Quan hệ điện từ trong kháng bù ngang có điều khiển kiểu máy biến áp

tác dụng của 
sóng hài bậc k sẽ là: 










1
min
minmin
minmin
.3.1
.3.1
31
X
k
XkkX
XkkX
XX
XX
X
kk
kk (7) 
Từ hình 1b và các biểu thức trên, các quan hệ dòng điện chạy trong các cuộn 
dây kháng điện: 
Dòng điện hài bậc k chảy trong cuộn bù:



 
1
1
max
.3
31
3. I
X
XI
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 kk  . Ta có tỷ số 2 dòng điện sóng hài bậc k chạy trong 
cuộn lưới và cuộn bù: 3.1. / kk II . 
Điện kháng của cuộn điều khiển min2 )1( XX  , với sơ đồ hình 1,b thì tổng 
trở của kháng tương ứng với góc mở  của thyristor theo [5] là: 
  121
1
.
2
min
32
32
12
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
  (11) 
Hay theo [6] thì 



2
4)21(1
)1(
22
121122

 ff UXIUXI (12) 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010 
5 
Từ (3) và (12) ta có dòng điện trong cuộn điều khiển khi kháng làm việc là: 
)21(4)21(
4)21(1
.
1 22
22
max2







 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: 
 22122 4)21(1
2
)1(
2


 
f
X
U
XIU (15) 
 Ta có công suất 1 pha của kháng tương ứng với góc mở  của thyristor và hệ số 
điều khiển bù  của kháng là: 
  
)1(
121
...
2
min
22
2
min
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 
Uf, điện kháng vào nhỏ nhất Xmin (tương ứng khi kháng bù với công suất định mức) và 
hàm điều khiển mức bù  thì căn cứ vào các biểu thức trên ta có thể xác định dễ dàng 
dòng điện trong các cuộn dây và công suất tương ứng của kháng bù ngang kiểu biến áp. 
4. Quan hệ của góc điều khiển thyristor trong kháng điện với phụ tải đường dây 
Công suất phản kháng dư của đường dây có độ dài sóng s sinh ra khi có tải 
[2,4] là: 
   2s /-1λ tntnttđtd PPPQQQ  (17) 
Nếu muốn kháng bù hết 100% công suất phản kháng trên đường dây nhằm giảm 
tổn thất công suất trên đường dây khi truyền tải, tức cân bằng công suất Qđd = Qđt- Qtt + 
Q2 - Qk = 0. Trong đó Qtt, Qđt , Q2, Qk 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 (Qđd=0) thì hàm điều khiển của kháng bù 
ngang Qk phải có dạng là: 
   )λ/(/-1 β stn2
2
tn PQPP  (18) 
 Trong trường hợp nếu có Q2 = P2.tanφ = 0, tức là đường dây không truyền tải công 
suất phản kháng cho tải thì để kháng bù hết công suất phản kháng dư cần hệ số bù: 
 22 )/(1)/(1 tntn IIPP  ) (19) 
Từ luật điều khiển (18) ta có công suất phản kháng của kháng cần cung cấp cho 
đường dây (tính theo 1 pha): 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010 
6 




 tgp
P
P
PP
P
Q
P
P
PQ
tn
s
stnstn
stntn
stnk .1
2
2
2















 (20) 
Mà công suất 1 pha của kháng bù ngang luôn là: Qk = IkUf sin k  IkUf. 
Nên: 
tn
tnsstn
tn
s
stnfk
P
tgpPPP
tgp
P
P
PUI




.
.
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
IU
I





 sin
cos22
 (21) 
Ta thấy hàm phụ thuộc của dòng kháng Ik theo công suất tác dụng được truyền tải 
trên đường dây là hàm bậc 2. Và nếu thay P = UfIcosφ với φ là góc lệch pha của dòng 
và áp, thì dòng điện pha của kháng là: 
tnf
stnftnfs
k
PU
PIUPIU
I
 222
2
sincos 
 
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; Uf là điện áp pha lưới điện 
tại nút đặt kháng; Ptn = U
2
/zs công suất tự nhiên của đường dây; Zs tổng trở sóng của 
đường dây; Ik là dòng điện kháng cần bù theo hàm (18). 
kh
f
stn
tn
fs
khk
tn
s
stnđmkk X
U
P
I
P
IU
XItgp
P
P
PQQ
2
22
2
2
. sin
cos
.
















 (23) 
Thay Xkh từ (10) vào (23) ta có: 
  121
1
.sin
cos
.
2
min
2
222



















 X
U
P
I
P
IU
tgp
P
P
P
f
stn
tn
fs
tn
s
stn
 (24) 
Mà Xmin= )/(/
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: 
  121
)1(
sin
cos
.
22
2
222




















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 W2. 
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 
trên phân đoạn Đà Nẵng – Pleiku của đường dây 500 kV 
Đường dây 500kV phân đoạn Đà Nẵng – Pleiku mạch 1 [3,4] có các tham số 
như sau: Chiều dài: L = 259km; Độ dài sóng:λ = 0,271rad; dây 4xAC330 có điện trở 
tổng 7,1743Ω; Điện kháng cảm: 73,0380Ω; Tổng trở sóng: zs = X/ λ = 73,0380/0,271 = 
269,5129Ω; Công suất tự nhiên: Ptn=U
2
/zs= 500
2  106/269,513 = 927,6MW; Công suất 
điện trường của phân đoạn:Qđt=Ptn λ=927,6. 0,271=251,4Mvar. Giả thiết rằng đường 
dây không truyền tải công suất phản kháng cho tải (Q2=0) lúc này kháng được điều 
khiển theo hàm (19), công suất của kháng cần lắp đặt để bù 100% công suất phản kháng 
dư của đường dây ở phân đoạn Đà Nẵng – Pleiku là 251,4 Mvar ứng với thời điểm 
không tải và sẽ điều chỉnh về 0 khi tải tự nhiên. Ta bố trí kháng ở 2 đầu phân đoạn nên 
dung lượng mỗi kháng Qk.đm=Qđt/2 = 125,7Mvar, dòng điện pha cực đại trong cuộn lưới 
kháng Imax = AQ đmk 1,145)500.3/(.  , Điện áp định mức của cuộn điều khiển U2.0=15 
kV, cuộn bù U3.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 Ik, dòng trong cuộn điều khiển I2 và góc mở 
thyristor  theo sự thay đổi dòng điện tải I từ 0 đến Itn trên hình 2 khi điều khiển kháng 
theo hàm (19). 
Đặc tính Góc mở, dòng kháng theo dòng tải
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
%I/Itn
Ik(A), IĐK(A), Độ
Dòng kháng
Dòng điềuu khiển
Góc mở thyristor
Hình 2. Đặc tính dòng điện kháng Ik,, dòng điện trong cuộn điều khiển I2 và góc mở α thực hiện 
điều khiển theo hàm (19) khi phụ tải P biến thiên từ 0 đến Ptn. 
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%Ptn, từ 0,3s -> 0,5s 
công suất truyền tải tăng lên 50%Ptn, từ 0,5s -> 0,6s tăng công suất truyền tải lên đến Ptn. 
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 
khiển với các thông số đường dây truyền tải khi thực hiện điều khiển quá trình bù tự 
động theo một hàm xác định. Các kết mô phỏng quá trình quá độ của các dòng điện 
trong các cuộn dây của kháng khi thay đổi công suất truyền tải của đường dây đã cho 
thấy thời gian tác động của kháng rất nhanh, chỉ khoảng 0,05s đến 0,08s sau khi đóng 
tải là các dòng điện trong các cuộn dây đã vào xác lập (xem hình 3). 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Le Thanh Bac, Reducing Overvoltage on the Transmission Line by Fast Acting 
Controlled Shunt Reactors -"Journal of Science and Technique" -Military 
Technical Academy, №129, III- 2009 (pp 50-57). 
[2] Jack Golten & Andy Verwen, Contronl System Design and Simulation, Mc 
GRAW-HILL, 1992. 
[3] Lê Thành Bắc, Hiệu quả kinh tế-kỹ thuật khi sử dụng kháng bù ngang có điều 
 khiển trên đường dây truyền tải dài, Tạp chí Khoa học & Công nghệ -Đại học 
Đà Nẵng, №33, 2009 (pp 1-10). 
1 
2 
3 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(38).2010 
9 
[4] Lê Thành Bắc, Оценка эффективности стабилизации напряжения и 
уменьшения потерь мощности при применении УШРТ в системе 
электропередачи 500 кВ Вьетнама / Г.Н. Александров, Ле Тхань Бак // Научно 
– технические ведомости СПбПТУ. 2006, №6-том 1. С.45–54. 
[5] Г. Н. Александров, М А Шакиров , Трансформаторры и реакторы , Санкт-
Петербург Издательство Политехнического университета-2006. 
[6] Г.Н. Александров, Статический тиристорный компенсатор на основе 
управляемого шунтирующего реактора трансформаторного типа // Журнал 
РАН. Электричество, 2003.– № 2.– С. 38 –46.