị bù (bộ tụ điện tĩnh, hoặc máy bù
đồng bộ) vào lưới truyền tải và phân phối điện. Làm thay đổi đặc tính của một tải
cảm vì nó phát ra dịng điện sớm pha chống lại thành phần chậm pha của dòng tải
phản kháng tại điểm đặt tụ bù. Tác dụng của bù ngang là nhằm bù công suất phản
kháng trên đường dây, giúp giảm tổn thất truyền tải và góp phần điều chỉnh, ổn định
điện áp của mạng cung cấp điện. Vì vậy, đối với lưới điện phân phối người ta
thường sử dụng phương pháp bù ngang bằng tụ điện tĩnh để bù công suất phản
kháng trực tiếp cho phụ tải.
2.2.8

Bù dọc

Bù dọc là phương pháp nối tiếp các thiết bị bù. Thông thường là bộ tụ điện
tĩnh (hoặc máy bù đồng bộ) chen vào các đường dây tải điện dung trong hệ thống
điện truyền tải xa. Tác dụng của bù dọc là nhằm thay đổi giá trị điện kháng của
đường dây. Mục đích để giảm tổn thất điện áp trên đường dây và giúp tăng độ ổn
định điện áp của hệ thống điện khi có sự cố.


Chương
III

CHƯƠNG 3
ỨNG DỤNG PHẢN MỀM PSS/ADEPT VÀ CÁC ỨNG
DỤNG TÍNH TỐN TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN
PHỐI
3.1

Khái qt chung Phần mềm tính toán lưới điện PSS/ADEPT


Phần mềm PSS/ADEPT (The Power System Simulator/Advanced Distribution
Engineering Productivity Tool) của hãng Shaw Power Technologies, Inc được sử dụng
rất phố biến. Mỗi phiên bản tùy theo yêu cầu người dùng kèm theo khóa cứng dùng
chạy trên máy đơn hay máy mạng. Với phiên bản chạy trên máy đơn và khóa cửng
kèm theo, chỉ chạy trên một máy tính duy nhất.
Phần mềm PSS/ADEPT là một phần mềm phân tích và tính tốn lưới điện rất
mạnh, phạm vi áp dụng cho lưới cao thế đến hạ thế với qui mơ số lượng nút khơng giới
hạn và hồn tồn có thể áp dụng rộng rãi trong các công ty Điện Lực. Phần mềm
PSS/ADEPT được phát triển dành cho các kỹ sư và nhân viên kỹ thuật trong ngành
điện. Nó được sử dụng như một công cụ để thiết kế và phân tích lưới điện phân phối.
PSS/ADEPT cũng cho phép chúng ta thiết kế, chinh sữa và phân tích sơ đồ lưới một
cách trực quan theo giao diện đồ họa với số nút không giới hạn, Tháng 04/2004, hãng
Shaw Power Technologies đã cho ra đời phiên bản PSS/ADEPT 5.0 với nhiều tính
năng bổ sung và cập nhật đầy đủ các thơng số thực tế của các phần tử trên lưới điện.
Luận văn này sẽ sử dụng phiên bản PSS/ADEPT 5.0 để tính tốn bù tối ưu cơng suất
phản kháng.
Nhiều module tinh tốn trong hệ thống điện khơng được đóng gói sẵn trong
phần mềm PSS/ADEPT, Nhưng chủng ta có thể mua từ nhà sản xuất từng module sau
khi cài đặt chương trình. Các Module bao gồm:
Bài tốn tính phân bố cơng suất (Load Flow – Module có sẵn): Phân tich và tính
tốn điện áp, dịng điện, cơng suất trên từng nhánh và từng phụ tải cụ thể.
Bài tốn tính ngắn mạch (All Fault - Module có sẵn ): Tính tốn ngắn mạch tại
tất cả các nút trên lưới, bao gồm các loại ngắn mạch như ngắn mạch 1 pha, 2 pha và 3
pha.
Bài tốn TOPO ( Tie Open Point Optimization): Phân tích điểm dừng tối uru.
Tim ra những điểm có tổn hao cơng suất nhỏ nhất trên lưới và đó là điểm dừng lưới
trong mạng vịng 3 pha.
Bài tốn CAPO (Optimal Capacitor Placement): Đặt tụ bù tối ưu . Tìm ra những
điểm tôi tưu để đặt các tụ bù cố định và tụ bù ứng động sao cho tốn thất trên lưới là bé
nhất.

24


Bài tốn tính tốn các thơng số đường dây (Line Properties Calculator): Tỉnh
tốn các thơng số đường dây truyền tải. Bài toán phối hợp và bảo vệ (Protection and
Coordination),
Bài toán phân tích sống hài (Hamomics): Phân tích các thơng số và ảnh hưởng
của
các thành phần sóng hài trên lưới.
Bài tốn phân tích độ tin cậy trên lưới điện (DRA - Distribution Reliability
Analysis) . Tính tốn các thơng số độ tin cậy trên lưới điện như:
+ SAIFI: Chỉ tiêu tần suất mất điện trung bình của hệ thống.
+ SAIDI: Chỉ tiêu thời gian mất điện trung bình hệ thơng.
+CAIFI: Chi tiêu thời gian mất điện trung bình của khách hàng.
+ CAIDI: Chỉ tiêu tần suất mất điện trung bình của khách hàng.
+ ASAI: Chỉ tiêu khả năng sẵn sàng cung cấp.
+ASUI: Chỉ tiêu khả năng không sẵn sàng cung cấp.
+ ENS: Chỉ tiêu thiếu hụt điện năng.
+ AENS: Chỉ tiêu thiếu hụt điện năng trung bình.
3.2

Các cửa sổ ứng dụng và thanh công cụ của PSS/ADERT

Cửa sổ ứng dụng của PSS/ADEPT bao gồm nhiều thành phần chính như sau:
+ Cửa số View: Bao gồm các thông tin cho các ứng dụng, đồ họa và ba cửa sổ
chính để thiết kế và phân tích một sơ đồ mạch điện,
+ Thanh trạng thái (Status Bar): Để hiển thị thông tin trạng thái của chương
trình khi PSS/ADEPT đang tính tốn.
+ Thanh Menu chính (Main Menu): Gồm các hàm chức năng trong
PSS/ADEPT.

+ Thanh công cụ (ToolBar): Cung cấp các dụng cụ giúp cho việc vẽ sơ đồ mạch
điện thực hiện nhanh chóng và dễ dàng.
3.2.1 Các cửa số View.
Cửa sổ ứng dụng View bao gồm 4 cửa sổ chính:
Equipment List View: Đây là cửa sổ chứa những trang thiết bị như: Dây đẫn,
thiết bị đóng cắt, máy biến áp, tải ...
Report Preview: Cửa sổ này hiển thị các kết quả bảng báo cáo sau khi phân tích
và tính tốn một bài tốn cụ thể.