Điều khiển công suất phản kháng là một trong những đề tài nghiên cứu cấp thiết. Công suất phản kháng là một phần thiết yếu trong nhiều loại máy móc, những phụ tải có tính cảm (động cơ không đồng bộ, máy biến áp,...). Vậy, công suất phản kháng là gì? Công suất phản kháng sinh ra từ đâu? Chúng ta sẽ làm rõ trong bài viết này.

I. Công suất phản kháng là gì?

Công suất phản kháng là một khái niệm được sử dụng bởi các kỹ sư để mô tả chuyển động năng lượng nền trong hệ thống Dòng điện xoay chiều (AC) phát sinh từ việc sản xuất điện trường và từ trường. Các trường này lưu trữ năng lượng thay đổi qua mỗi chu kỳ AC. Các thiết bị lưu trữ năng lượng nhờ từ trường được tạo ra bởi dòng điện được cho là hấp thụ công suất phản kháng; những thứ lưu trữ năng lượng nhờ điện trường được cho là tạo ra công suất phản kháng.

Các dòng công suất, cả thực tế và tiềm năng, phải được kiểm soát cẩn thận để hệ thống điện hoạt động trong giới hạn điện áp chấp nhận được. Dòng công suất phản kháng có thể làm phát sinh sự thay đổi điện áp đáng kể trên toàn hệ thống, có nghĩa là cần phải duy trì sự cân bằng công suất phản kháng giữa các nguồn phát và các điểm có nhu cầu trên 'cơ sở vùng'. Không giống như tần số hệ thống, nhất quán trong toàn bộ hệ thống được kết nối với nhau, điện áp trải qua tại các điểm trên toàn hệ thống tạo thành một "hồ sơ điện áp" có liên quan duy nhất đến nhu cầu và sản xuất cục bộ tại thời điểm đó, và cũng bị ảnh hưởng bởi các bố trí mạng hệ thống hiện hành. Lưới điện Quốc gia có nghĩa vụ bảo đảm mạng lưới truyền tải theo các tiêu chí điện áp và độ ổn định được xác định chặt chẽ. Điều này chủ yếu đạt được thông qua việc bố trí mạch, máy biến áp và bù tĩnh hoặc bù song song.

Vì sao cần có công suất phản kháng?

• Công suất phản kháng (VARS) được yêu cầu để duy trì điện áp để cung cấp công suất hoạt động (watt) qua đường dây tải điện.
• Tải động cơ và các tải khác yêu cầu công suất phản kháng để chuyển dòng electron thành công hữu ích.
• Khi không đủ công suất phản kháng, điện áp sụt giảm và không thể đẩy công suất do phụ tải yêu cầu qua các đường dây.

II. Các loại công suất phản kháng.

1. Công suất phản kháng cảm ứng.

Động cơ, máy biến áp và bánh răng điều khiển là tải cảm. Với tải cảm ứng, cần phải có một nguồn điện để từ hóa cuộn dây. Công suất này được gọi là công suất phản kháng cảm ứng. Ta gọi tổng vectơ của công suất thực (P) và công suất phản kháng cảm ứng (Q1) là công suất biểu kiến (S1). Trong ví dụ này, công suất biểu kiến có đặc tính quy nạp.

2. Công suất phản kháng điện dung.

Tụ điện trong thiết bị điện tử và cáp dài là tải điện dung. Với tải điện dung, cần nguồn điện để sạc công suất này. Công suất này được gọi là công suất phản kháng điện dung. Tổng vectơ của công suất thực (P) và công suất phản kháng điện dung (Q1) được gọi là công suất biểu kiến (S1). Trong ví dụ này, công suất biểu kiến có đặc tính điện dung.

3. Công suất phản kháng sóng hài.

Ngày càng có nhiều tải trọng phi tuyến tính được áp dụng trong các công trình lắp đặt hiện đại. Ví dụ về điều này là bộ chỉnh lưu (bộ nguồn máy tính xách tay, máy chủ) và bộ biến tần trong UPS hiện đại và bộ biến tần. Đặc điểm của tải phi tuyến tính là dòng điện sử dụng không còn hình sin. Chúng ta cũng gọi sự biến dạng của dòng điện là kết quả của sự biến dạng sóng hài này.

Công suất phụ sinh ra từ sự biến dạng sóng hài được chúng ta gọi là công suất phản kháng sóng hài (Qh). Công suất phản kháng này không phải là cảm ứng cũng không phải là điện dung. Đó là lý do tại sao chúng tôi vẽ biểu đồ công suất phản kháng hài trên trục thứ ba, cái gọi là trục z. Tổng vectơ của công suất thực (P) và công suất mù điều hòa (Qh) - một lần nữa - được gọi là công suất biểu kiến (S).

III. Công suất phản kháng sinh ra từ đâu?

Hầu hết các thiết bị kết nối với hệ thống điện sẽ tạo ra hoặc hấp thụ công suất phản kháng, nhưng không phải tất cả đều có thể sử dụng tiết kiệm để điều khiển điện áp. Về cơ bản, máy phát điện đồng bộ và thiết bị bù chuyên dụng được sử dụng để đặt điện áp tại các điểm cụ thể trong hệ thống, ở các điểm khác được xác định bởi dòng công suất phản kháng.

1. Máy phát điện đồng bộ.

Máy phát điện đồng bộ có thể được thực hiện để tạo ra hoặc hấp thụ công suất phản kháng tùy thuộc vào kích thích (một dạng điều khiển máy phát điện) được áp dụng. Đầu ra của máy điện đồng bộ liên tục thay đổi trong phạm vi hoạt động và bộ điều chỉnh điện áp tự động có thể được sử dụng để điều khiển đầu ra nhằm duy trì điện áp hệ thống không đổi.

2. Máy bù đồng bộ.

Một số máy phát điện nhỏ hơn, sau khi chạy đạt tốc độ và được đồng bộ hóa với hệ thống, có thể được khai báo khỏi tuabin và cung cấp công suất phản kháng mà không tạo ra công suất thực. Chế độ hoạt động này được gọi là Bù đồng bộ.

3. Bộ bù điện dung và cảm ứng.

Đây là những thiết bị có thể kết nối với hệ thống để điều chỉnh các mức điện áp. Máy bù điện dung tạo ra điện trường do đó tạo ra công suất phản kháng trong khi máy bù cảm ứng tạo ra từ trường để hấp thụ công suất phản kháng. Các thiết bị bù có sẵn dưới dạng điện dung hoặc cảm ứng đơn lẻ hoặc là thiết bị kết hợp để cung cấp cả việc tạo ra và hấp thụ công suất phản kháng.

4. Đường dây trên không và cáp ngầm.

Đường dây trên không và cáp ngầm khi hoạt động ở điện áp hệ thống bình thường đều tạo ra điện trường mạnh và tạo ra công suất phản kháng. Khi dòng điện chạy qua đường dây hoặc cáp, nó tạo ra từ trường hấp thụ công suất phản kháng. Đường dây tải trên không tải nhẹ là máy phát công suất phản kháng thuần trong khi đường dây tải nặng là thiết bị hấp thụ thuần công suất phản kháng. Trong trường hợp cáp được thiết kế để sử dụng ở 275 hoặc 400 kV, công suất phản kháng do điện trường tạo ra luôn lớn hơn công suất phản kháng do từ trường hấp thụ và do đó cáp luôn là máy phát công suất phản kháng thuần.

5. Máy biến áp.

Máy biến áp tạo ra từ trường và do đó hấp thụ công suất phản kháng. Dòng tải càng nặng thì độ hấp thụ càng cao.

6. Phụ tải của người tiêu dùng.

Một số tải như động cơ tạo ra từ trường và do đó hấp thụ công suất phản kháng nhưng các tải khác của khách hàng tạo ra công suất phản kháng. Ngoài ra, công suất phản kháng có thể được tạo ra hoặc hấp thụ bởi các đường dây và cáp của hệ thống phân phối.

Bạn có thể xem thêm:

Robot tự hành AGV GIÁ RẺ chạy tự động vận chuyển hàng hóa trong nhà máy

Robot Xếp , Vận Chuyển Hàng Tự Động Trong Kho.

IV. Nhu cầu công suất phản kháng.

Kiểm soát điện áp trong hệ thống điện là rất quan trọng để vận hành thích hợp thiết bị điện nhằm ngăn ngừa hư hỏng như quá nhiệt của máy phát và động cơ, giảm tổn thất truyền tải và duy trì khả năng chịu đựng của hệ thống và ngăn ngừa sự cố điện áp. Nói chung, công suất phản kháng giảm làm điện áp giảm trong khi tăng điện áp làm tăng điện áp. Sự cố điện áp xảy ra khi hệ thống cố gắng phục vụ tải nhiều hơn mức điện áp có thể hỗ trợ.

Khi nguồn điện phản kháng cung cấp điện áp thấp hơn, do điện áp giảm dòng điện phải tăng để duy trì nguồn điện cung cấp khiến hệ thống tiêu thụ nhiều công suất phản kháng hơn và điện áp giảm sâu hơn. Nếu dòng điện tăng quá nhiều, các đường dây tải điện sẽ bị lệch, gây quá tải cho các đường dây khác và có khả năng gây ra sự cố xếp tầng.

Nếu điện áp giảm xuống quá thấp, một số máy phát điện sẽ tự động ngắt kết nối để tự bảo vệ. Sập điện áp xảy ra khi phụ tải tăng lên hoặc các thiết bị phát hoặc truyền tải ít hơn gây ra giảm điện áp, làm giảm thêm công suất phản kháng từ tụ điện và nạp đường dây, và vẫn tiếp tục giảm điện áp. Nếu tiếp tục giảm điện áp, điều này sẽ làm cho các phần tử bổ sung bị lệch, dẫn đến giảm thêm điện áp và mất tải. Kết quả của toàn bộ sự sụt giảm điện áp tăng dần và không thể kiểm soát này là hệ thống không thể cung cấp công suất phản kháng cần thiết để cung cấp cho nhu cầu công suất phản kháng.

V. Tầm quan trọng của công suất phản kháng.

Kiểm soát điện áp và quản lý công suất phản kháng là hai khía cạnh của một hoạt động duy nhất vừa hỗ trợ độ tin cậy vừa tạo điều kiện thuận lợi cho các giao dịch thương mại giữa các mạng truyền tải.

Trên hệ thống điện xoay chiều (AC), điện áp được điều khiển bằng cách quản lý sản xuất và hấp thụ công suất phản kháng. Có 3 lý do tại sao cần quản lý công suất phản kháng và điện áp điều khiển.

• Đầu tiên, cả thiết bị của khách hàng và hệ thống điện đều được thiết kế để hoạt động trong một dải điện áp, thường nằm trong khoảng ± 5% điện áp danh định. Ở điện áp thấp, nhiều loại thiết bị hoạt động kém; bóng đèn cung cấp ít ánh sáng hơn, động cơ cảm ứng có thể quá nóng và bị hỏng, và một số thiết bị điện tử sẽ không hoạt động. Điện áp cao có thể làm hỏng thiết bị và rút ngắn tuổi thọ của chúng.
• Thứ hai, công suất phản kháng tiêu tốn tài nguyên truyền tải và phát điện. Để tối đa hóa lượng công suất thực có thể được truyền qua giao diện truyền tải bị tắc nghẽn, các dòng công suất phản kháng phải được giảm thiểu. Tương tự, sản xuất công suất phản kháng có thể hạn chế khả năng công suất thực của máy phát.
• Thứ ba, công suất phản kháng di chuyển trên hệ thống truyền tải làm phát sinh tổn thất công suất thực. Cả công suất và năng lượng phải được cung cấp để thay thế những tổn thất này.

VI. Mục đích của công suất phản kháng.

Máy phát điện đồng bộ, SVC và các loại thiết bị DER (Tài nguyên năng lượng phân tán) khác được sử dụng để duy trì điện áp trong toàn bộ hệ thống truyền tải. Đưa công suất phản kháng vào hệ thống làm tăng điện áp và hấp thụ công suất phản kháng làm giảm điện áp.

Các yêu cầu hỗ trợ điện áp là một chức năng của vị trí và cường độ của đầu ra máy phát và tải của khách hàng và cấu hình của hệ thống truyền dẫn DER.

Các yêu cầu này về cơ bản có thể khác nhau giữa các vị trí và có thể thay đổi nhanh chóng khi vị trí và cường độ của việc tạo ra và tải thay đổi. Ở mức tải hệ thống rất thấp, đường truyền hoạt động như tụ điện và tăng điện áp. Tuy nhiên, ở mức tải cao, các đường dây tải điện hấp thụ công suất phản kháng và do đó làm giảm điện áp. Hầu hết các thiết bị của hệ thống truyền tải ( tụ điện, cuộn cảm và máy biến áp thay đổi nấc điều chỉnh) là tĩnh nhưng có thể được chuyển mạch để đáp ứng những thay đổi trong các yêu cầu hỗ trợ điện áp.

Hoạt động của hệ thống có ba mục tiêu khi quản lý công suất phản kháng và điện áp.

• Đầu tiên, nó phải duy trì điện áp thích hợp trong toàn bộ hệ thống truyền tải và phân phối cho cả điều kiện hiện tại và điều kiện dự phòng.
• Thứ hai, nó tìm cách giảm thiểu sự tắc nghẽn của các dòng năng lượng thực.
• Thứ ba, nó tìm cách giảm thiểu tổn thất công suất thực.

Tuy nhiên, các cơ chế mà người vận hành hệ thống sử dụng để thu nhận và triển khai tài nguyên công suất phản kháng đang thay đổi. Các cơ chế này phải công bằng cho tất cả các bên cũng như hiệu quả. Hơn nữa, họ phải công bằng một cách rõ ràng.

VII. Công suất phản kháng là sản phẩm phụ của hệ thống dòng điện xoay chiều (AC).

• Máy biến áp, đường dây tải điện và động cơ yêu cầu công suất phản kháng
• Máy biến áp và đường dây tải điện giới thiệu điện cảm cũng như điện trở:

• Cả hai đều phản đối dòng điện
• Phải nâng hiệu điện thế lên cao hơn để đẩy công suất qua cuộn cảm của các đường dây
• Trừ khi điện dung được đưa vào để bù đắp điện cảm

• Truyền tải điện năng càng xa thì hiệu điện thế càng cần nâng cao
• Động cơ điện cần công suất phản kháng để tạo ra từ trường cho hoạt động của chúng

1. Điện áp được kiểm soát như thế nào? Có hai cách kiểm soát điện áp như sau:

• Điện áp được kiểm soát bằng cách cung cấp đủ biên độ kiểm soát công suất phản kháng để “điều chỉnh” và cung cấp nhu cầu thông qua:

• Bù tụ điện và cuộn kháng
• Bù động
• Lịch trình phát điện phù hợp.

• Điện áp được kiểm soát bằng cách dự đoán và điều chỉnh nhu cầu công suất phản kháng từ các tải

2. Điện áp phải được duy trì trong mức có thể chấp nhận được.

• Trong điều kiện hệ thống bình thường, cả điều kiện tải cao điểm hoặc tải thấp điểm, điện áp cần được duy trì trong khoảng từ 95% đến 105% danh định.
• Điều kiện điện áp thấp có thể dẫn đến sự cố thiết bị:

• Động cơ sẽ ngừng hoạt động, quá nóng hoặc hư hỏng
• Công suất phản kháng của tụ điện sẽ giảm theo cấp số nhân
• Các đơn vị sản xuất có thể bị hỏng.

• Điều kiện điện áp cao có thể:

• Hư hỏng thiết bị chính - hỏng cách điện
• Tự động ngắt thiết bị truyền động chính

3. Công suất phản kháng và hệ số công suất.

• Công suất phản kháng xuất hiện khi điện áp và dòng điện không cùng pha:

• Một dạng sóng dẫn đầu kia
• Góc pha không bằng 0o
• Hệ số công suất nhỏ hơn sự thống nhất

• Được đo bằng điện trở vôn-ampe (VAR)
• Được tạo ra khi dạng sóng hiện tại dẫn dạng sóng điện áp (Hệ số công suất dẫn đầu)
• Ngược lại, được tiêu thụ khi dạng sóng hiện tại trễ điện áp (hệ số công suất trễ)

4. Giới hạn của công suất phản kháng.

• Công suất phản kháng không truyền đi quá xa
• Thường cần thiết để sản xuất nó gần vị trí cần thiết
• Một nhà cung cấp / nguồn ở gần nơi có nhu cầu là một lựa chọn cung cấp công suất tốt hơn so với nhà cung cấp hoặc nguồn ở xa
• Nguồn cung cấp năng lượng phản kháng gắn chặt với khả năng cung cấp công suất thực hoặc năng lượng hoạt động

VIII. Tác dụng không mong muốn của công suất phản kháng.

• Tiền phạt và yêu cầu bồi thường: Công suất phản kháng quá cao có thể bị nhà mạng phạt. Công suất phản kháng quá lớn dẫn đến dòng chảy nặng thêm và do đó tăng thêm tải cho nhà khai thác mạng. Với công suất phản kháng sóng hài, nhà mạng có thể khiếu nại nếu vượt quá các giá trị giới hạn.
• Quá tải lắp đặt: Chúng ta cần cộng công suất thực (kW) và công suất phản kháng (kVar) với nhau để đạt được tổng công suất (kVA) có khả năng chạy qua lắp đặt. Trong thực tế, công suất kết nối ở nhà điều hành mạng cao hơn, công suất máy biến áp nhiều hơn và lắp đặt nặng hơn sẽ được yêu cầu.
• Hóa đơn năng lượng cao hơn do tổn thất thêm: Công suất phản kháng nhiều hơn cũng đồng nghĩa với việc lắp đặt nhiều điện hơn. Có nhiều dòng điện hơn qua quá trình lắp đặt đồng nghĩa với tổn thất cao hơn do trở kháng (điện trở) của việc lắp đặt. Chúng tôi cũng gọi đây là tổn thất watt. Điều này đảm bảo có nhiều kW. 
• Suy giảm máy biến áp và máy phát: Công suất phản kháng sóng hài đảm bảo cho công suất khả dụng của máy biến áp và máy phát nhỏ hơn. Do tần số cao hơn của sóng hài, các tổn hao đồng và dòng điện xoáy bổ sung và các tổn hao phụ được tạo ra bởi các khớp nối cảm ứng và điện dung. 
• Lỗi máy phát điện: Điều khiển máy phát điện gặp sự cố với dòng điện dung. Khi đó điện áp đầu ra trở nên không ổn định. Trong mọi trường hợp, công suất phản kháng điện dung phải nhỏ hơn hai mươi phần trăm công suất danh định của máy phát. Tuy nhiên, để máy phát hoạt động ổn định, bạn nên tránh sử dụng toàn bộ công suất phản kháng điện dung.

Chúc bạn thành đạt trong công việc và hạnh phúc trong cuộc sống !

Hotline / Zalo: 0903 666 014

Website: https://uniduc.com/vi

-------------////--------------------------------------------////------------

HUMANOID ROBOT CỦA CÔNG TY UNIDUC SẢN XUẤT PHÁT TRIỂN.