## Tổng quan nghiên cứu

Tỉnh Bắc Kạn hiện quản lý vận hành 1.766,37 km đường dây trung thế và 1.063 trạm biến áp phân phối, với đặc thù địa hình miền núi, phụ tải phân bố không đồng đều và mật độ thấp. Đường dây trung thế có chiều dài lớn, lên đến 180 km cho một số tuyến, dẫn đến phát sinh công suất phản kháng (CSPK) lớn gây tổn thất điện năng và giảm chất lượng điện áp. Công suất phản kháng làm tăng công suất biểu kiến, khiến dòng điện trên đường dây tăng, gây tổn thất nhiệt và điện áp giảm cuối đường dây. Mục tiêu nghiên cứu là thiết kế thiết bị bù hạ thế ổn định điện áp, nâng cao hệ số công suất (cosφ), giảm tổn thất và ổn định điện áp cho lưới điện tỉnh Bắc Kạn, đặc biệt trên tuyến đường dây 35kV lộ 371, trạm E26.1. Nghiên cứu tập trung trong phạm vi lưới điện 35kV do Công ty Điện lực Bắc Kạn quản lý, với dữ liệu thu thập thực tế từ năm 2018. Việc nâng cao hệ số công suất không chỉ giảm tổn thất điện năng mà còn tăng khả năng truyền tải, giảm chi phí đầu tư xây dựng lưới điện, góp phần đảm bảo an ninh năng lượng và phát triển kinh tế địa phương.

## Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

### Khung lý thuyết áp dụng

- **Công suất và hệ số công suất:** Phân biệt công suất tác dụng (P), công suất phản kháng (Q) và công suất biểu kiến (S), với mối quan hệ qua tam giác công suất. Hệ số công suất cosφ là tỷ số giữa P và S, phản ánh hiệu quả sử dụng điện năng.
- **Ảnh hưởng của công suất phản kháng:** CSPK làm tăng tổn thất công suất và điện áp trên đường dây, giảm hiệu suất truyền tải.
- **Hệ thống bù công suất phản kháng (SVC) kiểu tĩnh:** Sử dụng cấu trúc FC-TCR (Fixed Capacitor - Thyristor Controlled Reactor) để điều chỉnh liên tục lượng CSPK bù vào lưới điện, giúp ổn định điện áp và nâng cao cosφ.
- **Điều khiển hệ thống bù:** Bộ điều khiển PID phản hồi cosφ, kết hợp mạch tạo xung điều khiển thyristor theo nguyên tắc điều khiển pha đứng, đảm bảo điều chỉnh chính xác góc kích mở thyristor, từ đó điều chỉnh dòng điện qua cuộn cảm.

### Phương pháp nghiên cứu

- **Nguồn dữ liệu:** Số liệu thực tế thu thập tại Công ty Điện lực Bắc Kạn năm 2018, bao gồm thông số vận hành lưới điện, công suất các trạm biến áp, chiều dài và tải các tuyến đường dây trung áp.
- **Phân tích và mô phỏng:** Sử dụng phần mềm chuyên dụng để mô hình hóa, tính toán và mô phỏng hệ thống bù CSPK FC-TCR, đánh giá hiệu quả kỹ thuật và kinh tế.
- **Timeline nghiên cứu:** Nghiên cứu lý thuyết và thu thập số liệu trong năm 2018, thiết kế và mô phỏng hệ thống trong năm 2019, đánh giá và hoàn thiện luận văn cùng năm.
- **Phương pháp chọn mẫu:** Lựa chọn tuyến đường dây 35kV lộ 371, trạm E26.1 làm đối tượng nghiên cứu điển hình do chiều dài lớn và tổn thất cao, đại diện cho đặc thù lưới điện tỉnh Bắc Kạn.

## Kết quả nghiên cứu và thảo luận

### Những phát hiện chính

- **Hiện trạng lưới điện:** Lưới điện trung áp tỉnh Bắc Kạn gồm 1.766,37 km đường dây, trong đó 96,4% là đường dây 35kV, với 1.063 trạm biến áp phân phối tổng dung lượng 169.135 kVA. Trạm 110kV Bắc Kạn (E26.1) có công suất đặt 2x25 MVA, đang vận hành với tải tối đa 23,3 MW (92% công suất).
- **Tổn thất và điện áp:** Trên tuyến lộ 371 dài 555,5 km, tổn thất điện năng trung bình khoảng 5-8%, điện áp cuối đường dây giảm đáng kể khi tải cao, gây ảnh hưởng đến chất lượng điện năng.
- **Hiệu quả bù CSPK FC-TCR:** Hệ thống bù FC-TCR giúp điều chỉnh liên tục công suất phản kháng, nâng cao hệ số công suất từ khoảng 0,85 lên gần 0,98, giảm tổn thất điện năng trên đường dây khoảng 15-20%, cải thiện điện áp cuối đường dây ổn định trong phạm vi ±5%.
- **So sánh với phương pháp truyền thống:** So với bù tĩnh truyền thống, FC-TCR giảm hiện tượng bù thừa hoặc thiếu, tăng tính linh hoạt và độ tin cậy vận hành, đồng thời giảm chi phí vận hành và bảo trì.

### Thảo luận kết quả

Việc áp dụng hệ thống bù CSPK FC-TCR trên tuyến lộ 371 đã chứng minh hiệu quả rõ rệt trong việc nâng cao hệ số công suất và ổn định điện áp. Nguyên nhân chính là khả năng điều chỉnh liên tục điện kháng nhờ góc kích mở thyristor, giúp cân bằng công suất phản kháng theo biến động tải. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trong ngành về ưu điểm của SVC so với các phương pháp bù tĩnh và bù động truyền thống. Việc giảm tổn thất điện năng không chỉ tiết kiệm chi phí vận hành mà còn góp phần giảm phát thải khí nhà kính do giảm nhu cầu phát điện. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh hệ số công suất và điện áp trước và sau khi lắp đặt hệ thống bù, cũng như bảng thống kê tổn thất điện năng từng tháng.

## Đề xuất và khuyến nghị

- **Triển khai lắp đặt hệ thống bù FC-TCR trên các tuyến đường dây trung áp dài:** Ưu tiên các tuyến có chiều dài trên 100 km và tổn thất điện năng trên 5%, nhằm nâng cao hiệu quả truyền tải điện năng trong vòng 1-2 năm tới, do Công ty Điện lực Bắc Kạn chủ trì.
- **Xây dựng quy trình vận hành và bảo trì hệ thống bù:** Đào tạo nhân viên kỹ thuật về vận hành bộ điều khiển PID và mạch tạo xung thyristor, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và an toàn, thực hiện trong 6 tháng đầu năm 2025.
- **Mở rộng nghiên cứu và áp dụng cho lưới điện toàn tỉnh:** Dựa trên kết quả thành công tại lộ 371, tiến hành khảo sát và thiết kế hệ thống bù tương tự cho các tuyến đường dây trung áp khác trong tỉnh trong vòng 3 năm tới.
- **Đầu tư nghiên cứu phát triển công nghệ bù CSPK tiên tiến:** Kết hợp với các thiết bị điều khiển tự động và hệ thống SCADA để nâng cao khả năng giám sát và điều chỉnh từ xa, giảm thiểu sự cố và tăng hiệu quả vận hành, kế hoạch thực hiện trong 5 năm tới.
- **Khuyến khích sử dụng động cơ đồng bộ và thiết bị tiêu thụ điện có hệ số công suất cao:** Giảm nhu cầu công suất phản kháng từ nguồn, góp phần giảm tổn thất và nâng cao hiệu quả sử dụng điện năng.

## Đối tượng nên tham khảo luận văn

- **Công ty Điện lực và các đơn vị quản lý lưới điện:** Nhận được giải pháp kỹ thuật cụ thể để nâng cao chất lượng điện năng, giảm tổn thất và chi phí vận hành.
- **Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Kỹ thuật Điện:** Tham khảo phương pháp thiết kế và mô phỏng hệ thống bù CSPK FC-TCR, ứng dụng thực tiễn trong lưới điện phân phối.
- **Các nhà hoạch định chính sách năng lượng:** Đánh giá hiệu quả kinh tế và kỹ thuật của các giải pháp bù công suất phản kháng, hỗ trợ xây dựng chính sách phát triển lưới điện bền vững.
- **Doanh nghiệp sản xuất và sử dụng điện lớn:** Áp dụng các biện pháp nâng cao hệ số công suất, giảm chi phí điện năng và cải thiện hiệu suất thiết bị.

## Câu hỏi thường gặp

1. **Tại sao cần nâng cao hệ số công suất trong lưới điện?**  
   Nâng cao hệ số công suất giúp giảm tổn thất điện năng, giảm sụt áp trên đường dây, tăng khả năng truyền tải và tiết kiệm chi phí đầu tư lưới điện.

2. **Hệ thống bù FC-TCR hoạt động như thế nào?**  
   FC-TCR kết hợp tụ bù cố định và cuộn cảm điều khiển bằng thyristor, điều chỉnh liên tục công suất phản kháng bù vào lưới điện theo biến động tải.

3. **Ưu điểm của bù CSPK kiểu tĩnh so với bù tĩnh truyền thống là gì?**  
   Bù kiểu tĩnh có khả năng điều chỉnh liên tục, giảm hiện tượng bù thừa hoặc thiếu, tăng độ tin cậy và hiệu quả vận hành.

4. **Phương pháp điều khiển pha đứng trong hệ thống bù có vai trò gì?**  
   Điều khiển pha đứng tạo xung điều khiển thyristor chính xác, giúp điều chỉnh góc kích mở và lượng công suất phản kháng bù phù hợp.

5. **Làm thế nào để xác định dung lượng bù công suất phản kháng tối ưu?**  
   Dung lượng bù được tính toán dựa trên chi phí đầu tư, tổn thất điện năng và yêu cầu phụ tải, nhằm tối thiểu hóa tổng chi phí vận hành.

## Kết luận

- Đã phân tích và đánh giá hiện trạng lưới điện tỉnh Bắc Kạn, xác định các tồn tại về tổn thất và điện áp trên tuyến đường dây 35kV lộ 371, E26.1.  
- Đề xuất và thiết kế hệ thống bù công suất phản kháng kiểu tĩnh FC-TCR, phù hợp với đặc thù lưới điện miền núi và phụ tải biến động.  
- Mô phỏng và đánh giá cho thấy hệ thống nâng cao hệ số công suất lên gần 0,98, giảm tổn thất điện năng 15-20%, cải thiện ổn định điện áp.  
- Đề xuất các giải pháp triển khai, vận hành và mở rộng áp dụng cho toàn tỉnh, góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng điện năng và phát triển bền vững.  
- Khuyến nghị các bước tiếp theo bao gồm đào tạo nhân lực, đầu tư công nghệ và nghiên cứu phát triển để hoàn thiện và nhân rộng hệ thống bù CSPK.

**Hành động tiếp theo:** Triển khai thí điểm hệ thống bù FC-TCR trên các tuyến đường dây trọng điểm, đồng thời xây dựng kế hoạch đào tạo và bảo trì để đảm bảo hiệu quả lâu dài.