Nghiên cứu bù hệ số công suất để nâng cao chất lượng điện năng cho thành phố Lạng Sơn

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích hay nghiên cứu bù hệ số công suất để cải thiện chất lượng điện năng của mạng điện cấp cho thành phố, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề

• Tác giả: Lê Trần Tuấn
• Người hướng dẫn: PGS. Trần Xuân Minh
• Trường học: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Nghiên cứu bù hệ số công suất để cải thiện chất lượng điện năng cấp cho thành phố Lạng Sơn
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LƯỚI ĐIỆN VÀ TÌNH HÌNH TIÊU THỤ ĐIỆN THÀNH PHỐ LẠNG SƠN
• 1.1. Giới thiệu chung về lưới điện Thành phố Lạng Sơn
• 1.2. Đặc điểm tự nhiên
• 1.3. Đặc điểm kinh tế xã hội
• 1.4. Đặc điểm lưới điện
• 1.5. Các lộ đường dây trung thế cấp điện và đồ thị phụ tải điển hình
• 1.6. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ VÀ GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP CỦA MẠNG ĐIỆN
• 2.1. Các chỉ tiêu chất lượng điện áp nguồn cung cấp
• 2.2. Độ dao động điện áp
• 2.3. Độ không sin của điện áp
• 2.4. Độ đối xứng của điện áp
• 2.5. Các phương pháp đánh giá chất lượng điện áp
• 2.6. Đánh giá chất lượng điện áp theo theo độ lệch điện áp
• 2.7. Đánh giá độ đối xứng của điện áp
• 2.8. Đánh giá mức độ hình sin
• 2.9. Các biện pháp nâng cao chất lượng điện áp
• 2.10. Các biện pháp chung
• 2.11. Nâng cao chất lượng điện áp bằng điều chỉnh điện áp
• 2.12. Các biện pháp nâng cao chất lượng điện áp
• 2.13. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN HỆ THỐNG BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG MẠNG ĐIỆN CẤP CHO THÀNH PHỐ LẠNG SƠN
• 3.1. Các phương pháp bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số công suất truyền thống
• 3.2. Phương pháp nâng cao hệ số cosφ tự nhiên
• 3.3. Phương pháp nâng cao hệ số cosφ nhân tạo
• 3.4. Phương pháp sử dụng các thiết bị bù trong FACTS
• 3.5. Nhóm mắc nối tiếp
• 3.6. Nhóm mắc song song
• 3.7. Vị trí đặt thiết bị bù
• 3.8. Xác định dung lượng bù
• 3.9. Đề xuất phương pháp bù CSPK cải thiện chất lượng điện năng
• 3.10. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG DSVC
• 4.1. Bù công suất phản kháng sử dụng cấu trúc FC-TCR
• 4.2. Bù công suất phản kháng sử dụng cấu trúc đề xuất DSVC
• 4.3. Phương pháp bù CSPK sử dụng các chuyển mạch cơ khí (DVC)
• 4.4. Phương pháp bù CSPK sử dụng thyristor (SVC)
• 4.5. Phương pháp bù lai DSVC
• 4.6. Thiết kế điều khiển hệ thống bù công suất phản kháng DSVC
• 4.7. Mô hình hóa hệ thống bù công suất phản kháng FC-TCR
• 4.8. Tính toán giá trị tụ bù cố định FC
• 4.9. Tính toán giá trị điện cảm (L) tại nhánh TCR
• 4.10. Mối liên hệ giữa điện cảm ở nhánh TCR, góc điều khiển BBĐ, và việc bù CSPK
• 4.11. Thiết kế bộ điều khiển PID theo phương pháp Ziegler-Nichols
• 4.12. Mô phỏng hệ thống trên phần mềm Matlab/Simulink
• 4.13. Kết quả mô phỏng
• 4.14. Kết luận chương 4
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu cải thiện chất lượng điện năng tại Lạng Sơn

Nghiên cứu này tập trung vào việc cải thiện chất lượng điện năng tại thành phố Lạng Sơn thông qua việc bù hệ số công suất. Chất lượng điện năng là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của các thiết bị điện. Việc nâng cao chất lượng điện năng không chỉ giúp giảm tổn thất điện năng mà còn đảm bảo sự ổn định trong cung cấp điện cho các phụ tải. Đặc biệt, trong bối cảnh phát triển kinh tế nhanh chóng, nhu cầu về điện năng ngày càng tăng cao, việc cải thiện chất lượng điện năng trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết.

1.1. Tình hình tiêu thụ điện năng tại Lạng Sơn

Thành phố Lạng Sơn hiện đang đối mặt với tình trạng tiêu thụ điện năng gia tăng nhanh chóng. Nhu cầu điện năng cho sản xuất và sinh hoạt ngày càng cao, đặc biệt là trong các khu công nghiệp và dịch vụ. Việc này đặt ra thách thức lớn cho hệ thống điện, yêu cầu phải có các giải pháp hiệu quả để cải thiện chất lượng điện năng.

1.2. Vai trò của hệ số công suất trong chất lượng điện năng

Hệ số công suất (cosφ) là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng điện năng. Hệ số này phản ánh mối quan hệ giữa công suất tác dụng và công suất toàn phần. Khi cosφ thấp, tổn thất điện năng sẽ tăng cao, ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống điện. Do đó, việc bù hệ số công suất là cần thiết để nâng cao chất lượng điện năng.

II. Vấn đề và thách thức trong cải thiện chất lượng điện năng

Mặc dù có nhiều nỗ lực trong việc cải thiện chất lượng điện năng, nhưng vẫn tồn tại nhiều vấn đề và thách thức. Một trong những vấn đề chính là sự gia tăng công suất phản kháng trong hệ thống điện. Công suất phản kháng không chỉ làm tăng tổn thất điện năng mà còn gây ra hiện tượng sụt áp, ảnh hưởng đến chất lượng điện năng cung cấp cho người tiêu dùng.

2.1. Tác động của công suất phản kháng đến hệ thống điện

Công suất phản kháng có thể gây ra tổn thất điện năng lớn trong quá trình truyền tải. Khi công suất phản kháng tăng, dòng điện trên đường dây cũng tăng theo, dẫn đến tổn thất điện năng cao hơn. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống mà còn làm giảm chất lượng điện năng cung cấp.

2.2. Thách thức trong việc bù công suất phản kháng

Việc bù công suất phản kháng đòi hỏi phải có các thiết bị và công nghệ phù hợp. Tuy nhiên, không phải tất cả các trạm biến áp đều có khả năng lắp đặt thiết bị bù công suất. Điều này tạo ra thách thức lớn trong việc cải thiện chất lượng điện năng tại Lạng Sơn.

III. Phương pháp bù hệ số công suất hiệu quả

Để cải thiện chất lượng điện năng, việc bù hệ số công suất là một trong những giải pháp hiệu quả nhất. Có nhiều phương pháp bù công suất phản kháng khác nhau, mỗi phương pháp có ưu điểm và nhược điểm riêng. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp sẽ giúp nâng cao hiệu suất và chất lượng điện năng.

3.1. Phương pháp bù công suất phản kháng tự nhiên

Phương pháp này sử dụng các tụ điện để bù công suất phản kháng. Tụ điện được lắp đặt gần các phụ tải lớn, giúp giảm thiểu công suất phản kháng và nâng cao hệ số công suất. Đây là phương pháp đơn giản và hiệu quả, nhưng cần phải được thiết kế cẩn thận để tránh hiện tượng quá tải.

3.2. Phương pháp bù công suất phản kháng nhân tạo

Phương pháp này sử dụng các thiết bị điện tử để điều chỉnh công suất phản kháng. Các thiết bị như STATCOM và SVC có thể được sử dụng để bù công suất phản kháng một cách linh hoạt và hiệu quả. Phương pháp này giúp cải thiện chất lượng điện năng một cách nhanh chóng và hiệu quả.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc bù hệ số công suất có thể cải thiện đáng kể chất lượng điện năng tại Lạng Sơn. Các kết quả mô phỏng cho thấy rằng việc áp dụng các phương pháp bù công suất phản kháng đã giúp giảm tổn thất điện năng và nâng cao hiệu suất của hệ thống điện.

4.1. Kết quả mô phỏng hệ thống bù công suất

Các mô phỏng cho thấy rằng việc bù công suất phản kháng đã giúp giảm tổn thất điện năng từ 15% xuống còn 5%. Điều này cho thấy hiệu quả rõ rệt của việc bù công suất trong việc cải thiện chất lượng điện năng.

4.2. Ứng dụng thực tiễn tại các trạm biến áp

Việc áp dụng các phương pháp bù công suất tại các trạm biến áp đã giúp nâng cao hệ số công suất từ 0.85 lên 0.95. Điều này không chỉ giúp giảm tổn thất điện năng mà còn đảm bảo cung cấp điện ổn định cho người tiêu dùng.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc bù hệ số công suất là một giải pháp hiệu quả để cải thiện chất lượng điện năng tại Lạng Sơn. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công nghệ bù công suất mới để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về điện năng.

5.1. Tương lai của công nghệ bù công suất

Công nghệ bù công suất đang phát triển nhanh chóng với nhiều giải pháp mới. Việc áp dụng các công nghệ tiên tiến sẽ giúp nâng cao hiệu quả bù công suất và cải thiện chất lượng điện năng.

5.2. Đề xuất nghiên cứu tiếp theo

Cần thực hiện các nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của công suất phản kháng đến chất lượng điện năng. Đồng thời, nghiên cứu các giải pháp bù công suất mới để đáp ứng nhu cầu phát triển bền vững của hệ thống điện.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Thành phố Lạng Sơn là trung tâm kinh tế, chính trị và văn hóa của tỉnh Lạng Sơn với diện tích tự nhiên khoảng 79 km² và quy mô dân số đạt trên 200.108 người. Cùng với tốc độ tăng trưởng kinh tế duy trì ở mức 10% đến 11%/năm và thu nhập bình quân đầu người đạt 78,12 triệu đồng/năm, nhu cầu tiêu thụ điện năng tại địa phương đang gia tăng nhanh chóng. Dự báo giai đoạn 2020 – 2025, tốc độ tăng trưởng phụ tải của thành phố sẽ đạt từ 12%/năm đến 15%/năm. Mạng lưới điện phân phối hiện đang cấp điện cho 61.394 khách hàng, trong đó phụ tải quản lý tiêu dùng chiếm áp đảo với tỷ lệ 91,8%, theo sau là khối công nghiệp, thương mại và dịch vụ.

Vấn đề cốt lõi đặt ra là sự phân bố không đồng đều của các phụ tải công nghiệp và sinh hoạt khiến hệ số công suất tại nhiều trạm biến áp sụt giảm nghiêm trọng. Hệ số công suất thấp làm gia tăng dòng điện phản kháng trên đường dây, gây tổn thất điện năng và sụt giảm điện áp, trực tiếp ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện. Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là đánh giá toàn diện hiện trạng chất lượng điện áp, phân tích các chỉ tiêu suy giảm hệ số công suất tại các trạm phân phối trên địa bàn thành phố Lạng Sơn, từ đó thiết kế giải pháp bù công suất phản kháng tối ưu. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào toàn bộ hệ thống lưới điện trung áp và hạ áp của thành phố Lạng Sơn lấy nguồn từ trạm biến áp 110kV Lạng Sơn với 2 máy biến áp 40MVA. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi trực tiếp đề xuất giải pháp kỹ thuật giúp đưa hệ số công suất lên trên mức 0,95, duy trì độ lệch điện áp trong ngưỡng an toàn cho phép và hỗ trợ Điện lực Lạng Sơn kiểm soát tỷ lệ tổn thất điện năng thấp hơn chỉ tiêu kế hoạch giao.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng lý thuyết truyền tải điện xoay chiều linh hoạt cùng nguyên lý cân bằng dòng công suất tác dụng và công suất phản kháng trong hệ thống điện. Khi phụ tải tiêu thụ nhiều công suất phản kháng, công suất toàn phần truyền tải tăng lên, kéo theo sự sụt áp trên tổng trở đường dây và làm tăng tổn thất công suất tác dụng theo quy luật bình phương dòng điện.

Để giải quyết bài toán này, cấu trúc bộ bù tĩnh điều khiển bằng thyristor kết hợp tụ điện cố định được ứng dụng nhằm tạo ra nguồn công suất phản kháng liên tục có khả năng điều chỉnh trơn. Nghiên cứu tích hợp các khái niệm học thuật then chốt bao gồm:

• Hệ số công suất: Tỷ số giữa công suất tác dụng và công suất biểu kiến.
• Độ lệch điện áp tương đối: Tỷ lệ phần trăm chênh lệch giữa điện áp thực tế so với điện áp định mức.
• Độ không sin của điện áp: Được đánh giá qua hệ số sóng hài bậc cao với giới hạn tiêu chuẩn cho phép không vượt quá 5%.
• Độ không đối xứng điện áp: Đánh giá qua các thành phần thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không với ngưỡng cho phép từ 2% đến 5%.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu vận hành thực tế thu thập từ Công ty Điện lực Lạng Sơn tính đến tháng 12 năm 2019. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm toàn bộ 287 trạm biến áp phân phối với tổng dung lượng 94.206 kVA, cùng 5 lộ xuất tuyến trung áp chính có tổng chiều dài 197,1 km (gồm 56,2 km lưới 35kV và 140,12 km lưới 22kV). Phương pháp chọn mẫu là khảo sát toàn diện hệ thống kết hợp chọn mẫu điển hình đối với các trạm biến áp cấp điện cho phụ tải công nghiệp, dịch vụ có hệ số công suất suy giảm mạnh.

Phương pháp phân tích được lựa chọn bao gồm:

• Phương pháp xác suất thống kê dựa trên hàm phân bố chuẩn Gauss và quy tắc ba xích-ma để tính toán độ bất định điện áp và xác định lượng điện năng đảm bảo chất lượng.
• Phương pháp giải tích tích phân độ lệch điện áp theo thời gian.
• Phương pháp mô phỏng động học trên phần mềm Matlab/Simulink.

Lý do lựa chọn phương pháp mô phỏng kết hợp xác suất thống kê là vì phụ tải điện đô thị có tính chất biến thiên phi tuyến theo thời gian thực. Việc kết hợp giải thuật chỉnh định thông số bộ điều khiển PID theo phương pháp Ziegler-Nichols giúp kiểm chứng chính xác đáp ứng quá độ của hệ thống bù trước khi áp dụng vào thực tiễn vận hành. Timeline nghiên cứu được thực hiện xuyên suốt trong giai đoạn 2019 – 2020.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Khảo sát và phân tích số liệu vận hành lưới điện thành phố Lạng Sơn đã mang lại các phát hiện kỹ thuật quan trọng:

Thứ nhất, cơ cấu phụ tải có sự chênh lệch lớn khi nhóm quản lý tiêu dùng chiếm tới 91,8% với 56.387 khách hàng, trong khi nhóm công nghiệp và xây dựng chỉ chiếm 2,22% với 1.687 khách hàng. Mặc dù chiếm tỷ trọng khách hàng nhỏ, nhóm phụ tải sản xuất sử dụng nhiều động cơ không đồng bộ là nguyên nhân chính gây suy giảm hệ số công suất cục bộ.

Thứ hai, nghiên cứu phát hiện tình trạng suy giảm hệ số công suất rất nghiêm trọng tại một số trạm biến áp chuyên dùng. Điển hình như Trạm Bơm Nước Mai Pha công suất 100 kVA có hệ số công suất trung bình chỉ đạt 0,03; Trạm biến áp Lý Thường Kiệt 560 kVA có hệ số công suất chỉ dao động từ 0,11 đến 0,25; Trạm biến áp Đài Phát thanh Truyền hình 100 kVA có hệ số công suất trung bình chỉ đạt 0,29 đến 0,30 khi lượng công suất vô công tiêu thụ lên tới 32.960 kVARh trong khi công suất hữu công là 32.220 kWh.

Thứ ba, về chỉ tiêu tổn thất kỹ thuật, năm 2019 khu vực thành thị đạt tỷ lệ tổn thất 3,28% so với kế hoạch giao 3,40%, khu vực nông thôn đạt 5,20% so với kế hoạch 5,30%. Mặc dù đạt chỉ tiêu giao khoán tổng thể, nhưng tổn thất trên các lộ đường dây kéo dài qua địa hình đồi núi như lộ 375E13.2 cấp điện áp 35kV vẫn ở mức cao.

Thứ tư, kết quả mô phỏng cấu trúc bù lai phối hợp giữa chuyển mạch cơ khí và điện tử công suất điều khiển PID cho thấy hệ số công suất tại các nút trạm được nâng từ mức thấp dưới 0,7 lên xấp xỉ 0,98 đến 0,99, đáp ứng thời gian quá độ nhanh dưới 0,02 giây và triệt tiêu hoàn toàn hiện tượng dao động điện áp.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến hệ số công suất suy giảm nghiêm trọng tại các nút trạm kể trên là do các động cơ điện thường xuyên vận hành non tải hoặc không tải, kết hợp với việc thiếu vắng các thiết bị bù tự động linh hoạt tại chỗ. Đồ thị phụ tải ngày đêm tại các xuất tuyến trung thế 471, 472, 473, 474 cho thấy rõ hai đỉnh cao điểm vào lúc 11 giờ trưa và 21 giờ tối. Trong thực tế, dữ liệu này có thể được biểu diễn trực quan qua biểu đồ đường biến thiên công suất 24 giờ nhằm làm nổi bật khoảng cách chênh lệch giữa công suất tác dụng và phản kháng, kết hợp bảng ma trận phân loại mức độ tổn thất theo từng nút trạm.

So sánh với các phương pháp bù cố định truyền thống hiện đang đặt tại lưới điện thành phố (gồm 4 điểm bù trung áp 1.200 kVAr và 225 điểm bù hạ áp 6.300 kVAr), hệ thống bù động đề xuất khắc phục triệt để hiện tượng phát ngược công suất phản kháng lên lưới vào giờ thấp điểm ban đêm, từ đó ngăn chặn tình trạng tăng điện áp quá mức và giảm thiểu tối đa tổn thất truyền tải.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm hoàn thiện hệ thống lưới điện và nâng cao chất lượng điện năng cho thành phố Lạng Sơn, nghiên cứu đưa ra 4 nhóm giải pháp trọng tâm:

1. Lắp đặt hệ thống bù công suất phản kháng động có điều khiển thyristor tại các trạm biến áp có hệ số công suất trung bình dưới 0,70 (như trạm Lý Thường Kiệt, trạm Đài Phát thanh Truyền hình, trạm Yên Thành). Mục tiêu nâng hệ số công suất tại các trạm này lên trên 0,95, thực hiện trong lộ trình 6 đến 12 tháng do Xí nghiệp Dịch vụ Điện lực Lạng Sơn chủ trì triển khai.

2. Hiện đại hóa hệ thống đo đếm và giám sát từ xa thông minh tại 287 trạm biến áp phân phối nhằm thu thập dữ liệu dòng điện, điện áp và dòng công suất phản kháng theo thời gian thực. Target là đạt 100% trạm phân phối có hệ thống giám sát tự động trong vòng 18 tháng, do Phòng Kỹ thuật Công ty Điện lực Lạng Sơn thực hiện.

3. Tăng cường kiểm tra, áp dụng biểu giá phạt công suất phản kháng đối với 1.687 khách hàng thuộc khối công nghiệp và xây dựng có hệ số công suất dưới 0,90, đồng thời hướng dẫn doanh nghiệp lắp đặt tủ tụ bù tự động tại đầu cực thiết bị. Giải pháp này do Phòng Kinh doanh Điện lực thành phố Lạng Sơn triển khai thường xuyên hàng tháng.

4. Tối ưu hóa chế độ vận hành máy biến áp và điều chỉnh nấc phân áp định kỳ tại trạm 110kV Lạng Sơn với 2 máy biến áp 40MVA, duy trì điện áp thanh cái trung áp ổn định trong dải từ 22kV đến 24kV, do Đội Quản lý Vận hành Lưới điện Cao thế phối hợp Điều độ tỉnh thực hiện theo chu kỳ hàng quý.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung nghiên cứu mang tính ứng dụng thực tiễn cao và là tài liệu tham khảo giá trị cho 4 nhóm đối tượng chính:

1. Kỹ sư quản lý và vận hành lưới điện phân phối: Tiếp cận phương pháp luận tính toán dung lượng bù chính xác, xác định điểm đặt tụ bù tối ưu để giảm thiểu tổn thất công suất và tổn thất điện áp trên các lộ xuất tuyến trung hạ thế.

2. Cán bộ quản lý kỹ thuật tại các công ty điện lực địa phương: Khai thác mô hình đánh giá chất lượng điện áp theo xác suất thống kê để xây dựng kế hoạch đầu tư, nâng cấp lưới điện cho các đô thị miền núi có địa hình phức tạp.

3. Học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật điện: Sử dụng làm tài liệu nghiên cứu chuyên sâu về mô hình hóa các thiết bị truyền tải điện linh hoạt, cấu trúc mạch lực tụ bù cố định kết hợp kháng điện điều khiển bằng thyristor và kỹ thuật thiết kế bộ điều khiển PID trên Matlab/Simulink.

4. Doanh nghiệp và chủ cơ sở sản xuất công nghiệp: Nắm vững các giải pháp nâng cao hệ số công suất tự nhiên và nhân tạo, từ đó lựa chọn công nghệ bù phù hợp tại nhà xưởng nhằm tránh phát sinh chi phí mua công suất phản kháng và kéo dài tuổi thọ thiết bị điện.

Câu hỏi thường gặp

Hệ số công suất thấp ảnh hưởng tiêu cực như thế nào đến mạng lưới điện thành phố? Khi hệ số công suất sụt giảm xuống dưới mức 0,85, dòng điện phản kháng chạy trên đường dây tăng cao làm tăng tổn hao công suất tác dụng và gây sụt áp nghiêm trọng. Điều này làm giảm khả năng truyền tải của 197,1 km đường dây trung áp và làm suy giảm hiệu suất vận hành của các máy biến áp phân phối.

Cấu trúc bù tĩnh điều khiển bằng thyristor có ưu thế gì so với tụ bù cơ khí truyền thống? Cấu trúc bù tĩnh điều khiển bằng thyristor kết hợp tụ cố định cho phép điều chỉnh dòng công suất phản kháng liên tục và êm thuận. Thời gian đáp ứng của hệ thống điện tử công suất đạt dưới 0,02 giây, loại bỏ hoàn toàn hiện tượng hồ quang điện và quá điện áp đóng cắt vốn thường xảy ra ở các bộ chuyển mạch contactor cơ khí.

Quy định hiện hành về độ lệch điện áp cho phép đối với các hộ tiêu thụ điện tại Việt Nam ra sao? Theo tiêu chuẩn kỹ thuật điện lực Việt Nam, ở chế độ làm việc bình thường, độ lệch điện áp cho phép đối với động cơ điện là từ âm 5% đến dương 10%, đối với thiết bị công nghiệp là trong dải cộng trừ 5%, và đối với thiết bị điện nông nghiệp là trong khoảng cộng trừ 7,5% so với điện áp định mức.

Tại sao một số trạm biến áp tại thành phố Lạng Sơn lại có hệ số công suất cực thấp chỉ từ 0,03 đến 0,30? Nguyên nhân chủ yếu do các trạm này cấp điện cho các phụ tải đặc thù như trạm bơm nước hoặc đài truyền hình, nơi sử dụng động cơ điện công suất lớn vận hành non tải trong thời gian dài. Khi phụ tải tiêu thụ ít công suất tác dụng nhưng vẫn cần từ hóa lõi thép, tỷ số giữa công suất tác dụng và biểu kiến bị sụt giảm sâu.

Phương pháp Ziegler-Nichols đóng vai trò gì trong việc thiết kế hệ thống điều khiển bù? Phương pháp Ziegler-Nichols cung cấp thuật toán xác định nhanh và chính xác các thông số khuếch đại, tích phân và vi phân của bộ điều khiển PID dựa trên đáp ứng bước nhảy của hệ thống hở. Nhờ đó, góc kích mở thyristor được điều khiển chính xác, giúp hệ thống bù triệt tiêu sai lệch tĩnh và duy trì hệ số công suất ổn định ở mức xấp xỉ 0,98.

Kết luận

• Luận văn đã hoàn thành việc khảo sát và phân tích toàn diện hiện trạng chất lượng điện năng của mạng điện thành phố Lạng Sơn với quy mô 287 trạm biến áp phân phối và 197,1 km đường dây trung thế.
• Nhận diện chính xác các điểm nút trạm biến áp có hệ số công suất suy giảm nghiêm trọng dưới mức 0,30 gây tổn thất kỹ thuật lớn trên hệ thống.
• Xây dựng thành công mô hình hệ thống bù công suất phản kháng động kết hợp tụ cố định và kháng điều khiển bằng thyristor với giải thuật điều khiển PID tối ưu.
• Kết quả mô phỏng trên Matlab/Simulink chứng minh giải pháp giúp nâng hệ số công suất lên trên 0,98 và ổn định điện áp trong dải tiêu chuẩn cho phép.
• Đề xuất hệ thống giải pháp kỹ thuật và quản lý đồng bộ với tính khả thi cao, góp phần hạ thấp tỷ lệ tổn thất điện năng toàn thành phố.

Đóng góp lớn nhất của nghiên cứu là cung cấp một giải pháp kỹ thuật hoàn chỉnh từ khâu tính toán lý thuyết, thiết kế thuật toán điều khiển đến mô phỏng kiểm chứng cho bài toán bù công suất phản kháng mạng điện đô thị. Trong giai đoạn tiếp theo từ năm 2021 đến 2025, giải pháp cần được chế tạo thử nghiệm mô hình thực địa và tích hợp mở rộng vào hệ thống điều khiển giám sát tự động toàn tỉnh. Các đơn vị quản lý vận hành điện lực và các nhà nghiên cứu hãy tham khảo ngay luận văn này để áp dụng vào các dự án nâng cao chất lượng điện năng thực tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: TỔNG QUAN LƯỚI ĐIỆN VÀ TÌNH HÌNH TIÊU THỤ ĐIỆN THÀNH PHỐ LẠNG SƠN 1. Giới thiệu chung về lưới điện Thành phố Lạng Sơn 1. Đặc điểm tự nhiên Thành phố Lạng Sơn có diện tích khoảng 79 km². Thành phố nằm bên quốc lộ 1A, cách thủ đô Lạng Sơn 150 km; cách biên giới Việt Nam - Trung Quốc 18 km; cách [cửa khẩu quốc tế Hữu Nghị] 15 km và Đồng Đăng 13 km về phía đông bắc.

Dân số của thành phố năm 2018 là 200.108 người, với nhiều dân tộc khác nhau như: Kinh, Tày, Nùng, Hoa và các nhóm người Dao, Mường, Sán Dìu, Sán Chỉ,. Thành phố Lạng Sơn nằm giữa một lòng chảo lớn, có dòng sông Kỳ Cùng chảy qua trung tâm thành phố. Đây là dòng sông chảy ngược. Nó bắt nguồn từ huyện Đình Lập của Lạng Sơn và chảy theo hướng Nam - Bắc về khu tự trị Quảng Tây - Trung Quốc.

Thành phố cách thủ đô Lạng Sơn 154 km, cách biên giới Việt Trung 18 km. Nằm trên trục đường quốc lộ 1A, đường sắt liên vận quốc tế Việt Nam – Trung Quốc, đường quốc lộ 1B đi Thái Nguyên, đường quốc lộ 4B đi Quảng Ninh, đường quốc Lộ 4A đi Cao Bằng. Thành phố nằm trên nền đá cổ, có độ cao trung bình 250 m so với mực nước biển, gồm các kiểu địa hình: xâm thục bóc mòn, cacxtơ và đá vôi, tích tụ.Khu kinh tế cửa khẩu Đồng Đăng-Lạng Sơn được quy hoạch thành một nút trên tuyến Hành lang kinh tế Nam Ninh - Lạng Sơn - Lạng Sơn - Hải Phòng, thành một động lực kinh tế của tỉnh Lạng Sơn, vùng Đông Bắc Việt Nam, và sau năm 2010 trở thành một cực của Tứ giác kinh tế trọng điểm Bắc Bộ (Lạng Sơn- Lạng Sơn -Hải Phòng-Quảng Ninh). Đặc điểm kinh tế xã hội Sau nhiều năm xây dựng, phát triển, thành phố đã đạt được một số thành tựu quan trọng trong tất cả các lĩnh vực.

Tốc độ tăng trưởng kinh tế của thành phố luôn duy trì ổn định với mức tăng bình quân hàng năm đạt từ 10 - 11%; thu nhập bình quân đầu người đạt 78,12 triệu đồng/năm. Dân số toàn đô thị tăng từ 100.627 người lên là 200.108 người; tỷ lệ lao động phi nông nghiệp từ 85% lên 87%; diện tích đất xây dựng đô thị tăng từ 6,52km2 lên 10,87km2; lượng khách du lịch, tham gia các hoạt động xây dựng, thương mại, dịch vụ lưu trú tại thành phố tăng từ 174.000 lượt người/năm lên 4,9 triệu lượt 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] người/năm; Giao thông: Hệ thống giao thông trên địa bàn Thành phố khá hoàn chỉnh, có đường Cao tốc Bắc Giang-Lạng Sơn, đường quốc lộ 1A, 4A, 4B, đường sắt liên vận quốc tế. Hiện nay, trên địa bàn Thành phố có khoảng 80 km đường Cao tốc, quốc lộ với bề mặt rộng từ 10-20 m, 60 km đường tỉnh lộ với mặt đường rộng từ 5–11 m. Tuyến cao tốc Lạng Sơn - Hữu Nghị Quan với 6 làn xe sẽ được xây dựng với tổng vốn đầu tư dự kiến 1,4 tỷ USD vào năm 2020.

Việt Nam hợp tác với Trung Quốc xây dựng tuyến đường sắt liên vận quốc tế cho Hành lang kinh tế Nam Ninh - Lạng Sơn - Quảng Ninh. Hiện nay trên địa bàn thành phố đã và đang hình thành một số khu đô thị mới như khu đô thị Nam Thành phố, khu đô thị Nam Hoàng Đồng, Phú lộc 1,2. Với tốc độ tăng trưởng kinh tế - văn hóa xã hội dự kiến ở trên, dự báo yêu cầu tăng trưởng phụ tải điện của thành phố Lạng Sơn trong giai đoạn 2020 – 2025 sẽ là từ 12%/năm đến 15%/năm. Đây chính là bài toán quan trọng cho sự phát triển bền vững của quận, với nhu cầu cấp thiết phát triển lưới điện và mạng lưới năng lượng của quận để đáp ứng tốt nhất nhu cầu phát triển kinh tế, xã hội trong giai đoạn tới.

Thêm vào đó, với sự chuyển dịch kinh tế, mở rộng nhiều trung tâm dịch vụ, công nghiệp sẽ đòi hỏi lưới điện thành phố Lạng Sơn có những bước chuyển mình, kể cả mặt chất lượng và quy mô trên địa bàn thành phố Lạng Sơn 1. Đặc điểm lưới điện 1. Khái Quát hệ thống lưới điện phân phối Hiện tại, các phụ tải của thành phố Lạng Sơn được cung cấp điện từ trạm biến áp 110kV Lạng Sơn. MBA T1 và T2 cấp điện áp 115/38,5/23kV công suất định mức mỗi tổ máy là 40MVA.

Địa bàn quản lý của Điện lực Thành phố dài trên một địa hình phức tạp bao gồm: 5 phường, 3 xã trong đó có Phường Hoàng Văn Thụ, Phường Chi Lăng, Phường Đông Kinh, Phường Tam Thanh, Phường Vĩnh Trại, và các xã Mai pha, Xã Quảng Lạc, Xã Hoàng Đồng. Sản lượng của Điện lực TP Lạng Sơn năm 2019 chiếm 1/3 tổng sản lượng toàn Công ty Điện lực Lạng Sơn. Phụ tải điện của Điện lực Thành phố Lạng Sơn gồm nhiều thành phần từ sinh hoạt thành thị, nông thôn, công nghiệp, dịch vụ, nông nghiệp… 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] với tổng số 61.394 khách hàng. Thành phần phụ tải Điện lực Thành phố Lạng sơn là đơn vị trực thuộc Công ty Điện lực Lạng sơn được giao nhiệm vụ quản lý vận hành, kinh doanh bán điện trên địa bàn thành phố Lạng sơn bao gồm 5 phường và 3 xã.

Hiện nay đang quản lý và bán điện cho 61.394 khách hàng sử dụng điện trong đó: + Nông, lâm nghiệp, thủy sản: 247 Chiếm tỉ lệ: 0.4% + Công nghiệp xây dựng: 1.687 Chiếm tỉ lệ: 2.22% + Thương nghiệp, khách sạn: 1.835 Chiếm tỉ lệ: 2.98% + Quản lý tiêu dùng: 56.387 Chiếm tỉ lệ: 91.8% + Hoạt động khác: 1.258 Chiếm tỉ lệ: 2.04% - Nhu cầu về điện để phục vụ cho mục đích nông, lâm nghiệp, thủy sản có tỷ trọng nhỏ chiếm khoảng trên, dưới 1% tổng sản lượng hàng năm. - Nhu cầu về điện để phục vụ cho thành phần phụ tải công nghiệp, xây dựng chiếm tỉ trọng nhỏ, khoảng 2.2% tổng sản lượng hàng năm. - Nhu cầu về điện để phục vụ cho mục đích Thương nghiệp, khách sạn, nhà hàng có tỷ trọng chiếm khoảng gần 3% tổng sản lượng hàng năm. - Nhu cầu về điện để phục vụ cho mục đích Quản lý, tiêu dùng có tỷ trọng chiếm khoảng trên 90 % tổng sản lượng hàng năm.

- Nhu cầu về điện để phục vụ cho Hoạt động khác có tỷ trọng chiếm khoảng trên 1 % đến 2 % tổng sản lượng hàng năm. Khối lượng quản lý vận hành Khối lượng quản lý vận hành đến cuối tháng 12 năm 2019 như sau: Bảng 1.1: Khối lượng quản lý vận hành Khối lượng Số TT Nội dung Đơn vị Tài sản ĐL Tài sản KH Tổng 1 Đường dây trung áp km 197.1 Lưới 35kV Km 56.2 Lưới 22kV Km 140.120 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 2 Đường dây hạ áp Km 896.784 3 TBA trung gian Trạm/kVA 01/5600 0/0 01/5600 4 TBA phân phối Trạm/kVA 192/71106 95/23.1 Trung áp Điểm đặt/ kVAr 4/1.2 Hạ áp Điểm đặt/ kVAr 225/6. Các lộ đường dây trung thế cấp điện và đồ thị phụ tải điển hình 8.00 Đồ thị phụ tải lộ 471E13.00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Giờ Phụ tải của Thành phố Lạng Sơn được cấp điện từ máy biến áp T1 và T2 trạm 110 kV Lạng Sơn thông qua các đường dây trung thế: 1.2 Phạm vi cấp điện: khu vực Xã Mai Pha, Phường Chi Lăng Số trạm biến áp trên đường dây: 88 trạm, tổng dung lượng 6,2MWA Số cụm tụ bù 22kV: 01 cụm, tổng dung lượng 300kVAr (bù cố định). Điện áp tại thanh cái trạm 110kV: Từ 22 đến 24kV tùy vào từng thời điểm trong ngày.

Mạch vòng liên lạc XT 473E13.2 tại cột MC483/09A liên lạc 471-473.2: Cấp điện các trường trung cấp, UBND tỉnh, VINCOM. Đường dây này đi trong khu vực thành thị, xuất tuyến cấp điện cho các trung tâm hành chính, quân sự, công an, ngân hàng, các trường Trung cấp chuyên nghiệp và nhiều trường 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] học khác nên đòi hỏi về độ tin cậy cung cấp điện cao. Đặc thù của xuất tuyến này là phụ tải điện dân dụng thành thị nên công suất cao điểm vào lúc trưa 11h và tối 21h. Công suất lúc cao điểm: 7,2 MVA cosφ 0,977.2 Phạm vi cấp điện: khu vực Phường Vĩnh Trại, Phường Tam Thanh và một phần cấp điện cho Xã Hoàng Đồng.

Số trạm biến áp trên đường dây: 62 trạm, tổng dung lượng 9,0MWA Số cụm tụ bù 22kV: 01 cụm, tổng dung lượng 300kVAr (bù cố định). Điện áp tại thanh cái trạm 110kV: từ 22 đến 24kV tùy vào từng thời điểm trong ngày. Hệ số công suất đầu đường dây: 0,975 Xuất tuyến 472E13.2: Đường dây này đi trong khu vực thành thị, xuất tuyến cấp điện cho các trung tâm hành chính, quân sự, công an, ngân hàng, các trường học, các khu nhà hàng khách sạn nên đòi hỏi về độ tin cậy cung cấp điện cao. Đặc thù của xuất tuyến này là phụ tải điện dân dụng thành thị nên công suất cao điểm vào lúc trưa 11h và tối 21h.

Đồ thị phụ tải lộ 472E13.2 Phạm vi cấp điện: khu vực Phường Đông Kinh, Phường Vĩnh Trại, khu đô thị Phú Lộc. Công suất cực đại mùa khô năm 2019: 10,3 MW Số trạm biến áp trên đường dây: 55 trạm, tổng dung lượng 11,2MWA Số cụm tụ bù 22kV: 01 cụm, tổng dung lượng 300kVAr (bù cố định). 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Điện áp tại thanh cái trạm 110kV: từ 22 đến 24kV tùy vào từng thời điểm trong ngày. Hệ số công suất đầu đường dây: 0,98 Xuất tuyến 473E13.2: Đường dây này đi trong khu vực thành thị, xuất tuyến cấp điện cho các phụ tải trung tâm thành phố lạng sơn các trung tâm hành chính, ngân hàng, các trường học, các khu nhà hàng khách sạn nên đòi hỏi về độ tin cậy cung cấp điện cao.

Đồ thị phụ tải lộ 473E13.00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Giờ Đặc thù của xuất tuyến này là phụ tải điện dân dụng thành thị nên công suất cao điểm vào lúc trưa 11h và tối 21h.2 Phạm vi cấp điện: khu vực Phường Tam Thanh, Xã Hoàng Đồng Công suất cực đại mùa khô năm 2019: 6,4MW Số trạm biến áp trên đường dây: 69trạm, tổng dung lượng 8,6MWA Số cụm tụ bù 22kV: 01 cụm, tổng dung lượng 300kVAr (bù cố định). Điện áp tại thanh cái trạm 110kV: từ 22 đến 24kV tùy vào từng thời điểm trong ngày. Hệ số công suất đầu đường dây: 0,978 Xuất tuyến 474E13.