Hệ số công suất thấp (cos phi) không chỉ làm tăng chi phí điện mà còn ảnh hưởng đến hiệu quả vận hành hệ thống năng lượng mặt trời trong các nhà máy. Áp dụng giải pháp xử lý hệ số công suất thấp sẽ giúp tối ưu hiệu suất hệ thống, giảm tổn thất và duy trì ổn định khi hòa lưới. Doanh nghiệp nên cân nhắc sử dụng tụ bù tự động, biến tần hiện đại hoặc điều chỉnh thiết bị để cải thiện chỉ số công suất một cách bền vững và tiết kiệm.
Hệ số công suất là gì?
Hệ số công suất (ký hiệu là cosφ) là tỷ số giữa công suất tác dụng (P) và công suất biểu kiến (S) trong hệ thống điện. Đây là chỉ số cho biết mức độ hiệu quả trong việc sử dụng điện năng của một thiết bị hoặc toàn hệ thống.
Công thức tính:
Hệ số công suất = P / S = cosφ
- P (kW): Công suất tác dụng – phần điện năng thực sự được sử dụng để sinh công hoặc tạo nhiệt.
- S (kVA): Công suất biểu kiến – tổng công suất mà hệ thống yêu cầu từ nguồn điện, bao gồm cả phần không sinh công.
Ý nghĩa: Hệ số công suất càng gần 1 (tối đa là 1) thì hệ thống điện hoạt động càng hiệu quả. Nếu hệ số này thấp (thường dưới 0.85), sẽ gây ra tổn thất năng lượng, giảm hiệu suất thiết bị và có thể bị phạt theo quy định của đơn vị cung cấp điện.
Nguyên nhân dẫn đến hệ số công suất cos phi giảm
Một số nguyên nhân phổ biến dẫn đến tình trạng hệ số công suất giảm trong các nhà máy có tích hợp hệ thống điện mặt trời hòa lưới gồm:
Hệ thống tụ bù hiện tại có công suất không đáp ứng đủ khi tải tăng hoặc khi hệ thống năng lượng mặt trời hoạt động ở mức cao, dẫn đến không bù được hết công suất phản kháng phát sinh. Bên cạnh đó, việc thiết kế cấp tụ bù với công suất quá lớn và bước bù không phù hợp khiến bộ điều khiển không thể điều chỉnh linh hoạt — khi đóng thêm thì vượt quá nhu cầu, còn khi ngắt ra lại thiếu hụt bù, gây dao động hệ số cosφ.
Một số bộ điều khiển tụ bù không được trang bị chức năng đồng bộ hoặc phân biệt dòng điện hai chiều, khiến thiết bị không thể nhận biết được nguồn điện đang được cấp từ lưới xuống tải hay từ hệ thống NLMT trả ngược về lưới. Điều này dẫn đến việc điều khiển đóng cắt tụ bù sai lệch, làm giảm hiệu quả bù công suất.
Nếu vị trí đấu nối hòa lưới của hệ thống điện mặt trời được lắp đặt sau vị trí cảm biến dòng (CT) của bộ điều khiển tụ bù thì bộ điều khiển sẽ không nhận biết được công suất phản kháng phát sinh từ phía hệ thống NLMT, dẫn đến việc bù không chính xác hoặc không thực hiện bù.
Bài toán ví dụ hệ số công suất thấp
Trường hợp nhà máy chưa lắp đặt hệ thống NLMT
Nhà máy hoạt động khi chưa lắp hệ thống NLMT, 100% điện năng được lấy từ lưới điện.
| Công suất tác dụng (P) | Công suất phản kháng (Q) | Công suất biểu kiến (S) | Hệ số công suất (Cos phi) |
| 100kW | 32.9kVAr | 105.26kVA | 0.95 |
Trường hợp đã lắp hệ thống NLMT: Hệ thống NLMT chỉ phát công suất tác dụng (P)
Trong trường hợp công suất tiêu thụ của nhà máy không đổi (P=100kW và Q=32.9kVAr), nếu nhà máy này lắp đặt một hệ thống NLMT phát ra công suất tác dụng (P) 60kW với hệ số công suất (cos phi) bằng 1, thì chỉ có công suất tác dụng (P) lấy từ lưới điện giảm do hệ thống NLMT hỗ trợ. Lúc này, công suất tác dụng (P) lấy từ lưới điện chỉ là 40kW trong khi công suất phản kháng (Q) lấy từ lưới không đổi là 32.9kVAr. Điều này làm giảm hệ số công suất (cos phi) của hệ thống xuống còn 0.77.
| Công suất tác dụng (P) lấy từ lưới điện | Công suất tác dụng (P1) do NLMT cung cấp | Công suất tác dụng (P2 = P+P1) của tải tiêu thụ | Công suất phản kháng (Q) lấy từ lưới điện | Công suất biểu kiến (S) lấy từ lưới điện | Hệ số công suất (Cos phi = P/S) |
| 40kW | 60kW | 100kW | 32.9kVAr | 51.79kVA | 0.77 |
Giải pháp xử lý hệ số công suất thấp (cos phi giảm)
1. Cấu hình Inverter phát đồng thời công suất tác dụng và phản kháng với cosφ cố định 0.95
Hướng xử lý hiệu quả khi hệ số công suất giảm là thiết lập các Inverter điện mặt trời vận hành ở chế độ phát công suất hỗn hợp – bao gồm cả công suất tác dụng (P) và công suất phản kháng (Q) – với hệ số công suất ổn định ở mức 0.95. Khi đó, hệ thống NLMT không chỉ cung cấp điện năng hữu ích mà còn tham gia vào quá trình bù công suất phản kháng cho lưới điện. Điều này góp phần giữ nguyên cosφ của nhà máy gần với trạng thái ban đầu, trước khi lắp đặt NLMT.
Lợi ích: Phương án này dễ áp dụng, không yêu cầu thay đổi hạ tầng như di dời điểm hòa lưới hay điều chỉnh cảm biến dòng (CT) của hệ thống tụ bù.
Hạn chế: Do Inverter phải dành một phần công suất để phát Q, sản lượng điện hữu ích (P) sẽ bị giảm nhẹ, kéo theo hiệu suất tổng thể (PR – Performance Ratio) của hệ thống giảm theo.
2. Cài đặt cosφ mục tiêu ở 0.99 và sử dụng chế độ Four-quadrant trên bộ điều khiển tụ bù
Cách tiếp cận khác là thiết lập bộ điều khiển tụ bù hoạt động với giá trị cosφ mục tiêu cao hơn, cụ thể là 0.99, đồng thời kích hoạt chế độ “Four-quadrant”. Với chức năng này, bộ điều khiển có khả năng phát hiện và phản ứng với dòng công suất theo cả hai chiều – vừa từ lưới cấp xuống tải, vừa từ hệ thống NLMT trả về lưới – giúp tối ưu hóa việc đóng/mở các cấp tụ bù.
Điều kiện áp dụng: Cần đảm bảo lắp đúng cực tính của CT để chế độ này hoạt động chính xác. Trường hợp hệ thống tụ bù không đủ công suất để đạt cosφ ≥ 0.9, cần xem xét bổ sung thêm tụ bù phù hợp.
Ưu điểm: Không đòi hỏi can thiệp lớn vào hệ thống điện hiện hữu.
Nhược điểm: Có thể gặp vấn đề nếu cấp tụ bù hiện tại quá thô hoặc thiếu linh hoạt, khiến việc điều khiển không được tối ưu.
3. Điều chỉnh vị trí hòa lưới để tương thích với hệ thống tụ bù
Vị trí đấu nối của hệ thống điện mặt trời có vai trò then chốt trong việc đo lường và điều khiển bù công suất phản kháng. Nếu điểm hòa lưới nằm dưới vị trí đo của CT trên bộ điều khiển tụ bù, thì phần công suất phản kháng từ NLMT sẽ không được ghi nhận, dẫn đến sai lệch trong đánh giá và điều khiển cosφ.
Giải pháp: Di chuyển điểm hòa lưới lên phía trước CT hoặc lắp lại CT ở vị trí sau điểm hòa lưới sẽ giúp bộ điều khiển tụ bù nhận diện chính xác toàn bộ công suất phản kháng của hệ thống. Qua đó, nâng cao khả năng duy trì hệ số công suất ổn định.
Lợi ích: Không ảnh hưởng đến hiệu suất phát điện của NLMT, vì không thay đổi chế độ phát công suất.
Hạn chế: Việc điều chỉnh lại điểm hòa lưới hoặc dời thiết bị CT có thể gặp khó khăn do điều kiện hạ tầng hoặc không gian thi công hạn chế.
Những lưu ý quan trọng trong quá trình thiết kế và tích hợp hệ thống NLMT vào lưới điện nhà máy
Do hệ thống NLMT đóng vai trò là nguồn cấp, không tiêu thụ Q như các tải thông thường, nên có thể ảnh hưởng đến việc điều chỉnh hệ số công suất chung của toàn hệ thống. Để hạn chế rủi ro bị giảm cosφ sau khi lắp đặt, cần chú ý:
- Thu thập đầy đủ dữ liệu về hệ thống tụ bù hiện tại: tổng dung lượng, số cấp, giá trị cosφ theo thời gian và trạng thái đóng của từng cấp tụ.
- Khảo sát kỹ hiện trạng điểm đấu nối: xác định xem vị trí hòa lưới có nằm ở vị trí mà bộ điều khiển tụ bù có thể đo được hay không. Nếu không, cần lựa chọn một trong các phương án đã nêu để xử lý kịp thời.
Bằng việc tính toán kỹ lưỡng và áp dụng đồng bộ các giải pháp trên, doanh nghiệp có thể duy trì hệ số công suất ổn định, đảm bảo tuân thủ quy định ngành điện mà không ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu quả khai thác hệ thống NLMT.
Lợi ích khi cải thiện hệ số công suất
- Giảm chi phí điện năng: Nâng cao hệ số công suất giúp tránh bị phạt do sử dụng quá nhiều công suất phản kháng theo quy định của ngành điện.
- Tăng hiệu quả sử dụng thiết bị: Hệ thống điện vận hành ổn định hơn, giảm tổn thất trên đường dây và máy biến áp.
- Tối ưu hóa công suất sử dụng từ lưới: Giảm dòng điện tổng, từ đó giảm tổn thất công suất và tăng khả năng mang tải của hệ thống.
- Kéo dài tuổi thọ thiết bị: Các thiết bị như máy biến áp, cáp điện và thiết bị đóng cắt hoạt động trong điều kiện tối ưu, ít bị quá tải.
- Đảm bảo tuân thủ tiêu chuẩn kỹ thuật: Giúp doanh nghiệp duy trì chất lượng điện ổn định và đáp ứng yêu cầu từ nhà cung cấp điện lực.
Có được giải pháp xử lý hệ số công suất thấp phù hợp sẽ giúp doanh nghiệp tối ưu hiệu suất hệ thống điện, giảm tổn thất năng lượng và tránh các chi phí phát sinh do vi phạm quy định của ngành điện. Tùy vào hiện trạng hệ thống, bạn có thể cân nhắc cài đặt inverter phù hợp, nâng cấp tụ bù hoặc điều chỉnh lại điểm hòa lưới để đảm bảo hệ số công suất luôn được duy trì ở mức ổn định.
Nếu bạn đang quan tâm đến việc lắp đặt điện mặt trời kết hợp tối ưu vận hành hệ thống điện, Intech Solar chính là đơn vị đồng hành đáng tin cậy. Chúng tôi không chỉ cung cấp giải pháp kỹ thuật mà còn hỗ trợ khảo sát, tư vấn thiết kế phù hợp với từng nhu cầu cụ thể. Đừng ngần ngại liên hệ với chúng tôi qua hotline 0966 966 819 – 0966 966 313 để được tư vấn miễn phí và triển khai giải pháp điện mặt trời tối ưu cho doanh nghiệp bạn.
