4.2.1 Chất lượng tần số
• Chất lượng tần số được đánh giá bằng độ lệch tần số so với tần số định mức của hệ thống điện. Độ lệch tần số được tính như sau: ∆ftb = dm dm t f f f − .100% (4.3) Trong đó: ft : Tấn số thực tế. fđm : Tần sốđịnh mức.
Độ lệch tần số là một trong những chỉ tiêu quan trọng đánh giá chất lượng điện năng ngày nay.
Tần số là một thông số có tính chất hệ thống.
• Chất lượng tần số được đánh giá dựa trên độ dao động tần số, được đặc trưng bởi độ lệch giữa giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của tần số khi tốc độ tần số biến thiên nhanh hơn 1%/s.
4.2.2 Chất lượng điện áp
• Chất lượng điện áp được đánh giá dựa trên độ lệch điện áp trên cực các thiết bị dùng điện so với điện áp định mức của mạng điện: ∆Utb = dm dm t U U U − .100% (4.4) Trong đó: Ut : Điện áp thực tế Uđm : Điện áp định mức Độ lệch điện áp được quy định như sau:
Đối với động cơđiện ở các xí nghiệp công nghiệp. - 5% ≤ ∆U ≤ +5%
Đối với các thiết bị chiếu sáng trong xí nghiệp công nghiệp trong các công sở và chiếu sáng công cộng.
- 2,5% ≤∆U ≤ +5%
Đối với các thiết bị dùng điện khác ở thành phố và xí nghiệp. - 5% ≤ ∆U ≤ +5%
Đối với các thiết bị dùng điện đấu vào mạng điện nông nghiệp. - 10% ≤ ∆U ≤ +7,5%
Trong trạng thái sự cố, cho phép tăng giới hạn như sau: - 10% ≤ ∆Ubc≤ + 10%.
• Chất lượng điện áp được đánh giá dựa trên độ dao động điện áp được xác định như sau: ∆V= max min .100% đm U U U − (4.5)
Tốc độ biến thiên từ Umax đến Umin không nhỏ hơn 1%/s.
Tùy theo từng phụ tải mà có chỉ tiêu về độ dao động điện áp trong dải yêu cầu, nếu vượt quá sẽ gây ảnh hưởng xấu đến thiết bị dùng điện.
• Độ không đối xứng
Phụ tải các pha không đối xứng dẫn đến điện áp các pha không đối xứng, gây nên thành phần điện áp thứ tự nghịch U2.
Điện áp thứ tự nghịch này làm giảm hiệu quả hoạt động và tuổi thọ của phụ tải, giảm khả năng tải của lưới điện và gây nên tổn thất điện năng.
• Độ không sin
Các thiết bị dùng điện cũng như các phần tử trong hệ thống điện hầu hết đều là các phần tử phi tuyến như các MBA, các bộ chỉnh lưu, triristor … các phần tử này làm biến dạng đồ thị điện áp, làm cho nó không còn là hình sin nữa. Xuất hiện các thành phần sóng hài bậc cao, các thành phần sóng hài này
góp phần làm giảm điện áp, tăng thêm tổn thất sắt từ trong động cơ, tổn thất điện môi trong cách điện, tăng tổn thất trong lưới điện và thiết bị dùng điện. Chất lượng điện áp được đảm bảo nhờ các biện pháp điều chỉnh điện áp trong cả lưới truyền tải cũng như lưới phân phối.
4.2.2.1 Điều chỉnh điện áp theo độ lệch
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 trạm biến áp phân phối, và phải được đảm bảo ở trên cực các thiết bị dùng điện sử dụng điện áp cao hơn nếu có. 4.2.2.2 Các phương pháp điều chỉnh điện áp - Điều chỉnh điện áp máy phát điện bằng cách điều chỉnh dòng điện kích từ. - Điều chỉnh điện áp ra của máy biến áp tăng áp và hạ áp bằng cách thay đổi đầu phân áp hợp lý.
- Điều chỉnh điện áp trên đường dây tải điện bằng máy biến áp điều chỉnh và biến áp bổ trợ.
- Đặt các thiết bị bù ngang có điều chỉnh để thay đổi tổn thất điện áp trên đường dây. Có thể dùng bộ tụ điện, máy bù đồng bộ hoặc động cơ điện đồng bộ có điều chỉnh kích từ.
- Đặt thiết bị bù dọc trên đường dây để thay đổi điện kháng đường dây nhằm thay đổi tổn thất điện áp.
- Thay đổi cấu trúc lưới và phương thức vận hành (đã được trình bày ở trên).
Về địa điểm thực hiện điều chỉnh điện áp có thể ở nhà máy điện, trên mạng điện khu vực và ở mạng điện địa phương hoặc đặt tại thiết bị dùng điện. Để điều chỉnh điện áp có thể tăng thêm nguồn công suất phản kháng hoặc phân bổ lại công suất phản kháng trong hệ thống điện, phương pháp này chỉ có hiệu quả khi hệ thống điện có đủ công suất phản kháng. Khi hệ thống điện thiếu công suất phản kháng phương pháp duy nhất đểđiều chỉnh điện áp là tăng thêm các nguồn công suất phản kháng.
Do sự phức tạp về cấu trúc của hệ thống điện về chế độ làm việc của phụ tải và sự phân cấp trong thiết kế, thi công và quản lý vận hành, việc điều chỉnh điện áp một cách thống nhất trong toàn hệ thống điện là không thể thực hiện được. Nhiệm vụ điều chỉnh điện áp được phân chia cho từng khu vực của hệ thống điện. Ở mỗi khu vực việc điều chỉnh điện áp nhằm đảm bảo các yêu cầu về điện áp ở đầu ra được tiêu chuẩn hoá. Ở nhà máy điện điều chỉnh điện áp nhằm đảm bảo điện áp vào của mạng điện khu vực, khi điều chỉnh phải chú ý đến chất lượng điện áp các phụ tải tự dùng. Ở mạng điện khu vực phải đảm bảo điện áp ra của các trạm khu vực đã được quy định. Mạng điện địa phương trực tiếp cung cấp điện năng cho phụ tải, nên việc điều chỉnh điện áp ở đây rất quan trọng và là nhiệm vụ chính để đảm bảo chất lượng điện áp nói chung. Việc tối ưu hoá chếđộđiện áp chủ yếu tiến hành ở khu vực này.
Có hai phương thức điều chỉnh điện áp là điều chỉnh tập trung và điều chỉnh cục bộ. Điều chỉnh tập trung nhằm thay đổi điện áp của toàn khu vực, còn điều chỉnh cục bộ chỉ thay đổi mức điện áp của một bộ phận nào đó của mạng điện. Trong thực tế để đảm bảo chất lượng điện áp thường kết hợp cả hai phương thức này.
Khi tính toán điều chỉnh điện áp chỉ cần xét hai chế độ đặc trưng của phụ tải, đó là chế độ công suất cực đại (max) và chế độ công suất cực tiểu (min). Nếu đảm bảo chất lượng điện áp ở hai chế độ này thì sẽ đảm bảo chất
lượng điện áp các chế độ còn lại. Đối với lưới hạ áp việc tính toán chỉ cần tiến hành tại một số điểm cần thiết và quan trọng.
Vấn đề đảm bảo chất lượng điện áp phải được quán triệt từ quá trình thiết kế đến vận hành mạng điện. Khi thiết kế phải căn cứ vào các đặc điểm vận hành trong tương lai, lựa chọn đúng các phần tử của mạng điện theo điều kiện điện áp, lựa chọn đúng và đặt đúng chỗ các thiết bị điều chỉnh điện áp. Trong vận hành phải thường xuyên theo dõi điện áp ở các điểm kiểm tra, đề ra các phương thức điều chỉnh thích hợp để đảm bảo chất lượng điện áp, khi phụ tải luôn thay đổi, cần phải kịp thời đề ra và thực hiện các biện pháp sao cho chất lượng điện áp luôn đạt tiêu chuẩn quy định.
CHƯƠNG 5 CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG LƯỚI TRUNG ÁP
5.1 Tái cấu trúc lưới điện
Như đã trình bày trong các chương trước thì áp dụng tái cấu trúc cho lưới điện phân phối đem lại hiệu quả rõ ràng về chỉ tiêu giảm tổn thất công suất trên lưới phân phối trung áp, một khâu chiếm tỷ lệ phần trăm tổn thất khá lớn.
Việc áp dụng tái cấu trúc lưới điện giảm tổn thất điện năng cũng chính là một giải pháp giúp giảm bớt tổn thất điện áp trên lưới phân phối, góp phần nâng cao chất lượng điện năng.
5.2 Điều khiển phụ tải bằng sóng – Ripple Control
Điều khiển phụ tải bằng sóng - Ripple Control chính là một giải pháp trong chương trình Quản lý nhu cầu điện năng - DSM (Demand Side Management). Công nghệ này giúp các nhà quản lý và kinh doanh điện điều khiển trực tiếp lượng điện năng tiêu thụ của các phụ tải. Ripple Control giúp cho việc sử dụng điện năng tại các phụ tải có hiệu quả và kinh tế nhất đối với đơn vị cung cấp. Ripple Control góp phần làm giảm phụ tải đỉnh, chuyển dịch đồ thị phụ tải….từđó làm giảm áp lực về vốn đầu tưđể phát triển nguồn điện, lưới điện.
Ripple Control cũng chính là một giải pháp công nghệ nhằm nâng cao chất lượng điện năng trong lưới phân phối ngày ngay.
Điều khiển phụ tải bằng sóng là một kỹ thuật chồng những sóng nhỏ tần số lớn (150 - 2000Hz) lên sóng điện áp (hay dòng điện) hình sin của lưới điện phân phối. Sóng này mang thông tin về các lệnh điều khiển. Sự chồng lên sóng điện áp (hay dòng điện) bằng một sóng có tần số cao hơn nhiều so
với tần số định mức của lưới điện (50Hz) và có cùng biên độ của sóng sẽ tạo nên một sóng hình sin có “gợn sóng” như hình 5.1.
Hình 5.1 Sự chồng sóng điều khiển trên sóng hình sin
Hệ thống điều khiển phụ tải bằng sóng là một hệ thống thông tin một chiều bao gồm máy phát, kênh truyền và máy thu. Máy phát được đặt ở trạm trung tâm và gửi tín hiệu đến vô số máy thu ở khắp mọi nơi trong lưới điện thông qua kênh truyền là lưới phân phối 22 kV.
Một đặc điểm của lưới điện phân phối là đường cong phụ tải luôn thay đổi theo giờ, theo ngày và theo năm do nhu cầu điện năng luôn luôn thay đổi. Trong thực tế đường cong phụ tải có thể được san bằng nhờ hệ thống điều khiển bằng sóng theo nhiều cách :
- Điều khiển gián tiếp phụ tải thông qua việc thay đổi mức giá điện. - Điều khiển trực tiếp phụ tải (giảm nhu cầu đỉnh) bằng cách cắt
những phụ tải không thiết yếu như máy điều hoà không khí, bình nước nóng, bơm thuỷ lợi, …
- Cắt tải khẩn cấp.
Ngoài ra Ripple Control còn có thể thực hiện nhiều ứng dụng khác nhau như điều khiển đèn đường chiếu sáng, cảnh báo phụ tải ...
- Tốc độ, tính linh hoạt và độ tin cậy: Kỹ thuật điều khiển phụ tải bằng sóng cho phép chuyển đổi nhanh chóng, linh hoạt và chính xác (sử dụng mã decabit). Ripple Control với mức mã hoá cao cho phép kiểm soát tới 20.000 lệnh điều khiển phụ tải nên có thể chuyển đổi có chọn lọc và linh hoạt các phụ tải thích hợp với độ tin cậy cao đểđạt được biểu đồ phụ tải mong muốn.
- Khả năng truyền tín hiệu: Vì sử dụng hệ thống cung cấp điện làm kênh truyền thông tin nên Ripple Control có khả năng truyền thông cao, tín hiệu điều khiển có thể nhận bất cứ nơi nào trong lưới điện điện phân phối.
- Quản lý dễ dàng: Vì sử dụng lưới điện làm kênh truyền thông tin nên nhà cung cấp điện là nhà quản lý duy nhất về dải tần số truyền tín hiệu.
- Tính kinh tế: Ripple Control không cần vốn đầu tư xây dựng kênh truyền, các thiết bị được lắp đặt đơn giản; sự phát triển điều khiển phụ tải không hạn chế. Ngoài ra Ripple Control giải quyết được vấn đề đường cong phụ tải không bằng phẳng làm trì hoãn những khoản đầu tư lớn để nâng cấp lưới điện hiện có (tăng công suất đường dây, máy biến áp, máy cắt…).
5.3 Giới thiệu hệ thống điều khiển phụ tải bằng sóng lưới điện trung áp TP. Hà Nội TP. Hà Nội
5.3.1 Giới thiệu chung
Hiện nay tại Công ty Điện lực TP. Hà Nội triển khai thí điểm hệ thống điều khiển phụ tải bằng sóng - Ripple Control tại trạm 110KV. Hệ thống đầu tiên được lắp đặt triển khai tại trạm 110 kV Giám, tiến hành điều khiển nhu cầu phụ tải cho các phụ tải khách hàng lớn trên địa bàn hai quận Đống Đa và Ba Đình lấy nguồn từ thanh cái 22 kV của trạm.
Sơ đồ nguyên lý chung của hệ thống điều khiển phụ tải bằng sóng như hình 5.2
Trạm Giám 110 KV
Hình 5.2 Sơ đồ nguyên lý điều khiển phụ tải bằng sóng Ripple Control
5.3.2 Hệ thống điều khiển
Hệ thống điều khiển là một khâu quan trọng trong quá trình điều khiển sóng. Trên hệ thống này thực hiện chức năng cài đặt các thông số vận hành
63 MVA 63 MVA Uc = 12.75% Uc = 12.75% Bộđiều khiển khu vực MLC Máy phát SFU-K Máy cắt Tụ ghép nối Cuộn kháng điều chỉnh Máy biến áp Cách ly 22 KV Smax = 50MVA Smax = 50MVA 400/230V supply Hệ thống thông tin song song PCS
Bộđiều khiển trung tâm MPC (Trung tâm Điều độ lưới điện Hà Nội)
và điều khiển. Hệ thống điều khiển bao gồm bộ điều khiển trung tâm (MPC) và bộ điều khiển khu vực (MLC), chúng được kết nối với nhau qua đường truyền thông cáp quang.
5.3.3 Bộ điều khiển trung tâm - MPC
MPC là bộ điều khiển chính có khả năng điều khiển 32 thiết bị điều khiển sóng lắp đặt tại các trạm tương ứng, cung cấp tất cả các mã điều khiển cho hệ thống điều khiển sóng. MPC được lắp đặt tại trung tâm điều độ lưới điện Hà Nội. MPC cho phép điều khiển cơ sở, bằng tay và có đặt thời gian đối với tất cả việc tuyền tín hiệu điều khiển bằng một máy tính cá nhân. MPC cho phép điều khiển các đối tượng trực tiếp trên màn hình, cài đặt điều khiển theo thời gian và điều khiển theo sự kiện. Những file dữ kiện sẽ được phân tích trong suốt quá trình điều khiển. Mọi dữ liệu cơ sở và sự kiện được hiển thị trên màn hình máy tính, nạp và lưu trữ trong ổ cứng hoặc được in ra.
MPC bao gồm bộ xử lý trung tâm PS và máy tính cá nhân PC. Bộ xử lý trung tâm PS được thiết kế sử dụng trong môi trường khắc nhiệt, thực hiện chức năng điều khiển sóng. Máy tính cá nhân làm việc như một giao diện thông minh, tất cả các dữ liệu được cấu trúc rõ ràng và hiển thị trên màn hình, các dòng chữ được hiển thị theo ngôn ngữ lựa chọn, các thông số có thể được in ra.
Hình 5.3 Sơđồ cấu trúc và tủ bộ điều khiển trung tâm MPC
Phần mềm MPC dùng để giám sát vận hành hàng ngày cũng như để lập trình cho hệ thống điều khiển sóng. Phương thức lập trình hướng đối tượng kết hợp với các menu đơn cho phép người sử dụng vận hành hệ thống một cách dễ dàng và an toàn.
Hình 5.4 Phần mềm điều khiển MPC
Đặc điểm chính của phần mềm MPC : - Ngôn ngữ sử dụng: tiếng Anh
- Cài đặt và điều khiển: 20 nhóm đối tượng. - Cài đặt và điều khiển: 200 đối tượng.
- Cung cấp 10 chương trình cài đặt và điều khiển theo thời gian cho mỗi đối tượng hoặc nhóm đối tượng.
- Cung cấp 10 chương trình cài đặt và điều khiển theo sự kiện cho mỗi đối tượng hoặc nhóm đối tượng.
- Hiển thị trạng thái làm việc của các trạm, các đối tượng được điều khiển.
- Cảnh báo, lưu giữ sự kiện tại các trạm và các đối tượng được điều khiển.
- Điều khiển bằng tay (kích chuột)
- Chương trình theo thời gian (ngày tháng, ngày lễ cố định)
- Điều khiển theo sự kiện (kích hoạt bằng đầu vào, tín hiệu hay sự kết nối lôgic bên ngoài)
- Điều khiển phụ tải mạch vòng kín (điều hòa phụ tải dựa vào phụ tải thực tế)
5.3.4 Hệ thống điều khiển khu vực - MLC
Bộ điều khiển khu vực MLC hoạt động như bộ điều khiển dự phòng trong trường hợp bộ điều khiển trung tâm MPC bị sự cố hay sự cố đường truyền giữa trạm trung tâm và trạm khu vực.
Bộ điều khiển khu vực MLC được lắp đặt tại trạm Giám E1.14, khi các trường hợp sự cố trên xảy ra thì MLC tự động thay đổi sang chế độ vận hành