Luận văn thạc sĩ về ứng dụng DSSSC trong điều khiển ổn định công suất cho lưới điện huyện Tuy An

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hcmute ứng dụng d sssc trong điều khiển ổn định công suất cho xuất tuyến 472 ta cho lưới điện phân, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Ngô Văn Hùng
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Mi Sa
• Trường học: Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Ứng Dụng D-SSSC Trong Điều Khiển Ổn Định Công Suất Lưới Điện Phân Phối Huyện Tuy An
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LÝ LỊCH KHOA HỌC
• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về hướng nguyên cứu
• 1.2. Tính cấp thiết của đề tài, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.3. Mục đích nguyên cứu, khách thể và đối tượng nguyên cứu
• 1.4. Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn đề tài
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu

Nghiên cứu này tập trung vào việc ứng dụng DSSSC (Bù Đồng Bộ Kiểu Tĩnh Phân Tán) trong việc điều khiển ổn định công suất cho lưới điện phân phối huyện Tuy An. Lưới điện phân phối tại đây đang đối mặt với nhiều thách thức như phụ tải không ổn định và tình trạng quá tải trong mùa cao điểm sản xuất. Việc sử dụng DSSSC được xem là giải pháp hiệu quả nhằm nâng cao tính ổn định của hệ thống điện. Theo nghiên cứu, DSSSC có khả năng cung cấp hệ số giảm chấn tốt hơn cho hệ thống khi có sự thay đổi đột ngột về nhu cầu công suất. Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc áp dụng công nghệ mới trong quản lý và điều khiển lưới điện phân phối.

1.1. Tính cấp thiết của đề tài

Sự phát triển nhanh chóng của nhu cầu điện năng tại huyện Tuy An đã đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc nâng cao chất lượng và độ ổn định của lưới điện phân phối. Việc áp dụng DSSSC không chỉ giúp cải thiện khả năng điều khiển công suất mà còn tối ưu hóa việc sử dụng các thiết bị hiện có. Nghiên cứu này nhằm mục đích tìm ra giải pháp hiệu quả cho việc quản lý năng lượng, từ đó góp phần vào sự phát triển bền vững của hệ thống điện tại địa phương.

1.2. Mục đích nghiên cứu

Mục đích chính của nghiên cứu là phân tích và mô phỏng hiệu quả của DSSSC trong việc điều khiển ổn định công suất cho lưới điện phân phối huyện Tuy An. Nghiên cứu sẽ thu thập và xử lý số liệu từ hệ thống quản lý dữ liệu đo đếm (MDMS) để xác định các thông số quan trọng như công suất, điện áp và dòng điện. Từ đó, đề xuất giải pháp sử dụng DSSSC nhằm nâng cao hiệu suất và độ ổn định của lưới điện.

II. Ứng dụng công nghệ DSSSC

Công nghệ DSSSC được thiết kế để điều khiển dòng công suất trong lưới điện phân phối, giúp cải thiện tính ổn định và hiệu suất của hệ thống. Việc áp dụng DSSSC cho phép điều chỉnh nhanh chóng công suất phản kháng, từ đó nâng cao khả năng đáp ứng của lưới điện trước những biến động về nhu cầu. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng DSSSC có thể giảm thiểu tình trạng quá tải và đảm bảo cung cấp điện ổn định cho các phụ tải. Hệ thống này không chỉ giúp cải thiện chất lượng điện mà còn giảm thiểu tổn thất năng lượng trong quá trình truyền tải.

2.1. Lợi ích của DSSSC

Việc sử dụng DSSSC mang lại nhiều lợi ích cho lưới điện phân phối, bao gồm khả năng điều chỉnh linh hoạt công suất phản kháng, cải thiện độ ổn định điện áp và giảm thiểu tổn thất năng lượng. Hệ thống này cũng giúp tăng cường khả năng truyền tải công suất trên các đường dây, từ đó nâng cao hiệu quả hoạt động của lưới điện. Nghiên cứu cho thấy rằng DSSSC có thể đáp ứng nhanh chóng các thay đổi trong nhu cầu công suất, đảm bảo cung cấp điện liên tục và ổn định cho người tiêu dùng.

2.2. Thách thức trong việc triển khai DSSSC

Mặc dù DSSSC mang lại nhiều lợi ích, việc triển khai công nghệ này cũng gặp phải một số thách thức. Đầu tiên, cần có sự đầu tư đáng kể vào cơ sở hạ tầng và thiết bị để lắp đặt DSSSC. Thứ hai, việc đào tạo nhân lực có kỹ năng để vận hành và bảo trì hệ thống cũng là một yếu tố quan trọng. Cuối cùng, cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các cơ quan quản lý và đơn vị vận hành để đảm bảo việc triển khai DSSSC diễn ra suôn sẻ và hiệu quả.

III. Kết quả mô phỏng và phân tích

Kết quả mô phỏng cho thấy rằng việc áp dụng DSSSC trong lưới điện phân phối huyện Tuy An đã cải thiện đáng kể tính ổn định của hệ thống. Các thông số như điện áp, dòng điện và công suất phản kháng đều được điều chỉnh về mức tối ưu, giúp giảm thiểu tình trạng quá tải và nâng cao hiệu suất hoạt động. Mô phỏng cũng chỉ ra rằng DSSSC có khả năng cung cấp phản ứng nhanh chóng trước những biến động trong nhu cầu công suất, từ đó đảm bảo cung cấp điện ổn định cho các phụ tải.

3.1. Phân tích kết quả mô phỏng

Kết quả mô phỏng cho thấy rằng DSSSC đã giúp cải thiện đáng kể hệ số giảm chấn của hệ thống. Các thông số điện áp và dòng điện đều nằm trong giới hạn cho phép, cho thấy khả năng điều khiển tốt của DSSSC. Hệ thống cũng cho thấy khả năng phản ứng nhanh chóng trước các thay đổi trong nhu cầu công suất, từ đó đảm bảo cung cấp điện ổn định cho người tiêu dùng. Điều này chứng tỏ rằng việc áp dụng DSSSC là một giải pháp khả thi cho lưới điện phân phối tại huyện Tuy An.

3.2. Đề xuất giải pháp tối ưu

Dựa trên kết quả mô phỏng, đề xuất giải pháp tối ưu cho việc triển khai DSSSC trong lưới điện phân phối huyện Tuy An. Cần thực hiện các bước như khảo sát vị trí lắp đặt, tính toán dung lượng bù cần thiết và xây dựng kế hoạch triển khai cụ thể. Ngoài ra, cần có sự phối hợp giữa các đơn vị liên quan để đảm bảo việc triển khai diễn ra hiệu quả và đạt được mục tiêu nâng cao độ ổn định cho lưới điện.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lưới điện phân phối tại tỉnh Phú Yên, đặc biệt là huyện Tuy An, đang được đầu tư nâng cấp nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội ngày càng tăng. Tuy nhiên, thực tế vận hành cho thấy lưới điện phân phối tại đây chưa được tối ưu, với phụ tải biến động không ổn định theo ngày và mùa vụ, gây ra hiện tượng non tải vào mùa thấp điểm và quá tải vào mùa cao điểm sản xuất. Điều này ảnh hưởng nghiêm trọng đến công tác vận hành liên tục và ổn định của hệ thống. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là ứng dụng thiết bị bù nối tiếp đồng bộ kiểu tĩnh phân tán (D-SSSC) kết hợp với hệ thống quản lý dữ liệu đo đếm (MDMS) để điều khiển ổn định công suất cho xuất tuyến 472/TA trong lưới điện phân phối huyện Tuy An. Nghiên cứu tập trung vào phân tích số liệu thực tế thu thập được từ hệ thống MDMS, mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulink và đánh giá hiệu quả của D-SSSC trong việc nâng cao độ ổn định hệ thống tải nội bộ. Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong lưới điện trung áp 22kV của huyện Tuy An, với dữ liệu thu thập trong khoảng thời gian vận hành thực tế. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cải thiện chất lượng điện áp, giảm tổn thất công suất, tăng khả năng truyền tải và ổn định điện áp, góp phần nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện phân phối trong điều kiện phụ tải biến động phức tạp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Công suất phản kháng (CSPK) và vai trò trong lưới điện phân phối: Công suất phản kháng là thành phần công suất tiêu thụ trên điện cảm hoặc phát ra trên điện dung của mạch điện, ảnh hưởng trực tiếp đến điện áp và tổn thất trên lưới. Việc bù CSPK giúp giảm tổn thất, cải thiện điện áp và tăng khả năng truyền tải.

• Ổn định hệ thống điện (HTĐ): Bao gồm ổn định tĩnh và ổn định động, trong đó ổn định tĩnh liên quan đến khả năng hệ thống duy trì trạng thái cân bằng sau các kích động nhỏ, còn ổn định động là khả năng phục hồi sau các kích động lớn như ngắn mạch. Ổn định điện áp là một chỉ tiêu quan trọng đánh giá sự cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống.

• Thiết bị FACTS và D-SSSC: FACTS (Flexible AC Transmission System) là các thiết bị điện tử công suất dùng để điều khiển các thông số của hệ thống điện nhằm nâng cao khả năng truyền tải và ổn định. D-SSSC là thiết bị bù nối tiếp đồng bộ kiểu tĩnh phân tán, điều khiển luồng công suất qua điểm kết nối bằng cách điều chỉnh biên độ và góc pha điện áp nguồn, giúp cải thiện hệ số giảm chấn và ổn định hệ thống điện phân phối.

Các khái niệm chính bao gồm: công suất tác dụng và phản kháng, hệ số công suất, chế độ vận hành lưới điện, các loại ổn định HTĐ, và nguyên lý hoạt động của D-SSSC.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa thu thập số liệu thực tế và mô phỏng kỹ thuật:

• Nguồn dữ liệu: Số liệu công suất tác dụng (P), công suất phản kháng (Q), điện áp (U), dòng điện (I), và hệ số công suất (Cosφ) được thu thập từ hệ thống quản lý dữ liệu đo đếm MDMS tại xuất tuyến 472/TA, lưới điện phân phối huyện Tuy An.

• Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn xuất tuyến 472/TA làm đối tượng nghiên cứu đại diện cho lưới điện trung áp 22kV của huyện Tuy An, dựa trên đặc điểm phụ tải và tính đại diện của lưới.

• Phương pháp phân tích: Xử lý số liệu thực tế để xác định các điểm cao thấp của công suất tác dụng và phản kháng, xây dựng đồ thị phụ tải điển hình. Mô phỏng hệ thống điện và thiết bị D-SSSC trong môi trường Matlab/Simulink dựa trên mô hình phi tuyến, phân tích chế độ vận hành trước và sau khi lắp đặt D-SSSC.

• Timeline nghiên cứu: Thu thập và xử lý số liệu trong năm 2018-2019; mô phỏng và phân tích kết quả trong quý đầu năm 2019; hoàn thiện luận văn và bảo vệ vào tháng 5 năm 2019.

Phương pháp nghiên cứu đảm bảo tính khoa học, thực tiễn và khả năng áp dụng trong vận hành lưới điện phân phối.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Phụ tải biến động không ổn định: Số liệu MDMS cho thấy công suất tác dụng tại xuất tuyến 472/TA dao động trong khoảng 0,8 MW đến 1,5 MW theo chu kỳ 30 phút, với công suất phản kháng biến động từ 0,3 MVAr đến 0,7 MVAr. Hệ số công suất trung bình khoảng 0,85, thấp hơn mức tiêu chuẩn vận hành ổn định.

2. Điện áp tại các node biến động lớn: Điện áp tại các nút hạ thế dao động trong khoảng 0,92 đến 1,05 p.u, vượt quá giới hạn cho phép trong nhiều thời điểm, đặc biệt vào mùa cao điểm sản xuất, gây ảnh hưởng đến chất lượng điện năng.

3. Hiệu quả của D-SSSC trong mô phỏng: Khi mô phỏng sử dụng thiết bị D-SSSC, hệ số giảm chấn của hệ thống được cải thiện khoảng 15-20% so với mô hình không có bù, điện áp tại các node ổn định hơn, dao động trong phạm vi 0,98 đến 1,02 p.u. Công suất phản kháng được điều chỉnh linh hoạt, giảm thiểu hiện tượng quá tải và non tải.

4. So sánh với các thiết bị bù truyền thống: D-SSSC cho khả năng phản ứng nhanh nhạy hơn so với tụ bù cứng và máy bù đồng bộ, đặc biệt trong các tình huống thay đổi đột ngột về nhu cầu công suất phản kháng, giúp duy trì ổn định điện áp và giảm tổn thất điện năng.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiện tượng biến động phụ tải và điện áp là do đặc thù sản xuất nông nghiệp và công nghiệp tại huyện Tuy An, với các mùa vụ sản xuất khác nhau dẫn đến sự thay đổi lớn về nhu cầu công suất. Việc sử dụng D-SSSC giúp điều chỉnh công suất phản kháng một cách linh hoạt, đáp ứng nhanh các biến động này, từ đó nâng cao độ ổn định của lưới điện phân phối.

So với các nghiên cứu trước đây tập trung chủ yếu vào lưới truyền tải, nghiên cứu này mở rộng ứng dụng D-SSSC cho lưới phân phối trung áp, góp phần làm phong phú thêm kiến thức và thực tiễn vận hành. Kết quả mô phỏng có thể được trình bày qua biểu đồ điện áp theo thời gian tại các node, bảng so sánh hệ số công suất và tổn thất điện năng trước và sau khi sử dụng D-SSSC, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của thiết bị.

Ý nghĩa của nghiên cứu không chỉ nằm ở việc nâng cao chất lượng điện áp mà còn góp phần giảm tổn thất điện năng, tăng tuổi thọ thiết bị và cải thiện độ tin cậy cung cấp điện cho địa phương.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai lắp đặt D-SSSC tại các vị trí trọng yếu: Hành động lắp đặt thiết bị D-SSSC tại các nút có phụ tải biến động lớn nhằm ổn định điện áp và công suất phản kháng, mục tiêu giảm dao động điện áp xuống dưới 2% trong vòng 12 tháng, do Công ty Điện lực Phú Yên chủ trì thực hiện.

2. Tăng cường hệ thống quản lý dữ liệu MDMS: Nâng cấp và mở rộng hệ thống MDMS để thu thập dữ liệu chính xác, liên tục về công suất và điện áp, hỗ trợ việc điều khiển và giám sát lưới điện hiệu quả hơn, hoàn thành trong 6 tháng tới, do phòng Công nghệ Thông tin và vận hành lưới điện phối hợp thực hiện.

3. Đào tạo nhân viên vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về vận hành và bảo trì thiết bị D-SSSC, nâng cao năng lực xử lý sự cố và tối ưu hóa vận hành, với mục tiêu 100% nhân viên kỹ thuật được đào tạo trong 9 tháng, do Trung tâm Đào tạo kỹ thuật điện đảm nhiệm.

4. Xây dựng kế hoạch bảo trì định kỳ: Thiết lập quy trình bảo trì, kiểm tra định kỳ thiết bị D-SSSC và hệ thống bù công suất phản kháng, nhằm đảm bảo thiết bị hoạt động ổn định và kéo dài tuổi thọ, thực hiện hàng quý, do bộ phận kỹ thuật vận hành quản lý.

Các giải pháp trên cần được phối hợp đồng bộ để đạt hiệu quả tối ưu trong việc nâng cao ổn định và chất lượng điện năng cho lưới điện phân phối huyện Tuy An.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các kỹ sư và chuyên viên vận hành lưới điện phân phối: Nghiên cứu cung cấp kiến thức chuyên sâu về ứng dụng D-SSSC và quản lý dữ liệu MDMS, giúp cải thiện hiệu quả vận hành và xử lý sự cố trong thực tế.

2. Nhà quản lý và hoạch định chính sách ngành điện: Tham khảo để xây dựng các chính sách đầu tư, nâng cấp lưới điện phân phối phù hợp với xu hướng công nghệ hiện đại và nhu cầu phát triển địa phương.

3. Giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật điện: Tài liệu tham khảo quý giá cho việc giảng dạy và nghiên cứu về công suất phản kháng, ổn định hệ thống điện và ứng dụng thiết bị FACTS trong lưới điện phân phối.

4. Các nhà nghiên cứu và phát triển công nghệ điện: Cung cấp cơ sở lý thuyết và thực nghiệm để phát triển các giải pháp điều khiển công suất phản kháng tiên tiến, mở rộng ứng dụng thiết bị FACTS trong hệ thống điện phân phối.

Luận văn giúp các đối tượng trên có cái nhìn toàn diện về thực trạng, giải pháp kỹ thuật và hiệu quả ứng dụng công nghệ mới trong lĩnh vực điện lực.

Câu hỏi thường gặp

1. D-SSSC là gì và có vai trò như thế nào trong lưới điện phân phối?
   D-SSSC là thiết bị bù nối tiếp đồng bộ kiểu tĩnh phân tán, điều khiển luồng công suất phản kháng qua điểm kết nối bằng cách điều chỉnh biên độ và góc pha điện áp nguồn. Nó giúp ổn định điện áp, giảm dao động và tăng khả năng truyền tải công suất trong lưới điện phân phối.

2. Tại sao cần sử dụng hệ thống quản lý dữ liệu đo đếm MDMS trong nghiên cứu này?
   MDMS thu thập dữ liệu công suất, điện áp và hệ số công suất theo thời gian thực, cung cấp thông tin chính xác để phân tích phụ tải, đánh giá hiệu quả vận hành và hỗ trợ mô phỏng, từ đó đề xuất giải pháp bù công suất phản kháng phù hợp.

3. Hiệu quả của D-SSSC so với các thiết bị bù truyền thống như thế nào?
   D-SSSC có khả năng phản ứng nhanh nhạy, điều chỉnh linh hoạt công suất phản kháng, giúp giảm dao động điện áp và tổn thất điện năng hiệu quả hơn so với tụ bù cứng hay máy bù đồng bộ, đặc biệt trong các tình huống biến động đột ngột của phụ tải.

4. Phạm vi áp dụng của nghiên cứu này có giới hạn không?
   Nghiên cứu tập trung vào lưới điện trung áp 22kV tại huyện Tuy An, tỉnh Phú Yên, nhưng mô hình và giải pháp có thể mở rộng áp dụng cho các lưới điện phân phối có quy mô và đặc điểm tương tự ở các địa phương khác.

5. Các bước tiếp theo để triển khai giải pháp D-SSSC trong thực tế là gì?
   Cần tiến hành khảo sát chi tiết lưới điện, lựa chọn vị trí lắp đặt thiết bị, nâng cấp hệ thống MDMS, đào tạo nhân viên vận hành và xây dựng kế hoạch bảo trì định kỳ để đảm bảo hiệu quả và độ bền của thiết bị trong vận hành thực tế.

Kết luận

• Ứng dụng D-SSSC kết hợp với hệ thống MDMS giúp nâng cao ổn định công suất và điện áp cho lưới điện phân phối huyện Tuy An, giảm dao động điện áp trong phạm vi cho phép.
• Phụ tải biến động theo mùa vụ và ngày đòi hỏi giải pháp bù công suất phản kháng linh hoạt, mà D-SSSC đáp ứng hiệu quả hơn các thiết bị truyền thống.
• Mô phỏng trên Matlab/Simulink dựa trên số liệu thực tế cho thấy D-SSSC cải thiện hệ số giảm chấn khoảng 15-20%, góp phần giảm tổn thất điện năng và tăng độ tin cậy cung cấp điện.
• Nghiên cứu giới hạn trong lưới điện trung áp 22kV nhưng có tiềm năng mở rộng ứng dụng cho các hệ thống phân phối khác.
• Đề xuất triển khai lắp đặt D-SSSC, nâng cấp hệ thống MDMS, đào tạo nhân viên và xây dựng kế hoạch bảo trì để đảm bảo hiệu quả vận hành lâu dài.

Hành động tiếp theo là phối hợp các đơn vị liên quan để triển khai thực tế giải pháp, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng và tối ưu hóa công nghệ bù công suất phản kháng trong lưới điện phân phối.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan. Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Chương 3: Ứng dụng bù nối tiếp đồng bộ kiểu tĩnh D-SSSC để ổn định hệ thống lưới điện phân phối. Chương 4: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống quản lý dữ liệu đo đếm lưới điện phân phối huyện Tuy An.

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển. 5 Luan van Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Tổng quan về bù công suất phản kháng (CSPK) lưới phân phối 2. Sự tiêu thụ công suất phản kháng 2.

Khái niệm về công suất phản kháng Xét sự tiêu thụ năng lượng trong một mạch điện đơn giản có tải là điện trở và điện kháng như hình 2.1: Mạch điện đơn giản RL. Mạch điện được cung cấp bởi điện áp: u= Um.sinωt Dòng điện i lệch pha với điện áp u một góc φ: i = Im.sin(ωt – φ) hay i = Im.cosωt) Có thể coi:i = i’ + i’’, với: i’ = Im .sin(ωt –π/2) Như vậy dòng điện i là tổng của hai thành phần: i’ có biên độ Im.cosφ cùng pha với điện áp u.sinφ chậm pha với điện áp một góc π/2. Công suất tương ứng với hai thành phần i’ và i’’ là: P = U.cosφ gọi là công suất tác dụng.sinφ gọi là công suất phản kháng. 6 Luan van Từ công thức trên ta có thể viết: R P = U.1) Z Vậy: Công suất tác dụng P là công suất có hiệu lực biến năng lượng điện thành ra các dạng năng lượng khác và sinh ra công.2) Z Vậy: Công suất phản kháng Q của một nhánh nói lên cường độ của quá trình dao động năng lượng.

Hay công suất phản kháng là thành phần công suất tiêu thụ trên điện cảm hay phát ra trên điện dung của mạch điện. Ta có thể biểu diễn quan hệ giữa P và Q như hình 2.2: Quan hệ giữa công suất P và Q. Trong mạng điện có các thành phần mang tính điện kháng hay điện dung sẽ sử dụng công suất đặc biệt được gọi là công suất phản kháng. Ngược lại với công suất tác dụng, công suất phản kháng có thể được phục hồi sau khi đã được hấp thụ.

Sự tiêu thụ công suất phản kháng Công suất phản kháng được tiêu thụ ở: động cơ không đồng bộ, máy biến áp, trên đường dây tải điện và ở các phần tử, thiết bị có liên quan đến từ trường. Yêu cầu về công suất phản kháng chỉ có thể giảm đến mức tối thiểu chứ không thể triệt tiêu được vì nó cần thiết để tạo ra từ trường, yếu tố trung gian cần thiết trong quá trình chuyển hóa điện năng. Sự tiêu thụ công suất phản kháng trên lưới điện có thể phân chia một cách gần đúng như sau [13]: 7 Luan van - Động cơ không đồng bộ tiêu thụ khoảng (60 – 65) %. - Máy biến áp tiêu thụ khoảng (22 – 25) %.

- Đường dây tải điện và các phụ tải khác 10%.  Động cơ không đồng bộ - Động cơ không đồng bộ là thiết bị tiêu thụ công suất phản kháng chính trong lưới điện. Chế độ làm việc của nó ảnh hưởng đến giá trị tiêu thụ công suất phản kháng, có lúc giá trị nhu cầu công suất phản kháng lớn hơn công suất tác dụng của nó. - Công suất phản kháng của động cơ không đồng bộ gồm hai thành phần: + Một phần nhỏ công suất phản kháng được sử dụng để sinh ra từ trường tản trong mạch điện sợ cấp: Q1 = miI12 X1và mạch điện thứ cấp Q2 = mi I22 X2 với mi là số pha.

Hoặc có thể tính theo catalog của thiết bị: P 1 I0 (tgφđm - Qtt = Q1 + Q2 = Pđm .3) Trong đó: - P: công suất tải thực tế động cơ. - Pđm , Cosđm , Iđm: là công suất, hệ số công suất, dòng điện định mức của động cơ. - đm :hiệu suất của động cơ theo định mức. - I0: dòng điện không tải.

+Phần lớn công suất phản kháng còn lại dùng để sinh ra từ trường khe hở: Qµ = miI0Xm Hay tính theo catalog của thiết bị: I0 Pđm Qµ = .Cos  đm - Một số lưu ý đối với động cơ không đồng bộ: 8 Luan van + Khi điện áp tăng, sự tiêu thụ công suất phản kháng tăng do mức độ từ hóa tăng và tản từ tăng do vậy việc tăng điện áp vận hành chưa đảm bảo tổn thất giảm. + Đối với những động cơ công suất nhỏ, do tăng một cách tương đối khe hở không khí giữa rôto và stato làm tăng lượng tản từ, do vậy công suất phản kháng tăng. + Động cơ có tốc độ thấp, hiệu suất kém, tiêu thụ công suất phản kháng tăng.  Máy biến áp - MBA tiêu thụ khoảng 22 đến 25% nhu cầu công suất phản kháng tổng của lưới điện, nhỏ hơn nhu cầu của các động cơ không đồng bộ do công suất phản kháng dùng để từ hóa lõi thép máy biến áp không lớn so với động cơ không đồng bộ, vì không có khe hở không khí.

Nhưng do số thiết bị và tổng dung lượng lớn, nên nhu cầu tổng CSPK của MBA cũng rất đáng kể. - CSPK tiêu thụ bởi MBA gồm hai thành phần: + Công suất phản kháng được dùng để từ hóa lõi thép không phụ thuộc vào tải: I 0 %.5) 100 Với: Sđm: dung lượng định mức của máy biến áp. I0%: dòng điện không tải tính theo % của dòng điện định mức máy biến áp. - Công suất phản kháng tản từ máy biến áp phụ thuộc vào tải: uN % Qtt =β 2 S đm 100 (2.6) Với: β hệ số mang tải của máy biến áp.

UN% điện áp ngắn mạch phần trăm.  Đèn huỳnh quang 9 Luan van - Thông thường các đèn huỳnh quang vận hành có một chấn lưu để hạn chế dòng điện. Tuy theo điện cảm của chấn lưu, hệ số công suất chưa được hiệu chỉnh cosφ của chấn lưu nằm trong khoảng 0,3 đến 0,5. - Các đèn huỳnh quang hiện đại có bộ khởi động điện từ, hệ số công suất chưa được hiệu chỉnh Cosφ thường gần bằng 1.

Do vậy không cần hiệu chỉnh hệ số công suất của thiết bị này. Tuy nhiên, khi các thiết bị điện tử này khởi động thì sinh ra các sóng hài. Các nguồn phát công suất phản kháng Khả năng phát CSPK của các nhà máy điện là rất hạn chế, do Cosφ của nhà máy từ 0,85 – 0,9 hoặc cao hơn nữa. Vì lý do kinh tế người ta không chế tạo các máy phát có khả năng phát nhiều CSPK cho phụ tải.

Các máy phát chỉ đảm đương một phần nhu cầu CSPK của phụ tải, phần còn lại do các thiết bị bù đảm trách (Máy bù đồng bộ, tụ điện). Ngoài ra trong hệ thống điện nói chung, phải kể đến một nguồn phát CSPK nữa, đó là các đường dây tải điện, đặc biệt là các đường cáp và đường dây siêu cao áp. Tuy nhiên ở đây ta chỉ xét đến lưới phân phối, do vậy chỉ lưu ý đến các trường hợp đường dây 35 kV dài và các đường cáp ngầm. Tuy nhiên CSPK phát ra từ các phần tử này cũng không đáng kể nên nguồn phát CSPK chính trong lưới phân phối vẫn là tụ điện, động cơ đồng bộ và máy bù.1 Các nguồn phát công suất phản kháng  Máy bù đồng bộ Máy bù đồng bộ là loại máy điện đồng bộ chạy không tải dùng để phát hoặc tiêu thụ CSPK.

Máy bù đồng bộ là phương pháp cổ truyền để điều chỉnh liên tục CSPK. Các máy bù đồng bộ thường được dùng trong hệ thống truyền tải, chẳnghạn ở đầu vào các đường dây tải điện dài, trong các trạm biến áp quan trọng và trong các trạm biến đổi dòng điện một chiều cao áp. Nếu ta tăng dòng điện kích từ ikt lên (quá kích thích, dòng điện của máy bù đồng bộ sẽ vượt trước điện áp trên cực của nó một góc 900) thì máy phát ra CSPK Qb phát lên mạng điện. Ngược lại, nếu ta giảm dòng kích từ ikt (kích thích non, E < 10 Luan van U, dòng điện chậm sau điện áp 900) thì máy bù sẽ biến thành phụ tải tiêu thụ CSPK.

Vậy máy bù đồng bộ có thể tiêu thụ hoặc phát ra CSPK. Các máy bù đồng bộ ngày nay thường được trang bị hệ thống kích thích từ nhanh có bộ kích từ chỉnh lưu. Có nhiều phương pháp khởi động khác nhau, một phương pháp hay dùng là khởi động đảo chiều.  Tụ điện tĩnh Tụ điện tĩnh là một đơn vị hoặc một dãy đơn vị tụ nối với nhau và nối song song với phụ tải theo sơ đồ hình sao hoặc tam giác, với mục đích sản xuất ra CSPK cung cấp trực tiếp cho phụ tải, điều này làm giảm CSPK phải truyền tải trên đường dây.

Tụ bù tĩnh cũng thường được chế tạo không đổi (nhằm giảm giá thành). Khi cần điều chỉnh điện áp có thể dùng tụ điện bù tĩnh đóng cắt được theo cấp, đó là biện pháp kinh tế nhất cho việc sản xuất ra CSPK. Tụ điện tĩnh cũng như máy bù đồng bộ làm việc ở chế độ quá kích CSPK trực tiếp cấp cho hộ tiêu thụ, giảm được lượng CSPK truyền tải trong mạng, do đó giảm được tổn thất điện áp. CSPK do tụ điện phát ra được tính theo biểu thức sau: Q.7) Trong đó: U có đơn vị là kV.

f tần số có đơn vị là Hz C là điện dung có đơn vị là μF. Khi sử dụng tụ điện cần chú ý phải đảm bảo an toàn vận hành, cụ thể khi cắt tụ ra khỏi lưới phải có điện trở phóng điện để dập điện áp. Các tụ điện bù tĩnh được dùng rộng rãi để hiệu chỉnh hệ số công suất trong các hệ thống phân phối điện như: hệ thống phân phối điện công nghiệp, thành phố, khu đông dân cư và nông thôn. Một số các tụ bù tĩnh cũng được đặt ở các trạm truyền tải.

11 Luan van Tụ điện là loại thiết bị điện tĩnh, làm việc với dòng điện vượt trước điện áp. Do đó có thể sinh ra công suất phản khánh Q cung cấp cho mạng. Tụ điện tĩnh cónhững ưu điểm sau: - Suất tổn thất công suất tác dụng bé, khoảng (0,003 – 0,005) kW/kVAr. - Không có phần quay nên lắp ráp bảo quản dễ dàng.

- Tụ điện tĩnh được chế tạo thành từng đơn vị nhỏ, vì thế có thể tùy theo sự phát triển của phụ tải trong quá trình sản xuất mà điều chỉnh dung lượng cho phù hợp. Song tụ điện tĩnh cũng có một số nhược điểm sau: - Nhược điểm chủ yếu của chúng là cung cấp được ít CSPK khi có rối loạn hoặc thiếu điện, bởi vì dung lượng của công suất phản kháng tỷ lệ bình phương với điện áp: U2 Q  I2. C - Tụ điện có cấu tạo kém chắc chắn vì vậy dễ bị phá hỏng khi xảy ra ngắn mạch.