Luận văn thạc sĩ hcmute nghiên cứu các giải pháp giảm sóng hài nâng cao chất lượng điện năng lưới điện phân phối huyện châu thành

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hcmute nghiên cứu các giải pháp giảm sóng hài nâng cao chất lượng điện năng lưới điện phân phối, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Lê Thành Long
• Người hướng dẫn: PGS.TS Lê Chí Kiên
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Giải Pháp Giảm Sóng Hài Nâng Cao Chất Lượng Điện Năng Tại Huyện Châu Thành
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG
• 1.1. Khái niệm về chất lượng điện năng
• 1.2. Sóng hài trong hệ thống điện
• 1.3. Phương pháp phân tích méo dạng sóng
• 1.4. Một số kết quả khảo sát hiện tượng sóng hài
• 1.5. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: MỘT SỐ BIỆN PHÁP HẠN CHẾ SÓNG HÀI
• 2.1. Giải pháp hạn chế sóng hài bằng tải thông minh
• 2.2. Giải pháp hạn chế sóng hài bằng bộ lọc thụ động
• 2.3. Giải pháp hạn chế sóng hài bằng bộ lọc tích cực
• 2.4. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG BỘ LỌC SÓNG HÀI TÍCH CỰC BẰNG MATLAB SIMULINK
• 3.1. Tạo mô hình mô phỏng lưới điện phân phối với tải phi tuyến không có bộ lọc sóng hài
• 3.2. Tạo mô hình mô phỏng lưới điện phân phối với tải phi tuyến có bộ lọc sóng hài điều khiển theo lý thuyết PI
• 3.3. Tạo mô hình mô phỏng lưới điện phân phối với tải phi tuyến có bộ lọc sóng hài điều khiển theo lý thuyết FLC
• 3.4. Mô phỏng ba mô hình trên
• 3.5. Ứng dụng thực tế trên một số phụ tải đấu nối vào lưới điện phân phối huyện Châu Thành
• 3.6. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN
• 4.1. Những kết quả đạt được
• 4.2. Hướng phát triển của đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤC LỤC I: CÀI ĐẶT THÔNG SỐ CHO CÁC MÔ HÌNH
• PHỤC LỤC II: GIẢI THUẬT LOGIC MỜ (FUZZY LOGIC)
• PHỤC LỤC III: GIẢI THUẬT VI TÍCH PHÂN (PID)
• PHỤC LỤC IV: PHẦN MỀM MATLAB-SIMULINK

Tóm tắt

I. Giới thiệu về sóng hài và chất lượng điện năng

Sóng hài là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến chất lượng điện năng trong hệ thống điện. Chúng được sinh ra từ các thiết bị điện phi tuyến, như biến tần, máy biến áp, và các thiết bị điện tử công suất. Việc giảm sóng hài không chỉ giúp cải thiện chất lượng điện năng mà còn bảo vệ các thiết bị điện khỏi hư hỏng do sóng hài gây ra. Theo tiêu chuẩn Việt Nam, tổng độ méo dạng sóng hài (THD) của dòng điện không được vượt quá 12%. Tuy nhiên, theo tiêu chuẩn IEEE, ngưỡng này cần phải dưới 5%. Do đó, việc nghiên cứu và áp dụng các giải pháp điện năng để giảm sóng hài là rất cần thiết, đặc biệt tại huyện Châu Thành, nơi có nhiều phụ tải gây ra sóng hài cao.

1.1. Nguyên nhân gây ra sóng hài

Sóng hài trong hệ thống điện chủ yếu xuất phát từ các thiết bị điện phi tuyến. Các thiết bị này hoạt động không đồng nhất, tạo ra các thành phần sóng hài trong dòng điện. Các nguyên nhân chính bao gồm: sử dụng các thiết bị điện tử công suất, hệ thống điều khiển tự động, và các thiết bị chỉnh lưu. Những thiết bị này không chỉ làm giảm hiệu suất điện năng mà còn gây ra các vấn đề về chất lượng điện năng. Việc nhận diện và phân tích các nguyên nhân này là bước đầu tiên trong việc tìm kiếm các giải pháp hiệu quả để giảm sóng hài.

II. Các giải pháp giảm sóng hài

Để giảm sóng hài, có nhiều phương pháp khác nhau được áp dụng. Một trong những phương pháp hiệu quả nhất là sử dụng bộ lọc sóng hài tích cực. Bộ lọc này có khả năng điều chỉnh và loại bỏ các thành phần sóng hài trong dòng điện, từ đó nâng cao chất lượng điện năng. Việc áp dụng công nghệ giảm sóng hài không chỉ giúp cải thiện hiệu suất của hệ thống điện mà còn bảo vệ các thiết bị điện khỏi hư hỏng. Ngoài ra, việc sử dụng công nghệ điện năng tái tạo cũng góp phần làm giảm sóng hài, nhờ vào việc cung cấp nguồn điện sạch và ổn định hơn.

2.1. Bộ lọc sóng hài tích cực

Bộ lọc sóng hài tích cực (APF) là một trong những giải pháp tiên tiến nhất hiện nay. APF sử dụng các thuật toán điều khiển như Logic Mờ để tối ưu hóa quá trình lọc sóng hài. Ưu điểm của APF là khả năng đáp ứng nhanh và hiệu quả trong việc loại bỏ sóng hài, giúp giảm tổng độ méo dạng sóng hài (THD) xuống dưới 12%, đạt tiêu chuẩn Việt Nam. Kết quả mô phỏng cho thấy, khi áp dụng APF, tổng sóng hài dòng điện có thể giảm từ 23,99% xuống còn 10,19%. Điều này chứng tỏ rằng APF là một giải pháp khả thi cho việc nâng cao hiệu suất điện tại huyện Châu Thành.

III. Mô phỏng và đánh giá hiệu quả

Mô phỏng là một công cụ quan trọng trong việc đánh giá hiệu quả của các giải pháp điện năng. Sử dụng phần mềm Matlab-Simulink, các mô hình lưới điện phân phối có thể được xây dựng để kiểm tra hiệu quả của các bộ lọc sóng hài. Kết quả mô phỏng cho thấy, việc áp dụng bộ lọc sóng hài tích cực không chỉ giúp giảm sóng hài mà còn cải thiện đáng kể chất lượng điện năng. Các thông số như THD được theo dõi và đánh giá liên tục, từ đó đưa ra các điều chỉnh cần thiết để tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống điện.

3.1. Kết quả mô phỏng

Kết quả mô phỏng cho thấy, sau khi áp dụng bộ lọc sóng hài tích cực, tổng sóng hài dòng điện giảm xuống dưới 12%, đáp ứng yêu cầu theo tiêu chuẩn Việt Nam. Tuy nhiên, để đạt được tiêu chuẩn IEEE, cần tiếp tục tối ưu hóa các thông số của bộ lọc. Việc này không chỉ giúp nâng cao chất lượng điện năng mà còn giảm thiểu tổn thất điện năng trên lưới điện. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc đảm bảo cung cấp điện ổn định và hiệu quả cho người tiêu dùng tại huyện Châu Thành.

IV. Kết luận và hướng phát triển

Nghiên cứu này đã chỉ ra rằng việc giảm sóng hài là một yếu tố quan trọng trong việc nâng cao chất lượng điện năng tại huyện Châu Thành. Các giải pháp như bộ lọc sóng hài tích cực đã chứng minh được hiệu quả trong việc cải thiện THD. Tuy nhiên, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới để đạt được tiêu chuẩn cao hơn, đặc biệt là tiêu chuẩn IEEE. Hướng phát triển tiếp theo có thể bao gồm việc áp dụng các công nghệ mới trong quản lý điện năng và bảo trì hệ thống điện để đảm bảo hiệu suất tối ưu.

4.1. Hướng phát triển tiếp theo

Hướng phát triển tiếp theo của nghiên cứu này là tìm kiếm các giải pháp công nghệ mới, như công nghệ điện năng tái tạo và các hệ thống điều khiển thông minh. Việc áp dụng các công nghệ này không chỉ giúp giảm sóng hài mà còn nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống điện. Đồng thời, cần có các chính sách hỗ trợ từ chính phủ để khuyến khích các doanh nghiệp đầu tư vào công nghệ mới, từ đó nâng cao chất lượng điện năng cho toàn bộ hệ thống điện tại huyện Châu Thành.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Chất lượng điện năng ngày càng trở thành vấn đề quan trọng trong ngành kỹ thuật điện, đặc biệt khi các thiết bị điện hiện đại đòi hỏi nguồn điện ổn định và sạch để hoạt động hiệu quả. Tại huyện Châu Thành, tỉnh An Giang, lưới điện phân phối đang chịu ảnh hưởng đáng kể từ các phụ tải phi tuyến gây ra sóng hài, làm giảm chất lượng điện năng và tăng tổn thất điện năng. Theo số liệu đo đạc thực tế năm 2017 tại Công ty Điện lực An Giang, tổng độ méo dạng sóng hài dòng điện (THDi) tại một số phụ tải có thể lên tới trên 20%, vượt xa giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn Việt Nam và quốc tế. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phân tích khả năng giảm thiểu sóng hài trên lưới điện phân phối huyện Châu Thành, từ đó đề xuất các giải pháp thực tế nhằm nâng cao chất lượng điện năng, đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật theo quy định hiện hành. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các phụ tải phi tuyến có sóng hài cao nối vào lưới điện phân phối huyện Châu Thành trong giai đoạn 2017-2018. Kết quả nghiên cứu không chỉ có ý nghĩa nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện địa phương mà còn góp phần giảm tổn thất điện năng, tăng độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng, đồng thời hỗ trợ Công ty Điện lực An Giang trong việc quản lý và phát triển hệ thống điện phân phối.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về chất lượng điện năng và sóng hài trong hệ thống điện phân phối. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

1. Lý thuyết sóng hài và phân tích Fourier: Sóng hài được định nghĩa là các thành phần sóng sin có tần số là bội số nguyên của tần số cơ bản 50 Hz. Phân tích chuỗi Fourier rời rạc được sử dụng để xác định biên độ và pha của các thành phần sóng hài trong tín hiệu dòng điện và điện áp. Tổng độ méo dạng sóng hài (THD) là chỉ số quan trọng đánh giá mức độ ô nhiễm sóng hài, được tính theo công thức: [ THD = \frac{\sqrt{\sum_{h=2}^n X_h^2}}{X_1} \times 100% ] trong đó (X_h) là giá trị hiệu dụng của sóng hài bậc (h), (X_1) là giá trị hiệu dụng của sóng cơ bản.

2. Mô hình bộ lọc sóng hài tích cực (Active Power Filter - APF): Bộ lọc tích cực được thiết kế để bù và loại bỏ sóng hài do phụ tải phi tuyến gây ra. Luận văn sử dụng bộ điều khiển Logic Mờ (Fuzzy Logic Controller - FLC) để điều khiển APF, với ưu điểm là thời gian đáp ứng nhanh và hiệu quả lọc sóng hài cao hơn so với bộ điều khiển PI truyền thống.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: sóng hài bậc cao, tổng độ méo dạng sóng hài (THD), bộ lọc tích cực, điều khiển Logic Mờ, tải phi tuyến, hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng gần trong dây dẫn.

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa thu thập số liệu thực tế và mô phỏng trên phần mềm Matlab-Simulink. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm các phụ tải phi tuyến có sóng hài cao nối vào lưới điện phân phối huyện Châu Thành, được xác định qua số liệu đo đạc thực tế năm 2017 của Công ty Điện lực An Giang. Phương pháp chọn mẫu là chọn các phụ tải tiêu biểu có THDi vượt ngưỡng cho phép.

Quá trình nghiên cứu gồm các bước chính:

• Thu thập và phân tích số liệu sóng hài thực tế tại các phụ tải.
• Xây dựng mô hình mô phỏng lưới điện phân phối với tải phi tuyến trên Matlab-Simulink.
• Mô phỏng ba trường hợp: không có bộ lọc sóng hài, có bộ lọc sóng hài điều khiển bằng giải thuật PI, và có bộ lọc sóng hài điều khiển bằng giải thuật Logic Mờ.
• So sánh kết quả mô phỏng về tổng độ méo dạng sóng hài dòng điện (THDi) và đánh giá hiệu quả của từng giải pháp.
• Thời gian nghiên cứu từ tháng 10/2017 đến tháng 10/2018.

Phương pháp phân tích dữ liệu chủ yếu là phân tích định lượng dựa trên kết quả mô phỏng và so sánh với tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Mức độ sóng hài thực tế tại huyện Châu Thành: Theo số liệu đo đạc năm 2017, tổng độ méo dạng sóng hài dòng điện (THDi) tại các phụ tải phi tuyến dao động trong khoảng từ 10% đến trên 35%, vượt xa giới hạn 12% theo tiêu chuẩn Việt Nam và 5% theo tiêu chuẩn IEEE. Ví dụ, một số phụ tải có THDi lên đến 35,3% (Công ty Đại Phát) và 28,7% (NM Tole Thiên Công).

2. Hiệu quả của bộ lọc sóng hài điều khiển bằng giải thuật PI: Mô phỏng cho thấy bộ lọc tích cực điều khiển bằng PI giảm THDi từ khoảng 23,99% xuống còn khoảng 15,5%, cải thiện đáng kể nhưng vẫn chưa đạt tiêu chuẩn Việt Nam.

3. Hiệu quả của bộ lọc sóng hài điều khiển bằng giải thuật Logic Mờ (FLC): Giải thuật Logic Mờ cho kết quả vượt trội, giảm THDi từ 23,99% xuống còn 10,19%, đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn Việt Nam về chất lượng điện năng. Tuy nhiên, mức này vẫn chưa đáp ứng được tiêu chuẩn IEEE với ngưỡng dưới 5%.

4. So sánh các giải pháp: Bộ lọc điều khiển bằng FLC có thời gian đáp ứng nhanh hơn và chất lượng lọc sóng hài tốt hơn so với bộ lọc điều khiển bằng PI. Số luật mờ được sử dụng trong nghiên cứu là 49 luật, cao hơn so với các nghiên cứu trước đây, giúp tín hiệu điều khiển tinh tế hơn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sóng hài cao là do các phụ tải phi tuyến như thiết bị điện tử công suất, máy biến áp vận hành trong vùng bão hòa, lò hồ quang và các thiết bị phóng điện. Sóng hài gây ra tổn thất điện năng, làm giảm tuổi thọ thiết bị và ảnh hưởng đến độ tin cậy của lưới điện. Kết quả mô phỏng cho thấy việc áp dụng bộ lọc sóng hài tích cực điều khiển bằng Logic Mờ là giải pháp khả thi và hiệu quả để giảm sóng hài trên lưới điện phân phối huyện Châu Thành.

So với các nghiên cứu trước đây, việc sử dụng 49 luật mờ trong bộ điều khiển FLC giúp cải thiện độ chính xác và khả năng thích ứng của bộ lọc, từ đó nâng cao chất lượng điện năng. Kết quả này phù hợp với xu hướng ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong kỹ thuật điện nhằm tối ưu hóa hiệu suất hệ thống.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh THDi trước và sau khi sử dụng bộ lọc điều khiển bằng PI và FLC, cũng như bảng tổng hợp số liệu THDi tại các phụ tải tiêu biểu, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của từng giải pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai áp dụng bộ lọc sóng hài tích cực điều khiển bằng Logic Mờ trên lưới điện phân phối huyện Châu Thành: Tập trung vào các phụ tải phi tuyến có sóng hài cao, nhằm giảm THDi xuống dưới 12% trong vòng 12 tháng tới. Chủ thể thực hiện là Công ty Điện lực An Giang phối hợp với các đơn vị kỹ thuật.

2. Nghiên cứu tối ưu tham số bộ điều khiển Logic Mờ: Tiếp tục điều chỉnh và hoàn thiện các luật mờ để giảm THDi xuống dưới 5% theo tiêu chuẩn IEEE trong 2 năm tới, nhằm nâng cao chất lượng điện năng đạt chuẩn quốc tế.

3. Tăng cường giám sát và đo đạc sóng hài định kỳ: Thiết lập hệ thống đo đạc tự động tại các điểm đấu nối phụ tải phi tuyến để phát hiện và xử lý kịp thời các hiện tượng sóng hài vượt ngưỡng. Thời gian thực hiện trong 6 tháng, do phòng Kỹ thuật Công ty Điện lực An Giang đảm nhiệm.

4. Đào tạo và nâng cao nhận thức cho cán bộ kỹ thuật và khách hàng sử dụng điện: Tổ chức các khóa đào tạo về tác hại của sóng hài và các biện pháp giảm thiểu, nhằm nâng cao hiệu quả vận hành và sử dụng điện năng sạch. Thời gian triển khai trong 1 năm, do Công ty Điện lực An Giang phối hợp với các cơ sở đào tạo.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Cán bộ kỹ thuật và quản lý ngành điện: Giúp hiểu rõ nguyên nhân, ảnh hưởng và các giải pháp kỹ thuật giảm sóng hài, từ đó nâng cao hiệu quả vận hành và quản lý lưới điện phân phối.

2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật điện: Cung cấp kiến thức chuyên sâu về sóng hài, bộ lọc tích cực và ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong điều khiển hệ thống điện.

3. Doanh nghiệp sử dụng điện công nghiệp: Nhận thức được tác động của sóng hài đến thiết bị và sản xuất, từ đó phối hợp với ngành điện để áp dụng các giải pháp cải thiện chất lượng điện năng.

4. Cơ quan quản lý nhà nước và ban ngành liên quan: Hỗ trợ xây dựng chính sách, tiêu chuẩn kỹ thuật và quy định về chất lượng điện năng phù hợp với thực tế và xu hướng công nghệ mới.

Câu hỏi thường gặp

1. Sóng hài là gì và tại sao nó lại gây ảnh hưởng xấu đến lưới điện?
   Sóng hài là các thành phần sóng sin có tần số là bội số nguyên của tần số cơ bản 50 Hz, gây méo dạng sóng điện áp và dòng điện. Chúng làm tăng tổn thất điện năng, giảm tuổi thọ thiết bị và gây nhiễu cho hệ thống điện.

2. Tại sao bộ lọc sóng hài tích cực điều khiển bằng Logic Mờ hiệu quả hơn bộ lọc điều khiển bằng PI?
   Logic Mờ có khả năng xử lý các hệ thống phi tuyến và không chính xác tốt hơn, đáp ứng nhanh và điều chỉnh linh hoạt hơn, giúp giảm sóng hài hiệu quả hơn so với bộ điều khiển PI truyền thống.

3. Tiêu chuẩn nào được áp dụng để đánh giá chất lượng điện năng liên quan đến sóng hài?
   Tiêu chuẩn Việt Nam quy định THDi không vượt quá 12% đối với các đấu nối công suất lớn, trong khi tiêu chuẩn IEEE yêu cầu THDi dưới 5% để đảm bảo chất lượng điện năng cao.

4. Giải pháp nào được đề xuất để giảm sóng hài trên lưới điện phân phối huyện Châu Thành?
   Sử dụng bộ lọc sóng hài tích cực điều khiển bằng giải thuật Logic Mờ, tối ưu tham số điều khiển, giám sát sóng hài định kỳ và đào tạo nâng cao nhận thức cho cán bộ và khách hàng.

5. Làm thế nào để đo và phân tích sóng hài trong hệ thống điện?
   Sử dụng thiết bị đo sóng hài chuyên dụng kết hợp với phân tích chuỗi Fourier rời rạc để xác định biên độ và pha của các thành phần sóng hài, từ đó đánh giá mức độ ô nhiễm sóng hài.

Kết luận

• Luận văn đã phân tích và mô phỏng thành công giải pháp giảm sóng hài trên lưới điện phân phối huyện Châu Thành, tỉnh An Giang bằng bộ lọc sóng hài tích cực điều khiển bằng Logic Mờ.
• Kết quả mô phỏng cho thấy THDi giảm từ 23,99% xuống còn 10,19%, đạt tiêu chuẩn Việt Nam nhưng chưa đạt tiêu chuẩn IEEE.
• Giải pháp sử dụng Logic Mờ có ưu điểm về thời gian đáp ứng và chất lượng lọc so với bộ điều khiển PI.
• Đề xuất tiếp tục nghiên cứu tối ưu tham số bộ điều khiển để đạt chuẩn quốc tế và triển khai áp dụng thực tế tại địa phương.
• Khuyến khích các đơn vị liên quan áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao chất lượng điện năng, giảm tổn thất và tăng độ tin cậy cung cấp điện.

Hành động tiếp theo là triển khai thử nghiệm thực tế bộ lọc sóng hài tích cực điều khiển bằng Logic Mờ trên các phụ tải tiêu biểu trong huyện Châu Thành, đồng thời mở rộng nghiên cứu tối ưu điều khiển nhằm đáp ứng tiêu chuẩn IEEE. Các đơn vị quản lý và vận hành lưới điện được khuyến nghị phối hợp chặt chẽ để áp dụng giải pháp này, góp phần nâng cao chất lượng điện năng và hiệu quả sử dụng điện tại địa phương.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan chất lượng điện năng Chương 2: Một số biện pháp hạn chế sóng hài Chương 3: Mô phỏng bộ lọc sóng hài tích cực bằng Matlab Simulink Chương 4: Kết luận HVTH: Lê Thanh Long Trang 3/88 Luan van Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƢỢNG ĐIỆN NĂNG 1. Khái niệm về chất lƣợng điện năng. Chất lượng điện năng: Là tổng hợp các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng làm việc ổn định, lâu dài đến hiệu suất làm việc của các thiết bị trong hệ thống điện. Chất lượng điện năng còn bao hàm những yếu tố có thể ảnh hưởng tới sức khỏe của người sử dụng điện.

Chất lượng điện năng là một chủ đề nghiên cứu rất rộng có ý nghĩa chiến lược đối với toàn ngành điện và với các nhân viên kỹ thuật vận hành, khai thác, bảo dưỡng quản lý, các nhà chế tạo thiết bị, vì các lí do sau: - Tính chất cạnh tranh của nền kinh tế nên đòi hỏi điện năng phải được đảm bảo thường xuyên với chất lượng tốt mới thu hút được các nhà đầu tư. - Việc suy giảm chất lượng điện năng làm cho thiết bị vận hành với hiệu suất thấp, tuổi thọ bị giảm. - Vấn đề hiệu quả sử dụng điện năng ngày càng được quan tâm, do công nghiệp chế tạo thiết bị điện phát triển và khách hàng đã sử dụng nhiều loại thiết bị “thông minh” với hiệu quả năng lượng ngày càng cao nhưng cũng khắt khe hơn như: Hệ thống truyền động điện sử dụng 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 trong hệ thống điện. Chính những loại thiết bị điện này là nguyên nhân gây ra vấn đề về chất lượng điện năng, đặc biệt là sự xuất hiện của sóng hài điện áp và dòng điện trong lưới điện phân phối.

- Hệ thống cung cấp và sử dụng điện hiện đại là một hệ thống phức tạp, tích hợp cao, sự làm việc và hỏng hóc của một phần tử trong hệ thống có thể ảnh hưởng đến các phần tử khác thậm chí đến toàn hệ thống. Có nhiều cách hiểu và định nghĩa khác nhau về chất lượng điện năng tùy thuộc và quan điểm của người đánh giá. - Theo IEEE (Institue of Electric and Electronic Engineers): Chất lượng điện năng là một khái niệm của việc nối nguồn và nối đất cho các thiết bị nhạy cảm mà theo cách đó phù hợp cho việc hoạt động của thiết bị. - Đối với đơn vị cung cấp điện: Được hiểu là chất lượng điện áp, tần số và độ HVTH: Lê Thanh Long Trang 4/88 Luan van Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên tin cậy cung cấp điện theo quy định; - Đối với nhà sản xuất thiết bị điện: Là tập hợp các thông số của điện năng được cung cấp đảm bảo cho thiết bị hoạt động tốt.

Tập hợp các thông số này có thể rất khác nhau đối với từng chủng loại thiết bị và từng nhà sản xuất, khách hàng sử dụng điện. - Khách hàng sử dụng điện: Thường đánh giá chất lượng điện năng theo quan điểm an toàn, đảm bảo tiện nghi và hiệu quả sản xuất, tiêu dùng. - Theo quan điểm của Ngành điện: Hiện nay thì khách hàng sử dụng điện là đối tượng luôn được quan tâm, chăm sóc ngày càng tốt hơn. Do đó có thể hiểu chất lượng điện năng là các vấn đề liên quan đến việc làm cho hoạt động của thiết bị điện của khách hàng hoặc của đơn vị được cung cấp điện tốt nhất.

Bài toán đánh giá quan hệ đảm bảo chất lượng của điện năng ngày càng trở nên phức tạp theo cách nhìn của từng đối tác.  Đối với nhà sản xuất thiết bị điện là giá thành sản phẩm. Một thiết bị điện nếu được chế tạo để có thể hoạt động bình thường trong một dải biến thiên rộng của thông số chất lượng điện năng thường có giá thành cao.  Đối với đơn vị cung cấp điện: Nâng cao chất lượng điện năng thường đồng nghĩa với những khoản đầu tư lớn để nâng cấp lưới điện, vì vậy nếu không có những điều kiện pháp lý ràng buộc, các đơn vị cung cấp điện thường không thực hiện những giải pháp nâng cao chất lượng điện năng vì sẽ tốn kém chi phí.

Tuy nhiên, trong điều kiện thị trường điện lực phát triển, các ràng buộc kỹ thuật trong hợp đồng mua bán điện liên quan đến chất lượng điện năng sẽ là áp lực để các đơn vị cung ứng điện có trách nhiệm hơn trong việc đảm bảo chất lượng điện năng cho khách hàng sử dụng điện. Chất lượng điện năng cũng sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả sử dụng điện năng, hiệu quả sản xuất kinh doanh, chi phí và tiện nghi của khách hàng. Ngược lại, nhiều thiết bị sử dụng điện của khách hàng lại là nguyên nhân gây nên những ảnh hưởng đến Chất lượng điện năng đối với lưới điện và các tải lân cận. Các tiêu chuẩn về chất lƣợng điện năng.

Chất lƣợng tần số. - Chất lượng tần số được đánh giá bằng độ biến thiên tần số so với tần số định HVTH: Lê Thanh Long Trang 5/88 Luan van Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên mức của hệ thống điện độ biến thiên tần số được tính như sau: | | Trong đó: ft : Tần số thực tế fđm : Tần số định mức - Chất lượng tần số còn được đánh giá dựa trên độ dao động tần số, được đặc trưng bởi độ biến thiên giữa giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của tần số khi tốc độ tần số biến thiên nhanh hơn 1 %/s. - Thông tư số 39/2015/BCT [3] quy định: Tần số danh định trong hệ thống điện quốc gia là 50 Hz. Trong điều kiện bình thường, tần số hệ thống điện được dao động trong phạm vi ± 0,2 Hz so với tần số danh định.

Trường hợp hệ thống điện chưa ổn định, tần số hệ thống điện được dao động trong phạm vi ± 0,5 Hz so với tần số danh định. Chất lƣợng điện áp Điện áp là một trong những đại lượng đặc trưng cho chất lượng điện năng của hệ thống điện. Có thể mô tả điện áp của một thiết bị điện hoặc hệ thống điện thông qua các trị số. - Điện áp tức thời, u(t): Là trị số điện áp ứng với một thời điểm nhất định, được biểu diễn bằng hàm số sau: Trong đó: Umax: Biên độ điệp áp (V); f: Tần số (Hz); φ: Góc pha điện áp (o); Trị số điện áp viết theo (1.2) là thành phần sóng điện áp ở tần số cơ bản.

- Điện áp hiệu dụng, Urms: Là trị số điện áp được tính theo công thức sau: √ ∫ [ ] HVTH: Lê Thanh Long Trang 6/88 Luan van Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên Trong đó: + u(t): Trị số điện áp tức thời (V); + T: Chu kỳ thời gian khảo sát (giây); Điện áp hiệu dụng cũng là 1 đại lượng thay đổi theo thời gian. Với dạng điện áp như (1.2) trong đó biên độ điện áp Umax không thay đổi thì trị số điện áp hiệu dụng sẽ là. √ - Biến thiên điện áp: Là sự sai khác giữa điện áp vận hành và điện áp danh định biểu diễn bằng phần trăm điện áp danh định gọi là độ biến thiên điện áp phần trăm. Trong đó: Ut : Điện áp vận hành Uđm : Điện áp định mức.

- Theo quy định chất lượng điện áp trong chế độ xác lập của hệ thống điện, thì biến thiên điện áp dài hạn được đặc trưng bởi độ biến thiên điện áp cho phép. Đó là giới hạn thay đổi của điện áp vận hành trong đó các thiết bị điện làm việc an toàn, tin cậy: δU– ≤ δU ≤ δU+ Trong đó: U và U+ : Các giới hạn dưới và giới hạn trên của độ biến thiên điện áp. - Một số tiêu chuẩn trên thế giới của biến thiên điện áp quy định như sau:  Tiêu chuẩn châu Âu: EN 50160 quy định U = ±10 %; xác suất 95 %.  Tiêu chuẩn Úc: AS60038 quy định với Uđm = 240V, -2 % ≤ U ≤ +10 %; xác suất 95 % và -6 % ≤ U ≤ +10 %; xác suất 99 %.

 Tiêu chuẩn về độ biến thiên điện áp ở Việt Nam [3]:  Trong chế độ vận hành bình thường, điện áp vận hành tại điểm đấu nối được phép dao động so với điện áp danh định như sau: HVTH: Lê Thanh Long Trang 7/88 Luan van Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên  Tại điểm đấu nối với khách hàng sử dụng điện là U = ±5 %;  Tại điểm đấu nối với nhà máy điện là – 5 % ≤ U ≤ +10 %.  Trong chế độ sự cố đơn lẻ hoặc trong quá trình khôi phục vận hành sau sự cố, cho phép mức biến thiên 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 % so với điện áp danh định.  Trong chế độ sự cố nghiêm trọng trên hệ thống truyền tải điện hoặc khôi phục sự cố, cho phép mức biến thiên điện áp trong khoảng ±10 % so với điện áp danh định. - Nhấp nháy điện áp:  Nhấp nháy (flicker): Là ấn tượng không ổn định của thị giác do sự kích thích của ánh sáng có quang thông dao động theo thời gian.

Nhấp nháy là cảm giác không thoải mái của thị lực con người do sự thay đổi của cường độ ánh sáng của nguồn sáng. Quang thông của các thiết bị chiếu sáng phụ thuộc điện áp nên việc đánh giá hiện tượng dao động điện áp được thực hiện thông qua những kiến thức về quá trình sinh lý trong quá trình sự cảm nhận nhấp nháy ánh sáng của con người.  Các mức nhấp nháy điện áp:  Mức nhấp nháy ngắn hạn (Pst) là giá trị đo được trong khoảng thời gian mười (10) phút bằng thiết bị đo nhấp nháy. Nó là đại lượng không đơn vị, đặc trưng cho mức độ xấu của nhấp nháy.

Pst = 1 tương ứng với giới hạn không được vượt qua để tránh sự mệt mỏi cho người quan sát đối với bất kỳ loại nhấp nháy nào.  Mức nhấp nháy dài hạn (Plt) được tính từ 12 kết quả đo Pst liên tiếp (trong khoảng thời gian hai giờ), theo công thức: ∑ √ Trong đó: Plt là tiêu chuẩn đánh giá nhấp nháy dài hạn khi xem xét các sự kiện nhấp nháy với các chu kỳ lớn hơn hoặc khi một số phụ tải gây nhấp nháy đồng thời vận hành. Giới hạn mức nhấp nháy dài hạn là 0,8.