Giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện phân phối của thị xã dĩ an bình dương

 Bên cạnh đó, các nguồn nhân lực để đánh giá chất lượng điện còn thiếu và yếu, cộng thêm với việc đánh giá chất lượng điện sẽ chỉ có thể thực hiện được một khi Điện được sử dụng, cái nh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM

-

HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN: PHẠM TIẾN THẮNG

GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI CỦA THỊ XÃ DĨ AN –

BÌNH DƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã ngành: 60520202

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 08/2017

HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN: PHẠM TIẾN THẮNG

GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI CỦA THỊ XÃ DĨ AN –

BÌNH DƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã ngành: 60520202 Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS.NGUYỄN HÙNG

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 08/2017

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Hùng

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại trường Đại học Công nghệ thành phố Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 11 năm 2017

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:

1 TS Nguyễn Xuân Hoàng Việt Chủ tịch

2 PGS TS Trương Việt Anh Phản biện 1

3 PGS TS Huỳnh Châu Duy Phản biện 2

4 TS Phạm Đình Anh Khôi Ủy viên

5 TS Đoàn Thị Bằng Ủy viên, Thư ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Phạm Tiến Thắng Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 29/8/1983 Nơi sinh: TP.Hồ Chí Minh

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số học viên: 1541830029

I Tên đề tài:

Giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện phân phối của thị xã Dĩ An –

Bình Dương

II Nhiệm vụ và nội dung:

 Nghiên cứu cơ sở lý thuyết vận hành lưới phân phối

 Tính toán bù tối ưu để nâng cao hệ số công suất, giảm tổn thất điện năng và

ổn định điện áp lưới phân phối

 Tính toán và giải pháp nâng cao các chỉ số độ tin cậy cung cấp điện lưới điện

phân phối

III Ngày giao nhiệm vụ: tháng 01 năm 2017

IV Ngày hoàn thành nhiệm vụ: tháng 8 năm 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tác giả và Luận văn được tác giả bắt đầu thực hiện kể từ khi chính thức được nhận đề tài Ngoài ra, trước khi đăng ký và trong quá trình thực hiện đề tài, tác giả đã thu thập tài liệu từ nhiều nguồn khác nhau: Sách, Internet, thư viện các trường, cơ quan

Tôi xin cam đoan với những kết quả đạt được của luận văn là sản phẩm do chính tác giả nghiên cứu, thực hiện và hoàn thành

TP.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017

Học viên thực hiện luận văn

(ký ghi rõ họ và tên)

Phạm Tiến Thắng

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn tất cả các cán bộ, giảng viên trong Viện Đào tạo sau Đại học trường Đại học Công nghệ thành phố Hồ Chí Minh Các thầy cô đã tận tình hướng dẫn, giảng dạy tôi trong suốt 02 năm học vừa qua Những kiến thức thầy cô đã truyền đạt, những bài học mà tôi đã trãi nghiệm ở nhà trường

sẽ là hành trang quí báu để tôi tiến bước trên con đường sự nghiệp của mình

Kế đến tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến TS.Nguyễn Hùng, người đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này Những lời văn, câu chữ được thầy chỉnh sửa rất kỹ, bên cạnh đó những góp ý rất quý báu của thầy

đã giúp tôi hoàn thành luận văn tốt nhất có thể

Tôi cũng xin cám ơn tất cả các đồng nghiệp và các bạn học viên đã hỗ trợ tôi rất nhiều trong quá trình học tập và làm luận văn

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn đến gia đình Mọi người đã ủng hộ và tạo điều kiện để cho tôi có thể vượt qua những khó khăn trong suốt khoá học này

Học viên thực hiện luận văn

(ký ghi rõ họ và tên)

Phạm Tiến Thắng

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT v

DANH MỤC CÁC BẢNG viii

DANH MỤC CÁC HÌNH ix

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.3 Mục tiêu của đề tài 3

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

1.5 Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu 4

1.6 Các công trình nghiên cứu trước đây 4

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 6

2.1 Khái niệm về chất lượng điện năng 6

2.2 Các tiêu chuẩn về chất lượng điện năng 8

2.3 Sóng hài trên lưới phân phối 16

2.4 Sự tiêu thụ công suất phản kháng 19

2.5 Ảnh hưởng của sóng hài đến tụ điện 22

2.6 Một số phương pháp tính toán bù trên lưới phân phối 24

2.7 Các giải pháp khắc phục để nâng cao chất lượng điện năng 40

CHƯƠNG 3: CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH LƯỚI PHÂN PHỐI THỊ XÃ DĨ AN-BÌNH DƯƠNG 68

3.1 Các giải pháp quản lý vận hành lưới phân phối thị xã Dĩ An-Bình Dương 68

3.2 Giải pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện 70

3.3 Tính toán lắp đặt tụ bù nâng cao hệ số công suất, giảm tổn thất điện năng và

ổn định điện áp 71

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 90

4.1 Kết luận 90

4.2 Hạn chế của đề tài 90

4.3 Hướng phát triển của đề tài 91

TÀI LIỆU KHAM KHẢO 92

PHỤ LỤC 93

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ASAI : Average Service Avaibility Index

ASIDI : Average System Interruption Duration Index

ASIFI : Average System Interruption Frequency Index

ASUI : Average Service Unavaibility Index

ASSH : Ánh sáng sinh hoạt

BTĐA : Biến thiên điện áp

CAIDI : Customer Average Interruption Duration Index

CAIFI : Customer Average Interruption Frequency Index

CTAIDI : Customer Total Average Interruption Duration Index

CEMIn : Customer Experiencing Multiple Interruption

CESMIn : Customer Experiencing Multiple Sustained Interruption and

Momentary Interruption CMIS : Customer Managment Information System;

EVN : Tập đoàn Ngành điện Việt Nam

FACTS : Flexible Alternating Current Transmission Systems

HTĐ : Hệ thống điện

HTĐĐ : Hệ thống đo đếm

IEC : International Electrotechnical Commission

IEEE : Institute of Electrical and Electronic Engineers

KCN : Khu công nghiệp

KHCN : Khoa học công nghệ

LBS : Load break switch-Dao cách ly đóng cắt có tải

LĐHANT : Lưới điện hạ áp nông thôn

LĐPP : Lưới điện phân phối

LTD : Line Tenson Disconect - Dao cách ly chịu sức căng

MAIFI : Momentary Average Interruption Frequency Index

MDAS : Metering Data Analysis System

PFC : Power Factor Correction

PSS/ADEPT : Power System Simulator Advance Distribution Engineering

REC : Máy cắt tự động đóng lại-Recloser

SAIDI : System Average Interruption Duration Index

SAIFI : System Average Interruption Frequency Index

SCADA : Hệ thống điều khiển và giám sát thu thập dữ liệu

SLĐBQ : Sản lượng điện bình quân

SLĐTP : Sản lượng điện thương phẩm

STATCOM : Static Synchronous Compensator SVC : Static Var Compensator

TBĐĐ : Thiết bị đo đếm

TDD : Độ méo dạng sóng dòng điện THD : Total Harmonics Distortion TSC : Thyristor-switched capacitor TSĐL : Tài sản điện lực

TSKH : Tài sản khách hàng

TTĐN : Tổn thất điện năng

Bảng 3.1 Số liệu đường dây, trạm biến áp và tụ bù lắp đặt trên địa bàn Điện lực Dĩ

Bảng 3.2 Công suất phản kháng tương ứng với công suất MBA 65 Bảng 3.3 Hệ số cos của một số phụ tải thông dụng 66

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1 Dải điện áp vận hành cho phép theo tiêu chuẩn ANSI C84.1 10 Hình 2.2 Nguyên tắc phát sinh méo điện áp và song hài xuất phát từ tải phi tuyến 17 Hình 2.3 Biểu đồ phụ thuộc giữa tổn thất điện năng với hệ số cos và TM 25 Hình 2.4 Biểu đồ phụ thuộc giữa chi phí quy dẫn với hệ số cos và TM 26 Hình 2.5 Véctơ công suất trước và sau khi bù cos 29

Hình 2.9 Sự khuyếch đại điện áp khi đóng cắt tụ bù 39 Hình 2.10 Sơ đồ hệ thống điều khiển kích từ máy phát điện 41

Hình 2.12 Máy biến áp điều chỉnh điện áp dưới tải 42 Hình 2.13 Thiết bị điều chỉnh điện áp đường dây 43

Hình 2.15 Cấu trúc điển hình và đặc tính V-I của SVC 45 Hình 2.16 Cấu trúc và đặc tính điều khiển của thiết bị STATCOM 46 Hình 2.17 Điều chỉnh điện áp dùng tụ bù dọc 47 Hình 2.18 Phối hợp thời gian của bảo vệ quá dòng trong lưới phân phối hình tia 49 Hình 2.19 Tác động của kháng điện đến biên độ SAG do ngắn mạch 49 Hình 2.20 Khắc phục SAG dùng MBA cộng hưởng sắt từ 50

Hình 2.22 Ổn định điện áp cho phụ tải nhậy cảm dùng DVR và STATCOM 51 Hình 2.23 Lựa chọn phối hợp cách điện, mức bảo vệ và mức chịu điện áp chọn theo

Hình 2.25 Đặc tính bảo vệ của khe phóng điện 57

Hình 2.27 So sánh đặc tính V-I của các CSV có và không khe hở 58 Hình 2.28 Hộp thoại thiết đặt thông số kinh tế trong CAPO 60 Hình 2.29 Hộp thoại thiết đặt thông số trong CAPO 62

Hình 3.1 các thông số ghi nhận đƣợc từ thiết bị đo chất lƣợng điện năng PW3198 70

CHƯƠNG 1:

GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Đặt vấn đề

 Nhu cầu năng lượng, đặc biệt là điện năng hiện tại đang tăng rất nhanh, với

sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, việc đưa vào ứng dụng các thiết bị điện – điện tử

có hiệu quả cao, các thiết bị vi điều khiển, thiết bị điện tử công suất ngày càng nhiều Bên cạnh đó, nhiều ngành công nghệ cao đang được đầu tư phát triển tại Việt Nam đang phải đối mặt ngày càng nhiều hơn với các vấn đề chất lượng điện Sự cố chất lượng điện ở đầu vào có thể gây ra những thiệt hại mang tính dây chuyền, thậm chí có thể dẫn tới sự ngưng trệ của cả dây chuyền công nghệ, gây thiệt hại lớn cho doanh nghiệp

 Bộ Công Thương đã ban hành thông tư số 39/2015/TT-BCT liên quan đến lưới phân phối Trong thông tư này, các quy định liên quan đến chất lượng điện năng được ban hành nhằm từng bước nâng cao hiệu quả của việc tiêu thụ năng lượng điện

 Trên thực tế, cho đến nay chưa có một công bố chính thức mang tính điển hình nào về các vấn đề về chất lượng điện năng Mặc dù vậy, các thiệt hại kinh tế

do chất lượng điện năng chưa cao thì hoàn toàn có thể quan sát được, thậm chí đo lường được Đã có một số các điều tra ở quy mô nhỏ đã được thực hiện Tuy nhiên, yếu tố kinh tế hoặc thương mại chưa được thể hiện rõ sự liên quan tới các vấn đề chất lượng điện Đề tài này nhằm mục tiêu xây dựng cơ sở lý thuyết, áp dụng một

số phương pháp nhằm giải quyết các vấn đề trong lĩnh vực quản lý vận hành lưới điện phân phối khu vực thị xã Dĩ An- Bình Dương

1.2 Tính cấp thiết của đề tài

 Thực tế cho thấy rằng có những tồn tại nhất định trong việc tiến hành khảo sát các vấn đề chất lượng điện Ở một số trạm nguồn cũ (của cả ngành điện và khách hàng sử dụng điện) chưa được trang bị hệ thống tự động hóa, việc thu thập

các thông tin liên quan đến chất lượng điện sẽ gặp nhiều khó khăn Trong những trường hợp đó, phương pháp tiếp cận trực tiếp tại hiện trường sẽ là giải pháp thích hợp nhất

 Bên cạnh đó, các nguồn nhân lực để đánh giá chất lượng điện còn thiếu và yếu, cộng thêm với việc đánh giá chất lượng điện sẽ chỉ có thể thực hiện được một khi Điện được sử dụng, cái nhìn về chất lượng điện từ phía ngành điện và khách hàng sử dụng điện sẽ khác nhau rất nhiều

 Đối với khách hàng sử dụng điện, điều này phụ thuộc rất nhiều vào năng lực của khách hàng (kỹ thuật viên nhà máy) trong việc hiểu biết dây chuyền sản xuất và khả năng đánh giá những hiện tượng suy giảm chất lượng điện Dữ liệu chất lượng điện phải được thu thập thường xuyên nhằm đánh giá sát thực nhất những chi phí dài hạn Tuy nhiên, điều này chỉ có thể thực hiện được nếu khách hàng được trang

bị những thiết bị chuyên dụng cho vấn đề chất lượng điện Cách tính toán chi phí theo đầu sự cố sẽ được sử dụng để đánh giá các thiệt hại kinh tế gây ra bởi những sự

cố chất lượng điện cụ thể, ngắn hạn

 Mặt khác, bản thân khách hàng sử dụng điện cũng góp phần nào đó làm ảnh hưởng tới chất lượng điện năng Với thực trạng nền sản xuất của khách hàng sử dụng điện hiện nay, còn tồn tại nhiều công nghệ sản xuất lạc hậu gây ra hai vấn đề lớn: Một là tiêu thụ năng lượng lớn; Hai là gây sụt giảm chất lượng điện năng cục

bộ quanh vùng lân cận của khách hàng đó

 Về phía ngành điện thì trong các trường hợp thông thường, ngành điện không chịu những tổn thất kinh tế trực tiếp do chất lượng điện năng thấp gây ra Tuy nhiên, ngành điện sẽ phải chịu thiệt hại kinh tế gây ra do việc giảm sút doanh thu vì mất điện gây ra bởi các vấn đề chất lượng điện Bên cạnh đó, ngành điện cũng sẽ chịu thiệt hại kinh tế do vấn đề chất lượng điện gây ra việc đo lường sai (sóng hài là nguyên nhân chủ yếu của hiện tượng này); chi phí đầu tư phải bỏ ra nhằm khắc phục các vấn đề chất lượng điện năng sẽ được coi như chi phí vận hành do nhà cung cấp chịu Đối với ngành điện các chỉ tiêu chất lượng đối với việc cung cấp điện

đến khách hàng về nguyên tắc sẽ được định nghĩa trong các hợp đồng mua-bán điện Mặc dù vậy, với giá điện thấp như tình hình hiện nay thì điện năng chỉ có thể được cung cấp với một chất lượng tương ứng với giá Bên cạnh đó, chỉ có yếu tố cung cấp điện là chỉ tiêu được ưu tiên hàng đầu, chỉ tiêu về điện áp chỉ được xem xét khi có khiếu nại hoặc kiến nghị của khách hàng Còn các chỉ tiêu khác thì hầu như không được có Nguyên nhân của hiện trạng trên là do thiếu điện và lưới điện còn yếu nên ngành điện chỉ ưu tiên giải quyết sự cố nhanh để phục hồi cung cấp điện Các yếu tố khác ảnh hưởng đến kinh tế vận hành thì chưa thực sự được quan tâm

 Qua các phân tích ở trên đây, có thể thấy vấn đề cần phải được quan tâm hơn nửa là phải tìm ra các giải pháp, phương thức vận hành hợp lý nhằm đạt được hiệu quả cao trong các điều kiện thực tế hoặc bằng những nguồn đầu tư nhỏ nhưng vẫn đạt được chất lượng điện năng tăng cao Đó cũng chính là lý do chủ yếu để chọn đề tài Giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành lưới phân phối

1.3 Mục tiêu của đề tài

 Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về chất lượng điện năng, tổn thất điện năng và hiệu quả của lắp đặt tụ bù

 Áp dụng một số giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả quản lý vận hành trong điều kiện lưới điện phân phối khu vực thị xã Dĩ An-Bình Dương trong giai đoạn công nghiệp hóa phát triển tăng cao

 Đề tài nghiên cứu xuất phát từ nhu cầu thực tế của lưới điện phân phối khu vực thị xã Dĩ An-Bình Dương, do đó các kết quả mang tính thực tiễn, có thể nhân rộng và áp dụng rộng rãi cho các khu vực khác

1.4 Đối tư ng và phạm vi nghiên cứu

 Đối tư ng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu mà đề tài đặt ra là lưới điện

phân phối khu vực thị xã Dĩ An-Bình Dương

 Phạm vi nghiên cứu: Đề tài đi sâu vào việc bù nâng cao hệ số công suất,

giảm tổn thất điện năng, ổn định điện áp, cải thiện chỉ số độ tin cậy cung cấp điện

lưới điện phân phối

1.5 Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu

1.5.1 Phương pháp luận:

 Luận văn sử dụng các phương pháp các nghiên cứu lý thuyết và thực tiễn của

lưới điện phân phối khu vực thị xã Dĩ An-Bình Dương

1.5.2 Phương pháp nghiên cứu:

 Phương pháp phân tích tài liệu: thu thập tài liệu từ nhiều nguồn khác nhau, các đề tài nghiên cứu của các nhà khoa học giáo dục trong và ngoài nước, cùng các tài liệu khác có liên quan đến đề tài nghiên cứu, từ đó xây dựng mô hình lý thuyết

và công cụ đo lường sử dụng cho bước nghiên cứu thực tiễn

 Phương pháp điều tra, khảo sát thực tế:

 Dự báo phụ tải trên cơ sở xu hướng và qui hoạch phát triển điện của địa phương

 Sử dụng phần mềm PSS/Adept để chạy thử bài toán bù tối ưu giảm tổn thất trên các lưới điện điển hình, phân bổ công suất

 Dữ liệu thu thập từ Chương trình Quản lý lưới điện, Chương trình vận hành lưới điện trên máy tính để tính toán chỉ số độ tin cậy cung cấp điện

1.6 Các Công trình nghiên cứu trước đây

 Nguyễn Lê Hoàng, Luận văn thạc sĩ ngành điện, chuyên ngành hệ thống điện, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội (2003): Nghiên cứu bài toán chế độ xác lập và bù công suất phản kháng trên lưới phân phối;

 Nguyễn Thanh Hà, Luận văn Thạc sĩ ngành điện, chuyên ngành Mạng và Hệ thống điện, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội (2008): Các giải pháp nâng cao chất lượng và giảm tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối Quận Long Biên – Hà Nội

 Hoàng Sơn, Luận văn thạc sĩ ngành điện, chuyên ngành hệ thống điện, Trường Đại học Công nghệ TP.HCM (2016): Xác định vị trí và dung lượng máy phát phân tán để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện lưới điện phân

Đề tài này vận dụng các nghiên cứu trước đây và tình hình vận hành lưới điện thực tế để đưa ra các giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện phân phối

CHƯƠNG 2:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VẬN HÀNH LƯỚI PHÂN PHỐI

2.1 Khái niệm về chất lư ng điện năng

Thuật ngữ chất lượng điện năng được sử dụng khá phổ biến trong ngành công nghiệp điện kể từ năm 1980 Chất lượng điện năng là tập hợp các tiêu chuẩn của điện năng và độ tin cậy cung cấp điện trong hệ thống Cả ngành điện và khách hàng sử dụng điện đang ngày càng quan tâm đến chất lượng điện năng Có bốn lý

do chính cho sự quan tâm này:

 Ngày nay các thiết bị nhạy cảm hơn với sự thay đổi của chất lượng điện năng so với các thiết bị trước đây, nhiều thiết bị được cấu tạo từ các bộ vi xử lý hoặc các thiết bị điện tử công suất, đây là các thiết bị nhạy cảm với các nhiễu loạn trong hệ thống

 Sự quan tâm ngày càng lớn vào hiệu suất làm việc trong toàn bộ hệ thống điện ngày càng ứng dụng nhiều các thiết bị điện như động cơ điều chỉnh tốc độ hiệu suất cao, thiết bị điện tử công suất, lò hồ quang Điều này dẫn đến mức độ sóng hài ngày càng tăng trong hệ thống điện

 Nhận thức về các vấn đề liên quan đến chất lượng điện năng ngày càng tăng của khách hàng sử dụng điện Họ ngày càng nhận được nhiều thông tin hơn về các vấn đề như ngắt điện, quá độ do đóng cắt điện, sụt áp ngắn mạch, sóng hài Và đây là một thách thức lớn đối với ngành điện để cải thiện chất lượng điện năng phân phối tới khách hàng

 Hệ thống điện ngày càng phát triển rộng lớn, số lượng thiết bị kết nối trong

hệ thống ngày càng nhiều Vì vậy, bất kỳ bộ phận nào bị sự cố cũng gây nên những hậu quả nghiêm trọng

Trên đây là bốn lý do chính, bên cạnh đó nguyên nhân sâu xa đằng sau các nguyên nhân này là: Các nhà sản xuất thì mong muốn hiệu suất làm việc tăng lên, máy móc vận hành tối ưu Nhìn chung ngành điện đều khuyến khích cho nổ lực này, vì điều đó giúp khách hàng tăng lợi nhuận cũng như giúp cho ngành điện giảm chi phí đầu tư vào các trạm biến áp và máy phát bằng cách sử dụng hiệu quả các thiết bị điện Nhưng đôi khi các thiết bị này lại là nguyên nhân gây ra các vấn đề ảnh hưởng đến chất lượng điện năng

Định nghĩa về chất lư ng điện năng:

Có nhiều định nghĩa khác nhau về chất lượng điện năng dựa trên quan điểm của những bên liên quan, ví dụ:

 Đối với khách hàng sử dụng điện, điều này phụ thuộc rất nhiều vào năng lực của khách hàng (kỹ thuật viên nhà máy) trong việc hiểu biết dây chuyền sản xuất và khả năng đánh giá những hiện tượng suy giảm chất lượng điện Dữ liệu chất lượng điện phải được thu thập thường xuyên nhằm đánh giá sát thực nhất những chi phí dài hạn Tuy nhiên, điều này chỉ có thể thực hiện được nếu khách hàng được trang bị những thiết bị chuyên dụng cho vấn đề chất lượng điện Cách tính toán chi phí theo đầu sự cố sẽ được sử dụng để đánh giá các thiệt hại kinh tế gây ra bởi những sự cố chất lượng điện cụ thể, ngắn hạn Mặt khác, bản thân khách hàng sử dụng điện cũng góp phần nào đó làm ảnh hưởng tới chất lượng điện năng Với thực trạng nền sản xuất của Việt Nam hiện nay, việc còn tồn tại nhiều công nghệ sản xuất lạc hậu gây ra hai vấn đề lớn: Một là tiêu thụ năng lượng lớn; Hai là gây sụt giảm chất lượng điện năng cục bộ quanh vùng lân cận của khách hàng đó

 Về phía các nhà cung cấp điện năng thì trong các trường hợp thông thường, ngành điện không chịu những tổn thất kinh tế trực tiếp do chất lượng điện năng thấp gây ra Tuy nhiên, ngành điện sẽ phải chịu thiệt hại kinh tế gây ra do việc giảm sút doanh thu vì mất điện gây ra bởi các vấn đề chất lượng điện Bên cạnh đó, ngành

điện cũng sẽ chịu thiệt hại kinh tế do vấn đề chất lượng điện gây ra việc đo lường sai (sóng hài là nguyên nhân chủ yếu của hiện tượng này) Bên cạnh đó, chi phí đầu

tư phải bỏ ra nhằm khắc phục các vấn đề chất lượng điện năng sẽ được coi như chi phí vận hành do ngành điện chịu Đối với ngành điện, các chỉ tiêu chất lượng đối với việc cung cấp điện đến khách hàng về nguyên tắc sẽ được định nghĩa trong các hợp đồng mua-bán điện Mặc dù vậy, với giá điện thấp như tình hình hiện nay thì điện năng chỉ có thể được cung cấp với một chất lượng tương ứng với giá Bên cạnh

đó, chỉ có yếu tố cung cấp điện là chỉ tiêu được ưu tiên hàng đầu, chỉ tiêu về điện áp chỉ được xem xét khi có khiếu nại hoặc kiến nghị của khách hàng Còn các chỉ tiêu khác thì hầu như không có Nguyên nhân của hiện trạng trên là do thiếu điện và lưới điện còn yếu nên ngành điện chỉ ưu tiên giải quyết sự cố nhanh để phục hồi cung cấp điện Các yếu tố khác ảnh hưởng đến kinh tế vận hành thì chưa thực sự được quan tâm

 Dựa vào khái niệm này Cục Đo lường chất lượng Nhà nước Việt Nam đã đưa ra khái niệm: “Chất lượng sản phẩm của một sản phẩm là một tập hợp các đặc tính của một thực thể tạo cho thực thể đó khả năng thoả mãn những nhu cầu đã nêu

ra và những nhu cầu tiềm ẩn”

Qua các phân tích ở trên đây, có thể thấy rằng cả khách hàng sử dụng điện cũng như nhà cung cấp đều có lợi ích và nghĩa vụ trong việc duy trì điện năng chất lượng cao Tuy nhiên suy cho cùng thì quan điểm về chất lượng điện năng phải được xem xét trên quan điểm của người sử dụng Chính vì vậy trong phạm vi của luận văn này sẽ sử dụng định nghĩa về chất lượng điện năng trên quan điểm sau đây: “ Bất kỳ vấn đề điện năng liên quan đến sai lệch về dòng điện, điện áp, tần số

mà những sai lệch này dẫn đến sự cố hoặc vận hành sai cho thiết bị của khách hàng

sử dụng điện ”

2.2 Các tiêu chuẩn về chất lư ng điện năng:

2.2.1 Lịch sử phát triển các tiêu chuẩn:

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, trong hệ thống điện ngày càng xuất hiện nhiều các thiết bị điện nhạy cảm với nhiễu loạn xảy ra trong hệ thống Để

phù hợp với tình hình thực tế, khái niệm về chất lượng điện năng củng phải có sự thay đổi và ngày càng được mở rộng Dưới đây ta cùng nhìn lại lịch sử của quá trình đưa ra những tiêu chuẩn liên quan đến chất lượng điện năng đã được IEEE giới thiệu:

 IEEE STD-519-1992: Các quy phạm và yêu cầu về việc kiểm soát sóng hài trong hệ thống điện

 IEEE-C62.48-1995: Hướng dẫn của IEEE về tác động qua lại giữa các nhiễu loạn trong hệ thống điện và thiết bị bảo vệ xung kích

 IEEE-1159-1995: Tiêu chuẩn của IEEE về vấn đề giám sát chất lượng điện năng

 IEEE-1250-1995: Hướng dẫn của IEEE về vấn đề giám sát và bảo trì với các thiết bị nhạy cảm với những nhiễu loạn điện áp thoáng qua

 IEEE-493-1997: Tiêu chuẩn của IEEE về các quy phạm thiết kế hệ thống điện trong lĩnh vực thương mại và công nghiệp để đảm bảo độ tin cậy

 IEEE-1159.3-2003: Các quy phạm về vấn đề chuyển giao dữ liệu chất lượng điện năng

 IEEE-1531-2003: Hướng dẫn của IEEE về việc ứng dụng và các thông số

kỹ thuật của các bộ lọc sóng hài

 IEEE STD-519-2014: Hướng dẫn của IEEE về kiểm soát sóng hài và bù công suất phản kháng của thiết bị chỉnh lưu

 IEEE-1564-2014: Các quy phạm cho việc thiết lập các chỉ số về sụt áp ngắn hạn

2.2.2 Tiêu chuẩn điện áp:

2.2.2.1 Một số tiêu chuẩn trên thế giới về độ lệch điện áp

 Ở Nga, đối với tải chiếu sáng U = -2,5% đến +5%, phụ tải động cơ

U = -5% đến +10%, các phụ tải khác U = ±5% Tất cả các trường hợp này đều yêu cầu với xác suất 95%

 Tiêu chuẩn châu Âu: EN 50160 quy định U = ±10% với xác suất 95%

 Tiêu chuẩn Úc: AS60038 quy định với Udđ = 240V, U = -2% đến +10% với xác suất 95% và U = -6% đến +10% với xác suất 99%

 Tiêu chuẩn Mỹ gần đây nhất về dải điện áp vận hành cho phép: ANSI C84.1- 2006

Hình 2.1: Dải điện áp vận hành cho phép theo tiêu chuẩn ANSI C84.1

 Dải A: Dải giới hạn điện áp làm việc bình thường

 Dải B: Dải giới hạn điện áp làm việc có can thiệp của thiết bị điều chỉnh điện áp

 Điện áp sử dụng: Điện áp tại đầu cực thiết bị dùng điện (phụ tải)

 Điện áp lưới: Điện áp vận hành của HTĐ

2.2.2.2 Tiêu chuẩn về độ lệch điện áp ở Việt Nam

 Theo Nghị định số 105/2005/NĐ-CP trong điều kiện bình thường cuả HTĐ, độ lệch điện áp cho phép trong khoảng ±5% so với điện áp danh định của lưới điện và được xác định tại vị trí đặt thiết bị đo đếm điện hoặc tại vị trí khác do hai bên thoả thuận Đối với lưới điện chưa ổn định sau sự cố, độ lệch điện áp cho phép từ +5% đến -10% Theo Thông tư 39/2015/TT-BCT, đối với lưới phân phối, trong chế độ vận hành bình thường điện áp vận hành cho phép tại điểm đấu nối được phép dao động so với điện áp danh định (độ lệch điện áp cho phép) như sau:

 Tại điểm đấu nối với khách hàng sử dụng điện là ±5%

 Tại điểm đấu nối với nhà máy điện là +10% và -5%

 Trong chế độ sự cố đơn lẻ hoặc trong quá trình khôi phục vận hành ổn định sau sự cố, cho phép mức dao động 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% của điện áp danh định

 Trong chế độ sự cố nghiêm trọng hệ thống điện truyền tải hoặc khôi phục

sự cố, cho phép mức dao động điện áp trong khoảng ±10% so với điện áp danh định

2.2.3 Độ tin cậy của hệ thống điện:

2.2.3.1 Độ tin cậy của hệ thống điện:

 Độ tin cậy cung cấp điện là khả năng của đối tượng thực hiện đầy đủ chức năng của mình, đảm bảo các chỉ tiêu vận hành trong giới hạn cho trước tương ứng với điều kiện và chế độ sử dụng, chế độ bảo hành kỹ thuật, sửa chữa, tàng trữ và chuyên chở đã được quy định

 Để đánh giá độ tin cậy cung cấp điện, Tập đoàn Ngành điện Việt Nam (EVN) đã có các quy định về chỉ tiêu suất sự cố (đường dây và trạm biến áp) trong quản lý, vận hành hệ thống điện, làm cơ sở cho việc đánh giá chất lượng quản lý vận hành nguồn lưới đáp ứng yêu cầu cung ứng điện liên tục cho khách hàng

 Để nhằm nâng cao chất lượng phục vụ cho các hộ tiêu thụ thì tổ chức IEEE của Mỹ đã xây dựng một số chỉ số để đánh giá độ tin cậy cung cấp điện, cụ thể như sau:

 Các chỉ số đánh giá về mặt mất điện kéo dài:

 SAIDI là chỉ số về thời gian mất điện trung bình của lưới điện phân phối

 SAIFI là chỉ số về số lần mất điện trung bình của lưới điện phân phối

 CAIDI là chỉ số về thời gian mất điện trung bình của hộ tiêu thụ điện

 CAIFI là chỉ số về số lần mất điện trung bình của hộ tiêu thụ điện

 CTAIDI là chỉ số về tổng thời gian mất điện trung bình của hộ tiêu

thụ điện

 ASAI là chỉ số sẵn sàng cung cấp điện trung bình của hộ tiêu thụ

 ASUI là chỉ số không sẵn sàng cung cấp điện trung bình của hộ tiêu thụ

 ASIDI là chỉ số về thời gian ngắt điện trung bình của hệ thống

 ASIFI là chỉ số về số lần ngắt điện trung bình của hệ thống

 CEMIn là chỉ số về số hộ tiêu thụ bị mất điện kéo dài nhiều hơn n lần trên tổng số hộ tiêu thụ

 Các chỉ số đánh giá về mặt mất điện thoáng qua: MAIFI, MAIFIE, CEMSMIn

 MAIFI là chỉ số về số lần mất điện thoáng qua trung bình của lưới điện phân phối

 MAIFIE là chỉ số về số lần mất điện ngắn hạn trung bình của lưới điện phân phối

 CESMIn là chỉ số về số hộ tiêu thụ bị mất điện kéo dài hoặc mất điện ngắn hạn nhiều hơn n lần trên tổng số hộ tiêu thụ

 Dựa trên các chỉ tiêu của IEEE và cấu trúc lưới điện Việt Nam, Tập đoàn ngành điện Việt Nam đã xây dựng về quy định thực hiện các chỉ tiêu quản lý kỹ thuật hệ thống điện để áp dụng tại các đơn vị với mục đích tăng cường nâng cao chất lượng công tác quản lý kỹ thuật, hướng tới phục vụ khách hàng ngày một tốt hơn, đồng thời phù hợp với những quy định mới Các chỉ tiêu cụ thể EVN áp dụng cho lưới phân phối Việt Nam: SAIDI, SAIFI và MAIFI

2.2.3.2 Giám sát tình hình vận hành lưới điện phân phối bằng phần mềm vận hành sơ đồ lưới điện trên máy tính

 Tạo ra công cụ để vận hành sơ đồ lưới điện phân phối trên máy tính

 Thống kê được thời gian đóng cắt điện của phát tuyến, nhánh rẽ hoặc cụ thể hơn là từng khách hàng

 Tạo ra các công cụ để nhân viên quản lý vận hành giả lập các tính huống thao tác đóng cắt điện trên sơ đồ lưới, xác định các nội dung thao tác, tiên lượng được số khách hàng bị mất điện, sản lượng dự kiến tiết giảm được và độ tin cây cung cấp điện trước khi tiến hành lập lịch ngừng giảm cung cấp điện

 Tạo ra các công cụ để ghi nhận lại các thời điểm đóng cắt thực tế do sự

cố hay do công tác từ đó tính toán độ tin cây cung cấp điện của Điện lực trong tháng

 Các tính năng của chương trình

 Quản lý và vận hành sơ đồ lưới điện phân phối trên máy tính

 Quản lý các thông tin sử dụng điện của người sử dụng điện: Kiểm tra số lần người sử dụng điện mất điện trong tháng; Lịch cắt điện theo kế hoạch; phạm vi

bị mất điện

 Tính toán độ tin cậy cung cấp điện

 Giả lập đóng cắt thiết bị để kiểm tra phạm vi mất điện và độ tin cậy cung cấp điện khi đường dây bị mất điện

 Công thức tính toán:

 SAIDI được tính bằng tổng của thời gian mất điện và các khách hàng bị mất điện tương ứng so với tổng số khách hàng được cung cấp điện trong một khoảng thời gian, công thức tính toán cho hàng quý sau:

j

j

n

i i i j

SAIDI SAIDI

K

K T SAIDI

(2.1)

Trong đó:

Ti: Thời gian mất điện lần thứ i kéo dài trên 5 phút trong quý j;

Ki: Số khách hàng sử dụng điện bị mất điện lần thứ i trong quý j;

n: số lần mất điện kéo dài trên 5 phút trong quý j;

K: Tổng số Khách hàng sử dụng điện trong quý j

 SAIFI được tính bằng số lần mất điện kéo dài hơn 5 phút trên tổng số khách hàng được cung cấp điện trong một khoảng thời gian, công thức tính toán cho hàng quý sau:

j

j

n

i i j

SAIFI SAIFI

K

K SAIFI

(2.2)

Trong đó:

n: số lần mất điện kéo dài trên 5 phút trong quý j;

Ki: Số khách hàng sử dụng điện bị mất điện lần thứ i trong quý j;

K: Tổng số khách hàng trong quý j

 MAIFI được tính bằng số lần mất điện có thời gian 5 phút trên tổng số khách hàng được cung cấp điện trong một khoảng thời gian, công thức tính toán cho hàng quý sau:

j

j

n

i i j

MAIFI MAIFI

K

K MAIFI

(2.3)

Trong đó:

m: số lần mất điện có thời gian 5 phút trong quý j;

Ki: Số khách hàng sử dụng điện bị mất điện lần thứ i trong quý j;

K: Tổng số khách hàng trong quý j

 Ví dụ tính các chỉ số cho Điện lực A cho 1 tháng

Điện lực A hiện đang quản lý 3000 khách hàng, 5 tuyến đường dây trung thế theo thứ tự từ 471 đến 475 Tình hình cung cấp điện tháng 9/2016 của Điện lực A như sau:

a) Tính chỉ số độ tin cậy cho Điện lực A

 Sự cố mất điện có thời gian 5:

Stt Ngày Tên đường dây/trạm

biến áp “t” mất điện (giờ:phút) Số KH mất điện Ghi chú

 Sự cố mất điện có thời gian > 5:

Stt Ngày Tên đường dây/trạm

biến áp bị sự cố “t” mất điện (giờ:phút) mất điện Số KH Ghi chú

cô lập phân đoạn sự cố, đóng điện MC 474 cấp điện cho 522 khách hàng, sau 20 phút xử lý

sự cố, cấp điện lại cho phân đoạn này, 112 KH còn lại được cấp điện

 Mất điện do cắt điện để sửa chữa theo kế hoạch:

Stt Ngày Khu vực/Tên đường

dây/Trạm biến áp “t” mất điện (giờ:phút) mất điện Số KH Ghi chú

1 2/9/2011 Các TBA Y3,Y4,Y5,Y6 tuyến 472 05:25 320

2 18/9/2011 Phân đoạn tuyến 472 05:00 240

Thực hiện:

 Chỉ số SAIDI (thời gian mất điện > 5 phút):

K

K t SAIDI

n

t i i





).(

(2.4)

3000

) 300

* 240 ( ) 320

* 325 ( )]

112

* 20 ( ) 634

* 8 [(

) 40

* 44 ( ) 97

* 29



SAIDI

SAIDI = 62,628 (phút)

 Chỉ số SAIFI cho các lần mất điện > 5 phút:

SAIFI =

K

K n

t i



 1

)(

3000

) 240 ( ) 320 ( )]

112 ( ) 634 [(

) 40 ( ) 97

t i



 1

)(

=

3000

450 610

t i i



 1

).(

3000

) 300

* 240 ( ) 320

* 325 ( ) 97

* 29

t i



 1

)(

=

3000

) 240 ( ) 320 ( ) 97

c Tính toán tương tự cho các tuyến còn lại

2.3 Sóng hài trên lưới phân phối

2.3.1.Hiện tư ng sóng hài

 Khi một tín hiệu điện được hiển thị trên máy hiện sóng (oscilloscope), dạng sóng này được quan sát trong miền thời gian Các đại lượng đặc trưng cho tín hiệu điện này là biên độ tại từng thời điểm theo thời gian và chu kỳ của tín hiệu đó Đại lượng nghịch đảo của chu kỳ sẽ cho giá trị của tần số của tín hiệu đó Tín hiệu điện này còn có thể được biểu diễn trong miền tần số để phục vụ cho việc phân tích đánh giá Công cụ phổ biến được sử dụng trong kỹ thuật phân tích trong miền tần số là phép phân tích Fourier

 Trong trạng thái cơ sở, tín hiệu điện trên hệ thống truyền tải và cung cấp điện năng sẽ có giá trị tần số là 50 Hz hoặc 60 Hz Trong thực tế, bên cạnh tần số cơ

sở này, trong tín hiệu điện còn có thể chứa các giá trị tần số khác

 Dạng sóng điện áp do nguồn phát sẽ có dạng thuần sin biến thiên tuần hoàn theo thời gian Nhưng khi dạng sóng điện áp thuần sin này được đặt lên một phụ tải

không tuyến tính, dòng điện mà phụ tải không tuyến tính này tiêu thụ lại không có dạng thuần sin

 Trong trường hợp tổng trở nguồn không phải là giá trị vô cùng bé mà đạt một giá trị xác định nào đó, dòng điện không thuần sin sẽ gây một điện áp giáng trên tổng trở nguồn này Điều này sẽ dẫn đến hiện tượng méo dạng sóng tín hiệu điện áp tại cực của phụ tải nói trên Hiện tượng nói trên chính là nguyên nhân phát sinh méo dạng sóng điện áp tại cực phụ tải, hay nói cách khác là phát sinh sóng hài

 Méo dạng sóng điện áp này nếu được đặt lên các phụ tải tuyến tính khác lại sinh ra méo dòng điện tương ứng trên các phụ tải đó

Hình 2.2: Nguyên tắc phát sinh méo điện áp và song hài xuất phát từ tải phi tuyến

 Sóng hài trong hệ thống điện được định nghĩa là các dạng điện áp và dòng điện thuần sin nhưng lại có tần số bằng bội của một số nguyên lần tần số cơ sở (tại Việt Nam, tần số cơ sở là 50 Hz) Sóng hài đóng góp phần lớn trong việc gây méo dạng sóng điện áp nguồn và dòng điện tải Bên cạnh đó, còn tồn tại những loại méo dạng sóng khác không phải là bội nguyên lần của tần số cơ sở càng làm cho vấn đề song hài ngày càng được quan tâm chú ý nhiều hơn

 Một số các quốc gia đã có những quy chuẩn riêng về sóng hài hoặc các khuyến cáo nhằm thỏa mãn một số các điều kiện cục bộ Tuy vậy, cùng với sự phát triển giao thương trên quy mô lãnh thổ và vùng lãnh thổ, các tiêu chuẩn quốc tế được ban hành nhằm tạo ra một khung quy ước chung cho vấn đề này

 Các tiêu chuẩn quốc tế phổ biến thường được đề cập đến khi có các vấn đề

về sóng hài và méo dạng sóng là bộ tiêu chuẩn IEC-61000 và bộ tiêu chuẩn IEEE –

519 Bộ tiêu chuẩn IEC-61000 của Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế là một hệ thống các tiêu chuẩn về tương thích điện từ (Electromagnetic Compatibility – EMC) Bộ tiêu chuẩn IEEE – 519 của Hiệp hội Kỹ thuật điện Hoa Kỳ là một hệ thống các tiêu chuẩn cung cấp các hướng dẫn và các khuyến cáo liên quan đến sóng hài

2.3.2.Các thông số đặc trưng

 Chỉ số méo dạng sóng điện áp

 Chỉ tiêu đánh giá phổ thông nhất dành cho méo dạng sóng điện áp là Chỉ

số méo dạng sóng tổng hợp – Total Harmonics Distortion (THD) Chỉ số này biểu thị tỷ số giữa giá trị hiệu dụng của các thành phần hài bậc cao so với thành phần sóng cơ bản :

có giá trị nhỏ, việc đánh giá bằng chỉ số THD trên có thể dẫn đến những hiểu lầm

Lý do là vì một giá trị THD lớn đối với dòng điện sẽ không có nhiều ý nghĩa khi dòng điện của tải nhỏ Vì khi đó, thành phần sóng hài sẽ nhỏ theo mặc dù nó có giá trị đáng kể so với dòng điện thành phần cơ bản Để tránh vấn đề trên, một chỉ số

khác được sử dụng để đánh giá mức độ méo dạng sóng dòng điện Đó là chỉ số TDD :

2.4 Sự tiêu thụ công suất phản kháng

 Như đã biết, các thiết bị điện từ khi làm việc sẽ tiêu thụ từ lưới một dòng điện bao gồm các thành phần: phụ tải, tổn thất, dòng điện tản (dòng rò) và dòng từ hoá Tức là cùng với việc tiêu thụ một lượng công suất tác dụng để sinh công, các thiết

bị điện còn tiêu thụ một lượng công suất phản kháng Lượng công suất phản kháng

mà các thiết bị điện tiêu thụ phụ thuộc vào đặc tính của chúng, các động cơ không đồng bộ, máy biến áp vv… là những thiết bị tiêu thụ nhiều công suất phản kháng Theo số liệu thống kê, thì lượng công suất phản kháng do động cơ không đồng bộ tiêu thụ chiếm tỷ trọng lớn nhất (khoảng 65,75%), tiếp theo là máy biến áp khoảng 15,20% và các đường dây 5,8%

 Mức độ tiêu thụ công suất phản kháng được đánh giá bởi hệ số công suất, mà được xác định bởi tỷ số giữa công suất tác dụng (P) và công suất biểu kiến (S)

 Khi cos của thiết bị điện càng lớn, tức là mức độ tiêu thụ công suất phản kháng càng bé, vì vậy làm cho mức độ yêu cầu về Q từ lưới ít, nó góp phần cải thiện chế độ làm việc của lưới Hệ số cos của các hộ tiêu thụ lại phụ thuộc vào chế

độ làm việc của các phụ tải điện Khi hệ số cos thấp sẽ dẫn đến sự tăng công suất phản kháng, sự truyền tải công suất phản kháng trong mạng điện làm giảm sút các chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật của mạng điện như:

2.4.1 Làm tăng tổn thất công suất và tăng đốt nóng dây dẫn

 Tổn thất công suất trong mạng điện được xác định theo biểu thức

 Khi truyền tải điện năng trong mạng điện cao áp do điện trở phản kháng lớn nên thành phần tổn hao công suất phản kháng thường lớn hơn thành phần tổn thất công suất tác dụng Đặc biệt đối với máy biến áp thành phần tổn thất công suất phản kháng chiếm tỷ lệ rất lớn Chẳng hạn đối với máy 320 kVA 10/0,4 thì P%= 2,4 còn Q% = 3,2

2.4.2 Tăng tiết diện dây dẫn

 Khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp phụ thuộc vào điều kiện phát nóng cho phép, tức là phụ thuộc vào dòng điện cho phép của chúng Dòng điện chạy qua dây dẫn và máy biến áp được xác định :

√

 Từ biểu thức trên chúng ta nhận thấy: Với cùng một điều kiện phát nóng nhất định của đường dây và máy biến áp với P = const, nếu tăng lượng công suất phản kháng Q buộc phải tăng tiết diện dây dẫn, do đó sẽ làm tăng chi phí của mạng điện Theo số liệu tính toán, khi hệ số công suất giảm 20% (từ 1 xuống 0,8) thì lượng tổn thất công suất tăng lên khoảng 1,56 lần và khối lượng dây dẫn tăng lên 25% Ví dụ minh hoạ dưới đây cho thấy ảnh hưởng của hệ số cos đối với sự thay đổi của công suất toàn phần

cos = 1 cos = 0,8 cos = 0,7

 Kết quả tính toán ở ví dụ trên cho thấy khi hệ số cos giảm từ 1 xuống 0,7 thì giá trị công suất toàn phần tăng lên 1,41 lần

2.4.3 Làm hạn chế khả năng truyền tải công suất tác dụng

 Cũng từ biểu thức (2.15) trên ta thấy, nếu vẫn giữ dòng I=const thì khi Q tăng buộc phải giảm P để đảm bảo điều kiện đốt nóng cho phép của các phần tử hệ thống điện Còn nếu vẫn giữ nguyên giá trị P = const thì nếu công suất phản kháng quá lớn sẽ có thể gây quá tải cho các thiết bị điện vì công suất toàn phần S phải tăng lên Điều đó sẽ làm giảm tuổi thọ thậm chí có thể phá huỷ thiết bị Việc giảm công suất tác dụng sẽ làm giảm hiệu suất truyền tải của mạng điện

2.4.4 Giảm chất lư ng điện

 Tăng công suất phản kháng sẽ làm giảm chất lượng điện do tổn thất điện áp tăng và do dao động điện áp khi công suất phản kháng thay đổi Như đã biết, tổn thất điện áp được xác định bởi biểu thức:

 Thành phần tổn thất phản kháng Ux tỷ lệ thuận với công suất phản kháng Việc tăng công suất Q sẽ làm tăng đáng kể tổn thất điện áp, do đó làm giảm chất

lượng điện Điều đó làm tăng thêm chi phí do phải trang bị các cơ cấu điều chỉnh điện áp trong hệ thống Khi chất lượng điện giảm quá mức cho phép sẽ dẫn đến sự thay đổi chế độ làm việc của các phần tử hệ thống điện Sự thay đổi này có thể làm giảm năng suất của các thiết bị gây thiệt hại về kinh tế cho các ngành sản xuất

2.5 Ảnh hưởng của sóng hài đến tụ điện

 Trong những năm gần đây, các thiết bị điện điện tử như các bộ điều tốc độ động cơ, các bộ chỉnh lưu điều khiển,… đã gây ra nhiều vấn đề liên quan đến sóng hài trong hệ thống cung cấp điện

 Các sóng hài xuất hiện từ thời kỳ đầu của tiến trình phát triển công nghiệp, chủ yếu do cảm kháng từ hóa phi tuyến của máy biến áp, các cuộn kháng, các bal-last đèn huỳnh quang

 Các sóng hài trong hệ thống 3 pha đối xứng nói chung có bậc lẻ như 3, 5, 7, 9… Và biên độ của chúng giảm dần khi bậc của chúng tăng lên

 Với nhiều biện pháp khác nhau, người ta vận dụng những tính chất này để giảm một số sóng hài đến giá trị nhỏ không đáng kể - việc từ bỏ hoàn toàn chúng như đã biết là không thể thực hiện được Trong phần này, chúng ta sẽ giới thiệu một

số biện pháp thực tiễn dùng để giảm ảnh hưởng của sóng hài, trong đó, đặc biệt xem xét đến các bộ tụ điện

 Các tụ điện thường rất nhạy cảm với các sóng hài của nguồn cung cấp do dung kháng của tụ giảm dần do dung kháng của tụ giảm dần khi tần số tăng lên Trong thực tế, điều này có nghĩa là chỉ một giá trị nhỏ của sóng hài điện áp có thể tạo nên giá trị dòng điện lớn đi qua mạch chứa tụ

 Sự hiện diện của thành phần sóng hài đã tác động làm biến dạng điện áp hoặc dòng điện khác với dạng cơ bản của nó (thường là dạng sin), hàm lượng sóng hài càng nhiều thì mức độ biến dạng càng lớn

 Nếu tần số dao động riêng của hệ thống tụ bù với cảm kháng của mạng điện đạt giá trị gần bằng với một sóng hài riêng biệt nào đó, hiện tượng cộng hưởng sẽ xảy ra và điện áp củng như dòng điện của sóng hài liên quan sẽ được khuếch đại lên Trong trường hợp đặc biệt này, dòng điện đạt giá trị làm nóng quá mức tụ điện,

ảnh hưởng (làm giảm) chất lượng điện môi với hệ quả kéo theo sự cố gây hỏng tụ (đánh thủng cách điện tụ)

 Một số biện pháp giải quyết vấn đề trên có thể thực hiện, mục đích chủ yếu của các biện pháp nhằm vào việc giảm độ biến dạng của phần điện áp nguồn cấp, giữa thiết bị gây ra biến dạng và các bộ tụ bù có liên quan Thông thường, người ta mắc một điện trở shunt bộ lọc sóng hài và có thể lắp thêm cuộn kháng để hạn chế sóng hài đi vào mạch tụ bù

 Hạn chế tác động của sóng hài:

 khi thiết kế có xét đến sóng hài, các tụ điện sẽ được định mức dư hơn so với quy định và mắc nối tiếp với cuộn kháng hạn chế sóng hài, sự hiện diện của các sóng hài trong điện áp nguồn làm cho dòng điện qua tụ có giá trị cao khác thường

Do đó, khi thiết kế lấy giá trị hiệu dụng dòng tụ bằng 1,3 lần giá trị định mức Tất

cả các phần tử khác mắc nối tiếp trong mạch như cầu chì, thiết bị đóng cắt … dùng kèm theo tụ cũng phải được thiết kế dư trong khoảng 1,3 đến 1,5 lần giá trị định mức

 Sự biến dạng điện áp thường chứa các dạng sóng “đỉnh” trong đó các giá trị đỉnh của dạng sóng sin chuẩn sẽ tăng lên Tình trạng này cùng với các điều kiện quá điện áp khác do cộng hưởng được xét đến để tăng mức cách điện ở trên mức của tụ “chuẩn”

 Trong nhiều trường hợp, hai biện pháp khắc phục vừa nêu trên đủ làm cho hệ thống hoạt động thỏa mãn

 Hạn chế hiện tượng cộng hưởng: Các tụ điện là thiết bị mang tính dung kháng tuyến tính do đó chúng không tạo nên sóng hài Tuy nhiên, việc lắp đặt chúng vào trong hệ thống (với tổng trở mang tính cảm kháng) có thể gây nên hiện tượng cộng hưởng hoàn toàn hoặc cộng hưởng riêng với một trong số các sóng hài

Ví dụ: Cộng hưởng tần số tự nhiên

Bậc sóng hài (harmonic order) của cộng hưởng tần số tự nhiên giữa cảm kháng của hệ thống với tụ điện

√

Trong đó:

Ssc : Công suất ngắn mạch của hệ thống tại vị trí đấu tụ (kVA)

Q : Công suất định mức của tụ (kVAr)

Khi giá trị h0 = 2,39 tức là tần số tự nhiên của bộ tụ - cảm kháng hệ thống gần bằng hài bậc 3 của hệ thống điện, từ đó ta có:

(2.18) Tần số tự nhiên càng gần với tần số của một sóng hài nào đó của hệ thống thì ảnh hưởng mang tính bất lợi càng lớn

Theo ví dụ trên, điều kiện cộng hưởng với thành phần sóng hài bậc 3 của một sóng biến dạng chắc chắn sẽ xảy ra

Trong những trường hợp như vậy, cần tiến hành những biện pháp để thay đổi tần số tự nhiên đến một giá trị nào đó để nó không thể cộng hưởng với bất

kỳ thành phần sóng hài nào hiện diện trong hệ thống Điều này thực hiện được bằng cách thêm vào cuộn cảm triệt sóng hài mắc nối tiếp với tụ điện

Đối với hệ thống tần số cơ bản như ở nước ta (f = 50 Hz), các cuộn kháng nêu trên được điều chỉnh sao cho tần số cộng hưởng của hệ thống tụ - cuộn dây dịch chuyển đến 190 Hz Các tần số này tương ứng với giá trị của bậc sóng hài

h0 = 3,8, có nghĩa là nằm trong khoảng bậc 3 và bậc 5 của sóng hài

Với kiểu bố trí này, sự có mặt của cuộn kháng sẽ làm tăng dòng điện tần

số cơ bản lên một lượng tương đối nhỏ (7% - 8%) Do đó, điện áp trên tụ cũng theo

tỷ lệ tương ứng

2.6 Một số phương pháp tính toán bù trên lưới phân phối

2.6.1 Quan hệ giữa tổn thất điện năng, chi phí quy dẫn với hệ số công suất

và thời gian sử dụng công suất cực đại

2.6.1.1 Quan hệ giữa tổn thất điện năng với hệ số cos và thời gian T M

 Như đã biết, tổn thất điện năng trong mạng điện có thể được đánh giá bởi biểu thức:

Trong đó: - thời gian tổn thất công suất cực đại hàng năm, có thể biểu thị dưới dạng hàm phụ thuộc vào thời gian sử dụng công suất cực đại TM

(2.20)   (2.21)

 Nếu tính theo giá trị phần trăm của điện năng tiêu thụ:

(2.22)

 Biểu đồ phụ thuộc giữa tổn thất điện năng với hệ số công suất và thời gian

sử dụng công suất cực đại được thể hiện trên hình 2.3 Phân tích quan hệ phụ thuộc giữa tổn thất điện năng với hệ số công suất và thời gian sử dụng công suất cực đại (hình 2.3) chúng ta thấy khi hệ số công suất nhỏ hơn 0,7 thì tốc độ tăng tổn thất sẽ khá nhanh

Hình 2.3: Biểu đồ phụ thuộc giữa tổn thất điện năng với hệ số cos và TM

2.6.1.2 Quan hệ phụ thuộc giữa chi phí quy dẫn với hệ số công suất và

√

Trong đó:

p - hệ số sử dụng hiệu quả và khấu hao thiết bị;

b – hệ số kinh tế thay đổi của đường dây, đ/km.mm2;

- điện trở suất của vật liệu làm dây dẫn;

c - giá thành tổn thất điện năng

 Giả thiết dây dẫn được chọn theo mật độ dòng điện kinh tế, lúc đó tiết diện dây dẫn sẽ là

Hình 2.4: Biểu đồ phụ thuộc giữa chi phí quy dẫn với hệ số cos và TM

 Vốn đầu tư đường dây được biểu thị bởi biểu thức

Trong đó:

a, b - các hệ số kinh tế cố định và thay đổi của đường dây;

F – tiết diện mặt cắt ngang của dây dẫn

 Chi phí quy dẫn của đường dây

(2.27)