Nghiên cứu nâng cao chất lượng cho thiết bị điều chỉnh điện áp trong lưới điện phân phối

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

Trần Thị Tịnh

TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
Nghiên cứu nâng cao chất lƣợng cho thiết bị điều chỉnh điện áp
trong lƣới điện phân phối

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

chuyên ngành kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa

Thái Nguyên - 2014
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

Trần Thị Tịnh

TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
Nghiên cứu nâng cao chất lƣợng cho thiết bị điều chỉnh điện áp
trong lƣới điện phân phối.
Chuyên ngành: chuyên ngành kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa
Mã số: 605250
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

PHÒNG QUẢN LÝ ĐT SAU ĐẠI

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

HỌC

KHOA CHUYÊN MÔN
TRƢỞNG KHOA

Thái Nguyên - 2014
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan luận văn này là công trình do chính tác thực hiện
dưới sự hướng dẫn của TS. Ngô Đức Minh. Nội dung luận văn có nghiên cứu
sử dụng các tài liệu tham khảo như đã nêu trong phần tài liệu tham khảo.

Tác giả

Trần Thị Tịnh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................................ i
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1
CHƢƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ LƢỚI PHÂN PHỐI 3

1.1. Lƣới điện phân phối ............................................................................. 3
1.2. Ảnh hƣởng của điện áp trong hoạt động của lƣới điện .................... 4
1.2.1. Ảnh hưởng chung của lưới điện.................................................. 4
1.2.2. Ảnh hưởng của điện áp nút đến phụ tải ...................................... 7
1.3.Những giải pháp điều chỉnh điện áp thông dụng ............................. 16
1.4 Kết luận chƣơng 1 ............................................................................... 18
CHƢƠNG 2:MỘT SỐ THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG ĐIỀU
CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ................................20
2.1. Tổng quan về thiết bị bù công suất................................................... 20
2.1.1. Nguyên lý hoạt động của các thiết bị trong FACTS................. 21
2.1.2. Nhận xét: ................................................................................... 31
2.2. Xây dựng cấu trúc mạch lực thiết bị BDPC - BESS ....................... 31
2.2.1. Giới thiệu chung........................................................................ 31
2.2.2. Bộ biến đổi công suất ................................................................ 33
2.2.3. Điện cảm đầu ra của bộ biến đổi công suất .............................. 37
2.2.4. Kho trữ năng lượng một chiều .................................................. 38
2.3. Mô hình bộ biến đổi BDPC-BESS trong lƣới điện phân phối ....... 45
2.4. Cấu trúc hệ điều khiển BDPC-BESS ............................................... 51
2.4.1. Mô hình cấu trúc bộ điều khiển ................................................ 51
2.4.2. Nguyên lý xác định góc pha vector điện áp .............................. 52
2.4.3. Điều chế vector không gian SVM cho hệ BESS ...................... 54
2.4.4. Thiết kế bộ điều chỉnh dòng điện cho hệ BESS ....................... 60
2.4.5. Cấu trúc bộ điều chỉnh kiểu PI.................................................. 61
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

2.4.6. Bộ điều chỉnh kiểu Dead-Beat .................................................. 63
2.4.7. Thiết kế bộ điều chỉnh điện áp tại điểm kết nối chung PCC .... 68
2.4.8. Bộ điều khiển công suất tác dụng ............................................. 70

2.5. Kết luận chƣơng 2 ............................................................................. 71
CHƢƠNG 3: MÔ HÌNH HÓA MÔ PHỎNG MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐIỀU
CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ................................73
3.1. Mô phỏng hoạt động của BDPC trong lƣới điện phân phối .......... 73
3.1.1. Cấu trúc hệ thống ...................................................................... 73
3.1.2. Thiết kế các khối chính ............................................................. 73
3.1.3. Kết quả mô phỏng ..................................................................... 77
3.2. Mô phỏng hoạt động của SVC trong lƣới điện phân phối ............. 81
3.2.1. Cấu trúc hệ thống ...................................................................... 81
3.2.2. Kết quả mô phỏng ..................................................................... 86
3.3. Kết luận chƣơng 3 .............................................................................. 90
CHƢƠNG 4:NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRẠM BÙ SCV TẠI THÁI
NGUYÊN ................................................................................................................91
4.1. Giới thiệu chung ................................................................................. 91
4.2. Nghiên cứu thực nghiệm một số hoạt động của trạm SVC Thái Nguyên ...... 96
4.2.1. Kiểm tra các bộ lọc ................................................................... 96
4.2.2. Các bước thao tác đóng điện ..................................................... 97
4.2.3. Dừng hệ thống ......................................................................... 102
4.2.4. Giám sát hoạt động của trạm trên màn hình điều khiển trung tâm .. 102
4.3. Kết luận chƣơng 4 ............................................................................ 104
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .....................................................................................105
1. Kết luận ................................................................................................ 105
2. Kiến nghị .............................................................................................. 105
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................106

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

i

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Hệ thống điện .................................................................................... 4
Hình 1.2. Dạng sóng điện áp lý tưởng và các thay đổi thông số lưới điện ....... 5
Hình 1.3. Sự thay đổi của điện áp trên phụ tải trong ngày. .............................. 7
Hình 1.4. Vùng chất lượng điện áp Hình 1.5. Chế độ làm việc trong miền CLĐA.....10
Hình 1.6. Diễn biến của điện áp trong lưới phân phối .................................... 12
Hình 1.7. CLĐA phụ thuộc mức tải

Hình 1.8. Tiêu chuẩn ...................... 14

Hình 1.9. Đặc tính của đèn sợi đốt .................................................................. 15
Hình 1.10. Sự phụ thuộc của P, Q vào điện áp ............................................... 16
Hình 2.1. Quá trình truyền tải điện năng trên đường dây……………...........21
Hình 2.2. Nguyên lý truyền tải điện năng ....................................................... 21
Hình 2.3. Sơ đồ cấu trúc của TCSC ................................................................ 23
Hình 2.4. Sơ đồ cấu trúc của SSSC ................................................................. 24
Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lý SSSC .................................................................... 24
Hình 2.6. Nguyên lý hoạt động của SSSC ...................................................... 25
Hình 2.7. Sơ đồ cấu trúc và đặc tính hoạt động của SVC............................... 26
Hình 2.8. Sơ đồ cấu trúc và đặc tính hoạt động của Statcom ......................... 27
Hình 2.9. Sơ đồ nguyên lý làm việc của Statcom ........................................... 27
Hình 2.10. Sơ đồ cấu trúc của UPFC .............................................................. 29
Hình 2.11. Sơ đồ kết nối UPFC ...................................................................... 29
Hình 2.12. Sơ đồ cấu trúc của IPFC................................................................ 30
Hình 2.13. Sơ đồ kết nối IPFC ........................................................................ 30
Hình 2.14. Cấu trúc mạch lực của BESS ........................................................ 33
Hình 2.15. Cấu trúc và ký hiệu IGBT ............................................................. 34
Hình 2.16. Sơ đồ thử nghiệm IGBT ................................................................ 34
Hình 2.17. Đặc tính đóng mở van IGBT ......................................................... 35
Hình 2.18. Cấu tạo của ắcquy axít điện cực chì ............................................. 40

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

ii
Hình 2.19. Mạch điện nối với mạch ngoài và đường cong biểu diễn quá trình
phóng nạp một ngăn trong Ắcquy ................................................................... 41
Hình 2.20. Sơ đồ tương đương của ắcquy ...................................................... 43
Hình 2.21. Quá trình phóng điện ắcquy phụ thuộc vào dòng phóng .............. 44
Hình 2.22. Sự phụ thuộc của công suất vào dòng điện phóng ........................ 45
Hình 2.23. Sơ đồ lưới phân phối có kết nối thiết bị BDPC ............................ 46
Hình 2.24.Thay thế BDPC như một nguồn áp tại PCCii ................................ 46
Hình 2.25. Sơ đồ thay thế bộ biến đổi BESS ................................................. 47
Hình 2.26. Mô hình tín hiệu trung bình bộ biến đổi BESS trong tọa độ abc . 48
Hình 2.27. Mô hình bộ biến đổi BESS ........................................................... 50
Hình 2.28. Mô hình bộ biến đổi BESS trong miền toán tử Laplace ............... 50
Hình 2.29. Cấu trúc điều khiển hệ BESS trong mạng điện cục bộ thủy điện nhỏ ...51
Hình 2.30. Biểu diễn các đại lượng vector trên tọa độ dq tựa điện áp ........... 52
Hình 2.31. Cấu trúc khối đồng bộ tựa điện áp lưới PLL ............................... 54
Hình 2.32. Dạng tín hiệu tựa đồng bộ điện áp lưới có được bằng kết quả mô phỏng......54
Hình 2.33. Tám khả năng chuyển mạch trong bộ biến biến đổi van ............ 57
Hình 2.34. Vị trí các vector chuẩn trên hệ toạ độ αβ ...................................... 57
Hình 2.35. Tổng hợp vector chuẩn trong sector 1 .......................................... 58
Hình 2.36. Thời gian đóng/cắt mỗi van trong sector 1 ................................... 59
Hình 2.37. Dạng sóng biến điệu vector SVM có được bằng kết quả mô phỏng 60
Hình 2.38. Cấu trúc khử tương tác 2 thành phần dòng iBd và iBq .................... 61
Hình 2.39. Cấu trúc bộ điều chỉnh dòng kiểu PI cho bộ biến đổi BESS ........ 62
Hình 2.40. Cấu trúc mạch vòng điều khiển dòng điện kiểu Dead-Beat ......... 65
Hình 2.41. Đáp ứng động học giữa tín hiệu đặt và tín hiệu thực đối với bộ

điều chỉnh Dead-Beat ...................................................................................... 66
Hình 2.42. Cấu trúc bộ điều chỉnh dòng kiểu Dead-Beat ............................... 67
Hình 2.43. Cấu trúc điều khiển công suất tác dụng ........................................ 71
Hình 3.1. Mô hình cấu trúc lưới phân phối với BDPC ……………………..73
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

iii
Hình 3.2. Cấu trúc mạch lực của BDPC ......................................................... 74
Hình 3.3. Khối đo lường ................................................................................. 75
Hình 3.4. Cấu trúc bộ điều khiển vòng ngoài cho bộ điều dòng điện kiểu PI 76
Hình 3. 5. Cấu trúc bộ điều khiển dòng điện kiểu PI ...................................... 76
Hình 3. 6. Cấu trúc bộ điều khiển vòng ngoài cho bộ điều dòng điện kiểu D-B .....77
Hình 3. 7. Cấu trúc bộ điều khiển dòng điện kiểu D-B .................................. 77
Hình 3.8. Điện áp lưới phía tải đo tại PCC2 khi không có BDPC ................. 78
Hình 3.9. BDPC phát công suất phản kháng điều chỉnh ổn định điện áp trên tải ...78
Hình 3.10. Điện áp lưới phía nguồn đo tại PCC1 .......................................... 79
Hình 3.11 (3.8b) Điện áp lưới phía tải đo tại PCC2 khi có BDPC ................ 79
Hình 3.12. Dòng điện bù của BDPC .............................................................. 79
Hình 3.13. Điện áp và dòng điện bù của BDPC ............................................ 80
..................... 81
Hình 3.15. Cấu trúc mô phỏng khối TCR ....................................................... 82
....................................................... 82
..................................... 84
................................................................ 85
......... 85
............................................................................... 86
Hình 3.21. Điện áp lưới đo tại PCC2 khi SVC chưa tác động........................ 87
Hình 3.22. Chế độ đóng cắt các phân cấp TSC .............................................. 87

Hình 3.23. Góc điều khiển alpha cho TCR ..................................................... 88
Hình 3.24. Điện áp lưới phân phối đo tại PCC2 ............................................. 88
Hình 3.25. Dòng bù của TSC .......................................................................... 89
Hình 3.26. Dòng bù của TCR.......................................................................... 89
Hình 4.1. Hình ảnh trạm SVC Thái Nguyên ……………………………….92
Hình 4.2. Sơ đồ nhất thứ trạm 220kV Thái Nguyên ....................................... 92
Hình 4.3. Thiết bị TCR trạm SVC Thái Nguyên ............................................ 93
Hình 4.4. Các khối TSC (FC) trạm SVC Thái Nguyên .................................. 94
..................................................................... 95
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

1
MỞ ĐẦU

Trong thiết kế cũng như vận hành lưới điện, điện áp nút là một trong
những thông số cơ bản và đặc biệt quan trọng. Giá trị điện áp tại các nút là
một trong những thông số được tính chọn ngay từ giai đoạn thiết kế. Tùy theo
các tiêu chí đề ra mà điện áp nút được chọn một giá trị khác nhau, không nhất
thiết bằng giá trị định mức mà có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn. Trong thực tế vận
hành, tùy theo mỗi kịch bản mà điều độ hệ thống yêu cầu thì giá trị điện áp tại
mỗi nút sẽ được điều chỉnh lại. Nói một cách rễ hiểu là điều chỉnh điện áp nút
là bài toán phải quan tâm triệt để trong khai thác vận hành hệ thống điện. Đối
với lưới điện phân phối, điều chỉnh điện áp nút còn có thêm ý nghĩa cho vấn
đề nâng cao chất lượng điện năng – đáp ứng đòi hỏi của tải khách hàng, và
giảm các tổn thất trong mạng điện – nâng cao tính kinh tế cho phía người bán
điện, giảm áp lực cho nguồn cung cấp. Tóm lại, điều chỉnh điện áp nút mang
lại lợi ích to lớn cho xã hội.
Việc điều chỉnh điện áp có thể được thực hiện bằng nhiều phương pháp

và các thiết bị khác nhau. Đầu tiên là phải kể tới phương pháp bù tự nhiên hay
điều chỉnh đầu phân áp máy biến áp, nhưng trong phạm vi nghiên cứu ta
không xét tới hai phương pháp này. Tiếp theo là kể đến các phương pháp bù
(điều chỉnh điện áp) nhân tạo thực hiện bằng các bộ biến đổi điện tử kết hợp
với thiết bị bù cuộn cảm hay tụ điện tĩnh. Không xét các trường hợp bù sử
dụng máy điện quay (máy bù đồng bộ). Lịch sử phát triển các thiết bị bù có
điều khiển thông qua thiết bị điện tử đến nay trải qua nhiều thế hệ và ngày
càng tỏ rõ ưu việt vượt trội. Ban đầu, công suất bù được điều chỉnh thông qua
điều chỉnh giá trị dòng điện bù nhờ các bộ biến đổi có chất lượng không cao,
dòng bù không sin nên hiệu quả bù thấp. Mặt khác, dòng và áp phía lưới cũng
không sin làm ô nhiễm lưới (ô nhiễm sóng hài) ảnh hưởng lớn đến các hoạt
động của lưới điện trên một phạm vi rộng. Tuy nhiên, phạm vi nghiên cứu của
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

2
đề tài chỉ tập trung trong phạm vi lưới phân phối, quan tâm đến các thiết bị bù
trong lưới phân phối nhằm nâng cao chất lượng bù mà thiết bị bù là có sử
dụng bộ biến đổi điện tử công suất.
Nội dung luận văn gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về lưới điện phân phối và điều chỉnh điện áp.
Chương 2: Thiết bị bù công suất phản kháng và điều chỉnh điện áp
trong lưới điện phân phối
Chương 3: Mô phỏng hoạt động của thiết bị điều chỉnh điện áp trong
lưới điện phân phối
Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm thiết bị điều chỉnh điện áp tại trạm
SVC Thái Nguyên.
Kết luận chung và kiến nghị

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

3
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ LƢỚI PHÂN PHỐI
1.1. Lƣới điện phân phối
Hệ thống điện (HTĐ) là tập hợp các phần tử tham gia vào quá trình sản
xuất, truyền tải và tiêu thụ năng lượng. Các phần tử của HTĐ được chia thành
hai nhóm:
- Các phần tử lực: bao gồm các phần tử làm nhiệm vụ sản xuất, biến
đổi, truyền tải, phân phối và sử dụng điện năng như máy phát điện, đường dây
tải điện và các thiết bị dùng điện.
- Các phần tử điều khiển: bao gồm các phần tử làm nhiệm vụ điều
khiển, điều chỉnh trạng thái HTĐ như điều chỉnh kích từ máy phát đồng bộ,
điều chỉnh tần số, điều chỉnh điện áp, bảo vệ rơle, tự động hóa...
Mỗi phần tử của HTĐ được đặc trưng bởi các thông số , được xác định về
lượng bởi tính chất vật lý của các phần tử, vai trò nhiệm vụ của chúng thể hiện
qua vị trí trên sơ đồ và các mối quan hệ giữa các phần tử . Ví dụ: Tổng trở, tổng
dẫn của đường dây, hệ số biến áp, hệ số khuếch đại của bộ phận tự động điều
chỉnh kích thích...các thông số của các phần tử cũng được gọi là các thông số của
HTĐ.
Căn cứ theo chức năng nhiệm vụ trong HTĐ, Thông tư 32/2010/TTBCT quy định phân loại lưới điện:
1. Lưới điện phân phối là phần lưới điện bao gồm các đường dây và
trạm biến áp có cấp điện áp từ 35kV trở xuống, các đường dây và trạm biến
áp có điện áp 110kV có chức năng phân phối điện.
2. Lưới điện truyền tải là phần lưới điện bao gồm các đường dây và
trạm biến áp có cấp điện áp từ 220kV trở lên, các đường dây và trạm biến áp
có điện áp 110kV có chức năng truyền tải để tiếp nhận công suất từ các nhà

máy điện vào hệ thống điện quốc gia.
Lưới phân phối có một số đặc điểm quan trọng:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

4
1. Trực tiếp đảm bảo chất lượng điện cung cấp cho các hộ phụ tải.
2. Tổng quy mô của lưới phân phối chiếm tỷ trọng lớn trong HTĐ, sử
dụng tỷ lệ vốn khoảng 50 % vốn của hệ thống điện (35% cho nguồn điện,
15% cho lưới truyền tải).
4. Tỷ lệ tổn thất điện năng rất lớn: khoảng (40

50) % tổn thất toàn HTĐ

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.

Hình 1.1. Hệ thống điện
1.2. Ảnh hƣởng của điện áp trong hoạt động của lƣới điện
1.2.1. Ảnh hƣởng chung của lƣới điện
Điện áp là một chỉ tiêu quan trong hàng đầu để đánh giá chất lượng
điện năng cung cấp. 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 cấp. Các trường hợp
này được mô tả trong Hình 1.2.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

5

Hình 1.2. Dạng sóng điện áp lý tưởng và các thay đổi thông số lưới điện
a) Dạng sóng điện áp lý tưởng.
b) Các dạ

ủ

ện 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 tần, 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 sự cố chạm đất…
Để ngăn ngừa các hiệu ứng có hại cho thiết bị của hệ thống cung cấp
trong một mức độ nhất định, luật và các quy định khác nhau tồn tại trong các
vùng khác nhau để chắc rằng mức độ của điện áp cung cấp không được ra
ngoài dung sai quy định. Các đặc tính của điện áp cung cấp được chỉ rõ trong
các tiêu chuẩn chất lượng điện áp, thường được mô tả bởi tần số, độ lớn, dạng

sóng và tính đối xứng của điện áp 3 pha. Trên thế giới có sự dao động tương
đối rộng trong việc chấp nhận các dung sai có liên quan đến điện áp. Các tiêu
chuẩn luôn luôn được phát triển hợp lý để đáp lại sự phát triển của kỹ thuật
kinh tế và chính trị.
Bởi một vài nhân tố ảnh hưởng đến điện áp cung cấp là ngẫu nhiên trong
không gian và thời gian, nên một vài đặc trưng có thể được mô tả trong các tiêu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

6
chuẩn với các tham số tĩnh để thay thế cho các giới hạn đặc biệt. Một khía cạnh
quan trọng trong việc áp dụng các tiêu chuẩn là để xem xét ở nơi nào và ở đâu
trong mạng cung cấp, các đặc tính của điện áp là định mức. Tiêu chuẩn Châu
Âu EN50160 chỉ rõ các đặc điểm của điện áp ở các đầu cuối cung cấp cho
khách hàng dưới các điều kiện vận hành bình thường. Các đầu cuối cung cấp
được định nghĩa là điểm kết nối của khách hàng nối vào hệ thống công cộng.
EN50160 chỉ ra rằng trong các thành viên của Eropean Communities Cộng đồng Châu Âu, dải biến đổi giá trị hiệu dụng (RMS) của điện áp cung
cấp trong 10 phút (điện áp pha hoặc điện áp dây) là

10 % với 95 % thời gian

trong tuần. Với hệ thống điện áp 3 pha 4 dây, là 230 V giữa pha và trung tính.
Nói đúng ra, điều này có nghĩa là mỗi tuần có hơn 8 giờ không có giới hạn cho
giá trị của điện áp cung cấp. Cũng có một số ý kiến cho rằng dung sai điện áp
10 % là quá rộng.
Tần số của hệ thống cung cấp phụ thuộc sự tương tác giữa các máy phát
và phụ tải, giữa dung lượng phát của các máy phát và nhu cầu của phụ tải. Điều
này có nghĩa là sẽ khó khăn hơn cho các hệ thống nhỏ, cô lập, để duy trì chính
xác tần số so với các hệ thống nối liền đồng bộ với một hệ thống lân cận. Trong

Eropean Communities - Cộng đồng Châu Âu tần số danh định của điện áp cung
cấp quy định 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:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

7

Hình 1.3. 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.
Ở Việt Nam, chất lượng điện năng được quy định tại TCVN, Luật Điện
lực, Quy phạm trang bị điện, Tiêu chuẩn kỹ thuật điện và gần đây nhất là
Thông tư 32/2010/TT-BCT:
- 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 hoặc tại vị trí khác do hai bên thỏa
thuận trong hợp đồng khi bên mua đạt hệ số công suất cos

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 %.
1.2.2. Ảnh hƣởng của điện áp nút đến phụ tải
1.2.2.1. Dao động điện áp
Dao động điện áp là sự biến thiên của điện áp xảy ra trong khoảng thời
gian tương đối ngắn. Được tính theo công thức:
ΔU =

U max - U min
100 (%) ;
Un

(1.1)

Tốc độ biến thiên từ Umin đến Umax không quá 1%/s. Phụ tải chịu ảnh
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

8
hưởng của dao động điện áp không những về biên độ dao động mà cả về tần
số xuất hiện các dao động đó. Nguyên nhân chủ yếu gây ra dao động điện áp

là do các thiết bị có 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:
vk =

kQ
1 - kQ

100 (%);

(1.2)

trong đó: k Q = Q - Tỷ lệ công suất phản kháng so với công suất định mức của
SBA

MBA;
Q - Lượng phụ tải phản kháng thay đổi đột biến, MVAr;
SBA - 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 kQ.
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 lớn thì mức độ dao động điện áp càng giảm, chất lượng điện
được đảm bảo. Tuy nhiên công suất của máy biến áp

năng của hệ

càng lớn thì dẫn tới nhiều yếu tố bất lợi khác như tổn thất điện năng, dòng
ngắn mạch cũng lớn hơn… Vì vậy việc giảm biên độ dao động là bài toán rất

phức tạp đòi hỏi chúng ta phải phân tích kỹ lưỡng để làm dung hòa các
yếu tố trên.
Khi cần đánh giá sơ bộ dao động điện áp khi thiết kế cấp điện, ta có thể
tính toán gần đúng như sau:
U = ΔQ . 100 (%);
SN

(1.3)

Dao động điện áp khi lò điện hồ quang làm việc:
U=

SB
.100 (%);
SN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

(1.4)
/>

9
Trong đó:
Q - Lượng công suất phản kháng biến đổi của phụ tải;
SB - Công suất của máy biến áp lò điện hồ quang;
SN - Công suất ngắn mạch tại điểm có phụ tải làm việc.
Độ dao động điện áp được hạn chế trong miền cho phép, theo TCVN
quy định dao động điện áp trên đầu cực các thiết bị chiếu sáng như sau:
ΔUcp = 1 +

6
Δt (%);
=1+
n
10

(1.5)

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 %.
Ngoài ra, đối với các phụ tải khác nếu ∆U lớn hơn 15 % thì sẽ dẫn đến
phát sinh các hoạt động không mong muốn của thiết bị lực cũng như của các
thiết bị điều khiển.
1.2.2.2. Độ lệch điện áp
1) Độ lệch điện 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 Un của mạng điện và được tính theo công thức:
=

Độ lệ

U - Un
. 100 (%);
Un

(1.6)

phải thỏa mãn điều kiện:

-

≤ ≤

+

trong đó :

-

,

+

là giới hạn dưới và giới hạn trên của độ lệch điện áp.
Độ lệch điện áp được tiêu chuẩn hóa theo mỗi nước. Ở Việt Nam
quy định:
- Độ lệch cho chiếu sáng công nghiệp và công sở, đèn pha trong
giới hạn: -2,5 % ≤

cp

≤ +5 %.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

10
- Độ lệch cho động cơ -5,5 % ≤
- Các phụ tải còn lại. -5 % ≤

cp

cp

≤ +10 %.

≤ +5 %.

Với các sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải mặc dù không gây ra
mất điện cho khách hàng do đã được bảo vệ bởi các thiết bị bảo vệ như rơle,
máy cắt tự động… Tuy nhiên hiện tượng sụt áp vẫn xảy ra. Do đó phải đảm
bảo không được tăng quá 110 % điện áp danh định ở các pha không bị sự cố
đến khi sự cố bị loại trừ … Ngoài ra 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) Độ lệch điện 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:

Tr¹m ph©n phèi
B

≤

-

≤

+

.

MiÒn CL§A

L-íi h¹ ¸p
A
UH

B

-

A

2
Pmin

1
3

P
Pmax

MiÒn CL§A
UH2
UH1

Hình 1.4. Vùng chất lượng điện áp

Hình 1.5. Chế độ làm việc trong miền CLĐA

Trên hình 1.4 chỉ ra: Nếu tại hai vị trí A và B điểm mà ở đó chất lượng
điện áp đáp ứng yêu cầu thì tất cả các vị trí còn lại và vùng sẽ đạt yêu cầu về
độ lệch điện áp. Đó là điểm đầu lưới (điểm B) và điểm cuối lưới (điểm A),
trong hai chế độ max và chế độ min của phụ tải.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

11
Phối hợp các yêu cầu trên ta lập được các tiêu chuẩn sau, trong đó quy
ước số 1 chỉ chế độ max, số 2 chỉ chế độ min.
A1
A2

(1.7)

B1
B2

Từ đồ thị ta nhận thấy độ lệch điện áp trên lưới phải nằm trong vùng
gạch chéo, hình 1.5, gọi là miền chất lượng điện áp.
Nếu sử dụng tiêu chuẩn (1.7) thì ta phải đo điện áp tại hai điểm A, B

trong cả chế độ phụ tải max và min.
Giả thiết tổn thất điện áp trên lưới hạ áp được cho trước, ta chỉ đánh giá
tổn thất điện áp trên lưới trung áp. Vì vậy ta có thể quy đổi về đánh giá chất
lượng điện áp chỉ ở điểm B là điểm đầu của lưới phân phối hạ áp hay điện áp
trên thanh cái 0,4 kV của trạm phân phối.
Ta có:
A1

B1

UH1

A2

B2

UH2

(1.8)

Thay vào (1.7) ta được:
U H1

B1

U H1

U H2

B2

U H2

B1
B2

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:
U H1

B1

U H2

B2

(1.9)

Ta có thể vẽ được đồ thị biểu diễ

(1.7) trên Hình 1.5

ứng với hai chế độ công suất max và min của phụ tải.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

12
Tiêu chuẩn này được áp dụng như sau:

Khi cho biết UH trên lưới hạ áp ở hai chế độ max và min, ta lập đồ thị
đánh giá chất lượng điện như hình 1.4. Sau đó đo điện áp trên thanh cái trạm
phân phối trong chế độ max và min, tính được

B1,

B2.

Đặt hai điểm này vào

đồ thị rồi nối bằng một đường thẳng. Nếu đường này nằm trọn trong miền
chất lượng (đường 3) thì độ lệch điện áp trên lưới đạt yêu cầu, nếu nó có phần
nằm ngoài miền chất lượng (đường 1, 2) thì độ lệch điện áp trên lưới không
đạt yêu cầu và đòi hỏi chúng ta cần có các biện pháp để điều chỉnh điện áp
phù hợp đảm bảo cho độ lệch nằm trong miền giới hạn.
3) Diễn biến của điện áp trong lưới phân phối
Phân tích lưới phân phối với cấu trúc như hình vẽ sau:

MBA nguån

MBA PP

§D trung ¸p
E

UTA
p

UB

B

L-íi h¹ ¸p

A

UH
B

A

UTA1
1

p

UB1

UB1

2

UTA2

UH1
UH2

Hình 1.6. Diễn biến của điện áp trong lưới phân phối
Ở chế độ max, nhờ bộ điều áp dưới tải ở các trạm 110 kV nên điện áp
đầu nguồn đạt độ lệch E1 so với điện áp định mức. Khi truyền tải trên đường

dây trung áp, điện áp sụt giảm một lượng là UTA làm điện áp thanh cái đầu
vào máy biến áp phân phối giảm xuống (đường 1) nhưng tại máy biến áp
phân phối có các đầu phân áp cố định nên điện áp có thể tăng lên hoặc giảm,
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

13
tuỳ theo vị trí đầu phân áp đến điện áp Ep1. Ở đầu ra của máy biến áp phân
phối điện áp giảm xuống do tổn thất điện áp UB1 trong máy biến áp phân
phối. Đến điểm A ở cuối lưới phân phối hạ áp điện áp giảm xuống thấp hơn
nữa do tổn thất UH1 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 bổ sung. Áp dụng tiêu chuẩn (1.7) 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 không thể lập mô hình tính toán để giải
trên máy tính. Để khắc phục ta đưa ra tiêu chuẩn tổng quát sau:
Từ sơ đồ trên ta lập được biểu thức tính toán:
B1

E1

U TA1 +E P

U B1

B2

E2

U TA2 +E P

U B2

A1

U B1

U H1

A2

U B2

U H2

(1.10)

Xét thêm độ không nhạy của thiết bị điều áp ta rút ra hai tiêu chuẩn:
U U1 +ε
U U2 +ε

B1

ε

B2

ε

(1.11)

Tiêu chuẩn (1.7) cho phép đánh giá chất lượng điện áp của toàn lưới hạ
ểm B là thanh cái của máy biến áp hạ áp khi đã biết tổn thất điện áp
trong lưới hạ áp ở chế độ max UH1 và chế độ min UH2.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

14

Hình 1.7. CLĐA phụ thuộc mức tải

Hình 1.8. Tiêu chuẩn

Tiêu chuẩn (1.7) được vẽ trên hình 1.7 theo quan hệ với công suất phụ
tải, giả thiết quan hệ này là tuyến tính. Miền gạch chéo là miền chất lượng
điện áp. Khi độ lệch điện áp tại B nằm trong miền này thì chất lượng điện áp
trong toàn lưới hạ áp được đảm bảo và ngược lại.
Tiêu chuẩn này được vẽ trên hình 1.8 với trục ngang là độ lệch điện áp
B1,

chất lượng điện áp được đảm bảo khi

U1+ và

+

B1

nằm trong miền giữa

-

+

- .

4) Ảnh hưởng của điện áp đến sự làm việc của phụ tải
Trong thực tế, khi các thiết bị điện làm việc với chất lượng điện kém sẽ
dẫn đến nhiều hậu quả không tốt: tác động xấu đến sức khỏe người lao động,
giảm năng suất và chất lượng sản phảm, rút ngắn tuổi thọ của thiết bị điện…
Cụ thể như sau:
1- Đối với động cơ:
Mô men của động cơ không đồng bộ tỷ lệ với bình phương điện áp U
đặt vào động cơ. Đối với động cơ đồng bộ khi điện áp thay đổi làm cho
momen quay thay đổi, khả năng phát công suất phản kháng của máy phát và
máy bù đồng bộ giảm đi khi điện áp giảm quá 5% so với định mức. Vì vậy bất
kỳ sự thay đổi điện áp nào cũng tác động không tốt đến sự làm việc của các
động cơ.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

15
2. Đối với thiết bị chiếu sáng
Các thiết bị chiếu sáng rất nhạy cảm với điện áp, khi điện áp giảm 2,5
% thì quang thông của đèn dây tóc giảm 9 %, hình 1.9. Đối với đèn huỳnh
quang khi điện áp tăng 10 % thì tuổi thọ của nó giảm (20 25) %, với các đèn
có khí, khi điện áp giảm xuống quá 20% định mức thì nó sẽ tắt và nếu duy trì
độ tăng điện áp kéo dài thì có thể cháy bóng đèn. Đối với các đèn hình khi
điện áp nhỏ hơn 95 % điện áp định mức thì chất lượng hình ảnh bị méo. Các
đài phát hoặc thu vô tuyến, các thiết bị liên lạc bưu điện, các thiết bị tự động
hóa rất nhạy cảm với sự thay đổi của điện áp. Như khi xảy ra dao động điện
áp nó sẽ gây ra dao động ánh sáng, làm hại mắt người lao động, gây nhiễu
máy thu thanh, máy thu hình và thiết bị điện tử. Chính vì thế độ lệch điện áp
cho phép đối với các thiết bị chiếu sáng và thiết bị điện tử được quy định nhỏ
hơn so với các thiết bị điện khác.

Hình 1.9. Đặc tính của đèn sợi đốt
2. Các dụng cụ đốt nóng, các bếp điện trở
Công suất tiêu thụ trong các phụ tải loại này tỷ lệ với bình phương điện
áp đặt vào. Khi điện áp giảm hiệu quả đốt nóng của các phần tử giảm rõ rệt.
Đối với các lò điện sự biến đổi điện áp ảnh hưởng nhiều đến đặc tính kinh tế
kỹ thuật của các lò điện.
3. Đối với nút phụ tải tổng hợp
Khi thay đổi điện áp ở nút phụ tải tổng hợp bao gồm các phụ tải thành
phần thì công suất tác dụng và phản kháng do nó sử dụng cũng biến đổi theo
đường đặc tính tĩnh của phụ tải, hình 1.10.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

16

P, Q
Q
P

0

Ugh

Un

U

Hình 1.10. Sự phụ thuộc của P, Q vào điện áp
Ta thấy công suất tác dụng ít chịu ảnh hưởng của điện áp so với công
suất phản kháng. Khi điện áp giảm thì công suất tác dụng và công suất phản
kháng đều giảm, đến một giá trị điện áp Ugh nào đó, nếu điện áp tiếp tục giảm
công suất phản kháng tiêu thụ tăng lên, hậu quả là điện áp lại càng giảm và
phụ tải ngừng làm việc, hiện tượng này gọi là hiện tượng thác điện áp, có
thể xảy ra với một nút phụ tải hay toàn hệ thống điện khi điện áp giảm
xuống (70 80) % so với điện áp định mức ở nút phụ tải. Đây là một sự cố vô
cùng nguy hiểm cần phải có biện pháp ngăn chặn kịp thời.
4. Đối với hệ thống điện
Sự biến đổi điện áp ảnh hưởng đến các đặc tính kỹ thuật của hệ thống
điện. Điện áp giảm sẽ làm giảm công suất phản kháng do máy phát điện và
các thiết bị bù sinh ra. Đối với máy biến áp, khi điện áp tăng, làm tăng tổn
thất không tải, tăng độ cảm ứng từ trong lõi thép gây phát nóng cục bộ. Khi
điện áp tăng quá cao có thể chọc thủng cách điện.
1.3.Những giải pháp điều chỉnh điện áp thông dụng
Để duy trì điện áp trên đầu cực thiết bị dùng điện trong miền giới hạn
hay nằm trong phạm vi cho phép chúng ta phải áp dụng các biện pháp điều

chỉnh điện áp để ít nhất có thể bù được các tổn thất điện áp do các phần tử
trong các hệ thống cung cấp điện gây ra và trong nhiều trường hợp chúng ta
phải phối hợp nhiều biện pháp điều chỉnh điện áp với nhau vì có phương pháp
điều chỉnh này có thể cải thiện được thông số này nhưng lại gây ảnh hưởng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

17
không tốt đến các thông số khác. Nhìn chung, trong các biện pháp điều chỉnh
điện áp hiện nay chúng ta thấy rằng:
Đối với các phương pháp điều chỉnh điện áp ở thanh cái trạm phát điện:
Bằng cách thay đổi kích từ của máy phát điện để điều chỉnh điện áp ở thanh
cái trạm phát điện. Biện pháp này thực hiện đơn giản và có ảnh hưởng chung
trong toàn mạng. Nhưng bất cập ở chỗ, nếu đáp ứng tốt cho phụ tải ở gần thì
lại không phù hợp với phụ tải ở xa và ngược lại.
Đối với các máy biến áp trung gian (Trạm biến áp trung gian) cấp điện
cho một vùng rộng lớn, thường dùng máy biến áp có điều chỉnh điện áp dưới
tải. Trong trường hợp chỉ có máy biến áp thường thì thanh cái phía hạ áp của
máy biến áp của máy biến áp nên đặt các máy đồng bộ công suất lớn để tiến
hành điều chỉnh điện áp.
Điều chỉnh điện áp riêng cho từng điểm trong mạng điện: Ở những nơi
phụ tải yêu cầu cao về điện áp, chúng ta có thể đặt các thiết bị điều chỉnh điện
áp như: máy biến áp có tự động điều chỉnh điện áp, máy bù đồng bộ, tụ điện
tĩnh,… Phương pháp điều chỉnh này thích hợp với yêu cầu của từng phụ tải và
luôn được ưu tiên chú ý sử dụng, song có nhược điểm là phải dùng nhiều thiết
bị điều chỉnh phân tán.
Trong thực tế phải phối hợp giữa điều chỉnh ở trung tâm và cục bộ
mạng điện. Đồng thời ngoài việc dùng các thiết bị điều chỉnh điện áp chúng ta
phải áp dụng các biện pháp tổng hợp khác để đảm bảo lợi ích của toàn hệ

thống.
Điện áp tại các điểm nút trong hệ thống được duy trì ở một giá trị định
trước nhờ có những phương thức vận hành hợp lý, chẳng hạn như tận dụng
công suất phản kháng của các máy phát hoặc máy bù đồng bộ, ngăn ngừa quá
tải tại các phần tử của hệ thống điện, tăng và giảm tải hợp lý của những
đường dây truyền tải, chọn tỷ số biến đổi thích hợp ở các máy biến áp hay sử
dụng các thiết bị bù truyền thống và hiện đại để bù lượng công suất phản
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>