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

Nghiên cứu giải pháp giảm sóng hài nhằm nâng cao chất lượng điện năng lưới điện phân phối huyện Châu Thành, góp phần phát triển bền vững.

• Tác giả: Lê Thanh Long
• Người hướng dẫn: Pgs.Ts Lê Chí Kiên
• Trường học: Không có thông tin
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Giải pháp giảm sóng hài cho các phụ tải có sóng hài cao nối vào lưới điện phân phối huyện Châu Thành, tỉnh An Giang.
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• 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. Tổng quan về giải pháp giảm sóng hài trong lưới điện phân phối

Giải pháp giảm sóng hài là một trong những vấn đề quan trọng trong việc nâng cao chất lượng điện năng cho lưới điện phân phối. Sóng hài không chỉ ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của thiết bị mà còn gây ra tổn thất điện năng. Việc hiểu rõ về sóng hài và các giải pháp giảm thiểu là cần thiết để đảm bảo sự ổn định và hiệu quả của hệ thống điện.

1.1. Khái niệm về sóng hài và tác động của chúng

Sóng hài là các thành phần tần số cao trong dòng điện và điện áp, gây ra bởi các thiết bị phi tuyến. Chúng có thể làm giảm hiệu suất của thiết bị, gây hư hỏng và tăng tổn thất điện năng. Việc nhận diện và phân tích sóng hài là bước đầu tiên trong việc tìm kiếm giải pháp giảm sóng hài.

1.2. Tầm quan trọng của chất lượng điện năng

Chất lượng điện năng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất hoạt động của thiết bị điện. Việc nâng cao chất lượng điện năng không chỉ giúp giảm thiểu sóng hài mà còn đảm bảo sự ổn định trong cung cấp điện, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm thiểu chi phí cho doanh nghiệp.

II. Vấn đề và thách thức trong việc giảm sóng hài

Mặc dù có nhiều giải pháp để giảm sóng hài, nhưng việc triển khai chúng trong thực tế vẫn gặp nhiều thách thức. Các thiết bị hiện đại ngày càng nhạy cảm với sự biến đổi của điện năng, điều này đòi hỏi các giải pháp phải được tối ưu hóa và điều chỉnh liên tục.

2.1. Nguyên nhân gây ra sóng hài trong lưới điện

Sóng hài chủ yếu phát sinh từ các thiết bị điện tử như bộ chỉnh lưu, biến tần và các thiết bị sử dụng công nghệ điều khiển điện tử. Những thiết bị này thường tạo ra các dạng sóng không chuẩn, dẫn đến sự xuất hiện của sóng hài trong lưới điện.

2.2. Tác động của sóng hài đến hệ thống điện

Sóng hài có thể gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng như giảm hiệu suất của thiết bị, tăng nhiệt độ, và thậm chí gây hư hỏng. Ngoài ra, sóng hài còn làm giảm tuổi thọ của thiết bị và tăng chi phí bảo trì, ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế của doanh nghiệp.

III. Phương pháp giảm sóng hài hiệu quả cho lưới điện phân phối

Có nhiều phương pháp để giảm sóng hài, trong đó bộ lọc sóng hài tích cực là một trong những giải pháp hiệu quả nhất. Phương pháp này không chỉ giúp giảm sóng hài mà còn nâng cao chất lượng điện năng cho lưới điện phân phối.

3.1. Bộ lọc sóng hài tích cực và nguyên lý hoạt động

Bộ lọc sóng hài tích cực hoạt động dựa trên nguyên lý điều khiển dòng điện bù, giúp loại bỏ các thành phần sóng hài trong dòng điện. Việc sử dụng bộ lọc này giúp giảm tổng sóng hài dòng điện xuống dưới mức cho phép theo tiêu chuẩn Việt Nam.

3.2. Giải pháp Logic Mờ trong điều khiển bộ lọc

Giải pháp điều khiển bằng Logic Mờ cho bộ lọc sóng hài tích cực cho thấy ưu điểm vượt trội về thời gian đáp ứng và chất lượng điện năng so với các phương pháp truyền thống. Việc áp dụng Logic Mờ giúp tối ưu hóa quá trình điều khiển, từ đó nâng cao hiệu quả giảm sóng hài.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng bộ lọc sóng hài tích cực điều khiển bằng Logic Mờ đã giúp giảm tổng sóng hài dòng điện từ 23,99% xuống còn 10,19%. Kết quả này cho thấy tính khả thi và hiệu quả của giải pháp trong việc nâng cao chất lượng điện năng.

4.1. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm

Mô phỏng bằng phần mềm Matlab-Simulink cho thấy bộ lọc sóng hài tích cực điều khiển bằng Logic Mờ có khả năng giảm sóng hài hiệu quả. Kết quả thực nghiệm cũng xác nhận rằng tổng sóng hài dòng điện đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn Việt Nam.

4.2. Ứng dụng trong lưới điện phân phối huyện Châu Thành

Giải pháp này đã được áp dụng thành công tại huyện Châu Thành, tỉnh An Giang, giúp nâng cao chất lượng điện năng và giảm thiểu tổn thất điện năng. Kết quả này mở ra hướng phát triển mới cho các hệ thống điện khác trong khu vực.

V. Kết luận và hướng phát triển tương lai

Việc giảm sóng hài trong lưới điện phân phối không chỉ giúp nâng cao chất lượng điện năng mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành điện. Hướng phát triển trong tương lai cần tập trung vào việc tối ưu hóa các giải pháp hiện có và nghiên cứu thêm các công nghệ mới.

5.1. Tương lai của công nghệ giảm sóng hài

Công nghệ giảm sóng hài sẽ tiếp tục phát triển với sự hỗ trợ của các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo và Internet of Things (IoT). Những công nghệ này sẽ giúp tối ưu hóa quá trình điều khiển và giám sát chất lượng điện năng.

5.2. Khuyến nghị cho ngành điện

Ngành điện cần tiếp tục đầu tư vào nghiên cứu và phát triển các giải pháp giảm sóng hài, đồng thời nâng cao nhận thức của người tiêu dùng về tầm quan trọng của chất lượng điện năng. Việc này sẽ giúp đảm bảo sự ổn định và hiệu quả trong cung cấp điện cho khách hàng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Chất lượng điện năng là tiêu chí then chốt quyết định hiệu quả vận hành và tuổi thọ của toàn bộ thiết bị trong hệ thống điện. Tại Việt Nam, sự bùng nổ của các phụ tải phi tuyến trong công nghiệp và dân dụng đã làm gia tăng tình trạng méo dạng sóng hài nghiêm trọng. Theo số liệu khảo sát thực địa tại 42 trạm biến áp phân phối trên địa bàn tỉnh An Giang, độ méo dạng sóng hài dòng điện tại nhiều điểm nút đã vượt ngưỡng cho phép, đặc biệt tập trung ở nhóm phụ tải có dung lượng từ 75 kVA đến 250 kVA.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm của luận văn là tình trạng ô nhiễm sóng hài bậc cao trên lưới điện phân phối 22 kV tại huyện Châu Thành, tỉnh An Giang. Sự xuất hiện của sóng hài làm phát sinh tổn thất nhiệt, gây rung lắc máy điện quay, suy giảm hệ số công suất và tiềm ẩn nguy cơ nổ tụ bù do hiện tượng cộng hưởng. Mục tiêu cụ thể của đề tài là khảo sát thực trạng, xây dựng mô hình mô phỏng và ứng dụng bộ lọc sóng hài tích cực được điều khiển bằng giải thuật Logic Mờ nhằm làm sạch lưới điện phân phối.

Phạm vi nghiên cứu được triển khai tập trung tại các phụ tải phi tuyến điển hình thuộc lưới điện huyện Châu Thành trong giai đoạn thu thập dữ liệu năm 2017 và hoàn thiện năm 2018. Ý nghĩa thực tiễn của công trình thể hiện rõ nét qua kết quả mô phỏng: tổng độ méo dạng sóng hài dòng điện giảm mạnh từ 23,99% xuống còn 10,19%. Thành quả này giúp lưới điện địa phương đáp ứng quy chuẩn kỹ thuật quốc gia theo Thông tư 39/2015/TT-BCT với giới hạn dưới 12%, giảm thiểu tổn thất điện năng và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết phân tích chuỗi Fourier và biến đổi Fourier rời rạc nhằm phân tách dạng sóng điện áp, dòng điện tuần hoàn tần số 50 Hz thành tổng các sóng điều hòa bậc cao. Để xử lý bài toán lọc tích cực, mô hình điều khiển áp dụng lý thuyết biến đổi hệ tọa độ đồng bộ d-q, cho phép tách dòng công suất tác dụng và công suất phản kháng để xác định chính xác dòng điện hài cần bù.

Khung lý thuyết điều khiển thông minh sử dụng giải thuật Logic Mờ với cấu trúc 49 luật mờ, kết hợp kỹ thuật điều chế độ rộng xung nhằm phát xung điều khiển các van đóng cắt bán dẫn. Bốn khái niệm cốt lõi xuyên suốt luận văn gồm:

• Tổng độ méo dạng sóng hài dòng điện và điện áp: Đại lượng đo lường tỷ lệ phần trăm giữa giá trị hiệu dụng của các thành phần sóng hài so với thành phần sóng cơ bản.
• Bộ lọc sóng hài tích cực: Thiết bị điện tử công suất sử dụng cầu chỉnh lưu điện áp với các khóa chuyển mạch đóng vai trò bơm dòng bù triệt tiêu dòng sóng hài.
• Phụ tải phi tuyến: Các thiết bị có đặc tính quan hệ giữa dòng điện và điện áp không tỷ lệ tuyến tính, đóng vai trò là nguồn phát sóng hài vào lưới.
• Khâu giải mờ theo phương pháp trọng tâm: Quá trình chuyển đổi tập mờ kết luận thành giá trị điều khiển liên tục chính xác.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được thu thập từ báo cáo đo đạc thực tế chất lượng điện năng tại 42 trạm biến áp hạ áp cấp điện áp 22/0,4 kV do Công ty Điện lực An Giang quản lý. Tác giả áp dụng phương pháp chọn mẫu chủ đích, lọc ra 6 phụ tải công nghiệp và chế biến nông sản có mức méo dạng dòng điện cao đột biến tại huyện Châu Thành để làm dữ liệu đầu vào.

Phương pháp phân tích trọng tâm là mô phỏng số học trên nền tảng phần mềm chuyên dụng. Lý do lựa chọn công cụ này là khả năng thiết lập linh hoạt các phần tử phi tuyến, tích hợp thuật toán điều khiển thông minh và phân tích phổ tần số với độ chính xác cao. Toàn bộ chu trình nghiên cứu được triển khai chặt chẽ: thu thập số liệu đo đạc thực tế năm 2017, thiết lập thông số mô hình, thực hiện chuỗi mô phỏng kiểm chứng và đánh giá hiệu năng giải thuật trong năm 2018.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích dữ liệu thực tế và mô phỏng trên phần mềm chuyên dụng đã chỉ ra 4 phát hiện quan trọng:

Thứ nhất, mức độ méo dạng sóng hài dòng điện tại huyện Châu Thành rất nghiêm trọng ở nhóm trạm biến áp dung lượng nhỏ từ 75 kVA đến 250 kVA. Điển hình, trạm biến áp Đại Phát ghi nhận độ méo dòng lên tới 35,3%, Nhà máy Tole Thiên Tân đạt 28,71%, cơ sở Trần Hoài Thanh đạt 29,83% và Doanh nghiệp tư nhân Huỳnh Lộc đạt 32,71%.

Thứ hai, việc tích hợp bộ lọc sóng hài tích cực điều khiển bằng Logic Mờ đã kéo giảm tổng độ méo dạng sóng hài dòng điện tổng thể từ 23,99% xuống mức 10,19%, tương đương mức giảm biên độ méo dạng hơn 57,5%.

Thứ ba, so sánh hiệu năng giữa hai giải thuật điều khiển cho thấy bộ điều khiển Logic Mờ vượt trội hoàn toàn so với bộ điều khiển vi tích phân tỷ lệ cổ điển về tốc độ đáp ứng quá độ, độ vọt lố và khả năng triệt tiêu các thành phần sóng hài bậc lẻ nguy hiểm như bậc 5, bậc 7 và bậc 11.

Thứ tư, các phụ tải công nghiệp có hệ số công suất rất thấp như Nhà máy Tole Thiên Tân với hệ số công suất chỉ đạt từ 0,5479 đến 0,8021 chính là tác nhân làm gia tăng đột biến dòng điện hài trên đường dây trung áp.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến ô nhiễm sóng hài cao tại địa phương xuất phát từ việc các cơ sở sản xuất sử dụng ồ ạt các bộ biến tần, lò hàn và chỉnh lưu công suất nhưng không lắp đặt thiết bị lọc đầu nguồn. Khi máy biến áp vận hành trong tình trạng non tải hoặc điện áp dao động, mạch từ rơi vào vùng bão hòa phi tuyến khiến dòng từ hóa phát sinh sóng hài bậc cao lan tỏa vào lưới điện chung.

Dữ liệu mô phỏng được trực quan hóa rõ nét thông qua biểu đồ phân tích phổ tần số Fourier và bảng so sánh các trạng thái vận hành. Biểu đồ dạng sóng dòng điện trước khi lọc thể hiện sự biến dạng răng cưa gồ ghề, sau khi qua bộ lọc Logic Mờ đã tiệm cận hoàn hảo sóng hình sin chuẩn tần số 50 Hz.

So với các công trình nghiên cứu quốc tế trước đây thường chỉ áp dụng hệ mờ 15 luật, việc thiết lập 49 luật mờ trong luận văn này giúp tín hiệu điều khiển dòng bù đạt độ mịn cao hơn, triệt tiêu gần như hoàn toàn các gai nhọn điện áp. Kết quả đạt được đưa độ méo dạng dòng điện về 10,19%, đáp ứng đầy đủ yêu cầu dưới 12% của Thông tư 39/2015/TT-BCT tại Việt Nam. Dù vậy, kết quả này vẫn cần được tinh chỉnh để tiệm cận tiêu chuẩn IEEE-519/2014 với ngưỡng khắt khe dưới 5%.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng, luận văn đưa ra 4 nhóm giải pháp cụ thể:

Thứ nhất, triển khai lắp đặt thí điểm bộ lọc sóng hài tích cực sử dụng bộ điều khiển Logic Mờ 49 luật tại 6 trạm biến áp có độ méo dòng cao nhất thuộc huyện Châu Thành trong thời gian 6 đến 12 tháng tới, hướng tới mục tiêu duy trì ổn định tổng độ méo dạng dòng điện dưới 10%.

Thứ hai, Công ty Điện lực An Giang cần thiết lập hệ thống giám sát và đo kiểm định kỳ chất lượng điện năng cho 100% khách hàng công nghiệp có dung lượng trạm từ 75 kVA trở lên, thực hiện định kỳ 3 tháng một lần để phát hiện và xử lý kịp thời các nguồn phát sinh sóng hài.

Thứ ba, tiếp tục tối ưu hóa bảng quy tắc mờ và nâng cấp phần cứng điều khiển bộ lọc trong giai đoạn 2019 đến 2021, kết hợp các giải thuật tối ưu hóa thông minh nhằm giảm tổng độ méo dạng dòng điện xuống dưới mức 5%, đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn quốc tế IEEE-519/2014.

Thứ tư, yêu cầu các doanh nghiệp có hệ số công suất thấp dưới 0,85 phối hợp cùng ngành điện đầu tư lắp đặt hệ thống tụ bù có cuộn kháng chặn sóng hài trong vòng 3 đến 6 tháng, ngăn chặn hiện tượng cộng hưởng điện áp gây nổ thiết bị bảo vệ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là tài liệu tham khảo giá trị cho 4 nhóm đối tượng chính:

Thứ nhất, các kỹ sư vận hành và điều độ hệ thống điện tại các công ty điện lực: Tài liệu cung cấp phương pháp khảo sát thực tế trên 42 trạm biến áp, phân tích dữ liệu méo dạng sóng hài 22 kV và quy trình lựa chọn cấu hình bộ lọc tích cực phù hợp với lưới điện phân phối.

Thứ tư, các nhà nghiên cứu và học viên cao học chuyên ngành Kỹ thuật điện, Tự động hóa: Luận văn cung cấp toàn bộ quy trình xây dựng giải thuật Logic Mờ 49 luật trên phần mềm chuyên dụng, hỗ trợ đắc lực cho các đề tài phát triển giải thuật điều khiển thông minh cho thiết bị điện tử công suất.

Thứ ba, cán bộ quản lý kỹ thuật tại các nhà máy, xí nghiệp sản xuất: Giúp hiểu rõ cơ chế tổn thất do sóng hài, từ đó chủ động lựa chọn giải pháp lọc tích cực nhằm kéo giảm chỉ số méo dòng từ trên 30% xuống mức quy chuẩn, bảo vệ thiết bị và tiết kiệm chi phí năng lượng.

Thứ hai, giảng viên và sinh viên các trường đại học khối kỹ thuật: Sử dụng công trình làm học liệu tham khảo trực quan cho các môn học Chất lượng điện năng, Điện tử công suất và Điều khiển thông minh với đầy đủ số liệu mô phỏng kiểm chứng.

Câu hỏi thường gặp

Sóng hài dòng điện gây ra những nguy cơ kỹ thuật nghiêm trọng nào trên lưới điện phân phối?

Sóng hài làm gia tăng điện trở dây dẫn do hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng gần ở tần số trên 250 Hz, gây tổn thất nhiệt lớn và làm cháy dây trung tính do dòng thứ tự không. Ngoài ra, nhiệt độ tăng thêm 10 độ C sẽ làm giảm 50% tuổi thọ động cơ, đồng thời gây hiện tượng cộng hưởng song song làm nổ các bộ tụ bù công suất.

Tại sao giải thuật Logic Mờ lại mang lại hiệu quả vượt trội hơn bộ điều khiển PI truyền thống trong bộ lọc tích cực?

Bộ điều khiển vi tích phân tỷ lệ truyền thống gặp nhiều khó khăn khi xử lý các đối tượng phi tuyến và phụ tải biến động liên tục. Giải thuật Logic Mờ với 49 luật suy luận không cần mô hình toán học giải tích chính xác của hệ thống, giúp thời gian đáp ứng dòng bù nhanh hơn, giảm độ vọt lố và giữ tổng độ méo dòng ở mức 10,19%.

Quy định hiện hành của Việt Nam và quốc tế về giới hạn sóng hài dòng điện được quy định cụ thể ra sao?

Theo Thông tư 39/2015/TT-BCT của Bộ Công Thương Việt Nam, đối với điểm đấu nối trung áp có công suất từ 50 kW trở lên, tổng độ biến dạng sóng hài dòng điện cực đại không được vượt quá 12%. Trong khi đó, tiêu chuẩn quốc tế IEEE-519/2014 quy định mức giới hạn khắt khe hơn là dưới 5% cho cấp điện áp từ 1 kV đến 69 kV.

Vì sao các trạm biến áp có công suất nhỏ từ 75 kVA đến 250 kVA tại An Giang lại ghi nhận mức sóng hài rất cao?

Nhóm khách hàng này chủ yếu là các cơ sở xay xát lúa gạo, sản xuất tole và chế biến thủy sản sử dụng nhiều động cơ công suất lớn kết hợp biến tần điều tốc và chỉnh lưu công nghệ cũ. Việc thiếu vắng thiết bị lọc sóng hài chuyên dụng khiến mức méo dạng tại trạm Đại Phát lên tới 35,3% và trạm Huỳnh Lộc đạt 32,71%.

Làm thế nào để ứng dụng mô hình mô phỏng của luận văn vào chế tạo phần cứng thực tế?

Mô hình điều khiển Logic Mờ 49 luật có thể được nạp trực tiếp vào các vi điều khiển số hoặc chip xử lý tín hiệu số chuyên dụng. Bộ điều khiển này kết nối với khối cầu nghịch lưu bán dẫn công suất và cuộn cảm ngõ ra để thực thi việc đo đạc, tính toán và bơm dòng bù theo thời gian thực trên lưới phân phối.

Kết luận

• Luận văn đã phân tích toàn diện thực trạng chất lượng điện năng và xác định các điểm nóng ô nhiễm sóng hài trên lưới điện phân phối huyện Châu Thành với độ méo dòng ban đầu lên tới 23,99%.
• Ứng dụng thành công giải thuật Logic Mờ 49 luật cho bộ lọc sóng hài tích cực, giúp giảm độ méo dạng sóng hài dòng điện xuống còn 10,19%, vượt trội so với bộ điều khiển vi tích phân tỷ lệ cổ điển.
• Kết quả mô phỏng kiểm chứng giúp lưới điện địa phương đáp ứng hoàn toàn quy chuẩn kỹ thuật quốc gia theo Thông tư 39/2015/TT-BCT với ngưỡng yêu cầu dưới 12%.
• Hướng phát triển trọng tâm trong giai đoạn 12 đến 24 tháng tới là tối ưu hóa bộ tham số mờ nhằm đưa chỉ số méo dòng về dưới 5%, tiệm cận tiêu chuẩn quốc tế IEEE-519/2014.
• Đề tài mở ra giải pháp công nghệ hiệu quả và khả thi, kêu gọi sự đầu tư đồng bộ từ các đơn vị quản lý điện lực và doanh nghiệp nhằm nâng cao chất lượng điện năng toàn diện trên địa bàn tỉnh An Giang.

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 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 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 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 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 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.  Độ biến thiên điện áp tương đối: Ngoài các mức nhấp nháy nêu trên, dao HVTH: Lê Thanh Long Trang 8/88 Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.