ĐẶT VẤN ĐỀ Điện năng là một loại hàng hóa chiến lược có vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Chất lượng điện năng (CLĐN) được cung cấp có thể tác động trực tiếp đến nhiều khách hàng sử dụng điện trong sinh hoạt và công nghiệp. Ngày nay các dây chuyền sản xuất công nghiệp đều được trang bị hiện đại với trình độ tự động hóa cao, những thiết bị và dây chuyền này thường nhạy cảm hơn với các thông số của điện năng được cung cấp so với thế hệ các thiết bị điện cơ trước đây. Cùng với sự phát triển mạnh các dây chuyền sản sản xuất, các loại phụ tải điện hiệu năng cao và yêu cầu ngày càng khắc khe đối với tiêu chuẩn cung cấp điện, vấn đề chất lượng điện năng càng trở nên quan trọng đối với các đơn vị cung ứng điện lẫn khách hàng tiêu thụ điện.
Có nhiều lý do khiến người ta ngày càng quan tâm đến chất lượng điện năng, đó là: 1/ Các thiết bị dùng điện hiện đại nhạy cảm hơn với sự thay đổi thông số của nguồn cấp so với những thiết bị đã sử dụng trước đây. 2/ Ngược lại, các nhà sản suất thiết bị điện ứng dụng các công nghệ hiệu năng cao như: các bộ điều tốc điện tử công suất, các hệ thống chỉnh lưu và nghịch lưu, các thiết bị điều chỉnh công suất phản kháng và điều khiển điện áp, … Chính những loại thiết bị này lại là nguyên nhân của các vấn đề về chất lượng điện năng, đặc biệt là sự xuất hiện của sóng hài điện áp và dòng điện trong lưới điện phân phối. 3/ Khách hàng sử dụng điện ngày càng ý thức rõ hơn về tác động của chất lượng điện năng đến quá trình sản xuất và sử dụng điện, ảnh hưởng kinh tế - kỹ thuật của chất lượng điện năng, ngày càng có những yêu cầu khắt khe hơn đối với đơn vị cấp điện về chất lượng điện áp, về độ tin cậy cung cấp điện, về mức sóng hài, mức mất cân bằng cho phép của điện áp lưới điện. 4/ Hệ thống cung cấp điện hiện đại là một hệ thống phức tạp, tích hợp cao, sự làm việc hoặc hỏng hóc của một phần tử trong hệ thống có thể ảnh hưởng đến các phần tử khác, thậm chí đến toàn hệ thống, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng HVTH: Lê Thanh Cẩn CBHD: PGS.
Võ Ngọc Điều Luận văn thạc sỹ 2 điện năng. Đặc biệt là sự xuất hiện sóng hài ở một thiết bị tiêu thụ điện có thể lan truyền sang các hộ tiêu thụ điện lân cận, thậm chí đến các phần tử của lưới điện. Với những lý do trên, với đề tài “Khảo sát, đánh giá và đề xuất các giải pháp nâng cao chất lượng điện năng trên lưới điện phân phối Tp. Hồ Chí Minh” là cần thiết đối với vấn đề chất lượng điện năng hiện nay.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Mục tiêu của đề tài là xây dựng cơ sở lý thuyết, áp dụng một số giải pháp để góp phần cải thiện chất lượng điện năng trên lưới điện Tp.
Hồ Chí Minh. Bằng việc thực hiện đo đạc, khảo sát số liệu thực tế và từ đó phân tích chất lượng điện năng theo từng khu vực có tính chất phụ tải khác nhau trên lưới phân phối Tp. Hồ Chí Minh.3 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, các tiêu chuẩn liên quan đến chất lượng điện năng. Đo đạc, phân tích, đánh giá chất lượng điện năng trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh.
Nghiên cứu các giải pháp nhằm nâng cao chất lượng điện năng. Đề xuất các giải pháp tích cực và hiệu quả nhằm nâng cao chất lượng điện năng tại Tổng Công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh.4 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các thông số lưới điện liên quan đến chất lượng điện năng và các giải pháp để nâng cao chất lượng điện năng. Phạm vi nghiên cứu là lưới điện phân phối do Tổng Công ty Điện lực Tp. Hồ Chí Minh quản lý và các khách hàng trong khu vực này.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ĐỀ TÀI Với những vấn đề đặt ra và mục tiêu thực hiện luận văn này, những điểm sau đây được xem là ý nghĩa khoa học và thực tiễn chính: Về ý nghĩa khoa học: Luận văn thực hiện nghiên cứu các giải pháp nâng cao chất lượng điện năng dựa trên cơ sở lý thuyết và thực tế áp dụng trong nước và trên thế giới.
HVTH: Lê Thanh Cẩn CBHD: PGS. Võ Ngọc Điều Luận văn thạc sỹ 3 Về ý nghĩa thực tiễn: Vấn đề về CLĐN hiện nay ngày càng được quan tâm hơn khi nhu cầu phụ tải điện ngày càng tăng. Các giải pháp từ hệ thống đối với các lưới điện phân phối hầu như chưa có. Hiện tại đối với lưới điện phân phối chỉ cố gắng ứng dụng các tụ bù để giảm tổn thất công suất, cải thiện độ lệch điện áp cũng như sóng hài trên lưới điện.
Chính vì vậy việc đề xuất các biện pháp có thể áp dụng cho lưới điện Thành phố Hồ Chí Minh là vấn đề cần thiết trong thực tiễn. HVTH: Lê Thanh Cẩn CBHD: PGS. Võ Ngọc Điều Luận văn thạc sỹ 4 Chương 2 TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG 2.1 KHÁI NIỆM Chất lượng điện năng (Power Quality) dùng để chỉ các hiện tượng biến thiên về điện áp, dòng điện và tần số dẫn đến các thiết bị trong hệ thống điện ngừng làm việc hoặc làm việc không đúng với thiết kế. Có rất nhiều hiện tượng CLĐN xuất hiện trong hệ thống điện và theo IEEE 1159-1995, CLĐN được phân loại theo đặc trưng về biên độ, thời gian tồn tại phổ tần đặc trưng như bảng 2.1 Tóm tắt các hiện tượng chất lượng điện năng theo tiêu chuẩn IEEE 1159- 1995 Biên độ Thời gian đặc Nhóm Phổ đặc trưng điện áp trưng đặc trưng 1.1 Nano giây 5 ns < 50 ns 1.2 Micro giây 1 μs 50 ns-1 ms 1.1 Tần số thấp <5 kHz 0.2 Tần số trung bình 5-500 kHz 20 μs 0-8 pu 1.3 Tần số cao 0.
Biến thiên điện áp ngắn hạn 2.8 pu HVTH: Lê Thanh Cẩn CBHD: PGS. Võ Ngọc Điều Luận văn thạc sỹ 5 2.2 Thoáng qua 2.1 Mất điện áp 3s-1 phút <0. Biến thiên điện áp dài hạn 3.1 Mất điện áp kéo dài > 1 phút 0.2 Thấp điện áp > 1 phut 0.3 Quá điện áp > 1 phút 1. Mất đối xứng điện áp Xác lập 0.
Biến dạng sóng 5.1 Bù DC Xác lập 0-0.2 Sóng hài Xác lập 0-20% 5.3 Liên sóng hài Xác lập 0-2% 5.4 Vết cắt trên dạng sóng Xác lập 5.5 Nhiễu Phổ tần rộng Xác lập 0-1% 6. Dao động điện áp 0.1-7% (*) pu: Per unit-Đơn vị tương tối HVTH: Lê Thanh Cẩn CBHD: PGS. Võ Ngọc Điều Luận văn thạc sỹ 6 Trong chương này sẽ trình bày các hiện tượng liên quan đến chất lượng điện áp là biến thiên điện áp dài hạn, biến thiên điện áp ngắn hạn, dao động điện áp và sóng hài trong lưới điện là các vấn đề có tác động nhiều đến thiết bị và khách hàng.2 BIẾN THIÊN ĐIỆN ÁP DÀI HẠN 2.1 Mô tả hiện tượng Định nghĩa: Theo IEC 1159-1995, biến thiên điện áp (BTĐA) dài hạn là sự thay đổi trị số điện áp hiệu dụng ở tần số hệ thống điện (50Hz hoặc 60Hz) trong khoảng thời gian lớn hơn 1 phút. Phân loại: BTĐA dài hạn có thể chia làm hai loại là thiếu điện áp dài hạn và quá điện áp dài hạn.
Thiếu điện áp dài hạn là BTĐA dài hạn trong đó trị số điện áp hiệu dụng giảm xuống còn 0,8 đến 0,9 điện áp danh định. Quá điện áp dài hạn là BTĐA dài hạn trong đó trị số điện áp hiệu dụng tăng từ 1,1 đến 1,2 điện áp danh định.2 Các thông số đặc trưng Trong hệ thống điện, BTĐA dài hạn thường dùng để mô tả sự biến thiên của điện áp vận hành. Người ta thường mong muốn điện áp vận hành càng gần điện áp danh định càng tốt. Sự sai lệch giữa điện áp vận hành và điện áp danh định được gọi là độ lệch điện áp U, công thức tính U như sau: U U U dđ U .1) U dđ U dđ Trong đó U-điện áp vận hành.
Udđ-điện áp danh định. Với hiện tượng thiếu điện áp, độ lệch điện áp được gọi là phần trăm tổn thất điện áp. Tổn thất điện áp trên đường dây được tính như sau: P.2) U2 U2 Thực tế, thành phần ∆U" nhỏ và có thể bỏ qua nên có thể viết gần đúng (2.3) U2 U dđ HVTH: Lê Thanh Cẩn CBHD: PGS. Võ Ngọc Điều Luận văn thạc sỹ 7 Và: U P.4) Udđ U dđ Trong đó U1, U2, Udđ là điện áp đầu, cuối và điện áp danh định đường dây.
P, Q là công suất tác dụng và công suất phản kháng trên đường dây. R, X là điện trở và điện kháng trên đường dây.3 Các nguyên nhân gây biến thiên điện áp dài hạn Các nguyên nhân chính dẫn đến BTĐA dài hạn bao gồm các nguyên nhân bao gồm: Sự biến thiên chậm của phụ tải: Khi phụ tải thay đổi trong vận hành, trào lưu phân bố công suất trên hệ thống điện thay đổi dẫn đến độ lệch điện áp tại các nút sẽ thay đổi theo. Sự biến thiên của phụ tải có thể được mô tả bởi hàm mũ như sau: U P f f P Pdđ .6) U dđ f dđ Trong đó Pdđ, Qdđ, Udđ, fdđ: Là các trị số danh định của công suất, điện áp và tần số. P, Q, f: Là các hệ số phụ thuộc loại phụ tải.
Sự phụ thuộc vào tần số của phụ tải có thể bỏ qua (f=0) khi phân tích trào lưu công suất và tính toán độ lệch điện áp. Sự phụ thuộc này chỉ xét khi phân tích các quá trình quá độ. Khi phân tích trào lưu công suất mô hình tải có thể sử dụng một trong các dạng điển hình sau: Phụ tải công suất không đổi: P=Q=0 Phụ tải dòng điện không đổi: P=Q=1 Phụ tải tổng trở không đổi: P =Q=2 HVTH: Lê Thanh Cẩn CBHD: PGS. Võ Ngọc Điều Luận văn thạc sỹ 8 Một phụ tải tổng quát là tổ hợp của 3 loại phụ tải điển hình trên và có thể được mô phỏng với các hệ số P và Q từ 0 đến 2.
Đóng cắt các phần tử chính trong hệ thống điện: Bao gồm đóng cắt tụ bù, các phụ tải lớn. Việc đóng cắt làm thay đổi sơ đồ hệ thống điện dẫn đến chuyển trạng thái làm việc và sự nhảy cấp của độ lệch điện áp. Ngoài ra, còn có thể xuất hiện kèm quá độ điện áp.
