TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN 1859 4557) Số 25 61 MỘT GIẢI PHÁP MỚI ĐỂ HẠN CHẾ NHẤP NHÁY ĐIỆN ÁP TRONG MẠNG HẠ ÁP VÀ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG VỚI PHƯƠNG[.]
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) MỘT GIẢI PHÁP MỚI ĐỂ HẠN CHẾ NHẤP NHÁY ĐIỆN ÁP TRONG MẠNG HẠ ÁP VÀ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG VỚI PHƯƠNG PHÁP BÙ NHANH CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG DỰA TRÊN ĐƯỜNG CONG Q-V THE NOVEL SOLUTION FOR LIMITATION OF FLICKER IN LOW VOLTAGE NETWORK AND POWER QUALITY IMPROVEMENT WITH A FAST METHOD OF REACTIVE POWER COMPENSATION BASED ON Q-V CURVES Hoàng Đăng Khoa1*, Nguyễn Tiến Dũng2, Bùi Anh Tuấn3, Phạm Trung Dũng4 Cục Điện lực Năng lượng tái tạo, 2Trường Đại Học Điện lực, Trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp, 4Học viện Kỹ thuật quân Ngày nhận bài: 24/12/2020, Ngày chấp nhận đăng: 16/03/2020, Phản biện: TS Đặng Việt Hùng Tóm tắt: Bài báo trình bày vấn đề liên quan đến chất lượng điện năng, nguyên nhân làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng điện tác động yếu tố đến sức khỏe, suất lao động; phân tích giải pháp nâng cao chất lượng điện năng, tập trung làm bật giải pháp bù công suất phản kháng kết hợp lọc sóng hài đề xuất; phương pháp xác định dung lượng bù tối ưu công suất phản kháng dựa đường cong Q-V Bài báo giới thiệu thiết bị cải thiện tượng nhấp nháy điện áp mạng hạ áp Từ khóa chính: Chất lượng điện năng, bù công suất phản kháng, dao động điện áp, nhấp nháy điện áp, nhấp nháy ánh sáng Abstract: This paper presents improving power quality, the causes that adversely affect the power quality, labour performance, and human health The paper also analyzes solutions to improve power quality and focuses on highlighting reactive power compensation solution with proposed harmonic filtering Furthermore, the current research points out a method of reactive power compensation based on Q-V curves to decide a reactive power compensation capacity Moreover, the method makes eliminating flicker in low voltage network Keywords: Power quality, reactive power compensation, voltage fluctuations, flickering voltage, flashing light ĐẶT VẤN ĐỀ Cùng với phát triển nhanh khoa học công nghệ, thiết bị điện, điện tử Số 25 có cơng suất độ cao ngày trở nên phổ biến, nguồn lượng tái tạo ngày khai thác triệt để 61 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) toán chất lượng điện ngày trở nên quan trọng với quốc gia giới Việc giải tốt toán giúp nâng cao hiệu tiết kiệm lượng; tăng cường độ tin cậy an toàn hệ thống cấp điện, đảm bảo an ninh lượng Mặt khác, việc nâng cao chất lượng điện giúp tăng tuổi thọ, tăng khả làm việc thiết bị sản xuất trình truyền tải, phân phối, sử dụng điện làm giảm ảnh hưởng đến sức khỏe người lao động khả an toàn lao động [1], [2] Nâng cao chất lượng điện mối quan tâm hàng đầu bên liên quan nhà sản xuất thiết bị, đơn vị cung ứng điện khách hàng sử dụng điện Hiện tượng nhấp nháy điện áp (Flicker) tượng liên quan đến chất lượng điện nói chung chất lượng điện áp nói riêng Trong tiêu chuẩn đánh giá chất lượng điện năng, tượng nhấp nháy điện áp tiêu chí quan trọng Theo phân tích đơn vị cung cấp điện than phiền khách hàng tiêu thụ điện nhấp nháy điện áp nguyên nhân số than phiền, chiếm khoảng 44% khu vực nông thôn Phần Lan [3] Tuy nhiên, Việt Nam, nhấp nháy điện áp dường vấn đề mẻ chưa có nghiên cứu đầy đủ liên quan vấn đề dao động điện áp hay nhấp nháy điện áp nhằm đưa giải pháp khắc phục hiệu Trong báo cáo [4] [5], nhóm tác 62 giả đưa vấn đề liên quan đến tượng Flicker với số kết đo đạc, khảo sát tượng nhấp nháy điện áp số phụ tải lựa chọn Việt Nam Thông qua kết cho thấy số địa điểm tập trung nhiều phụ tải có tính phi tuyến mức sóng hài, nhấp nháy điện áp ngắn hạn nhấp nháy điện áp dài hạn vượt vài chục lần so với mức cho phép Bên cạnh đó, nhóm tác giả nghiên cứu, tìm hiểu phân tích ngun nhân gây tượng Flicker để từ đề xuất số giải pháp khắc phục tượng Trong khuôn khổ báo này, nhóm tác giả trình bày giải pháp khắc phục tượng Flicker việc bù nhanh trơn công suất phản kháng với nguyên lý, thuật toán điều khiển thiết bị đề xuất Mức độ hiệu thiết bị kiểm nghiệm thông qua việc xử lý tượng Flicker máy hàn hồ quang pha HẠN CHẾ HIỆN TƯỢNG NHẤP NHÁY ĐIỆN ÁP BẰNG GIẢI PHÁP BÙ NHANH CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 2.1 Đề xuất giải pháp Việc trì điện áp vận hành ổn định mong muốn nhà vận hành hệ thống điện từ lâu Tuy nhiên, việc hạn chế dao động điện áp trình vận hành hệ thống điện lớn thường địi hỏi chi phí lớn Nhiều nghiên cứu từ lâu đưa biện pháp để hạn chế tượng Tuy nhiên, giải pháp chủ yếu nhà cung cấp điện đưa Số 25 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) dừng lại cấp điện áp cao áp với chi phí sản xuất lớn, giá thành thiết bị cao hiệu mang lại chưa tương xứng quan trọng giải pháp chưa khắc phục gốc rễ vấn đề dao động điện áp phía hạ áp nhằm thỏa mãn u cầu Thơng tư 39/2015-BCT [7] Vì vậy, việc nghiên cứu, tìm hiểu để đưa giải pháp khắc phục vấn đề nhấp nháy điện áp phía hạ áp vấn đề bỏ ngỏ bối cảnh Nguyên nhân gây nhấp nháy điện áp thiết bị đấu nối vào hệ thống điện có dịng điện thay đổi theo chu kỳ đột ngột làm xuất dao động điện áp Dao động điện áp xuất công suất tiêu thụ lớn phụ tải thay đổi thường xuyên, đặc biệt thay đổi công suất phản kháng q trình đóng, cắt phụ tải đặc tính cơng nghệ bên thiết bị điện Hiện nay, để khảo sát, đo đạc chất lượng điện năng, thị trường có nhiều hãng sản xuất thiết bị đo Kyoritsu hay Hioki Các thiết bị dễ sử dụng với độ xác cao Hình giới thiệu thiết bị đo hãng Kyoritsu sản xuất Thiết bị cho phép kết nối trực tiếp với máy tính thơng qua cổng USB để lưu liệu hiển thị hình ảnh lưu liệu vào thẻ nhớ Đối với máy hàn hồ quang, công suất tác dụng máy hàn nhỏ, từ 1-3 kW, nhỏ nhiều so với công suất phản kháng Việc công suất phản kháng dao động mạnh nguyên nhân gây tượng nhấp nháy điện áp (hình 2) [4] Hình Giao diện đầu kết nối thiết bị đo flicker hãng Kyoritsu Số 25 Ngồi việc dao động cơng suất phản kháng mạnh hồ quang, máy hàn cịn gây sóng hài, chủ yếu sóng hài bậc bậc (hình 3) [4] Có thể thấy sóng hài bậc chiếm 8% 16% so với sóng Các sóng hài khác có biên độ nhỏ Các sóng hài 63 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) tương tác với thiết bị khác gây tượng méo dạng điện áp, khiến cho tượng nhấp nháy điện áp thêm trầm trọng Như để xử lý cách hợp tượng nhấp nháy điện áp, cần xem xét xử lý việc điều chỉnh nhanh bù công suất phản kháng kết hợp lọc sóng hài bậc bậc Q 20 15 10 Q 12:43:12 12:43:29 12:43:47 12:44:04 12:44:21 12:44:38 12:44:56 12:45:13 -5 Hình Dao động công suất phản kháng máy hàn hồ quang pha Hình Phổ sóng hài máy hàn hồ quang pha Với phát triển nhanh chóng mặt công nghệ, thiết bị bù công suất phản kháng kết hợp với lọc sóng hài ngày hồn tồn có khả điều chỉnh gần tức thời công suất phản kháng với 64 giá thành rẻ Chính vậy, biết quy luật thay đổi công suất phản kháng phụ tải gây tượng Flicker ta dễ dàng xử lý vấn đề Số 25 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) Theo số tài liệu nghiên cứu hướng dẫn áp dụng tiêu chất lượng điện năng, mắt người có đặc điểm giống lọc dải thơng có tần số khoảng 0,5-35 Hz mức độ cảm nhận thông lượng ánh sáng lớn tần số dao động từ tới Hz [3] Đối với nguồn sáng cung cấp từ đèn sợi đốt, dải tần số trên, mắt người phát nhấp nháy ánh sáng điện áp dao động khoảng 0,3% giá trị điện áp trung bình Vì vậy, để hạn chế tượng nhấp nháy điện áp, thiết bị hạn chế dao động điện áp phải có thời gian tác động cực nhanh, khoảng thời gian < chu kỳ điện (khoảng 60 ms hệ thống điện có tần số 50 Hz) Thiết bị dùng phổ biến để hạn chế tượng dao động điện áp thiết bị bù thiết bị bù công suất phản kháng tĩnh tốc độ cao (Static Var Compensator – SVC) có cấu hình FC-TCR thường không đáp ứng yêu cầu đề tụ điện thiết kế cố định Tuy nhiên lượng sóng hài phát vào hệ thống lớn q trình điều chỉnh trơn cơng suất cuộn kháng Ngồi ra, thiết bị cần có lọc sóng hài nhằm đảm bảo tiêu chí chất lượng điện hiệu việc hạn chế nhấp nháy điện áp Trên phân tích ưu nhược điểm nhóm thiết bị đây, nhóm tác giả tiến hành nghiên cứu thiết kế xây dựng thiết bị bù SVC cải tiến, tích hợp với khả lọc sóng hài bậc Số 25 lọc thụ động để hạn chế dao động điện áp với thời gian phản ứng