Tài liệu Nghiên cứu lọc sóng hài nhằm nâng cao chất lượng điện năng

.. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN ĐÌNH GIẢNG NGHIÊN CỨU LỌC SÓNG HÀI NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã số: 8520201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN Người hướng dẫn khoa học: TS. ĐẶNG DANH HOẰNG Thái Nguyên - 2019 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Nguyễn Đình Giảng Sinh ngày: 26 tháng 3 năm 1976 Học viên lớp cao học khoá 20 – Kỹ thuật điện - Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp – Đại học Thái Nguyên. Hiện đang công tác tại: Công ty điện lực Bắc Kạn. Tôi cam đoan toàn bộ nội dung trong luận văn do tôi làm theo định hướng của giáo viên hướng dẫn, không sao chép của người khác. Các phần trích lục các tài liệu tham khảo đã được chỉ ra trong luận văn. Nếu có gì sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm. Tác giả luận văn Nguyễn Đình Giảng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tác giả xin chân thành cảm ơn tới các thầy giáo, cô giáo Khoa sau đại học, Khoa Điện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp cùng các thầy giáo, cô giáo, các anh chị tại Trung tâm thí nghiệm đã giúp đỡ và đóng góp nhiều ý kiến quan trọng cho tác giả để tác giả có thể hoàn thành bản luận văn của mình. Trong quá trình thực hiện đề tài tôi đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy, cô giáo trong khoa Điện của trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp thuộc Đại học Thái Nguyên và các bạn đồng nghiệp. Đặc biệt là dưới sự hướng dẫn và góp ý của thầy TS. Đặng Danh Hoằng đã giúp cho đề tài hoàn thành mang tính khoa học cao. Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý báu của các thầy, cô. Do thời gian, kiến thức, kinh nghiệm và tài liệu tham khảo còn hạn chế nên đề tài khó tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo và các bạn đồng nghiệp để tôi tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện hơn nữa trong quá trình công tác sau này. Học viên Nguyễn Đình Giảng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii MỤC LỤC ................................................................................................................. iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..............................................v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ............................................................................ vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ........................................................... viii MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 1. Tính cấp thiết của đề tài ..........................................................................................1 2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................1 3. Nội dung của luận văn.............................................................................................1 Chương 1: TỔNG QUAN LƯỚI ĐIỆN THÀNH PHỐ BẮC KẠN VÀ PHỤ TẢI PHÁT SINH SÓNG HÀI ..................................................................................3 1.1. Tổng quan lưới điện thành phố Bắc Kạn .............................................................3 1.1.1. Lưới điện trung thế ............................................................................................4 1.1.2. Tổn thất điện năng của khu vực thành phố Bắc Kạn trong một vài năm gần đây ........................................................................................................................7 1.2.3. Đánh giá hiện trạng theo kết quả tính toán .......................................................8 1.2. Sự phát sinh sóng điều hòa bậc cao (sóng hài) trong hệ thống cung cấp điện.....9 1.2.1. Những vẫn đề cơ bản về sóng điều hòa bậc cao ...............................................9 1.2.2. Một số nguyên nhân cơ bản phát sinh sóng điều hòa bậc cao .......................16 1.3. Kết luận chương 1 ..............................................................................................23 Chương 2: XÂY DỰNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG BỘ LỌC TÍCH CỰC ĐỂ LỌC SÓNG HÀI VÀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG .......25 2.1. Tổng quan bộ lọc sóng điều hòa bậc cao ...........................................................25 2.1.1 Bộ lọc thụ động ................................................................................................25 2.1.2. Bộ lọc chủ động (bộ lọc tích cực) .................................................................27 2.2. Phân loại và nguyên lý làm việc của bộ lọc tích cực ........................................28 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 2.2.1. Phân loại theo sơ đồ nguyên lý .......................................................................28 2.2.2. Phân loại theo nguồn cung cấp điện................................................................32 2.2.3. Phân loại theo bộ biến đổi công suất...............................................................34 2.3 Bộ lọc hỗn hợp ....................................................................................................35 2.4. Nguyên lý làm việc của thiết bị bù tích cực .......................................................37 2.5. Các thuật toán lọc tích cực .................................................................................39 2.5.1 Các thuật toán lọc tích cực dựa trên miền tần số .............................................39 2.5.2. Các phương pháp lọc tích cực dựa trên miền thời gian ..................................41 2.6. Xây dựng cấu trúc điều khiển ............................................................................47 2.7. Kết luận chương 2 ..............................................................................................50 Chương 3: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG ..........51 3.1. Xây dựng mô hình bộ lọc trên phần mềm Matlab/Simulink..............................51 3.1.1. Khối nguồn xoay chiều 3 pha..........................................................................51 3.1.2. Khối tải phi tuyến ............................................................................................52 3.1.2. Khối bộ lọc tích cực ........................................................................................52 3.1.3. Khâu tính toán độ méo dạng (THD) ...............................................................59 3.1.4. Khâu chuyển đổi để lấy tín hiệu đo dòng điện và điện áp ba pha...................60 3.1.5. Khâu đo dòng điện, điện áp.............................................................................60 3.2. Sơ đồ mô phỏng .................................................................................................60 3.3. Kết quả mô phỏng và đánh giá chất lượng hệ thống ..........................................62 3.3.1. Kết quả mô phỏng trường hợp chưa có bộ lọc tích cực ..................................62 3.3.2. Kết quả mô phỏng trường hợp có bộ lọc tích cực ........................................64 3.3.3. Đánh giá chất lượng điều khiển hệ thống .......................................................70 3.4. Kết luận chương 3 ..............................................................................................71 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................72 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................73 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Các ký hiệu: STT Ký hiệu Diễn giải nội dung đầy đủ 1 f Tần số lưới điện 2 f(t) Hàm chu kỳ không sin 3 U1 Biên độ thành phần điện áp điều hoà cơ bản 4 Un Biên độ thành phần điện áp điều hoà bậc n 5 I1 Biên độ thành phần dòng điện điều hoà cơ bản 6 In Biên độ thành phần dòng điện điều hoà bậc n 7 PF Hệ số công suất 8 p Công suất tác dụng tức thời 9 q Công suất phản kháng tức thời 10 P Công suất tác dụng 11 Q Công suất phản kháng 12 R Điện trở lọc 13 L Điện cảm lọc 14 C Điện dung lọc 15 iS Dòng điện nguồn 16 iL Dòng điện lưới phía tải (dòng tải) 17 iF Dòng điện chạy qua bộ lọc 18 Us Điện áp nguồn 19 Uh Điện áp thành phần điều hoà bậc cao 20 UF Điện áp thành phần cơ bản 21 u0, u, u Điện áp biểu diễn trên hệ trục  22 ua, ub, uc Điện áp biểu diễn trên hệ trục abc 23 ia, ib, ic Dòng điện biểu diễn trên hệ trục abc 24 i0, i, i Dòng điện biểu diễn trên hệ trục  25 ud, uq Điện áp biểu diễn trên hệ trục dq Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 26 id, iq Dòng điện biểu diễn trên hệ trục dq 27  Tần số góc nguồn điện 28 Udc Điện áp 1 chiều 29 S Công suất biểu kiến , 30 Công suất tác dụng, phản kháng tương ứng với thành phần dòng xoay chiều 31 32 Công suất tác dụng, phản kháng tương ứng với thành phần dòng 1 chiều T Chu kỳ dòng điện Các chữ viết tắt STT Ký hiệu Diễn giải nội dung đầy đủ 33 CSPK Công suất phản kháng 34 CSTD Công suất tác dụng 35 THD Hệ số méo dạng 36 SVC Đóng ngắt bằng Thyristor 37 DC Một chiều 38 AC Xoay chiều 39 AFn Bộ lọc tích cực song song 40 AFS Bộ lọc tích cực nối tiếp 41 TSR Thyristor Switched Reactor 42 TCR Thyristor controller Reactor 43 DFT Discrete Fourier Transform 44 FFT Fast Fourier Transform 45 PLL Phase locked loop 46 SVM Space vector modulation method Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Mang tải của đường dây trung thế sau trạm 110kV Bắc Kạn ...................6 Bảng 1.2. Tổn thất điện năng qua các năm của thành phố Bắc Kạn ...........................7 Bảng 1.3. Kết quả công suất các lộ trung thế ..............................................................8 Bảng 1.4. Tổn thất điện năng kỹ thuật qua các năm của TP Bắc Kạn ........................9 Bảng 1.5. Tiêu chuẩn IEEE std 519 về giới hạn nhiễu điện áp ................................15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1: Sơ đồ kết dây cơ bản lưới điện Thành phố Bắc Kạn ..................................3 Hình 1.2: Trạm 110KV Bắc Kạn ................................................................................5 Hình 1.3: a) Dạng sóng sin, b) Dạng sóng sin bị méo (sóng chu kỳ không sin) .....10 Hình 1.4: Các thành phần sóng điều hòa ..................................................................11 Hình 1.5: Phân tích Fn thành an và bn ........................................................................12 Hình 1.6: Phổ của các thành phần điều hòa ..............................................................13 Hình 1.7: Mô hình bộ chỉnh lưu cầu diode 1 pha không điều khiển ........................17 Hình 1.8: Dòng điện phía nguồn cung cấp sinh ra bởi bộ chỉnh lưu cầu diode 1 pha không điều khiển .............................................................................17 Hình 1.9: Dạng dòng điện phía nguồn và phổ tần ....................................................18 Hình 1.10: Mô hình bộ chỉnh lưu cầu diode 3 pha không điều khiển ......................18 Hình 1.11: Dòng điện phía nguồn cung cấp sinh ra bởi bộ chỉnh lưu cầu diode 3 pha không điều khiển .............................................................................19 Hình 1.12: Dạng dòng điện phía nguồn và phổ tần .................................................19 Hình 1.13: Mô hình bộ chỉnh lưu cầu Thyristor 3 pha điều khiển trực tiếp qua bộ điều khiển PI .....................................................................................20 Hình 1.14: Dòng điện phía nguồn cung cấp sinh ra bởi bộ chỉnh lưu cầu Thyristor 3 pha điều khiển trực tiếp .......................................................20 Hình 1.15: Dạng dòng điện phía nguồn và phổ tần .................................................21 Hình 1.16: Mô hình bộ chỉnh lưu cầu Thyristor 3 pha điều khiển PWM ................21 Hình 1.17: Dòng điện phía nguồn cung cấp sinh ra bởi bộ chỉnh lưu cầu Thyristor 3 pha điều khiển PWM ..........................................................22 Hình 1.18: Dạng dòng điện pha A phía nguồn và phổ tần .......................................22 Hình 2.1: Bộ lọc RC – các tụ mắc hình sao .............................................................26 Hình 2.2: Bộ lọc LC - các tụ mắc hình sao ...............................................................26 Hình 2.3: Bộ lọc tích cực song song .........................................................................29 Hình 2.4: Cấu trúc bộ lọc song song .........................................................................30 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Hình 2.5: Bộ lọc tích cực nối tiếp ............................................................................31 Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý làm việc của AFS............................................................32 Hình 2.7: Bộ lọc tích cực 3 dây.................................................................................33 Hình 2.8: Bộ lọc tích cực 4 dây có điểm giữa ..........................................................34 Hình 2.9: Bộ lọc tích cực 4 dây................................................................................34 Hình 2.10: Cấu trúc bộ lọc kiểu bộ biến đổi nguồn áp VSI ......................................35 Hình 2.11: Cấu trúc bộ lọc kiểu bộ biến đổi nguồn dòng CSI ..................................35 Hình 2.12: Cấu trúc bộ lọc hỗn hợp với bộ lọc tích cực có 2 loại: a) song song và b) nối tiếp ..........................................................................................36 Hình 2.13: Nguyên lý bù công suất phản kháng của bộ bù tích cực .........................37 Hình 2.14: Trạng thái hấp thụ công suất của bộ lọc tích cực ....................................38 Hình 2.15: Trạng thái phát công suất phản kháng của bộ lọc ...................................39 Hình 2.16: Phương pháp FFT ...................................................................................41 Hình 2.17: Thuật toán xác định dòng bù trong hệ dq ...............................................42 Hình 2.18: Thuật toán lựa chọn sóng điều hòa cần bù trong hệ dq .........................43 Hình 2.19: Mô hình bộ lọc tích cực theo lý thuyết p-q pq. .......................................45 Hình 2.20: Lưu đồ thuật toán tính dòng bù theo lý thuyết p-q................................48 Hình 2.21: Cấu trúc điều khiển hệ thống sử dụng bộ lọc tích cực ..........................49 Hình 3.1: Khối nguồn ba pha ...................................................................................51 Hình 3.2: Khối tải phi tuyến ......................................................................................52 Hình 3.3: Bộ biến đổi và thông số của bộ biến đổi ...................................................53 Hình 3.4: Mạch điều khiển của bộ lọc ......................................................................54 Hình 3.5: Chuyển hệ toạ độ từ abc -> αβ ..................................................................55 Hình 3.6: Khâu tính bù công suất PQ ......................................................................56 Hình 3.7: Khâu tính toán dòng bù pq ........................................................................57 Hình 3.8: Khâu chuyển tọa độ αβ sang abc ..............................................................57 Hình 3.9: Khối SVM .................................................................................................58 Hình 3.10: Chọn các véc tơ .......................................................................................59 Hình 3.11: Khâu tính toán TDH và thông số của TDH ............................................59 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Hình 3.12: Khâu chuyển đổi để lấy tín hiệu dòng áp ................................................60 Hình 3.13: Khâu đo dòng điện, điện áp ....................................................................60 Hình 3.14: Sơ đồ mô hình mô phỏng hệ thống lưới điện phân phối cho tải phi tuyến khi chưa có bộ lọc tích cực ..........................................................61 Hình 3.15. Sơ đồ mô hình mô phỏng hệ thống lưới điện phân phối cho tải phi tuyến khi có bộ lọc tích cực ...................................................................62 Hình 3.16: Dạng dòng điện nguồn ............................................................................63 Hình 3.17: Phân tích phổ và THD của dòng điện nguồn ..........................................63 Hình 3.18: Dạng dòng điện 3 pha trước khi bộ lọc tác động ...................................65 Hình 3.19: Dạng dòng điện 3 pha khi có bộ lọc tác động ........................................66 Hình 3.20: Dạng dòng điện pha A trước và sau khi có bộ lọc tác động ..................67 Hình 3.21: Dạng dòng điện khi có bộ lọc tác động xét tại thời điểm từ 0,3 đến 0,4s ....67 Hình 3.22: Phân tích phổ của dòng điện pha A khi có bộ lọc tác động ...................68 Hình 3.23: Công suất phản kháng của hệ thống .......................................................68 Hình 3.24: Hệ số công suất cosφ..............................................................................69 Hình 3.25: Các đặc tính dòng điện, cosphi, công suất phản kháng, công suất biểu kiến, điện áp Ud của hệ thống ........................................................69 Hình 3.26: Phân tích phần trăm phổ dòng điên nguồn pha A khi có bộ lọc .............70 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Với sự phát triển không ngừng của nền công nghiệp trong đất nước. Điện năng cung cấp cho các phụ tải không chỉ phải đảm bảo yêu cầu về giá trị công suất mà chất lượng điện năng cũng phải được đảm bảo. Trong điều kiện vận hành, truyền tải điện năng, do trên các phụ tải có nhiều phần tử phi tuyến dẫn tới làm xuất hiện các thành phần sóng điều hòa bậc cao. Các thành phần sóng điều hòa bậc cao này gây ra nhiều tác hại nghiêm trọng như làm tăng tổn hao, làm giảm hệ số công suất, ảnh hưởng tới các thiết bị tiêu dùng điện, làm giảm chất lượng điện năng... Do đó, các thành phần dòng điều hòa bậc cao trên lưới phải đảm bảo một số tiêu chuẩn giới hạn các thành phần điều hòa bậc cao. Giải pháp để hạn chế sóng điều hòa bậc cao trên lưới có nhiều giải pháp khác nhau, một trong số đó là sử dụng bộ lọc tích cực dựa trên thiết bị điện tử công suất và điều khiển để thực hiện nhiều chức năng khác nhau như loại bỏ sóng hài và có khả năng bù công suất phản kháng. Từ những nhận định trên chúng ta cần phải tiến hành nghiên cứu phương pháp sử dụng bộ lọc tích cực để cải thiện chất lượng lưới điện cung cấp cho các phụ tải. Vì vậy tôi chọn đề tài: "Nghiên cứu lọc sóng hài nhằm nâng cao chất lượng điện năng". 2. Mục tiêu nghiên cứu - Tìm hiểu về hệ thống lưới điện phân phối cung cấp điện cho thành phố Bắc Kạn của tỉnh Bắc Kạn. - Phân tích hiện tượng xuất hiện sóng hài bậc cao. - Đề xuất thiết kế bộ lọc tích cực để khử sóng hài bậc cao và có khả năng bù công suất phản kháng nhằm nâng cao chất lượng nguồn điện cung cấp. 3. Nội dung của luận văn Với mục tiêu đặt ra, nội dung luận văn bao gồm các chương sau: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Chương 1: Tổng quan lưới điện thành phố Bắc Kạn và phụ tải phát sinh sóng hài. Chương 2: Xây dựng cấu trúc điều khiển sử dụng bộ lọc tích cực để lọc sóng hài và bù công suất phản kháng. Chương 3: Mô phỏng và đánh giá chất lượng hệ thống Kết luận và kiến nghị Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Chương 1 TỔNG QUAN LƯỚI ĐIỆN THÀNH PHỐ BẮC KẠN VÀ PHỤ TẢI PHÁT SINH SÓNG HÀI 1.1. Tổng quan lưới điện thành phố Bắc Kạn Trạm 110kV-E26.1 Bắc Kạn đặt tại phường Nguyễn Thị Minh Khai – thành phố Bắc Kạn với qui mô công suất 1x25 MVA-115/38,5/23kV & 1x25 MVA115/38,5/11kV. Trạm được cấp điện từ 2 nguồn: từ trạm 220kV Cao Bằng qua tuyến đường dây 110kV- lộ 171 và lộ 173 – E26.1 kết nối với lộ 172 – E6.6 từ trạm 110kV Phú Lương. Hiện tại trạm là nguồn chính cấp cho thành phố Bắc Kạn qua các đường dây 35kV, 22kV. Phía 35kV của trạm gồm 6 lộ (371, 372, 373, 374, 376 và 378), trong đó lộ đường dây 372 cấp điện cho phụ tải một phần cho khu vực thành phố Bắc Kạn và một phần cho huyện Bạch Thông. Lộ đường dây 373 cấp điện cho phụ tải một phần khu vực thành phố Bắc Kạn và cho toàn huyện Chợ Mới, huyện Na Rì. Lộ đường dây 374 cấp điện cho phụ tải một phần khu vực thành phố Bắc Kạn và cho toàn huyện Chợ Mới. Phía 22kV có 6 lộ (471, 472 và 474), các lộ đường dây 22kV cấp điện cho phụ tải một phần cho khu vực thành phố Bắc Kạn. Hình 1.1: Sơ đồ kết dây cơ bản lưới điện Thành phố Bắc Kạn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 1.1.1. Lưới điện trung thế - Tổng đường dây trung thế: 197,584 km. - Đường dây 35kV: 142,355 km. Trong đó: + Tài sản của Điện lực: 134,51 km. + Tài sản khách hàng: 7,845 km. - Đường dây 22kV: 56,775 km. Trong đó: + Tài sản của Điện lực: 48,488 km. + Tài sản khách hàng: 8,287 km. - Cáp ngầm 35kV: 1,575 km. Trong đó: + Tài sản của Điện lực: 1,575 km. + Tài sản khách hàng: 0 km. - Cáp ngầm 22kV: 23,128 km. Trong đó: + Tài sản của Điện lực: 21,585 km. + Tài sản khách hàng: 1,543 km. - Trạm biến áp: Tổng số: 217 TBA/ 217 Máy; S = 49.871 kVA. - Trạm 35/0.4kV: 80 trạm/ 80 máy. S =13.564,5 kVA. Trong đó + Tài sản của Điện lực: 53 trạm/ 53 máy. S = 5.364,5 kVA. + Tài sản khách hàng: 27 trạm/ 27 máy. S = 8.200 kVA. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn - Trạm 22/0.4kV: 137 trạm/ 137 máy. S = 36.306,5 kVA. Trong đó: + Tài sản của Điện lực: 87 trạm/ 87 máy. S = 19.945 kVA. + Tài sản khách hàng: 50 trạm/ 50 máy. S = 15.126,5 kVA . - Tổng chiều dài đường dây 0.4kV: 220,8 km. - Tổng số khách hàng: 18.593 Khách hàng. Thống kê tình trạng mang tải của các đường dây trung thế khu vực thành phố Bắc Kạn như sau: Hình 1.2: Trạm 110KV Bắc Kạn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Bảng 1.1. Mang tải của đường dây trung thế sau trạm 110kV Bắc Kạn TT I 1 Tên trạm 110kV Trạm Bắc Kạn (E26.1) Lộ 371 2 Lộ 372 3 Lộ 373 4 Lộ 374 5 Lộ 376 6 Lộ 378 7 Lộ 471 8 Lộ 472 9 Lộ 474 Loại dây - tiết diện Chiều dài trục (km) AC-120, 95, 70, 50 692,41 AC-120, 70, 50 50,87 AC-95, 70, 50 495,384+1,575 AC-120, 70, 50 48,582 AC-120, 95, 70, 50 18,87 AC-120 3,58 ASXV 120; XLPE-3x120, 3x70, 3x50; AC70, 50 6,494+4,704 ASXV 120, 95; XLPE-3x120, 3x70, 3x50; AC120, 95, 70, 50 15,958+4,891 ASXV 120, 95; XLPE-3x120, 3x70, 3x50; AC120, 70, 50 11,194+13,532 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN Pmax (kW) Pmin (kW) 6.830 3.995 2.577 0 10.309 1.418 10.567 3.350 7.345 3.608 0 0 2.591 1.981 6.859 3.506 5.640 4.725 http://lrc.tnu.edu.vn 1.1.2. Tổn thất điện năng của khu vực thành phố Bắc Kạn trong một vài năm gần đây Theo thống kê, tổn thất điện năng của tỉnh từ năm 2015 đến nay thay đổi khác nhau qua các năm tuỳ theo phương thức vận hành và sự phát triển của lưới điện 35kV,22kV. Công ty Điện lực Bắc Kạn đã áp dụng nhiều biện pháp để giảm tổn thất điện năng như: - Tính toán lựa chọn phương thức vận hành và điều độ tối ưu để đạt được mức tổn thất thấp nhất. - Cải tạo nâng tiết diện các đường dây trung thế đã cũ nát, tiết diện nhỏ, xây dựng các đường dây trung thế mới có tiết diện lớn nhằm san tải cho các tuyến dây quá tải. - Cải tạo chuyển đổi dần lưới điện 10kV lên 22kV. - Tính toán và thực hiện việc bù công suất phản kháng bằng các bộ tụ bù trên lưới 0,4kV; 22kV; 35kV, yêu cầu tất cả các khách hàng có trạm chuyên dùng thực hiện các biện pháp bù hạ thế để đảm bảo cos  > 0,9. - Kiểm tra tình hình sử dụng điện của khách hàng để tránh các hiện tượng lấy cắp điện, kiểm định thay thế công tơ định kì, thay thế công tơ cơ khí bằng công tơ điện tử, kiểm tra và cân pha cho các đường dây hạ thế (Điện lực quản lí). - Lắp đặt trạm biến áp với công suất hợp lí, hoán chuyển vị trí lắp đặt giữa các MBA quá tải với các MBA đang non tải. - Đã hoàn thành bàn giao lưới điện trung áp nông thôn cho ngành điện theo kế hoạch của Bộ công thương. Bảng 1.2. Tổn thất điện năng qua các năm của thành phố Bắc Kạn Năm 2015 2016 2017 2018 Tổn thất Thành Phố 4,49% 4,15% 4,83% 4,31% Bắc Kạn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 1.2.3. Đánh giá hiện trạng theo kết quả tính toán Tính toán phân bố công suất và tổn thất cho lưới điện trung thế Mục đích của việc tính toán lưới điện hiện trạng là xác định phân bố công suất và tổn thất về kĩ thuật trong lưới điện, kiểm tra khả năng mang tải cũng như các chỉ tiêu kĩ thuật khác. Để thực hiện công việc tính toán này cần phải tiến hành: - Cập nhật chi tiết sơ đồ lưới điện hiện trạng, các thông số kỹ thuật của lưới điện và phương thức vận hành của chúng. - Công suất cực đại cực tiểu của các lộ xuất tuyến trung thế. - Công suất cực đại tại thanh cái cao thế các trạm trung tâm cấp nguồn. - Tính toán lưới điện hiện trạng được thực hiện toàn hệ thống ở chế độ phụ tải cực đại để kiểm tra các chỉ tiêu kỹ thuật và khả năng mang tải của lưới. Bảng 1.3. Kết quả công suất các lộ trung thế TT Tên trạm / tên lộ Điện áp Pmax Tổn thất (kV) (kW) công suất điện năng điện áp (%) I Tổn thất (%) Tổn thất (%) Trạm 110 kV Bắc Kạn 1 Lộ 371 35 6.830 2 Lộ 372 35 2.577 3 Lộ 373 35 10.309 4 Lộ 374 35 10.567 5 Lộ 376 35 7.345 6 Lộ 378 35 0 7 Lộ 471 22 2.591 8 Lộ 472 22 6.859 9 Lộ 474 22 5.640 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Bảng 1.4. Tổn thất điện năng kỹ thuật qua các năm của TP Bắc Kạn Năm 2015 2016 2017 2018 Tổn thất Thành Phố 3,26% 3,4% 3,5% 3,6% Bắc Kạn Từ kết quả tính toán chế độ lưới điện phân phối trung thế và hạ thế cho thấy các trị số tính toán tổn thất kĩ thuật là tương đối phù hợp với các trị số thống kê từ thực tế vận hành và phản ánh tương đối sát thực tình trạng vận hành hiện tại của lưới điện thành phố Bắc Kạn. 1.2. Sự phát sinh sóng điều hòa bậc cao (sóng hài) trong hệ thống cung cấp điện 1.2.1. Những vẫn đề cơ bản về sóng điều hòa bậc cao Ngày nay, các thiết bị điện sử dụng trong đời sống dân sinh cũng như sản xuất công nghiệp hết sức đa dạng và phong phú về số lượng và chủng loại, đồng nghĩa kéo theo đó là yêu cầu nâng cao khả năng đáp ứng về truyền tải và chất lượng của hệ thống cung cấp điện. Như ta đã biết rằng, điện năng truyền tải trong hệ thống cung cấp điện thông qua việc sử dụng một sóng điện từ có tần số 50 Hz (Việt Nam) hoặc 60 Hz (Mỹ, Nhật), gọi là sóng cơ bản. Tuy nhiên trong thực tế, do một số nguyên nhân như: Sự cố đường dây, các phụ tải phi tuyến như: tải lò nung, tải bể điện phân, tải bể mạ… làm cho phát sinh phía nguồn hệ thống cung cấp điện các sóng điện từ có tần số bằng bội số nguyên lần tần số cơ bản. Các sóng này gọi chung là sóng điều hòa bậc cao (hay còn gọi là sóng hài). Sự tồn tại của các sóng điều hòa bậc cao trong hệ thống điện gây ảnh hưởng không tốt tới các thiết bị điện và đường dây truyền tải. Chúng gây ra hiện tượng: quá áp, méo điện áp lưới và dòng điện, tổn thất điện năng, quá nhiệt cho các phụ tải, giảm chất lượng điện năng và gián đoạn cung cấp điện. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn