LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi, có sử
dụng những kết quả nghiên cứu của nhiều nhà khoa học lớn. Các số liệu, kết quả
tính toán trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong các công
trình khoa học khác.

Tác giả

Bùi Quốc Thắng

1


LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian học tập và thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp, đến nay tác
giả đã hoàn thành luận văn thạc sĩ kỹ thuật điện chuyện ngành - Hệ thống điện với
đề tài: “Đánh giá các giải pháp nâng cao chất lượng điện và giảm tổn thất điện
năng trên lưới điện phân phối (áp dụng cho đường dây 370 - trạm 110KV Trình
xuyên Nam Định) ”.
Trước hết, tác giả xin chân thành cảm ơn Viện đào tạo Sau Đại học, Viện
điện, Bộ môn Hệ thống điện, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tận tình giúp đỡ
trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Đinh Quang Huy, người đã
định hướng, chỉ bảo và hết lòng tận tụy, dìu dắt tác giả trong suốt quá trình học tập
và nghiên cứu đề tài.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến những người thân trong gia đình, bạn bè
và đồng nghiệp đã động viên, cổ vũ tác giả trong suốt quá trình học tập và nghiên
cứu khoa học. Nếu không có những sự giúp đỡ này thì chỉ với sự cố gắng của bản
thân tác giả sẽ không thể thu được những kết quả như mong đợi.
Tác giả xin chân thành cảm ơn!


2.5. Nâng cao chất lượng điện bằng cách khử sóng hài .......................................... 28
2.5.1. Dùng cuộn kháng triệt sóng hài.................................................................... 28
2.5.2. Dùng các mạch lọc....................................................................................... 31
2.6. Đối xứng hóa lưới điện ................................................................................... 32
2.6.1. Đối xứng hóa bằng các phần tử tĩnh ............................................................. 32
2.6.2. Đối xứng hóa bằng máy điện quay ............................................................... 42

3


2.7. Đánh giá các biện pháp nâng cao chất lượng điện trong lưới phân phối .......... 43
CHƯƠNG 3: ......................................................................................................... 46
CÁC GIẢI PHÁP GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG ............................................ 46
TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI....................................................................... 46
3.1. Các biện pháp giảm tổn thất điện năng............................................................ 46
3.1.1. Biện pháp quản lý kinh doanh ...................................................................... 46
3.1.2. Biện pháp kỹ thuật ....................................................................................... 46
3.2. Bài toán tái cấu trúc lưới điện ......................................................................... 47
3.2.1. Phân bố kinh tế công suất trong mạng điện kín. ........................................... 47
3.2.2. Sự cần thiết phải tái cấu trúc lưới điện ......................................................... 50
3.2.3. Hàm mục tiêu của tái cấu trúc lưới............................................................... 52
3.2.4. Phương pháp xác định điểm mở tối ưu ......................................................... 53
3.3. Bài toán bù công suất phản kháng ................................................................... 54
3.3.1. Sự cần thiết của bù công suất phản kháng .................................................... 54
3.3.2. Hàm mục tiêu tổng quát của bài toán bù kinh tế ........................................... 55
3.3.3. Bài toán bù kinh tế theo phương pháp dòng tiền tệ....................................... 59
3.3.4. Hiện tượng quá bù công suất phản kháng ..................................................... 61
3.4. Phối hợp tái cấu trúc lưới điện và bù công suất phản kháng ............................ 63
CHƯƠNG 4: ......................................................................................................... 64
NGHIÊN CỨU GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG BẰNG PHẦN MỀM

5


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CCĐ

:

Cung cấp điện

CLĐA

:

Chất lượng điện áp

CLĐN

:

Chất lượng điện năng

CSPK

:

Công suất phản kháng

CSTD


:

Hệ thống điện

LPP

:

Lưới phân phối

MBA

:

Máy biến áp

TCTĐL

:

Tổng Công ty Điện lực

TTN

:

Thứ tự nghịch

TTT


Hình 4.8: Giao diện hiển thị trào lưu công suất ...................................................... 71
Hình 4.9: Thuật toán xác định điểm mở tối ưu TOPO ............................................ 72
Hình 4.10: Lưu đồ thuật toán bù công suất phản kháng ......................................... 73
Hình 4.11: Các tùy chọn trong hộp thoại CAPO .................................................... 74
Hình 4.12: Các chỉ tiêu kinh tế ............................................................................. 76

7


Hình 4.13: Đồ thị phụ tải ngày điển hình của lộ 370-E3.1...................................... 78
Hình 4.14: Thẻ phân loại phụ tải............................................................................ 79
Hình 4.15: Thẻ xây dựng đồ thị phụ tải.................................................................. 79

8


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 4.1: Kết quả hoạt động sản xuất kinh doanh từ năm 2010-2013 .................... 66
Bảng 4.2: Thông số kỹ thuật TBA 110 kV - E3.1 Vụ Bản ..................................... 67
Bảng 4.3: Thiết lập thông số kinh tế cho bài toán CAPO ....................................... 77
Bảng 4.4: Phương thức vận hành hiện tại............................................................... 80
Bảng 4.5: Công suất và tổn thất công suất ở phương thức vận hành hiện tại .......... 80
Bảng 4.6: Kết quả phân tích thông số vận hành lưới điện tại thời điểm thấp điểm . 81
Bảng 4.7: Dung lượng bù trung áp tại các nút cho cấu trúc lưới điện hiện tại......... 83
trong chế độ vận hành cực đại ............................................................................... 83
Bảng 4.8: Độ giảm tổn thất công suất sau CAPO cho bài toán 1, chế độ cực đại.... 83
Bảng 4.9: Phương thức vận hành cơ bản tối ưu ...................................................... 84
Bảng 4.10: Công suất và tổn thất công suất ở phương thức vận hành tối ưu ........... 85
Bảng 4.11: Dung lượng bù trung áp tại các nút, chế độ cực đại.............................. 85
Bảng 4.12: Phân bố công suất sau khi bù trung áp ................................................. 86

nói chung và ứng dụng vào một xuất tuyến của lưới phân phối Nam Định.
Tác giả tập đi trung nghiên cứu 2 phương pháp: tái cấu trúc lưới và bù công
suất phản kháng nhằm giải quyết bài toán giảm tổn thất điện năng đang đặt ra với
ngành điện

10


Đồng thời luận văn ứng dụng một số Option của phần mềm PSS/ADEPT để
giải bài toán giảm tổn thất điện năng trên lưới điện cụ thể nhằm minh chứng cho các
luận điểm nghiên cứu.
4. Ý nghĩa khoa học và thực hiện
Trong thời đại Công nghiệp hóa - Hiện đại hóa, năng lượng là nguồn lực chủ
yếu của sự phát triển kinh tế và xã hội. Trong đó điện năng đóng vai trò cực kỳ quan
trọng, là nguồn năng lượng được sử dụng rất rộng rãi trong mọi hoạt động của con
người.
Trong quá trình truyền tải điện năng từ nới sản xuất đến nới tiêu thụ lượng
điện năng tổn thất rất lớn… Các khảo sát gần đây cho thấy tổn thất trong truyền tải
và phân phối trong một số lưới điện có thể lớn hơn 10% tổng sản lượng điện năng.
Chất lượng điện áp ở một số nút trong lưới điện không đáp ứng tiêu chuẩn, độ tin
cậy cung cấp điện rất thấp… Bài toán chất lượng điện năng là bài toán khó của
ngành điện. Nhất là trước tình hình thực tế như hiện nay, công nghiệp sử dụng điện
ngày càng tăng, lượng điện năng sản xuất không đáp ứng đủ nhu cầu, tình hình
thiếu điện năng ngày càng trầm trọng nhất là vào mùa khô. Do đó, nếu nâng cao
được chất lượng điện năng để hệ thống điện hoạt động hiệu quả hơn sẽ góp phần
tích cực đưa nền kinh tế đất nước phát triển bền vững.
5. Nội dung chính của luận văn: gồm 04 chương
Chương 1: Tổng quan về chất lượng điện năng.
Chương 2: Các biện pháp nâng cao chất lượng điện trong lưới phân phối.
Chương 3: Các giải pháp giảm tổn thất điện năng trong lưới điện phân phối.

định mức của một cấp điện áp phân phối nào đó. Nếu thiết bị dùng điện được cung
cấp ở tần số định mức của hệ thống điện và với điện áp định mức của thiết bị đó thì
chất lượng điện năng sẽ được đảm bảo.
Chất lượng điện năng được xem là đảm bảo nếu tần số và điện áp biến đổi
trong phạm vi cho phép quanh giá trị định mức vì dao động về tần số có thể do

12


những dao động hay nhiễu loạn của hệ thống trong quá trình vận hành. Phạm vi này
được quy định trên cơ sở đảm bảo điều kiện làm việc bình thường của thiết bị dùng
điện và các tiêu chuẩn về độ lệch điện áp và tần số. Khi các giá trị thực tế của điện
áp và tần số vượt ra ngoài độ lệch cho phép phải tiến hành các biện pháp điều chỉnh.
Các chỉ tiêu chất lượng điện năng liên quan chặt chẽ với sự cân bằng công
suất tác dụng P và công suất phản kháng Q trong hệ thống điện.
Có thể tăng thêm nguồn công suất phản kháng Q bằng các thiết bị bù hoặc
phân bố lại công suất phản kháng Q, khi trong hệ thống điện có hiện tượng thừa cục
bộ.
Việc điều chỉnh điện áp trong mạng điện rất phức tạp. Mỗi mức cân bằng P
và Q trong hệ thống điện xác định một giá trị của tần số và điện áp. Khi sự cân bằng
bị phá vỡ tần số và điện áp sẽ biến đổi cho đến khi xác lập sự cân bằng mới, ứng với
các giá trị xác lập mới của tần số và điện áp.
Quá trình biến đổi của công suất và các chỉ tiêu chất lượng điện năng khi cân
bằng công suất bị phá hoại xảy ra rất phức tạp vì giữa chúng có quan hệ tương hỗ.
Vì thế để giải quyết các vấn đề thực tế phải đưa ra những điều kiện lý tưởng hóa
làm đơn giản bài toán. Những điều kiện đó là sự thay đổi cân bằng công suất P ảnh
hưởng chủ yếu đến tần số, còn sự cân bằng công suất Q ảnh hưởng chủ yếu đến
điện áp.
Điều kiện cần thiết để có điều kiện điều chỉnh được tần số và điện áp là trong
hệ thống điện phải có đủ công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q để đáp

fmin  f  fmax

(1.2)

Tần số phải luôn nằm trong giới hạn cho phép
fmin  f  fmax
Trong đó:

(1.3)

fmin = fđm - fmin
fmax = fđm + fmax

1.2.1.2. Độ dao động tần số
Độ dao động tần số đặc trưng bởi độ lệch giữa giá trị lớn nhất và nhỏ nhất
của tần số khi tần số biến thiên nhanh với tốc độ lớn hơn 0,1%. Độ dao động tần số
không được lớn hơn giá trị cho phép.
Đối với hệ thống điện Việt Nam, trị số định mức của tần số được quy định là
50Hz. Độ lệch cho phép khỏi trị số định mức là  0,1Hz.
1.2.1.3. Biện pháp giữ ổn định tần số
Tần số là một trong những tiêu chuẩn để đánh giá chất lượng điện năng. Tốc
độ quay và năng suất làm việc của các động cơ đồng bộ và không đồng bộ phụ
thuộc vào tần số của dòng xoay chiều. Khi tần số giảm thì năng suất của chúng cũng
bị giảm thấp. Tấn số tăng cao dẫn đến sự tiêu hao năng lượng quá mức.

14


Khi có sự cân bằng công suất thì tần số được giữ không đổi. Nhưng vào mỗi
thời điểm tùy thuộc số lượng hộ tiêu thụ được nối vào và tải của chúng, phụ tải của

Duy trì điện áp định mức là một trong những yêu cầu cơ bản để đảm bảo chất
lượng điện năng của hệ thống điện. Chất lượng điện năng được đặc trưng bằng các
giá trị quy định của điện áp và tần số trong hệ thống điện. Chất lượng điện năng ảnh
hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của các thiết bị dùng điện. Các thiết bị dùng
điện chỉ có thể làm việc với hiệu quả tốt trong trường hợp điện năng có chất lượng
điện năng cao. Tần số của dòng điện được điều khiển trong phạm vi toàn hệ thống.
Các chỉ tiêu chính của chất lượng điện áp là độ lệch điện áp, dao động điện áp, sự
không đối xứng, độ không hình sin của đường cong điện áp và độ không cân bằng.
a) Độ lệch điện áp U
- Độ lệch điện áp tại một điểm trong hệ thống cung cấp điện là độ chênh lệch
giữa điện áp thực tế Ut và điện áp định mức Uđm với điều kiện là tốc độ biến thiên
của điện áp nhỏ hơn 1% Uđm/s, được tính như sau:

U 

U t  U đm
.100%
U đm

(1.4)

- Độ lệch cho phép Ucp%
- Trên cực của các thiết bị chiếu sáng từ -2,5  5%
- Trên các cực của động cơ, các thiết bị mở máy từ -5  10%
- Trên các thiết bị còn lại từ -5  5%
- Trong các trạng thái sự cố, cho phép tăng giới hạn trên thêm 2,5% và giảm
giới hạn dưới thêm 5%.
Điều chỉnh điện áp theo độ lệch
Chất lượng điện năng của hệ thống điện chủ yếu là tần số và điện áp. Khi
đảm bảo sự cân bằng giữa công suất phát từ các nguồn điện và nhu cầu phụ tải, chế

Trong đó:

U max  U min
.100%
U đm

Umax : điện áp hiệu dụng lớn nhất
Umin : điện áp hiệu dụng nhỏ nhất
Uđm : điện áp danh định

- Tiêu chuẩn quy định:
+ Tần suất xuất hiện 2 – 3 lần/ giờ thì

dU = 3  5% Uđm

+ Tần suất xuất hiện 2 – 3 lần/ phút thì

dU = 1  1,5% Uđm

17

(1.5)


+ Tần suất xuất hiện 2 – 3 lần/ giây thì

dU = 0, 5% Uđm

c) Độ không đối xứng K2
- Xuất hiện khi có điện áp thứ tự nghịch (TTN).

2
2

- K2  1% thì xem là đối xứng.
d) Độ không hình sin Kks
K ks 

U 
U1

.100%

(1.7)



Với

U  

U

2
λ

λ 2

- Kks  5% thì xem là hình sin.
1.2.2.2. Ảnh hưởng điện áp đến sự làm việc của phụ tải
Hệ thống điện cần phải đảm bảo cung cấp cho các hộ tiêu thụ điện năng có


Hình 1.1: Sự biến đổi đặc tính momen của động cơ điện không đồng bộ
b) Đối với các thiết bị chiếu sáng
Các thiết bị chiếu sáng rất nhạy cảm với điện áp, khi điện áp giảm 2,5% thì
quang thông của đèn dây tóc giảm 9%, đối với đèn huỳnh quang khi điện áp tăng
10% thì tuổi thọ của nó giảm 20% - 25%, với các đèn có khí khi điện áp giảm
xuống quả 20% định mức thì nó sẽ tắt và nếu duy trì độ tăng điện áp kéo dài thì nó
có thể cháy bóng đèn. Đối với đèn hình, khi điện áp nhỏ hơn 95% điện áp định mức
thì chất lượng hình ảnh bị méo mó. Các đài phát hoặc thu vô tuyến, các thiết bị liên
lực bưu điện, các thiết bị tự động hóa rất nhạy cảm với sự thay đổi của điện áp.
Chính vì thế độ lệch điện áp cho phép đối với các thiết bị chiếu sáng và điện tử
được quy định nhỏ hơn so với các thiết bị điện khác.

19


Hình 1.2: Đồ thị thời gian phục vụ của đèn và quang thông
c) Các dụng cụ đốt nóng, các bếp điện trở
- Công suất tiêu thụ đối với các thiết bị 1 pha là:
2

P =I R =

U 2p

(1.8)

R

- Còn đối với hệ thống tiêu thụ 3 pha:

phản kháng đều giảm. đến một giá trị điện áp giới hạn Ugh nào đó, nếu điện áp tiếp
tục giảm thì công suất phản kháng tiêu thụ tăng lên hậu quả sẽ làm cho điện áp lại
càng giảm và phụ tải ngừng làm việc (hiện tượng này gọi là hiện tượng Tháp điện
áp có thể xảy ra với một nút phụ tải hoặc toàn bộ hệ thống điện khi điện áp giảm
xuống 70% - 80% so với điện áp định mức ở nút phụ tải). Đây là một sự cố vô cùng
nguy hiểm cần phải tiên đoán để tìm biện pháp ngăn chặn kịp thời.
P,Q

Q
P

U
O

Ugh

Uđm

Hình 1.3: Sự ảnh hưởng của điện áp đối với công suất
e) Đối với hệ thống điện
- Sự biến đổi điện áp ảnh hưởng đến các đặc tính kỹ thuật của bản thân hệ
thống điện:
+ Điện áp giảm sẽ làm giảm công suất phản kháng do máy phát điện và các
thiết bị bù sinh ra.
+ Đối với máy biến áp, khi điện áp tăng, làm tăng tổn thất không tải, tăng độ
cảm ứng từ trong lõi thép và có thể dẫn đến nguy hiểm do máy phát nóng cục bộ,
khi điện áp tăng quá cao sẽ chọc thủng cách điện.
+ Đối với đường dây, điện áp tăng cao làm tăng công suất vầng quang ở các
đường dây siêu cao áp.


độ tải cực đại và cực tiểu. Nhưng phụ tải thực tế trong quá trình vận hành tại phần
lớn thời gian lại khác chế độ tính toán. Do đó việc chọn điện áp đầu vào của các

22


thiết bị điện thích hợp sẽ làm giảm sự sai khác độ lệch điện áp đầu vào của các thiết
bị điện này.
4. Điều chỉnh chế độ làm việc của thiết bị điện một cách hợp lý:
Việc điều chỉnh chế độ làm việc của thiết bị điện một cách hợp lý sẽ kết hợp
được phụ tải phản kháng giữa các hộ dùng điện. Do đó làm giảm tổn thất công suất
và hao tổn điện áp của lưới điện tại các thời điểm khác nhau.
5. Lựa chọn tiết diện dây trung tính hợp lý:
Đối với lưới điện có dây trung tính, nếu chọn dây trung tính quá nhỏ sẽ làm
tăng hao tổn điện áp trên dây trung tính dẫn đến mất đối xứng của lưới điện.
6. Phân bố đều phụ tải giữa các pha:
Phân bố thời gian làm việc và đưa vào thiết bị vận hành trong các thời gian
hợp lý, tránh hiện tượng quá tải cục bộ vào giờ cao điểm. Vấn đề này chỉ thực hiện
ở cấp vĩ mô, có sự tham gia của nhiều bộ ngành và nhà nước.
Tăng cường sử dụng các thiết bị ba pha. Biện pháp này làm giảm sự mất đối
xứng trong lưới điện.
7. Không vận hành thiết bị non tải:
Các thiết bị vận hành non tải làm cho hệ số công suất thấp, tăng cường công
suất phản kháng làm tăng hao tổn dẫn đến tăng độ lệch điện áp.
8. Với lưới điện có nhiều phụ tải một pha nên chọn máy biến áp có tổ nối dây saoziczăc để giảm tổn hao phụ do dòng thứ tư không gây ra.
2.2. Nhóm các biện pháp kỹ thuật
Nhóm này được thực hiện khi các biện pháp tổ chức vận hành được áp dụng
mà vẫn không mang lại kết quả như mong muốn, nhóm này bao gồm các giải pháp:
1. Điều chỉnh điện áp, bù công suất phản kháng trong lưới phân phối.
2. Đối xứng hóa lưới điện.

có máy biến áp thường thì thanh cái phía hạ áp của máy biến áp của máy biến áp
nên đặt các máy đồng bộ công suất lớn để tiến hành điều chỉnh điện áp.
Điều chỉnh điện áp riêng cho từng điểm trong mạng điện: Ở những nơi phụ
tải yêu cầu cao về điện áp, chúng ta có thể đặt các thiết bị điều chỉnh điện áp như:
máy biến áp có tự động điều chỉnh điện áp, máy bù đồng bộ, tụ điện tĩnh,… Phương
pháp điều chỉnh này sát hợp với yêu cầu của từng phụ tải và luôn được ưu tiên chú ý
sử dụng, song có nhược điểm là phải dùng nhiều thiết bị điều chỉnh phân tán.
Trong thực tế phải phối hợp giữa điều chỉnh ở trung tâm và cục bộ mạng

24


điện. Đồng thời ngoài việc dùng các thiết bị điều chỉnh điện áp chúng ta phải áp
dụng các biện pháp tổng hợp khác để đảm bảo chất lượng điện áp của hệ thống cung
cấp điện.
Điện áp tại các điểm nút trong hệ thống được duy trì ở một giá trị định trước
nhờ có những phương thức vận hành hợp lý, chẳng hạn như tận dụng công suất
phản kháng của các máy phát hoặc máy bù đồng bộ, ngăn ngừa quá tải tại các phần
tử của hệ thống điện, tăng và giảm tải hợp lý của những đường dây truyền tải, chọn
tỷ số biến đổi thích hợp ở các máy biến áp hay sử dụng các thiết bị bù truyền thống
và hiện đại để bù lượng công suất phản kháng nhằm nâng cao chất lượng điện.
Để điều chỉnh điện áp ta có thể sử dụng các phương pháp sau đây:
1. Điều chỉnh điện áp đầu ra của máy biến áp tăng áp và của máy biến áp giảm áp
bằng cách đặt đầu phân áp cố định hoặc điều áp dưới tải.
2. Điều chỉnh điện áp trên đường dây tải điện bằng máy biến áp điều chỉnh và máy
biến áp bổ trợ.
3. Sử dụng các thiết bị bù công suất phản kháng.
Nhận xét:
Trong các phương pháp trên chúng ta thấy rằng việc điều chỉnh điện áp đầu
ra của máy biến áp hay sử dụng các máy biến áp bổ trợ là phương pháp truyền