Đánh giá các giải pháp nâng cao chất lượng điện và giảm tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối (áp dụng cho đường dây 370 trạm 110KV trình xuyên nam định)

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CLĐA : Chất lượng điện áp CLĐN : Chất lượng điện năng CSPK : Công suất phản kháng CSTD : Công suất tác dụng ĐADT : Điện áp dưới tải ĐCĐA : Điều chỉnh điện áp ĐC

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi, có sử dụng những kết quả nghiên cứu của nhiều nhà khoa học lớn Các số liệu, kết quả tính toán trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong các công trình khoa học khác

Tác giả

Bùi Quốc Thắng

Trước hết, tác giả xin chân thành cảm ơn Viện đào tạo Sau Đại học, Viện điện, Bộ môn Hệ thống điện, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tận tình giúp đỡ trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Đinh Quang Huy, người đã định hướng, chỉ bảo và hết lòng tận tụy, dìu dắt tác giả trong suốt quá trình học tập

và nghiên cứu đề tài

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến những người thân trong gia đình, bạn bè

và đồng nghiệp đã động viên, cổ vũ tác giả trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu khoa học Nếu không có những sự giúp đỡ này thì chỉ với sự cố gắng của bản thân tác giả sẽ không thể thu được những kết quả như mong đợi

Tác giả xin chân thành cảm ơn!

Tác giả luận văn

Bùi Quốc Thắng

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 7

DANH MỤC CÁC BẢNG 9

MỞ ĐẦU 10

CHƯƠNG 1: 12

TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG 12

1.1 Khái niệm về chất lượng điện năng 12

1.2 Các tiêu chuẩn về chất lượng điện năng 14

1.2.1 Chất lượng tần số 14

1.2.2 Chất lượng điện áp 16

CHƯƠNG 2: 22

CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN 22

TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI 22

2.1 Nhóm các biện pháp tổ chức quản lý vận hành 22

2.2 Nhóm các biện pháp kỹ thuật 23

2.3 Điều chỉnh điện áp 24

2.4 Bù công suất phản kháng 25

2.4.1 Quan hệ giữa công suất phản kháng và điện áp 25

2.4.2 Phương pháp bù công suất phản kháng 26

2.5 Nâng cao chất lượng điện bằng cách khử sóng hài 28

2.5.1 Dùng cuộn kháng triệt sóng hài 28

2.5.2 Dùng các mạch lọc 31

2.6 Đối xứng hóa lưới điện 32

2.6.1 Đối xứng hóa bằng các phần tử tĩnh 32

2.6.2 Đối xứng hóa bằng máy điện quay 42

2.7 Đánh giá các biện pháp nâng cao chất lượng điện trong lưới phân phối 43

CHƯƠNG 3: 46

CÁC GIẢI PHÁP GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG 46

TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 46

3.1 Các biện pháp giảm tổn thất điện năng 46

3.1.1 Biện pháp quản lý kinh doanh 46

3.1.2 Biện pháp kỹ thuật 46

3.2 Bài toán tái cấu trúc lưới điện 47

3.2.1 Phân bố kinh tế công suất trong mạng điện kín 47

3.2.2 Sự cần thiết phải tái cấu trúc lưới điện 50

3.2.3 Hàm mục tiêu của tái cấu trúc lưới 52

3.2.4 Phương pháp xác định điểm mở tối ưu 53

3.3 Bài toán bù công suất phản kháng 54

3.3.1 Sự cần thiết của bù công suất phản kháng 54

3.3.2 Hàm mục tiêu tổng quát của bài toán bù kinh tế 55

3.3.3 Bài toán bù kinh tế theo phương pháp dòng tiền tệ 59

3.3.4 Hiện tượng quá bù công suất phản kháng 61

3.4 Phối hợp tái cấu trúc lưới điện và bù công suất phản kháng 63

CHƯƠNG 4: 64

NGHIÊN CỨU GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG BẰNG PHẦN MỀM PSS/ADEPT TRÊN ĐƯỜNG DÂY 370 - E3.1 64

LƯỚI ĐIỆN TỈNH NAM ĐỊNH 64

4.1 Tổng quan lưới điện trung thế Tỉnh Nam Định 64

4.1.1 Vị trí địa lý 64

4.1.2 Tổng quan lưới điện trung thế 65

4.1.3 Kết quả sản xuất kinh doanh trong các năm 2010 đến 2013 65

4.1.4 Thành phần phụ tải 66

4.1.5 Đường dây 370 - Trạm 110kV Trình Xuyên Nam Định 67

4.2 Xây dựng sơ đồ tính toán 67

4.2.1 Thiết lập các thống số của đường dây và máy biến áp 69

4.2.2 Bài toán tái cấu trúc lưới điện (TOPO) 71

4.2.3 Bài toán bù công suất phản kháng (CAPO) 73

4.3 Bài toán phân bố công suất ở phương thức vận hành hiện tại 78

4.3.1 Xây dựng đồ thị phụ tải lộ đường dây 370-E3.1 78

4.3.2 Kết quả phân bố công suất ở chế độ vận hành hiện tại 80

4.4 Bài toán 1: Bù công suất phản kháng cho cấu trúc lưới điện hiện tại 80

4.4.1 Xác định vị trí và dung lượng bù tại thời điểm thấp điểm 80

4.4.2 Xác định vị trí và dung lượng bù tại thời điểm cao điểm 82

4.5 Bài toán 2: Tái cấu trúc lưới điện kết hợp bù công suất phản kháng 84

4.5.1 Tái cấu trúc lưới điện lựa chọn phương thức vận hành tối ưu 84

4.5.2 Bù công suất phản kháng (CAPO) cho phương thức vận hành tối ưu 85

4.6 Kết luận 87

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

PHỤ LỤC 1 91

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CLĐA : Chất lượng điện áp CLĐN : Chất lượng điện năng CSPK : Công suất phản kháng CSTD : Công suất tác dụng ĐADT : Điện áp dưới tải ĐCĐA : Điều chỉnh điện áp

ĐCKĐB : Động cơ không đồng bộ

TCTĐL : Tổng Công ty Điện lực

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Sự biến đổi đặc tính momen của động cơ điện không đồng bộ 19

Hình 1.2: Đồ thị thời gian phục vụ của đèn và quang thông 20

Hình 1.3: Sự ảnh hưởng của điện áp đối với công suất 21

Hình 2.1: Hiệu quả của bù dọc 27

Hình 2.2: Sơ đồ đơn tuyến và sơ đồ tương đương LC 29

Hình 2.3: Tổng trở của mạng điện khi lắp cuộn cảm triệt hài 30

Hình 2.4: Mạch lọc thụ động 31

Hình 2.5: Phụ tải ba pha không đối xứng nối tam giác 34

Hình 2.6: Phụ tải ba pha không đối xứng nối sao 35

Hình 2.7: Mô hình hóa phụ tải 3 pha không đối xứng bất kỳ 36

Hình 2.8: Sơ đồ đối xứng hóa một phần tử 38

Hình 2.9: Thiết bị đối xứng hai phần tử 39

Hình 2.10: Sơ đồ đối xứng hóa ba phần tử 41

Hình 3.1: Sự phân bổ công suất trong mạng kín 48

Hình 3.2: Lưới điện kín vận hành hở 51

Hình 4.1: Thành phần phụ tải tỉnh Nam Định 66

Hình 4.2: Sơ đồ lưới điện đường dây 370 – E3.1 trên nền PSS/ADEPT 68

Hình 4.3: Thư viện thiết lập 69

Hình 4.4: Thẻ thiết lập thông số đường dây 69

Hình 4.5: Thẻ thiết lập thông số MBA 69

Hình 4.6: Cửa sổ khai báo tham số lưới điện 70

Hình 4.7: Công cụ thiết lập sơ đồ lưới điện 70

Hình 4.8: Giao diện hiển thị trào lưu công suất 71

Hình 4.9: Thuật toán xác định điểm mở tối ưu TOPO 72

Hình 4.10: Lưu đồ thuật toán bù công suất phản kháng 73

Hình 4.11: Các tùy chọn trong hộp thoại CAPO 74

Hình 4.12: Các chỉ tiêu kinh tế 76

Hình 4.13: Đồ thị phụ tải ngày điển hình của lộ 370-E3.1 78 Hình 4.14: Thẻ phân loại phụ tải 79 Hình 4.15: Thẻ xây dựng đồ thị phụ tải 79

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 4.1: Kết quả hoạt động sản xuất kinh doanh từ năm 2010-2013 66

Bảng 4.2: Thông số kỹ thuật TBA 110 kV - E3.1 Vụ Bản 67

Bảng 4.3: Thiết lập thông số kinh tế cho bài toán CAPO 77

Bảng 4.4: Phương thức vận hành hiện tại 80

Bảng 4.5: Công suất và tổn thất công suất ở phương thức vận hành hiện tại 80

Bảng 4.6: Kết quả phân tích thông số vận hành lưới điện tại thời điểm thấp điểm 81 Bảng 4.7: Dung lượng bù trung áp tại các nút cho cấu trúc lưới điện hiện tại 83

trong chế độ vận hành cực đại 83

Bảng 4.8: Độ giảm tổn thất công suất sau CAPO cho bài toán 1, chế độ cực đại 83

Bảng 4.9: Phương thức vận hành cơ bản tối ưu 84

Bảng 4.10: Công suất và tổn thất công suất ở phương thức vận hành tối ưu 85

Bảng 4.11: Dung lượng bù trung áp tại các nút, chế độ cực đại 85

Bảng 4.12: Phân bố công suất sau khi bù trung áp 86

Bảng 4.13: Tổn thất công suất sau TOPO, CAPO chế độ cực đại 86

Bảng 4.14: Tổn thất công suất sau TOPO, CAPO chế độ cực tiểu 86

Bảng 4.15: So sánh độ giảm tổn thất điện năng giữa 2 bài toán 87

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Xã hội càng phát triển thì nhu cầu sử dụng điện năng ngày càng tăng Do đó đòi hỏi ngành điện phải đảm bảo cung cấp điện cho khách hàng ngày càng tốt hơn Không chỉ đảm bảo tính liên tục cung cấp điện mà điện năng được cung cấp phải đảm bảo chất lượng

Sau khi Việt Nam gia nhập WTO, các nhà đầu tư nước ngoài đã đầu tư vào Việt Nam ở nhiều lĩnh vực, chủ yếu là công nghiệp nên nhu cầu cung cấp điện với chất lượng cao là nhiệm vụ thiết yếu của ngành điện

Do đó việc nâng cao chất lượng điện đặc biệt là trong lưới điện phân phối mang một ý nghĩa chiến lược và cần sự phối hợp nhận thức của toàn xã hội

Trước những yêu cầu đó ngoài việc mở rộng, phát triển nguồn điện thì vấn

đề nghiên cứu, đưa ra các giải pháp đảm bảo các thông số chất lượng điện, giảm tổn thất điện năng là một vấn đề cấp bách hiện nay

2 Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn

Do tầm quan trọng của việc đảm bảo chất lượng điện năng, trong phạm vi của đề tài này để nghiên cứu các chỉ tiêu đặc trưng cho chất lượng điện năng trong lưới điện phân phối như: điện áp ở nút phụ tải, tổn thất công suất và điện năng trên lưới điện, độ tin cậy cung cấp điện đối với hộ tiêu thụ… nguyên nhân làm giảm chất lượng điện năng, từ đó phân tích, tìm ra những giải pháp nâng cao chất lượng điện năng, giảm tổn thất điện năng đối với lưới điện phân phối

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu các giải pháp nâng cao chất lượng điện năng của lưới phân phối nói chung và ứng dụng vào một xuất tuyến của lưới phân phối Nam Định

Tác giả tập đi trung nghiên cứu 2 phương pháp: tái cấu trúc lưới và bù công suất phản kháng nhằm giải quyết bài toán giảm tổn thất điện năng đang đặt ra với ngành điện

Đồng thời luận văn ứng dụng một số Option của phần mềm PSS/ADEPT để giải bài toán giảm tổn thất điện năng trên lưới điện cụ thể nhằm minh chứng cho các luận điểm nghiên cứu

4 Ý nghĩa khoa học và thực hiện

Trong thời đại Công nghiệp hóa - Hiện đại hóa, năng lượng là nguồn lực chủ yếu của sự phát triển kinh tế và xã hội Trong đó điện năng đóng vai trò cực kỳ quan trọng, là nguồn năng lượng được sử dụng rất rộng rãi trong mọi hoạt động của con người

Trong quá trình truyền tải điện năng từ nới sản xuất đến nới tiêu thụ lượng điện năng tổn thất rất lớn… Các khảo sát gần đây cho thấy tổn thất trong truyền tải

và phân phối trong một số lưới điện có thể lớn hơn 10% tổng sản lượng điện năng Chất lượng điện áp ở một số nút trong lưới điện không đáp ứng tiêu chuẩn, độ tin cậy cung cấp điện rất thấp… Bài toán chất lượng điện năng là bài toán khó của ngành điện Nhất là trước tình hình thực tế như hiện nay, công nghiệp sử dụng điện ngày càng tăng, lượng điện năng sản xuất không đáp ứng đủ nhu cầu, tình hình thiếu điện năng ngày càng trầm trọng nhất là vào mùa khô Do đó, nếu nâng cao được chất lượng điện năng để hệ thống điện hoạt động hiệu quả hơn sẽ góp phần tích cực đưa nền kinh tế đất nước phát triển bền vững

5 Nội dung chính của luận văn: gồm 04 chương

Chương 1: Tổng quan về chất lượng điện năng

Chương 2: Các biện pháp nâng cao chất lượng điện trong lưới phân phối Chương 3: Các giải pháp giảm tổn thất điện năng trong lưới điện phân phối Chương 4: Nghiên cứu giảm tổn thất điện năng bằng phần mềm PSS/ADEPT trên đường dây 370 - E3.1 lưới điện tỉnh Nam Định

cơ bản như điện áp, dòng điện, tần số

Định nghĩa về chất lượng điện năng được sử dụng rộng rãi trong hệ thống điện Sự gia tăng ứng dụng của các thiết bị điện tử và các máy phát phân phối đã làm tăng sự quan tâm đến chất lượng điện năng trong những năm gần đây Đảm bảo chất lượng điện năng là phải đảm bảo ổn định về điện áp và tần số Chỉ cần một trong các yếu tố trên không đảm bảo, chất lượng điện năng sẽ không đảm bảo

Hệ thống điện Việt Nam gồm có các nhà máy điện, các lưới điện, các hộ tiêu thụ được liên kết với nhau thành một hệ thống để thực hiện 4 quá trình sản xuất, truyền tải, phân phối và tiêu thụ điện năng trong lãnh thổ Việt Nam Hệ thống điện Việt Nam có nhiều cấp điện áp định mức khác nhau: 500kV, 220kV, 110kV, 64kV, 35kV, 22kV, 15kV, 10kV, 6kV, 0.4kV với tần số định mức là 50Hz Trong khi tần

số là đại lượng mang tính hệ thống thì điện áp lại không đồng nhất tại các điểm khác nhau trong hệ thống Trong cùng một cấp điện áp, điện áp ở xa nguồn thường

có giá trị nhỏ hơn ở những điểm gần nguồn do tồn tại tổn thất điện áp trong mạng điện Các thiết bị dùng điện đều được thiết kế để làm việc với giá trị tần số định mức của Hệ thống điện và giá trị điện áp định mức thường bằng hoặc lân cận giá trị định mức của một cấp điện áp phân phối nào đó Nếu thiết bị dùng điện được cung cấp ở tần số định mức của hệ thống điện và với điện áp định mức của thiết bị đó thì chất lượng điện năng sẽ được đảm bảo

Chất lượng điện năng được xem là đảm bảo nếu tần số và điện áp biến đổi trong phạm vi cho phép quanh giá trị định mức vì dao động về tần số có thể do

những dao động hay nhiễu loạn của hệ thống trong quá trình vận hành Phạm vi này được quy định trên cơ sở đảm bảo điều kiện làm việc bình thường của thiết bị dùng điện và các tiêu chuẩn về độ lệch điện áp và tần số Khi các giá trị thực tế của điện

áp và tần số vượt ra ngoài độ lệch cho phép phải tiến hành các biện pháp điều chỉnh

Các chỉ tiêu chất lượng điện năng liên quan chặt chẽ với sự cân bằng công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q trong hệ thống điện

Có thể tăng thêm nguồn công suất phản kháng Q bằng các thiết bị bù hoặc phân bố lại công suất phản kháng Q, khi trong hệ thống điện có hiện tượng thừa cục

bộ

Việc điều chỉnh điện áp trong mạng điện rất phức tạp Mỗi mức cân bằng P

và Q trong hệ thống điện xác định một giá trị của tần số và điện áp Khi sự cân bằng

bị phá vỡ tần số và điện áp sẽ biến đổi cho đến khi xác lập sự cân bằng mới, ứng với các giá trị xác lập mới của tần số và điện áp

Quá trình biến đổi của công suất và các chỉ tiêu chất lượng điện năng khi cân bằng công suất bị phá hoại xảy ra rất phức tạp vì giữa chúng có quan hệ tương hỗ

Vì thế để giải quyết các vấn đề thực tế phải đưa ra những điều kiện lý tưởng hóa làm đơn giản bài toán Những điều kiện đó là sự thay đổi cân bằng công suất P ảnh hưởng chủ yếu đến tần số, còn sự cân bằng công suất Q ảnh hưởng chủ yếu đến điện áp

Điều kiện cần thiết để có điều kiện điều chỉnh được tần số và điện áp là trong

hệ thống điện phải có đủ công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q để đáp ứng nhu cầu luôn biến đổi của phụ tải và bù vào tổn thất trong quá trình sản xuất và truyền tải điện năng

Điều chỉnh tần số có thể thực hiện tập trung ở bất kỳ nhà máy điện nào, ngược nào điều chỉnh điện áp không thể tiến hành tập trung mà phải thực hiện ở chỗ thiếu công suất phản kháng Q

Điều chỉnh điện áp có thể thay đổi cân bằng công suất tác dụng P và cân bằng công suất phản kháng Q nhưng chủ yếu được thực hiện bằng cách thay đổi cân bằng công suất phản kháng Q

1.2 Các tiêu chuẩn về chất lượng điện năng

1.2.1 Chất lượng tần số

Tần số là một trong những tiêu chuẩn để đánh giá chất lượng điện năng Tốc

độ quay và năng suất làm việc của các động cơ đồng bộ và không đồng bộ phụ thuộc vào tần số của dòng điện xoay chiều Khi tần số giảm thì năng suất của chúng cũng bị giảm thấp Tần số tăng cao dẫn đến sự tiêu hao năng lượng quá mức Do vậy và do một số nguyên nhân khác, tần số luôn được giữ ở định mức

1.2.1.1 Độ lệch tần số

Độ lệch tần số so với tần số định mức:

100%

dm dm

f f



Độ lệch tần số phải nằm trong giới hạn cho phép

fmin  f  fmax (1.2) Tần số phải luôn nằm trong giới hạn cho phép

Đối với hệ thống điện Việt Nam, trị số định mức của tần số được quy định là 50Hz Độ lệch cho phép khỏi trị số định mức là  0,1Hz

1.2.1.3 Biện pháp giữ ổn định tần số

Tần số là một trong những tiêu chuẩn để đánh giá chất lượng điện năng Tốc

độ quay và năng suất làm việc của các động cơ đồng bộ và không đồng bộ phụ thuộc vào tần số của dòng xoay chiều Khi tần số giảm thì năng suất của chúng cũng

bị giảm thấp Tấn số tăng cao dẫn đến sự tiêu hao năng lượng quá mức

Khi có sự cân bằng công suất thì tần số được giữ không đổi Nhưng vào mỗi thời điểm tùy thuộc số lượng hộ tiêu thụ được nối vào và tải của chúng, phụ tải của

hệ thống điện liên tục thay đổi làm phá hủy sự cân bằng công suất và làm tần số luôn biến động Để duy trì tần số định mức trong hệ thống điện yêu cầu phải thay đổi công suất tác dụng một cách tương ứng và kịp thời

Như vậy vấn đề điều chỉnh tần số liên quan chặt chẽ với điều chỉnh và phân phối công suất tác dụng giữa các tổ máy phát và giữa các nhà máy điện Tần số được điều chỉnh bằng cách thay đổi lượng hơi hoặc nước đưa vào tuốc-bin Khi thay đổi lượng hơi hoặc nước vào tuốc-bin, công suất tác dụng của máy phát cũng thay đổi

Khi xảy ra sự thiếu hụt công suất tác dụng làm giảm thấp tần số trong hệ thống điện, nếu còn công suất tác dụng dự trữ thì hệ thống điều chỉnh tần số và công suất đã xét ở trên sẽ hoạt động để duy trì được mức tần số định trước Tuy nhiên, sau khi huy động toàn bộ công suất tác dụng dự trữ có thể có trong hệ thống điện nếu tần số vẫn không được khôi phục, thì biện pháp duy nhất có thể áp dụng lúc ấy

là cắt bớt một số phụ tải ít quan trọng nhất Vì vậy để giữ ổn định tần số thì nguồn phát phải có độ dự trữ công suất đủ lớn trong hệ thống, các nhà máy điện đã trang bị các hệ thống tự động điều chỉnh tần số rất nhanh khi xảy ra sự thiếu hụt công suất tác dụng làm giảm thấp tần số trong hệ thống điện

Về phương diện quản lý của các Công ty Điện lực, để giữ ổn định tần số thì biện pháp tăng cao độ dự trữ công suất tác dụng của nguồn phát đồng nghĩa là giảm tổn thất công suất tác dụng trên lưới điện xuống mức thấp nhất Vì vậy, trong lưới điện phân phối để nâng cao chất lượng điện năng qua chỉ tiêu tần số thì biện pháp giảm tổn thất công suất được áp dụng Để giảm tổn thất công suất thì bài toán tái cấu trúc lưới điện và bù công suất phản kháng được lựa chọn nghiên cứu trong luận văn

1.2.2 Chất lượng điện áp

1.2.2.1 Tiêu chuẩn điện áp

Duy trì điện áp định mức là một trong những yêu cầu cơ bản để đảm bảo chất lượng điện năng của hệ thống điện Chất lượng điện năng được đặc trưng bằng các giá trị quy định của điện áp và tần số trong hệ thống điện Chất lượng điện năng ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của các thiết bị dùng điện Các thiết bị dùng điện chỉ có thể làm việc với hiệu quả tốt trong trường hợp điện năng có chất lượng điện năng cao Tần số của dòng điện được điều khiển trong phạm vi toàn hệ thống Các chỉ tiêu chính của chất lượng điện áp là độ lệch điện áp, dao động điện áp, sự không đối xứng, độ không hình sin của đường cong điện áp và độ không cân bằng

a) Độ lệch điện áp U

- Độ lệch điện áp tại một điểm trong hệ thống cung cấp điện là độ chênh lệch giữa điện áp thực tế Ut và điện áp định mức Uđm với điều kiện là tốc độ biến thiên của điện áp nhỏ hơn 1% Uđm/s, được tính như sau:

đm đm t

- Trên cực của các thiết bị chiếu sáng từ -2,5  5%

- Trên các cực của động cơ, các thiết bị mở máy từ -5  10%

- Trên các thiết bị còn lại từ -5  5%

- Trong các trạng thái sự cố, cho phép tăng giới hạn trên thêm 2,5% và giảm giới hạn dưới thêm 5%

Điều chỉnh điện áp theo độ lệch

Chất lượng điện năng của hệ thống điện chủ yếu là tần số và điện áp Khi đảm bảo sự cân bằng giữa công suất phát từ các nguồn điện và nhu cầu phụ tải, chế

độ làm việc ổn định của hệ thống điện được xác lập Điều đó được thể hiện bởi các giá trị duy trì của tần số trong hệ thống và điện áp tại các nút chủ yếu của mạng điện cao áp và đây cũng là hai trong tập thông số trạng thái của hệ thống điện

Tần số là một thông số có tính chất hệ thống Ngược lại việc quản lý chất lượng điện áp về nguyên tắc phải được thực hiện phân tán và theo nhiều cấp khác nhau trong mạng điện nhằm đạt các chỉ tiêu về độ lệch tuyệt đối so với giá trị điện

áp yêu cầu, về khoảng thời gian xảy ra độ lệch, về hậu quả của độ lệch Nghĩa là đây cần đánh giá sự kiện sai lệch về chất lượng điện áp trong không gian 3 chiều: chiều rộng của cường độ, chiều dài của thời gian (còn gọi là đánh giá tích phân) và chiều sâu của hiệu quả (thiệt hại kinh tế) Tuy nhiên những chỉ tiêu trên đây được thực hiện trong những ràng buộc cụ thể về cấu trúc hệ thống, khả năng thiết bị, vốn đầu tư…

Điều chỉnh điện áp theo độ lệch là nhằm đảm bảo sao cho độ lệch điện áp so với điện áp định mức ở tất cả các thiết bị dùng điện nằm trong phạm vi cho phép Chất lượng điện áp phải được đảm bảo ở mạng điện hạ áp phía sau TPP, và phải được đảm bảo trên cực các thiết bị dùng điện sử dụng điện áp cao hơn nếu có

b) Dao động điện áp dU

- Dao động điện áp là sự biến thiên của điện áp xảy ra trong khoảng thời gian tương đối ngắn Phụ tải chịu ảnh hưởng của dao động điện áp không những về biên

độ dao động mà cả về tần số xuất hiện của dao động đó

- Nguyên nhân chủ yếu là do mở máy các động cơ lớn, ngắn mạch trong hệ thống điện, các phụ tải lớn làm việc đòi hỏi sự đột biến về tiêu thụ công suất tác dụng và phản kháng, các lò điện hồ quang, các máy hàn, các máy cán thép cỡ lớn… thường gây ra dao động điện áp

x đm

Trong đó: Umax : điện áp hiệu dụng lớn nhất

Umin : điện áp hiệu dụng nhỏ nhất

Uđm : điện áp danh định

- Tiêu chuẩn quy định:

+ Tần suất xuất hiện 2 – 3 lần/ giờ thì dU = 3  5% Uđm

+ Tần suất xuất hiện 2 – 3 lần/ phút thì dU = 1  1,5% Uđm

+ Tần suất xuất hiện 2 – 3 lần/ giây thì dU = 0, 5% Uđm

c) Độ không đối xứng K 2

- Xuất hiện khi có điện áp thứ tự nghịch (TTN)

- Khi điện áp TTN lớn thì độ không đối xứng cao

1.2.2.2 Ảnh hưởng điện áp đến sự làm việc của phụ tải

Hệ thống điện cần phải đảm bảo cung cấp cho các hộ tiêu thụ điện năng có chất lượng Nếu chất lượng điện năng vượt ra ngoài giới hạn quy định thì thiết bị điện có thể sẽ bị sự cố hư hỏng, giảm tuổi thọ hoặc làm việc kém hiệu quả và không kinh tế Sau đây ta xét ảnh hưởng của điện áp đến sự làm việc của các phụ tải thông dụng trong thực tế như sau:

a) Đối với động cơ

- Moment của động cơ không đồng bộ tỉ lệ thuận với bình phương điện áp U đặt vào động cơ

- Đối với động cơ đồng bộ, khi điện áp thay đổi làm cho moment quay thay đổi, khả năng phát công suất phản kháng của máy phát và máy bù đồng bộ giảm đi

khi điện áp giảm quá 5% so với định mức, vì các máy phát và máy bù đồng bộ được thiết kế để giữ nguyên khả năng phát công suất phản kháng khi điện áp thay đổi ít

- Hình (1.1) biểu diễn sự thay đổi đặc tính moment của động cơ điện không đồng bộ khi điện áp thay đổi

Hình 1.1: Sự biến đổi đặc tính momen của động cơ điện không đồng bộ

b) Đối với các thiết bị chiếu sáng

Các thiết bị chiếu sáng rất nhạy cảm với điện áp, khi điện áp giảm 2,5% thì quang thông của đèn dây tóc giảm 9%, đối với đèn huỳnh quang khi điện áp tăng 10% thì tuổi thọ của nó giảm 20% - 25%, với các đèn có khí khi điện áp giảm xuống quả 20% định mức thì nó sẽ tắt và nếu duy trì độ tăng điện áp kéo dài thì nó

có thể cháy bóng đèn Đối với đèn hình, khi điện áp nhỏ hơn 95% điện áp định mức thì chất lượng hình ảnh bị méo mó Các đài phát hoặc thu vô tuyến, các thiết bị liên lực bưu điện, các thiết bị tự động hóa rất nhạy cảm với sự thay đổi của điện áp Chính vì thế độ lệch điện áp cho phép đối với các thiết bị chiếu sáng và điện tử được quy định nhỏ hơn so với các thiết bị điện khác

Hình 1.2: Đồ thị thời gian phục vụ của đèn và quang thông

c) Các dụng cụ đốt nóng, các bếp điện trở

- Công suất tiêu thụ đối với các thiết bị 1 pha là:

2 p

d) Đối với nút phụ tải tổng hợp

- Khi thay đổi điện áp ở nút phụ tải tổng hợp bao gồm các phụ tải thành phần thì công suất tác dụng và phản kháng do nó sử dụng cũng biến đổi theo đường đặc tính tĩnh của phụ tải (hình 1.3)

- Từ (hình 1.3) ta thấy công suất tác dụng ít chịu ảnh hưởng của điện áp so với công suất phản kháng Khi điện áp giảm thì công suất tác dụng và công suất phản kháng đều giảm đến một giá trị điện áp giới hạn Ugh nào đó, nếu điện áp tiếp tục giảm thì công suất phản kháng tiêu thụ tăng lên hậu quả sẽ làm cho điện áp lại

càng giảm và phụ tải ngừng làm việc (hiện tượng này gọi là hiện tượng Tháp điện

áp có thể xảy ra với một nút phụ tải hoặc toàn bộ hệ thống điện khi điện áp giảm

xuống 70% - 80% so với điện áp định mức ở nút phụ tải) Đây là một sự cố vô cùng nguy hiểm cần phải tiên đoán để tìm biện pháp ngăn chặn kịp thời

Hình 1.3: Sự ảnh hưởng của điện áp đối với công suất

e) Đối với hệ thống điện

- Sự biến đổi điện áp ảnh hưởng đến các đặc tính kỹ thuật của bản thân hệ thống điện:

+ Điện áp giảm sẽ làm giảm công suất phản kháng do máy phát điện và các thiết bị bù sinh ra

+ Đối với máy biến áp, khi điện áp tăng, làm tăng tổn thất không tải, tăng độ cảm ứng từ trong lõi thép và có thể dẫn đến nguy hiểm do máy phát nóng cục bộ, khi điện áp tăng quá cao sẽ chọc thủng cách điện

+ Đối với đường dây, điện áp tăng cao làm tăng công suất vầng quang ở các đường dây siêu cao áp

CHƯƠNG 2:

CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN

TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI

Do lưới điện phân phối ở nước ta có nhiều cấp điện áp khác nhau và phương thức cấp điện phức tạp cho nên việc đưa ra một biện pháp để nâng cao chất lượng điện cần được tính toán phân tích kỹ lưỡng cả về hai mặt là đáp ứng về kỹ thuật và hiệu quả về kinh tế Với những đặc trưng của mạng điện phân phối chúng ta có thể phân ra 2 nhóm biện pháp chính để nâng cao chất lượng điện:

2.1 Nhóm các biện pháp tổ chức quản lý vận hành

Các biện pháp tổ chức quản lý vận hành không đòi hỏi chi phí lớn Nhưng yêu cầu người thực hiện phải hiểu rõ về sơ đồ và tình trạng làm việc của lưới điện vận hành Nhóm này bao gồm các biện pháp chính sau:

1 Phân bố phụ tải hợp lý:

Việc phân bố phụ tải hợp lý sẽ làm san bằng đồ thị phụ tải, giảm sự chênh lệch phụ tải và hao tổn điện áp tại hai thời điểm phụ tải cực đại và cực tiểu, dẫn đến giảm chênh lệch về độ lệch điện áp tại hai thời điểm này Như vậy sẽ làm giảm khoảng giới hạn của độ lệch điện áp và nâng cao hiệu suất sử dụng của lưới điện

2 Chọn sơ đồ cấp điện hợp lý:

Sơ đồ cung cấp điện hợp lý nhằm giảm tối đa các thông số R, X trong lưới điện, làm giảm tối đa hao tổn điện áp dẫn đến giảm độ lệch điện áp tại các nút của lưới điện

Hoàn thiện cấu trúc lưới để vận hành với tổn thất nhỏ nhất Vấn đề này đòi hỏi vốn đầu tư, tuy nhiên phụ thuộc vào địa hình và mật độ phụ tải của lưới Nói chung đây là giải pháp khó đạt hiệu quả cao đối với những tuyến dây hiện hữu, chỉ thực hiện có hiệu quả với những tuyến dây mới, đang trong giai đoạn đầu tư

3 Chọn điện áp ở đầu vào thiết bị điện thích hợp:

Thông thường máy biến áp và đường dây được tính toán lựa chọn theo chế

độ tải cực đại và cực tiểu Nhưng phụ tải thực tế trong quá trình vận hành tại phần lớn thời gian lại khác chế độ tính toán Do đó việc chọn điện áp đầu vào của các

thiết bị điện thích hợp sẽ làm giảm sự sai khác độ lệch điện áp đầu vào của các thiết

bị điện này

4 Điều chỉnh chế độ làm việc của thiết bị điện một cách hợp lý:

Việc điều chỉnh chế độ làm việc của thiết bị điện một cách hợp lý sẽ kết hợp được phụ tải phản kháng giữa các hộ dùng điện Do đó làm giảm tổn thất công suất

và hao tổn điện áp của lưới điện tại các thời điểm khác nhau

5 Lựa chọn tiết diện dây trung tính hợp lý:

Đối với lưới điện có dây trung tính, nếu chọn dây trung tính quá nhỏ sẽ làm tăng hao tổn điện áp trên dây trung tính dẫn đến mất đối xứng của lưới điện

6 Phân bố đều phụ tải giữa các pha:

Phân bố thời gian làm việc và đưa vào thiết bị vận hành trong các thời gian hợp lý, tránh hiện tượng quá tải cục bộ vào giờ cao điểm Vấn đề này chỉ thực hiện

ở cấp vĩ mô, có sự tham gia của nhiều bộ ngành và nhà nước

Tăng cường sử dụng các thiết bị ba pha Biện pháp này làm giảm sự mất đối xứng trong lưới điện

7 Không vận hành thiết bị non tải:

Các thiết bị vận hành non tải làm cho hệ số công suất thấp, tăng cường công suất phản kháng làm tăng hao tổn dẫn đến tăng độ lệch điện áp

8 Với lưới điện có nhiều phụ tải một pha nên chọn máy biến áp có tổ nối dây ziczăc để giảm tổn hao phụ do dòng thứ tư không gây ra

sao-2.2 Nhóm các biện pháp kỹ thuật

Nhóm này được thực hiện khi các biện pháp tổ chức vận hành được áp dụng

mà vẫn không mang lại kết quả như mong muốn, nhóm này bao gồm các giải pháp:

1 Điều chỉnh điện áp, bù công suất phản kháng trong lưới phân phối

2 Đối xứng hóa lưới điện

3 Hạn chế sóng hài trong lưới hạ áp

4 Nâng cao điện áp vận hành lưới phân phối và đưa về điện áp quy chuẩn, chuyển điện áp 6, 10, 15 kV lên vận hành ở cấp điện áp 22 kV

Việc thực hiện giải pháp này tương đối hiệu quả nhưng đòi hỏi vốn đầu tư lớn mà thời gian thực hiện dài

Giải pháp kỹ thuật chính nâng cao chất lượng điện cần tập trung nghiên cứu trong phạm vi đề tài này là phương pháp điều chỉnh điện áp, bù CSPK, phương pháp đối xứng hóa lưới điện và các biện pháp hạn chế ảnh hưởng của các sóng hài bậc cao nhằm cải thiện điện áp tại các nút của hệ thống lưới phân phối

2.3 Điều chỉnh điện áp

Để duy trì điện áp trên cực của thiết bị trong miền giới hạn hay nằm trong phạm vi cho phép chúng ta phải áp dụng các biện pháp điều chỉnh điện áp ít nhất có thể bù được các tổn thất điện áp do các phần tử trong các hệ thống cung cấp điện gây ra và trong nhiều trường hợp chúng ta phải phối hợp nhiều biện pháp điều chỉnh điện áp với nhau vì có phương pháp điều chỉnh này có thể cải thiện được thông số này nhưng lại gây ảnh hưởng không tốt đến các thông số khác Nhìn chung, trong các biện pháp điều chỉnh điện áp hiện nay chúng ta thấy rằng:

Đối với các phương pháp điều chỉnh điện áp ở thanh cái trạm phát điện hoặc trạm biến áp trung gian: Bằng cách thay đổi kích từ của máy phát điện, chúng ta có thể điều chỉnh điện áp ở thanh cái trạm phát điện Biện pháp này thực hiện đơn giản

và có ảnh hưởng chung trong toàn mạng Nhưng gặp khó khăn là mức điều chỉnh cho điện áp nếu tốt cho phụ tải ở gần thì lại không phù hợp với phụ tải ở xa và ngược lại Vì thế biện pháp này được phối hợp với các biện pháp khác nữa mới đảm bảo được chất lượng điện áp trong toàn mạng

Các máy biến áp trung gian (hoặc khu vực) cấp điện cho một vùng rộng lớn,

vì vậy nên dùng máy biến áp có điều chỉnh điện áp dưới tải Trong trường hợp chỉ

có máy biến áp thường thì thanh cái phía hạ áp của máy biến áp của máy biến áp nên đặt các máy đồng bộ công suất lớn để tiến hành điều chỉnh điện áp

Điều chỉnh điện áp riêng cho từng điểm trong mạng điện: Ở những nơi phụ tải yêu cầu cao về điện áp, chúng ta có thể đặt các thiết bị điều chỉnh điện áp như: máy biến áp có tự động điều chỉnh điện áp, máy bù đồng bộ, tụ điện tĩnh,… Phương pháp điều chỉnh này sát hợp với yêu cầu của từng phụ tải và luôn được ưu tiên chú ý

sử dụng, song có nhược điểm là phải dùng nhiều thiết bị điều chỉnh phân tán

Trong thực tế phải phối hợp giữa điều chỉnh ở trung tâm và cục bộ mạng

điện Đồng thời ngoài việc dùng các thiết bị điều chỉnh điện áp chúng ta phải áp dụng các biện pháp tổng hợp khác để đảm bảo chất lượng điện áp của hệ thống cung cấp điện

Điện áp tại các điểm nút trong hệ thống được duy trì ở một giá trị định trước nhờ có những phương thức vận hành hợp lý, chẳng hạn như tận dụng công suất phản kháng của các máy phát hoặc máy bù đồng bộ, ngăn ngừa quá tải tại các phần

tử của hệ thống điện, tăng và giảm tải hợp lý của những đường dây truyền tải, chọn

tỷ số biến đổi thích hợp ở các máy biến áp hay sử dụng các thiết bị bù truyền thống

và hiện đại để bù lượng công suất phản kháng nhằm nâng cao chất lượng điện

Để điều chỉnh điện áp ta có thể sử dụng các phương pháp sau đây:

1 Điều chỉnh điện áp đầu ra của máy biến áp tăng áp và của máy biến áp giảm áp bằng cách đặt đầu phân áp cố định hoặc điều áp dưới tải

2 Điều chỉnh điện áp trên đường dây tải điện bằng máy biến áp điều chỉnh và máy biến áp bổ trợ

3 Sử dụng các thiết bị bù công suất phản kháng

Nhận xét:

Trong các phương pháp trên chúng ta thấy rằng việc điều chỉnh điện áp đầu

ra của máy biến áp hay sử dụng các máy biến áp bổ trợ là phương pháp truyền thống được sử dụng từ lâu Tuy nhiên nó chỉ có hiệu quả điều chỉnh ở một mức độ nào đó, nghĩa là phạm vi điều chỉnh hẹp, trong nhiều trường hợp nó không đáp ứng được yêu cầu cần thay đổi của lưới điện để điều chỉnh giữ ổn định điện áp lưới Trong khi đó phương pháp điều chỉnh điện áp bằng cách bù công suất phản kháng

có thể điều chỉnh rộng và linh hoạt hơn, vì thế nó đang được tập trung nghiên cứu

để áp dụng những công nghệ bù CSPK mới vào trong lưới điện

2.4 Bù công suất phản kháng

2.4.1 Quan hệ giữa công suất phản kháng và điện áp

Nhu cầu công suất phản kháng thay đổi gây ra sự biến đổi điện áp Trong lưới điện trung áp, hạ áp thì R khá lớn, dòng công suất tác dụng cũng ảnh hưởng đến điện áp Nhưng không thể dùng cách điều chỉnh dòng công suất tác dụng để

điều chỉnh điện áp được, vì công suất tác dụng là yêu cầu của phụ tải để sinh ra năng lượng, chỉ có thể được cung cấp từ các nhà máy điện Còn công suất phản kháng không sinh công, nó chỉ là dòng công suất gây từ trường dao động trên lưới điện, rất cần thiết nhưng có thể cấp tại chỗ cho phụ tải Do đó trong các lưới điện này vẫn phải điều chỉnh điện áp bằng cách điều chỉnh cân bằng công suất phản kháng

Cân bằng công suất phản kháng vừa có tính chất hệ thống vừa có tính chất địa phương Do đó điều chỉnh cân bằng công suất phản kháng phải thực hiện cả ở cấp hệ thống lẫn cấp địa phương Ở cấp hệ thống điều chỉnh điện áp ở mức trung bình của hệ thống, còn ở cấp địa phương điều chỉnh nhằm đạt được yêu cầu điện áp

cụ thể của địa phương Cân bằng công suất phản kháng được thực hiện bằng hai cách:

- Điều chỉnh công suất phản kháng của các nguồn công suất phản kháng như nhà máy điện, máy bù đồng bộ, các bộ tụ bù

- Điều chỉnh dòng công suất phản kháng hay phân bố lại công suất phản kháng trên mạng điện bằng cách điều chỉnh đầu phân áp ở các máy biến áp, điều chỉnh thực hiện bù dọc Khi tính toán điều chỉnh điện áp chỉ cần xét hai chế độ đặc trưng của phụ tải, đó là chế độ phụ tải công suất cực đại (max) và chế độ công suất phụ tải cực tiểu (min) Nếu đảm bảo chất lượng điện áp ở hai chế độ này thì sẽ đảm bảo điện áp ở các chế độ còn lại

2.4.2 Phương pháp bù công suất phản kháng

2.4.2.1 Tụ bù dọc:

Khi chưa có thiết bị bù tổn thất điện áp trong mạng là:

U

QX PR

Như vậy là tổn thất điện áp giảm đi khi có thiết bị bù

Tụ bù dọc được đặt nối tiếp trên đường dây để bù điện kháng của đường dây Tức là làm giảm điện kháng giữa 2 điểm dẫn đến tăng khả năng truyền tải và giảm tổn thất truyền tải

Hình 2.1: Hiệu quả của bù dọc

Tụ bù dọc có nhược điểm là dòng ngắn mạch qua tụ lớn nên cần có các thiết

bị bảo vệ tụ khi có ngắn mạch đường dây (ví dụ khe hở phóng điện…) Tụ bù dọc

có tác dụng cải thiện phân bố điện áp trên đường dây dài Tùy theo tính chất dòng đường dây (cảm hay dung) mà điện áp qua tụ tăng hay giảm Trong chế độ tải nặng,

tụ bù dọc có tác dụng rất tốt trong việc tăng điện áp cuối đường dây

2.4.2.2 Tụ bù ngang

Tụ bù ngang đang được sử dụng rộng rãi trong lưới điện bởi nó có thể mắc

ngay trên đầu các hộ dùng điện, trên thanh cái các trạm biến áp hoặc tại các điểm nút của mạng điện Tụ bù ngang có thể độc lập hoặc mắc thành từng nhóm theo sơ

đồ Δ hoặc Y Khi mắc tụ bù ngang hao tổn điện áp được xác định

∆U = P.R + (Q - Q ).Xb

U

Như vậy điện áp sẽ tăng thêm một lượng là:

b b

Q X

V =U

* Ưu điểm của tụ bù ngang:

- Làm việc tin cậy, êm dịu

- Tuổi thọ cao

- Tiêu thụ công suất tác dụng ít

- Có thể đồng thời làm tăng hệ số công suất cosφ và tăng độ đối xứng

- Có thể thay đổi dung lượng bằng cách thay đổi sơ đồ của các tụ bù

* Nhược điểm:

- Không thể điều chỉnh trơn nên độ chính xác kém

- Gây mất ổn định cho lưới điện do công suất của tụ QC = 3U2C.10-3; Khi U giảm QC giảm mạnh

Với sự phát triển của công nghiệp hoá hiện đại hoá, nhất là công nghệ điện tử nên các bộ tụ ngang không những có thể điều chỉnh trơn được mà còn có thể tự động tiêu thụ hay phát công suất phản kháng lên lưới một cách linh hoạt Nếu kết hợp thêm các bộ lọc thì những thiết bị này còn có thể loại trừ được các thành phần dòng điện bậc cao đảm bảo độ không sin của lưới điện nằm trong phạm vi cho phép Các thiết bị này gọi là công nghệ FACTS mà các thiết bị nó bao gồm: thiết bị bù tĩnh SVC, bộ lọc bù công suất phản kháng Statcom, hệ thống bù hỗn hợp UPSC, … 2.5 Nâng cao chất lượng điện bằng cách khử sóng hài

Sóng hài tồn tại và gây nên những tác hại nghiêm trọng đến lưới điện và các thiết bị sử dụng điện Chúng ta không thể khử được hoàn toàn sóng hài nhưng chúng ta có thể có những biện pháp để giảm ảnh hưởng của sóng hài đến giá trị cho phép Các biện pháp chúng ta có thể sử dụng đó là:

2.5.1 Dùng cuộn kháng triệt sóng hài

* Nguyên lý lắp đặt:

Bằng cách đặt cuộn cảm mắc nối tiếp với tụ C và đặt tại thanh cái trạm giảm

áp chính Khi đó điều kiện cộng hưởng song song dịch chuyển khỏi tần số khảo sát

về tần số thấp hơn

T¶i phi tuyÕn

V h

Ih

a) Sơ đồ đơn tuyến b) Sơ đồ tương đương

Hình 2.2: Sơ đồ đơn tuyến và sơ đồ tương đương LC Trong đó:

R: Điện trở đặc trưng cho công suất tác dụng của tải tuyến tính LSC

LSC: Điện cảm ngắn mạch từ hệ thống

L: Điện cảm của cuộn kháng triệt hài

C: Điện dung của tụ bù

Ih: Nguồn hài thay thế cho tải phi tuyến

Cuộn cảm mắc nối tiếp với tụ tạo mạch cộng hưởng nối tiếp LC ở tần số fr Tần số của mạch bao gồm LSC mắc song song với nhánh LC được gọi là tần

số chống cộng hưởng far, tại tần số này trở kháng tương đương của mạng điện là R Trở kháng tương đương của mạch điện:

ar

SC

1

f =2π (L+L )C

Tæng trë cña m¹ng ®iÖn Tæng trë nguån

f(Hz) Zeq()

fr

Hình 2.3: Tổng trở của mạng điện khi lắp cuộn cảm triệt hài

- Dòng cộng hưởng chạy qua mạch lọc, không chạy về nguồn Các hài áp có sẵn trên thanh cái kết nối với mạch lọc LC mà cùng tần số với tần số cộng hưởng đều bị loại bỏ Có thể đặt nhiều mạch lọc LC để khử các bậc hài cần quan tâm nhằm đạt được hệ số méo dạng áp mong muốn

- Tại các tần số hài, trở kháng tương đương có giá trị gần bằng trở kháng ngắn mạch Vì thế, hệ số méo dạng điện áp có giá trị hầu như không đổi so với trường hợp không có nhánh LC có nghĩa là việc lắp đặt tụ bù và cuộn cảm chống hài không làm tăng trở kháng nguồn Vì thế không làm tăng sự méo dạng điện áp

- Tại các tần số hài, trở kháng nhánh LC cao hơn trở kháng ngắn mạch nhiều nên dòng hài chỉ chạy qua trở kháng ngắn mạch về nguồn mà không chạy qua tụ nên không cần bảo vệ tụ

- Đối với tần số cộng hưởng song song ít chịu ảnh hưởng của trở kháng nguồn do điện cảm của cuộn chống hài thường lớn hơn trở kháng nguồn (từ 2÷9 lần)

- Mạch điện sẽ cộng hưởng ở hai tần số khác nhau (far < fr) Để cộng hưởng không xảy ra thì cần thiết bảo đảm hai tần số cộng hưởng này nhỏ hơn hai tần số hài cần được bảo vệ Vì khi đó ở tần số cao hơn tần số cộng hưởng nối tiếp thì XL lớn hơn XC tức là nhánh nối tiếp LC gần như chỉ có cuộn cảm

Khi đóng điện cho các nhóm mạch lọc LC thì cần thiết phải đóng tuần tự mạch lọc thấp nhất đến mạch lọc có bậc cao hơn, để tránh vấn đề chống cộng hưởng trong suốt quá trình đóng mạch lọc

2.6 Đối xứng hóa lưới điện

Ở đây: α - Góc pha ban đầu của điện áp

 - Góc lệch pha giữa áp và dòng đang xét

Công suất tác dụng tức thời của hệ thống một pha này được xác định như sau:

Re là thành phần đập mạch theo thời gian

Trong hệ thống có m pha công suất tức thời được xác định:

Ui = U = const; Ii = I = const; i =  = const

Do đó thành phần thứ nhất:

 

m • *m1

i=1

P ReThành phần thứ hai:

 

m • •m2

không đổi, còn trong hệ thống không đối xứng công suất tức thời gồm hai thành phần: không đổi và dao động với tần số 100 Hz Vì vậy khi một hệ thống đã mất đối xứng muốn đối xứng trở lại ta phải triệt tiêu công suất dao động bằng cách tạo ra công suất bằng công suất biến đổi nhưng có chiều ngược lại

Trong hệ thống ba pha công suất dao động được biểu diễn bởi công thức:

3 • • • • • • • •

i A B C

i A B C dd

I ,

• C

I cũng được phân tích tương tự Khi đó:

Như vậy có thể thấy công suất dao động sinh ra do dòng và áp thứ tự nghịch

và thứ tự không Do đó khử được dòng và áp thứ tự nghịch và thứ tự không ta sẽ triệt tiêu được công suất dao động Trong lưới điện có trung tính cách ly không tồn tại dòng thứ tự không Mặt khác trong thực tế điện áp thứ tự nghịch cũng rất nhỏ nên để hệ thống đối xứng trở lại cần triệt tiêu dòng thứ tự nghịch Thiết bị để tạo nên dòng thứ tự nghịch gọi là thiết bị đối xứng hóa

2.6.1.2 Mô hình các phụ tải không đối xứng

1 Trường hợp phụ tải ba pha không đối xứng nối tam giác

Hình 2.5: Phụ tải ba pha không đối xứng nối tam giác

Từ hình 2.5 trong không gian tọa độ pha A, B, C ta có biểu thức sau:

2 Trường hợp phụ tải ba pha không đối xứng nối sao

Hình 2.6: Phụ tải ba pha không đối xứng nối sao

Từ hình 2.6 ta lập được phương trình trong không gian toạ độ pha:

I = ( I +a I +a I )

31

3 Trường hợp phụ tải ba pha khụng đối xứng nối bất kỳ:

Xột trường hợp tải 3 pha khụng đối xứng với hệ dũng khụng đối xứng

đối xứng

đối xứng

Ở đõy phụ tải 1 pha được nối vào hai pha B, C với dũng tải:

Từ hỡnh c) ta viết được:

• A

•

• •

pt B C

Z

U = I

2Z

3 j

ta chỉ cần nghiên cứu các sơ đồ thiết bị đối xứng cho phụ tải một pha

Sau đây ta xét các phần tử đối xứng hóa lưới điện dựa trên các mô hình này

2.6.1.3 Các phương pháp đối xứng hóa lưới điện

Việc đối xứng hóa lưới điện bằng các phần tử tĩnh Nó có thể có một, hai hoặc ba phần tử Các phần tử có thể là tổng trở, điện kháng hoặc điện dung

1 Sơ đồ đối xứng hóa một phần tử

Hình 2.8: Sơ đồ đối xứng hóa một phần tử Khi phần tử đối xứng hóa được nối vào 2 pha ví dụ pha AB ta có:

•

AC •AC

Z ,

• pt

Z là tổng trở của phần tử đối xứng hóa và tổng trở phụ tải

Ở đây Zpt và pt là modul và góc của tổng trở phụ tải

Khi phụ tải một pha vẫn nối vào pha BC còn phần tử đối xứng nối vào pha

để đối xứng hóa khi đó hệ số công suất của phị tải cospt = 0,86

Thiết bị đối xứng một phần tử chỉ cho phép đối xứng hoàn toàn khi hệ số công suất hay góc pha của phụ tải ở trong giới hạn nhất định Ví dụ, nếu phụ tải một pha nối vào pha BC, còn phần tử đối xứng được nối vào pha AB thì tổng trở của phần tử đối xứng gồm hai thành phần như sau:

Điện trở tác dụng phải có giá trị không âm Từ biểu thức trên suy ra trong trường hợp thứ nhất đối xứng hóa chỉ thực hiện được khi góc pha của phụ tải trong

  đối với trường hợp sau:

2 Thiết bị đối xứng hai phần tử

Xét trường hợp phụ tải một pha đấu vào pha BC còn các phần tử đối xứng đấu vào pha AB và AC

Hình 2.9: Thiết bị đối xứng hai phần tử

Ta có:

•

AB •AB

Để mạch điện đối xứng hoàn toàn trở lại thì dòng và áp thứ tự nghịch phải

bằng không, tức là:U = 0• 2 ;I = 0•2 Nên từ hệ (2.8) suy ra:

pt pt

3Z

X = -

R - 3XVới Rpt = Zptcospt; Xpt = Zptsinpt ta được:

2 2

pt AB

pt CA

Tương tự ta có được kết quả:

+ Khi phần tử đối xứng hóa được nối vào hai pha AB, BC thì điện kháng các phần

tử đối xứng được tính: