Nghiên cứu mô phỏng một số hiện tượng chất lượng điện năng và các giải pháp

Các công ty điện lực đã đầu tư mua sắm thiết bị đo đạc để đánh giá mức độ ảnh hưởng của phụ tải công nghiệp đến hệ thống cung cấp điện đ c biệt là phụ tải l hồ quang điện để từ đó áp dụn

1

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Phí Văn Hùng, học viên cao học lớp 11BKTĐHTĐ ngành kỹ thuật điện khóa 2011B Sau hai năm học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Bách Khoa

Hà Nội, tôi đã nghiên cứu và thực hiện đề tài: “Nghiên cứu mô phỏng một số hiện tượng chất lượng điện năng và các giải pháp”

Tôi xin cam đoan bản luận văn này được thực hiện bởi chính bản thân dưới

sự hướng dẫn của thầy giáo TS Bạch Quốc Khánh cùng với các tài liệu được trích dẫn trong phần tài liệu tham khảo

Học viên

Phí Văn Hùng

2

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

3 STATCOM Static Synchronous Compensator

4 FACTS Flexible Alternating Current Transmission Systems

6 DVIC Direct V-I characteristic

7 TDEC Time domain equivalent circuit

9 HDSNDE Harmonic domain of nonlinear differential equation

10 UIE Union Internationale d’Electrothermie

12 NNĐA Nhấp nháy điện áp (Voltage Flicker)

3

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

MỤC LỤC 3

DANH MỤC HÌNH VẼ 6

DANH MỤC BẢNG BIỂU 8

CHƯƠNG MỞ ĐẦU 9

1 Tính cấp thiết của đề tài 9

2 Tên đề tài 9

3 Tóm tắt nội dung luận văn 10

4 Ý nghĩa khoa học của đề tài 11

5 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 11

CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG 13

1.1 Sự cần thiết của việc nghiên cứu về chất lượng điện năng 13

1.2 Định nghĩa về chất lượng điện năng 14

1.2.1 Định nghĩa về chất lượng điện năng 14

1.2.2 Chất lượng điện áp là một chỉ tiêu quan trọng 15

1.3 Tổng quan các vấn đề về chất lượng điện năng 16

1.3.1 Quá độ (transient) 16

1.3.2 Sự biến thiên điện áp trong khoảng thời gian dài 17

1.3.2.1 Quá điện áp (Overvoltage) 17

1.3.2.2 Thấp điện áp (Undervoltage) 18

1.3.2.3 Gián đoạn duy trì (Sustained interruptions) 18

1.3.3 Sự biến thiên điện áp trong khoảng thời gian ngắn 18

1.3.3.1 Mất điện áp (interruption) 18

1.3.3.2 Sụt giảm điện áp (Voltage Sags) 19

1.3.3.3 Tăng điện áp (Swells) 20

1.3.4 Mất cân bằng điện áp (Voltage Imbalance) 21

1.3.5 Độ méo sóng (Waveform Distortion) 21

1.3.5.1 Thành phần một chiều thêm vào (DC Offset) 22

4

1.3.5.2 Sóng hài (Harmonics) 22

1.3.5.3 Liên sóng hài (Interharmonics) 22

1.3.5.4 Đột điện áp (Notching) 23

1.3.5.5 Nhiễu (Noise) 23

1.3.6 Dao động điện áp (Voltage Fluctuation) 23

1.3.7 Sự biến thiên tần số công nghiệp (Power Frequency Variations) 24

1.4 Kết luận 26

CHƯƠNG 2 DAO Đ NG ĐIỆN P V NHẤP NH Y ĐIỆN P 27

2.1 Định nghĩa 27

2.2 Nguyên nhân xuất hiện 30

2.2.1 L hồ quang 31

2.2.2 Máy hàn 33

2.2.3 Nồi h i 34

2.2.4 Tụ điện 34

2.2.5 Các thiết bị mạng hạ thế 34

2.2.6 Hệ thống tuabin điện gió 35

2.3 Đánh giá nhấp nháy điện áp 35

2.3.1 Các chỉ tiêu đánh giá 35

2.3.2 Phư ng pháp đánh giá nhấp nháy điện áp 38

2.3.2.1 Đánh giá độ thay đổi điện áp 38

2.3.2.2 Tính toán mức độ nghiêm trọng của nhấp nháy điện áp 39

CHƯƠNG 3 ẢNH HƯỞNG CỦA L HỒ QUANG ĐẾN LƯ I ĐIỆN V C C PHƯƠNG PH P M PH NG L HỒ QUANG 44

3.1 L hồ quang điện 44

3.1.1 Khái quát về l hồ quang điện 44

3.1.2 Cấu tạo, nguyên l hoạt động 45

3.2 Ảnh hưởng của l hồ quang đến lưới điện 50

3.2.1 Sụt giảm điện áp do khởi động l hồ quang 50

3.2.2 Quá điện áp do hồ quang 51

5

3.2.3 Phát sinh sóng hài 51

3.2.4 Méo dạng sóng điện áp và d ng điện 51

3.2.5 Dao động điện áp và nhấp nháy điện áp 51

3.3 Một số phư ng pháp mô phỏng l hồ quang 52

3.3.1 Phư ng pháp phân tích trên miền thời gian 53

3.3.2 Phư ng pháp s dụng mạch điện tư ng đư ng khảo sát trên miền thời gian (DTEC) 57

3.3.2 Phư ng pháp phân tích trên miền tần số 58

3.3.3 Kết quả mô phỏng 60

CHƯƠNG 4: M PH NG ẢNH HƯỞNG CỦA L HỒ QUANG ĐẾN CHẤT LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 65

4.1 Khái quát 65

4.2 Xây dựng mô hình tải l hồ quang 65

4.3 Giới thiệu phần mềm Matlab/Simulink 68

4.3.1 Cấu trúc thư viện simulink 69

4.3.1 Cấu trúc thư viện Simpowersystems 74

4.4 Mô phỏng hiện tượng chớp nháy điện áp do l hồ quang gây ra 77

CHƯƠNG 5: M T SỐ PHƯƠNG PH P KHẮC PHỤCNHẤP NH Y ĐIỆN P 82

5.1 Các phư ng pháp giảm dao động công suất phản kháng 82

82

5.1.2 Phư ng pháp s dụng thiết bị bù đồng bộ tĩnh STATCOM (Static Syncronnous Compensator) 85

5.1.3 Phư ng pháp s dụng điện kháng 87

5.1.3.1 S dụng điện kháng mắc nối tiếp với tải 87

5.1.3.2 S dụng điện kháng bão h a 87

5.2 Phư ng pháp tăng công suất ngắn mạch nguồn 87

5.3 Một số phư ng pháp khác 89

KẾT LUẬN CHUNG 90

T I LIỆU THAM KHẢO 91

6

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Quá độ xung do sét đánh 16

Hình 1.2 Xung d ng điện dao động quá độ gây ra bởi việc đóng cắt các tụ điện 17

Hình 1.3 Sụt giảm điện áp do sự cố ngắn mạch một pha 19

Hình 1.4 Sụt giảm điện áp do khởi động một động c lớn 20

Hình 1.5 Tăng áp ở pha không bị sự cố gây ra bởi sự cố chạm đất một pha 20

Hình 1.6 Mất cân bằng điện áp trong một tuần tại một nhánh cung cấp điện cho hộ gia đình 21

Hình 1.7 Hiện tượng đột điện áp 23

Hình 1.8 Dao động điện áp do hồ quang điện 24

Hình 1.9 Các khái niệm được xét theo biên độ theo tiêu chuẩn IEEE-1159 26

Hình 2.1 Đường cong giới hạn sự thay đổi điện áp dạng hình ch nhật 28

Hình 2.2 Đường cong điện áp khi có sự tăng giảm điện áp tức thời 29

Hình 2.3 Dao động công suất của l hồ quang xoay chiều công suất 80MVA 32

Hình 2.4 D ng điện của l hồ quang tại thời điểm đầu của quá trình làm nóng kim loại 32

Hình 2.5 Sự thay đổi điện áp tư ng đối d = V/V = 40 ở tần số 8,8Hz 36

Hình 2.6 Đường cong giới hạn độ biến thiên điện áp với số lần điện áp thay đổi trong 1 phút ứng với Pst = 1 40

Hình 2.7 Dạng biến thiên điện áp hình sin theo chu k 41

Hình 2.8 Biến thiên điện áp dạng xung dốc và đột ngột 41

Hình 2.9 Biến thiên hình ch nhật và xung tam giác 42

Hình 3.1 S đồ mạch điện chính của l hồ quang 48

Hình 3.2 Sụt giảm điện áp do khởi động l hồ quang 50

Hình 3.3 Đ c tính V-I model 1 53

Hình 3.4 Đ c tính V-I Model 2 54

Hình 3.5 Đ c tính V-I model 3 55

Hình 3.6 S đồ mạch điện tư ng đư ng model 4 57

Hình 3.7 S đồ mạch điện thay thế model 5 58

7

Hình 3.7: S đồ mạch điện thay thể ở tần số c bản 59

Hình 3.8: S đồ mạch thay thế nguồn sóng hài điện áp 59

Hình 3.9 S đồ hệ thống cấp điện cho l hồ quang 60

Hình 3.10 Kết quả mô phỏng 6 model đề xuất 62

Hình 4.1: Thư viện khối nguồn 70

Hình 4.2 Thư viện khối Sink 71

Hình 4.3 Thư viện khối Signal Routing 72

Hình 4.4 Thư viện khối các phép toán 73

Hình 4.5 Thư viện khối nguồn điện 75

Hình 4.6 S đồ mạch điện tư ng đư ng l hồ quang ba pha 77

Hình 4.7 Mô hình điện dẫn pha A của l hồ quang ba pha 78

Hình 4.8 S đồ nguyên l hệ thống 79

Hình 4.9 S đồ mô phỏng hệ thống 79

Hình 4.10 a) Điện áp hồ quang; b)D ng điện hồ quang 80

Hình 4.11 Dạng sóng điện áp tại PCC 80

Hình 4.12 Điện áp hiệu dụng tại PCC 80

Hình 4.13 D ng điện tại PCC 81

Hình 5.1 Cấu tạo của SVC 83

Hình 5.2 Nguyên l điều khiển của TCR 84

Hình 5.3 S đồ nguyên l STATCOM 86

Hình 5.4 Dạng sóng điện áp tại PCC với công suất ngắn mạch Ssc = 10000MVA 88 Hình 5.5 Điện áp hiệu dụng tại PCC với công suất ngắn mạch Ssc = 10000MVA 89

8

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Phân nhóm và các đ c tính các hiện tượng điện từ trong hệ thống điện 25

Bảng 2.1 Giới hạn Pst; Plt mong muốn mạng trung thế, cao thế và siêu cao thế 36

Bảng 2.2 Pst và Plt cho mạng trung hạ thế 36

Bảng 2.3 Mức nhấp nháy điện áp tại mọi điểm đấu nối 37

Bảng 2.4 Độ dao động điện áp tư ng đối cho phép 37

Bảng 3.1 Các thông số mô phỏng thống cung cấp điện cho l hồ quang 61

Bảng 3.2: So sánh các thành phần sóng hài gi a các Model 63

Bảng 3.3: Bảng tóm tắt các phư ng pháp mô phỏng 64

9

CHƯƠNG MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Đất nước ta đang trong quá trình công nghiệp hoá và hiện đại hóa Ở khắp mọi

n i, các công trường, nhà máy, xí nghiệp được xây dựng ngày càng nhiều Cùng với công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, nhu cầu s dụng điện năng trong ngành công nghiệp đang ngày một tăng lên Tốc độ tăng bình quân điện tiêu thụ cho ngành Công nghiệp và Xây dựng giai đoạn 2001-2009 là 17,6 , riêng 4 năm 2006-

2009 là 17,0 Tỉ trọng tiêu thụ điện trong Công nghiệp giai đoạn 2001-2009 tăng

từ 40,6 đến 50,4 , trong đó thấp nhất vào năm 2001 và cao nhất vào năm 2009 Trong quá trình đó, việc ứng dụng các thiết bị điện - điện t có hiệu suất cao, các thiết bị có bộ vi điều khiển, các thiết bị điện t công suất, các l hồ quang…ngày càng phổ biến Các thiết bị này rất nhạy cảm với nh ng vấn đề về chất lượng điện năng trong hệ thống điện

Các hiện tượng chất lượng điện năng trong hệ thống điện rất đa dạng Một trong các vấn đề về chất lượng điện năng đã được nhiều quan tâm là hiện tượng dao động điện áp ho c nhấp nháy điện áp

Hiện nay chưa có nhiều đề tài nghiên cứu về hiện tượng nhấp nháy điện áp tại Việt Nam Một số nghiên cứu cố gắng mô phỏng hiện tượng nhấp nháy điện áp gây

ra bởi l hồ quang điện nhưng chủ yếu là ở mức mô phỏng l hồ quang một pha Luận văn này đưa ra một phư ng pháp mới để mô phỏng l hồ quang ba pha và các ảnh hưởng của nó đến chất lượng điện năng, đ c biệt là hiện tượng dao động, nhấp nháy điện áp

2 Tên đề tài

“Nghiên cứu mô phỏng một số hiện tượng chất lượng điện năng và các giải pháp”

10

3 Tóm tắt nội dung luận văn

Chất lượng điện năng đang là một mối quan tâm rất lớn đối với không chỉ ngành điện nói riêng mà c n cả các ban ngành khác, trong đó đ c biệt là hiện tượng dao động ho c nhấp nháy điện áp Nhấp nháy điện áp không chỉ ảnh hưởng đến các thiết bị dùng điện mà c n ảnh hưởng đến sức khỏe của con người nên đang được quan tâm nghiên cứu

Luận văn đề cập đến một số hiện tượng chất lượng điện năng trong lưới điện công nghiệp Phân tích một số phư ng pháp mô phỏng l hồ quang và đưa ra một phư ng pháp mới để mô phỏng l hồ quang ba pha với nghĩa thực tiễn cao Từ đó luận văn phân tích một số biện pháp để khắc phục ảnh hưởng của l hồ quang đến lưới điện Nội dung chính của luận văn bao gồm các phần sau:

Chư ng 1 Nghiên cứu tổng quan về chất lượng điện năng, nêu ra sự cần thiết của việc nghiên cứu chất lượng điện năng và các vấn đề về chất lượng điện năng đang được quan tâm giai đoạn hiện nay

Chư ng 2 Trình bày về hiện tượng dao động điện áp, nhấp nháy điện áp Nêu

ra các nguyên nhân, các phụ tải thường gây ra hiện tượng dao động, nhấp nháy điện

áp và các chỉ tiêu đánh giá

Chư ng 3 Phân tích các ảnh hưởng của l hồ quang đến lưới điện Phân tích

ưu nhược điểm của một số phư ng pháp mô phỏng l hồ quang

Chư ng 4 Luận văn nêu ra một phư ng pháp mới để mô phỏng l hồ quang

ba pha với nghĩa thực tiễn cao, mô phỏng hiện tượng dao động, nhấp nháy điện áp

do l hồ quang gây ra

Chư ng 5 Phân tích một số biện pháp khắc phục hiện tượng nhấp nháy điện

áp Mô phỏng biện pháp nâng cao công suất ngắn mạch của hệ thống Từ đó đưa ra kết luận và đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo

11

4 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Chất lượng điện năng đang được ngành điện nói riêng và các ban ngành khác

đ c biệt quan tâm Bộ công thư ng cụ thể hóa bằng việc áp dụng thông tư 32/2010/TT-BCT tại một số tỉnh miền Nam quy định về tổng độ méo sóng hài điện

áp, d ng điện, mức độ nhấp nháy điện áp cho phép Các công ty điện lực đã đầu tư mua sắm thiết bị đo đạc để đánh giá mức độ ảnh hưởng của phụ tải công nghiệp đến

hệ thống cung cấp điện đ c biệt là phụ tải l hồ quang điện để từ đó áp dụng các biện pháp khắc phục, nâng cao chất lượng cung cấp điện Các biện pháp cứng rắn (như việc tạm ngừng cung cấp điện) đã được áp dụng đối với các l hồ quang không đáp ứng được các chỉ tiêu quy định tại thông tư 32/2010/TT-BCT Điều đó cho thấy tầm quan trọng của việc nâng cao chất lượng điện năng trong giai đoạn hiện nay

Để có thể dự báo được các ảnh hưởng của l hồ quang chất lượng điện năng của hệ thống, việc mô phỏng là một phư ng pháp h u hiệu trong việc thiết kế, dự báo các hiện tượng chất lượng điện năng do l hồ quang gây ra Luận văn đề xuất một phư ng pháp mới để mô phỏng l hồ quang ba pha với các hiện tượng chất lượng điện năng do nó gây ra sẽ giúp cho việc tính toán, dự báo ở giai đoạn thiết kế các thiết bị để khắc phục ảnh hưởng của l hồ quang đến lưới điện đ c biệt là hiện tượng dao động, nhấp nháy điện áp

5 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Các chỉ tiêu để đánh giá hiện tượng nhấp nháy điện áp được trình bày trong luận văn sẽ là c sở để đánh giá ảnh hưởng của các phụ tải điện công nghiệp nói chung đến chất lượng điện năng của hệ thống điện Với việc ảnh hưởng ngày càng nhiều đến chất lượng điện năng trên HTĐ từ các l hồ quang, ngành điện lực đang

cố gắng tìm các biện pháp khắc phục Kết quả nghiên cứu của luận văn có thể xem như tài liệu tham khảo để công nghiệp điện lực có công cụ nhận dạng các nguyên nhân sinh ra các vấn đề về chất lượng điện năng do s dụng l hồ quang và cân nhắc các biện pháp khắc phục

12

Luận văn đã mô phỏng thành công l hồ quang ba pha và đánh giá ảnh hưởng của một l hồ quang ba pha đến chất lượng của hệ thống cung cấp điện dựa trên mô phỏng bằng phần mềm Matlab/Simulink Đây là một đề tài mới dựa trên phư ng pháp mô phỏng để đánh giá Để hoàn thành luận văn này, tác giả xin bày tỏ

l ng biết n sâu sắc đến thầy giáo TS Bạch Quốc Khánh cùng các thầy cô giáo trong bộ môn Hệ thống điện – Khoa 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 n gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và có nh ng đóng góp qu 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 của các thầy cô giáo, bạn bè và các bạn đọc

Xin trân trọng cảm n!

13

CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG

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

Các công ty điện lực và các khách hàng s dụng điện ngày càng quan tâm đến chất lượng của hệ thống điện mà họ s dụng Từ thập kỷ 80 trở lại đây, thuật ng

“chất lượng điện năng” đã trở thành một trong nh ng từ xuất hiện nhiều nhất trong ngành công nghiệp năng lượng điện Các l do chính để l 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 h n so với các thiết bị điện trong quá khứ Rất nhiều thiết bị điện mới có chứa bộ vi x l , vi điều khiển, thiết bị điện t công suất đã được s dụng Trong quá trình hoạt động, các thiết bị này rất nhạy cảm với các loại nhiễu loạn trong hệ thống điện, hay nói cách khác chúng là các thiết bị rất nhạy cảm với các vấn đề liên quan đến chất lượng điện năng như là độ lệch về điện áp, d ng điện cũng như là tần

số

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 đ i hỏi chúng ta phải tiến hành áp dụng các thiết bị có hiệu suất cao, s dụng các phư ng pháp sản xuất tiên tiến h n Đối với các dây chuyền sản xuất, để tăng hiệu suất s dụng năng lượng người ta đã s dụng các động c có điều chỉnh tốc độ thông qua các thiết bị điều khiển điện t 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 s 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 các tác động của chúng trong tư ng lai đối với khả năng hoạt động của hệ thống

14

c Khách hàng s dụng điện ngày càng nhận thức được về nh ng vấn đề về chất lượng điện năng Họ ngày càng hiểu biết nhiều h n về nh ng 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 t nào trong hệ thống cũng đều gây ra hậu quả lớn đối với hệ thống

Sự thúc đẩy chính của sự cần thiết phải quan tâm đến chất lượng điện năng sau

nh ng l do trên là sự gia tăng khả năng sản xuất cho khách hàng s dụng điện Các ngành công nghiệp sản xuất theo dây chuyền muốn tốc độ sản xuất nhanh h n, sản xuất ra nhiều sản phẩm h n, hiệu suất s dụng của các máy móc cao h n, tuổi thọ thiết bị sản xuất kéo dài ra h n Các công ty điện lực cũng đang khuyến khích

nh ng mong muốn đó bởi nó giúp cho khách hàng tiêu thụ điện trở nên có nhiều lợi nhuận h n 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 s dụng các thiết bị điện có hiệu suất cao Vấn đề đáng quan tâm là các thiết bị được s dụng để tăng khả năng sản xuất thường phải chịu phần lớn nh ng hư hại và đôi khi chúng là nguyên nhân gây ra

nh ng vấn đề về chất lượng điện năng

1.2 Định nghĩa về chất lượng điện năng

1.2.1 Định nghĩa về chất lượng điện năng

Các đối tượng khác nhau xem xét chất lượng điện năng trên các hệ qui 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

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

đ c tính của nguồn điện cung cấp cái mà cho phép thiết bị điện làm việc một cách tối ưu (tuổi thọ thiết bị và đ c tính làm việc của thiết bị điện được đảm bảo) Các

1.2.2 Chất lượng điện áp là một chỉ tiêu quan trọng

Theo định nghĩa ở trên, chất lượng điện năng liên quan đến độ lệch d ng 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 khiển điện áp chủ yếu liên quan đén

sự cân bằng gi a 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

d ng điện và điện áp Rất khó có thể định nghĩa một cách đầy đủ nghĩa về số lượng và chất lượng trong nh ng 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 d ng điện vì sẽ kéo theo tác động vào hoạt động của các phụ tải, bởi vì d ng điện sinh ra trong các thiết bị điện sẽ thay đổi tu 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 đến các hiện tượng về d ng điện như: D ng điện ngắn mạch lớn gây ra sụt áp,

d ng điện sét trên lưới gây ra điện áp xung rất lớn, d ng điện là các sóng hài bậc

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, d ng điện ho c cả hai theo một cực dư ng ho c âm, không làm thay đổi tần số công nghiệp trong một trạng thái xác lập

Xung quá độ thường được đ c trưng bởi thời gian tăng đến độ lớn xung cực đại và thời gian giảm độ lớn xung c n một n a giá trị độ lớn cực đại, nh ng 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

17

1.3.1.2 Quá độ dao động (Oscillatory transient)

Quá độ dao động là sự thay đổi đột ngột độ lớn của d ng điện, điện áp ho c cả hai theo cả hai chiều dư ng và âm mà không làm thay đổi tần số của hệ thống ở trạng thái xác lập

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

Hình 1.2 Xung dòng điện dao động quá độ gây ra bởi việc đóng cắt các tụ điện

1.3.2 Sự biến thiên điện áp trong khoảng thời gian dài

Một sự biến đổi điện áp được coi là trong khoảng thời gian dài khi ANSI giới hạn là vượt quá một phút 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 của phụ tải trong hệ thống (hoạt động đóng cắt tải) và hoạt động đóng cắt hệ thống

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 h n một phút

Quá điện áp thường là kết quả của việc đóng cắt tải (ví dụ như đóng cắt một tải lớn ho c đóng một bộ tụ) Kết quả của quá điện áp là do hệ thống quá yếu cho sự mong muốn điều chỉnh điện áp ho c là việc điều khiển điện áp là không tư ng

Thời gian (ms)

Nguyên nhân gây ra thấp điện áp ngược lại với nguyên nhân gây ra quá điện

áp Đưa một tải lớn vào hệ thống ho c cắt một bộ tụ ra khỏi hệ thống có thể gây ra hiện tượng giảm thấp điện áp cho đến khi thiết bị điều chỉnh điện áp đưa điện áp hệ thống trở về giá trị cho phép Quá tải trong các mạch điện cũng có thể gây ra hiện tượng giảm thấp điện áp

1.3.2.3 Gián đoạn duy trì (Sustained interruptions)

Gián đoạn duy trì là hiện tượng điện áp cung cấp trở về không trong khoảng thời gian quá một phút Gián đoạn duy trì có thời gian lâu h n một phút thường là

sự cố vĩnh c u, nó đ i hỏi sự can thiệp của con người để khôi phục lại hoạt động bình thường của hệ thống điện

1.3.3 Sự biến thiên điện áp trong khoảng thời gian ngắn

Sự biến thiên điện áp trong khoảng thời gian ngắn (Short Durations Voltage Variations) nhỏ h n một phút gây ra bởi sự cố trong hệ thống điện, khởi động phụ tải lớn có d ng 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 sụt áp (sags), tăng áp (swells) hay hoàn toàn mất điện áp (interruptions)

19

1.3.3.2 Sụt giảm điện áp (Voltage Sags)

Sụt giảm điện áp (sụt áp) là hiện tượng điện áp ho c d ng điện giảm xuống trong khoảng từ 10 đến 90 giá trị điện áp hay d ng điện định mức ở tần số công nghiệp trong khoảng thời gian từ 0,5 chu k đến 1 phút

Nguyên nhân gây sụt áp thường là sự cố trong hệ thống điện, khởi động một số phụ tải lớn Hình 1.3 và 1.4 minh họa sụt áp do sự cố ngắn mạch một pha và do khởi động một động c lớn

Hình 1.3 Sụt giảm điện áp do sự cố ngắn mạch một pha

Thời gian sụt điện áp ngắn hạn cũng được chia ra làm 3 loại: Tức thời (Instantaneous), thoáng qua (Momentary), Tạm thời (Temporary) Các khoảng thời gian chia nhỏ này tư ng 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

Điện áp (V)

pu)

Thời gian (s)

20

Hình 1.4 Sụt giảm điện áp do khởi động một động cơ lớn

1.3.3.3 Tăng điện áp (Swells)

Tăng điện áp là hiện tượng điện áp ho c d ng điện tăng lên trong khoảng từ

110 đến 180 giá trị điện áp ho c d ng điện định mức ở tần số công nghiệp với thời gian từ 0,5 chu k tới 1 phút

Sự tăng điện áp được đ c 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

Thời gian (s)

Thời gian (s)

21

1.3.4 Mất cân bằng điện 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

gi a thành phần thứ tự nghịch ho c thành phần thứ tự không với thành phần thứ tự thuận có thể xác định rõ phần trăm mất cân bằng điện áp

Hình 1.6 Mất cân bằng điện áp trong một tuần tại một nhánh cung cấp điện cho hộ gia đình

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 l tưởng ở tần số công nghiệp được đ c trưng bởi nội dung quang phổ của sự biến đổi đó

Có 5 hiện tượng c bản gây ra méo sóng:

+ Thành phần một chiều thêm vào (DC Offset)

22

+ Đa hài (Interharmonics)

+ Đột điện áp (Notching)

+ Nhiễu (Noise)

1.3.5.1 Thành phần một chiều thêm vào (DC Offset)

Điện áp và d ng 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 ho c từ các bộ chỉnh lưu một n a chu k D ng 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; d ng điện một chiều c n gây ra hiện tượng ăn m n điện phân các điện cực nối đất và các thiết bị kết nối

1.3.5.2 Sóng hài (Harmonics)

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

số c bản của hệ thống Các dạng sóng méo có thể phân tích thành tổng của sóng với tần số c bản và các sóng hài Độ méo sóng hài sinh ra từ đ c tính phi tuyến của các thiết bị và phụ tải trong hệ thống điện Mức độ méo của 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

1.3.5.3 Liên sóng hài (Interharmonics)

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

Liên sóng hài có thể tìm thấy 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 c cảm kháng, thiết bị phát hồ quang Tín hiệu sóng mang trên đường dây truyền tải cũng được xem là liên sóng hài

23

1.3.5.4 Đột điện áp (Notching)

Đột điện áp là sự nhiễu loạn điện áp có chu k gây ra bởi hoạt động bình thường của thiết bị điện t công suất khi d ng điện được chuyển mạch từ pha này sang pha khác Các đột điện áp xuất hiện khi đảo mạch d ng từ pha này sang pha khác Trong thời gian chuyển mạch, có hiện tượng ngắn mạch tạm thời xảy ra gi a hai pha Hình

vẽ 1.7 chỉ ra ví dụ cho vết khắc điện áp hình V từ một bộ chỉnh lưu 3 pha sinh ra

d ng điện một chiều liên tục

Hình 1.7 Hiện tượng đột điện áp

1.3.5.5 Nhiễu (Noise)

Nhiễu là tín hiệu điện không mong muốn với các dải tần thấp h n 200 khz đối với

d ng 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 thiết bị điện t công suất, các mạch 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 t như bộ vi x

l và các chư ng trình điều khiển Ta có thể làm giảm nhiễu nhờ s dụng bộ lọc, máy biến áp cách ly, và điều kiện đối với dây dẫn điện

1.3.6 Dao động điện 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

Hình 1.8 Dao động điện áp do hồ quang điện

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

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

c bản của hệ thống khỏi giá trị định mức (VD: 50 Hz ho c 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 gi a 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 đ c tính của tải và áp ứng của hệ thống điều khiển máy phát tới sự thay đổi của phụ tải

Tổng hợp các Các khái niệm được xét theo biên độ theo tiêu chuẩn IEEE

-1159 biểu diễn trên Bảng 1.1 và Hình 1.9

25

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

< 5 kHz

5 – 500 kHz 0,5 – 5 MHz

<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

3 Biến thiên dài hạn

4 Mất cân bằng điện áp Trạng thái xác lập 0,5 – 2 %

7 Sự biến thiên tần số < 10 s

(sôt ¸p ng¾n h¹n) Voltage Swell

Ng¾t ®iÖn duy tr×

Tøc thêi Tho¸ng qua

§iÖn ¸p thÊp VOLTAGE SAG

§iÖn ¸p lµm viÖc b×nh th-êng

27

CHƯƠNG 2 DAO Đ NG ĐIỆN ÁP V NHẤP NHÁY ĐIỆN ÁP

2.1 Định nghĩa

Thay đổi điện áp, dao động điện áp và nhấp nháy là nh ng thuật ng thường xuyên được s dụng, tuy nhiên sự phân biệt không được rõ ràng gi a các thuật ng này Trước hết phải hiểu đây là các thuật ng chỉ các hiện tượng khác nhau m c dù chúng có thể xảy ra đồng thời Có thể diễn đạt một cách rõ ràng h n các hiện tượng trên như sau:

- Thay đổi điện áp được hiểu là độ lệch điện áp về giá trị hiệu dụng so với giá trị điện áp trung bình khi hệ thống ổn định trong thời gian vài chu k Độ lệch điện

áp này có thể xuất hiện theo chu k ho c không theo chu k Do sự thay đổi điện áp

có thể dễ dàng đo được, ghi lại nên người ta có thể xây dựng được đường cong gi a

sự thay đổi điện áp xung hình ch nhật với mức nhấp nháy điện áp ở ngư ng khó chịu (hình 2.1) Các đường cong đó thể hiện giới hạn có thể chấp nhận được khi một chuỗi sự thay đổi điện áp xung hình ch nhật xảy ra Ngoài ra người ta cũng xây dựng các đường cong với sự thay đổi điện áp hình sin, tam giác và xung dốc Tuy nhiên các đường cong này chỉ giới hạn ở sự biến đổi điện áp có tính chất chu

k , không thể hiện đầy đủ một cách tổng quát khi điện áp thay đổi với xung bất k

- Dao động điện áp được định nghĩa là sự thay đổi theo chu k của điện áp với biên độ không vượt quá 10 Sự dao động này thường ở mức độ thấp h n nhiều so với dải điện áp làm việc của các thiết bị điện nên không ảnh hưởng đến hiệu quả làm việc của thiết bị Tuy nhiên dao động điện áp lại gây ra biến đổi về cường độ chiếu sáng của nguồn sáng

- Hiện tượng nhấp nháy được định nghĩa là sự khó chịu của thị giác người đối với sự thay đổi cường độ chiếu sáng của nguồn sáng Các dao động ánh sáng là hệ quả của việc dao động điện áp gây ra Khó khăn của việc đánh giá nhấp nháy là sự liên quan gi a quan điểm về điện với yếu tố sinh l của con người Hiện tượng nhấp nháy đ c biệt rõ ràng khi tần số trong khoảng từ 8Hz đến 10 Hz

28

Dao động điện áp này có thể xảy ra một lần, nhiều lần, ngẫu nhiên ho c thường xuyên

Hình 2.1 Đường cong giới hạn sự thay đổi điện áp dạng hình chữ nhật

Chất lượng cung cấp điện bị ảnh hưởng đáng kể bởi chất lượng điện áp cung cấp cho khách hàng, nó bị tác động bởi các thông số trên đường dây khác nhau Có thể có các dạng như: sự biến đổi dài hạn của điện áp so với điện áp định mức, điện

áp thay đổi đột ngột, nh ng xung dao động ho c điện áp ba pha không đối xứng

H n n a tính không đồng đều khi tần số thay đổi, sự không tuyến tính của hệ thống hay trở kháng phụ tải làm méo dạng sóng điện áp, các xung nhọn do thu lôi sinh ra cũng có thể lan truyền trong hệ thống cung cấp điện

Nếu dao động điện áp xảy ra với tần số vào khoảng 0,005 Hz đến

35 Hz sẽ dẫn đến sự dao động về ánh sáng có thể được cảm nhận của mắt người Cường độ của nó phụ thuộc vào mức độ của dao động điện áp, tần số với các dao động điện áp xảy ra tu thuộc vào các loại đèn Ngoài ra mức độ ảnh hưởng của nhấp nháy điện áp cũng được xác định bởi các điều kiện môi trường, cũng như trạng thái vật l và tâm l của người tiếp xúc với các hiện tượng này

29

Một dạng khác của dao động điện áp là nếu giá trị tức thời của đường đ c tính điện áp lệch khỏi đường hình sin Dao động xảy ra do sự tăng ho c giảm điện

áp tức thời Hiện tượng này có thể xảy ra ở mọi thời điểm và xuất hiện dài hạn

Hình 2.2 Đường cong điện áp khi có sự tăng giảm điện áp tức thời

Để ngăn ngừa các hiệu ứng có hại cho thiết bị điện của hệ thống trong một mức độ nhất định, luật và các quy định khác nhau đã được đưa ra tu thuộc vào các vùng khác nhau để chắc chắn rằng mức độ của điện áp cung cấp không được ra ngoài dung sai đã quy định Các đ c tính của điện áp cung cấp được chỉ rõ trong các tiêu chuẩn chất lượng điện áp thường được mô tả bởi tần số, độ lớn, dạng sóng và tính đối xứng của điện áp ba pha

Các dao động nhanh của d ng điện cung cấp cho l hồ quang (và các phụ tải lớn khác như các máy nghiền quay và các thiết bị nâng dùng trong vùng mỏ) nhiều lúc đủ lớn để gây nên các dao động bất thường của điện áp trong hệ thống cung cấp điện mà hậu quả là làm cho đèn bị nhấp nháy, các thiết bị thu hình và các thiết bị điện t nhạy cảm với sự thay đổi điện áp bị ảnh hưởng Để hạn chế ảnh hưởng tối thiểu do dao động thất thường của điện áp gây ra, điện áp phải gi dưới mức mà người ta chấp nhận được Giới hạn này gọi là ngư ng “gây khó chịu”

30

Thuật ng “nhấp nháy” điện áp (Voltage Flicker) thường được s dụng để gộp tất cả các hậu quả có hại dao các dao động bất thường của điện áp

2.2 Nguyên nhân xuất hiện

Dao động điện áp và nhấp nháy có thể xuất hiện do nhiều nguyên nhân khác nhau Nó được sinh ra do phụ tải thay đổi đột ngột, do quá trình phóng điện của các thu lôi, do tác động đóng cắt của các van điện t công suất, do hồ quang của các điện cực vì vậy chỉ có thể lan truyền trong phạm vi và thời điểm nhất định, m t khác sự biến đổi tần số thường do các l trung tần, cao tần, l hồ quang sinh ra Tuy nhiên sự lan truyền trong hệ thống không lớn Các nguyên nhân chính có thể được tổng kết như sau:

- Xung đầu ra của thiết bị điều khiển điện t công suất

- Máy hàn

- Sự khởi động các động c

- Xung đầu ra của thiết bị điều khiển nhiệt

- Động c hoạt động với tải đỉnh

- L hồ quang

- Tuabin gió

- Xung đóng cắt tụ điện

Dao động điện áp có thể xuất hiện do sự cố trong hệ thống như sự cố r điện

gi a pha và đất, ngắn mạch chạm đất và ngắn mạch trong hệ thống cung cấp điện Các sự cố này ảnh hưởng đến chất lượng điện tại một nút nào đó của hệ thống phụ thuộc vào vị trí sự cố

Đóng cắt một hệ thống chỉnh lưu lớn hay đóng cắt hệ thống tụ bù công suất phản kháng cũng dẫn đến dao động điện áp Đóng cắt đường dây làm thay đổi các điều kiện về ngắn mạch và có thể dẫn đến quá áp thoáng qua do hệ thống có sự thay đổi về kết cấu Trường hợp sự cố cũng dẫn đến dao động điện áp, thậm chí gián đoạn cung cấp điện Vị trí bị gián đoạn cung cấp điện phụ thuộc vào khoảng cách

2.2.1 L hồ quang

L hồ quang điện xoay chiều là phụ tải xung kích với tính chất phụ tải phi tuyến đ c biệt Khi l hồ quang điện vận hành, d ng điện gây ra d ng hồ quang liên tục thay đổi theo kim loại nóng chảy, đồng thời do quá trình vận hành bị sập liệu, khi điều chỉnh các điện cực, khi thổi ôxy vao l cũng luôn làm cho d ng hồ quang biến đổi nhanh trong phạm vi rộng và không ổn định Qua phân tích thực tế cho thấy d ng điện của l hồ quang điện chứa nhiều sóng hài và c n có d ng điện tần số thấp Chính d ng điện tần số thấp này sẽ tác động tới dao động điện áp ở hệ thống điện cung cấp làm cho điện áp lưới điện liên tục dao động

Ngành công nghiệp luyện kim phát triển vào cuối thế kỷ 20 đồng nghĩa với việc hàng loạt các l hồ quang được đưa vào s dụng ở các khu công nghiệp Công suất của l từ vài chục đến hàng trăm MVA là phụ tải lớn của lưới điện, điện áp thường lấy trực tiếp từ lưới trung thế và cao thế Máy biến áp phục vụ l thường xuyên làm việc ở chế độ thay đổi liên tục từ hở mạch đến ngắn mạch, nhất là giai đoạn khởi động l nên ảnh hưởng rất nhiều đến điện áp của luới cung cấp Hình 2.3 cho thấy sự dao động công suất liên tục của l hồ quang tại thời điểm đầu của quá trình làm nóng kim loại

32

Hình 2.3 Dao động công suất của lò hồ quang xoay chi u công suất 8 M

Hình 2.4 cho thấy d ng điện của l hồ quang xoay chiều công suất 80MVA tại thời điểm đầu của quá trình làm nóng kim loại

Hình 2.4 Dòng điện của lò hồ quang tại thời đi m đầu của quá trình làm nóng kim

loại

Ngày nay do tiến bộ không ngừng của ngành công nghệ điện- điện t nên các l hồ quang điện một chiều được đưa vào s dụng Ưu điểm của l hồ quang điện một chiều là có hiệu suất cao h n so với l hồ quang xoay chiều tư ng đư ng

33

H n n a l hồ quang một chiều gây ra dao động điện áp nhỏ h n so với l hồ quang xoay chiều

Khi kết nối l hồ quang với lưới điện cần phải có sự nghiên cứu tính toán

để tránh các hậu quả gây ra ảnh hưởng đến chất lượng điện của phụ tải này Một cách tiếp cận đ n giản có thể h u ích cho các ước tính ban đầu cho việc hạn chế nhấp nháy điện áp là dựa trên tỉ lệ gi a công suất ngắn mạch của l hồ quang với công suất ngắn mạch của hệ thống cung cấp điện Theo kinh nghiệm, tỉ lệ này là 80

ho c cao h n sẽ hạn chế tư ng đối được vấn đề nhấp nháy điện áp

UIE đề xuất công thức tính toán gần đúng về chỉ tiêu nhấp nháy ngắn hạn

do l hồ quang tại điểm kết nối như sau:

Ssc net là công suất ngắn mạch của hệ thống tại điểm kết nối

Ssc four là công suất ngắn mạch của l hồ quang Nói chung giá trị này thường cao h n so với công suất định mức của máy biến áp l Nó được tính toán ở trạng thái khi l làm việc ở chế độ ngắn mạch, thông thường được cho bởi nhà sản xuất và giá trị gần đúng có thể lấy bằng hai lần công suất định mức của máy biến áp

l

2.2.2 Máy hàn

Máy hàn làm việc trên c sở hiệu ứng Joule, s dụng d ng điện để biến năng lượng nhiệt năng thành nhiệt năng phục vụ cho việc hàn Để thực hiện được việc gia nhiệt đ i hỏi một d ng điện lớn Các máy hàn thường s dụng điện áp nhỏ nên phải s dụng các máy biến áp để hạ điện áp xuống thấp, chúng có thể được kết

34

nối trực tiếp với mạng hạ áp ho c thông qua một máy biến áp có thể cung cấp cho nhiều máy hàn qua mạng lưới trung/cao thế

Máy hàn thường làm việc ở chế độ ngắn hạn l p lại, sau quá trình tăng

d ng điện làm tan chảy kim loại thì lại ở chế độ không tải làm cho điện áp thay đổi Dao động điện áp sinh ra từ đó và ảnh hưởng đến các phụ tải lân cận và thậm chí dẫn đến nhấp nháy

2.2.3 Nồi h i

Nồi h i điện được s dụng trong công nghiệp để tạo ra h i nước, nguyên

l làm việc dựa trên c sở làm nóng bề m t truyền nhiệt làm cho nước bay h i Trong trường hợp khác nước có thể được s dụng như một chất dẫn nhiệt được làm nóng bởi hiệu ứng Joule Trong cả hai trường hợp việc điều khiển nhiệt độ cung với nhu cầu h i nước ở chu k tiếp theo cao h n mà không tiêu thụ năng lượng Việc đó dẫn đến sự thay đổi lớn về điện áp Có thể coi tải nồi h i là một tải thuần trở biến đổi theo chu k dẫn đến dao động điện áp và nhấp nháy

2.2.4 Tụ điện

Tụ điện thường được s dụng để bù công suất phản kháng cho các tải mang tính điện cảm để nâng cao hệ số công suất và giảm tổn thất điện áp, điện năng trên lưới điện Khi đóng cắt tụ có xung điện áp làm ảnh hưởng đến hệ thống điện Đáng chú ở loại tải này là hiện tượng cộng hưởng khi đóng cắt tụ dẫn đến điện áp tăng vọt có thể phá hỏng cách điện gây ra sự cố ngắn mạch Tuy nhiên xác suất xảy

ra hiện tượng cộng hưởng là rất hiếm hoi

2.2.5 Các thiết bị mạng hạ thế

Một số thiết bị điện được cung cấp trực tiếp t mạng hạ thế như thang máy, b m, quạt thông gió, thiết bị nhiệt lạnh…có một ảnh hưởng đáng kể đến dao động và nhấp nháy điện áp khi bật tắt theo chu kì ho c đột ngột

Một trong các nhiễu loạn ở mạng hạ thế là việc khởi động các động c công suất lớn Khi khởi động động c , d ng khởi động tăng cao gây sụt áp, độ sụt áp phụ thuộc vào tỉ lệ gi a d ng điện khởi động và d ng định mức của động c

35

Các thiết bị khác cũng gây ra nhấp nháy trong mạng hạ áp như máy chụp X- quang, máy photocopy khi d ng điện từ 16- 75A

2.2.6 Hệ thống tuabin điện gió

Trong nh ng nă gần đây, nh ng phát triển của công nghệ năng lượng sạch đã đưa điện m t trời, điện gió vào hệ thống điện Xu hướng phát triển các trang trại điện gió với công suất tới hàng trăm MVA, việc khai thác s dụng quy mô lớn của năng lượng điện gió đã trở thành mối quan tâm lớn về việc phát triển và ảnh hưởng của nó đến chất lượng hệ thống điện

Tua bin gió hoạt động và thay đổi công suất phát liên tục phụ thuộc vào tốc

độ gió có thể dẫn đến dao động điện áp tại điểm PCC, ngoài việc biến đổi liên tục thì việc đóng cắt tua bin gió cũng dẫn đến hiện tượng biến động điện áp

IEC 61.400-21 cung cấp thủ tục đánh giá mức độ nhấp nháy dự kiến do các trang trại gió gây ra với lưới điện Tiêu chuẩn này đề xuất một hệ số nhấp nháy cho các hoạt động liên tục của tuabin gió được s dụng để cung cấp một ước tính nhấp nháy trong các trường hợp khác nhau, thêm n a là cung cấp hệ số nhấp nháy khi đóng mở các tuabin gió

2.3 Đánh giá nhấp nháy điện áp

- Mức nhấp nháy điện áp dài hạn (P lt ) được tính từ 12 kết quả đo Pst liên tiếp (trong khoảng thời gian hai (02) giờ), theo công thức:

P

36

Ngoài hai tham số trên là các tham số cho phép đánh giá mức độ nghiêm trọng của nhấp nháy điện áp, một tham số khác cũng có thể được đề cập, đó là sự thay đổi điện áp tư ng đối Sự thay đổi điện áp tư ng đối được biểu diễn bằng giá trị phần trăm ( ) và k hiệu là d hay V/V Tham số này thể hiện độ lệch điện áp hiệu dụng so với điện áp trung bình ở trạng thái ổn định trong một khoảng thời gian Hình 2.5 là một ví dụ của một sóng điện áp hình sin thay đổi hình ch nhật biên độ

40 tại tần số 8,8Hz

Hình 2.5 Sự thay đổi điện áp tương đối d  4 ở tần số 8 8Hz

IEC 61000-3-7 đưa ra kế hoạch mong muốn giá trị giới hạn của Pst và Plt cho mạng trung thế, cao thế và siêu cao thế Tuy nhiên mức độ tư ng thích cho các giá trị này thường thấp h n và được chỉ ra ở bảng 2.2 cho mạng trung và hạ thế

Bảng 2.1 iới hạn P st ; P lt mong muốn cho mạng trung th cao th và siêu cao th

Mạng trung thế Mạng cao thế và siêu cao thế

37

Tại Việt Nam, thông tư 32/2010/TT-BCT Bộ Công thư ng quy định: Trong điều kiện vận hành bình thường, mức nhấp nháy điện áp tại mọi điểm đấu nối không được vượt quá giới hạn quy định trong bảng sau:

Bảng 2.3 Mức nhấp nháy điện áp tại mọi đi m đấu nối

Cấp điện áp Mức nhấp nháy cho phép

P st95% là ngư ng giá trị của Pst sao cho trong khoảng 95% thời gian đo (ít nhất một tuần) và 95% số vị trí đo Pst không vượt quá giá trị này

P lt95% là ngư ng giá trị của Plt sao cho trong khoảng 95% thời gian đo (ít nhất một tuần) và 95% số vị trí đo Plt không vượt quá giá trị này

Độ dao động điện áp tư ng đối tại điểm kết nối chung hạ thế, trung thế và cao thế được quy định tại bảng 5.3 Các giá trị cao h n được quy định trong các trường hợp đ c biệt [4]

Bảng 2.4 Độ dao động điện áp tương đối cho phép

38

2.3.2 Phư ng pháp đánh giá nhấp nháy điện áp

Phư ng pháp đánh giá l tưởng và chính xác nhất là phư ng pháp đo trực tiếp bằng các thiết bị đo nhấp nháy điện áp Tuy nhiên đây là phư ng pháp s dụng

để đánh giá một hệ thống và tải có s n, đang hoạt động Vì vậy nó không được áp dụng trong các giai đoạn thiết kế ho c lập kế hoạch cho quá trình xây dựng hệ thống Trong một số trường hợp, việc tính toán thiết kế dự toán là cần thiết để đảm bảo mức độ nhấp nháy điện áp không vượt quá các giá trị quy định và đề ra chiến lược để giảm thiểu trong trường hợp cần thiết

Để giải quyết bài toán dự báo nhấp nháy điện áp, ta có thể s dụng phư ng pháp tính toán dựa theo các bước sau [2]:

- Tính toán độ thay đổi điện áp lớn nhất gây ra bởi tải

- Tính toán độ nghiêm trọng của nhấp nháy điện áp dựa vào sự thay đổi điện áp

- p dụng cho từng nguồn và tính toán tổng hợp từ nhiều nguồn

2.3.2.1 Đánh giá độ thay đ i điện áp

Căn cứ vào các số liệu về nguồn điện cung cấp và tải tiêu thụ có thể tính toán được độ lệch điện áp tư ng đối Với mạng điện ba pha cân bằng, độ lệch điện áp

tư ng đối gi a pha- pha và gi a pha với đất là như nhau và được tính bởi công thức:

.100% i.100%

sc

S U

Trong đó Rs là điện trở hệ thống, Xs là điện kháng hệ thống

Một số tải được coi như tải thuần trở (ví dụ như các l điện trở, nồi h i) ta có thể tính độ sụt áp như sau:

2

.100%

N

d U

2.3.2.2 T nh toán mức độ nghiêm trọng c a nhấp nháy điện áp

Sau khi tính toán được độ thay đổi điện áp tư ng đối, Pst có thể được tính bằng hai phư ng pháp sau:

a Phương pháp s dụng đường cong

Phư ng pháp này s dụng dựa trên thực tế là mức độ nhấp nháy là một tham

số tuyến tính với độ sụt áp tư ng đối gây ra cho nó Để áp dụng phư ng pháp này cần phải biết được đột sụt áp tư ng đối d và tỉ lệ l p lại của sự biến động điện áp r (r được định nghĩa là số lần điện áp biến động trong một phút) Nếu dao động điện áp được gây ra bởi một tần số nào đó thì cứ 1Hz tư ng ứng với hai thay đổi mỗi giây Căn cứ vào đường cong giới hạn độ biến động điện áp tư ng đối ứng với độ nhấp nháy ngắn hạn Pst0 = 1 (hình 2.6) cho biết giá trị d0 Từ đó ta có thể tính toán được mức độ nhấp nháy ngắn hạn theo công thức sau:

40

Hình 2.6 Đường cong giới hạn độ bi n thiên điện áp với số lần điện áp thay đổi

trong 1 ph t ứng với P st = 1

b Phương pháp phân tích

Phư ng pháp này được giới thiệu theo tiêu chuẩn IEC 61000-3-3 dựa trên c

sở tính toán thời gian nhấp nháy điện áp t f Giá trị này được tính như sau: