TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010
1
QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG KHÁNG BÙ NGANG
CÓ ĐIỀU KHIỂN KIỂU MÁY BIẾN ÁP
ELECTROMAGNETIC RELATIONS IN TRANSFORMER
TYPED CONTROLLED SHUNT REACTORS Lê Thành Bắc
Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT

Bài báo trình bày các bước thiết lập quan hệ điện từ giữa các thông số của các cuộn
dây trong kháng bù ngang có điều khiển kiểu biến áp với các đại lượng, thông số đường dây và
góc mở của các thyristor khi thực hiện điều khiển kháng. Trên cơ sở các quan hệ điện từ được
thiết lập ứng dụng phần mềm Matlab để khảo sát sự biến đổi của các dòng điện trong các cuộn
dây kháng điện trong quá trình quá độ khi công suất truyền tải trên đường dây biến đổi và
kháng được điều khiển theo hàm để bù 100% công suất phản kháng dư trên đường dây truyền
tải. Các kết quả nhận được cho thấy kháng điều khiển kiểu biến áp có thời gian tác động rất
nhanh và không làm méo dạng dòng điện trên lưới.
ABTRAST
The paper presents the steps in establishing electromagnetic relations of transformer
typed controlled shunt reactors windings’s parameters to transmission line parameters, firing
delay angle of thysistor in the control of the reactors. Based on the established electromagnetic
relations, the changing of the reactor winding currents is shown by the Matlab-Simulink software
when the transformer typed controlled shunt reactors is applied to the power system to make full
compensation (100%) charging capacity after the change of transmission lines power transfer.
The results show that the transformer typed controlled shunt reactors responding time is very
fast and the control does not make current distortion in the power system.

. Cả ba điện áp này đồng pha nhau do cùng được quấn
chung trên một trụ của lõi thép. Tương ứng 3 dòng điện tại cùng thời điểm là dòng điện
cuộn lưới I
1
, dòng điện cuộn bù I’
3
(quy đổi về cuộn lưới là I
3
) và dòng điện cuộn điều
khiển I
’
2
(quy đổi về cuộn lưới là I
2
). Số vòng dây 3 cuộn lần lượt là W
1,
W
3
và W
2
.
Công suất 1 pha của cuộn dây lưới phía cao áp là S
vào
= U
f
I
1
, phía hạ áp là: S
ra
= S

I
’
2
(2)
Ở chế độ làm việc bình thường khi điện áp lưới U
f
= const thì U
2
= f(α); I
2
= f(α)
với

là góc mở các van T, từ (2) ta thấy dòng điều khiển I
1
luôn phụ thuộc vào I
2
: I
1
=
f(I
2
) hay nói cách khác ta cần điều khiển dòng I
2
theo hàm yêu cầu khi phụ tải trên
đường dây thay đổi.
Trong chế độ không tải dòng điện trên đường dây do dung dẫn tạo ra (I
C
) lớn
nhất làm cho điện áp ở cuối đường dây dài tăng cao, nên ta cần bù dòng kháng I

1.min
). Theo quan hệ (2) thì dòng qua cuộn điều khiển và
qua van I
2
lúc này cũng cực tiểu, ứng với góc mở α
max
(T
1
và T
2
đóng hoàn toàn).
Còn ở chế độ khi làm việc với tải trong khoảng từ 0 đến P
tn
thì dòng điện trong
cuộn điều khiển W
2
có quan hệ hàm số với góc mở van I
2
= f(α)
3. Các quan hệ điện từ trong kháng điều khiển kiểu máy biến áp
Đối với kháng có công suất lớn thì thành phần điện trở ở các cuộn dây rất bé so
với thành phần điện kháng, do đó khi xét đến quan hệ dòng điện giữa các cuộn dây ta bỏ
qua thành phần điện trở mà chỉ quan tâm đến thành phần điện kháng của nó. Khi đó, sơ
đồ thay thế của kháng điều khiển kiểu biến áp được cho trong hình 1,b.
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010
3

Hình 1. Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế 1 pha của kháng bù ngang kiểu biến áp
Trong đó: X
1

/U
3.đm
, với U
2.đm
và U
3.đm
là điện áp định mức của cuộn dây
điều khiển W
2
và cuộn dây bù W
3
.
Khi kháng làm việc (tương tự máy biến áp có 3 cuộn dây) thì thành phần hỗ cảm
giữa các cuộn dây (hình 1b) được xem tương đương như 3 điện kháng khép kín hình
tam giác và được xác định theo [5,6] như sau:
- Hỗ cảm giữa cuộn dây lưới và cuộn dây điều khiển:

min01
2
1
27
12
/).10.8( XFfNX 



(3)
- Hỗ cảm giữa cuộn dây lưới và cuộn dây bù:

min02

1
là số vòng dây cuộn lưới; f là tần số
lưới điện; ℓ
0
là chiều cao trụ mạch từ; X
min
là điện kháng vào nhỏ nhất của kháng điện
tương ứng với các van điều khiển mở hoàn toàn làm ngắn mạch cuộn điều khiển, lúc
này công suất bù của kháng cực đại (X
min
=
đmkf
QU
.
2
/ và tương ứng I
1
=I
max
, I
2
=I
2.max
).
Với δ gọi là hệ số cấu trúc của kháng kiểu biến áp, thường lấy từ 0,5 đến 0,8 phụ thuộc
cách bố trí và khoảng cách cách điện giữa 3 cuộn dây của kháng bù ngang [5]. Quan hệ
của các thành phần điện kháng trong kháng điện là:
X
12
= X

– X
12
).
Với: X
13
=δX
12
; X
23
≈ X
12
– δX
12
= (1-δ)X
12
(6) W
1

U
f

С
3W
2

1
=i
k

i
’
2

i
’
3

a) U
f

i
1
=i
k

X
3

X
2

X

= δ X
12
; X
2
= (1-δ)X
12
; X
3
= 0. Hỗ cảm giữa các cuộn dây
chính (cuộn lưới, điều khiển, bù) với các cuộn dây trên mạch lọc các sóng hài do dòng
điện bậc k gây ra:


min231212.1
5,0 XkXXXkX
k


;


min312312.2
)1(5,0 XkXXXkX
k


;


05,0

minminmin.2
 XXXkX
k

;


minminminmin.3
)1(.5,0 XkXXXkX
k


Do đó trở kháng tương đương của vòng gồm cuộn lưới và cuộn bù dưới tác dụng của
sóng hài bậc k sẽ là:












1
min
minmin
minmin

I
k
k
k
k
(8)
Dòng điện hài bậc k chảy trong cuộn lưới:






1
max
.1
31
1.
I
X
XI
I
k
k
k
k
(9)
Trong đó hệ số
max
/ II

32
32
1










X
XX
XX
X
XX
XX
XX
kh
(10)
Phương trình cân bằng điện áp khi kháng bù làm việc là:

1122
XIjUXIj
f





 II
(13)
Tỷ số giữa dòng điện trong cuộn điều khiển với dòng cực đại trong cuộn dây lưới:
22
22
max
2
12
4)21(1
)21(4)21(
.
1









I
I
K (14)
Điện áp trên cuộn điều khiển khi có dòng trong cuộn dây điều khiển:


22
122

2
max.






X
U
X
U
XIXIQQ
f
kh
f
khkđmkk
(16)
Vậy ứng với góc mở

của thyristor, hệ số kết cấu kháng

, điện áp của lưới
U
f
, điện kháng vào nhỏ nhất X
min
(tương ứng khi kháng bù với công suất định mức) và
hàm điều khiển mức bù


k
= 0. Trong đó Q
tt
, Q
đt
, Q
2
, Q
k
lần lượt là công suất từ trường (do dòng tải gây ra
trên điện kháng đường dây), công suất điện trường của đường dây (do dung dẫn gây ra),
công suất phản kháng cung cấp cho tải, công suất bù của kháng bù ngang.

Để bù 100%
công suất phản kháng có trên đường dây (Q
đd
=0) thì hàm điều khiển của kháng bù
ngang Q
k
phải có dạng là:



)λ/(/-1 β
stn2
2
tn
PQPP 
(18)
Trong trường hợp nếu có Q

tn
s
stnstn
stntn
stnk
.1
2
2
2



















(20)
Mà công suất 1 pha của kháng bù ngang luôn là: Q


.
.
222


. Dòng điện kháng một
pha cần bù tương ứng với lúc công suất truyền tải trên đường dây P

sẽ là :

tnf
stntns
k
PU
PtgPPP
I

22
. 

f
stn
tn
fs
k
U
P
I
P



f
stn
tn
fs
k
U
P
I
P
IU
I





 sin
cos
22
(22)
Trong đó: I là dòng điện truyền tải trên đường dây; U
f
là điện áp pha lưới điện
tại nút đặt kháng; P
tn
= U
2
/z

.
sin
cos
.

















(23)
Thay X
kh
từ (10) vào (23) ta có:
 
 
121
1
.sin

P
I
P
IU
tgp
P
P
P
f
stn
tn
fs
tn
s
stn
(24)
Mà X
min
= )/(/
2
.
2
stnfđmkf
PUQU

 khi thay vào (24) ta được quan hệ điện từ
giữa các thông số đường dây truyền tải với góc điều khiển các van T và các thông số
của kháng bù ngang kiểu máy biến áp theo hàm điều khiển (18) là:

 


stn
f
f
stn
tn
fs
tn
s
stn
P
U
U
P
I
P
IU
tgp
P
P
P
(25)
Như vậy, với một giá trị dòng điện tải I và góc lệch pha tải φ với mỗi kháng bù
ngang lắp trên một đường dây truyền tải với hệ số yêu cầu bù cho trước ta có được ngay
giá trị góc mở α tương ứng của các van thyristor trong cuộn điều khiển W
2
.
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010
7
5. Ứng dụng khảo sát quan hệ điện từ khi kháng điều khiển kiểu biến áp lắp đặt

k.đm
=Q
đt
/2 =

125,7Mvar, dòng điện pha cực đại trong cuộn lưới
kháng I
max
=
AQ
đmk
1,145)500.3/(
.

, Điện áp định mức của cuộn điều khiển U
2.0
=15
kV, cuộn bù U
3.đm
=15 kV. Chọn hệ số kết cấu kháng 5,0


.
Từ các biểu thức quan hệ điện từ đã thành lập ở trên, ta xây dựng các đường đặc
tính của dòng trong cuộn lưới của kháng I
k
, dòng trong cuộn điều khiển I
2
và góc mở
thyristor

k
,, dòng điện trong cuộn điều khiển I
2
và góc mở α thực hiện
điều khiển theo hàm (19) khi phụ tải P biến thiên từ 0 đến P
tn
.
Thực hiện mô phỏng trên Matlab với kháng bù ngang lắp đặt ở 2 đầu phân đoạn
đường dây 500 kV Đà Nẵng-Pleiku khi lần lượt đóng tải cho đường dây ở các mức khác
nhau ta được kết quả trên hình 3 sau:

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010
8

Hình 3. Dòng điện tương ứng trong 3 cuộn dây của kháng bù ngang kiểu biến áp khi thực hiện
điều khiển kháng theo hàm (19):1-Dòng trong cuộn điều khiển; 2-Dòng trong cuộn bù; 3-Dòng trong
cuộn lưới. Từ 0 -> 0,1s đóng không tải đường dây, từ 0,1s -> 0,3s đóng tải ở 20%P
tn
, từ 0,3s -> 0,5s
công suất truyền tải tăng lên 50%P
tn
, từ 0,5s -> 0,6s tăng công suất truyền tải lên đến P
tn
.

6. Kết luận
Bài báo đưa ra kết quả nghiên cứu là các biểu thức biểu diễn cho quan hệ điện từ
giữa các đại lượng dòng điện, điện áp trên các cuộn dây lưới, cuộn dây bù và cuộn dây
điều khiển của kháng bù ngang kiểu biến áp với góc điều khiển của các van thyristor và
các thông số của kháng. Xây dựng biểu thức quan hệ giữa các thông số của kháng điều

управляемого шунтирующего реактора трансформаторного типа // Журнал
РАН. Электричество, 2003.– № 2.– С. 38 –46.