NGHIÊN CỨU CÁC CHỈ SỐ LÕM ÁP NHẰM ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VIỆT NAM

72 Đinh Thành Việt, Nguyễn Hữu Hiếu, Ngô Minh Khoa NGHIÊN CỨU CÁC CHỈ SỐ LÕM ÁP NHẰM ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VIỆT NAM INVESTIGATION INTO VOLTAGE SAG INDICES FOR VOLTAGE QU[.]

72 Đinh Thành Việt, Nguyễn Hữu Hiếu, Ngô Minh Khoa NGHIÊN CỨU CÁC CHỈ SỐ LÕM ÁP NHẰM ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VIỆT NAM INVESTIGATION INTO VOLTAGE SAG INDICES FOR VOLTAGE QUALITY ASSESSMENT IN VIETNAM POWER DISTRIBUTION NETWORK Đinh Thành Việt1, Nguyễn Hữu Hiếu2, Ngô Minh Khoa3 Đại học Đà Nẵng; dtviet@ac.udn.vn Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng; huuhieu019@yahoo.com Trường Đại học Quy Nhơn; nmkhoaqnu@gmail.com Tóm tắt - Lõm áp số kiện quan trọng dạng nhiễu loạn điện áp có ảnh hưởng lớn đến tải nhạy cảm lưới điện phân phối Tiêu chuẩn IEEE Std 1564-2014 ban hành năm 2014 dẫn việc xác định số lõm áp nhằm đánh giá chất lượng điện áp lưới điện phân phối Trên sở tiêu chuẩn IEEE nêu trên, báo nghiên cứu tính toán số lõm áp để đánh giá chất lượng điện áp lưới điện phân phối Việt Nam Các kiện chất lượng điện áp nghiên cứu qua thực nghiệm từ thiết bị giám sát chất lượng điện PQube đặt Tòa tháp Đặng Minh, Quận Bình Thạnh, TP Hồ Chí Minh tháng 7/2015 8/2015 Các kiện ghi nhận được chuyển thành liệu áp dụng để tính tốn, phân tích đánh giá số lõm áp vị trí Nhờ thực đánh giá tượng lõm áp lưới điện phân phối Abstract - Voltage sag is one of the most important power quality disturbances which affects sensitive equipment in power distribution networks The Standard IEEE Std 1564-2014 in 2014 gives the guidelines for calculating voltage sag indices in order to evaluate voltage quality in power distribution network According to the above -mentioned IEEE standard, this paper investigates, calculates voltage sag indices to evaluate voltage quality in Vietnam power distribution network The voltage events are investigated experimentally from the power quality monitoring equipment PQube placed at Dang Minh tower, Binh Thanh district, Ho Chi Minh city in July and August, 2015 The recorded voltage events have been transformed into data used for calculating, analyzing and assessing voltage sag indices at this position Thanks to this, voltage sag assessment in power distribution network is made possible Từ khóa - lõm áp; chất lượng điện áp; lưới điện phân phối; chất lượng điện năng; IEEE Std 1564-2014 Key words - Voltage sag; Voltage quality; Distribution network; Power quality; IEEE Std 1564-2014 Đặt vấn đề Lõm áp tượng sụt giảm điện áp ngắn hạn gây nguyên nhân ngắn mạch, khởi động tải động cơng suất lớn, đóng điện khơng tải máy biến áp [1, 4] Ngày có nhiều nghiên cứu quan tâm đến lõm áp, gây hậu nghiêm trọng nhiều dạng thiết bị khác nhau, làm ảnh hưởng việc điều khiển tốc độ động cơ, thiết bị điều khiển trình, máy vi tính, thiết bị điện tử cơng suất, làm khởi động lại đếm số thiết bị điện-điện tử… [1] Các thiết bị bị ngắt, gián đoạn trình làm việc trị hiệu dụng điện áp (trong báo gọi điện áp RMS) rơi xuống thấp 90% có thời gian dài chu kỳ tần số [2] Mức độ gây thiệt hại nghiêm trọng lõm áp gây thiết bị điện (TBĐ) so sánh với kiện áp, nhiên tổng thiệt hại giai đoạn khảo sát gây lớn nhiều so với áp, xác suất xảy lõm áp thường xuyên so với áp hệ thống điện (HTĐ) Hơn nữa, kiện áp ngắn hạn áp dài hạn xuất phát từ nguyên nhân cố lưới điện phân phối (LĐPP) Còn lõm áp đầu cực TBĐ gây xảy cố ngắn mạch chí vị trí cách xa hàng trăm km lưới truyền tải Tại Việt Nam, vấn đề lõm áp chưa quan tâm mức Trên sở tiêu chuẩn IEEE Std 1564-2014 ban hành năm 2014, báo tập trung nghiên cứu số lõm áp nhằm đánh giá tần suất xuất mức độ nghiêm trọng lõm áp gây khách hàng quan trọng LĐPP Các kiện điện áp thiết bị giám sát chất lượng điện PQube đặt Tịa tháp Đặng Minh, Quận Bình Thạnh, Tp Hồ Chí Minh ghi tháng 7/2015 8/2015 sử dụng để xác định số lõm áp theo tiêu chuẩn quốc tế IEEE Std 1564-2014 Các số lõm áp theo IEEE Std 1564-2014 2.1 Các số đơn kiện 2.1.1 Thời gian tồn giá trị điện áp lại U(%) Ngưỡng Giá trị điện áp lại Thời gian tồn t (s) Hình Định nghĩa thời gian tồn giá trị điện áp lại lõm áp [1] Theo [1-3], lõm áp mô tả hai tham số thời gian tồn giá trị điện áp lại Thời gian tồn khoảng thời gian mà biên độ điện áp thấp giá trị ngưỡng Ngưỡng lõm áp thường chọn điển hình 90% điện áp định mức Trong HTĐ ba pha, thời gian tồn lõm áp thời gian mà giá trị nhỏ điện áp RMS thấp giá trị ngưỡng Lõm áp bắt đầu điện áp RMS nhỏ ba pha thấp giá trị ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(96).2015, QUYỂN ngưỡng kết thúc ba điện áp RMS ba pha trở giá trị ngưỡng [1] Giá trị điện áp lại lõm áp điện áp RMS nhỏ ba pha khoảng thời gian tồn lõm áp Hình mơ tả cách xác định thời gian tồn giá trị điện áp lại lõm áp 2.1.2 Chỉ số lượng lõm áp (EVS) Chỉ số lượng lõm áp thể lượng bị xảy lõm áp xác định theo điện áp RMS thời gian tồn [3] Do đó, EVS số đặc trưng cho lõm áp xác định theo cơng thức sau: 2 N    U rms 1   n    (1) EVS  1     f n 1   U nom     Trong đó, f0 tần số (Hz), Unom điện áp định mức (p.u), N số mẫu điện áp khoảng thời gian tồn lõm áp, Urms(1/2) giá trị hiệu dụng điện áp hay điện áp RMS (p.u) Nếu trường hợp biết giá trị điện áp lại (U) thời gian tồn (T) kiện, giả thiết điện áp RMS số khoảng thời gian tồn kiện Do đó, biểu thức lượng lõm áp xác định sau:    U 2    EVS  1   (2)  T U   nom   Trong đó: T thời gian tồn U giá trị điện áp lại kiện 2.1.3 Chỉ số mức độ nghiêm trọng lõm áp (Se) Các TBĐ có khả chịu đựng lõm áp định theo tiêu kỹ thuật nhà sản xuất thiết bị Do xảy lõm áp, đầu cực thiết bị gây hậu có mức độ nghiêm trọng khác phụ thuộc vào khả chịu đựng đặc tính kiện lõm áp Do đó, để đặc trưng cho mức độ số mức độ nghiêm trọng lõm áp (Se) xác định, để thể mức độ nghiêm trọng kiện điện áp TBĐ Mức độ nghiêm trọng lõm áp Se tính tốn từ giá trị điện áp cịn lại (trong hệ đơn vị tương đối) thời gian tồn lõm áp kết hợp với đặc tuyến tham chiếu Se  1U  U curve T  (3) Trong đó: U giá trị điện áp cịn lại, T thời gian tồn tại, Ucurve(T) giá trị biên độ đặc tuyến tham chiếu thời gian T Đặc tuyến SEMI thể [3], xem đặc tuyến tham chiếu SEMI Tổ chức quốc tế thiết bị vật liệu bán dẫn đặc tuyến SEMI khuyến cáo sử dụng tiêu chuẩn IEEE Std 1564-2014 [3] Trên Hình 2, trục hoành trục thời gian tồn kiện, trục tung biên độ điện áp lại Các số điểm đồ thị thể giá trị số mức độ nghiêm trọng kiện lõm áp tương ứng với thời gian tồn giá trị biên độ điện áp cịn lại Qua cho thấy, giá trị số mức độ nghiêm trọng lớn thời gian tồn lâu điện áp lại nhỏ Đặc tuyến SEMI sử dụng giá trị tham chiếu để tính tốn số mức độ nghiêm trọng 73 lõm áp [3] Các số Hình thể trị số mức độ nghiêm trọng lõm áp so với đặc tuyến SEMI Điều cho thấy kiện có thời gian tồn lâu điện áp cịn lại thấp mức độ nghiêm trọng lớn Các trường hợp cụ thể sau: U (p.u) 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 1.0 2.0 0.4 0.8 1.3 2.0 4.0 0.6 1.2 1.9 3.0 6.0 0.8 1.6 2.6 4.0 8.0 1.0 2.0 3.3 5.0 10 0.02 0.2 0.5 10 T (s) Hình Mức độ nghiêm trọng lõm áp tham chiếu theo đặc tuyến SEMI [6] - Sự kiện nằm đường đặc tuyến có Se=1; - Sự kiện nằm cao đường đặc tuyến có Se1; - Sự kiện có điện áp cịn lại cao ngưỡng lõm áp (90%) Se=0 Có thể sử dụng đặc tuyến SEMI giá trị tham chiếu để tính tốn số mức độ nghiêm trọng lõm áp từ giá trị điện áp lại U thời gian tồn T Bảng Bảng Mức độ nghiêm trọng lõm áp theo SEMI [3] Điện áp tham chiếu (Ucurve) 0.0 (p.u) 0.5 (p.u) 0.7 (p.u) 0.8 (p.u) 0.9 (p.u) Thời gian tồn (T) T ≤ 20 ms 20 ms < T ≤ 200 ms 200 ms < T ≤ 500 ms 500 ms < T ≤ 10 s 10 s < T Mức độ nghiêm trọng lõm áp (Se) Se = – U Se = 2(1 – U) Se = 3.3(1-U) Se = 5(1-U) Se = 10(1-U) 2.2 Các số miền (đa kiện) 2.2.1 Chỉ số SARFI-X Chỉ số SARFI thể mức độ thường xuyên kiện lõm áp có điện áp lại thấp so với ngưỡng định trước thời gian tồn lớn 0.5 chu kỳ Theo [2, 3] SARFI-X thể cho việc đếm số kiện lõm áp (mất áp) tăng áp thấp cao ngưỡng: SARFI-90 đếm số kiện lõm áp áp có điện áp cịn lại thấp 90% điện áp tham chiếu, SARFI-70 đếm số kiện lõm áp áp có điện áp lại thấp 70% điện áp tham chiếu, SARFI-110 đếm số kiện tăng áp có điện áp lại cao 110% điện áp tham chiếu SARFI-X xác định theo (4) số kiện 30 ngày có điện áp cịn lại thấp ngưỡng phần trăm X: SARFI X  NE 30 ngày D (4) Trong đó: NE số kiện miền D số ngày đo lường kiện miền 2.2.2 Chỉ số SARFI-Curve Chỉ số SARFI-Curve thể cường độ lõm áp thấp cao so với đặc tuyến tương thích thiết bị dùng điện Có hai đặc tuyến sử dụng 74 Đinh Thành Việt, Nguyễn Hữu Hiếu, Ngô Minh Khoa tiêu chuẩn CLĐN ITIC (CBEMA) SEMI ITIC phiên đặc tuyến CBEMA Trước đây, đặc tuyến CBEMA sử dụng để mô tả giới hạn điện áp vận hành thiết bị điện tử Phiên ITIC phát triển Hội đồng Công nghiệp Công nghệ Thông tin (ITIC) phản ánh tốt hiệu thực tế thiết bị điện tử [1] Nếu kiện lõm áp có điện áp lại thời gian tồn rơi vào phạm vi vùng Bảng đếm vào hệ số SARFI-Curve tương ứng Bảng Tính tốn SARFI-ITIC SARFI-SEMI Đặc tuyến ITIC UCurve 0.0 (p.u) < 0.7 (p.u) < 0.8 (p.u) < 0.9 (p.u) 0.0 (p.u) < 0.5 (p.u) < 0.7 (p.u) < 0.8 (p.u) < 0.9 (p.u) SEMI T ms < T ≤ 20 ms 20 ms < T ≤ 500 ms 500 ms < T ≤ 10 s 10 s < T T ≤ 20 ms 20 ms < T ≤ 200 ms 200 ms < T ≤ 500 s 500 s < T ≤ 10 s 10 s < T 2.2.3 Bảng lõm áp Một phương pháp thông thường khác sử dụng để thể hiệu miền kiện lõm áp xảy giai đoạn định (thường hàng tháng, hàng năm) dạng bảng Có dạng bảng khác khuyến nghị sử dụng [3], là: bảng Unipede, bảng IEC 61000-4-11, bảng IEC 61000-2-8 Kết nghiên cứu thực nghiệm đánh giá số lõm áp Tòa tháp Đặng Minh, Tp Hồ Chí Minh PQube thiết bị giám sát CLĐN hãng Power Standards Lab, số sở liệu cho phép truy cập tồn cầu thơng qua mạng lưới PQube Do đó, báo nghiên cứu sử dụng nguồn liệu thực tế từ kiện xảy ghi lại thiết bị giám sát CLĐN PQube đặt Tịa tháp Đặng Minh, Quận Bình Thạnh, Tp Hồ Chí Minh để xử lý phân tích kiện áp hay tăng áp, số lại dạng kiện khác Trong tháng 8/2015 có tổng cộng 122 kiện, có 103 kiện lõm áp (chiếm 84.4%) [5] Như vậy, tính từ tháng 7/2015 đến 8/2015 có tổng số 494+103=597 kiện lõm áp, kiện có thơng số đặc trưng thể mặt phẳng thời gian – biên độ Hình Nhìn vào đồ thị ta thấy phần lớn kiện lõm điện áp nằm phạm vi từ 0.8 đến 0.9 (p.u) Cơ sở liệu cho biết số thông tin kiện là: Ngày, giờ, dạng kiện, điện áp lại U%, thời gian tồn T (s) Ngồi cịn có số kiện có kèm theo liệu tín hiệu điện áp lấy mẫu dạng file có đi.csv, nhiên số trường hợp hạn chế Do báo này, tác giả sử dụng tham số điện áp lại (U%) thời gian tồn (T) kiện lõm áp để xác định số đơn kiện số miền 3.1 Các kết số đơn kiện Từ sở liệu kiện ghi lại Tòa tháp Đặng Minh tháng 8/2015, số đơn kiện xác định theo tiêu chuẩn IEEE Std 1156-2014 để thể số lượng lõm áp mức độ nghiêm trọng kiện Do đó, kết số đơn kiện bao gồm: số lượng lõm áp EVS xác định theo (2) số mức độ nghiêm trọng lõm áp Se-SEMI xác định theo (3) Kết kiện lõm áp có mức độ nghiêm trọng (chỉ số Se_SEMI < 1), không nghiêm trọng (chỉ số Se-SEMI ≥ 1) xác định theo đặc tuyến tham chiếu SEMI theo mục 2.1.3 kiện khác thể biểu đồ Hình Qua cho thấy tháng 7/2015 có đến 64% số kiện lõm áp nghiêm trọng, cịn tháng 8/2015 có đến 49% kiện lõm áp nghiêm trọng 0.9 U (p.u) 0.8 (a) 0.7 0.6 0.9 0.4 U (p.u) 0.5 0.88 1000 0.86 2000 T (s) 3000 4000 0.84 200 400 T (s) 600 800 1000 Hình Đồ thị phân tán kiện lõm áp tháng 7/2015 8/2015 Tòa tháp Đặng Minh, Việt Nam Theo liệu thu thập CLĐN vị trí Tịa tháp Đặng Minh, tháng 7/2015 có tổng cộng 545 kiện, có 494 kiện lõm áp (chiếm 90,64%), khơng có (b) Hình Kết tính tốn kiện lõm áp nghiêm trọng tháng 8/2015 Tòa tháp Đặng Minh: (a) Biểu đồ tháng 7/2015; (b) Biểu đồ tháng 8/2015 3.2 Các kết số miền Các kết số miền kiện lõm áp từ liệu ghi lại PQube đặt Toà tháp Đặng Minh tháng 7/2015 8/2015 tổng hợp Bảng Theo kết ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(96).2015, QUYỂN 75 bảng này, ta thấy tháng 7/2015 có tổng số 545 kiện ghi lại PQube đặt tháp Đặng Minh, số SARFI-90 481, có nghĩa có 481 kiện lõm áp có biên độ cịn lại nhỏ 90% thời gian tồn lớn 0,5 chu kỳ Tương tự cho số SARFI-70, SARFI-50 SARFI-10 2, Tổng hợp kiện thể dạng đồ thị theo dạng đặc tuyến tham chiếu ITIC SEMI Hình tháng 7/2015 Ngồi ra, phương pháp khác sử dụng để đánh giá tác động lõm áp bảng IEC Bảng thể kết nghiên cứu kiện lõm áp tháng 7/2015 8/2015 tòa tháp Đặng Minh Qua cho thấy phần lớn kiện lõm áp có biên độ điện áp cịn lại phạm vi từ 80% đến 90% Rất trường hợp lõm áp có biên độ điện áp cịn lại thấp, có kiện rơi vào phạm vi có biên độ điện áp 30% < U ≤ 40% thời gian tồn khoảng 0.1s ≤ T < 0.25s Bảng Kết số miền Bảng Kết bảng IEC tháng 7-8/2015 ≤ T< 20 667 60 49.18% 49.18% 80% < U ≤ 90% 44 60 16 16 87 70% < U ≤ 80% 0 0 0 60% < U ≤ 70% 0 0 0 50% < U ≤ 60% 0 0 0 40% < U ≤ 50% 0 0 0 30% < U ≤ 40% 0 0 20% < U ≤ 30% 0 0 0 10% < U ≤ 20% 0 0 0 U ≤ 10% 0 0 0 481 2 349 349 88.26% 0.37% 0.37% 0.18% 64.04% 64.04% 102 0 83.61% Tổng 60 ≤ T< 122 0.5 ≤ T< 583 2 409 409 87.41% 0.37% 0.37% 0.18% 61.32% 61.32% a) Chi so SARFI-IT IC U (p.u) 0.8 0.6 Tổng số kiện: 545 Số vi phạm ITIC: 349 0.4 0.2 0.01 0.1 10 100 T (s) b) Chi so SARFI-SEMI 1000 U (p.u) 0.8 0.6 Tổng số kiện: 545 Số vi phạm SEMI: 349 0.4 0.2 0.01 0.1 10 T (s) 100 Thời gian tồn kiện T (s) 0.25 ≤ T< 0.5 545 Điện áp lại U (%) 0.1 ≤ T< 0.25 Tổng số SARFI- SARFI- SARFI- SARFI- SARFI- SARFIsự kiện 90 70 50 10 ITIC SEMI T< 0.1 Tháng 1000 Hình Chỉ số SARFI theo dạng đặc tuyến tháng 7/2015: (a) Đặc tuyến ITIC; (b) Đặc tuyến SEMI Theo kết Bảng 3, số SARFI-ITIC tháng 7/2015 349, có nghĩa có đến 349 kiện lõm áp nằm đặc tính ITIC Hình 5(a) SARFI-ITIC tháng 8/2015 60, có nghĩa có 60 kiện lõm áp nằm đặc tính ITIC Tương tự, số SARFI-SEMI tháng 7/2015 349, có nghĩa có đến 349 kiện lõm áp nằm đặc tính SEMI Hình 5(b) số SARFI-SEMI tháng 8/2015 60, có nghĩa có 60 kiện lõm áp nằm đặc tính SEMI Kết luận Lõm áp kiện quan trọng số nhiễu loạn điện áp xảy LĐPP Thiệt hại gây kiện lõm áp so sánh với kiện áp, xác suất xảy lõm áp nhiều hơn, tổng thiệt hại gây khơng nhỏ Chính vậy, báo áp dụng tiêu chuẩn IEEE Std.1564-2014 ban hành năm 2014 để xác định số có liên quan đến kiện lõm áp Trên sở đó, đánh giá chất lượng điện áp tải nhạy cảm LĐPP điều kiện xảy nhiễu loạn điện áp, đặc biệt lõm áp Tập liệu thực kiện điện áp lấy từ thực nghiệm với thiết bị giám sát chất lượng điện PQube Tòa tháp Đặng Minh, Tp Hồ Chí Minh tháng 7/2015 8/2015 để làm sở liệu áp dụng tính tốn, phân tích đánh giá số lõm áp vị trí Các kết phân tích thực nghiệm cho thấy số kiện lõm áp chiếm đa số tổng số kiện ghi lại Tòa tháp Đặng Minh, đồng thời số kiện lõm áp nghiêm trọng chiếm đa số số kiện ghi TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Math H Bollen (2000), Understanding Power Quality Problems: Voltage Sags and Interruptions, Wiley-IEEE Press [2] Math H Bollen, Irene Gu (2006), Signal Processing of Power Quality Disturbances, 1st Edition, Wiley-IEEE Press [3] IEEE Std 1564-2014 (2014), “IEEE Guide for Voltage Sag Indices” [4] IEC 61000-4-30 Standard (2013), “Power Quality Measurement Methods” [5] http://map.pqube.com/view2.html#/QuantelVietnam/Events.htm (BBT nhận bài: 07/10/2015, phản biện xong: 06/11/2015) ... gian tồn giá trị điện áp lại lõm áp 2.1.2 Chỉ số lượng lõm áp (EVS) Chỉ số lượng lõm áp thể lượng bị xảy lõm áp xác định theo điện áp RMS thời gian tồn [3] Do đó, EVS số đặc trưng cho lõm áp xác... đếm số kiện lõm áp (mất áp) tăng áp thấp cao ngưỡng: SARFI-90 đếm số kiện lõm áp áp có điện áp cịn lại thấp 90% điện áp tham chiếu, SARFI-70 đếm số kiện lõm áp áp có điện áp lại thấp 70% điện áp. .. kiện lõm áp Trên sở đó, đánh giá chất lượng điện áp tải nhạy cảm LĐPP điều kiện xảy nhiễu loạn điện áp, đặc biệt lõm áp Tập liệu thực kiện điện áp lấy từ thực nghiệm với thiết bị giám sát chất lượng