Nghiên cứu chất lượng điện trong lưới điện phân phối

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 ..................
i
LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, có sử dụng
những kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học lớn. Các số liệu, kết quả trong luận
văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ
rõ nguồn gốc.

Tác giả


ðào Xuân Tiến

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

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ..................
iii
MỤC LỤC

LỜI CAM ðOAN
i

LỜI CẢM ƠN
ii

MỤC LỤC
iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU
v

DANH MỤC HÌNH VẼ
vi

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
ix

MỞ ðẦU
1

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

3

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

3.3 Đánh giá chất lượng điện theo tiêu chuẩn đối xứng 36
3.4 Đánh giá chất lượng điện theo tiêu chuẩn tích phân điện áp 40
3.5 Đánh giá chất lượng điện theo tương quan giữa công suất và điện áp 41
3.6 Đánh giá chất lượng điện theo độ không sin của điện áp 42
CHƯƠNG 4 : CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ðIỆN
TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI

44
4.1 Nhóm các biện pháp tổ chức quản lý vận hành 44
4.2 Nhóm các biện pháp kỹ thuật 45
4.3 Điều chỉnh điện áp 46
4.4 Bù công suất phản kháng 47
4.5 Các phương pháp khử sóng hài 75
4.6 Đối xứng hóa lưới điện 84
CHƯƠNG 5 : SỬ DỤNG PHẦN MỀM PSS/ADEPT ðÁNH GIÁ CHẤT
LƯỢNG ðIỆN LỘ 371 E28.2

98
5.1 Giới thiệu tổng quan phần mềm PSS/ADEPT 98
5.1 Đánh giá chất lượng điện năng lộ 371 E28.2 lưới điện Hưng Yên 107
KẾT LUẬN
118

TÀI LIỆU THAM KHẢO
120

PHỤ LỤC
121

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

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ..................
vi
DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình số Tên bảng Trang
Hình 1.1 Lưới phân phối hình tia không phân đoạn. 4

Hình 1.2 Lưới phân phối hình tia có phân đoạn. 4
Hình 1.3 Lưới điện kín vận hành hở. 5
Hình 1.4 Dạng sóng điện áp lý tưởng và các thay đổi thông số lưới điện. 6
Hình 1.5 Sự thay đổi của điện áp trên phụ tải trong ngày. 8
Hình 2.3 Diễn biến của điện áp trong lưới phân phối. 15
Hình 2.6 Đặc tính của đèn sợi đốt. 17
Hình 2.7 Sự phụ thuộc của P, Q vào điện áp. 18
Hình 2.8 Sự phụ thuộc của tổn thất điện năng vào các hệ số KĐX. 22

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 4.12 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của S
TATCOM.
65
Hình 4.13 SSSC dựa trên bộ biến đổi nguồn áp và SSSC có nguồn dự trữ. 67
Hình 4.14 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của
TCSC.
68
Hình 4.15 Cấu tạo của TSSC. 69
Hình 4.16 Cấu tạo chung của TCSR và TSSR. 70
Hình 4.17 Nguyên lý hoạt động của UPFC. 71
Hình 4.18 Cấu tạo chung của TCPST. 72
Hình 4.19 TVCL. 72
Hình 4.20 TCVR loại dựa trên đầu phân áp và loại dựa trên sự đưa
thêm điện áp vào đường dây.
73
Hình 4.21 Sơ đồ đơn tuyến và sơ đồ tương đương LC. 75
Hình 4.22 Tổng trở của mạng điện khi lắp cuộn cảm triệt hài. 76
Hình 4.23 Mạch lọc thụ động. 78
Hình 4.24 Sơ đồ mô phỏng bộ lọc sóng hài bậc 5. 79
Hình 4.25 Dạng sóng điện áp trên lưới khi có nguồn phát sóng hài
không có bộ lọc.
79
Hình 4.26 Dạng sóng điện áp trên lưới khi có bộ lọc hài bậc 5. 79
Hình 4.27 Sơ đồ nguyên lý của bộ lọc tích cực. 80
Hình 4.30 Mô hình hóa phụ tải 3 pha không đối xứng bất kỳ. 88
Hình 5.1 Giao diện chính của chương trình PSS/ADEPT 5.0. 99
Hình 5.2 Các nút và thiết bị vẽ sơ đồ lưới điện. 100
Hình 5.3 Chu trình triển khai chương trình PSS/ADEPT. 100
Hình 5.4 Cửa sổ khai báo tham số lưới điện. 101
Hình 5.6 Giao diện hiển thị trào lưu công suất. 102

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

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ..................
ix
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

CSTD Công suất tác dụng
CSPK Công suất phản kháng
MBA Máy biến áp
CLĐN Chất lượng điện năng
ĐADT Điều áp dưới tải
HTĐ Hệ thống điện
STATCOM Thiết bị bù tĩnh
SVC Thiết bị bù tĩnh điều khiển bằng Thyristor
TSC Tụ đóng mở bằng thyristor
TCR Kháng điều chỉnh bằng Thyristor
TSR Kháng đóng mở bằng thyristor
SSSC Bộ bù nối tiếp đồng bộ tĩnh
IPFC Bộ điều khiển dòng công suất lien đường dây
TCSC Thiết bị bù dọc điều khiển bằng Thyristor
TSSC Tụ điện nối tiếp đóng mở bằng thyristor
TCSR Điện kháng nối tiếp điều khiển bằng thyristor
TSSR Kháng điện nối tiếp đóng mở bằng thyristor
UPFC Thiết bị điều khiển dòng công suất
TCPST Biến áp dịch pha điều khiển bằng thyristor
TCVL Bộ giới hạn điện áp điều chỉnh bằng thyristor
TCVR Bộ điều chỉnh điện áp điều chỉnh bằng thyristor
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ..................
1
MỞ ðẦU

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

lưới phân phối. Trong phạm vi luận văn này tác giả chủ yếu nghiên cứu về chất
lượng điện áp, các phương pháp đánh giá và biện pháp nâng cao chất lượng điện áp.
Áp dụng tính toán chất lượng điện áp bằng máy tính cho một lưới điện cụ thể.
ðối 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: Lưới phân phối và các vấn đề chung về chất lượng điện năng.
Chương 2: Các chỉ tiêu cơ bản đánh giá chất lượng điện năng trong lưới
phân phối.
Chương 3: Các phương pháp đánh giá chất lượng điện.
Chương 4: Các biện pháp nâng cao chất lượng điện
Chương 5: Sử dụng phần mềm PSS/ADEPT tính toán chất lượng điện áp cho
lưới điện tỉnh Hưng Yên.
Kết luận.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ..................
3

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 ..................

4
năng trong giới hạn cho phép tức là đảm bảo để các phụ tải hoạt động đúng với các
thông số yêu cầu đề ra. Về cấu trúc lưới phân phối thường là:
Lưới phân phối hình tia không phân đoạn, Hình 1.1, đặc điểm của nó là đơn
giản, rẻ tiền nhưng độ tin cậy thấp, không đáp ứng được các nhu cầu của các phụ tải
quan trọng.


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

Hình 1.1 - Lưới phân phối hình tia không phân đoạn.

Lưới phân phối hình tia có phân đoạn, Hình 1.2, là lưới phân phối hình tia
được chia làm nhiều đoạn nhờ thiết bị phân đoạn là các dao cách ly, cầu dao phụ tải,
hay máy cắt phân đoạn… các thiết bị này có thể thao tác tại chỗ hoặc điều khiển từ
xa. Lưới này có độ tin cậy cao hay thấp phụ thuộc vào thiết bị phân đoạn và thiết bị
điều khiển chúng.

(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)

MC
MC
P
max1
P
max2
P
max3
P
max4
P
max5
P
max10
P
max9
P
max8
P
max7
P
max6

Hình 1.3 - Lưới điện kín vận hành hở.

Sơ đồ lưới điện kín vận hành hở có độ tin cậy cao hơn các sơ đồ trước. Về
mặt nguyên tắc lưới có thể vận hành kín song đòi hỏi thiết bị bảo vệ, điều khiển
phải đắt tiền và hoạt động chính xác. Vận hành lưới hở đơn giản và rẻ hơn nhiều.
1.2 Các vấn ñề chung về chất lượng ñiện năng
Chất lượng điện được đảm bảo nếu thiết bị dùng điện được cung cấp điện

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

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 vì 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
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ..................
7
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: [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.

- Trường hợp hệ thống chưa ổn định, cho phép độ lệch tần số là ± 0,5 %.




Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ..................
9
CHƯƠNG 2
CÁC CHỈ TIÊU CƠ BẢN ðÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ðIỆN NĂNG
TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI

2.1 Tần số
2.1.1 ðộ lệch tần số:
Là hiệu số giữa giá trị tần số thực tế và tần số định mức: (f - f
n
)

gọi là độ lệch
tần số. Độ lệch tần số có thể biểu thị dưới dạng độ lệch tương đối:
n
n
f - f
∆f (%) = 100
f
(%); (2.1)
Chất lượng điện đảm bảo khi độ lệch tần số nằm trong giới hạn cho phép:
∆f
min
≤ ∆f ≤ ∆f
max

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

dụng và tăng tổn thất trên các đường dây truyền tải.
Tần số nằm trong giới hạn nguy hiểm là từ (45 ÷ 46) Hz, ở tần số này năng suất
của các thiết bị dung điện giảm, hệ thống mất ổn định, xuất hiện sự cộng hưởng làm
cho các máy phát, động cơ bị rung mạnh và có thể bị phá hỏng.
Ngoài ra sự biến đổi của tần số còn phá hoại sự phân bố công suất, kinh tế
trong hệ thống điện.
Các ảnh hưởng của tần số trong hệ thống điện đến chất lượng điện ta thấy rất
rõ trong phân tích trên. Tần số thay đổi là do có sự sai lệch về momen điện và
momen cơ trên trục máy phát. Do vậy những vấn đề về điều chỉnh sự cân bằng
momen này được thực hiện tại các nhà máy điện. Trong phạm vi nghiên cứu về lưới
điện phân phối ta coi tần số là không đổi và đi sâu nghiên cứu các vấn đề về điện áp
do chúng là một đại lượng biến đổi ở mọi điểm trên lưới điện và ảnh hưởng đến
chất lượng điện năng.
2.2 ðiện áp nút phụ tải
2.2.1 Dao ñộng ñiện 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:
max min
n
U - U
∆U = 100 (%)
U
; (2.2)
Tốc độ biến thiên từ U
min
đến U
max
không quá 1%/s. Phụ tải chịu ảnh 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

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

lớn thì mức độ dao động điện áp càng giảm, chất lượng điện năng của hệ thống càng
được đảm bảo. Tuy nhiên công suất của máy biến áp 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:
N
∆Q
U = . 100
S
∆
(%); (2.4)
Dao động điện áp khi lò điện hồ quang làm việc:
B
N
S
U = .100
S
∆
(%); (2.5)
Trong đó:
∆Q - Lượng công suất phản kháng biến đổi của phụ tải;
S
B
- Công suất của máy biến áp lò điện hồ quang;
S
N
- Công suất ngắn mạch tại điểm có phụ tải làm việc.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ..................

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

phải thỏa mãn điều kiện: ν
-
≤ ν

≤ ν
+
trong đó : ν
-
, ν
+
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 % ≤ ν
cp
≤ +5 %.
- Độ lệch cho động cơ -5,5 % ≤ ν
cp
≤ +10 %.
- Các phụ tải còn lại. -5 % ≤ ν
cp
≤ +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… 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
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ..................
13

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

P
max
P
+
ν
−
ν
B
ν
A
L−íi h¹ ¸p
ν
ν
+
ν
−
Tr¹m ph©n phèi
MiÒn CL§A
MiÒn CL§A

Hình 2.1 Hình 2.2


Ta thấy rằng có hai vị trí và hai thời điểm mà ở đó chất lượng điện áp đáp
ứng yêu cầu thì tất cả các vị trí còn lại và trong mọi thời gian 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.
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
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.

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 H1
A2 B2 H2
U
U
ν ν
ν ν
= − ∆


= − ∆

(2.8.2)
Thay vào (2.8.1) ta được:

H1 B1 H1
H2 B2 H2
B1
B2
U U
U U
ν ν ν
ν ν ν
ν ν ν
ν ν ν
− +

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

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
− +
− +

+ ∆ ≤ ≤



+ ∆ ≤ ≤


(2.8.3)
Ta có thể vẽ được đồ thị biểu diễn theo tiêu chuẩn (2.8.3) trên Hình 2.2 ứng
với hai chế độ công suất max và min của phụ tải.
Tiêu chuẩn này được áp dụng như sau:
Khi cho biết ∆U
H
trên lưới hạ áp ở hai chế độ max và min, ta lập đồ thị đánh
giá chất lượng điện như hình 2.2. Sau đó đo điện áp trên thanh cái trạm phân phối
trong chế độ max và min, tính được ν
B1
, ν
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.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ..................
15
2.2.2.3. Diễn biến của ñiện áp trong lưới phân phối
Phân tích lưới phân phối với cấu trúc như hình vẽ sau:


E
∆U

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

§D trung ¸p
L−íi h¹ ¸p
ν
B
ν
A
ν
+
ν
−

Hình 2.3 - 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 E
1
so với điện áp định mức. Khi truyền tải trên đường dây trung
áp, điện áp sụt giảm một lượng là ∆U
TA
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, tuỳ theo vị trí đầu phân áp đến
điện áp E
p1
. Ở đầu ra của máy biến áp phân phối điện áp giảm xuống do tổn thất
điện áp ∆U
B1
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 ∆U
H1

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