Tài liệu Nghiên cứu nâng cao chất lượng cho thiết bị điều chỉnh điện áp trong lưới điện phân phối (Luận văn thạc sĩ)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Trần Thị Tịnh TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Nghiên cứu nâng cao chất lƣợng cho thiết bị điều chỉnh điện áp trong lƣới điện phân phối LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT chuyên ngành kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa Thái Nguyên - 2014 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Trần Thị Tịnh TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Nghiên cứu nâng cao chất lƣợng cho thiết bị điều chỉnh điện áp trong lƣới điện phân phối. Chuyên ngành: chuyên ngành kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa Mã số: 605250 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT PHÒNG QUẢN LÝ ĐT SAU ĐẠI NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC KHOA CHUYÊN MÔN TRƢỞNG KHOA Thái Nguyên - 2014 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan luận văn này là công trình do chính tác thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Ngô Đức Minh. Nội dung luận văn có nghiên cứu sử dụng các tài liệu tham khảo như đã nêu trong phần tài liệu tham khảo. Tác giả Trần Thị Tịnh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................................ i MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1 CHƢƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ LƢỚI PHÂN PHỐI 3 1.1. Lƣới điện phân phối ............................................................................. 3 1.2. Ảnh hƣởng của điện áp trong hoạt động của lƣới điện .................... 4 1.2.1. Ảnh hưởng chung của lưới điện.................................................. 4 1.2.2. Ảnh hưởng của điện áp nút đến phụ tải ...................................... 7 1.3.Những giải pháp điều chỉnh điện áp thông dụng ............................. 16 1.4 Kết luận chƣơng 1 ............................................................................... 18 CHƢƠNG 2:MỘT SỐ THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ................................20 2.1. Tổng quan về thiết bị bù công suất................................................... 20 2.1.1. Nguyên lý hoạt động của các thiết bị trong FACTS................. 21 2.1.2. Nhận xét: ................................................................................... 31 2.2. Xây dựng cấu trúc mạch lực thiết bị BDPC - BESS ....................... 31 2.2.1. Giới thiệu chung........................................................................ 31 2.2.2. Bộ biến đổi công suất ................................................................ 33 2.2.3. Điện cảm đầu ra của bộ biến đổi công suất .............................. 37 2.2.4. Kho trữ năng lượng một chiều .................................................. 38 2.3. Mô hình bộ biến đổi BDPC-BESS trong lƣới điện phân phối ....... 45 2.4. Cấu trúc hệ điều khiển BDPC-BESS ............................................... 51 2.4.1. Mô hình cấu trúc bộ điều khiển ................................................ 51 2.4.2. Nguyên lý xác định góc pha vector điện áp .............................. 52 2.4.3. Điều chế vector không gian SVM cho hệ BESS ...................... 54 2.4.4. Thiết kế bộ điều chỉnh dòng điện cho hệ BESS ....................... 60 2.4.5. Cấu trúc bộ điều chỉnh kiểu PI.................................................. 61 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 2.4.6. Bộ điều chỉnh kiểu Dead-Beat .................................................. 63 2.4.7. Thiết kế bộ điều chỉnh điện áp tại điểm kết nối chung PCC .... 68 2.4.8. Bộ điều khiển công suất tác dụng ............................................. 70 2.5. Kết luận chƣơng 2 ............................................................................. 71 CHƢƠNG 3: MÔ HÌNH HÓA MÔ PHỎNG MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ................................73 3.1. Mô phỏng hoạt động của BDPC trong lƣới điện phân phối .......... 73 3.1.1. Cấu trúc hệ thống ...................................................................... 73 3.1.2. Thiết kế các khối chính ............................................................. 73 3.1.3. Kết quả mô phỏng ..................................................................... 77 3.2. Mô phỏng hoạt động của SVC trong lƣới điện phân phối ............. 81 3.2.1. Cấu trúc hệ thống ...................................................................... 81 3.2.2. Kết quả mô phỏng ..................................................................... 86 3.3. Kết luận chƣơng 3 .............................................................................. 90 CHƢƠNG 4:NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRẠM BÙ SCV TẠI THÁI NGUYÊN ................................................................................................................91 4.1. Giới thiệu chung ................................................................................. 91 4.2. Nghiên cứu thực nghiệm một số hoạt động của trạm SVC Thái Nguyên ...... 96 4.2.1. Kiểm tra các bộ lọc ................................................................... 96 4.2.2. Các bước thao tác đóng điện ..................................................... 97 4.2.3. Dừng hệ thống ......................................................................... 102 4.2.4. Giám sát hoạt động của trạm trên màn hình điều khiển trung tâm .. 102 4.3. Kết luận chƣơng 4 ............................................................................ 104 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .....................................................................................105 1. Kết luận ................................................................................................ 105 2. Kiến nghị .............................................................................................. 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................106 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ i DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Hệ thống điện .................................................................................... 4 Hình 1.2. Dạng sóng điện áp lý tưởng và các thay đổi thông số lưới điện ....... 5 Hình 1.3. Sự thay đổi của điện áp trên phụ tải trong ngày. .............................. 7 Hình 1.4. Vùng chất lượng điện áp Hình 1.5. Chế độ làm việc trong miền CLĐA.....10 Hình 1.6. Diễn biến của điện áp trong lưới phân phối .................................... 12 Hình 1.7. CLĐA phụ thuộc mức tải Hình 1.8. Tiêu chuẩn ...................... 14 Hình 1.9. Đặc tính của đèn sợi đốt .................................................................. 15 Hình 1.10. Sự phụ thuộc của P, Q vào điện áp ............................................... 16 Hình 2.1. Quá trình truyền tải điện năng trên đường dây……………...........21 Hình 2.2. Nguyên lý truyền tải điện năng ....................................................... 21 Hình 2.3. Sơ đồ cấu trúc của TCSC ................................................................ 23 Hình 2.4. Sơ đồ cấu trúc của SSSC ................................................................. 24 Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lý SSSC .................................................................... 24 Hình 2.6. Nguyên lý hoạt động của SSSC ...................................................... 25 Hình 2.7. Sơ đồ cấu trúc và đặc tính hoạt động của SVC............................... 26 Hình 2.8. Sơ đồ cấu trúc và đặc tính hoạt động của Statcom ......................... 27 Hình 2.9. Sơ đồ nguyên lý làm việc của Statcom ........................................... 27 Hình 2.10. Sơ đồ cấu trúc của UPFC .............................................................. 29 Hình 2.11. Sơ đồ kết nối UPFC ...................................................................... 29 Hình 2.12. Sơ đồ cấu trúc của IPFC................................................................ 30 Hình 2.13. Sơ đồ kết nối IPFC ........................................................................ 30 Hình 2.14. Cấu trúc mạch lực của BESS ........................................................ 33 Hình 2.15. Cấu trúc và ký hiệu IGBT ............................................................. 34 Hình 2.16. Sơ đồ thử nghiệm IGBT ................................................................ 34 Hình 2.17. Đặc tính đóng mở van IGBT ......................................................... 35 Hình 2.18. Cấu tạo của ắcquy axít điện cực chì ............................................. 40 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ii Hình 2.19. Mạch điện nối với mạch ngoài và đường cong biểu diễn quá trình phóng nạp một ngăn trong Ắcquy ................................................................... 41 Hình 2.20. Sơ đồ tương đương của ắcquy ...................................................... 43 Hình 2.21. Quá trình phóng điện ắcquy phụ thuộc vào dòng phóng .............. 44 Hình 2.22. Sự phụ thuộc của công suất vào dòng điện phóng ........................ 45 Hình 2.23. Sơ đồ lưới phân phối có kết nối thiết bị BDPC ............................ 46 Hình 2.24.Thay thế BDPC như một nguồn áp tại PCCii ................................ 46 Hình 2.25. Sơ đồ thay thế bộ biến đổi BESS ................................................. 47 Hình 2.26. Mô hình tín hiệu trung bình bộ biến đổi BESS trong tọa độ abc . 48 Hình 2.27. Mô hình bộ biến đổi BESS ........................................................... 50 Hình 2.28. Mô hình bộ biến đổi BESS trong miền toán tử Laplace ............... 50 Hình 2.29. Cấu trúc điều khiển hệ BESS trong mạng điện cục bộ thủy điện nhỏ ...51 Hình 2.30. Biểu diễn các đại lượng vector trên tọa độ dq tựa điện áp ........... 52 Hình 2.31. Cấu trúc khối đồng bộ tựa điện áp lưới PLL ............................... 54 Hình 2.32. Dạng tín hiệu tựa đồng bộ điện áp lưới có được bằng kết quả mô phỏng......54 Hình 2.33. Tám khả năng chuyển mạch trong bộ biến biến đổi van ............ 57 Hình 2.34. Vị trí các vector chuẩn trên hệ toạ độ αβ ...................................... 57 Hình 2.35. Tổng hợp vector chuẩn trong sector 1 .......................................... 58 Hình 2.36. Thời gian đóng/cắt mỗi van trong sector 1 ................................... 59 Hình 2.37. Dạng sóng biến điệu vector SVM có được bằng kết quả mô phỏng 60 Hình 2.38. Cấu trúc khử tương tác 2 thành phần dòng iBd và iBq .................... 61 Hình 2.39. Cấu trúc bộ điều chỉnh dòng kiểu PI cho bộ biến đổi BESS ........ 62 Hình 2.40. Cấu trúc mạch vòng điều khiển dòng điện kiểu Dead-Beat ......... 65 Hình 2.41. Đáp ứng động học giữa tín hiệu đặt và tín hiệu thực đối với bộ điều chỉnh Dead-Beat ...................................................................................... 66 Hình 2.42. Cấu trúc bộ điều chỉnh dòng kiểu Dead-Beat ............................... 67 Hình 2.43. Cấu trúc điều khiển công suất tác dụng ........................................ 71 Hình 3.1. Mô hình cấu trúc lưới phân phối với BDPC ……………………..73 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iii Hình 3.2. Cấu trúc mạch lực của BDPC ......................................................... 74 Hình 3.3. Khối đo lường ................................................................................. 75 Hình 3.4. Cấu trúc bộ điều khiển vòng ngoài cho bộ điều dòng điện kiểu PI 76 Hình 3. 5. Cấu trúc bộ điều khiển dòng điện kiểu PI ...................................... 76 Hình 3. 6. Cấu trúc bộ điều khiển vòng ngoài cho bộ điều dòng điện kiểu D-B .....77 Hình 3. 7. Cấu trúc bộ điều khiển dòng điện kiểu D-B .................................. 77 Hình 3.8. Điện áp lưới phía tải đo tại PCC2 khi không có BDPC ................. 78 Hình 3.9. BDPC phát công suất phản kháng điều chỉnh ổn định điện áp trên tải ...78 Hình 3.10. Điện áp lưới phía nguồn đo tại PCC1 .......................................... 79 Hình 3.11 (3.8b) Điện áp lưới phía tải đo tại PCC2 khi có BDPC ................ 79 Hình 3.12. Dòng điện bù của BDPC .............................................................. 79 Hình 3.13. Điện áp và dòng điện bù của BDPC ............................................ 80 ..................... 81 Hình 3.15. Cấu trúc mô phỏng khối TCR ....................................................... 82 ....................................................... 82 ..................................... 84 ................................................................ 85 ......... 85 ............................................................................... 86 Hình 3.21. Điện áp lưới đo tại PCC2 khi SVC chưa tác động........................ 87 Hình 3.22. Chế độ đóng cắt các phân cấp TSC .............................................. 87 Hình 3.23. Góc điều khiển alpha cho TCR ..................................................... 88 Hình 3.24. Điện áp lưới phân phối đo tại PCC2 ............................................. 88 Hình 3.25. Dòng bù của TSC .......................................................................... 89 Hình 3.26. Dòng bù của TCR.......................................................................... 89 Hình 4.1. Hình ảnh trạm SVC Thái Nguyên ……………………………….92 Hình 4.2. Sơ đồ nhất thứ trạm 220kV Thái Nguyên ....................................... 92 Hình 4.3. Thiết bị TCR trạm SVC Thái Nguyên ............................................ 93 Hình 4.4. Các khối TSC (FC) trạm SVC Thái Nguyên .................................. 94 ..................................................................... 95 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 1 MỞ ĐẦU Trong thiết kế cũng như vận hành lưới điện, điện áp nút là một trong những thông số cơ bản và đặc biệt quan trọng. Giá trị điện áp tại các nút là một trong những thông số được tính chọn ngay từ giai đoạn thiết kế. Tùy theo các tiêu chí đề ra mà điện áp nút được chọn một giá trị khác nhau, không nhất thiết bằng giá trị định mức mà có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn. Trong thực tế vận hành, tùy theo mỗi kịch bản mà điều độ hệ thống yêu cầu thì giá trị điện áp tại mỗi nút sẽ được điều chỉnh lại. Nói một cách rễ hiểu là điều chỉnh điện áp nút là bài toán phải quan tâm triệt để trong khai thác vận hành hệ thống điện. Đối với lưới điện phân phối, điều chỉnh điện áp nút còn có thêm ý nghĩa cho vấn đề nâng cao chất lượng điện năng – đáp ứng đòi hỏi của tải khách hàng, và giảm các tổn thất trong mạng điện – nâng cao tính kinh tế cho phía người bán điện, giảm áp lực cho nguồn cung cấp. Tóm lại, điều chỉnh điện áp nút mang lại lợi ích to lớn cho xã hội. Việc điều chỉnh điện áp có thể được thực hiện bằng nhiều phương pháp và các thiết bị khác nhau. Đầu tiên là phải kể tới phương pháp bù tự nhiên hay điều chỉnh đầu phân áp máy biến áp, nhưng trong phạm vi nghiên cứu ta không xét tới hai phương pháp này. Tiếp theo là kể đến các phương pháp bù (điều chỉnh điện áp) nhân tạo thực hiện bằng các bộ biến đổi điện tử kết hợp với thiết bị bù cuộn cảm hay tụ điện tĩnh. Không xét các trường hợp bù sử dụng máy điện quay (máy bù đồng bộ). Lịch sử phát triển các thiết bị bù có điều khiển thông qua thiết bị điện tử đến nay trải qua nhiều thế hệ và ngày càng tỏ rõ ưu việt vượt trội. Ban đầu, công suất bù được điều chỉnh thông qua điều chỉnh giá trị dòng điện bù nhờ các bộ biến đổi có chất lượng không cao, dòng bù không sin nên hiệu quả bù thấp. Mặt khác, dòng và áp phía lưới cũng không sin làm ô nhiễm lưới (ô nhiễm sóng hài) ảnh hưởng lớn đến các hoạt động của lưới điện trên một phạm vi rộng. Tuy nhiên, phạm vi nghiên cứu của Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 2 đề tài chỉ tập trung trong phạm vi lưới phân phối, quan tâm đến các thiết bị bù trong lưới phân phối nhằm nâng cao chất lượng bù mà thiết bị bù là có sử dụng bộ biến đổi điện tử công suất. Nội dung luận văn gồm 4 chương: Chương 1: Tổng quan về lưới điện phân phối và điều chỉnh điện áp. Chương 2: Thiết bị bù công suất phản kháng và điều chỉnh điện áp trong lưới điện phân phối Chương 3: Mô phỏng hoạt động của thiết bị điều chỉnh điện áp trong lưới điện phân phối Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm thiết bị điều chỉnh điện áp tại trạm SVC Thái Nguyên. Kết luận chung và kiến nghị Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 3 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ LƢỚI PHÂN PHỐI 1.1. Lƣới điện phân phối Hệ thống điện (HTĐ) là tập hợp các phần tử tham gia vào quá trình sản xuất, truyền tải và tiêu thụ năng lượng. Các phần tử của HTĐ được chia thành hai nhóm: - Các phần tử lực: bao gồm các phần tử làm nhiệm vụ sản xuất, biến đổi, truyền tải, phân phối và sử dụng điện năng như máy phát điện, đường dây tải điện và các thiết bị dùng điện. - Các phần tử điều khiển: bao gồm các phần tử làm nhiệm vụ điều khiển, điều chỉnh trạng thái HTĐ như điều chỉnh kích từ máy phát đồng bộ, điều chỉnh tần số, điều chỉnh điện áp, bảo vệ rơle, tự động hóa... Mỗi phần tử của HTĐ được đặc trưng bởi các thông số , được xác định về lượng bởi tính chất vật lý của các phần tử, vai trò nhiệm vụ của chúng thể hiện qua vị trí trên sơ đồ và các mối quan hệ giữa các phần tử . Ví dụ: Tổng trở, tổng dẫn của đường dây, hệ số biến áp, hệ số khuếch đại của bộ phận tự động điều chỉnh kích thích...các thông số của các phần tử cũng được gọi là các thông số của HTĐ. Căn cứ theo chức năng nhiệm vụ trong HTĐ, Thông tư 32/2010/TTBCT quy định phân loại lưới điện: 1. Lưới điện phân phối là phần lưới điện bao gồm các đường dây và trạm biến áp có cấp điện áp từ 35kV trở xuống, các đường dây và trạm biến áp có điện áp 110kV có chức năng phân phối điện. 2. Lưới điện truyền tải là phần lưới điện bao gồm các đường dây và trạm biến áp có cấp điện áp từ 220kV trở lên, các đường dây và trạm biến áp có điện áp 110kV có chức năng truyền tải để tiếp nhận công suất từ các nhà máy điện vào hệ thống điện quốc gia. Lưới phân phối có một số đặc điểm quan trọng: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 4 1. Trực tiếp đảm bảo chất lượng điện cung cấp cho các hộ phụ tải. 2. Tổng quy mô của lưới phân phối chiếm tỷ trọng lớn trong HTĐ, sử dụng tỷ lệ vốn khoảng 50 % vốn của hệ thống điện (35% cho nguồn điện, 15% cho lưới truyền tải). 4. Tỷ lệ tổn thất điện năng rất lớn: khoảng (40 50) % tổn thất toàn HTĐ xảy ra trên lưới phân phối. 5. Lưới phân phối trực tiếp cung cấp điện cho các thiết bị điện nên nó ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ, công suất và hiệu quả của các thiết bị điện. Hình 1.1. Hệ thống điện 1.2. Ảnh hƣởng của điện áp trong hoạt động của lƣới điện 1.2.1. Ảnh hƣởng chung của lƣới điện Điện áp là một chỉ tiêu quan trong hàng đầu để đánh giá chất lượng điện năng cung cấp. Thực tế cho thấy chất lượng cung cấp điện bị ảnh hưởng đáng kể bởi chất lượng điện áp cung cấp cho khách hàng, nó bị tác động bởi các thông số trên đường dây khác nhau. Có thể có các dạng như: sự biến đổi dài hạn của điện áp so với điện áp định mức, điện áp thay đổi đột ngột, những xung dốc dao động hoặc điện áp ba pha không cân bằng. Hơn nữa tính không đồng đều như tần số thay đổi, sự không tuyến tính của hệ thống hoặc trở kháng phụ tải sẽ làm méo dạng sóng điện áp, các xung nhọn do các thu lôi sinh ra cũng có thể được lan truyền trong hệ thống cung cấp. Các trường hợp này được mô tả trong Hình 1.2. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 5 Hình 1.2. Dạng sóng điện áp lý tưởng và các thay đổi thông số lưới điện a) Dạng sóng điện áp lý tưởng. b) Các dạ ủ ện áp. Các xung nhọn, xung tuần hoàn và nhiễu tần số cao có tính chất khu vực. Nó được sinh ra một số do quá trình phóng điện của các thu lôi, do tác động đóng cắt của các van điện tử công suất, do hồ quang của các điện cực vì vậy chỉ có lan truyền trong phạm vi và thời điểm nhất định. Cũng như vậy sự biến đổi tần số thường do các lò trung tần, cao tần sinh ra và mức độ lan truyền cũng không lớn. Đối với hiện tượng điện áp thấp và điện áp cao thì có thể xảy ra ở mọi nơi và xuất hiện dài hạn như sự sụt giảm điện áp do sự khởi động của các động cơ cỡ lớn hay quá điện áp do sự cố chạm đất… Để ngăn ngừa các hiệu ứng có hại cho thiết bị của hệ thống cung cấp trong một mức độ nhất định, luật và các quy định khác nhau tồn tại trong các vùng khác nhau để chắc rằng mức độ của điện áp cung cấp không được ra ngoài dung sai quy định. Các đặc tính của điện áp cung cấp được chỉ rõ trong các tiêu chuẩn chất lượng điện áp, thường được mô tả bởi tần số, độ lớn, dạng sóng và tính đối xứng của điện áp 3 pha. Trên thế giới có sự dao động tương đối rộng trong việc chấp nhận các dung sai có liên quan đến điện áp. Các tiêu chuẩn luôn luôn được phát triển hợp lý để đáp lại sự phát triển của kỹ thuật kinh tế và chính trị. Bởi một vài nhân tố ảnh hưởng đến điện áp cung cấp là ngẫu nhiên trong không gian và thời gian, nên một vài đặc trưng có thể được mô tả trong các tiêu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 6 chuẩn với các tham số tĩnh để thay thế cho các giới hạn đặc biệt. Một khía cạnh quan trọng trong việc áp dụng các tiêu chuẩn là để xem xét ở nơi nào và ở đâu trong mạng cung cấp, các đặc tính của điện áp là định mức. Tiêu chuẩn Châu Âu EN50160 chỉ rõ các đặc điểm của điện áp ở các đầu cuối cung cấp cho khách hàng dưới các điều kiện vận hành bình thường. Các đầu cuối cung cấp được định nghĩa là điểm kết nối của khách hàng nối vào hệ thống công cộng. EN50160 chỉ ra rằng trong các thành viên của Eropean Communities Cộng đồng Châu Âu, dải biến đổi giá trị hiệu dụng (RMS) của điện áp cung cấp trong 10 phút (điện áp pha hoặc điện áp dây) là 10 % với 95 % thời gian trong tuần. Với hệ thống điện áp 3 pha 4 dây, là 230 V giữa pha và trung tính. Nói đúng ra, điều này có nghĩa là mỗi tuần có hơn 8 giờ không có giới hạn cho giá trị của điện áp cung cấp. Cũng có một số ý kiến cho rằng dung sai điện áp 10 % là quá rộng. Tần số của hệ thống cung cấp phụ thuộc sự tương tác giữa các máy phát và phụ tải, giữa dung lượng phát của các máy phát và nhu cầu của phụ tải. Điều này có nghĩa là sẽ khó khăn hơn cho các hệ thống nhỏ, cô lập, để duy trì chính xác tần số so với các hệ thống nối liền đồng bộ với một hệ thống lân cận. Trong Eropean Communities - Cộng đồng Châu Âu tần số danh định của điện áp cung cấp quy định là 50 Hz. Theo EN50160 giá trị trung bình của tần số cơ bản đo được trong thời gian hơn 10 s với hệ thống phân phối nối liền đồng bộ với một hệ thống lân cận là 50 Hz 1 % trong suốt 95 % thời gian trong tuần và 50 Hz + 4 %/6 % trong 100 % thời gian trong tuần. Hệ thống phân phối không nối liền đồng bộ với một hệ thống lân cận có dải dung sai tần số là 2%. Dung sai tần số của EN50160 cũng giống với quy định hiện thời của các nước thành viên. Nghiên cứu về mức độ thay đổi điện áp ở khách hàng, một Công ty Điện lực ở Anh đã ghi lại các giá trị điện áp cực đại và cực tiểu của một số khách hàng mỗi giờ 1 lần. Từ các thông tin giá trị trung bình của điện áp cực đại và cực tiểu trên khách hàng vẽ được đồ thị: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 7 Hình 1.3. Sự thay đổi của điện áp trên phụ tải trong ngày. Từ đồ thị ta nhận thấy sự phụ thuộc của giá trị điện áp vào các thời điểm trong ngày, hay nói cách khác là phụ thuộc vào quy luật hoạt động của phụ tải. Ở Việt Nam, chất lượng điện năng được quy định tại TCVN, Luật Điện lực, Quy phạm trang bị điện, Tiêu chuẩn kỹ thuật điện và gần đây nhất là Thông tư 32/2010/TT-BCT: - Trong điều kiện vận hành bình thường, điện áp được phép dao động trong khoảng 5 % so với điện áp danh định và được xác định tại phía thứ cấp của máy biến áp cấp điện cho bên mua hoặc tại vị trí khác do hai bên thỏa thuận trong hợp đồng khi bên mua đạt hệ số công suất cos 0,85 và thực hiện đúng biểu đồ phụ tải đã thỏa thuận trong hợp đồng. - Trong trường hợp lưới điện chưa ổn định, điện áp được dao động từ +5 % đến -10 %. 1.2.2. Ảnh hƣởng của điện áp nút đến phụ tải 1.2.2.1. Dao động điện áp Dao động điện áp là sự biến thiên của điện áp xảy ra trong khoảng thời gian tương đối ngắn. Được tính theo công thức: ΔU = U max - U min 100 (%) ; Un (1.1) Tốc độ biến thiên từ Umin đến Umax không quá 1%/s. Phụ tải chịu ảnh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 8 hưởng của dao động điện áp không những về biên độ dao động mà cả về tần số xuất hiện các dao động đó. Nguyên nhân chủ yếu gây ra dao động điện áp là do các thiết bị có cosφ thấp và các phụ tải lớn làm việc đòi hỏi đột biến về tiêu thụ công suất tác dụng và công suất phản kháng như: các lò điện hồ quang, các máy hàn, các máy cán thép cỡ lớn, … Dao động điện áp được đặc trưng bởi hai thông số là biên độ và tần số dao động. Trong đó, biên độ dao động điện áp có thể xác định theo biểu thức: vk = kQ 1 - kQ 100 (%); (1.2) trong đó: k Q = Q - Tỷ lệ công suất phản kháng so với công suất định mức của SBA MBA; Q - Lượng phụ tải phản kháng thay đổi đột biến, MVAr; SBA - Công suất định mức của máy biến áp cấp cho điểm tải, MVA. Như vậy, biên độ dao động điện áp sẽ phụ thuộc vào giá trị hệ số kQ. Với cùng một sự biến đổi phụ tải Q như nhau, nếu công suất máy biến áp lớn hơn thì mức độ dao động điện áp giảm, điều đó có nghĩa là máy biến áp có công suất càng lớn thì mức độ dao động điện áp càng giảm, chất lượng điện được đảm bảo. Tuy nhiên công suất của máy biến áp năng của hệ càng lớn thì dẫn tới nhiều yếu tố bất lợi khác như tổn thất điện năng, dòng ngắn mạch cũng lớn hơn… Vì vậy việc giảm biên độ dao động là bài toán rất phức tạp đòi hỏi chúng ta phải phân tích kỹ lưỡng để làm dung hòa các yếu tố trên. Khi cần đánh giá sơ bộ dao động điện áp khi thiết kế cấp điện, ta có thể tính toán gần đúng như sau: U = ΔQ . 100 (%); SN (1.3) Dao động điện áp khi lò điện hồ quang làm việc: U= SB .100 (%); SN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu (1.4) http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 9 Trong đó: Q - Lượng công suất phản kháng biến đổi của phụ tải; SB - Công suất của máy biến áp lò điện hồ quang; SN - Công suất ngắn mạch tại điểm có phụ tải làm việc. Độ dao động điện áp được hạn chế trong miền cho phép, theo TCVN quy định dao động điện áp trên đầu cực các thiết bị chiếu sáng như sau: ΔUcp = 1 + 6 Δt (%); =1+ n 10 (1.5) Trong đó: n - là số dao động trong một giờ; ∆t - Thời gian trung bình giữa hai dao động (phút). Nếu trong một giờ có một dao động thì biên độ được phép là 7 %. Đối với các thiết bị có sự biến đổi đột ngột công suất trong vận hành chỉ cho phép ∆U đến 1,5 %. Ngoài ra, đối với các phụ tải khác nếu ∆U lớn hơn 15 % thì sẽ dẫn đến phát sinh các hoạt động không mong muốn của thiết bị lực cũng như của các thiết bị điều khiển. 1.2.2.2. Độ lệch điện áp 1) Độ lệch điện áp tại phụ tải Là giá trị sai lệch giữa điện áp thực tế U trên cực của các thiết bị điện so với điện áp định mức Un của mạng điện và được tính theo công thức: = Độ lệ U - Un . 100 (%); Un (1.6) phải thỏa mãn điều kiện: - ≤ ≤ + trong đó : - , + là giới hạn dưới và giới hạn trên của độ lệch điện áp. Độ lệch điện áp được tiêu chuẩn hóa theo mỗi nước. Ở Việt Nam quy định: - Độ lệch cho chiếu sáng công nghiệp và công sở, đèn pha trong giới hạn: -2,5 % ≤ cp ≤ +5 %. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 10 - Độ lệch cho động cơ -5,5 % ≤ - Các phụ tải còn lại. -5 % ≤ cp cp ≤ +10 %. ≤ +5 %. Với các sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải mặc dù không gây ra mất điện cho khách hàng do đã được bảo vệ bởi các thiết bị bảo vệ như rơle, máy cắt tự động… Tuy nhiên hiện tượng sụt áp vẫn xảy ra. Do đó phải đảm bảo không được tăng quá 110 % điện áp danh định ở các pha không bị sự cố đến khi sự cố bị loại trừ … Ngoài ra bên cung cấp và khách hàng cũng có thể thoả thuận trị số điện áp đấu nối, trị số này có thể cao hơn hoặc thấp hơn các giá trị được ban hành. 2) Độ lệch điện áp trong lưới hạ áp Lưới phân phối hạ áp cấp điện trực tiếp cho hầu hết các thiết bị điện. Trong lưới phân phối hạ áp các thiết bị điện đều có thể được nối với nó cả về không gian và thời gian (tại bất kỳ vị trí nào, bất kỳ thời gian nào). Vì vậy trong toàn bộ lưới phân phối hạ áp điện áp phải thỏa mãn tiêu chuẩn: Tr¹m ph©n phèi B ≤ - ≤ + . MiÒn CL§A L-íi h¹ ¸p A UH B - A 2 Pmin 1 3 P Pmax MiÒn CL§A UH2 UH1 Hình 1.4. Vùng chất lượng điện áp Hình 1.5. Chế độ làm việc trong miền CLĐA Trên hình 1.4 chỉ ra: Nếu tại hai vị trí A và B điểm mà ở đó chất lượng điện áp đáp ứng yêu cầu thì tất cả các vị trí còn lại và vùng sẽ đạt yêu cầu về độ lệch điện áp. Đó là điểm đầu lưới (điểm B) và điểm cuối lưới (điểm A), trong hai chế độ max và chế độ min của phụ tải. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 11 Phối hợp các yêu cầu trên ta lập được các tiêu chuẩn sau, trong đó quy ước số 1 chỉ chế độ max, số 2 chỉ chế độ min. A1 A2 (1.7) B1 B2 Từ đồ thị ta nhận thấy độ lệch điện áp trên lưới phải nằm trong vùng gạch chéo, hình 1.5, gọi là miền chất lượng điện áp. Nếu sử dụng tiêu chuẩn (1.7) thì ta phải đo điện áp tại hai điểm A, B trong cả chế độ phụ tải max và min. Giả thiết tổn thất điện áp trên lưới hạ áp được cho trước, ta chỉ đánh giá tổn thất điện áp trên lưới trung áp. Vì vậy ta có thể quy đổi về đánh giá chất lượng điện áp chỉ ở điểm B là điểm đầu của lưới phân phối hạ áp hay điện áp trên thanh cái 0,4 kV của trạm phân phối. Ta có: A1 B1 UH1 A2 B2 UH2 (1.8) Thay vào (1.7) ta được: U H1 B1 U H1 U H2 B2 U H2 B1 B2 Nếu hai bất phương trình đầu thỏa mãn vế trái thì hai bất phương trình sau cũng thỏa mãn vế trái và nếu hai bất phương trình sau thỏa mãn vế phải thì hai bất phương trình đầu cũng thỏa mãn vế phải hệ trên tương đương với: U H1 B1 U H2 B2 (1.9) Ta có thể vẽ được đồ thị biểu diễ (1.7) trên Hình 1.5 ứng với hai chế độ công suất max và min của phụ tải. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 12 Tiêu chuẩn này được áp dụng như sau: Khi cho biết UH trên lưới hạ áp ở hai chế độ max và min, ta lập đồ thị đánh giá chất lượng điện như hình 1.4. Sau đó đo điện áp trên thanh cái trạm phân phối trong chế độ max và min, tính được B1, B2. Đặt hai điểm này vào đồ thị rồi nối bằng một đường thẳng. Nếu đường này nằm trọn trong miền chất lượng (đường 3) thì độ lệch điện áp trên lưới đạt yêu cầu, nếu nó có phần nằm ngoài miền chất lượng (đường 1, 2) thì độ lệch điện áp trên lưới không đạt yêu cầu và đòi hỏi chúng ta cần có các biện pháp để điều chỉnh điện áp phù hợp đảm bảo cho độ lệch nằm trong miền giới hạn. 3) Diễn biến của điện áp trong lưới phân phối Phân tích lưới phân phối với cấu trúc như hình vẽ sau: MBA nguån MBA PP §D trung ¸p E UTA p UB B L-íi h¹ ¸p A UH B A UTA1 1 p UB1 UB1 2 UTA2 UH1 UH2 Hình 1.6. Diễn biến của điện áp trong lưới phân phối Ở chế độ max, nhờ bộ điều áp dưới tải ở các trạm 110 kV nên điện áp đầu nguồn đạt độ lệch E1 so với điện áp định mức. Khi truyền tải trên đường dây trung áp, điện áp sụt giảm một lượng là UTA làm điện áp thanh cái đầu vào máy biến áp phân phối giảm xuống (đường 1) nhưng tại máy biến áp phân phối có các đầu phân áp cố định nên điện áp có thể tăng lên hoặc giảm, Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/