Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu cải thiện chất lượng điện áp lưới điện phân phối khi vận hành nguồn thủy điện nhỏ tại tỉnh Lạng Sơn

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:100

Thêm vào BST

Báo xấu

17
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn đã mô phỏng lưới điện 35-kV Tràng Định với những thông số thực. Tuy nhiên, kết quả chạy mô phỏng là chế độ làm việc cực đại của lưới điện trong đó các phụ tải đều đạt giá trị cực đại. Đây là chế độ làm việc năng nề nhất của lưới. Do đó, kết quả mô phỏng cho thấy tổn thất lưới điện cao, điện áp tải thấp, hệ số công suất thấp hơn so với chế độ làm việc bình thường của lưới điện.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu cải thiện chất lượng điện áp lưới điện phân phối khi vận hành nguồn thủy điện nhỏ tại tỉnh Lạng Sơn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP HOÀNG VĂN THUẬN NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI KHI VẬN HÀNH NGUỒN THỦY ĐIỆN NHỎ TẠI TỈNH LẠNG SƠN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN THÁI NGUYÊN - 2020
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP HOÀNG VĂN THUẬN NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI KHI VẬN HÀNH NGUỒN THỦY ĐIỆN NHỎ TẠI TỈNH LẠNG SƠN Ngành: Kỹ thuật điện Mã ngành: 8520201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Nguyễn Minh Ý THÁI NGUYÊN - 2020
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên tác giả luận văn: Hoàng Văn Thuận Đề tài luận văn: Nghiên cứu cải thiện chất lượng điện áp lưới điện phân phối khi vận hành nguồn thủy điện nhỏ tại tỉnh Lạng Sơn Chuyên ngành: Kỹ thuật điện, Mã số: 8.52.02.01 Mã số học viên: Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 04/10/2020 với các nội dung sau: - Nội dung mục 1.4: Tiềm năng của thủy điện đã được rút gọn, bổ sung thêm những vấn đề liên quan đến nguồn thủy điện vừa và nhỏ. - Luận văn đã mô phỏng lưới điện 35-kV Tràng Định với những thông số thực. Tuy nhiên, kết quả chạy mô phỏng là chế độ làm việc cực đại của lưới điện trong đó các phụ tải đều đạt giá trị cực đại. Đây là chế độ làm việc năng nề nhất của lưới. Do đó, kết quả mô phỏng cho thấy tổn thất lưới điện cao, điện áp tải thấp, hệ số công suất thấp hơn so với chế độ làm việc bình thường của lưới điện. - Bộ điều áp dưới tải (OLTC) được thực hiện trên máy biến áp phân phối 110/35- kV của lưới điện. - Kết luận chương 3 đã được chỉnh sửa. - Các lỗi chế bản đã được rà soát, chỉnh sửa trong nội dung luận văn. - Tác giả đã điều chỉnh một số nội dung và tích hợp các chương có nội dung phù hợp. Thái Nguyên, ngày tháng năm 20… Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG i
LỜI CAM ĐOAN Họ và tên: Hoàng Văn Thuận. Học viên: Lớp cao học K21, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên. Nơi công tác: Công ty Điện lực Lạng Sơn. Tên đề tài luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu cải thiện chất lượng điện áp LĐPP khi vận hành nguồn TĐN tại tỉnh Lạng Sơn”. Chuyên ngành: Kỹ thuật điện. Mã số: 8.52.02.01 Tôi xin cam đoan những vấn đề được trình bày trong bản luận văn này là những nghiên cứu của riêng cá nhân tôi, dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Minh Ý và sự giúp đỡ của các cán bộ Khoa Điện, Trường Đại học Kỹ thuật Công Nghiệp - Đại học Thái Nguyên. Mọi thông tin trích dẫn trong luận văn này đã được ghi rõ nguồn gốc. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những số liệu trong luận văn này. Lạng Sơn, ngày tháng năm 2020 Học viên thực hiện Hoàng Văn Thuận ii
LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian nghiên cứu thực hiện luận văn này tôi luôn nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của TS. Nguyễn Minh Ý, người trực tiếp hướng dẫn luận văn cho tôi. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới thầy. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, cán bộ, kỹ thuật viên trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện giúp đỡ tốt nhất để tôi có thể hoàn thành đề tài nghiên cứu này. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn những đóng góp quý báu của các bạn cùng lớp động viên và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài. Xin gửi lời chân thành cảm ơn đến các cơ quan xí nghiệp đã giúp tôi khảo sát tìm hiểu thực tế và lấy số liệu phục vụ cho luận văn. Cuối cùng, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới gia đình, đồng nghiệp và bạn bè đã luôn động viên, khích lệ, chia sẻ khó khăn cùng tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu hoàn thiện luận văn này. Lạng Sơn, ngày tháng năm 2020 Học viên Hoàng Văn Thuận iii
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ iii Mục lục ...................................................................................................................... iv Danh mục hình vẽ ...................................................................................................... vi Danh mục bảng biểu ................................................................................................... x Danh mục các viết tắt ................................................................................................ vi MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: ĐIỆN ÁP TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI.................................... 4 1.1. Chất lượng điện áp............................................................................................... 4 1.2. Ảnh hưởng của điện áp ........................................................................................ 6 1.3. Những vấn đề điều chỉnh điện áp ........................................................................ 7 1.4. Tiềm năng và khai thác nguồn thủy điện ............................................................ 8 CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI............................................... 11 2.1. Cơ sở lý thuyết ................................................................................................... 11 2.1.1. Mạng điện 1 pha ............................................................................................. 11 2.1.2. Mạng điện 3 pha ............................................................................................. 14 2.2. Đường dây phân phối ........................................................................................ 18 2.3. Nguồn điện ........................................................................................................ 22 2.4. Phụ tải ................................................................................................................ 25 2.5. MBA điều áp dưới tải ........................................................................................ 33 2.6. Tụ bù .................................................................................................................. 37 2.7. Thiết bị ổn định điện áp ..................................................................................... 39 2.8. Kết luận.............................................................................................................. 41 CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH BÀI TOÁN VÀ CÁC THUẬT GIẢI .............................. 42 3.1. Mô hình bài toán ................................................................................................ 42 3.2. Phương pháp Newton-raphson .......................................................................... 43 3.3. Phương pháp tối ưu bày đàn (PSO) ................................................................... 50 3.4. Thuật toán tổng quát .......................................................................................... 53 3.5. Kết luận.............................................................................................................. 55 iv
CHƯƠNG 4: LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRÀNG ĐỊNH, LẠNG SƠN ................. 56 4.1. Điện lực Tràng Định, Lạng Sơn ........................................................................ 56 4.2. Mô phỏng Matlab Simulink............................................................................... 58 4.2.1. Công cụ Powergui .......................................................................................... 58 4.2.2. Mô phỏng LĐ Tràng Định .............................................................................. 60 4.3. Kết quả mô phỏng ............................................................................................. 61 4.3.1. Khi chưa có TĐN ........................................................................................... 61 4.3.2. Khi vận hành TĐ Bắc Khê tại Nút 63 ............................................................ 65 4.3.2. Khi phối hợp thiết bị diều chỉnh điện áp ........................................................ 66 4.4. Kết luận.............................................................................................................. 68 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ............................................................... 69 1. Kết luận................................................................................................................. 69 2. Hướng phát triển ................................................................................................... 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 70 Tài liệu tiếng Việt ..................................................................................................... 70 Tài liệu tiếng Anh ..................................................................................................... 71 PHỤ LỤC ................................................................................................................. 73 P1. Kết quả mô phỏng LĐPP khi không có TĐ ....................................................... 73 P1. Kết quả mô phỏng LĐPP khi có TĐN ............................................................... 77 P3. Kết quả mô phỏng LĐPP khi tính toán OLTC ................................................... 82 v
DANH MỤC CÁC VIẾT TẮT Chữ viết tắt Thuật ngữ đầy đủ Chú thích HTĐ Hệ thống điện LĐ Lưới điện LĐTT Lưới điện truyền tải LĐPP Lưới điện phân phối TTT Trạm truyền tải TPP Trạm phân phối TTG Trạm trung gian ĐD Đường dây ĐDTT Đường dây truyền tải ĐDPP Đường dây phân phối TBA Trạm biến áp MBA Máy biến áp CSTD Công suất tác dụng CSPK Công suất phản kháng HSCS Hệ số công suất Power factor (PF) ĐG Điện gió NPT Nguồn phân tán Distributed generation (DG) NLTT Năng lượng tái tạo TĐ Thủy điện TĐV&N Thủy điện vừa và nhỏ TĐN Thủy điện nhỏ ĐMT Điện mặt trời CA Cao áp TA Trung áp HA Hạ áp OLTC Bộ điều áp dưới tải On- load tap changer vi
TB Tụ bù TBT Tụ bù trạm TBN Tụ bù nhánh VR Bộ ổn áp Voltage regulator SVR Bộ ổn áp bước Stepper voltage regulator PT Biến áp Potential transformer CT Biến dòng Curent transformer NR Thuật toán Newton-Raphson PSO Thuật toán tối ưu bày đàn Particle swarm optimization AC Xoay chiều DC Một chiều vii
DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1. Mạch điện thực (a) và trong miền phức (b). ............................................. 12 Hình 2.2. Sơ đồ điện áp, dòng điện, công suất và HSCS. (a) tải cảm, (b) tải dung. 14 Hinh 2.4. Sơ đồ véc-tơ điện áp 3 pha. ...................................................................... 15 Hình 2.5. Điện áp pha, điện áp dây của hệ thống 3 pha đối xứng. ........................... 16 Hình 2.6. LĐPP hình tia. .......................................................................................... 18 Hình 2.7. Các phần tử chính trong LĐPP. ................................................................ 19 Hình 2.8. Mô hình đường dây điện tổng quát. ......................................................... 21 Hình 2.9. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo máy phát điện và hệ thống điều khiển. ............. 22 Hình 2.10. Sơ đồ véc-tơ điện áp và dòng điện máy phát. ........................................ 23 Hình 2.11. Sơ đồ véc-tơ công suất phát của máy phát. ............................................ 23 Hình 2.12. CSTD, CSPK của máy phát.................................................................... 24 Hình 2. 13 . Đồ thị phụ tải ngày. .............................................................................. 26 Hình 2. 14. Đồ thị phụ tải tháng. .............................................................................. 26 Hình 2. 15. Đồ thị phụ tải năm (đồ thị phụ tải kéo dài). .......................................... 27 Hình 2. 16. Phụ tải 3 pha tại Nút i đấu nối sao (a) và tam giác (b). ........................ 31 Hình 2.17. Sơ đồ nguyên lý OLTC. ......................................................................... 33 Hình 2.18. Sơ đồ thay thế tổng quát MBA OLTC. .................................................. 35 Hình 2.19. Sơ đồ điều khiển MBA OLTC. .............................................................. 36 Hình 2.20. Sơ đồ TB tại nút j. .................................................................................. 38 Hình 2.21. Thiết bị ổn định điện áp. ......................................................................... 39 Hình 2.22. Thiết bị điều chỉnh điện áp (biên độ). .................................................... 40 Hình 2.23. Thiết bị điều chỉnh góc pha (dịch pha). .................................................. 40 Hình 3.1. Thuật toán NR. ......................................................................................... 49 Hình 3.2. Thuật toán PSO......................................................................................... 52 Hình 3.3. Thuật toán tổng quát của bài toán. ........................................................... 54 Hình 4.1. Các phương pháp mô phỏng trong Powergui. .......................................... 58 Hình 4.3. CSTD, CSPK của phụ tải. ........................................................................ 62 Hình 4.3. Kết quả mô phỏng lưới điện 35-kV Tràng Định. ..................................... 63 viii
Hình 4.4. Phân bố điện áp trong LĐ. ........................................................................ 64 Hình 4.4. Phân bố điện áp trong LĐ khi có TĐ. ...................................................... 65 Hình 4.5. Phân bố điện áp trong LĐ khi tính OLTC. ............................................... 67 Hình 4.6. So sánh điện áp LĐ trong các trường hợp: Không có TĐ, có TĐ và điều chỉnh OLTC. ............................................................................................................. 67 ix
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1. Bảng tra thông số dây dẫn phổ biến ......................................................... 20 Bảng 3.1. Loại nút và thông số trong lưới điện. ....................................................... 44 Bảng 4.1. Các chỉ tiêu kỹ thuật của LĐ Tràng Định khi không có TĐ. ................... 64 Bảng 4.2. Các chỉ tiêu kỹ thuật của LĐ Tràng Định khi có TĐ Bắc Khê. ............... 65 Bảng 4.3. Các chỉ tiêu kỹ thuật của LĐ Tràng Định khi tính OLTC. ...................... 66 x
MỞ ĐẦU Điện áp là một chỉ tiêu quan trọng hàng đầu để đánh giá chất lượng cung cấp điện năng cho khách hàng, bị tác động bởi thông số trên đường dây. Nó thể có các dạng như: sự biến đổi dài hạn của điện áp so với định mức, điện áp thay đổi đột ngột, những xung dao động hoặc điện áp ba pha không cân bằng. Bên cạnh đó, tính không đồng đều như tần số thay đổi, sự không tuyến tính của hệ thống hoặc trở kháng phụ tải sẽ làm méo dạng sóng điện áp, các xung nhọn do các thu lôi sinh ra cũng có thể được lan truyền trong hệ thống cung cấp, v.v. Để ngăn ngừa các hiệu ứng có hại cho thiết bị của hệ thống, các điều luật và quy định được đưa ra yêu cầu điện áp cung cấp không được vượt quá ngưỡng dung sai cho phép. Tiêu chuẩn EN50160 của Châu Âu chỉ ra rằng dải biến đổi giá trị hiệu dụng của điện áp cung cấp trong 10 phút (điện áp pha hoặc điện áp dây) là 10%, với 95% thời gian trong tuần. Với HTĐ 3 pha 4 dây, là 230 V giữa pha và trung tính. Điều này có nghĩa là mỗi tuần có hơn 8 giờ không có giới hạn cho giá trị của điện áp cung cấp. Cũng có một số ý kiến cho rằng dung sai điện áp 10% là quá rộng. Ở Việt Nam, chất lượng điện năng được quy định tại Luật Điện lực, Quy phạm trang bị điện, Tiêu chuẩn kỹ thuật điện và gần đây nhất là Thông tư 32/2010/TT-BCT: - Trong điều kiện vận hành bình thường, điện áp được phép dao động trong khoảng 5% so với điện áp danh định và được xác định tại phía thứ cấp của MBA cấp điện cho bên mua hoặc tại vị trí khác do hai bên thỏa thuận trong hợp đồng khi bên mua đạt HSCS cosφ = 0.85 và thực hiện đúng biểu đồ phụ tải đã thỏa thuận trong hợp đồng. - Trong trường hợp LĐ chưa ổn định, điện áp được dao động từ +5 % đến -10 %. Ngoài ra, độ lệch điện áp cũng được quy định đối với thiết bị điện khác nhau: - Độ lệch cho chiếu sáng công nghiệp và công sở, đèn pha trong giới hạn: từ –2.5% đến +5 %. - Độ lệch cho động cơ: từ –5.5% đến +10%. - Các phụ tải còn lại: –5% đến +5%. Trong những năm gần đây, do nhu cầu năng lượng ngày càng tăng và cuộc chiến chống biến đổi khí hậu toàn cầu trở nên cấp bách, nhiều quốc gia đã hướng tới việc ưu tiên phát triển nguồn TĐ, trong đó đã chú trọng thích đáng đến nguồn thủy điện nhỏ 1
(TĐN), một nguồn năng lượng tái tạo (NLTT) quý giá. Nguồn TĐN có những lợi ích đặc biệt vì công nghệ đã được phát triển lâu đời ở mức hoàn thiện, khả thi về mặt kinh tế (chi phí lắp đặt thấp), tác động tiêu cực đến môi trường không đáng kể, và góp phần rất quan trọng vào giải quyết vấn đề điện khí hóa nông thôn, nâng cao mức sống và điều kiện sản suất, thúc đẩy phát triển kinh tế nông thôn, xóa đói giảm nghèo, nâng cao dân trí đối với đồng bào vùng sâu, vùng xa tại các nước đang phát triển. Những điều trên đây chính là lý do để Liên Hiệp Quốc (LHQ) thời gian qua theo chu kỳ ba năm một lần lại xuất bản các báo cáo về tình hình phát triển TĐN trên toàn thế giới. Báo cáo năm 2016 (World Small Hydropower Development Report 2016) là kết quả hợp tác to lớn giữa Tổ chức Phát triển Công nghiệp LHQ (UNIDO), Trung tâm Quốc tế về TĐN (ICSHP) và hơn 230 chuyên gia, kỹ sư, viện sỹ, quan chức chính phủ về TĐN trên khắp thế giới. Báo cáo đã cập nhật tình hình hiện trạng và tiềm năng phát triển TĐN của hầu hết các quốc gia trên toàn thế giới. Nội dung cơ bản của Báo cáo - 2016 có thể tóm lược như sau: Năm 2016 trên toàn thế giới, tổng công suất các dự án TĐN (< 10MW) đang hoạt động khoảng 78GW, chiếm 6,5% tổng công suất các dự án thủy (kể cả TĐ tích năng - khoảng 1.200GW), 7% tổng công suất nguồn NLTT và 1,9% tổng công suất tất cả các loại nguồn điện; tăng hơn 4% so với số liệu trong Báo cáo - 2013. Về thứ hạng trong các nguồn NLTT, TĐN đứng ở vị trí thứ 4 sau TĐ vừa và lớn (54%), gió (22%), mặt trời (11%) và trên sinh khối (5%), địa nhiệt (1%). Năm 2016, tổng tiềm năng TĐN cũng đã được nghiên cứu, đánh giá và bổ sung lên đến 217GW, tăng 24% so với số liệu năm 2013. Việt Nam là nước có tiềm năng TĐN phong phú, với tổng công suất các công trình đang hoạt động chiếm gần 26% tổng tiềm năng đã được phát hiện và chiếm tỷ trọng áp đảo tới 78,5% tổng công suất của toàn ASEAN. Hiện nay, tổng công suất TĐN tại Việt Nam là khoảng 1.836MW, đối với TĐN có công suất đặt dưới 10MW theo quy định của quốc tế, còn theo quy định của Việt Nam, TĐN là các dự án có công suất đặt đến dưới 30MW thì tổng công suất TĐN là trên 2.000MW (theo Quy hoạch điện VII - hiệu chỉnh, tổng công suất nguồn NLTT (chủ yếu là TĐN) năm 2015 là 2.300MW). Mặc dù việc phát triển TĐN trong những năm qua đã được quan tâm đáng kể và có những kết quả đáng khích lệ, mang lại hiệu quả to lớn đối với sự phát triển kinh tế, 2
xã hội và đất nước. Việc khai thác vận hành TĐN cũng gây ra một số tác động về kỹ thuật, môi trường như sau. Thứ nhất, việc vận hành TĐN trong lưới điện phân phối (LĐPP) trung và hạ áp (10-35kV) có thể tạo ra dòng công suất ngược phát về LĐ truyền tại (LĐTT), gây ảnh hưởng đến chế độ làm việc của các thiết bị bù (TB) và điều chỉnh điện áp như OLTC – thiết bị điều áp dưới tải (OLTC) trong máy triến áp (MBA) phân phối, làm cho điện áp tại một số nút sụt áp, một số nút khác quá áp, không đảm bảo về chất lượng điện áp của lưới điện. Bên cạnh đó, sự xuất hiện dòng công suất ngược có thể gây quá tải đường dây, ảnh hưởng đến chế độ làm việc của các thiết bị bảo vệ, gây tác động nhầm, mất khả năng cắt chọn lọc, cô lập và loại trừ sự cố trong lưới điện, tăng tổn thất công suất trong lưới điện. Thứ hai, đầu tư phát triển thuỷ điện vừa và nhỏ phải gắn liền với bảo vệ môi trường. TĐN tuy không có đập tích nước, tuy nhiên nó cũng làm thay đổi về dòng chảy, gây ra những ảnh hưởng nhất định đối với môi trường, đặc biệt là đối với các thành phần kinh tế phụ thuộc vào nguồn nước dòng chảy như nông lâm nghiệp, thủy sản, du lịch, v.v. Ngoài ra, TNĐ cũng chiếm một phần diện tích đất và diện tích rừng bị phá cho một công trình thuỷ điện vừa, hoặc nhỏ. Tuy khối lượng xây dựng không lớn, mặt bằng xây dựng không nhiều nhưng diện tích rừng bị chặt phá nhiều là do làm đường và các hoạt động phụ trợ khác liên quan đến xây dựng, khai thác và vận hành TĐN. Trong nội dung luận văn thạc sĩ, tôi tập trung nghiên cứu vấn đề cải thiệt chất lượng điện áp LĐPP khi vận hành nguồn TĐN tại tỉnh Lạng Sơn. 3
CHƯƠNG 1 ĐIỆN ÁP TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 1.1. CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP Ngày nay, các thiết bị điện sử dụng trong sinh hoạt và sản xuất công nghiệp ngày càng đa dạng và phong phú về số lượng và chủng loại. Cùng với sự gia tăng về quy mô thì các vấn đề kỹ thuật cũng rất được quan tâm, đó là việc nâng cao chất lượng điện năng ở LĐPP. Điều này có ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng điện năng và chỉ tiêu kinh tế chung của toàn hệ thống. Điện áp là một chỉ tiêu quan trọng hàng đầu để đánh giá chất lượng điện năng cung cấp. Thực tế cho thấy 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, những xung dốc dao động hoặc điện áp ba pha không cân bằng. Hơn nữa tính không đồng đều như tần số thay đổi, sự không tuyến tính của hệ thống hoặc trở kháng phụ tải sẽ làm méo dạng sóng điện áp, các xung nhọn do các thu lôi sinh ra cũng có thể được lan truyền trong hệ thống cung cấp. Để ngăn ngừa các hiệu ứng có hại cho thiết bị của hệ thống cung cấp trong một mức độ nhất định, luật và các quy định khác nhau tồn tại trong các vùng khác nhau để chắc rằng mức độ của điện áp cung cấp không được ra ngoài dung sai quy định. Các đặc 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 3 pha. Trên thực tế có sự dao động tương đối rộng trong việc chấp nhận các dung sai có liên quan đến điện áp. Các tiêu chuẩn luôn luôn được phát triển hợp lý để đáp lại sự phát triển của kỹ thuật kinh tế và chính trị. Bởi một vài nhân tố ảnh hưởng đến điện áp cung cấp là ngẫu nhiên trong không gian và thời gian, nên một vài đặc trưng có thể được mô tả trong các tiêu chuẩn với các tham số tĩnh để thay thế cho các giới hạn đặc biệt. Một khía cạnh quan trọng trong việc áp dụng các tiêu chuẩn là để xem xét ở nơi nào và ở đâu trong mạng cung cấp, các đặc tính của điện áp là định mức. Tiêu chuẩn Châu Âu EN50160 chỉ rõ các đặc điểm của điện áp ở các đầu cuối cung cấp cho khách hàng dưới các điều kiện vận hành bình 4
thường. Các đầu cuối cung cấp được định nghĩa là điểm kết nối của khách hàng nối vào hệ thống công cộng. EN50160 chỉ ra rằng trong các thành viên của Eropean Communities - Cộng đồng Châu Âu, dải biến đổi giá trị hiệu dụng của điện áp cung cấp trong 10 phút (điện áp pha hoặc điện áp dây) là 10% với 95% thời gian trong tuần. Với HTĐ áp 3 pha 4 dây, là 230 V giữa pha và trung tính. Nói đúng ra, điều này có nghĩa là mỗi tuần có hơn 8 giờ không có giới hạn cho giá trị của điện áp cung cấp. Cũng có một số ý kiến cho rằng dung sai điện áp 10% là quá rộng. Ở Việt Nam, chất lượng điện năng được quy định tại TCVN, Luật Điện lực, Quy phạm trang bị điện, Tiêu chuẩn kỹ thuật điện và gần đây nhất là Thông tư 32/2010/TT- BCT: - Trong điều kiện vận hành bình thường, điện áp được phép dao động trong khoảng 5% so với điện áp danh định và được xác định tại phía thứ cấp của MBA cấp điện cho bên mua hoặc tại vị trí khác do hai bên thỏa thuận trong hợp đồng khi bên mua đạt HSCS cosφ = 0.85 và thực hiện đúng biểu đồ phụ tải đã thỏa thuận trong hợp đồng. - Trong trường hợp LĐ chưa ổn định, điện áp được dao động từ +5 % đến -10 %. 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 các dao động đó. Nguyên nhân chủ yếu gây ra dao động điện áp là do các thiết bị có cosφ thấp và các phụ tải lớn làm việc đòi hỏi đột biến về tiêu thụ CSTD và CSPK như: các lò điện hồ quang, các máy hàn, các máy cán thép cỡ lớn, v.v. Độ lệch điện áp tại phụ tải là giá trị sai lệch giữa điện áp thực tế trên cực của các thiết bị điện so với điện áp định mức của mạng điện. Độ lệch điện áp được tiêu chuẩn hóa theo mỗi nước. Ở Việt Nam quy định: - Độ lệch cho chiếu sáng công nghiệp và công sở, đèn pha trong giới hạn: từ –2.5% đến +5 %. - Độ lệch cho động cơ: từ –5.5% đến +10%. - Các phụ tải còn lại: –5% đến +5%. 5
Với các sự cố xảy ra trên ĐDTT mặc dù không gây ra mất điện cho khách hàng do đã được bảo vệ bởi các thiết bị bảo vệ như rơle, máy cắt tự động, v.v. Tuy nhiên hiện tượng sụt áp vẫn xảy ra. Do đó phải đảm bảo không được tăng quá 110 % điện áp danh định ở các pha không bị sự cố đến khi sự cố bị loại trừ. Ngoài ra bên cung cấp và khách hàng cũng có thể thoả thuận trị số điện áp đấu nối, trị số này có thể cao hơn hoặc thấp hơn các giá trị được ban hành. Lưới phân phối hạ áp cấp điện trực tiếp cho hầu hết các thiết bị điện. Trong lưới phân phối hạ áp các thiết bị điện đều có thể được nối với nó cả về không gian và thời gian (tại bất kỳ vị trí nào, bất kỳ thời gian nào). Vì vậy trong toàn bộ lưới phân phối hạ áp điện áp phải được thỏa mãn các tiêu chuẩn. 1.2. ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỆN ÁP - Đối với động cơ: Mô men của động cơ không đồng bộ tỷ lệ với bình phương điện áp U đặt vào động cơ. Đối với động cơ đồng bộ khi điện áp thay đổi làm cho momen quay thay đổi, khả năng phát CSPK của máy phát và máy bù đồng bộ giảm đi khi điện áp giảm quá 5% so với định mức. Vì vậy bất kỳ sự thay đổi điện áp nào cũng tác động không tốt đến sự làm việc của các động cơ. - Đối với 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 quá 20% định mức thì nó sẽ tắt và nếu duy trì độ tăng điện áp kéo dài thì có thể cháy bóng đèn. Đối với các đèn hình khi điện áp nhỏ hơn 95% điện áp định mức thì chất lượng hình ảnh bị méo. Các đài phát hoặc thu vô tuyến, các thiết bị liên lạc bưu điện, các thiết bị tự động hóa rất nhạy cảm với sự thay đổi của điện áp. Như khi xảy ra dao động điện áp nó sẽ gây ra dao động ánh sáng, làm hại mắt người lao động, gây nhiễu máy thu thanh, máy thu hình và thiết bị điện tử. Chính vì thế độ lệch điện áp cho phép đối với các thiết bị chiếu sáng và thiết bị điện tử được quy định nhỏ hơn so với các thiết bị điện khác. - Các dụng cụ đốt nóng, các bếp điện trở: 6
Công suất tiêu thụ trong các phụ tải loại này tỷ lệ với bình phương điện áp đặt vào. Khi điện áp giảm hiệu quả đốt nóng của các phần tử giảm rõ rệt. Đối với các lò điện sự biến đổi điện áp ảnh hưởng nhiều đến đặc tính kinh tế kỹ thuật của các lò điện. - 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 CSTD và phản kháng do nó sử dụng cũng biến đổi theo đường đặc tính tĩnh của phụ tải. CSTD ít chịu ảnh hưởng của điện áp so với CSPK. Khi điện áp giảm thì CSTD và CSPK đều giảm, đến một giá trị điện áp Ugh nào đó, nếu điện áp tiếp tục giảm CSPK tiêu thụ tăng lên, hậu quả là điện áp lại càng giảm và phụ tải ngừng làm việc, hiện tượng này gọi là hiện tượng thác điện áp, có thể xảy ra với một nút phụ tải hay toàn HTĐ 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 có biện pháp ngăn chặn kịp thời. - Đối với HTĐ: Sự biến đổi điện áp ảnh hưởng đến các đặc tính kỹ thuật của HTĐ. Điện áp giảm sẽ làm giảm CSPK do máy phát điện và các thiết bị bù sinh ra. Đối với MBA, khi điện áp tăng, làm tăng tổn thất không tải, tăng độ cảm ứng từ trong lõi thép gây phát nóng cục bộ. Khi điện áp tăng quá cao có thể chọc thủng cách điện. 1.3. NHỮNG VẤN ĐỀ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP Để duy trì điện áp trên đầu cực thiết bị dùng điện trong miền giới hạn hay nằm trong phạm vi cho phép chúng ta phải áp dụng các biện pháp điều chỉnh điện áp để 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: Bằng cách thay đổi kích từ của máy phát điện để 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 bất cập ở chỗ, nếu đáp ứng tốt cho phụ tải ở gần thì lại không phù hợp với phụ tải ở xa và ngược lại. 7
Đối với các MBA trung gian (TBA trung gian) cấp điện cho một vùng rộng lớn, thường dùng MBA có điều chỉnh điện áp dưới tải. Trong trường hợp chỉ có MBA thường thì thanh cái phía hạ áp của MBA của MBA 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: MBA có tự động điều chỉnh điện áp, máy bù đồng bộ, tụ điện tĩnh, v.v. Phương pháp điều chỉnh này thích 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 lợi ích của toàn hệ thống. 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 CSPK của các máy phát hoặc máy bù đồng bộ, ngăn ngừa quá tải tại các phần tử của HTĐ, tăng và giảm tải hợp lý của những ĐDTT, chọn tỷ số biến đổi thích hợp ở các MBA hay sử dụng các thiết bị bù truyền thống và hiện đại để bù lượng CSPK nhằm nâng cao chất lượng điện. 1.4. TIỀM NĂNG VÀ KHAI THÁC NGUỒN THỦY ĐIỆN Do vị trí địa lý của Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới, nóng ẩm mưa nhiều, nên đất nước ta có nguồn tài nguyên thủy năng tương đối lớn. Phân bố địa hình trải dài từ Bắc vào Nam với bờ biển hơn 3400 km cùng với sự thay đổi cao độ từ hơn 3100 m cho đến độ cao mặt biển đã tạo ra nguồn thế năng to lớn do chênh lệch địa hình tạo ra. Nhiều nghiên cứu đánh giá đã chỉ ra rằng, Việt Nam có thể khai thác được nguồn công suất TĐ vào khoảng 25.000 - 26.000 MW, tương ứng với khoảng 90 -100 tỷ kWh điện năng. Tuy nhiên, trên thực tế, tiềm năng về công suất TĐ có thể khai thác còn nhiều hơn. Theo kinh nghiệm khai thác TĐ trên thế giới, công suất TĐ ở Việt Nam có thể khai thác trong tương lai có thể bằng từ 30.000 MW đến 38.000 MW và điện năng có thể khai thác được 100 - 110 tỷ kWh. 8