Nghiên ứu một số giải pháp nâng ao hất lượng điện năng trong lưới phân phối điện

105 Trang 7 CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆUChữ viết tắt Tên đầy đủANSI American National Standards Institute Viện tiêu chuẩn quốc gia MỹASAI Average Service Availability Index Chỉ số ể hiện mứ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA H À N ỘI

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ luận văn này do chính bản thân tôi nghiên cứu, tính toán và phân tích

Số liệu đưa ra trong luận văn dựa trên kết quả tính toán trung thực của tôi, không sao chép của ai hay số liệu đ được công bố ã

Nếu sai với lời cam kết trên, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Tác gi ả

Nguyễn Quốc Lực

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU 6

DANH MỤC CÁC BẢNG 9

DANH MỤC CÁC HÌNH V 10Ẽ CHƯƠNG MỞ ĐẦU 12

1 Tính cấp thiết của đề tài 12

2 Tên đề tài: “Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao chất lượng điện năng trong lưới phân phối điện”. 12

3 Tóm tắt nội dung luận văn 12

4 Ý nghĩa khoa học của đề tài: 13

5 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 14

CHƯƠNG 1 16

NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG 16

1.1 Sự cần thiết của việc nghiên cứu về chất lượng điện năng 16

1.2 Định nghĩa về chất lượng điện năng 17

1.2.1 Định nghĩa về chất lượng điện năng 17

1.2.2 Chất lượng điện áp là một chỉ tiêu quan trọng 18

1.3 Các hiện tượng về chất lượng điện năng 18

1.3.1 Quá độ (transient) 18

1.3.1.1 Quá độ xung (Impulsive transient) 19

1.3.1.2 Quá độ dao động (Oscillatory transient) 19

1.3.2 Sự biến thiên điện áp duy trì 20

1.3.2.1 Quá điện áp (Overvoltage) 20

1.3.2.2 Thấp điện áp (Undervoltage) 21

1.3.2.3 Mất điện áp (interruption) 21

1.3.3 Sự biến thiên điện áp trong khoảng thời gian ngắn 22

1.3.3.1 Tăng điện áp (Swell) 22

1.3.3.2 Sụt giảm điện áp (Voltage Sag) 22

1.3.4 Mất cân bằng điện áp (Voltage Imbalance) 24

1.3.5 Độ méo sóng (Waveform Distortion) 24

1.3.5.1 Thành phần một chiều thêm vào (DC Offset) 25

1.3.5.2 Sóng hài (Harmonics) 25

1.3.5.3 Liên sóng hài (Interharmonics) 26

1.3.5.4 Đột điện áp (Notching) 27

1.3.5.5 Nhiễu (Noise) 27

1.3.6 Dao động điện áp (Voltage Fluctuation) 27

1.3.7 Sự biến thiên tần số công nghiệp (Power Frequency Variations) 28

1.4 Kết luận 31

CHƯƠNG 2 32

HIỆN TƯỢNG SỤT GIẢM ĐIỆN ÁP NGẮN HẠN VÀ CÁC CHỈ SỐ ĐÁNH GIÁ 32

2.1 Định nghĩa về hiện tượng sụt giảm điện áp ngắn hạn 32

2.2 Nguyên nhân gây ra hiện tượng sụt giảm điện áp 32

2.3 Các đặc trưng của hiện tượng sụt giảm điện áp ngắn hạn 32

2.3.1 Biên độ voltage sag 33

2.3.1.1 Voltage rms (voltage root-mean-square) 33

2.3.1.2 Thành phần điện áp cơ bản 35

2.3.1.3 Điện áp cực đại (Điện áp đỉnh) 36

2.3.2 Khoảng thời gian sụt giảm điện áp 37

2.4 Các biện pháp hạn chế hiện tượng sụt giảm điện áp 39

2.4.1 Hạn chế sự cố xảy ra trên hệ thống 40

2.4.2 Giảm thời gian loại trừ sự cố 40

2.4.2.1 Sử dụng cầu chì hạn chế dòng điện 40

2.4.2.2 Sử dụng các thiết bị tự động đóng lại 41

2.4.3 Cải thiện khả năng chịu đựng sụt áp của các thiết bị 41

2.4.4 Sử dụng các thiết bị giúp ngăn chặn sụt giảm điện áp 41

2.4.4.1 Các máy biến áp cộng hưởng sắt từ (CVTs) 41

2.4.4.2 Các bộ tổng hợp từ tính (Magnetic synthesizers) 42

2.4.4.3 Thiết bị bù nối tiếp công suất tác dụng 42

2.4.4.4 Nguồn cung cấp không bị gián đoạn (UPS) 42

2.4.4.5 Hợp bộ máy phát – động cơ (Motor - Generator sets) 42

2.4.4.6 Thiết bị lưu trữ năng lượng từ tính siêu dẫn (SMES) 43

2.4.4.7 Khóa chuyển đổi tĩnh (Static Transfer Switch) 43

2.4.4.8 Thiết bị khôi phục điện áp động (Dynamic voltage restorer) 43

2.4.5 Thay đối kết cấu lưới 44

2.5 Một số chỉ số áp dụng để đánh giá chất lượng điện năng[9] 45

2.5.1 Chỉ số độ tin cậy cung cấp điện 45

2.5.1.1 Chỉ số ASAI 45

2.5.1.2 Chỉ số SAIFI 45

2.5.1.3 Chỉ số SAIDI 46

2.5.1.4 Chỉ số CAIDI 46

2.5.1.5 Chỉ số CAIFI 47

2.5.1.6 Chỉ số CIII 47

2.5.2 Chỉ số đánh giá voltage sag trên lưới phân phối [5] 48

2.5.2.1 Chỉ số SARFI x 48

2.5.2.2 Chỉ số SARFI x_curve 48

2.6 Kết Luận 51

CHƯƠNG 3 53

XÂY DỰNG BÀI TOÁN ĐÁNH GIÁ SỤT GIẢM ĐIỆN ÁP NGẮN HẠN TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI CÓ XÉT ĐẾN THỜI GIAN TÁC ĐỘNG CỦA CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ 53

3.1 Đặt vấn đề 53

3.2 Mô phỏng phân bố sự cố trong phương pháp dự báo ngẫu nhiên 54

3.2.1 Điểm sự cố (Fault Position) 54

3.2.2 Các dạng sự cố ngắn mạch 55

3.2.3 Suất sự cố (Fault Rate) 55

3.2.4 Sơ đồ khối tính toán sụt giảm điện áp ngắn hạn 55

3.3 Kết luận 60

CHƯƠNG 4 61

TÍNH TOÁN, PHÂN TÍCH CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN DỰ BÁO SỤT GIẢM ĐIỆN ÁP NGẮN HẠN NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI 61

4.1 Mô ph ng phân b s c ỏ ố ự ố trên lưới điện phân ph i trố ạm 110kV Thượng Đình (E1.5) 61

4.2 Mô phỏng lưới điện c n nghiên c u 75ầ ứ

4.3 Tính ng n mắ ạch, t ng h p giá tr n áp và t n su t s t giổ ợ ị điệ ầ ấ ụ ảm điện áp 80

4.4 Đánh giá voltage sag theo ch êu SARFIỉ ti x 80

4.4.1 Đánh giá voltage sag tại 1 vị trí - Trạm 370 Hạ Đình (01Node1_483) 80

4.4.2 Đánh giá Voltage sag cho cả hệ thống 95

4.5 Đánh giá voltage sag theo chỉ tiêu SARFIx_cuve 105

4.6 Đánh giá voltage sag theo chỉ tiêu SARFIx và SARFIx_cuver khi xét lưới trung tính cách điện 107

4.7 Đánh giá voltage sag theo chỉ tiêu SARFIx và SARFIx_cuver khi thay đổ ếi k t cấu lưới 109

4.8 Đánh giá voltage sag theo chỉ tiêu SARFIx và SARFIx_cuver khi gi m th i gian ả ờ lo i tr s cạ ừ ự ố 112

4.9 K t lu n 114ế ậ KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ĐƯỢC ĐƯA RA 116

1 Kết luận chung 116

2 Các đề xuất 117

TÀI LIỆU THAM KHẢO 118

CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

ANSI American National Standards Institute

Viện ti êu chu ẩn quốc gia Mỹ

ASAI Average Service Availability Index

Chỉ số ể hiện mức sẵn s th àng hoạt động của hệ thống

CAIDI Customer Average Interruption Duration Index

Ch ỉ số khoảng thời gian mất điện trung b ình c ủa các khách hàng

CBEMA Computer Bussiness Equipment Manufactures Associations

Hiệp hội sản xuất và kinh doanh thiết bị máy tính

CAIFI Customer Average Interruption Frequency Index

Chỉ số tần suất mất điện trung bình của khách hàng

CIII

Customer Interrupted per Interruption Index

Chỉ số thể hiện số lượng khách h àng trung bình b ị mất điện tr ên

mỗi lần mất điện

IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineer

Viện k thu t ỹ ậ điện và điệ ử n t

ITIC Information Technology Infrastructure Committee

Ủy ban cơ sở h t ng công ngh thông tin ạ ầ ệ

PSS/Adept Power System Simulator/Advanced Distribution Engineering

Productivity

Giá tr hi ị ệu dụng

Tổng độ méo sóng hài

SAIDI System Average Interruption Duration Index

Ch ỉ số khoảng thời gian mất điện trung b ình c ủa hệ thống

SAIFI System Average Interruption Frequency Index

Chỉ số tần suất mất điện trung b ình c ủa hệ thống

SARFIx

System Average RMS Frequency Index voltage

Chỉ số về tần suất biến thiên điện áp trung bình c ủa hệ thống với

ngưỡng điện áp x

SARFIx-curve

System Average RMS Frequency Index voltage curve

Chỉ số về tần suất biến thiên điện áp trung b ình c ủa hệ thống với ngưỡng điện áp x xét đến tác động của thiết bị bảo vệ

SEMI Semiconductor Equipment and Materials International Group

Tổ chức quốc tế về vật liệu và thi ết bị bán dẫn

SMES Superconducting Magnetic Energy Storage

Thiết bị lưu trữ năng lượng từ tính si êu d ẫn

Nguồn cung cấp không bị gián đoạn

R ất dốc

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 4.1: Số thứ tự, tên nút (Trong PSS/Adept) tên trạm biến áp của 72 vị trí được đánh

giá voltage sag

(01№de1_483)

Hình 1.6: Tăng áp ở pha không bị sự cố gây ra bởi sự cố chạm đất một pha

Hình 1.7: Sụt giảm điện áp do sự cố ngắn mạch một pha

Hình 1.9: Mất cân bằng điện áp trong một tuần tại một nhánh cung cấp điện cho hộ gia

Hình 1.10: Sự thay đổi điện áp khi có thêm thành phần DC offset

Hình 1.11: Sóng hình sin bị biến dạng bởi các sóng hài

Hình 1.14: Dao động điện áp do hồ quang điện

Hình 1.15: Các khái niệm được xét theo biên độ theo tiêu chuẩn IEEE-1159

Hình 2.1: Sụt áp do sự cố ngắn mạch một pha

Hình 2.2: Giá trị rms voltage được tính thông qua cửa sổ một chu kỳ(256 điểm lấy mẫu ) Hình 2.3: Giá trị rms voltage được tính thông qua cửa sổ 1/2 chu kỳ (128 điểm lấy mẫu )

Hình 2.5 Độ lớn của điện áp sụt giảm theo điện áp đỉnh

Hình 2.7: Thiết bị kiểm tra chất lượng điện năng PowerGuide® 4400 của Dranetz – BMI

Hình 2.9: Đường cong CBEMA

Hình 2.10: Đường cong ITIC

Hình 2.11: Đường cong SEMI

Hình 3.1: Đường đặc tính của cầu chì

Hình 3.2: Sơ đồ khối các bước của chương trình tính toán

Hình 4.1: Sơ đồ lưới điện 22kV Quận Thanh Xuân (xuất tuyến 483, 474, 471)

Hình 4.2: Sơ đồ mô phỏng lưới điện 22kV Quận Thanh Xuân (xuất tuyến 483, 474, 471)

trên PSS/Adept

Hình 4.3: Biểu đồ giá trị điện áp pha tại các nút trên các lộ 483, 474, 471

áp

Hình 4.9: Sơ đồ mô phỏng lưới điện 22kV Quận Thanh Xuân khi thay đổi kết cấu lưới

(xuất tuyến 483, 474, 471) trên PSS/Adept

CHƯƠNG MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Lưới điện nói chung và lưới điện phân phối nói riêng đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định chính trị, phát triển kinh tế của bất kỳ quốc gia nào Đất nước ta đang trong quá trình công nghiệp hoá và hiện đại hóa Ở khắp mọi nơi, các công trường, nhà máy, xí nghiệp được xây dựng ngày càng nhiều Trong quá trình đó, việc ứng dụng các thiết bị điện điện tử có hiệu suất cao, các thiết bị có bộ vi điều khiển, - các thiết bị điện tử công s ất … ngu ày càng phổ biến Các thiết bị này rất nhạy cảm với những vấn đề về chất lượng điện năng trong hệ thống điện

Chất lượng điện năng (CLĐN) trong hệ thống điện là một phạm trù rộng lớn Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng điện năng trong đó chất lượng điện áp là một chỉ số quan trọng Một trong các vấn đề về CLĐN đã được nhiều nhà nghiên cứu xem xét và đánh giá là hiện tượng sụt giảm điện áp ngắn hạn (SANH - Voltage sag) Trong những năm gần đây cũng đã có m sột ố đề tài nghiên cứu về vấn đề SANH trong lưới phân phối, tuy nhiên việc nghiên cứu đó mới chỉ dừng lại ở việc đánh giá mà chưa xét đến các yếu tố ảnh hưởng đến việc đánh giá hiện tượng SANH, trong khi tính toán vẫn tồn tại một số giả thiết làm cho các yếu tố đó trở nên đơn giản hơn, điều này đã dẫn đến sự hạn chế về mô hình tính toán cũng như là phạm vi ứng dụng Do đó để tiếp tục phát triển đề tài trên, trong luận văn này tác giả xin phép được tiến hành nghiên c , ứuđánh giá hiện tượng ụt giảm điện áp ngắn hạn trong lưới phân phối có xét đến một số syếu tố ảnh hưởng đến việc đánh giá hiện tượng biến thiên điện áp ngắn hạn trên một số

lộ đường dây lưới điện 22kV của 1 trạm biến áp 110kV đang vận hành theo phươngpháp dự báo ngẫu nhiên và dựa trên việc phát triển chỉ số SARFIx thành SARFIx-curve

2 Tên đề tài: “Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao chất lượng điện năng trong lưới phân phối điện”.

3 Tóm tắt nội dung luận văn

Luận văn trình bày phương pháp đánh giá một hiện tượng chất lượng điện năng trên lưới điện phân phối là sụt ảm điện gi áp ngắn hạn (SANH) Vi ệc đánh giá này dựa

trên việc phát triển chỉ số SARFIx thành SARFIx-curve cho phép xét đến không chỉ đặc trưng biên độ của SANH mà còn cả đặc trưng thời gian tồn tại SANH Thông qua việc phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến dự báo SANH, ận văn sẽ đề x ất một số giải lu upháp giảm ảnh hưởng của hiện tượng này trên lưới phân phối điện Nội dung chính của luận văn bao gồm các phần sau:

Chương 1 Nghiên cứu tổng quan về chất lượng điện năng

Chương 2 Trình bày khái niệm SANH, các nguyên nhân chính gây ra s áp, ụt biên độ và khoảng thời gian xảy ra SANH, phương pháp giảm nhẹ sụt áp và một số chỉ tiêu đánh giá khả năng chịu sụt áp ngắn hạn của thiết bị

Chương 3 Xây dựng bài toán đánh giá SANH trên lưới phân phối có xét đến thời gian tác động của các thiết bị bảo vệ Mô phỏng sự cố dẫn đến SANH, mô ph ng ỏlưới điện trong phần mềm PSS/Adept 5.0 cho tính toán ngắn mạch, xây dựng thuật toán

để tính

Áp dụng phương pháp dự báo ngẫu nhiên đánh giá sụt giảm điện áp ngắn hạn cho lưới điện phân phối 22kV Quận Thanh Xuân, Hà Nội Đánh giá theo hai chỉ số SARFIx, SARFIx-curve và đưa ra các nhận xét

Chương 4 Tính toán, phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến dự báo SANH nhằm đưa ra các giải pháp nâng cao chất lượng điện trên lưới phân phối

Kết luận chung và đề xuất cho hướng nghiên cứu tiếp theo

4 Ý nghĩa khoa học của đề tài:

Luận văn đã trình bày một phương pháp đánh giá hiện tượng SANH trên lưới điện phân phối có xét đến thời gian tác động của các t ết bị bảo vệ dựa trhi ên chỉ số SARFIx và phát triển chỉ số này thành SARFIx-curve Căn cứ vào SARFIx-curve, việc đánh giá hiện tượng SANH sẽ xét được khả năng chịu được chất lượng điện áp của phụ tải Kết quả đánh giá sẽ cho một cái nhìn xác thực hơn về tác động của hiện tượng SANH đến sự làm việc của các phụ tải Ch s SARFIx_curve c a h thỉ ố ủ ệ ống điện càng th p th ấ ểhiện số lượng khách hàng (thi t b ế ị điện) không b ị ảnh hưởng b i hiở ện tượng SANH càng nhi u Sề ố lượng khách hàng không b ịảnh hưởng b i hiở ện tượng s t giụ ảm điện áp

ng n h n càng nhi u th hi n chắ ạ ề ể ệ ất lượng điện năng cung c p cho khách hàng càng cao ấ

Vì v y luậ ận văn tập trung nghiên c u ba yứ ếu tố tác động đến ch sỉ ố SARFIx-curve đó là

ảnh hưởng của trung tính nối đất cu n th cộ ứ ấ thay đổp, i k t cế ấu lưới và gi m th i gian ả ờ

lo i tr s c c a thi t b b o vạ ừ ự ố ủ ế ị ả ệ tđể ừ đó đưa ra ảgi i pháp nh m nâng cao chất lượng ằđiện năng cung cấp cho khách hàng

Đây là một hướng đề t đánh giá chất lượng điện năng đang được quan tâmài , dựa vào việc mô phỏng để đánh giá chất lượng điện năng mà không thể thực hiện được bằng các phương pháp đo lường Các số liệu đầu vào phục vụ việc tính toán trong luận văn là các số liệu thực ế trên lưới điện phân phối 22 t kV của quận Thanh Xuân thành

phố Hà Nội Ngoài ra, để phục vụ cho việc tính toán SANH cũng như tần suất SANH tại các nút trên lưới phân p ối từ đh ó tính ra các chỉ số SARFIx và SARFIx-curve, tác giả

đã s dử ụng phần mềm PSS/Adept 5.0 để tính toán ngắn mạch và phần mềm Microsoft Office Excel để tổng hợp số liệu

5 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Các ch êu SARFIỉ ti x và SARFIx-curve được trình bày trong luận văn sẽ có th à ể lmột trong các cơ sở được đánh giá CLĐN trong quá trình lập hợp đồng mua bán điện

giữa cá công ty điện lực và khách hàng dùng điệnc

Các khách hàng có thể căn cứ vào kết quả đánh giá hiện tượng sụt giảm điện áp

ng n hắ ạn trên lưới phân phối theo chỉ tiêu SARFIx và kết hợp với đặc điểm điện áp làm việc của từng loại phụ tải điện để có thể xác định được tần suất sụt giảm điện áp làm cho phụ tải ngừng hoạt động cũng như là tần suất sụt giảm điện áp không làm ảnh hưởng đến hoạt động của phụ tải

Luận văn đ đánh giá được chất lượng điện năng dựa trã ên các số liệu thực lưới điện phân phối 22kV của quận Thanh Xuân thành phố Hà N ội Đề tài có thể là tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu tiếp theo về chất lượng điện năng

Để hoàn thành luận văn này, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo

TS Bạch Quốc Khánh cùng các thầy cô trong bộ môn Hệ thống điện – Viện Điện – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình trong suốt quá trình làm luận văn

Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận

lợi và có những đóng góp quý báu cho bản luận văn

Để bản luận văn trở nên hoàn chỉnh và hướng nghiên cứu trong bản luận văn được phát triển tiếp, tác giả mong nhận thêm được sự góp ý của các thầy cô giáo, bạn

bè và bạn đọc

Xin trân trọng cảm ơn !

CHƯƠNG 1

NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG

1.1 S c n thi t cự ầ ế ủa vi c nghiên c u v chệ ứ ề ất lượng điện năng

Các công ty điện lực và các khách hàng sử dụng điện ngày càng quan tâm đến

chất lượng của hệ thống điện mà họ sử dụng Từ thập kỷ 80 trở lại đây, thuật ngữ “chất

lượng điện năng” ã trđ ở thành một trong những từ xuất hiện nhiều nhất trong ngành công nghiệp năng lượng điện Các lý do chính để lý giải cho sự quan tâm của các công

ty điện lực cũng như các khách hàng đến chất lượng của hệ thống điện đó là:

a Ngày càng có nhiều thiết bị điện nhạy cảm với sự thay đổi của chất lượng điện năng hơn so với các thiết bị điện trong quá khứ Rất nhiều thiết bị điện mới có chứa bộ vi xử lý, vi điều khiển, thiết bị điện tử công suất đã được sử dụng Trong quá trình hoạt động, những thiết bị này rất nhạy cảm với các loại nhiễu loạn trong hệ thống điện, hay nói cách khác chúng là những thiết bị rất nhạy cảm với các vấn đề liên quan đến chất lượng điện năng như là độ lệch về điện áp, dòng điện cũng như ần số t

b Do yêu cầu ngày càng cao của hệ thống điện cũng như là các máy móc, thiết bị, dây chuyền sản xuất, về hiệu quả hoạt động dẫn tới đòi hỏi chúng ta phải tiến hành áp dụng các thiết bị có hiệu suất cao, sử dụng các phương pháp sản xuất tiên tiến hơn Đối với các dây chuyền sản xuất, để tăng h ệu suất sử dụng năng lượng người ta i

đã sử dụng các động cơ có điều chỉnh tốc độ thông qua các thiết bị điều khiển điện tử

công suất (chỉnh lưu, nghịch lưu), các thiết bị này rất nhạy cảm so với độ lệch của điện

áp cung cấp Đối với hệ thống phân phối điện, người ta đã sử dụng các thiết bị bù nhằm làm giảm tổn thất và tăng hệ số công suất Việc áp dụng các thiết bị mới này sẽ gây ra các sóng hài trong hệ thống điện và có rất nhiều người quan tâm đến những tác động của chúng trong tương lai đối với khả năng ạt động của hệ thống.ho

c Khách hàng sử dụng điện ngày càng nhận thức được những vấn đề về chất lượng điện năng Họ ngày càng hiểu biết nhiều hơn về những hiện tượng như là

mất điện, sụt giảm điện áp, các dao động do việc đóng cắt điện Và điều đó đã kích thích họ cải thiện chất lượng của việc phân phối điện

d Có rất nhiều yếu tố liên hệ với nhau trong một hệ thống Quá trình tích hợp đó có nghĩa rằng bất cứ một sự cố xảy ra ở một phần tử nào trong hệ thống cũng đều gây ra hậu quả lớn đối với hệ thống

Động lực thúc đẩy chính của sự cần thiết phải quan tâm đến chất lượng điện năng sau những lý do trên là sự gia tăng khả năng sản xuất cho khách hàng sử dụng điện Các ngành công nghiệp sản xuất theo dây chuyền muốn tốc độ sản xuất nhanh hơn, sản xuất ra nh ều sản phẩm hơn, hiệu suất sử dụng của các máy móc cao hơn, tuổi ithọ thiết bị sản xuất kéo dài ra hơn Các công ty điện lực cũng đang khuyến khích những mong muốn đó bởi nó giúp cho khách hàng tiêu thụ điện trở nên có nhiều lợi nhuận hơn đồng thời giúp cho ngành điện trì hoãn được lượng vốn đầu tư rất lớn đối với trạm biến áp, các nhà máy điện bằng cách sử dụng các thiết bị điện có hiệu suất cao Vấn đề đáng quan tâm là các thiết bị được sử dụng để tăng khả năng sản xuất thường phải chịu phần lớn những hư hại và đôi khi chúng là nguyên nhân gây ra những vấn đề về chất lượng điện năng

1.2 Định nghĩa về chất lượng điện năng

1.2.1 Đị nh ngh ĩa về ch ất lượng điện năng

Các đối tượng khác nhau xem xét chất lượng điện năng trên các hệ quy chiếu khác nhau, điều này làm cho cách hiểu về chất lượng điện năng có khác nhau về hình

thức:

Ngành điện mong muốn cung cấp điện năng liên tục, ổn định cho khách hàng, chất lượng điện năng có thể được định nghĩa là độ tin cậy cung cấp điện và chỉ ra qua các thống kê độ tin cậy của hệ thống là 0,9998 [4]

Các nhà sản xuất thiết bị điện có thể định nghĩa chất lượng điện năng là các đặc

tính của nguồn điện cung cấp cho phép thiết bị điện làm việc một cách tối ưu (tuổi thọ

thiết bị và đặc tính làm việc của th ết bị điện được đảm bảo) i Các định nghĩa này có thể

là rất khác nhau đối với mỗi loại thiết bị cũng như đối với các nhà sản xuất khác nhau Định nghĩa về chất lượng điện năng phải xem xét theo quan điểm của người sử dụng điện năng, chính vì vậy luận văn sử dụng định nghĩa về chất lượng điện năng như sau: “Bất kỳ vấn đề về 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”.[4]

1.2.2 Ch ất lượng điệ n áp là m t ch tiêu quan tr ng ộ ỉ ọ

Theo định nghĩa ở trên, chất lượng điện năng liên quan đến độ lệch dòng điện, điện áp, tần số Tần số là một chỉ tiêu mang tính hệ thống, chất lượng tần số liên quan đến bài toán cân bằng công suất tác dụng phát và công suất tác dụng tiêu thụ Công suất tác dụng chỉ được đưa vào hệ thống bởi các máy phát điện Chất lượng điện áp là

một chỉ tiêu mang tính cục bộ, điều kh ển điện áp chủ yếu liên quan đếi n sự cân bằng giữa công suất phản kháng phát ra và công suất phản kháng tiêu thụ Công suất phản kháng có thể đưa vào hệ thống theo nhiều cách khác nhau: từ máy phát điện, các tụ bù tại nút phụ tải, điện dung đường dây

Công suất thể hiện sự phát ra của năng lượng, công suất tỉ lệ với sự sinh ra của dòng điện và điện áp Rất khó có thể định nghĩa một cách đầy đủ ý nghĩa về số lượng

và chất lượng trong những cách hiểu đầy đủ về chất lượng điện năng Điều khiển công suất của hệ thống điện có thể điều khiển chất lượng điện áp, không thể điều khiển chi tiết đến chất lượng dòng điện vì sẽ kéo theo tác động vào hoạt động của các phụ tải, bởi

vì dòng điện sinh ra trong các thiết bị điện sẽ thay đổi tuỳ theo mức độ mang tải của thiết bị điện đó Do đó tiêu chuẩn chất lượng điện năng thường được dành hết cho việc duy trì chất lượng điện áp cung cấp trong một giới hạn nhất định

Tuy nhiên trong khi nghiên cứu đến chất lượng điện áp, đồng thời cũng phải chú ý đến các hiện tượng về dòng điện như: Dòng điện ngắn mạch lớn gây ra sụt áp, dòng điện sét trên lưới gây ra quá điện áp rất lớn, dòng điện là các sóng hài bậc cao sinh ra từ các phụ tải Qua đó có thể hiểu cơ bản, toàn diện hơn các vấn đề về chất lượng điện năng

1.3 Các hiện tượng v chề ấ lượng điện năngt

1.3.1 Quá độ (transient)

Thuật ngữ quá độ được sử dụng từ lâu trong việc phân tích sự biến đổi của hệ thống điện để thể hiện một sự kiện không mong muốn nhưng chỉ thoáng qua trong tự nhiên Một định nghĩa được sử dụng phổ biến: “ Quá độ trong hệ ống điện là sự th chuyển tiếp hệ thống từ trạng thái xác lập này sang trạng thái xác lập khác” Tùy vào

hình dạng của dòng điện và điện áp mà quá độ được phân thành hai loại là quá độ xung

và quá độ dao động

1.3.1.1 Quá độ xung (Impulsive transient)

Quá độ xung là sự thay đổi đột ngột của điện áp, dòng điện hoặc cả hai theo một cực dương hoặc âm, không làm thay đổi tần số công nghiệp trong một trạng thái xác

l ập

Xung quá độ thường được đặc trưng bởi thời gian tăng đến độ lớn xung cực đại

và thời gian giảm độ lớn xung còn một nửa giá trị độ lớn cực đại, những thứ mà có thể được biểu thị bằng nội dung quang phổ của chúng

Xung quá độ có thể kích thích tần số hoạt động của hệ thống và gây ra quá độ dao động

1.3.1.2 Quá độ dao độ ng (Oscillatory transient)

Quá độ dao động l ự thay đổi đột à s ngột độ lớn của dòng điện, điện áp hoặc cả hai theo cả hai chiều dương và âm mà không làm thay đổi tần số của hệ thống ở trạng thái xác l ập

Một quá độ dao động bao gồm điện áp và dòng điện có giá trị tức thời thay đổi rất nhanh theo cực tính Nó được đặc trưng bởi các thông số như hình dạng, thời gian tồn tại, cũng như là cường độ của nó

Thời gian tồn tại: Vài chu kỳ

Nguyên nhân: Phản ứng của hệ thống điện đối với các quá độ xung kích Hậu quả: Ảnh hưởng tới hệ thống thông tin liên l ạc

1.3.2 S bi ự ến thiên điệ n áp duy trì

Các bi thiên ến điện áp kéo theo sự biến đổi giá trị hiệu dụng ủa điện áp trong ckhoảng thời gian lớn hơn 1 phút được coi là sự biến đổi điện áp trong khoảng thời gian

dài (theo ANSI - Viện tiêu chuẩn quốc gia Mỹ) Sự biến đổi điện áp trong khoảng thời

gian dài bao gồm quá điện áp và thấp điện áp Quá áp và thấp áp thường không phải là kết quả của sự cố trong hệ thống mà là kết quả của sự biến đổi phụ tải trong hệ ống th

(hoạt động đóng cắt tải) và hoạt động đóng cắt ệ thống. h

1.3.2.1 Quá điện áp (Overvoltage)

Quá điện áp là sự tăng điện áp lên trên 110% giá trị định mức ở tần số công nghiệp trong khoảng thời gian lớn hơn một phút

Quá điện áp thường là k quết ả của việc đóng cắt tải (VD như cắt một ải lớn t hoặc đóng một bộ tụ) Kết quả của quá điện áp là do hệ thống quá yếu cho sự mongmuốn điều chỉnh điện áp hoặc việc điều khiển điện áp không tương xứng Điều chỉnh đầu phân áp của máy biến áp không đúng cũng có thể gây ra hiện tượng quá điện áp trong hệ thống điện

Hậu quả của sự biến thiên điện áp duy trì là giảm công suất tải, giảm độ tin cậy

(liên tục cung cấp điện).

-100%

0%

Hình 1.5: Mất điện áp

1.3.3 S bi ự ến thiên điệ n áp trong kho ng th i gian ng n ả ờ ắ

Các bi thiên ến điện áp kéo theo sự biến đổi giá trị hiệu dụng ủa điện áp trong ckhoảng thời gian nh ỏ hơn 1 phút được coi là sự biến đổi điện áp trong khoảng thời gian

ng ắn(Short Durations Voltage Variations) Sự biến thiên điện áp trong khoảng thời

gian ngắn gây ra bởi ự cố trong hệ thống điện, khởi động phụ tải lớn có d s òng khởi động lớn, lỗi kết nối dây dẫn điện Tùy thuộc vào vị trí sự cố và trạng thái hệ thống mà

sự cố trong hệ thống điện có thể gây ra sự biến thiên điện áp tăng áp (swell: ), sụt áp (sag)

1.3.3.1 Tăng điện áp (Swell)

Tăng điện áp là hiện tượng điện áp hoặc dòng điện tăng lên trong khoảng từ 110% đến 180% giá trị điện áp hoặc dòng điện định mức ở tần số công nghiệp với thời gian từ 0,5 chu kỳ tới 1 phút

Hình 1.6 thể hiện sự tăng điện áp ở pha không sự cố khi ảy ra sự cố x chạm đất một pha trong lưới điện

Sự tăng điện áp được đặc trưng bởi biên độ và khoảng thời gian tồn tại Tăng áp

có thể xuất hiện do sự tăng điện áp nhất thời trên các pha không sự cố khi xảy ra sự cố chạm đất một pha Ngoài ra, việc ngắt một phụ tải lớn ra khỏi hệ thống cũng như là việc đóng các bộ tụ vào hệ thống cũng gây ra hiện tượng tăng điện áp

1.3.3.2 S t gi ụ ảm điện áp (Voltage Sag)

Sụt giảm điện áp (sụt áp) là hiện tượng điện áp hoặc dòng điện giảm xuống trong

khoảng từ 10% đến 90% giá trị điện áp hay dòng điện định mức ở tần số công nghiệp trong khoảng thời gian từ 0,5 chu kỳ đến 1 phút

Nguyên nhân gây sụt áp thường là sự cố trong hệ thống điện, khởi động một số phụ tải lớn Hình 1.7 và hình 1.8 minh họa sụt áp do sự cố ngắn mạch một pha và do khởi động một động cơ lớn

Thời gian sụt điện áp ngắn hạn cũng được chia ra làm 3 loại: ức thời T

(Instantaneous), thoáng qua (Momentary), tạm thời (Temporary) Các khoảng thời gian

chia nhỏ này tương ứng với mức thời gian hoạt động của các thiết bị bảo vệ nói chung, cũng như sự phân nhỏ thời gian theo các khuyến cáo của các tổ chức kỹ thuật quốc tế

Thời gian t ồn tại: 3.200s Nhỏ nhất: 79.38%

Hậu quả của biến thiên điện áp ngắn hạn là làm cho các thiết bị điện tử công suất

ngừng làm vi ệc

1.3.4 M t cân b ấ ằng điệ n áp (Voltage Imbalance)

Mất cân bằng điện áp là độ lệch cực đại của điện áp 3 pha so với giá trị trung bình của điện áp, độ lệch đó chia cho giá trị trung bình của điện áp và biểu diễn theo

phần trăm

Mất cân bằng điện áp cũng có thể xác định theo các thành phần đối xứng Tỉ lệ

giữa thành phần thứ tự nghịch hoặc thành phần thứ tự không với thành phần thứ tự thuận có thể xác định rõ phần trăm mất cân bằng điện áp

1.3.5 Độ méo sóng (Waveform Distortion)

Độ méo dạng sóng là sự biến đổi trong trạng thái xác lập của một sóng hình sin

lý tưởng ở tần số công nghiệp được đặc trưng bởi nội dung quang phổ ủa sự biến đổi c

đó

Có 5 hiện tượng cơ bản gây ra méo sóng:

+ Thành phần một chiều thêm vào (DC Offset)

+ Sóng hài (Harmonics)

+ Liên sóng hài (Interharmonics)

+ Đột điện áp (Notching)

+ Nhiễu (Noise)

1.3.5.1 Thành ph ầ n m t chi u thêm vào (DC Offset) ộ ề

Điện áp và dòng điện một chiều tồn tại trong hệ thống điện xoay chiều gọi là thành phần một chiều thêm vào (DC Offset) Thành phần một chiều có thể xuất hiện do

sự nhiễu loạn từ tính hoặc từ các bộ chỉnh lưu một nửa chu kỳ Dòng điện một chiều trong mạng điện xoay chiều mang lại kết quả xấu: làm bão hoà mạch từ máy biến áp ngay cả trong hoạt động bình thường, gây thêm hiện tượng phát nóng dẫn đến giảm tuổi thọ máy biến áp Dòng điện một chiều còn gây ra hiện tượng ăn mòn điện phân các điện cực nối đất và các thiết bị kết nối

Hình 1.10 cho thấy sự thay đổi điện áp trong một thí nghiệm ảnh hưởng của DC offset đến sự bão hòa mạch từ

1.3.5.2 Sóng hài (Harmonics)

Sóng hài là các dạng dòng điện hay điện áp hình sin có tần số là bội số của tần số

cơ bản trong hệ thống Các dạng sóng méo có thể phân tích thành tổng của sóng với tần

số cơ bản và các sóng hài Độ méo sóng hài sinh ra từ đặc tính phi tuyến của các thiết

bị và phụ tải trong hệ thống điện Mức độ méo sóng hài được mô tả bởi quang phổ các sóng hài với độ lớn biên độ và góc pha của mỗi thành phần sóng hài Tổng độ méo

sóng hài THD (Total Harmonics Distortion) thường được dùng để xác định độ lớn biên

độ méo sóng hài Hậu quả mà sóng hài gây ra là làm phát nóng, quá t mải ạch trungtính, nhiễu các mạch thông tin

1.3.5.3 Liên sóng hài (Interharmonics)

Liên sóng hài là các sóng điện áp hay dòng điện có tần số không phải là bội số của tần số cơ bản của hệ thống điện Chúng có thể xuất hiện với các tần số riêng biệt hoặc cũng có thể là một dải tần số rộng

Liên sóng hài có th ìm thể t ấy trên tất cả các lưới điện với các cấp điện áp khác nhau Nguồn gốc chủ yếu sinh ra méo liên sóng hài là các bộ biến đổi tần số tĩnh, thiết

bị chuyển đổi chu trình, động cơ cảm kháng, thiết bị phát hồ quang Tínhiệu sóng mang trên đường dây truyền tải cũng được xem là liên sóng hài Hậu quả mà liên sóng

Hài b ậc 7



0

Sóng sin cơ bản Sóng t ổng hợp

hài gây ra cũng tương tự như sóng hài

1.3.5.4 Đột điệ n áp (№tching)

Đột điện áp là sự nhiễu loạn điện áp có chu kỳ gây ra bởi hoạt động bình thườngcủa thiết bị điện tử công suất khi dòng điện được chuyển mạch từ pha này sang pha khác Trong thời gian chuyển mạch, có hiện tượng ngắn mạch tạm thời xảy ra giữa hai pha Hình vẽ 1.3 chỉ ra ví dụ cho vết khắc điện áp hình V từ một bộ chỉnh lưu 3 pha sinh ra dòng điện một chiều liên tục

1.3.5.5 Nhi u (№ise) ễ

Nhiễu là tín hiệu điện không mong muốn với các dải tần thấp hơn 200 kHz đối

với dòng điện và điện áp trong dây pha, dây trung tính hay dây tín hiệu

Nhiễu trong hệ thống điện có thể gây ra bởi các ết bị điện tử công suất, các thimạch điều khiển, các thiết bị hồ quang, các tải với các bộ chỉnh lưu, đóng cắt các nguồn điện Nhiễu trong hệ thống điện thường là do sự nối đất không đúng Về bản chất, nhiễu bao gồm các méo của tín hiệu điện và chúng không thể phân loại như méo sóng hài hay là quá độ Nhiễu làm ảnh hưởng xấu đến các thiết bị điện tử như bộ vi xử

lý và các chương trình điều khiển Ta có thể làm giảm nhiễu nhờ sử dụng bộ lọc, máy biến áp cách ly

1.3.6 Dao động điệ n áp (Voltage Fluctuation)

Dao động điện áp là sự biến đổi mang tính hệ thống của điện áp hay một chuỗi thay đổi điện áp ngẫu nhiên Độ lớn biên độ dao động điện áp thường không vượt quá

-1000

mức điện áp được xác định rõ từ 90% đến 110% điện áp định mức bởi Viện tiêu chuẩn

quốc gia Mỹ (American National Standards Institute) ANSI C84.1-1982

Lò hồ quang điện xoay chiều là một nguyên nhân phổ biến nhất gây ra dao động điện áp trên hệ thống phân phối và truyền tải điện

Hậu quả mà dao động điện áp gây ra là làm ngừng cấp điện phụ tải nhậy cảm khi biên độ dao động điện áp lớn, tác động đến thị giác

1.3.7 S bi n thiên t n s ự ế ầ ố công nghi p (Power Frequency Variations) ệ

Sự biến thiên tần số công nghiệp (Power Frequency Variations) là độ lệch tần số

cơ bản của hệ thống khỏi giá trị định mức (VD: 50 Hz hoặc 60Hz)

Tần số của hệ thống liên quan trực tiếp tới tốc độ quay của hệ thống máy phát điện Tần số sẽ biến thiên nhỏ khi có cân bằng động giữa sự thay đổi của tải và sự thay đổi của nguồn phát Mức độ thay đổi của tần số và khoảng thời gian của sự thay đổi phụ thuộc vào đặc tính của tải và đáp ứng của hệ thống điều khiển máy phát tới sự thay đổi của phụ tải

Tổng hợp các khái niệm được xét theo biên độ, theo tiêu chuẩn IEEE -1159 biểu diễn trên Bảng 1.1 và Hình 1.15

Hình 1.15: Các khái niệm được xét theo biên độ theo tiêu chuẩn IEEE-1159

(SỤT ÁP NGẮN HẠN) Voltage Swell

Mất điện duy trì Tức thời

Thoáng qua

Điện áp ấp th VOLTAGE SAG

(Tăng áp ngắn hạn) Điện áp cao

Điện áp làm vi ệc b ình th ường

Bảng 1.1 Phân nhóm và đặc tính của các hiện tượng điện từ trong hệ thống điện:

< 0,1 pu 0,1 – 0,9 pu 1,1 – 1,4 pu

< 0,1 pu 0,1 – 0,9 pu 1,1 – 1,2 pu

4 Mất cân bằng điện áp Duy trì 0,5 – 2 %

0 – 1%

6 Dao động điện áp < 25 Hz 0,1 – 7%

7 Sự biến thiên tần số < 10 s

1.4 K t luế ận

Cùng với sự phát triển của đất nước, quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa dẫn đến sự phát triển mạnh mẽ của các phụ tải điện và đi đôi với quá trình đó các vấn đề về chất lượng điện năng cung cấp ngày càng được quan tâm hơn Trong các vấn đề về chất lượng điện năng, hiện tượng sụt giảm điện áp ngắn hạn cũng như sự mất điện cung cấp

có ảnh hưởng lớn đến hoạt động và tuổi thọ của các phụ tải Mặc dù một lần sự cố mất điện cung cấp gây hậu quả nặng nề hơn một lần sụt giảm điện áp, tuy nhiên trong thực

tế tần suất xảy ra hiện tượng sụt giảm điện áp lại lớn hơn rất nhiều so với hiện tượng mất điện cho nên nếu xét một cách tổng thể thì hiện tượng sụt giảm điện áp lại gây ra hậu quả lớn hơn hiện tượng mất điện Chính vì lý do đó mà trong luận văn này, tác giả

sẽ đi sâu nghiên cứu về hiện tượng sụt giảm điện áp ngắn hạn cũng như các chỉ tiêu đánh giá nó sẽ được trình bày cụ thể trong chương 2 của luận văn

CHƯƠNG 2

2.1 Định nghĩa về hiện tượng s t giụ ảm điện áp ng n h n ắ ạ

Tiêu chuẩn IEEE 1159 1995 định nghĩa sụt ảm điện – gi áp ngắn hạn là hiện tượng điện áp hay dòng điện giảm xuống trong khoảng từ 10% đến 90% giá trị điện áp hay dòng điện định mức ở tần số công nghiệp trong khoảng thời gian từ 0,5 chu kỳ đến

1 phút

2.2 Nguyên nhân gây ra hiện tượng s t giụ ảm điện áp

Hiện tượng sụt giảm điện áp thông thường được gây ra do những sự cố trên hệ thống điện Các sự cố ngắn mạch, việc khởi động các phụ tải lớn như động cơ điện không đồng bộ công suất lớn, hiện tượng quá tải, cắt một hàng tụ bù, đóng máy biến áp là các nguyên nhân chính dẫn đến sụt giảm điện áp trong hệ thống điện Trong các nguyên nhân gây sụt giảm điện áp thì các sự cố ngắn mạch trong hệ thống điện chiếm hơn 90% [8] Do đó luận văn giả thiết nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện tượng sụt giảm điện áp ắn hạn ng là ngắn mạch trong hệ thống điện

2.3 Các đặc trưng của hiện tượng s t giụ ảm điện áp ng n hạn ắ

Thông số đặc trưng cho điện áp sụt ảm là độ lớn, khoảng thời gian sụt áp, sự gimất cân bằng điện áp giữa các pha, độ dịch chuyển góc pha Độ lớn sụt áp tỉ lệ với trở kháng tính từ nguồn đến điểm sự cố Khoảng thời gian sụt áp quyết định bởi thời gian loại trừ sự cố, liên quan đến hoạt động của thiết bị bảo vệ là rơ le, máy cắt và mạng truyền thông tin Mức độ không đối xứng của điện áp ba pha liên quan chủ yếu với sự

cố không đối xứng ngắn mạch 1 pha, 2 pha, 2 pha với đất, riêng ngắn mạch 3 pha điện

áp vẫn giữ tính đối xứng Độ dịch chuyển góc pha với ngắn mạch 3 pha do sự khác nhau về tỉ lệ X/R giữa nguồn và nhánh cung cấp, nguyên nhân thứ hai là do sự chuyển

đổi qua máy biến áp từ mức điện áp cao xuống mức điện áp thấp hơn Độ dịch góc pha không ảnh hưởng nhiều đến phần lớn các thiết bị điện, ngoại trừ bộ chỉnh lưu điện tử công suất có sử dụng thông tin góc pha Trong luận văn chỉ xét hai hiện tượng chủ yếu

là độ lớn đ ện áp sụt vi à khoảng thời gian xảy ra sụt giảm điện áp Hình 2.1 biểu diễn điện áp sụt giảm do sự cố ngắn mạch

2.3.1 Biên độ voltage sag

Biên độ dao động của điện áp sụt giảm có thể được xác định theo nhiều cách khác nhau Hầu hết các thiết bị giám sát hiện nay đều đo được giá trị biên độ thông qua giá trị rms voltage Tuy nhiên với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, điều này sẽ có thể được thực hiện theo nhiều phương pháp khác, có hai phương pháp thường được sử

dụng đó là [10]:

- Biên độ dao động của thành phần điện áp cơ bản

- Điện áp ực đại trong mỗi chu kỳ hoặc nửa chu kỳ c

2.3.1.1 Voltage rms (voltage root-mean-square)

Do các điện áp sụt giảm được ghi lại như những điểm lấy mẫu theo thời gian nên giá trị rms voltage sẽ được tính theo công thức 2.1 [10]:

2 1

Trong đó:

- N: là số mẫu trong một chu kỳ;

- vi: là điện áp được lấy mẫu theo thời gian;

Với dao động được trình bày trên Hình 2.1 và theo công thức (2.1) ta sẽ có kết quả được thể hiện như trên hình 2.2

Từ đây ta có thể nhận thấy rằng dao động sẽ không giảm ngay lập tức tới một giá trị thấp hơn mà phải mất một chu kỳ cho sự quá độ Giá trị rms trong suốt quá trình xảy

ra sụt giảm điện áp không hoàn toàn là một hằng số và giá trị điện áp cũng không ngay lập tức phục hồi lại giá trị ban đầu ngay sau sự cố.Trong hình 2.3, giá trị rms voltage sẽ được tính thông qua 128 điểm

0 1 2 3 4 5 6

1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0

Thời gian (chu k ỳ)

Hình 2.2: Giá trị rms voltage được tính thông qua cửa sổ một chu kỳ

(256 điểm lấy mẫu )

Hình 2.3: Giá trị rms voltage được tính thông qua cửa sổ 1/2 chu kỳ

(128 điểm lấy mẫu )

Thời gian (chu kỳ)

0 1 2 3 4 5 6

Áp dụng công thức 2.2 để tính độ lớn điện áp sụt giảm theo rms voltage [10]:

2 1

- N: là là số mẫu lấy trong một chu kỳ;

- vi: là là các điện áp lấy mẫu theo thời gian;

2.3.1.2 Thành ph ần điện áp cơ bản

Sử dụng thành phần điện áp cơ bản sẽ thuận lợi vì ta có thể xác định được góc lệch pha Giá trị của thành phần điện áp cơ bản là một hàm của thời gian và được tính theo công thức (2.3)

02

( ) T ( ). j fund

- v( ): là dτ ạng sóng điện áp được lấy mẫu

- T: là Chu kỳ của tần số cơ bản

Giá trị tuyệt đối của điện áp này là độ lớn của dao động và argument của nó chính là góc lệch pha Thành phần điện áp cơ bản sẽ nhận được thông qua thuật toán khai triển nhanh chuỗi Fourie Giá trị tuyệt đối của điện áp này được trình bày như trên hình 2.4

Thời gian (chu kỳ)

Hình 2.4 Độ lớn của điện áp sụt giảm theo thành phần điện áp cơ bản

1 0.8 0.6 0.4

0.2

0 0 1 2 3 4 5 6

2.3.1.3 Điệ n áp c ực đại (Điện áp đỉnh)

Điện áp đỉnh có thể thu được bằng cách sử dụng công thức (2.4) sau:

- v(t): là dạng sóng điện áp được lấy mẫu

Hình 2.5 thể hiện với mỗi mẫu giá trị lớn nhất của các giá trị tuyệt đối điện áp thông qua 1/2 chu kỳ sẽ được tính Điện áp đỉnh này chỉ ra sự giảm và sự tăng điện áp

rất nhanh

Tóm lại, biên độ của điện áp sụt giảm (biên độ voltage sag) có thể được coi như

hàm của thời gian: hoặc voltage rms, hoặc điện áp đỉnh, hoặc thành phần điện áp cơ bản thông qua một cửa sổ nhất định Trong thực tế hầu hết các thiết bị giám sát sẽ lấy giá trị thấp nhất Chú ý rằng biên độ sụt giảm điện áp cần xác định phải được thể hiện theo một con số cụ thể, do đó một phương pháp phổ biến được đưa ra đó là đặc tính biên độ sụt giảm thông qua điện áp còn lại trong khi xảy ra sụt áp và được xem như phần trăm của điện áp danh định Chính v ậy khi nói một sag 70% của lưới 110 kV ì v

có nghĩa là điện áp giảm xuống còn 77kV khi xảy ra sụt giảm điện áp Phương pháp này đã được IEEE chấp nhận sử dụng Và trong luận văn này, khái niệm về độ lớn của

sụt giảm điện áp (sag) cũng được xác định là điện áp còn lại trong quá trình xảy ra sự

sụt giảm điện áp (sag)

1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0

Thời gian (chu kỳ)

Hình 2.5 Độ lớn của điện áp sụt giảm theo điện áp đỉnh

2.3.2 Kho ng th i gian s t gi ả ờ ụ ảm điệ n áp

Phần lớn sự sụt giảm điện áp xảy ra là do sự cố ngắn mạch Thời điểm sự cố ngắn mạch được giải trừ bởi các thiết bị bảo vệ, điện áp có thể phục hồi lại giá trị ban đầu Thông thường thời gian ồn tại ột sag điện áp được xác định bởi thời gian loại t m

trừ sự ố, nhưng cũng có khi dài hơn Nhc ìn chung, các sự cố trên lưới truyền tải được loại trừ nhanh hơn sự cố trên lưới phân phối

Một vài thông số thời gian giải trừ sự có thông thường tại các mức khác nhau do các công ty điện lực Mỹ đưa ra [4] trong Bảng 2.1

Mức điện áp Trường hợp tốt nhất thông thườngTrường hợp Trường hợp tồi nhất

Một số thiết ị giám sát chất lượng điện đang được sử dụng trb ên thế giới được minh hoạ như trên hình 2.6 và hình 2.7

Hình 2.7: Thiết bị kiểm tra chất lượng điện năng PowerGuide® 4400 của Dranetz – BMI

Sept 09 09

Power Guide 4400 V1.0.0

MONITORING STATUS: OFF CIRCUIT TYPE: 3 Phase Wye MEMORY CARD: №t Inserted FILENAME:

CYCLES SEVED: 0.0 JOURNALS LOGGED: 0

Scope Meter Harmonics Phasor

Trend Events Reports Preferences

2.4 Các bi n pháp hệ ạn ch hiế ện tượng s t giụ ảm điện áp

Mức độ ảnh hưởng của hiện tượng sụt giảm điện áp đến hoạt động của các thiết

bị điện tuỳ thuộc vào biên độ và khoảng thời gian tồn tại sụt giảm điện áp Các biện pháp giảm nhẹ sự sụt giảm điện áp có thể được thực hiện với nguồn điện, phụ tải, các công ty điện lực, các khách hàng và các nhà sản xuất thiết bị điện để giảm số lần sụt áp, giảm mức độ nghiêm trọng của điện áp sụt giảm và giảm sự nhạy cảm của thiết bị điện đối với điện áp sụt giảm

Quá trình từ ngắn mạch dẫn đến làm thiết bị nhạy cảm ngừng làm việc được trình bày trên hình 2.8:

 Gi ảm suất sự cố ngắn mạch trên lưới điện.

 Thay đổi sơ đồ lưới điện

 Giảm thời gian loại trừ sự cố