Khảo sát, đánh giá và đề xuất giải pháp nâng cao chất lượng điện năng cho lưới điện phân phối tại thành phố hồ chí minh

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

MAI TÂM KHOA

KHẢO SÁT, ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT
GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG
ĐIỆN NĂNG CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
TẠI THÀNH PHỒ HỒ CHÍ MINH

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN
Mã chuyên ngành: 8520201

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2020


Cơng trình được hồn thành tại Trường Đại học Cơng nghiệp TP. Hồ Chí Minh.
Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Võ Ngọc Điều .................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Người phản biện 1: PGS. TS. Trương Đình Nhơn .......................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Người phản biện 2: TS. Nguyễn Nhật Nam ..................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường Đại
học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày 11 tháng 10 năm 2020
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. TS. Trần Thanh Ngọc ...................................... - Chủ tịch Hợi đồng
2. PGS. TS. Trương Đình Nhơn .......................... - Phản biện 1
3. TS. Nguyễn Nhật Nam .................................... - Phản biện 2

4. TS. Châu Minh Thuyên ................................... - Ủy viên
5. TS. Dương Thanh Long .................................. - Thư ký
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN


BỘ CƠNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Mai Tâm Khoa

MSHV: 17113091

Ngày, tháng, năm sinh: 23/5/1983

Nơi sinh: TP.HCM

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã chuyên ngành: 8520201

I. TÊN ĐỀ TÀI:
Khảo sát, đánh giá và đề xuất giải pháp nâng cao chất lượng điện năng cho lưới điện
phân phối tại Thành phồ Hồ Chí Minh
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Nhiệm vụ 1: Cơ sở lý thuyết về chất lượng điện năng
- Nhiệm vụ 2: Khảo sát chất lượng điện năng trên lưới điện phân phối Thành phố Hồ
Chí Minh
- Nhiệm vụ 3: Các giải pháp nâng cao chất lượng điện năng lưới điện phân phối Thành
phố Hồ Chí Minh
- Nhiệm vụ 4: Ứng dụng Etap trong khảo sát chất lượng điện năng
II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 02/12/2019
III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ...............................................................
IV. NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. Võ Ngọc Điều
Tp. Hồ Chí Minh, ngày …… tháng …… năm 2020
NGƯỜI HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên em muốn được bày tỏ lòng kính trọng sâu sắc tới Thầy giáo – PGS. TS.
Võ Ngọc Điều là người trực tiếp hướng dẫn, tận tình chỉ bảo cho em trong suốt q
trình hồn thành luận văn này.

Em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới các thầy cơ giáo trong và ngồi Trường Đại
học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh đã giảng dạy, truyền đạt những kiến thức
và kinh nghiệm quý báu cho em trong tồn khố học.
Em cũng xin gởi lời cảm ơn đến Khoa Đào tạo Sau Đại học và Khoa Công nghệ Điện
- Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh đã cho phép và tạo điều kiện
thuận lợi, giúp đỡ để em hồn thành khóa học.
Em xin chân thành cảm ơn tập thể lãnh đạo Tổng Công ty Điện lực thành phố Hồ Chí
Minh, các đồng nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ cho em trong quá trình học tập,
nghiên cứu để hồn thành luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn!
Tp. Hồ Chí Minh, tháng …… năm 2020
Học viên

Mai Tâm Khoa

i


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Hiện nay, các dây chuyền sản x́t cơng nghiệp ngày càng hiện đại với trình đợ tự
đợng hóa cao, những thiết bị và dây chuyền này thường nhạy cảm hơn với các thông
số của điện năng. Vấn đề chất lượng điện năng càng trở nên quan trọng đối với các
đơn vị cung ứng điện lẫn khách hàng tiêu thụ điện.
Luận văn trình bày các cơ sở lý thuyết về chất lượng điện năng, bao gồm: định nghĩa,
hiện tượng, nguyên nhân sự ảnh hưởng, các thông số và tiêu chuẩn, cũng như các giải
pháp lý thuyết để nâng cao chất lượng điện áp, tần số và sóng hài bậc cao trên lưới
điện. Kết hợp các số liệu đo đạc thực tế trên lưới điện phân phối với các tiêu chuẩn
hiện hành để đánh giá chất lượng điện năng khu vực thành phố Hồ Chí Minh và từ
đó đề xuất các giải pháp cụ thể cho Tổng cơng ty Điện lực thành phố Hồ Chí Minh
và các khách hàng sử dụng điện trên địa bàn.

Kết quả nghiên cứu cho thấy, chất lượng điện năng là những vấn đề liên quan đến sự
biến thiên của điện áp, dòng điện hoặc tần số dẫn đến việc hoạt động kém hiệu quả,
hư hỏng thiết bị của đơn vị cung ứng điện hoặc của khách hàng. Bên cạnh đó, luận
văn xây dựng mơ hình các giải pháp về giảm sụt áp ngắn hạn, giảm dịng ngắn mạch,
giảm biến dạng sóng hài và tác động của nguồn phân tán trên lưới phân phối để giúp
nâng cao chất lượng điện năng.
Vì vậy, để giải quyết toàn diện vấn đề chất lượng điện năng cần có sự phối hợp và nỗ
lực của cả ba bên: các nhà sản xuất thiết bị điện, các đơn vị cung cấp điện và tồn bợ
khách hàng sử dụng điện.

ii


ABSTRACT
Today, industrial production lines are more and more modern with a high degree of
automation, which are often more sensitive to the parameters of electricity. The issue
of power quality becomes even more important to both power suppliers and
consumers.
The thesis presents theoretical foundations of power quality, including: definitions,
phenomena, causes of effects, parameters and standards, as well as theoretical
solutions to improve power quality. voltage, frequency and high-order harmonics on
the grid. Combining actual measurement data on the distribution grid with current
standards to evaluate the power quality in Ho Chi Minh City area and then propose
specific solutions to Ho Chi Minh City Power and electricity consumers in the area.
Research results show that power quality is problems related to voltage, current or
frequency variations that lead to ineffective operation, damage to equipment of power
supply units or of cutomer. In addition, the thesis modeled solutions for SAG, shortcircuit current reduction, harmonic distortion and the impact of distributed source on
distribution grid to help improve the quality of power.
Therefore, to comprehensively solve the power quality issue requires the coordination
and efforts of all three parties: electrical equipment manufacturers, power suppliers

and all electricity consumers.

iii


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn là công trình nghiên cứu của riêng tơi dưới sự hướng dẫn
của Thầy giáo – PGS. TS. Võ Ngọc Điều. Tôi cũng xin cam đoan rằng mọi sự giúp
đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thơng tin trích dẫn trong
luận văn này đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Học viên

Mai Tâm Khoa

iv


MỤC LỤC
MỤC LỤC…. .................................................................................................................. v
DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................................ vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................ x
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................................ xi
MỞ ĐẦU….. ................................................................................................................... 1
1.

Đặt vấn đề ...................................................................................................... 1

2.

Mục tiêu nghiên cứu ...................................................................................... 3

3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.................................................................. 3

4.

Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu .................................................... 3

5.

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài ........................................................................... 4

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG ..................... 5
1.1 Chất lượng điện áp của hệ thống điện ............................................................5
1.1.1 Biến thiên điện áp dài hạn .......................................................................... 5
1.1.2 Biến thiên điện áp ngắn hạn ..................................................................... 11
1.1.3 Dao động điện áp ...................................................................................... 19
1.1.4 Quá điện áp ............................................................................................... 22
1.2 Sóng hài trong hệ thống điện .......................................................................27
1.2.1 Mô tả hiện tượng ....................................................................................... 28
1.2.2 Các thông số đặc trưng ............................................................................. 28
1.2.3 Các nguyên nhân tạo ra sóng hài .............................................................. 29
1.2.4 Tác đợng của sóng hài .............................................................................. 38
1.2.5 Tiêu chuẩn sóng hài trên lưới điện quốc gia ............................................ 43
CHƯƠNG 2 KHẢO SÁT CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN
PHỐI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH .................................................... 45
2.1 Tổng quan về lưới điện thành phố Hồ Chí Minh .........................................45
2.1.1 Lược sử hình thành và phát triển .............................................................. 45
2.1.2 Tình hình quản lý kỹ thuật 05 tháng năm 2020 ....................................... 45

2.2 Chất lượng điện năng tại thành phố Hồ Chí Minh .......................................47

v


2.2.1 Cơ sở đo đạc và thu thập số liệu ............................................................... 47
2.2.2 Phân tích, đánh giá chất lượng điện năng tại thành phố Hồ Chí Minh ... 61
CHƯƠNG 3 CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG TRÊN
LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH.................. 67
3.1 Giải pháp đối với đơn vị cung ứng điện - EVNHCMC ...............................67
3.1.1 Giải pháp giám sát và đánh giá................................................................. 67
3.1.2 Giải pháp kỹ thuật ..................................................................................... 67
3.2 Giải pháp đối với khách hàng sử dụng điện .................................................69
3.2.1 Đặt vấn đề.................................................................................................. 69
3.2.2 Lựa chọn giải pháp.................................................................................... 70
3.2.3 Đánh giá chi phí ........................................................................................ 76
CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG ETAP TRONG KHẢO SÁT CHẤT LƯỢNG ĐIỆN
NĂNG ..................................................................................................... 79
4.1 Giới thiệu giao diện phần mềm Etap ...........................................................79
4.2 Các phần tử chính trong phần mềm Etap .....................................................82
4.2.1 Nguồn ........................................................................................................ 82
4.2.2 Bus ............................................................................................................. 83
4.2.3 Đường dây ................................................................................................. 83
4.2.4 Máy biến thế.............................................................................................. 83
4.3 Đánh giá một số giải pháp nâng cao chất lượng điện năng bằng Etap ........84
4.3.1 Đánh giá giải pháp giảm sụt áp ngắn hạn khi khởi động động cơ bằng
cuộn kháng nối tiếp stator ......................................................................... 90
4.3.2 Đánh giá giải pháp giảm dịng ngắn mạch sử dụng bợ hạn dịng FCL ... 95
4.3.3 Đánh giá giải pháp giảm sóng hài sử dụng bộ lọc thụ động .................... 96
4.3.4 Đánh giá tác động của nguồn phân tán trên lưới phân phối (điện mặt trời)

................................................................................................................... 99
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................... 102
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 105
PHỤ LỤC…. ............................................................................................................... 106
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN .......................................................... 116

vi


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Tổn thất điện áp .........................................................................................6
Hình 1.2 Đóng tụ bù CSPK ......................................................................................8
Hình 1.3 Dao đợng cơng suất ...................................................................................9
Hình 1.4 BTĐA ngắn hạn .......................................................................................11
Hình 1.5 Giản đồ phân loại chất lượng điện áp ......................................................11
Hình 1.6 SAG khơng chữ nhật ...............................................................................12
Hình 1.7 SAG do sự cố ngắn mạch trên HTĐ ........................................................13
Hình 1.8 Hình dạng SAG do các nguyên nhân khác nhau .....................................14
Hình 1.9 Dao đợng điện áp .....................................................................................14
Hình 1.10 Các ảnh hưởng đến BTĐA ngắn hạn do ngắn mạch ...............................15
Hình 1.11 Ảnh hưởng của các tổ đấu dây đến BTĐA ngắn hạn của phụ tải ............15
Hình 1.12 Dịch góc pha ............................................................................................17
Hình 1.13 Cấu hình đặc trưng của bợ cấp nguồn máy tính và các thiết bị điện tử ...18
Hình 1.14 Mợt số dạng dao đợng điện áp .................................................................19
Hình 1.15 Dao đợng điện áp tại đầu thanh góp phát của mợt trang trại gió. ............22
Hình 1.16 Q điện áp ngắn hạn ..............................................................................23
Hình 1.17 Dạng sóng q điện áp xung kích ............................................................23
Hình 1.18 Q đợ dao đợng điện áp do đóng tụ điện ...............................................24
Hình 1.19 Q điện áp tĩnh điện trên đường dây. ....................................................25
Hình 1.20 Quan hệ từ thơng và dịng từ hóa lõi thép ...............................................30

Hình 1.21 Quan hệ từ thơng và dịng từ hóa khi có kể đến từ trễ.............................30
Hình 1.22 Dịng từ hóa và các thành phần hài bậc cao theo điện áp ........................31
Hình 1.23 Mật đợ từ cảm trong lõi thép khi có và khơng có từ dư Br ......................32
Hình 1.24 Thành phần sóng hài trong dịng điện hồ quang ......................................33
Hình 1.25 Dạng sóng dịng điện của đèn huỳnh quang và phổ tần số của nó ..........34
Hình 1.26 Chỉnh lưu mợt pha ...................................................................................34
Hình 1.27 Bợ chỉnh lưu 12 tia ghép bằng hai bộ chỉnh lưu 6 tia ..............................35

vii


Hình 1.28 Cấu trúc điển hình của SVC bao gồm một TCR mắc song song với một
dàn tụ bù và lọc ........................................................................................36
Hình 1.29 Cấu trúc điển hình của mợt TCSC ...........................................................37
Hình 2.1 Minh họa hệ thống thu thập dữ liệu chất lượng điện năng ......................48
Hình 2.2 Dạng sóng điện áp, dòng điện thu nhận từ hệ thống giám sát chất lượng
điện năng ..................................................................................................48
Hình 2.3 Máy đo cơng śt và chất lượng điện năng C.A 8336.............................49
Hình 2.4 Sơ đồ lưới trung thế nối đất trực tiếp .......................................................50
Hình 2.5 Sơ đồ lưới trung thế nối đất qua điện trở nhỏ ..........................................50
Hình 2.6 Điểm đo 1 – trạm Phát triển CNC ...........................................................52
Hình 2.7 Điểm đo 2 – trạm Mỹ Kim ......................................................................53
Hình 2.8 Kết quả đo sóng điện áp – trạm Phát triển CNC .....................................54
Hình 2.9 Kết quả đo sóng dịng điện – trạm Phát triển CNC .................................54
Hình 2.10 Kết quả đo sóng pha L1 – trạm Phát triển CNC ......................................55
Hình 2.11 Kết quả đo sóng hài bậc 1-25 – trạm Phát triển CNC .............................55
Hình 2.12 Kết quả đo sóng hài bậc cao – trạm Phát triển CNC ...............................56
Hình 2.13 Kết quả đo sóng điện áp – trạm Mỹ Kim ................................................56
Hình 2.14 Kết quả đo sóng dịng điện – trạm Mỹ Kim ............................................57
Hình 2.15 Kết quả đo sóng pha L1 – trạm Mỹ Kim .................................................57

Hình 2.16 Kết quả đo sóng hài bậc 1-25 – trạm Mỹ Kim ........................................58
Hình 2.17 Kết quả đo sóng hài bậc cao – trạm Mỹ Kim ..........................................58
Hình 3.1 Bợ lọc sóng hài thụ đợng và chủ đợng.....................................................71
Hình 3.2 Bợ lọc tích cực .........................................................................................71
Hình 3.3 Coil hold in device ...................................................................................72
Hình 3.4 Hoạt đợng máy biến áp « ferroresonant transformer » ............................73
Hình 3.5 Hệ thống UPS ..........................................................................................73
Hình 3.6 Hệ thống bánh đà và mơtơ – máy phát ....................................................73
Hình 3.7 Hệ thống Dynamic Sag Corrector ...........................................................74
Hình 3.8 Hệ thống DVR .........................................................................................75
Hình 3.9 Hệ thống AVC kết nối UPS .....................................................................75

viii


Hình 3.10 Nguyên lý hệ thống SVC .........................................................................75
Hình 4.1 Giao diện cơ bản phần mềm ETAP .........................................................80
Hình 4.2 Các chức năng tính tốn ..........................................................................80
Hình 4.3 Các phần tử AC .......................................................................................81
Hình 4.4 Các phần tử đo lường bảo vệ ...................................................................81
Hình 4.5 Trang info của nguồn ...............................................................................82
Hình 4.6 Trang rating của nguồn ............................................................................82
Hình 4.7 Trang info của đường dây ........................................................................83
Hình 4.8 Trang info của bus ...................................................................................83
Hình 4.9 Trang rating của máy biến thế .................................................................84
Hình 4.10 Trang info của máy biến thế ....................................................................84
Hình 4.11 Sơ đồ một sợi tuyến Kênh B trạm Lê Minh Xn ...................................88
Hình 4.12 Sơ đồ mợt sợi tuyến Kênh B trạm Lê Minh Xuân trên ETAP ................89
Hình 4.13 Sơ đồ đơn tuyến Kênh B khi có đợng cơ 150 HP kết nối với Bus 4 .......90
Hình 4.14 Trước khi đợng cơ khởi đợng ..................................................................91

Hình 4.15 Đợng cơ khởi đợng ở thời điểm 1 giây ....................................................92
Hình 4.16 Dạng SAG điện áp khi khởi động động cơ tại thanh cái Bus 11 .............92
Hình 4.17 Giá trị dịng khởi đợng khi khởi đợng đợng cơ .......................................93
Hình 4.18 So sánh điện áp tại các bus khi có/khơng có c̣n kháng ........................93
Hình 4.19 Dạng SAG điện áp khi khởi đợng đợng cơ có c̣n kháng stator ...........94
Hình 4.20 Giá trị dịng khởi đợng khi khởi đợng đợng cơ có c̣n kháng stator .....94
Hình 4.21 Lưới mơ phỏng có đặt bợ hạn dịng FCL ................................................95
Hình 4.22 Ảnh hưởng FCL đến dịng ngắn mạch ....................................................95
Hình 4.23 Tạo sóng hài khi phụ tải Trần Tố Nữ phát hài lên lưới ...........................96
Hình 4.24 Lưới mơ phỏng tác đợng bợ lọc sóng hài thụ đợng .................................97
Hình 4.25 Phổ dạng sóng điện áp .............................................................................98
Hình 4.26 Phổ điện áp sau khi gắn bợ lọc ................................................................98
Hình 4.27 So sánh THDV giữa khơng có bợ lọc và có bợ lọc ...................................99
Hình 4.28 Lưới điện có nguồn mặt trời bus 4 ........................................................100

ix


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Một số loại phụ tải mô phỏng dưới dạng đa thức theo điện áp .................7
Bảng 1.2 Loại SAG .................................................................................................16
Bảng 1.3 Quy định mức nhấp nháy điện áp ............................................................22
Bảng 1.4 Phân loại quá độ dao động điện áp theo IEEE 1159-1995 ......................24
Bảng 1.5 Nguồn gốc và đặc điểm của các nguyên nhân quá điện áp nội bộ ..........25
Bảng 1.6 Mức cách điện tiêu chuẩn cho dải U 245kV .........................................27
Bảng 1.7 Mức cách điện tiêu chuẩn cho dải U> 245kV .........................................27
Bảng 2.1 Chỉ số độ tin cậy cung cấp điện 05 tháng đầu năm 2020 (theo [5]) ........47
Bảng 2.2 Mức độ ảnh hưởng chất lượng điện năng đối với từng loại lưới điện .....50
Bảng 2.3 Tổng hợp kết quả đo chất lượng điện năng .............................................59
Bảng 2.4 Đánh giá chất lượng điện áp ....................................................................63

Bảng 2.5 Đánh giá chất lượng tần số ......................................................................65
Bảng 2.6 Đánh giá tổng độ biến dạng sóng hài điện áp ..........................................66
Bảng 3.1 Các bước giải quyết vấn đề chất lượng điện năng ...................................69
Bảng 3.2 Tổng hợp các giải pháp công nghệ nâng cao chất lượng điện năng ........70
Bảng 3.3 Chi phí đầu tư bảo trì các giải pháp .........................................................76
Bảng 3.4 Thời gian hoàn vốn ..................................................................................77
Bảng 3.5 Chi phí đầu tư cơng nghệ tích trữ năng lượng .........................................77
Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật đường dây giữa các nút (đường trục) tuyến Kênh B .84
Bảng 4.2 Thông số kỹ thuật đường dây giữa các nút (nhánh rẽ) tuyến Kênh B .....86
Bảng 4.3 Kết quả điện áp tại các nút trước và sau khi khởi động động cơ .............91
Bảng 4.4 Kết quả điện áp tại các nút khi khởi động thông qua cuộn kháng nối
stator ........................................................................................................93
Bảng 4.5 Kết quả chạy mơ phỏng trước và sau khi có FCL ...................................95
Bảng 4.6 Kết quả mơ phỏng sóng hài chưa lắp bộ lọc ............................................97
Bảng 4.7 Kết quả mô phỏng với bộ lọc thụ động ...................................................98
Bảng 4.8 Kết quả mô phỏng tác động của nguồn DG...........................................100
Bảng 4.9 Kết quả mô phỏng tổn thất khi có nguồn DG ........................................101
Bảng 4.10 Kết quả mơ phỏng sóng hài khi có nguồn DG ......................................101

x


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
AC
AFC
BTĐA
CLĐN
CSPK
CSTD
DC

DIP
DĐĐA
ĐTPT
EVN
EVNHCMC
GIS
HTĐ
KCN
KCX
MBA
OLTC
PCC
PQ
PWM
QĐA
QĐĐA
SAG
SCADA
SVC
TCR
TCSC
TDD
THD
TP.HCM

Alternating Current – Năng lượng điện xoay chiều
Automatic Frequency Control – Hệ thống điều chỉnh tần số tự động
Biến thiên điện áp
Chất lượng điện năng
Công suất phản kháng

Công suất tác dụng
Direct Current – Năng lượng điện một chiều
Lõm điện áp
Dao động điện áp
Đồ thị phụ tải
Tập đồn Điện lực Việt Nam
Tổng cơng ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh
Geographic Information System – Hệ thống thơng tin địa lý
Hệ thống điện
Khu công nghiệp
Khu chế xuất
Máy biến áp
On Load Tap Changer – Bộ điều áp dưới tải
Point of Common Coupling – Chỉ số méo dạng sóng tổng hợp
Power Quality – Chất lượng điện năng
Pulse Width Modulation – Điều chế độ rộng xung
Quá điện áp
Quá độ điện áp
Sụt giảm điện áp ngắn hạn
Supervisory Control And Data Acquisition – Hệ thống điều khiển
giám sát và thu thập dữ liệu
Static Var Compensator – Bộ bù tĩnh
Thyristor Controlled Reactor - Kháng điều khiển bằng Thyristor
Thyristor-Controlled Series Compensator – Bộ bù dọc có điều khiển
bằng Thyristor
Total Demand Distortion – Chỉ số méo dạng sóng dịng điện
Total Harmonics Distortion – Chỉ số méo dạng sóng điện áp
Thành phố Hồ Chí Minh

xi

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Theo [1], điện năng là một loại hàng hóa chiến lược có vai trị quan trọng trong nền
kinh tế quốc dân. Chất lượng của điện năng được cung cấp có thể tác đợng trực tiếp
đến nhiều khách hàng sử dụng điện trong sinh hoạt và công nghiệp. Ngày nay các
dây chuyền sản xuất công nghiệp đều được trang bị hiện đại với trình đợ tự đợng hóa
cao, những thiết bị và dây chuyền này thường nhạy cảm hơn với các thông số của
điện năng được cung cấp so với thế hệ các thiết bị điện cơ trước đây. Cùng với sự
phát triển mạnh các dây chuyền sản sản xuất, các loại phụ tải điện hiệu năng cao và
yêu cầu ngày càng khắc khe đối với tiêu chuẩn cung cấp điện, vấn đề chất lượng điện
năng càng trở nên quan trọng đối với các đơn vị cung ứng điện lẫn khách hàng tiêu
thụ điện.
Chất lượng điện năng Power Quality (PQ) được hiểu là những vấn đề liên quan đến
sự biến đợng của điện áp, dịng điện hoặc tần số có thể dẫn đến việc hoạt đợng kém
hiệu quả hoặc hư hỏng thiết bị của khách hàng hoặc của đơn vị cung ứng điện.
Có nhiều lý do khiến người ta ngày càng quan tâm đến chất lượng điện năng, đó là:
1/ Các thiết bị dùng điện hiện đại nhạy cảm hơn với sự thay đổi thông số của nguồn
cấp so với những thiết bị đã sử dụng trước đây.
2/ Ngược lại, các nhà sản suất thiết bị điện ứng dụng các công nghệ hiệu năng cao
như: các bộ điều tốc điện tử công suất, các hệ thống chỉnh lưu và nghịch lưu, các thiết
bị điều chỉnh công suất phản kháng và điều khiển điện áp,… Chính những loại thiết
bị này lại là nguyên nhân của các vấn đề về chất lượng điện năng, đặc biệt là sự xuất
hiện của sóng hài điện áp và dịng điện trong lưới điện phân phối.
3/ Khách hàng sử dụng điện ngày càng ý thức rõ hơn về tác động của chất lượng điện
năng đến quá trình sản xuất và sử dụng điện, ảnh hưởng kinh tế - kỹ thuật của chất

1

lượng điện năng, ngày càng có những yêu cầu khắt khe hơn đối với đơn vị cấp điện
về chất lượng điện áp, về độ tin cậy cung cấp điện, về mức sóng hài, mức mất cân
bằng cho phép của điện áp lưới điện.
4/ Hệ thống cung cấp điện hiện đại là mợt hệ thống phức tạp, tích hợp cao, sự làm
việc hoặc hỏng hóc của mợt phần tử trong hệ thống có thể ảnh hưởng đến các phần
tử khác, thậm chí đến tồn hệ thống, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng điện năng.
Đặc biệt là sự xuất hiện sóng hài ở mợt thiết bị tiêu thụ điện có thể lan truyền sang
các hộ tiêu thụ điện lân cận, thậm chí đến các phần tử của lưới điện.
Như vậy, chất lượng điện năng ảnh hưởng trực tiếp đến 3 đối tác: nhà sản xuất thiết
bị điện, đơn vị cung cấp điện và khách hàng sử dụng điện. Cả 3 đối tác này đều nhằm
các mục đích riêng khác nhau và cần có sự nổ lực phối hợp giữa các bên:
- Các nhà sản xuất thiết bị điện mong muốn nâng cao hiệu suất và tuổi thọ của thiết
bị. Ngoài ra, giá thành của thiết bị phải thấp. Ví dụ: mợt thiết bị điện nếu được chế
tạo để có thể hoạt đợng bình thường trong mợt dải biến thiên rợng của thơng số chất
lượng điện năng thường có giá thành cao hơn.
- Đơn vị cung cấp điện luôn phấn đấu giảm tổn thất công suất và điện năng trên lưới,
tăng cường độ tin cậy cung cấp điện, giảm thiểu sự phàn nàn về chất lượng điện năng.
Ngược lại nâng cao chất lượng điện năng cho khách hàng đồng nghĩa với những
khoản đầu tư lớn để nâng cấp lưới điện, làm giảm lợi nhuận thu được.
- Các khách hàng mong muốn đạt hiệu quả cao trong sử dụng điện, tiện nghi, an toàn
và kéo dài tuổi thọ thiết bị điện. Đặc biệt là tiết kiệm tối đa chi phí khi đầu tư thiết bị
sử dụng điện và các thiết bị liên quan như: các bợ ổn định điện áp, lọc sóng hài,…
Với vai trò là Đơn vị cung cấp điện, ngành điện, Tập đồn Điện lực Việt Nam nói
chung và Tổng cơng ty Điện lực thành phố Hồ Chí Minh nói riêng cần phải kiểm sốt
chặt chẽ và có các giải pháp tích cực trong việc nâng cao chất lượng điện năng cung
cấp cho nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng sử dụng điện trên địa bàn thành phố.

2

2. Mục tiêu nghiên cứu
- Phân tích, đánh giá chính xác và đầy đủ về chất lượng điện năng theo từng khu vực
có tính chất phụ tải khác nhau trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh.
- Đưa ra các giải pháp nhằm nâng cao chất lượng điện năng.
- Các giải pháp ngắn hạn và dài hạn cho từng khu vực trên địa bàn thành phố Hồ Chí
Minh nhằm nâng cao chất lượng điện năng theo từng giai đoạn.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu là các thông số lưới điện liên quan đến chất lượng điện năng
và các giải pháp để nâng cao chất lượng điện năng.
- Phạm vi nghiên cứu là lưới điện do Tổng cơng ty Điện lực thành phố Hồ Chí Minh
quản lý và các khách hàng trong khu vực này.
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
Để thực hiện các nội dung nghiên cứu – triển khai, đề tài sẽ sử dụng các phương pháp
sau:
- Phương pháp tra cứu, hồi cứu tổng hợp tài liệu, số liệu, biên tập, lược dịch các tài
liệu, số liệu nhằm kế thừa các kết quả của các cơng trình nghiên cứu đã được triển
khai, phục vụ việc nghiên cứu tổng quan, đánh giá chất lượng điện năng khu vực
thành phố Hồ Chí Minh.
- Điều tra xã hội học phỏng vấn trực tiếp kết hợp khảo sát, đánh giá nhằm lựa chọn
đối tượng đưa vào nghiên cứu - triển khai thực hiện.
- Phương pháp chuyên gia: nghiên cứu, phân tích, đánh giá để đề xuất một số giải
pháp nâng cao chất lượng điện năng.
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Phân tích đánh giá thực trạng.

3


- Nghiên cứu đề xuất các giải pháp quản lý kỹ thuật thơng qua khảo sát, đo kiểm, ý
kiến đóng góp của các chuyên gia, người hướng dẫn khoa học.

5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
- Nghiên cứu các giải pháp nâng cao chất lượng điện năng trên cơ sở lý thuyết và thực
tế áp dụng trong nước và trên thế giới.
- Thu thập và xử lý thông tin về thực trạng tại đơn vị mình nghiên cứu.
- Tổng hợp, phân tích, đánh giá thực trạng chất lượng điện năng tại đơn vị mình
nghiên cứu.

4


CHƯƠNG 1
1.1

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG

Chất lượng điện áp của hệ thống điện

Khi nói đến chất lượng điện năng, người ta thường hình dung về chất lượng điện áp
là chủ yếu. Xét trên phương diện kỹ thuật, điện lực chỉ có thể kiểm sốt được chất
lượng điện áp cung cấp và khơng thể kiểm sốt dịng điện của mợt phụ tải nào đó tiêu
thụ. Vì lý do đó, các tiêu chuẩn về chất lượng điện năng thực ra được xây dựng dựa
trên cơ sở đảm bảo chất lượng điện áp trong một mức quy định. Chất lượng điện áp
có rất nhiều hiện tượng, tuy nhiên trong phần này chỉ trình bày mợt số hiện tượng
tường gặp trong hệ thống điện (HTĐ).
1.1.1 Biến thiên điện áp dài hạn
1.1.1.1 Mô tả hiện tượng
Định nghĩa: Theo IEC 1159-1995, biến thiên điện áp (BTĐA) dài hạn là sự thay đổi
trị số điện áp hiệu dụng ở tần số HTĐ (50 Hz hoặc 60 Hz) trong khoảng thời gian lớn
hơn 1 phút.
Phân loại: BTĐA dài hạn có thể chia làm hai loại là thiếu điện áp dài hạn và quá

điện áp dài hạn. Thiếu điện áp dài hạn là BTĐA dài hạn trong đó trị số điện áp hiệu
dụng giảm xuống còn 0,8 đến 0,9 điện áp danh định. Quá điện áp dài hạn là BTĐA
dài hạn trong đó trị số điện áp hiệu dụng tăng từ 1,1 đến 1,2 điện áp danh định.
1.1.1.2 Các thông số đặc trưng
Trong HTĐ, BTĐA dài hạn thường được dùng để mô tả sự biến thiên của điện áp vận
hành. Các nhà cung cấp điện ln muốn duy trì điện áp vận hành càng gần điện áp
danh định càng tốt. Sự sai khác giữa điện áp vận hành và điện áp danh định gọi là độ
lệch điện áp (U)
δU =

∆U
Udđ

∙ 100 =

U−Udđ
Udđ

∙ 100[%]

(1-1)

Với hiện tượng thiếu điện áp, đợ lệch điện áp cịn gọi là tổn thất điện áp phần trăm.

5


Tổn thất điện áp trên một đoạn đường dây được tính như sau:
P.R+Q.X
P.X−Q .R

∆U̇ = U̇1 − U̇2 = ̂
+j ̂
U2

(1-2)

U2

Nếu 𝑈̇2 = 𝑈2 (Hình 1.1) thì (1-5) viết lại như sau:
P.R+Q.X
P.X−Q.R
∆U̇ =
+j
= ∆U′ + j∆U"
U2

(1-3)

U2

Thực tế, thành phần U” nhỏ và có thể bỏ qua nên có thể viết gần đúng (1-6) như sau:
P.R+Q.X
P.R+Q.X
|∆U̇| ≈ ∆U′ =
≈
U2

δU% =

Và:

∆U
Udđ

(1-4)

Udđ

∙ 100 =

P.R+Q.X
U2dđ

∙ 100[%]

(1-5)

Trong đó: U1, U2 và Udđ: Điện áp đầu, cuối và
điện áp danh định của đường dây; P, Q: Công

Z

suất tác dụng (CSTD) và công suất phản

+j

kháng (CSPK) trên đường dây; R, X: Điện
trở và điện kháng đường dây

+1

1.1.1.3 Các nguyên nhân
a.

Hình 1.1 Tổn thất điện áp

Sự biến thiên chậm của phụ tải

Biến thiên chủ yếu theo đồ thị phụ tải
(ĐTPT). Khi phụ tải thay đổi trong vận hành, trào lưu công suất trên HTĐ thay đổi
dẫn đến độ lệch điện áp tại các nút sẽ thay đổi như đã nêu ở (1-5) và (1-6).
Sự biến thiên của phụ tải có thể được mơ phỏng bởi đặc tính tải có dạng hàm mũ
như sau:
P = Pdđ ∙ (

U
Udđ

Q = Q dđ ∙ (

)

U
Udđ

αP

)

f

∙( )

αf

fdđ

αQ

f

∙( )
fdđ

αf

(1-6)
(1-7)

Trong đó: Pdđ, Qdđ, Udđ, fdđ: Là các trị số danh định của công suất, điện áp và tần số;
P, Q, f: Là các hệ số phụ thuộc loại phụ tải.

6


Sự phụ tḥc vào tần số của phụ tải có thể bỏ qua (f = 0) khi phân tích trào lưu cơng
śt và tính tốn đợ lệch điện áp. Sự phụ tḥc này chỉ xét khi phân tích các q trình
q đợ.
Khi phân tích trào lưu cơng śt mơ hình tải có thể sử dụng mợt trong các dạng điển
hình sau:

- Phụ tải công suất không đổi:

P = Q = 0

- Phụ tải dịng điện khơng đổi:

P = Q = 1

- Phụ tải tổng trở không đổi:

P = Q = 2

Một phụ tải tổng quát là tổ hợp của 3 loại phụ tải điển hình trên và có thể được mô
phỏng với các hệ số P và Q từ 0 đến 2.
Sự biến thiên của phụ tải cũng có thể được mơ phỏng bởi đặc tính tải có dạng đa thức
như sau tùy theo loại phụ tải:
Bảng 1.1 Một số loại phụ tải mô phỏng dưới dạng đa thức theo điện áp
Loại phụ tải
Máy điều hồ
Đèn huỳnh quang
Đợng cơ khơng đồng bộ

b.

P

Q

2,18 + 0,268U – 1,45U-1

6,31 – 15,6U + 10,3U2

2,97 – 4U + 2U-1

12,9 – 26,8U + 14,9U2

0,72 + 0,109U + 0,172U-1

2,08 – 1,63U + 4,08U2

Đóng cắt các phần tử chính trong HTĐ

Bao gồm đóng cắt tụ bù, đóng cắt các tải lớn. Việc đóng cắt làm thay đổi sơ đồ HTĐ
dẫn đến sự chuyển trạng thái làm việc và sự nhảy cấp của đợ lệch điện áp. Ngồi ra cịn
có thể x́t hiện kèm q đợ điện áp (QĐĐA).

7


Ví dụ: Hình 1.2, đóng tụ bù CSPK, sự nhảy cấp của đợ lệch điện áp được tính như
δU = UTr − Us =

sau
⟹

δU
U

=

QC ∙XH
U2

=

QC
SN

QC ∙XH
U

n

P + j(Q - QC)

P + jQ

ZH

(1-8)

QC

=

Trong đó: XH và ZH: Điện kháng và tổng trở
từ nguồn n đến nút đặt tụ bù b (XH  ZH); P

b

Hình 1.2 Đóng tụ bù CSPK

+ jQ: Cơng suất phụ tải tại nút đặt tụ bù; QC: Dung lượng CSPK của tụ bù được đóng
vào lưới tại b; δU: Mức nhảy cấp của độ lệch điện áp tại b; UTr và US: Độ lệch điện
áp tại nút b trước và sau khi đóng thiết bị bù CSPK; SN: Cơng śt ngắn mạch của HTĐ
tại vị trí đặt tụ.
c.

Hiện tượng dao động công suất của máy điện đồng bộ

Hiện tượng này gây ra những biến thiên liên tục độ lệch điện áp với biên đợ có thể
đạt gấp hai lần điện áp danh định của lưới điện. Hãy xét trường hợp một máy phát
điện đồng bộ kết nối với HTĐ như Hình 1.3.
Sức điện đợng của máy phát và HTĐ lần lượt là Ėf = Ef ∠φf và ĖH = EH ∠φH .
Nếu tốc độ quay của máy phát đồng bộ với tốc độ quay (tần số) của HTĐ (ωf = ωH ),
thì δ = φf − φH = (ωf . t + φf0 ) − (ωH . t + φH0 ) = φf0 − φH0 = δ0 không đổi.
Do đó, đợ lệch điện áp giữa Ėf và ĖH : ∆U = |∆U̇| = |ĖH − Ėf | không đổi. Đây chính
là chế đợ làm việc xác lập của HTĐ với máy phát đang xét được kết nối. Góc lệch δ0
thường nhỏ nếu tổng trở của mạch kết nối nhỏ. Do đó ∆U nhỏ.
Nếu ωf ≠ ωH , thì δ = φf − φH = (ωf − ωH ). t + (φf0 − φH0 ) = ∆ω. t + δ0 sẽ thay
đổi. Khi đó, nếu đứng trên véc tơ ĖH sẽ quan sát thấy véc tơ Ėf quay với tốc đợ ∆ω.
Do đó Nếu |ĖH | = |Ėf | = E thì
δ
∆U = |∆U̇| = |ĖH − Ėf | = 2. E. sin
2

8

(1-9)

EH

Ef

T

U
H

UT

Icb

F 
T


UTmin 
00

1800 3600

Hình 1.3 Dao đợng cơng śt
Đợ lệch điện áp sẽ đạt trị số lớn nhất ∆U = ∆Umax = 2. E, (δ = π ) và sẽ gây ra dòng
điện cân bằng rất lớn chạy giữa máy phát điện và HTĐ
̇

∆U
2.E

δ−π
|İcb | = | | = . sin ( )
jX

X

(1-10)

2

Độ lệch điện áp tại một điểm bất kỳ T trên mạch nối giữa máy phát và HTĐ sẽ là:
∆UT = |∆U̇T | = |İcb . X T | = ∆U ∙

XT
X

(1-11)

Điểm T càng xa với HTĐ thì độ lệch điện áp càng lớn.
Nếu f và H khác nhau ít thì U biến thiên chậm và có thể coi là hiện tượng BTĐA
dài hạn. Nếu f và H khác nhau nhiều, U sẽ biến thiên nhanh và thường HTĐ rơi
vào trạng thái mất ổn định và bảo vệ HTĐ sẽ làm việc để loại trừ sự cố.
d.

Ổn định điện áp

Ổn định điện áp là khả năng HTĐ duy trì được trị số điện áp xác lập trong mợt giới
hạn chấp nhận được tại tất cả các nút trên HTĐ trong chế đợ làm việc bình thường
hoặc sau khi có tác đợng nào đó. HTĐ sẽ bắt đầu mất ổn định điện áp khi các tác động
như sự tăng phụ tải, sự thay đổi trạng thái vận hành dẫn đến sự sụt giảm liên tục và

mất điều khiển điện áp. Yếu tố chính gây ra mất ổn định điện áp là do HTĐ không
thể đáp ứng được nhu cầu công suất phản kháng của phụ tải.

9


Sụp đổ điện áp là kết quả của một chuỗi các sự kiện kèm theo mất ổn định điện áp
dẫn đến giảm thấp điện áp trên một phạm vi lớn của HTĐ.
1.1.1.4 Các tiêu chuẩn BTĐA dài hạn
Để quy định chất lượng điện áp trong chế độ xác lập của HTĐ, BTĐA dài hạn được
đặc trưng bởi độ lệch điện áp cho phép. Đó là giới hạn thay đổi của điện áp vận hành
trong đó các thiết bị điện làm việc an tồn, tin cậy.
U−  U  U+

(1-12)

Trong đó: U− và U+ là các giới hạn dưới và giới hạn trên của độ lệch điện áp.
Theo [2], đối với lưới truyền tải, trong điều kiện bình thường của HTĐ, độ lệch điện
áp cho phép trong khoảng ±5% so với điện áp danh định của lưới điện và được xác
định tại vị trí đặt thiết bị đo đếm điện hoặc tại vị trí khác do hai bên thoả thuận. Đối
với lưới điện chưa ổn định sau sự cố, độ lệch điện áp cho phép từ +5% đến -10%.
Theo [3], đối với lưới phân phối, trong chế đợ vận hành bình thường điện áp vận hành
cho phép tại điểm đấu nối được phép dao động so với điện áp danh định (độ lệch điện
áp cho phép) như sau:
- Tại điểm đấu nối với khách hàng sử dụng điện là ±5%;
- Tại điểm đấu nối với nhà máy điện là +10% và -5%.
Trong chế độ sự cố đơn lẻ hoặc trong quá trình khơi phục vận hành ổn định sau sự
cố, cho phép mức dao động điện áp tại điểm đấu nối với khách hàng sử dụng điện bị
ảnh hưởng trực tiếp bởi sự cố trong khoảng +5% và -10% của điện áp danh định.
Trong chế độ sự cố nghiêm trọng hệ thống điện truyền tải hoặc khôi phục sự cố, cho

phép mức dao động điện áp trong khoảng ±10% so với điện áp danh định.

10


1.1.2 Biến thiên điện áp ngắn hạn

U (pu)

1.1.2.1 Mô tả hiện tượng

Thời gian tồn tại

Định nghĩa: Theo tiêu chuẩn IEC 1159-1995,
BTĐA ngắn hạn là sự thay đổi trị số điện áp
hiệu dụng ở tần số HTĐ (50 Hz hoặc 60 Hz)

Biên đợ

t (giây)

trong khoảng thời gian dưới 1 phút.
Hình 1.4 BTĐA ngắn hạn

Phân loại: Tùy theo biên độ (magnitude) và

thời gian tồn tại (duration) của sự kiện (Hình 1.4), BTĐA ngắn hạn cịn có thể được

110

Q điện áp ngắn hạn
(Voltage swell)

Q điện áp
(Over-voltage)

Điện áp làm việc bình thường
90

Q đợ

Biên độ [%Udđ]

Quá độ

phân loại cụ thể hơn thành các dạng như

Sụt giảm điện áp ngắn hạn
(Voltage sag, dip)

10%
Tức thời
(Instataneous)

0,5

Thấp điện áp
(Under-voltage)

Thoảng qua

(Momentary)

Tạm thời
(Temporary)

3

1

30

Mất điện duy trì
(Interruption)

Thời gian tồn tại

Hình 1.5 Giản đồ phân loại chất lượng điện áp
a.

Theo biên độ, các BTĐA ngắn hạn được phân loại thành

- Mất điện áp ngắn hạn là BTĐA ngắn hạn trong đó trị số điện áp hiệu dụng giảm
xuống dưới 10% điện áp danh định.
- Sụt giảm điện áp ngắn hạn (SAG) hoặc lõm điện áp (dip) là BTĐA ngắn hạn trong
đó trị số điện áp hiệu dụng giảm xuống dưới 90% và trên 10% điện áp định mức.
- Tăng điện áp ngắn hạn hoặc lồi điện áp (Swell) là BTĐA ngắn hạn trong đó trị số
điện áp hiệu dụng tăng từ 110% đến 180% giá trị điện áp định mức.
- Trong các hiện tượng trên, sụt giảm điện áp ngắn hạn là hiện tượng có tần suất lớn
nhất nên có thể xét minh họa các đặc trưng của BTĐA ngắn hạn thông qua SAG.

11