Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s k thut ..................
i

Trờng đại học nông nghiệp hà nội
Viện đào tạo sau đại học

-------------o0o-------------

đào xuân tiến

Nghiên cứu chất lợng điện
trong lới điện phân phối
Chuyên ngành: Điện khí hóa sản xuất nông nghiệp và nông thôn
Mã số ngành : 60.52.54
Giáo viên hớng dẫn : Ts. Trần quang khánh
Hà Nội - 2010

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ..................
ii
LỜI CẢM ƠN

Tôi xin trân thành cảm ơn TS. Trần Quang Khánh về sự quan tâm, trực tiếp
hướng dẫn, tận tình giúp đỡ tôi thực hiện đề tài này.

Tôi xin trân trọng cảm ơn tập thể Bộ môn Cung cấp và Sử dụng Điện, Khoa
Cơ Điện, Viện đào tạo Sau Đại Học – Đại học Nông nghiệp Hà Nội. Các thầy cô Bộ
môn Hệ thống Điện - Đại học Bách Khoa Hà Nội, Điện lực Hưng Yên đã tạo mọi
điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành đề tài này.

Nhân dịp này tôi muốn bày tỏ lòng cảm ơn đến gia đình và bạn bè đã giúp
đỡ, động viên tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Tác giả


1.1 Tổng quan về lưới phân phối 3
1.1.1 Khái niệm chung 3
1.1.2. Cấu trúc lưới phân phối 3
1.2 Các vấn đề chung về chất lượng điện năng 5
CHƯƠNG 2: CÁC CHỈ TIÊU CƠ BẢN ðÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG
ðIỆN NĂNG TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI

9
2.1 Tần số

9

2.1.1 Độ lệch tần số:
9
2.1.2 Độ dao động tần số:

9
2.1.3 Ảnh hưởng của sự thay đổi tần số: 9
2.2 Điện áp nút phụ tải 10
2.2.1 Dao động điện áp 10
2.2.2 Độ lệch điện áp 12
2.2.3 Độ không đối xứng 19
2.2.4 Độ không sin 23
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ..................
iv
CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP ðÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ðIỆN
34

3.1 Đánh giá chất lượng điện theo mô hình xác xuất thống kê 34
3.2 Đánh giá chất lượng điện theo độ lệch điện áp 36 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ..................
v
DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng số Tên bảng Trang
Bảng 4.1 Công suất bù ứng với bậc cộng hưởng 77

Bảng 5.2 Nút có điện áp không nằm trong giới hạn cho phép khi tải
cực đại khi (U
TC
= 35 kV).
110

Bảng 5.3 Nút có điện áp không nằm trong giới hạn cho phép khi tải
cực đại (U
TC
= 37 kV).
113

Bảng 5.4 Kết quả bù CSPK theo yêu cầu kỹ thuật. 115
Bảng 5.5 Các thông số thiết đặt để tính toán bù kinh tế trong
PSS/ADEPT.
116
Bảng 5.6 Kết quả bù kinh tế khi tải cực tiểu. 116
Bảng 5.7 Kết quả bù kinh tế khi tải cực đại. 117


Hình 2.9 Các bậc sóng hài. 23
Hình 2.10 Hiện tượng từ trễ và bão hòa mạch từ làm méo dạng sóng
dòng điện.
25
Hình 2.11 Sự phụ thuộc của tổn thất công suất ∆P
d
và giá trị hiệu
dụng của dòng điện I
e
vào độ méo.
28
Hình 2.12 Sự suy giảm công suất máy biến áp phụ thuộc vào tỷ phần
phụ tải phi tuyến trong mạng.
30
Hình 3.1 Sơ đồ phân tích các thành phần đối xứng. 36
Hình 4.1 Hiệu quả của bù dọc. 50
Hình 4.2 Các chức năng cơ bản của SVC. 56
Hình 4.3 Cấu tạo chung của SVC. 57
Hình 4.4 Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TCR. 58
Hình 4.5
Ảnh hưởng của giá trị góc cắt α đến dòng điện của TCR.
59
Hình 4.6 Dạng sóng tín hiệu dòng điện của TCR. 60
Hình 4.7 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của TSC. 60
Hình 4.8 Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của TSR. 61
Hình 4.9 Hệ điều khiển các van của SVC. 62
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ..................
vii
Hình 4.10 Đặc tính hoạt động của SVC. 63
Hình 4.11 Đặc tính làm việc của SVC điều chỉnh theo điện áp. 63

Hình 5.7 Hộp thoại thiết đặt thông số trong CAPO. 103
Hình 5.8 Cửa sổ tùy chọn CAPO trong bài toán bù kinh tế. 103
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ..................
viii
Hình 5.9 Lưu đồ thuật toán tối ưu hóa vị trí lắp đặt tụ bù. 106
Hình 5.10 Đồ thị phụ tải ngày mùa hè điển hình lộ 371-E28.2. 108
Hình 5.11 Đồ thị phụ tải ngày mùa đông điển hình lộ 371-E28.2. 108
Hình 5.12 Đồ thị phụ tải năm điển hình lộ 371-E28.2. 108
Hình 5.13 Thẻ nhập mã dây cho đường dây. 109
Hình 5.14 Thẻ nhập công suất cho MBA. 109
Hình 5.15 Thẻ thiết lập thông số cho phụ tải. 110



Trong những năm gần đây, nền kinh tế nước ta có bước tăng trưởng một cách
ấn tượng, kéo theo đó là nhu cầu dùng điện tăng rất nhanh. Thực tế trên đòi hỏi
chúng ta phải đẩy nhanh tốc độ xây dựng các loại nhà máy điện, đồng thời tập trung
thiết lập một cấu trúc quản lý mới, tái cơ cấu công ty điện lực hiện nay đang thống
lĩnh ngành điện và từng bước xây dựng một thị trường điện cạnh tranh. Sự đồng
thời diễn ra trên đã tạo ra những thách thức đối với ngành điện Việt Nam. Tăng
trưởng của nhu cầu điện ở Việt Nam hiện nay chủ yếu do gia tăng nhu cầu điện của
ngành công nghiệp và gia tăng sử dụng điện cho sinh hoạt của người dân.
Ngoài việc cần sản xuất ra lượng điện năng đủ lớn, chúng ta biết rằng điện
năng tuy là một loại sản phẩm nhưng nó có những đặc điểm khác biệt không giống
bất kỳ các loại sản phẩm nào. Nó phụ thuộc đồng thời vào các quá trình sản xuất,
truyền tải, phân phối và tiêu thụ. Sở hữu những đặc tính khác biệt và trực tiếp tham
gia vào các quá trình sản xuất các dạng sản phẩm khác nhau, nó được coi là một
nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng của các sản phẩm này. Không những
vậy với sự ra đời và sử dụng rộng rãi của các thiết bị phụ tải nhạy cảm với chất
lượng điện như máy tính, các thiết bị đo lường, bảo vệ rơle, hệ thống thông tin liên
lạc, chúng đòi hỏi phải được cung cấp điện với chất lượng cao. Việc suy giảm chất
lượng điện làm cho thiết bị vận hành với hiệu suất thấp, tuổi thọ bị suy giảm, ảnh
hưởng trực tiếp đến kinh tế không chỉ của mỗi cá nhân mà còn đối với toàn xã hội
nhất là trong thời kỳ mà Việt Nam đã gia nhập WTO. Do đó việc nâng cao chất
lượng điện đặc biệt là trong lưới điện phân phối mang một ý nghĩa chiến lược và
cần sự phối hợp nhận thức của toàn xã hội.
Trước những yêu cầu đó ngoài việc mở rộng, phát triển nguồn điện thì vấn
đề nghiên cứu, đưa ra các giải pháp đảm bảo các thông số chất lượng điện là một
vấn đề cấp bách hiện nay.
Mục ñích nghiên cứu:
Cơ sở lý thuyết về lưới phân phối, các vấn đề về chất lượng điện năng của
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ..................
2

CHƯƠNG 1
LƯỚI PHÂN PHỐI VÀ CÁC VẤN ðỀ CHUNG VỀ
CHẤT LƯỢNG ðIỆN NĂNG

1.1 Tổng quan về lưới phân phối
1.1.1 Khái niệm chung
Lưới phân phối là một bộ phận của hệ thống điện làm nhiệm vụ phân phối
điện năng từ các trạm biến áp trung gian cho các phụ tải. Lưới phân phối nói chung
gồm 2 thành phần đó là lưới phân phối điện trung áp 6-35kV và lưới phân phối điện
hạ áp 380/220 V hay 220/110 V.
Lưới phân phối có tầm quan trọng đặc biệt đối với hệ thống điện và mang
nhiều đặc điểm đặc trưng:
1. Trực tiếp đảm bảo chất lượng điện cho các phụ tải.
2. Giữ vai trò rất quan trọng trong đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho phụ
tải. Có đến 98 % điện năng bị mất là do sự cố và ngừng điện kế hoạch lưới phân
phối. Mỗi sự cố trên lưới phân phối đều có ảnh hưởng rất lớn đến sinh hoạt của
nhân dân và các hoạt động kinh tế, xã hội.
3. Sử dụng tỷ lệ vốn rất lớn: khoảng 50 % vốn cho hệ thống điện (35 % cho
nguồn điện, 15 % cho lưới hệ thống và lưới truyền tải).
4. Tỷ lệ tổn thất điện năng rất lớn: khoảng (40 ÷ 50) % tổn thất xảy ra trên lưới
phân phối.
5. Lưới phân phối trực tiếp cung cấp điện cho các thiết bị điện nên nó ảnh
hưởng trực tiếp đến tuổi thọ, công suất và hiệu quả của các thiết bị điện.
1.1.2. Cấu trúc lưới phân phối
Lưới phân phối gồm lưới phân phối trung áp và lưới phân phối hạ áp. Lưới
phân phối trung áp có cấp điện áp trung bình từ 6-35 kV, đưa điện năng từ các trạm
trung gian tới các trạm phân phối hạ áp. Lưới phân phối hạ áp có cấp điện áp
380/220 V hay 220/110 V cấp điện trực tiếp cho các hộ tiêu thụ điện.
Nhiệm vụ của lưới phân phối là cấp điện cho phụ tải với chất lượng điện
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ..................


(1) (2) (3) (4) (5)
1 2 3 4 55
MC
P
max1
P
max2
P
max3
P
max4
P
max5

Hình 1.2 - Lưới phân phối hình tia có phân đoạn

Lưới điện kín vận hành hở, Hình 1.3, lưới này có cấu trúc mạch vòng kín
hoặc 2 nguồn, có các thiết bị phân đoạn trong mạch vòng. Bình thường lưới vận
hành hở, khi có sự cố hoặc sửa chữa đường dây người ta sử dụng các thiết bị đóng
cắt để điều chỉnh hồ sơ cấp điện, lúc đó phân đoạn sửa chữa bị mất điện, các phân
đoạn còn lại vẫn được cấp điện bình thường.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ..................
5

(1) (2) (3) (4) (5)
1 2 3 4 55
(11) (10) (9) (8) (7)
10 9 8 7 56
(6)

năng với với tần số định mức của hệ thống điện và với điện áp định mức của thiết bị
đó. Nhưng việc đảm bảo tuyệt đối ổn định hai thông số này trong suốt quá trình làm
việc của thiết bị là không thể thực hiện được do các nhiễu loạn thường xuyên xảy ra
trong hệ thống, do sự phân phối không đều điện áp trong mạng điện và do chính quá
trình làm việc của các thiết bị ở các điểm khác nhau là hoàn toàn ngẫu nhiên. Cho
nên chất lượng điện năng không có giá trị tuyệt đối với các thông số và chúng được
coi là đảm bảo nếu tần số và điện áp biến đổi trong phạm vi cho phép quanh mức
chuẩn đã quy định.
Thực tế cho thấy chất lượng cung cấp điện bị ảnh hưởng đáng kể bởi chất
lượng điện áp cung cấp cho khách hàng, nó bị tác động bởi các thông số trên đường
dây khác nhau. Có thể có các dạng như: sự biến đổi dài hạn của điện áp so với điện
áp định mức, điện áp thay đổi đột ngột, những xung dốc dao động hoặc điện áp ba
pha không cân bằng. Hơn nữa tính không đồng đều như tần số thay đổi, sự không
tuyến tính của hệ thống hoặc trở kháng phụ tải sẽ làm méo dạng sóng điện áp, các
xung nhọn do các thu lôi sinh ra cũng có thể được lan truyền trong hệ thống cung
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ..................
6
cấp. Các trường hợp này được mô tả trong hình 1.4.

Hình 1.4 - Dạng sóng điện áp lý tưởng và các thay đổi thông số lưới điện.
a) Dạng sóng điện áp lý tưởng.
b) Các dạng thay đổi của sóng điện áp.

Các xung nhọn, xung tuần hoàn và nhiễu tần số cao có tính chất khu vực. Nó
được sinh ra một số do quá trình phóng điện của các thu lôi, do tác động đóng cắt
của các van điện tử công suất, do hồ quang của các điện cực vì vậy chỉ có lan truyền
trong phạm vi và thời điểm nhất định. Cũng như vậy sự biến đổi tần số thường do
các lò trung, cao tần sinh ra và mức độ lan truyền cũng không lớn. Đối với hiện
tượng điện áp thấp và điện áp cao thì có thể xảy ra ở mọi nơi và xuất hiện dài hạn
như sự sụt giảm điện áp do sự khởi động của các động cơ cỡ lớn hay quá điện áp do

là 50 Hz. Theo EN50160 giá trị trung bình của tần số cơ bản đo được trong thời gian
hơn 10 s với hệ thống phân phối nối liền đồng bộ với một hệ thống lân cận là 50 Hz ±
1 % trong suốt 95 % thời gian trong tuần và 50 Hz + 4 %/6 % trong 100 % thời gian
trong tuần. Hệ thống phân phối không nối liền đồng bộ với một hệ thống lân cận có
dải dung sai tần số là ± 2%. Dung sai tần số của EN50160 cũng giống với quy
định hiện thời của các nước thành viên.
Nghiên cứu về mức độ thay đổi điện áp ở khách hàng, một Công ty Điện lực
ở Anh đã ghi lại các giá trị điện áp cực đại và cực tiểu của một số khách hàng mỗi
giờ 1 lần. Từ các thông tin giá trị trung bình của điện áp cực đại và cực tiểu trên
khách hàng vẽ được đồ thị: [2, tr.10]
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ..................
8

Hình 1.5 - Sự thay đổi của điện áp trên phụ tải trong ngày.

Từ đồ thị ta nhận thấy sự phụ thuộc của giá trị điện áp vào các thời điểm
trong ngày, hay nói cách khác là phụ thuộc vào quy luật hoạt động của phụ tải.
Tại Việt Nam, chất lượng điện năng được quy định trong Luật Điện lực, Quy
phạm trang bị điện và Tiêu chuẩn kỹ thuật điện như sau: [10]
1. Về ñiện áp:
- Trong điều kiện vận hành bình thường, điện áp được phép dao động trong
khoảng ± 5 % so với điện áp danh định và được xác định tại phía thứ cấp của máy
biến áp cấp điện cho bên mua hoăc tại vị trí khác do hai bên thỏa thuận trong hợp
đồng khi bên mua đạt hệ số công suất cosϕ ≥ 0,85 và thực hiện đúng biểu đồ phụ tải
đã thỏa thuận trong hợp đồng.
- Trong trường hợp lưới điện chưa ổn định, điện áp được dao động từ +5
% đến -10 %.
2. Về tần số:
- Trong điều kiện bình thường, tần số hệ thống điện được dao động trong
phạm vi ± 0,2 Hz so với tần số định mức là 50 Hz.

có nghĩa là tần số phải luôn nằm trong giới hạn: f
min
≤ f ≤ f
max
.
2.1.2 ðộ dao ñộng tần số:
Trong trường hợp tần số thay đổi nhanh với tốc độ lớn hơn 0,1%/s, sự biến
đổi đó gọi là dao động tần số. Một trong những nguyên nhân gây ra dao động tần số
là sự thay đổi đột ngột các tham số của hệ thống điện như khi xảy ra ngắn mạch,
quá trình đóng cắt tải…
2.1.3 Ảnh hưởng của sự thay ñổi tần số:
Khi có sự thay đổi tần số có thể gây ra một số hậu quả xấu ảnh hưởng đến sự
làm việc của các thiết bị điện và hệ thống điện.
a) Với thiết bị ñiện.
Các thiết bị được thiết kế và tối ưu ở tần số định mức, biến đổi tần số dẫn
đến giảm năng suất làm việc của thiết bị.
Làm giảm hiệu suất của thiết bị điện ví dụ như đối với động cơ vì khi tần số
thay đổi sẽ làm tốc độ quay thay đổi, ảnh hưởng đến năng suất làm việc của các
động cơ. Khi tần số tăng lên, công suất tác dụng tăng và ngược lại.
b) ðối với hệ thống ñiện
Biến đổi tần số ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của các thiết bị tự
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ..................
10
dùng trong các nhà máy điện, có nghĩa là ảnh hưởng đến chính độ tin cậy cung cấp
điện. Tần số giảm có thể dẫn đến ngừng một số bơm tuần hoàn trong nhà máy điện,
tần số giảm nhiều có thể dẫn đến ngừng tổ máy.
Thiết bị được tối ưu hoá ở tần số 50 Hz, đặc biệt là các thiết bị cuộn dây từ
hoá như máy biến áp.
Làm thay đổi trào lưu công suất của hệ thống, tần số giảm thường dẫn đến
tăng tiêu thụ công suất phản kháng, đồng nghĩa với thay đổi trào lưu công suất tác

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ..................
11
cosφ thấp và các phụ tải lớn làm việc đòi hỏi đột biến về tiêu thụ công suất tác dụng
và công suất phản kháng như: các lò điện hồ quang, các máy hàn, các máy cán thép
cỡ lớn, …
Dao động điện áp được đặc trưng bởi hai thông số là biên độ và tần số dao
động. Trong đó, biên độ dao động điện áp có thể xác định theo biểu thức:
Q
k
Q
k
v = 100
1 - k
(%); (2.3)
Ở đây:
Q
BA
Q
k =
S
- Tỷ lệ công suất phản kháng so với công suất định mức của MBA;
Q - Lượng phụ tải phản kháng thay đổi đột biến, MVAr;
S
BA
- Công suất định mức của máy biến áp cấp cho điểm tải, MVA.
Như vậy, biên độ dao động điện áp sẽ phụ thuộc vào giá trị hệ số k
Q
. Với
cùng một sự biến đổi phụ tải Q như nhau, nếu công suất máy biến áp lớn hơn thì
mức độ dao động điện áp giảm, điều đó có nghĩa là máy biến áp có công suất càng

12
Độ dao động điện áp được hạn chế trong miền cho phép, theo TCVN quy
định dao động điện áp trên cực các thiết bị chiếu sáng như sau:
cp
6 ∆t
∆U = 1 + = 1 +
n 10
(%); (2.6)
Trong đó:
N - là số dao động trong một giờ;
∆t - Thời gian trung bình giữa hai dao động (phút).
Nếu trong một giờ có một dao động thì biên độ được phép là 7 %. Đối với
các thiết bị có sự biến đổi đột ngột công suất trong vận hành chỉ cho phép ∆U đến
1,5 %. Còn đối với các phụ tải khác không được chuẩn hóa, nhưng nếu ∆U lớn hơn
15 % thì sẽ dẫn đến hoạt động sai của khởi động từ và các thiết bị điều khiển.
2.2.2 ðộ lệch ñiện áp
2.2.2.1. ðộ lệch ñiện áp tại phụ tải
Là giá trị sai lệch giữa điện áp thực tế U trên cực của các thiết bị điện so với
điện áp định mức U
n
của mạng điện và được tính theo công thức:
n
n
U - U
= . 100
U
ν
(%); (2.7)
Độ lệch điện áp ν


bên cung cấp và khách hàng cũng có thể thoả thuận trị số điện áp đấu nối, trị số này
có thể cao hơn hoặc thấp hơn các giá trị được ban hành.
2.2.2.2. ðộ lệch ñiện áp trong lưới hạ áp
Lưới phân phối hạ áp cấp điện trực tiếp cho hầu hết các thiết bị điện. Trong lưới
phân phối hạ áp các thiết bị điện đều có thể được nối với nó cả về không gian và thời
gian (tại bất kỳ vị trí nào, bất kỳ thời gian nào). Vì vậy trong toàn bộ lưới phân phối hạ
áp điện áp phải thỏa mãn tiêu chuẩn: ν
-
≤ ν
-
≤ ν
+
.
∆U
H
B
A
ν
P
min
1
2
3
∆U
H1
∆U
H2

A2
B1
B2

ν ν ν
ν ν ν
ν ν ν
ν ν ν
− +
− +
− +
− +

≤ ≤

≤ ≤


≤ ≤


≤ ≤

(2.8.1)
Từ đồ thị ta nhận thấy độ lệch điện áp trên lưới phải nằm trong vùng gạch
chéo, hình 2.1, gọi là miền chất lượng điện áp.
Nếu sử dụng tiêu chuẩn (2.8.1) thì ta phải đo điện áp tại hai điểm A, B trong
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ..................
14
cả chế độ phụ tải max và min.

− +
− +
− +

+ ∆ ≤ ≤ + ∆

+ ∆ ≤ ≤ + ∆


≤ ≤


≤ ≤


Nếu hai bất phương trình đầu thỏa mãn vế trái thì hai bất phương trình sau
cũng thỏa mãn vế trái và nếu hai bất phương trình sau thỏa mãn vế phải thì hai bất
phương trình đầu cũng thỏa mãn vế phải hệ trên tương đương với:
⇔
H1 B1
H2 B2
U
U
ν ν ν
ν ν ν
− +
− +

+ ∆ ≤ ≤


TA
MBA PP
∆U
H
Ε
p
∆U
B
B A
MBA nguån
∆U
TA1
∆U
TA2
∆U
B1
∆U
B1
∆U
H2
∆U
H1
Εp
Ε
1
Ε
2
0
1
2

trên lưới hạ áp.
Ở chế độ min cũng tương tự, ta có đường biểu diễn điện áp (đường 2). Nếu
đường điện áp nằm trọn trong miền chất lượng điện áp (miền gạch chéo) thì chất
lượng điện áp đạt yêu cầu, ngược lại là không đạt, khi đó cần phải có các biện pháp
điều chỉnh. Áp dụng tiêu chuẩn (2.8.1) ta có thể đánh giá được chất lượng điện áp
tại các nút cung cấp điện cho phụ tải và có thể chọn được đầu phân áp thích hợp với
cấu trúc lưới phân phối và các thông số vận hành cho trước. Song với tiêu chuẩn
này ta không so sánh được hiệu quả của các biện pháp điều chỉnh điện áp và