Chỉ số SARFIx tính trong 1 khoảng thời gian cho biết số lƣợng sự kiện sụt áp diễn ra trong khoảng thời gian nửa chu kì đến 1 phút khi điện áp dao động vƣợt qua (lớn hơn hoặc thấp hơn) ngƣỡng điện áp x (tính bằng % điện áp định mức). Ví dụ: SARFI90: ứng với trƣờng hợp điện áp dao động thấp hơn ngƣỡng 90% điện áp định mức. SARFI110: ứng với trƣờng hợp điện áp dao động cao hơn ngƣỡng 110% điện áp định mức.
Luận văn xét chỉ tiêu SARFI i
x theo hiện tƣợng sụt giảm điện áp ngắn hạn tại từng vị trí trong lƣới điện và đƣợc tính theo công thức:
i i i x N N SARFI (2.8)
19 Trong đó:
- SARFI ix: là chỉ số sụt giảm điện áp xuống dƣới ngƣỡng điện áp x tại nút i trong lƣới điện đang xét.
- x: là giá trị điện áp ngƣỡng, theo đơn vị tƣơng đối, x nằm trong khoảng từ 10 90 % điện áp định mức.
- Ni: tần xuất điện áp sụt giảm xuống dƣới x%giá trị điện áp định mức tại nút i. Chỉ tiêu đánh giá sụt giảm điện áp ngắn hạn của hệ thống SARFIx trong phần lớn các trƣờng hợp đƣợc tính toán nhƣ giá trị trung bình của từng vị trí trong toàn bộ vị trí theo dõi, đƣợc tính theo công thức:
SARFIx = N i i x SARFI N 1 1 (2.6)
Trong đó N là số nút trong lƣới điện đang xét.
2.2.1.2. Đường cong SARFI
Chỉ số SARFIx đặc trƣng cho một ngƣỡng điện áp nhất định thì đƣờng cong SARFIvới mỗi lần sụt áp thì cặp thông số biên
độ sụt áp và thời gian sụt áp có nằm ngoài đƣờng cong chịu đựng của thiết bị không. Nếu cặp thông số nằm ngoài đƣờng cong chịu đựng thì thiết bị có thể sẽ bị ảnh hƣởng tiêu cực. Khi xảy ra sự cố, nếu năng lƣợng cấp cho thiết bị thiếu hụt so với nhu cầu thì sẽ xảy ra sụt áp.
Hình 2.1 – Đường cong CBEMA[12]
Dựa vào đƣờng cong chịu đựng điện áp ngƣời ta xây dựng lên 3 đƣờng cong CBEMA, ITIC và SEMI.
Đƣờng cong CBEMA thể hiện khả năng chịu đựng của máy tính xét riêng về biên độ và thời gian biến thiên điện áp. Đƣờng cong CBEMA do đƣợc phát triển bởi Hiệp hội sản xuất và kinh doanh máy tính vào năm 1977. Đƣờng cong CBEMA yêu cầu điện áp phục hồi 90% sau 1 phút.
20
Hình 2.2 – Đường cong ITIC [4]
Đƣờng cong ITIC thể hiện khả năng chịu đựng của máy tính nối với nguồn điện 120 V xét riêng về biên độ và thời gian biến thiên điện áp.
Đƣờng cong ITIC đƣợc Hiêp hội Công nghiệp công nghệ thông tin phát triển từ đƣợc cong CBEMA của Hiệp hội sản xuất và kinh doanh máy tính.
Đƣờng cong SEMI đƣợc sử dụng để dự đoán các vấn đề sụt áp trong công nghiệp sản xuất các thiết bị bán dẫn. Đƣờng cong SEMI đƣợc xây dựng bởi Tập đoàn Vật liệu và thiết bị bán dẫn quốc tế. Đƣờng cong SEMI đƣợc xây dựng do các thiết bị SEMI không đáp ứng đƣợc tiêu chuẩn, yêu cầu của đƣờng cong CBEMA. Đƣờng cong đƣợc xây dựng từ kết quả đo lƣờng trong vòng 30 năm tại các cơ sở sản xuất thiết bị bán dẫn. Đƣờng cong SEMI yêu cầu biên độ điện áp trên 80% kể từ thời điểm 1 giây trở lên. Và đƣờng cong dựa trên số liệu về sử dụng năng lƣợng tối thiểu trong các thiết bị dự trữ năng lƣợng để lựa chọn các thiết bị nhƣ rơ le, các thiết bị cung cấp điện.
21
Hình 2.3 – Đường cong SEMI F47[9]
2.2.2. ASIDI – Thời gian mất điện trung bình
ASIDI – Thời gian mất điện trung bình (Average system interruption duration Index): Chỉ số ASIDI biểu thị thời gian mất điện cho mỗi sự kiện trong một khoảng thời gian. Đơn vị: giờ/năm. Chỉ số ASIDI cho phép đánh giá độ tin cậy cho lƣới điện phân phối. T n i i i S t S ASIDI s 1 . (2.7) Trong đó: - nn: số lƣợng nút trong hệ thống
- Sj: lƣợng công suất bị sự cố tại nút j ứng với mỗi lần mất điện
22 Chỉ số ASIDI cho nút thứ j: nv k jk k jk j tSARFI ASIDI 1 ) ( (2.8) Trong đó:
- k: số lƣợng thiết bị nhạy cảm với sự cố
- nv: số lƣợng loại thiết bị nhạy cảm với sự cố
- αjk: phần trăm thiết bị nhạy cảm của thiết bị k và nút j
- tk: thời gian phục hồi của thiết bị k
- ASIDI (jk): chỉ số ASIDI của nút j và thiết bị k Chỉ số ASIDI cho toàn hệ thống lƣới điện phân phối.
n n v n j j n j n k jk k j j j S SARFI t S ASIDI 1 1 1 ) ( (2.9) Trong đó: - nn: số lƣợng nút phụ tải
- Sj: công suất do nút j cung cấp
2.3 Kết luận
Biên độ sụt áp và thời gian sụt áp chính là hai chỉ tiêu chính để xem xét, đánh giá sụt áp trên lƣới điện thông qua 2 chỉ số quan trọng SARFIx và Đƣờng cong SARFI. Từ hai chỉ tiêu này sẽ giúp đánh giá sụt áp có gây ảnh hƣởng đến thiết bị điện hay không nhờ vào đƣờng cong chịu đựng của thiết bị. Phần tiếp theo của luận văn sẽ đi sâu nghiên cứu đánh giá sụt áp trên lƣới phân phối thông qua hai chỉ số SARFIx và Đƣờng cong SARFIcurve.
23
CHƢƠNG 3 – MÔ HÌNH TÍNH TOÁN SỤT ÁP TRÊN LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
3.1. Thông tin về sụt áp trong lƣới điện trong quá khứ
Nghiên cứu bài toán sụt áp trong lƣới điện phân phối thƣờng tiến hành 3 bƣớc tính toán cơ bản sau đây:
i. Thu thập thông tin về sụt áp trong lƣới điện trong quá khứ bao gồm số lần sụt áp và đặc tính sụt áp tại phụ tải (nếu có). Từ đó tính toán, đánh giá hiện tƣợng sụt áp trong lƣới điện phân phối đang nghiên cứu.
ii. Đánh giá khả năng chịu đựng của phụ tải trong lƣới điện phân phối đang nghiên cứu đối với các sụt áp khác nhau.
iii. So sánh khả năng chịu đựng sụt áp ở phụ tải với hiện tƣợng sụt giảm điện áp trên lƣới dựa vào kết quả tính toán từ hai bƣớc trên và đƣa ra kết luận.
Thông tin về sụt áp của lƣới điện có thể có đƣợc từ hai phƣơng pháp sau đây: sử dụng thiết bị đo lƣờng và giám sát thực tế (Monitoring) hoặc tính toán dự báo ngẫu nhiên (Stochastic Prediction). Luận văn này khuyến nghị sử dụng phƣơng pháp dự
báo ngẫu nhiên. Phƣơng pháp dự báo ngẫu nhiên sẽ cho phép đánh giá sụt áp gián
tiếp thông qua nguyên nhân gây ra sụt áp. Ƣu điểm của phƣơng áp dự báo ngẫu nhiên sẽ cho độ chính xác nhƣ yêu cầu mong muốn với các lƣới điện có cấu hình khác nhau và chế độ vận hành khác nhau.
Phƣơng pháp dự báo ngẫu nhiên gồm có các phƣơng pháp sau đây: Phƣơng pháp điểm sự cố (the method of fault positions); phƣơng pháp đƣờng căng tới hạn”(the method of critical distances), phƣơng pháp Monte Carlo (Monte Carlo method), phƣơng pháp phân tích tiếp cận (analytical approach). Luận văn này khuyến nghị sử dụng phƣơng pháp điểm sự cố. Phƣơng pháp điểm sự cố cho phép tính toán biên độ và thời gian sụt áp theo 5 bƣớc sau đây: i) xác định khu vực sự cố (ngắn mạch); ii) Chia khu vực sự cố thành các đoạn ngắn sao cho ngắn mạch trong đoạn đó sẽ gây ra đặc tính sụt áp nhƣ nhau trên phụ tải; iii) mỗi điểm sự cố sẽ có tấn xuất sự cố đƣợc xác định trên mô phỏng phân bố sự cố. Tần xuất ngắn mạch là số lần xảy ra sự cố ngắn mạch trong một năm tại mỗi đoạn sẽ đƣợc đặc trƣng bởi một điểm sự cố; iv) dùng
24
chƣơng trình mô phỏng tính toán ngắn mạch, đặc tính sụt áp tại tất cả các nút trong lƣới điện đang xét: tức tính toán cho mỗi điểm sự cố; v) từ bƣớc iii và iv sẽ đƣợc tổng hợp để đánh giá mức độ sụt áp và đặc tính sụt áp trong lƣới điện phân phối đang nghiên cứu.
Nhƣ vậy sẽ sử dụng kết hợp hai phƣơng pháp dự báo ngẫu nhiên và phƣơng pháp điểm sự cố để tính toán, đánh giá sụt áp trong lƣới điện phân phối.
3.2. Mô phỏng phân bố sự cố
Trong phƣơng pháp dự báo ngẫu nhiên, mô phỏng phân bố dự cố trong lƣới điện sẽ cho phép tính toán tần xuất sự cố ngắn mạch (hoặc số lần xảy ra sự cố ngắn mạch trong 1 năm) cho tất cả các sự cố khác nhau tại mọi vị trí trong lƣới điện. Mô phỏng phân bố sự cố bao gồm lựa chọn: điểm sự cố, loại sự cố và tính toán xuất sự cố. Điểm sự cố: là điểm mà các loại ngắn mạch sẽ gây ra sụt áp tại phụ tải cùng đặc tính sụt áp. Đối với lƣới phân phối với đặc trƣng là các mạch hình tia ngắn thì điểm sự cố sẽ là một trạm biến áp (TBA) phân phối và đoạn đƣờng dây ngắn nối giữa 2 TBA phân phối.
Loại sự cố: Nguyên nhân gây ra sự cố trong lƣới điện có nhiều và đa dạng nhƣng chi ra làm 2 yếu tố là hƣ hỏng của thiết bị (khuyết tật, ngắn mạch,...) và các nguyên nhân bên ngoài (sét, mƣa, chim,...). Trong luận văn này chỉ nghiên cứu sự cố do ngắn mạch tại TBA phân phối phân bố đều trên ba pha gồm 4 dạng ngắn mạch sau đây với tỷ lệ các dạng ngắn mạch nhƣ sau[9]:
- Ngắn mạch một pha N(1) : 65% ; - Ngắn mạch hai pha chạm đất N(1,1) : 20%; - Ngắn mạch hai pha N(2) : 10% ; - Ngắn mạch ba pha N(3) : 5%;
Xuất sự cố là tổng số sự cố xảy ra trong hệ thống đƣợc xem xét trong một khoảng thời gian nhất định thƣờng là một năm. Xuất sự cố: phụ thuộc chủ yếu vào điểm sự cố, loại sự cố và nguyên nhân gây ra sự cố. Phần lớn các giả thiết phổ biến cho đến nay đều cho rằng sự cố có thể xảy một cách ngẫu nhiên ở bất kỳ đâu trong lƣới điện. Trong luận văn này không xét đến sự cố tại lƣới truyền tải và lƣới hạ áp. Có thể mô phỏng xuất sự cố trên lƣới điện truyền tải theo phân
25
bố đều, phân bố mũ, phân bố chuẩn. Ta giả thiết rằng lƣới điện phân phối sẽ sử dụng cùng 1 loại thiết bị nên xuất sự cố phân bố theo phân bố đều.
3.3. Sơ đồ khối tính toán sụt áp trong lƣới phân phối
Sơ đồ khối tính toán sụt áp trong lƣới phân phối đƣợc đề xuất tiến hành theo 5 bƣớc/khối sau đây:
Khối 1- Mô phỏng phân bố sự cố trên lưới phân phối: trong đó mô phỏng xuất sự cố theo quy luật phân bố đều. Kết quả sẽ cho biết phân bố xuất sự cố cho các dạng ngắn mạch trên lƣới điện đang nghiên cứu.
Khối 2- Mô phỏng lưới phân phối và tính ngắn mạch: thay thế các phần tử trong lƣới điện bằng các tổng trở, điện trở, điện kháng trong hệ đơn vị tƣơng đối.
Khối 3- Tính toán điện áp và tần xuất sụt áp từ sơ đồ thay thế bƣớc trên tính toán dòng ngắn mạch, điện áp sụt và tuần xuất sụt áp tại tất cả các vị trí trong lƣới điện.
Khối 4, 5- Tính toán các chỉ số SARFIx và đường cong SARFI cho toàn bộ lƣới điện. Từ cặp thông số biên độ sụt áp và thời gian sụt áp sẽ đƣợc so sánh với đường cong chịu đựng của thiết bị SEMI.
Hình 3.1 Sơ đồ khối của chương trình tính toán.
Mô phỏng phân bố sự cố
Mô phỏng lƣới điện, tính ngắn mạch Xác định điện áp và tần xuất sụt áp Start Tính SARFIx Cho từng vị trí Stop Tính SARFIx Cho cả hệ thống
26
3.4. Chỉ tiêu SARFI và Vùng ảnh hƣởng.
- Chỉ tiêu SARFI cho thấy đƣợc mức độ sụt giảm điện áp trung bình theo giá trị điện áp ngƣỡng. Dựa vào chỉ tiêu này cho phép đánh giá hiện trạng lƣới điện thực tế, mức điện áp sụt giảm phân bố trên lƣới trong giai đoạn xảy ra hiện tƣợng SANH.
- Vùng ảnh hƣởng của thiết bị đƣợc xác định dựa trên chỉ số SARFI theo các ngƣỡng điện áp sụt giảm. Dựa trên mức SANH do các tác động ngắn mạch gây ra đối với vị trí đặt thiết bị nhạy cảm.
3.5. Kết luận.
Để đánh giá sụt áp trong lƣới phân phối sẽ áp dụng phƣơng pháp dự báo ngẫu nhiên và phƣơng pháp điểm sự cố. Sau khi tính toán đƣợc biên độ sụt áp và vùng ảnh hƣởng sẽ tiến hành so sánh với nhóm thiết bị nhạy cảm để đánh giá khả năng chịu đựng của thiết bị.
27
CHƢƠNG 4 – TÍNH TOÁN SỤT GIẢM ĐIỆN ÁP VÀ XÁC ĐỊNH PHẠM VI ẢNH HƢỞNG ĐỐI VỚI THIẾT BỊ NHẠY CẢM TRÊN LƢỚI PHÂN PHỐI
4.1. Mô phỏng phân bố sự cố trên lộ E31/370 trạm 35kV Ý Yên – Nam Định
4.1.1. Kịch bản nghiên cứu.
Mô hình bài toán sử dụng phƣơng pháp điểm sự cố dùng cho việc dự báo SANH trong lƣới phân phối. Đặc trƣng của sụt áp ngắn hạn đƣợc xác định tại các nút (NODE) phụ tải là các trạm biến áp 35 kV. Xác định các chỉ số SARFIx cho hệ thống lƣới phân phối.
Luận văn nghiên cứu mức độ ảnh hƣởng của sụt giảm điện áp trên lƣới phân phối đối với một số loại thiết bị nhạy cảm về điện. Đối tƣợng đƣa ra đánh giá là Máy tính (PCs), Đèn huỳnh quang, công tắc tơ xoay chiều, biến tần.
- Luận văn này không xét đến ảnh hƣởng của các nguồn điện phân tán. Chƣa xét đến thời gian tồn tại của sự cố sụt áp.
- Mô hình đánh giá sụt áp ngắn hạn dựa trên phƣơng pháp dự báo ngẫu nhiên SANH trong hệ thống điện. Việc đánh giá dựa trên chỉ tiêu tần xuất SANH trung bình trong hệ thống điện với đặc tính X SARFIx.
- Luận văn này trình bày đƣa ra đánh giá một hiện tƣợng chất lƣợng điện năng (SANH) của một lƣới điện phối cụ thể. Dựa trên chỉ tiêu tần xuất SANH và đƣờng cong chịu đựng điện áp của các thiết bị điện tử (SEMI F47). Xác định nhanh vùng ảnh hƣởng đối với thiết bị nhạy cảm trong lƣới điện. Đƣa ra đánh giá tác động ảnh hƣởng đối với thiết bị nhạy cảm trong vùng giới hạn.
4.1.2. Lưới điện nghiên cứu
Lƣới điện phân phối đƣợc đƣa vào nghiên cứu là phần sau trạm biến áp trung gian 35 kV (E31) đặt tại thuộc huyện Ý Yên thành phố Nam Định.
Lƣới điện nghiên cứu sẽ đƣợc tính toán sự cố ngắn mạch bằng phần mềm PSS/ADEPT 5.0 của hãng PTI. Lƣới điện mô phỏng trong phần mềm gồm có 3 thành phần chính:
Nguồn hệ thống có công suất vô cùng lớn (S=10.000 MVA). Dây Nhôm trần.
28
Các điểm tính ngắn mạch ( Fault positions) bao gồm 47 điểm ngắn mạch tại các vị trí trong bảng 4.1 và 99 điểm ngắn mạch trên đƣờng dây.
Bảng 4.1 Tổng hợp xuất sự cố T T Đơn vị Sự cố trạm Sự cố đƣờng dây
Khối lƣợng quản lý Xuất sự cố Trạm biến áp Đƣờng dây (Km) Trạm Đƣờng dây 1 Ý Yên 11 41 47 56.2 0.368 0,482
Bảng 4.2 Mức sự cố trên lƣới điện
Đối tƣợng nghiên cứu
Xuất sự cố tổng theo phân bố đều (sự cố/trạm/năm) (sự cố/km/năm) Loại sự cố Tỷ lệ từng loại sự cố (%) Xuất sự cố của từng loại sự cố (sự cố/trạm/năm) (sự cố/km/năm) TBA phân phối 0,368 N(1) 65% 0.2392 N(1,1) 20% 0.0736 N(2) 15% 0.0368 N(3) 5% 0.0184 Đƣờng dây 0,482 N(1) 65% 0.3133 N(1,1) 20% 0.0964 N(2) 15% 0.0482 N(3) 5% 0.0241
- Phần lƣới phân phối: Lộ 370 đƣờng dây trung áp có 47 phụ tải . Sử dụng phần mềm PSS/ ADEPT 5.0 để mô phỏng và tính toán ngắn mạch trên lƣới
29
30
4.2. Thông số vận hành tại chế độ xác lập
Trƣớc hết tính toán lƣới điện tại chế độ xác lập để đánh giá biên độ điện áp tại các nút bằng lệnh “Load Flow” trong phần mềm PSS/ADEPT. Kết quả tóm tắt trong bảng phụ lục 01.
Nhƣ vậy có thể thấy rằng trong chế độ làm việc bình thƣờng (chế độ xác lập)