BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Nguyễn Hữu Hùng
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ TẢI ĐIỆN ĐẾN CHẤT
LƯỢNG ĐIỆN ÁP VÀ TÍNH TOÁN LỰA CHỌN BIỆN PHÁP
KHẮC PHỤC
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện - Hệ thống điện.
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS NGUYỄN LÂN TRÁNG
PGS.TS TRẦN BÁCH
Hà Nội, tháng 11 năm 2014
1
CHƯƠNG 1
MỤC LỤC
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ TẢI ĐIỆN ĐẾN ĐIỆN ÁP.
Ảnh hưởng của phụ tải đến chất lượng điện áp và các biện pháp
khắc phục:
Ảnh hưởng của phụ tải đến độ lệch điện áp dài hạn :
Ảnh hưởng của phụ tải đến độ dao động điện áp
Ảnh hưởng của phụ tải điện đến sóng hài:
Ảnh hưởng của phụ tải điện đến không cân bằng
1.3.2.
1.3.3.
1.3.4.
1.3.5.
1.3.6.
CHƯƠNG II
Ảnh hưởng đến điện áp quá độ:
Trang
1
4
5
8
8
9
9
10
12
13
14
15
2.2.2.1
Độ lệch điện áp tại phụ tải
2.2.2.2
2.2.2.3
2.2.3
II.2.2
Độ lệch điện áp trong lưới hạ áp
Diễn biến của điện áp trong lưới phân phối
Diễn biến điện áp trên lưới phân phối điện trung, hạ áp
Bù công suất phản kháng.
2
27
27
27
27
27
27
29
29
31
31
31
33
36
II.2.4
2.4.1
2.4.2
Công nghệ FACTS (Flexible AC Transmission Systems).
Các thiết bị bù ngang: SVC, STATCOM.
Các thiết bị bù dọc:
Nâng cao chất lượng điện bằng cách khử sóng hài:
Dùng cuộn kháng triệt sóng hài:
Dùng các mạch lọc
45
46
47
59
69
70
73
2.4.2.1
Mạch lọc thụ động
73
2.4.2.2
Mạch lọc tích cực:
75
Nói chung:
Sơ đồ lưới điện và số liệu
Các tính toán chi tiết xem phụ lục
KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC TÍNH TOÁN
3
84
85
89
90
93
94
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan bản thuyết minh luận văn này do tôi thực hiện.
Các số liệu sử dụng trong thuyết minh, các kết quả phân tích và tính toán
hoàn toàn trung thực. Toàn bộ nội dung bản thuyết minh c ủa luận văn c hưa
được công bố.
4
LỜI NÓI ĐẦU
Vài thập n i ê n trở lại đây, Việt Nam là quốc gia thường được nhắc
đến như một hiện tượng phát triển ở khu vực Đông Nam Á với tốc độ
tăng trưởng liên tục ở mức cao và giữ ổn định. Sự phát triển càng trở nên
lưới điện cụ thể.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu chung của đề tài tập trung chủ yếu ở lưới phân
phối đó là các lộ xuất tuyến đường dây trung áp của TBA 110 kV. Trong điều
kiện thời gian có hạn luận văn chủ yếu nghiên cứu các vấn đề về chất lượng
điện trong lưới trung áp, các lưới điện phân phối hình tia hay lưới điện kín
nhưng vận hành hở và áp dụng đánh giá thực tế cho lưới điện của một lộ xuất
tuyến điển hình.
Ý nghĩa thực tiễn của luận văn:
Vấn đề nâng cao chất lượng điện cho phép cải thiện chế độ làm việc
kinh tế của các thiết bị điện, đồng thời cho phép tiết kiệm điện năng, một
nhiệm vụ cấp bách mang tính toàn cầu nhất là trong điều kiện thị trường điện
cạnh tranh. Việc áp dụng khoa học công nghệ để nâng cao chất lượng điện
như việc sử dụng các thiết bị bù linh hoạt vào lưới phân phối được triểu khai
ở nhiều nước trên thế giới đã mạng lại hiệu quả rất cao. Tuy nhiên ở nước ta
việc áp dụng các tiến bộ đó còn khá dè dặt và chỉ mang tính manh mún ở một
số địa phương và cơ sở sản xuất.
Nội dung chính của luận văn:
Luận văn thực hiện với nội dung sau:
Lời mở đầu.
Chương 1: Tổng quan về chất lượng điện năng.
Chương 2: Các biện pháp nâng cao chất lượng điện áp trong lưới
phân phối.
Chương 3: Tính toán ảnh hưởng của phụ tải đến điện áp trên lưới điện
trung áp.
6
CHƯƠNG I:
TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG.
với trước đây.
3. Quá trình sản xuất, truyền tải, phân phối điện kết hợp với nhiều nguồn
phát điện đóng đồng bộ vào lưới do đó đòi hỏi các công ty điện lực phải
nâng cao chất lượng điện năng có thể đồng bộ giữa các nguông có cùng
một tiêu chuẩn chất lượng điện và tiết kiệm chi phí vận hành, giảm sự cố
để cấp điện liên tục và thiết kế các h ệ thống với độ tin cậy cung cấp điện
với giá thành tới hạn là nhiệm vụ kỹ thuật yêu cầu trong ngành công
nghiệp hiện nay.
4. Chất lượng điện năng có khả năng đo lường được. Nhờ vào sự phát
triển của thiết bị đo lường số thì các thiết bị có thể đo các tham số về chất
lượng điện năng cũng như thể hiện các dạng sóng đã làm tăng sự quan tâm
đế n chất lượng điện năng.
Với các nước có nền công nghiệp năng lượng phát triển trên thế
giới (Mỹ, Nhật, Anh, khối Liên xô cũ ..) thì các tiêu chuẩn về chất lượng
điện năng đã được ban hành rất sớm. Đối với nước ta chất lượng điện điện
năng bắt đầu được chú trọng vì yêu cầu về nguồn với hệ thống cung cấp
điện ngày càng tăng cũng như những yêu cầu vận hành của thiết bị điện
nhập khẩu vào nước ta phải tuân thủ theo các tiêu chuẩn về chất lượng điện
năng đang lưu hành trên thế giới như c ác bộ tiêu chuẩn IEE519 -1992 quy
định về các sóng hài.
I.2 CÁC THÔNG SỐ VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG
I.2.1 Chất lượng điện năng- Chất lượng điện áp.
Chất lượng điện năng trong hầu hết các trường hợp là chất lượng điện áp
vì về mặt kỹ thuật, công suất là định mức của năng lượng cung cấp và là
tích số của dòng điện và điện áp. Thông thường, hệ thống cung cấp công
suất chỉ có thể điều chỉnh chất lượng điện áp cung cấp cho tải chính vì vậy
các tiêu chuẩn nâng cao chất lượng điện năng chủ yếu giành cho điều
8
nghìn vô n trong thời gian một vài mili giây s au đó gi ảm dần biên độ và tắt.
Nguyên nhân thường do sét trực tiếp tác động và hệ thống điện và giảm biên
độ dọc theo đường dây. Quá độ xung thường kích thíc h các tần số cơ
bản của hệ thống điện gây ra quá độ dao động.
Quá độ dao động
Quá độ dao động thường xảy ra thay đổi đột ngột tần số điện áp, tần số
dòng điện hoặc cả hai theo hai cực dương và âm của nguồn điện. Khi
quá độ dao động xảy ra, điện áp và dò ng điện có gi á trị tức t hời theo cực
xảy ra r ất nhanh.
Hì nh 1.2: Xung dòng quá độ dao động bởi đóng cắt giàn tụ.
10
- Quá độ tần số cao: Quá độ mà các dao động có thành phần chính
cao hơn 500kHz được coi là quá độ tần số cao. Các quá độ này thường là
kết quả của đ áp ứng hệ thố ng cục bộ với xung quá độ.
- Quá độ tần trung bình: Quá độ mà thành phần tần số chính giữa 5kHz và
500kHz được định nghĩa là quá độ tần số trung bình. Các quá độ này
thường là kết quả của đáp ứng hệ thố ng với xung quá độ.
- Quá độ tần thấp: Quá độ mà thành phần tần số chính nhỏ hơn 5kHz đến
500kHz thường gặp trong truyền tải và phân phối gây bởi nhiều nguyê n
nhân.
Ngoài ra còn các quá độ dao động nhỏ hơn tần số 300kHz do hiện tượng
cộng hưởng sắt từ, do các dàn tụ mắc nối tiếp ..vv. si nh ra.
I.2.3 Độ l ệch điện áp thời gi an dài
Độ lệch điện áp thời gian dài có thể và thấp điện áp hoặc quá điện áp.
Các hiện tượng trên thường do nhiều nguyên nhân gây ra như sự cố lưới
điện hoặc do sự tăng giảm tải của hệ thống, đôi khi người ta còn thấy cả ở
Sụt giảm điện áp là sự giảm điện áp trong khoảng từ 10% đến 90% giá trị
điện áp hoặc dòng điện tại tần số công nghiệp trong khoảng thời gian từ 0,5
chu kỳ đến 1 phút.
12
Hì nh 1.4: Sự sụt giảm điện áp.
Tăng cao đi ện áp
Là sự tăng điện áp từ 110% đến 180% giá trị điện áp hiệu dụng hay dòng
điện tại tần số công nghiệp tại tần số công nghiệp trong kho khoảng thời
gian từ nửa chu kỳ đến 1 phút.
Cũng t ương tự như s ụt giảm điện áp, tăng cao điện áp chủ yếu có nguyên
nhân do sự biến đổi hệ thống.
I.2.5 Mất c ân bằng đi ện áp
Là độ biến đổi lớn nhất khỏi gi á trị trung bì nh của điện áp hay dòng điện
3 pha cả về gi á trị và góc pha.
Một hệ thố ng điện 3 pha t hường được biểu thị dưới dạng:
Pha A: Ua (t) = Ua sin (ωt + φa) (1.1)
Pha B: Ub (t) = Ub sin (ωt - 1200 - φb) (1.2)
Pha C: Uc (t) = Uc sin (ωt + 1200 + φc) (1.3)
Trong đó: φa, φb, φc là các góc lệch pha tương ứng.
Một hệ thống như trên ta gọi là hệ thố ng điện áp đối xứng, Hệ t hống
không đối xứng t a có thể chia là điện áp thứ tự thuận, điện áp thứ tự
nghịch, và điện áp t hứ tự khô ng.
Tỷ lệ giữa thành phần thứ tự nghịch hoặc thứ tự không với thành phần
thứ tự thuận có thể sử dụng để xác định phần trăm mất cân bằng điện áp.
13
biến đổi tần số như các thiết bị biến tần, các bộ chuyển đổi, các thiết bị
phát hồ quang.
Notchi ng.
Là sự nhiễu loạn điện áp theo chu kỳ gây ra bởi hoạt động bì nh thường
của các thiết bị điện tử khi dòng điện c ác pha giao hoán lẫn nhau gây nên.
Sự nhiễu loạn liên tiếp đôi khi c ũng được thể hiện qua hình ảnh của sóng
hài điện áp tuy nhiên nó khô ng thể mô tả và đo lường được bằng các thiết
bị sử dụng cho sóng hài.
Hì nh 1.6: Sự nhiễ u loạ n điện áp gây ra bởi chỉ nh lưu
- Tạp âm
15
Tí n hiệu điện không mong muốn tìm thấy ở dây pha hay dây trung tính
với thành phần dải tần số t hấp hơn 200kHz trên c ùng điện áp hoặc dòng
điện trên các pha, hoặc có thể tìm thấy ở dây trung tính.
Tạp âm trong hệ t hống điện được phát sinh bởi c ác thiết bị điện, điện t ử sử
dụng công nghệ điện tử công suất gây ra. Các thiết bị sử dụng công
nghệ chỉnh lưu một chiều, các lò hồ quang điện cũng chí nh l à các thiết bị
gây nhiễu điện áp trong hệ thống điện.
I.2.7 Dao động đi ện áp
Dao động điện áp hoặc dòng điện biến đổi nha nh liên t ục trong các dòng t ải
một cách liên tục trong khoảng 90% đến 110% điện áp định mức. Một
dạng của dao động điện áp là điện áp nhấp nháy (flicker). Điệ n áp nhấp
nháy tác động lên bóng đèn sợi đốt mà mắt người có t hể quan sát được.
I.2.8 Độ l ệch tần số
Độ lệch tần số được định nghĩ a như sự biến đổi của tần số cơ bản có
giá trị thông thường (50Hz hoặc 60Hz) . Tần số của hệ thống điện liên
16
0,3 - 50 ms
20 micro giây
5 micro giây
0-4 pu
0-8 pu
0-4 pu
2.1. Biến đổi tức thời
(Instantaeous)
2.1.1. Gián đoạn
2.1.2. Giảm
2.1.3. Tăng
2.2 Biến đổi chốc lát
(Momentary)
2.2.1. Gián đoạn
2.2.2. Giảm
2.2.3. Tăng
2.3. Biến đổi tạm thời
(Temporary)
2.3.1. Gián đoạn
2.3.2. Giảm
2.3.3. Tăng
3. Biến đổi dài hạn (Long
duration)
3.1. Gián đoạn duy trì
30 chu kỳ - 3s
30 chu kỳ - 3s
< 0,1 pu
0,1 - 0,9 pu
1,1 - 1,4 pu
3 sec - 1 min
3 sec - 1 min
3 sec - 1 min
< 0,1 pu
0,1 - 0,9 pu
1,1 - 1,2 pu
> 1 min
> 1 min
> 1 min
Trạng thái ổn định
0 pu
0,8 - 0,9 pu
1,1 - 1,2 pu
0,5 - 2%
Trạng thái ổn định
Trạng thái ổn định
0 - 0,1 %
0 - 20 %
Sự dao động công suất này gây ra biến thiên điện áp khá lớn tùy thuộc và độ dài của
đường dây và phân bố phụ tải.
Để giữ được điện áp trên lưới điện trung áp, bảo đảm được độ lệch điện áp ở các hộ dùng
điện nằm trong giới hạn cho phép, phải có hệ thống điều chỉnh điện áp khá đắt tiền, sẽ
được trình bày kỹ dưới đây.
1.3.3. Ảnh hưởng của phụ tải đến độ dao động điện áp
Do phụ tải của máy công cụ: máy cưa gỗ hay bằng chuyền có dòng điện biến đổi liên tục.
Dòng điện này có thể gây ra biến động điện áp đáng kể trên đường dây điện
cung cấp điện cho máy cưa hay bằng truyền.
Hình .2.1.
Trên hình 2.1 cho thấy ở một lưới phân phối trung áp thiết kế với tổn thất điện
áp max 10%, thì một động cơ hạ thế 30A, sử dụng điện không liên tục gây ra
biến thiên điện áp khá lớn, động cơ này chỉ ảnh hưởng đến lưới phân phối hạ
áp, còn với lưới phân phối trung áp ảnh hưởng này không cảm nhận được vì
quá nhỏ. Như vậy dao động điện áp chỉ tác động trực tiếp đến động cơ gây ra
nó và các thiết bị dùng điện lân cận.
Tính toán trên cũng cho thấy để tránh ảnh hưởng thì thiết bị dùng điện chỉ cần
lấy điện ở một đường dây điện hạ áp khác là được. Ví dụ thiết bị chiếu sáng
phải lấy điện ở một tủ riêng để tránh dao động điện áp do động cơ gây ra.
19
Khởi động động cơ hay các thiết bị dùng điện có chế độ thay đổi chỉ có ảnh
hưởng trong khu vực hẹp của phân xưởng, xí nghiệp.
Có ảnh hưởng đến một khu vực rộng lớn hơn là các lò hồ quang công suất
lớn. Lò hồ quang điện có tần suất sinh hồ quang từ 1 đến 20 lần /giây. Lò hồ
quang có 1 MW có thể gây ra dao động điện áp cho cả khu vực lớn của lưới
dù dòng điện vẫn biến đổi như cũ nhưng điện áp đã bớt thay đổi.
22
Trên Hình 2.4. cho thấy ảnh hưởng của SVC đến dao động điện áp .
1.3.4. Ảnh hưởng của phụ tải điện đến sóng hài:
Các phụ tải gây ra sóng hài là các phụ lấy dòng điện không sin từ nguồn áp
hình sin, đó chủ yếu là các thiết bị chuyển đổi AC-DC.
+ Các thiết bị chuyển đổi AC-DC:
* máy tính, UPS(Uninterruptible power supplies), máy chỉnh lưu cố định.
* thiết bị có điều chỉnh bằng thiết bị điện tử, PLC…
* Electronic lighting ballasts, including light dimmer: chấn lưu điện tử, bộ
điều chỉnh ánh sáng.
* Bộ điều khiển động cơ điện áp giảm (Reduced voltage motor controllers)
+ Thiết bị gây phóng điện:
* Đèn huỳnh quang, lò điện,
* Lò hồ quang, tầu hỏa điện, máy hàn
+Thiết bị sắt từ
* Máy biến áp bão hòa
* Chấn lưu sắt từ
* Thiết bị sưởi cảm ứng, động cơ điện.
+ Thiết bị dùng điện gia dụng
* TV, Điều hòa nhiệt độ, máy giặt, lò vi sóng
* Máy fax, pho to copy, máy in.
Các dạng sóng hài:
23
25
Copyright: Tài liệu đại học ©