Lu n v n t

s

o

1

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những các số
liệu và kết quả nêu trong luận văn này là hoàn thành trung thức và chưa từng
được công bố trước đây.
Keutsombat THAMMACHACK

H

viên: THAMMACHACK Keutsomb t / Lớp 11B KTĐ.KH


Lu n v n t

s

o

2

LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin trân trọng cảm ơn Chính phủ CHDCND Lào và
Chính phủ nước CHXHCH Việt Nam đã tạo điều kiện cho tôi được nghiên
cứu khoa học tại Việt Nam và xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới Ban Giám



Lu n v n t

s

o

3

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................................. 1
LỜI CẢM ƠN........................................................................................................................ 2
DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................................... 6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, CÁC ĐỒ THỊ .................................................................... 7
MỞ ĐẦU ................................................................................................................................ 9
CHƢƠNG I. TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƢỢNG ĐIỆN NĂNG TRONG HỆ
THỐNG ĐIỆN..................................................................................................................... 12

1.1. Sự cần thiết của việc nghiên cứu về chất lượng điện năng trong hệ
thống điện ...................................................................................................... 12
1.2. Định nghĩa về chất lượng điện năng ...................................................... 13
1.2.1. Định nghĩa....................................................................................... 13
1.2.3. Chỉ tiêu điện áp ............................................................................... 14
1.3. Tổng quan các vấn đề về chất lượng điện năng ..................................... 15
1.3.1. Quá trình quá độ ............................................................................. 15
1.3.2. Sự biến thiên điện áp trong khoảng thời gian dài ........................... 17
1.3.3. Sự biến thiên điện áp trong khoảng thời gian ngắn ........................ 18
1.3.4. Mất cân bằng điện áp ( Voltage Imbalance ) .................................. 21
1.3.5. Độ méo sóng ( Waveform Distortion ) ........................................... 22

ĐIỆN NĂNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN ............................................................................ 43

3.1. Ảnh hưởng của nhà máy thủy điện nhỏ Xê Xết 3 miền Nam của Lào .. 43
3.1.1. Tính toán chọn phương thức và vận hành cơ bản .......................... 43
3.1.2. Ảnh hưởng của nhà máy thủy điện đến chất lượng điện áp trong
hệ thống điện miền Nam Lào ................................................................... 52
3.1.3. Ảnh hưởng đến trào lưu công suất và khả năng mang tải của
thiết bị ....................................................................................................... 53
3.1.4. Ảnh hưởng đến dòng ngắn mạch .................................................... 54
3.1.5. Ảnh hưởng đến việc giảm xác suất thiếu công suất nguồn ............ 55
3.1.6 . Những đường dây bị quá tải khi vận hành theo phương án 2 ............ 59
3.1.7. Điện áp tại các nút khi vận hành theo phương án 2 ........................... 59
3.1.8. Giới hạn phát công suất của các nhà máy .......................................... 62
3.2. Chế độ sự cố mất một phần tử trong hệ thống của phương án tách
lưới điện .................................................................................................... 63
3.3. Các ảnh hưởng của thủy điện nhỏ khi có thêm nhà máy Xê La Bắm ... 67
3.3.1. Ảnh hưởng đến chất lượng điện áp ..................................................... 67
3.3.2. Ảnh hưởng đến trào lưu công suất và khả năng mang tải của thiết
bị khi kết nối với nhà máy thủy điện Xê La Bắm ........................................ 69
3.3.3. Ảnh hưởng đến dòng ngắn mạch khi có nhà máy thủy điện Xê La
Bắm

…………………………………………………………………70

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................................ 71
PHỤ LỤC............................................................................................................................. 73
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................ 104

H


IPP:

Independent Product Power. (Nhà máy thủy điện tư nhân)

NMTĐ:

Nhà Máy Thủy Điện.

LOLP:

Loss of Load Probabillity. (Xác suất thiếu hụt điện năng)

H

viên: THAMMACHACK Keutsomb t / Lớp 11B KTĐ.KH


Lu n v n t

s

o

6

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Hiện trạng các nguồn phát điện ở Lào ............................................ 30
Bảng 2.2: Hiện trạng trạm biến áp 115/22kV ................................................. 32
Bảng 2.3: Hiện trạng lưới điện Lào kết nối với lưới điện của nước ngoài ..... 35
Bảng 2.4: Yêu cầu dùng điện trong cả nước ................................................... 36

o

7

Bảng 3.16: Điện áp các nút của đường dây 115kV Jiang Xai – Bắng Yo và Xê
Xết 3 – Bắng Yo và lưới điện 22kV/115kV Phôn Sa Vắn và khu vực lân cận
khi thêm nhà máy thủy điện Xê La Bắm trong chế độ cực đại ....................... 68
Bảng 3.17: Thay đổi trào lưu công suất của các đường dây trong mạch vòng
của lưới điện 115kV trước và sau khi có nhà máy thủy điện Xê La Bắm ...... 70

H

viên: THAMMACHACK Keutsomb t / Lớp 11B KTĐ.KH


Lu n v n t

s

o

8

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, CÁC ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Quá trình quá độ xung do sét đánh ................................................. 16
Hình 1.2: Xung dòng điện dao động quá độ gây ra bởi việc đóng cắt các tụ . 17
Hình 1.3: Sụt giảm điện áp do sự cố ngắn mạch một pha .............................. 19
Hình 1.4: Sụt giảm điện áp do khởi động một động cơ lớn. ........................... 20
Hình 1.5: Tăng áp ở pha không bị sự cố gây ra bởi sự cố chạm đất một pha. 21
Hình 1.6: Mất cân bằng điện áp trong một tuần tại một nhánh cung cấp điện

lục Châu Á Thái Bình Dương, có tổng diện tích là 236.800 km2 và dân số hơn
6 triệu người với nguồn tài nguyên thiên nhiên phong phú và đa dạng, có tiềm
năng thủy điện khổng lồ khoảng 26.000MW. Hiện trạng nền kinh tế đặc trưng
của Lào là nông nghiệp, thủy điện và khoáng sản. Trong đó nguồn thủy điện
đóng vai trò rất quan trọng sự phát triển nền kinh tế quốc dân của Lào.
Hệ thống điện lực của Lào có thể xem là hệ thống thủy điện. Nguồn
thủy điện không những bảo đảm nhu cầu dùng điện trong nước mà còn là
nguồn xuất khẩu quan trọng của Lào. Hiện nay nguồn thủy điện chiếm
khoảng 97,3% của tổng công suất lắp máy cả nước (692 MW). Trong đó thủy
điện nhỏ chiếm khoảng 64% tổng công suất của hệ thống điện.
Theo kế hoạch phát triển nguồn năng lượng của Lào từ năm 2020 sẽ
xây dựng hơn 30 NMTĐ và mua điện từ các NMTĐ tư nhân (IPP) sản xuất
trong nước với tổng công suất lắp máy 2.366MW và tổng điện năng 4.668
GWh để phục vụ nhu cầu trong nước kết hợp xuất khẩu và khoảng 36 NMTĐ
với tổng công suất lắp máy 18.150MW có tổng điện năng bình quân nhiều
năm 27.077GWh chủ yếu xuất khẩu sang các nước láng giềng trong khu vực
Sông Mê kong (các nước có nguồn nhiệt điện chiếm tỷ trọng lớn) như: Thái
Lan, Việt Nam, Cam Pu Chia. Đồng thời với việc xây dựng các NMTĐ đó sẽ
hình thành nhiều bậc thang hồ chứa thủy điện.
Cùng với sự phát triển thủy điện thì quy mô hệ thống điện cũng được
phát triển thành hệ thống lớn. Hiện nay, hệ thống điện của Lào chia thành 4
miền làm việc độc lập, trong đó hệ thống điện miền Trung I là lớn nhất, theo
kế hoạch đến năm 2013 – 2020 ở Lào sẽ có hệ thống điện Quốc gia nối từ Bắc
đến Nam Lào, không những nối liền 4 hệ thống điện miền với nhau mà còn
nối với hệ thống điện các nước láng giềng bằng đường dây điện cao áp 115kV
và siêu cao áp 500kV. Hệ thống điện càng lớn thì hiệu quả kinh tế và độ tin
cậy cung cấp điện càng cao. Nhưng điều đó, chỉ thực hiện được khi phối hợp
điều khiển hợp lý thông qua trung tâm Điều độ Quốc gia phối hợp điều khiển
chế độ làm việc của các NMTĐ theo mục tiêu chung thông qua các trung tâm
điều độ của các hệ thống miền. Nhưng vấn đề phối hợp điều khiển chế độ làm

hưởng tới đời sống dân cư.
1. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
 Tìm hiểu tình hình phát triển nguồn phân tán ở Lào
 Tìm hiểu ảnh hưởng của nhà máy thủy điện Xê Xết 3 và nhà máy thủy
điện Xê La Bắm đến lưới điện 22/115kV Chắm Pa Sắc và khu vực lân
cận theo các chỉ tiêu sau:
- Thay đổi phương thức vận hành;
- Chất lượng điện áp;
- Trào lưu công suất và mức độ mang tải của thiết bị;
- Tổn thất công suất trong hệ thống điện miền Nam của Lào;
- Dòng ngắn mạch;
- Phương án tách lưới điện địa phương với lưới điện miền Nam của Lào,
chất lượng điện áp của lưới điện địa phương sau khi tách lưới;
- Xác suất thiếu công suất nguồn điện.
2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Đối tượng của đề tài là nguồn thủy điện nhỏ ở miền Nam nước Lào
Phạm vi nghiên cứu của đề tài tập trung vào ảnh hưởng của nhà máy thủy
điện Xê Xết 3 và nhà máy thủy điện Xê La Bắm tới phương thức vận hành
và các chỉ tiêu của lưới điện 22/115kV Chắm Pa Sắc và khu vực lân cận.

H

viên: THAMMACHACK Keutsomb t / Lớp 11B KTĐ.KH


Lu n v n t

s

o

hiện nhiều nhất trong ngành công nghiệp năng lượng điện. Các lý do chính để
lý giải cho sự quan tâm của các công ty điện lực cũng như các khách hàng đến
chất lượng của hệ thống điện đó là:
a.
Ngày càng có nhiều thiết bị điện nhạy cảm với sự thay đổi của chất
lượng điện năng hơn so với các thiết bị điện trong quá khứ. Rất nhiều thiết bị
điện mới có chứa bộ vi xử lý, vi điều khiển, thiết bị điện tử công suất đã được
sử dụng. Trong quá trình hoạt động, các thiết bị này rất nhạy cảm với các loại
nhiễu loạn trong hệ thống điện hay nói cách khác chúng là các thiết bị rất
nhạy cảm với các vấn đề liên quan đến chất lượng điện năng như là độ lệnh về
điện áp, dòng điện cũng như là tần số.
b.
Do yêu cầu ngày càng cao của hệ thống điện cũng như các máy móc,
thiết bị, dây chuyền sản xuất, về hiệu quả hoạt động dẫn tới đòi hỏi chúng ta
phải tiến hành áp dụng các thiết bị có hiệu suất cao, sử dụng các phương pháp
sản xuất tiên tiến hơn. Đối với các dây chuyền sản xuất, để tăng hiệu suất sử
dụng năng lượng người ta đã sử dụng các động cơ có điều chỉnh tốc độ thông
qua các thiết bị điều khiển điện tử công suất (chỉnh lưu, nghịch lưu), các thiết
bị này rất nhạy cảm so với độ lệnh của điện áp cung cấp. Đối với hệ thống
phân phối điện, người ta đã sử dụng các thiết bị bù nhằm làm giảm tổn thất và
tăng hệ số công suất. Việc áp dụng các thiết bị mới này sẽ gây ra các sóng hài
trong hệ thống điện và có rất nhiều người quan tâm đến các tác động chúng
trong tương lai đối với khả năng của hệ thống.
c.
Khách hàng sử dụng điện ngày càng nhận thức được những vấn đề về
chất lượng điện năng. Họ ngày càng hiểu biết nhiều hơn về những hiện tượng
như là mất điện, sụt giảm điện áp, các dao động do việc đóng cắt điện. Và
điều đó đã kích thích họ cải thiện chất lượng của việc phân phối điện.

H

Các đối tượng khác nhau xem xét chất lượng điện năng trên các hệ qui
chiếu khác nhau, điều này làm cho cách hiểu về chất lượng điện năng có khác
nhau về hình thức:
Ngành điện mong muốn cung cấp điện năng liên tục, ổn định cho khách
hàng, chất lượng điện năng có thể được định nghĩa là độ tin cậy cung cấp điện
và chỉ ra qua các thống kê độ tin cậy của hệ thống là 0,9998.
Các nhà sản xuất thiết bị điện có thể định nghĩa chất lượng điện năng là
các đặc tính của nguồn điện cung cấp cái mà cho phép thiết bị điện làm việc
một cách tối ưu (tuổi thọ thiết bị và đặc tính làm việc của thiết bị điện được
đảm bảo). Các định nghĩa này có thể là rất khác nhau đối với mỗi loại thiết bị
cũng như là đối với các nhà sản xuất khác nhau.
Định nghĩa về chất lượng điện năng phải xem xét theo quan điểm của
người sử dụng điện năng, chính vì vậy luận văn sử dụng định nghĩa về chất
lượng điện năng như sau: bất kỳ vấn đề điện năng nào liên quan đến sai lệnh
về dòng điện, điện áp, tần số mà những sai lệnh này dẫn đến sự cố hoặc vận
hành sai cho thiết bị của khách hàng sử dụng điện.

H

viên: THAMMACHACK Keutsomb t / Lớp 11B KTĐ.KH


Lu n v n t

s

o

14


Công suất thể hiện sự phát ra của năng lượng, công suất tỉ lệ với sự
sinh ra của dòng điện và điện áp. Rất khó có thể định nghĩa một cách đầy đủ ý
nghĩa về số lượng và chất lượng trong những cách hiểu đầy đủ về chất lượng
điện năng. Điều khiển công suất của hệ thống điện có thể điều khiển chất
lượng điện áp, không thể điều khiển chi tiết đến chất lượng dòng điện vì sẽ
H

viên: THAMMACHACK Keutsomb t / Lớp 11B KTĐ.KH


Lu n v n t

s

o

15

kéo theo tác động vào hoạt động của các phụ tải, bởi vì dòng điện sinh ra
trong các thiết bị điện sẽ thay đổi tùy theo mức độ mang tải của thiết bị điện
đó. Do đó tiêu chuẩn chất lượng điện năng thường được dành hết cho việc
duy trì chất lượng điện áp cung cấp trong một giới hạn nhất định.
Tuy nhiên trong khi nghiên cứu đến chất lượng điện áp, đồng thời cũng
phải chú ý đến các hiện tượng về dòng điện như: dòng điện ngắn mạch lớn
gây ra sụt áp, dòng điện sét trên lưới gây ra điện áp xung rất lớn, dòng điện là
các dòng hài bậc cao sinh ra từ các phụ tải. Qua đó có thể hiểu cơ bản toàn
diện hơn các vấn đề về chất lượng điện năng.
1.3. Tổng quan các vấn đề về chất lƣợng điện năng
1.3.1. Quá trình quá độ
Thuật ngữ quá trình quá độ được sử dụng từ lâu trong việc phân tích sự


Dòng điện kA

Thời gian

Hình 1.1: Quá trìn quá độ xung do sét đán
1.3.1.2. Quá trình quá độ dao động (Oscillatory transient )
Quá trình quá độ dao độ là sự thay đổi đột ngột độ lớn của dòng điện,
điện áp hoặc cả hai theo cả hai chiều dương và âm mà không làm thay đổi tần
số của hệ thống ở trạng thái xác lập.
Một quá trình quá độ dao động bao gồm điện áp và dòng điện có giá trị
tức thời thay đổi rất nhanh theo cực tính. Nó được đặc trưng bởi các thông số
như hình dạng thời gian tồn tại cũng như cường độ của nó.

H

viên: THAMMACHACK Keutsomb t / Lớp 11B KTĐ.KH


Lu n v n t

s

o

17

7500
5000


công nghiệp trong khoảng thời gian lớn hơn một phút.
Quá điện áp thường là kết quả của việc đóng cắt tải (ví dụ như đóng cắt
một tải lớn hoặc đóng một bộ tụ). Kết quả của quá điện áp là do hệ thống quá
yếu cho sự mong muốn điều chỉnh điện áp hoặc là việc điều khiển điện áp là
không tương xứng. Điều chỉnh đầu phân áp của máy biến áp không đúng cũng
có thể gây ra hiện tượng quá điện áp trong hệ thống điện.

H

viên: THAMMACHACK Keutsomb t / Lớp 11B KTĐ.KH


Lu n v n t

s

o

18

1.3.2.2. Thấp điện áp (under voltage)
Thấp điện áp là sự giảm điện áp xuống dưới 90% giá trị định mức ở tần
số công nghiệp trong khoảng thời gian lớn hơn một phút.
Nguyên nhân gây ra thấp điện áp ngược lại với nguyên nhân gây ra quá điện
áp. Đưa một tải lớn vào hệ thống hoặc cắt một bộ tụ ra khỏi hệ thống có thể
gây ra hiện tượng giảm thấp điện áp cho đến khi thiết bị điều chỉnh điện áp
đưa điện áp hệ thống trở về giá trị cho phép. Quá tải trong các mạch điện
cũng có thể gây ra hiện tượng giảm thấp điện áp.
1.3.2.3. Gián đoạn duy trì (Sustained interruption )
Gián đoạn duy trì là hiện tượng điện áp cung cấp trở về không trong


o

19

Điện áp
(V)

Lu n v n t

Điện áp
(V)

Thời gian (s)

Thời gian (s)
Hình 1.3: Sụt giảm điện áp do sự ố ngắn m

một p

Thời gian sụt điện áp ngắn hạn cũng được chia ra làm 3 loại: Tức thời
(Instantaneous), thoáng qua (Momentary), tạm thời (Temporary). Các khoảng
thời gian chia nhỏ này tương ứng với mức thời gian hoạt động của các thiết bị
bảo vệ nói chung, cũng như sự phân nhỏ thời gian theo các khuyến cao của
các tổ chức kỹ thuật quốc tế.

H

viên: THAMMACHACK Keutsomb t / Lớp 11B KTĐ.KH


tải lớn ra khỏi hệ thống cũng như việc đóng các bộ tụ vào hệ thống cũng gây
ra hiện tượng tăng điện áp.

H

viên: THAMMACHACK Keutsomb t / Lớp 11B KTĐ.KH


Lu n v n t

s

o

21

Điện áp ( pu)

Hình 1.5 Thể hiện tăng điện áp ở pha không sự cố khi xảy ra sự cố chạm đất
một pha trong lưới điện.

Thời gian (s)

Hình 1.5: T ng áp ở p

ông bị sự ố gây r bởi sự ố

m đất một p

.

0.5
0
Thứ 2

Thứ 3

Thứ 4

Thứ 5

Thứ 6

Thứ 7

Chủ nhật

Hình 1.6: Mất ân bằng điện áp trong một tuần t i một n án
o ộ gi đìn .

Thứ 2

ung ấp điện

1.3.5. Độ méo sóng (Waveform Distortion)
Độ méo dạng sóng là sự biến đổi trong trạng thái xác lập của một sóng
hình sin lý tưởng ở tần số công nghiệp được đặc trưng bởi nội dung quang
phổ của sự biến đổi đó.
Có 5 hiện tượng cơ bản gây ra méo sóng:
 Thành phần một chiều thêm vào (DC Offset)
 Sóng hài (Harmornics)

ra từ đặc tính phi tuyến của các thiết bị và phụ tải trong hệ thống điện. Mức
độ của sóng hài được mô tả bởi quang phổ các sóng hài với độ lớn biên độ và
góc pha của mỗi thành phần sóng hài. Tổng độ méo sóng hài THD (Total
Harmornics Distortion) thường dùng để xác định độ lớn biên độ méo sóng
hài.
1.3.5.3. Liên sóng hài ( Interharmornics )
Liên sóng hài là các sóng điện áp hay dòng điện có tần số không phải là
bội số của tần số cơ bản của hệ thống điện. Chúng có thể xuất hiện với các tần
số riêng biệt hoặc cũng có thể là một dải tần số rộng.
Liên sóng hài có thể tìm thấy trên tất cả các lưới điện với các cấp điện
áp khác nhau. Nguồn gốc chủ yếu sinh ra méo liên sóng hài là các bộ biến đổi
tần số tĩnh, thiết bị chuyển đổi chu trình, động cơ cảm kháng, thiết bị phát hồ
quang. Tín hiệu sóng mang trên đường dây chuyển tải cũng được xem là liên
sóng hài.
1.3.5.4. Đột điện áp ( Notching ).
Đột điện áp là sự nhiễu loạn điện áp có chu kỳ gây ra bởi hoạt động
bình thường của thiết bị điện tử công suất khi dòng điện được chuyển mạch từ
pha này sang pha khác. Các đột điện áp xuất hiện khi đảo mạch dòng từ pha
này sang pha khác. Trong thời gian chuyển mạch, có hiện tượng ngắn mạch
tạm thời xảy ra giữa hai pha. Hình 1.7, chỉ ra ví dụ cho vết khắc điện áp hình
V từ một bộ chỉnh lưu 3 pha sinh ra dòng điện một chiều liên tục.

H

viên: THAMMACHACK Keutsomb t / Lớp 11B KTĐ.KH


Lu n v n t

s


Lu n v n t

s

o

25

1.3.7. Sự biến thiên tần số công nghiệp (Power Frequency Variation)
Sự biến thiên tần số công nghiệp (Power Frequency Variation). Là độ lệch tần
số cơ bản của hệ thống khỏi giá trị định mức (VD: 50 Hz hoặc 60 Hz).
Tần số của hệ thống liên quan trực tiếp tới tốc độ quay của hệ thống
máy phát điện. Tần số sẽ biến thiên nhỏ khi có cân bằng động giữa sự thay
đổi của tải và sự thay đổi của nguồn phát. Mức độ thay đổi của tần số và
khoảng thời gian của sự thay đổi phụ thuộc vào đặc tính của tải và áp dụng
của hệ thống điều khiển máy phát tới sự thay đổi của phụ tải.
Tổng hợp các khái niệm được xét theo biên độ theo tiêu chuẩn IEEE 1159 biểu diễn trên Bảng 1.1.
Bảng 1.1: P ân n óm và á đặ tín
t ống điện

Phạm vi phổ
tần điển hình

Nhóm
1. Quá độ
1.1. Xung
1.1.1. Nano giây
1.1.2. Micro giây
1.1.3. Mili giây


5 ns
1 µs
0,1 ms

1
ms