Công suất phản kháng (CSPK) là một đại lượng đặc trưng cho mạch điện xoay chiều AC (trong mạch điện một chiều DC không có công suất phản kháng). Về mặt bản chất, CSPK là một dạng nội năng (hoặc thế năng) của mạch điện xoay chiều AC. CSPK không thể chuyển thành dạng năng lượng khác nếu hệ thống điện hoạt động bình thường mà chỉ có thể chuyển sang dạng năng lượng khác khi mạch điện gặp sự cố hoặc mất điện áp (mất điện). 

Với những phụ tải mang tính phản kháng trong mạch điện dòng điện lệch pha so với điện áp một góc 90 độ trong không gian. Đại lượng đặc trưng cho tính phản kháng của thiết bị điện là điện kháng (ký hiệu X). Trong thực tế có hai loại thiết bị chính gây ra hiện tượng phản kháng: 1) tụ điện (mang tính dung kháng ký hiệu Xc- tức là dòng điện vượt trước điện áp một góc 90 độ) và 2) kháng điện (mang tính cảm kháng ký hiệu XL- tức là dòng điện chậm pha hơn điện áp một góc 90 độ). Điện kháng và dung kháng do đó ngược dấu nhau. Trên thực tế, mọi thiết bị trong hệ thống điện đều có thể phân tích thành các thành phần điện trở hoặc điện kháng). 

Trong 2 phần 4 của một chu kỳ điện, tích của các giá trị dòng điện và điện áp của điện kháng mang dấu dương (còn gọi là quá trình nạp) và trong 2 phần 4 chu kỳ còn lại mang dấu âm (còn gọi là quá trình xả). Năng lượng này không truyền cho các phụ tải điện nhưng lại ảnh hưởng tới quá trình truyền tải năng lượng tới các phụ tải, gây ra những vấn đề về điện áp và tổn thất điện năng.

Do đó, để đảm bảo chất lượng điện áp, thường phải tiến hành bù CSPK để đảm bảo cân bằng công suất này. Nếu không có sự cân bằng thì các thiết bị điện dễ bị hư hỏng hoặc hệ thống không đảm bảo tính an toàn và ổn định, sẽ dẫn tới những vấn đề về rã lưới). Quá trình bù CSPK này được gọi là bù kỹ thuật. Tức là bù để đảm bảo các yêu cầu về mặt kỹ thuật của quá trình vận hành lưới điện. Bù kỹ thuật là yêu cầu bắt buộc, đặc biệt là với các nhà máy điện.

Mặt khác, do CSPK gây ra tổn thất rất lớn trên các thiết bị truyền tải điện,nên cần phải có những hạn chế về lượng CSPK chạy trên lưới điện để làm giảm tổn thất điện năng. Do đó, đòi hỏi bù CSPK theo tính kinh tế (bù kinh tế). Bù kinh tế sẽ đem lại hiệu quả về mặt kinh tế cao nhất cho toàn bộ hệ thống điện.

Vì những lý do rất quan trọng về tính an toàn, ổn định cũng như tính kinh tế của hệ thống điện, bài toàn về bù CSPK trở thành một trong những bài toán quan trọng và phổ biến nhất trong ngành điện.

Phần tiếp theo sẽ mô tả các phương án chính để làm giảm lượng CSPK trên lưới điện

Một số biện pháp nâng cao hệ số công suất

1 Biện pháp nâng cao hệ số công suất tự nhiên

+ Hợp lý hóa quá trình sản xuất để giảm CSPK và tiêu hao năng lượng (tránh chạy các thiết bị non tải);

+ Đối với các động cơ để giảm CSPK cần giảm số lần khởi động của thiết bị

+ Giảm thời gian chạy không tải của các động cơ bởi động cơ là thiết bị tiêu thụ nhiều CSPK hơn nữa CSPK lúc chạy không tải tương đối lớn: Q­₀ = (60-70%)Q_dđ

Trong đó:                    

Q­₀: CSPK lúc chạy không tải

Qdđ: CSPK của động cơ lúc chạy ở chế độ định mức

+ Thay thế các động cơ làm việc non tải bằng các động cơ có công suất hợp lý hơn, giảm điện áp ở đầu cực động cơ thường xuyên làm việc non tải.

+ Với máy biến áp thì để giảm CSPK có thể thực hiện theo hai cách:

• Thay thế máy biến áp thường làm việc non tải bằng máy biến áp có công suất hợp lý hơn.
• Vận hành kinh tế máy biến áp: Có thể lắp hai máy để vận hành song song, khi non tải thì chỉ chạy một máy.

Tất cả các biện pháp trên đều không yêu cầu cao về vốn đầu tư và hiệu quả mang lại lớn do đó cần được xem xét trước tiên để nâng cao hệ số công suất tiếp sau mới xét đến phương pháp bù CSPK.

2 Biện pháp nâng cao hệ số công suất nhân tạo

+ Sử dụng máy bù đồng bộ, thực chất là động cơ điện đồng bộ làm việc ở chế độ quá kích thích. Biện pháp này có thể điều chỉnh trơn công suất bù và công suất bù có thể điều chỉnh dương hoặc âm. Nhược điểm cơ bản là thiết bị cồng kềnh, ồn, chi phí bảo dưỡng, sửa chữa lớn, tiêu thụ nhiều công suất… Phương pháp này hiện này ít được sử dụng.

+ Sử dụng tụ điện đóng theo bậc: trong trường hợp thiếu công suất phản kháng thì đóng thêm tụ điện. Khi thừa CSPK thì giảm tụ hoặc thêm kháng điện. Phương án có ưu điểm là gọn nhẹ, không gây ồn… Nhược điểm của phương án này là không bù được trơn CSPK nên chỉ đáp ứng phần nào yêu cầu về CSPK. Đặc biệt trong trường hợp có sóng hài thì không được sử dụng tụ điện theo bậc vì rất dễ gây ra hiện tượng cộng hưởng, gây cháy nổ thiết bị. Nguyên nhân là trong lưới điện luôn có những điện cảm, kết hợp với tụ bù sẽ trở thành một mạch cộng hưởng LC, nếu tần số của mạch cộng hưởng này trùng với tần số của một sóng hài thì sẽ gây ra cộng hưởng. Trong quá trình điều khiển theo bậc của tụ điện, sẽ làm biến đổi tần số của mạch LC và rất dễ gây ra cộng hưởng sóng hài.  

+ Xu hướng hiện tại, người ta sử dụng thiết bị bù trơn công suất phản kháng kiểu tĩnh thông minh (hay còn gọi là thiết bị FACTS). Bản chất của thiết bị này là sử dụng thiết bị điện tử công suất để điều chỉnh rất nhanh (độ chính xác có thể lên tới nano giây hoặc micro giây) khắc phục được các nhược điểm của các phương pháp bù kể trên.

Việc bù trơn CSPK và điều chỉnh điện áp có thể đem lại kết quả rất lớn trong tiết kiệm năng lượng. Kết quả so sánh việc bù trơn và các dạng bù khác như sauL