Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu tối ưu điện áp lưới điện phân phối Thái Nguyên

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:85

Thêm vào BST

Báo xấu

19
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của đề tài là xây dựng phần mềm tính toán thông số cài đặt tối ưu cho các thiết bị điều khiển điện áp trên lưới phân phối; Nâng cao chất lượng điện năng, giảm dao động điện áp trên lưới điện do sự biến thiên của phụ tải; Giảm tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối: máy biến áp, đường dây, v.v.; Ứng dụng thử nghiệm trên mô hình lưới điện thành phố Thái Nguyên.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu tối ưu điện áp lưới điện phân phối Thái Nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP -------------------------------------- TRẦN HUY HOÀNG NGHIÊN CỨU TỐI ƯU ĐIỆN ÁP LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÁI NGUYÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN KHOA CHUYÊN MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TRƯỞNG KHOA TS. NGUYỄN MINH Ý PHÒNG ĐÀO TẠO Thái Nguyên - Năm 2019 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
LỜI CAM ĐOAN Họ và tên: Trần Huy Hoàng. Học viên: Lớp cao học K20, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên. Nơi công tác: Công ty Điện lực Thái Nguyên. Tên đề tài luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu tối ưu điện áp lưới điện phân phối Thái Nguyên”. Chuyên ngành: Kỹ thuật điện. 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. Thái Nguyên, ngày 25 tháng 10 năm 2019 Học viên thực hiện Trần Huy Hoàng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
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 cung 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. Thái Nguyên, ngày 25 tháng 10 năm 2019 Học viên Trần Huy Hoàng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
MỤC LỤC Mục lục ............................................................................................................. iii Danh mục hình vẽ ............................................................................................ vi Danh mục bảng biểu........................................................................................ vii Danh mục các viết tắt ..................................................................................... viii Mở đầu .............................................................................................................. 1 1. Đặt vấn đề...................................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu ...................................................................................... 1 Các mục tiêu cụ thể: .......................................................................................... 2 3. Nội dung nghiên cứu ..................................................................................... 2 4. Kết quả dự kiến ............................................................................................. 2 5. Phương pháp nghiên cứu:.............................................................................. 3 5.1. Phương pháp tiếp cận ................................................................................. 3 5.2. Phương pháp nghiên cứu: .......................................................................... 3 6. Các công cụ, thiết bị nghiên cứu ................................................................... 3 7. Kế hoạch thực hiện ........................................................................................ 3 Chương 1 ........................................................................................................... 5 Giới thiệu chung ................................................................................................ 5 1.1. Giới thiệu bài toán ...................................................................................... 5 1.1.1. Chất lượng điện năng .............................................................................. 5 1.1.2. Ảnh hưởng của điện áp nút đến phụ tải .................................................. 7 1.2. Tổng quan tài liệu....................................................................................... 9 1.2.1. Những giải pháp điều chỉnh điện áp ....................................................... 9 1.2.2. Những nghiên cứu điều chỉnh điện áp .................................................. 10 1.3. Đóng góp của đề tài.................................................................................. 13 Chương 2 ......................................................................................................... 15 Cơ sở lý thuyết ................................................................................................ 15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
2.1. Lưới điện phân phối ................................................................................. 15 2.2. Bộ điều áp dưới tải (OLTC) ..................................................................... 17 2.3. Tụ bù ........................................................................................................ 21 2.4. Thiết bị ổn định điện áp ........................................................................... 23 2.5. Ứng dụng trong lưới điện phân phối ........................................................ 25 2.6. Kết luận .................................................................................................... 26 Chương 3 ......................................................................................................... 27 Bài toán tối ưu điện áp .................................................................................... 27 3.1. Hàm mục tiêu ........................................................................................... 27 3.2. Điều kiện rằng buộc ................................................................................. 28 3.3. Kết luận .................................................................................................... 30 Chương 4 ......................................................................................................... 31 Phương pháp toán học ..................................................................................... 31 4.1. Phương pháp newton-raphson.................................................................. 31 4.1.1. Cơ sở lý thuyết ...................................................................................... 31 4.1.2. Phân tích lưới điện ................................................................................ 33 4.1.3. Thuật toán Newton-Raphson: ............................................................... 39 4.2. Phương pháp tối ưu bày đàn (PSO) ......................................................... 40 4.2.1. Cơ sở lý thuyết ...................................................................................... 41 4.2.2. Mô hình toán học .................................................................................. 43 4.2.3. Thuật toán PSO ..................................................................................... 44 4.3. Kết luận .................................................................................................... 46 Chương 5 ......................................................................................................... 47 Ứng dụng lưới điện phân phối Thái Nguyên .................................................. 47 5.1. Lưới điện phân phối Thái Nguyên ........................................................... 47 5.2. Thông số cài đặt định mức ....................................................................... 51 5.3. Thông số cài đặt tối ưu ............................................................................. 55 5.4. Kết luận .................................................................................................... 58 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Kết luận và hướng phát triển ........................................................................... 59 1. Kết luận ....................................................................................................... 59 2. Hướng phát triển ......................................................................................... 59 Phụ lục ............................................................................................................. 60 P.1. Thông sô lưới điện ................................................................................... 60 P.2. Thông số phụ tải....................................................................................... 62 P.3. Lập trình thuật toán .................................................................................. 64 P.3.1. Thuật toán chính PSO ........................................................................... 64 P.3.2. Thuật toán Newton-Raphson ................................................................ 66 P.3.3. Tính ma trận tổng dẫn ........................................................................... 70 P4. Bài báo khoa học. ...................................................................................... 72 Tài liệu tham khảo ........................................................................................... 73 Tài liệu tiếng Việt............................................................................................ 73 Tài liệu tiếng Anh............................................................................................ 73 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1. Lưới điện phân phối hình tia. .......................................................... 16 Hình 2.2. Mô hình đường dây phân phối. ....................................................... 16 Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý OLTC. .................................................................. 18 Hình 2.4. Mô hình máy biến áp OLTC. .......................................................... 19 Hình 2.5. Sơ đồ điều khiển máy biến áp OLTC. ............................................ 20 Hình 2.6. Tụ bù SC tại nút j. ........................................................................... 22 Hình 2.7. Thiết bị ổn định điện áp. ................................................................. 24 Hình 2.8. Thiết bị điều chỉnh điện áp (biên độ). ............................................. 24 Hình 2.9. Thiết bị điều chỉnh góc pha (dịch pha). .......................................... 25 Hình 2.10. Phối hợp các thiết bị điều chỉnh điện áp trong lưới điện. ............. 25 Hình 4.1. Cơ sở toán học phương pháp Newton-Raphson. ............................ 32 Hình 4.2. Hình ảnh di chuyển của đàn chim. .................................................. 41 Hình 4.3. Tương tác giữa cá thể và quần thể khi dịch chuyển. ....................... 42 Hình 5.1. Sơ đồ mạng điện 22kV Thinh Đán, Thái Nguyên. ......................... 48 Hình 5.2. Công suất tác dụng phụ tải nút 1-48. .............................................. 49 Hình 5.3. Công suất phản kháng phụ tải nút 1-48. ......................................... 49 Hình 5.4. Điện áp lưới điện khi không có điều chỉnh. .................................... 50 Hình 5.5. Hiệu suất và hệ số công suất lưới điện khi không có điều chỉnh. ... 51 Hình 5.6. Điện áp lưới điện khi điều chỉnh theo thông số định mức. ............. 52 Hình 5.7. Hoạt động tụ bù SSC và FSC khi điều chỉnh theo thông số định mức. ................................................................................................................. 53 Hình 5.9. Hiệu suất và hệ số công suất khi điều chỉnh theo thông số định mức. ................................................................................................................. 54 Hình 5.10. Điện áp lưới điện khi điều chỉnh tối ưu. ....................................... 56 Hình 5.11. Hoạt động của SSC và FSC khi điều chỉnh tối ưu. ....................... 56 Hình 5.12. Hoạt động của OLTC khi điều chỉnh tối ưu. ................................ 57 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Hình 5.13. Hiệu suất và hệ số công suất khi điều chỉnh tối ưu. ...................... 58 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 4.1. Loại nút và thông số trong lưới điện. ............................................. 35 Bảng P.1. Thông số đường dây: Điện trở, điện kháng, chiều dài. .................. 60 Bảng P.2. Thông số phụ tải: Công suất tác dụng và phản kháng.................... 62 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
DANH MỤC CÁC VIẾT TẮT Chữ viết tắt Thuật ngữ đầy đủ Chú thích OLTC On- load tap changer Bộ điều áp dưới tải SC Shunt capacitor Tụ điện SVR Step voltage regulator Bộ ổn định điện áp PV Photovoltaic Quang điện WT Wind turbine Tuabin gió Thiết bị tích trữ năng lượng phân DES Distributed energy storage tán Hệ số PF Power factor công suất HTĐ Hệ thống điện PT Potential transformer Biến áp CT Curent transformer Biến dòng SSC Station shunt capacitor Bộ tụ trong trạm ở phía hạ áp Bộ tụ đặt trên đường dây phân FSC Feeder shunt capacitor phối DG Distributed generation Nguồn phân tán LV Low-voltage Lưới hạ áp Particle swarm PSO Phương pháp tối ưu hóa bày đàn optimization Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
MỞ ĐẦU 1. ĐẶT VẤN ĐỀ 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 lưới điện phân phối. Điều này có ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng điện năng và chỉ tiêu kinh tế chung của toàn hệ thống. Với lưới điện phân phối việc đáp ứng những nhu cầu về chất lượng điện năng gặp không ít khó khăn, đặc biệt các đường dây sử dụng các cấp điện áp 6kV, 10kV, 22 kV, lấy qua các trạm trung gian 35/6 kV và 35/10kV không có hệ thống điều áp dưới tải. Sự phát triển mạnh mẽ của phụ tải điện ảnh hưởng chất lượng điện năng ở lưới điện phân phối thể hiện dễ nhận thấy là chất lượng điện áp. Cụ thể, nếu điện áp đặt vào phụ tải không hoàn toàn đúng với điện áp định mức do phụ tải yêu cầu thì ít hay nhiều tình trạng làm việc của phụ tải cũng trở nên không tốt. Nói cách khác, độ lệch điện áp hay dao động điện áp càng lớn thì chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật của thiết bị dùng điện áp cũng thấp đi ảnh hưởng đến chất lượng điện năng của hệ thống. Vì vậy việc điều chỉnh điện áp trong lưới điện phân phối mang tính chất rất cần thiết trong hệ thống điện. Trên đây là những vấn đề còn tồn tại trong mạng lưới hệ thống điện Việt Nam nói chung và lưới điện tỉnh Thái Nguyên nói riêng. Do đó, trong đề tài này chúng tôi tập trung nghiên cứu bài toán tối ưu điện áp của lưới điện phân phối nhằm nâng cao chất lượng điện năng và giảm tổn thất trên lưới điện. 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Tính toán thông số cài đặt tối ưu cho các thiết bị điều chỉnh điện áp trên lưới điện phân phối như bộ điều áp dưới tải của máy biến áp, tụ bù trạm và tụ bù đường dây, v.v. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Các mục tiêu cụ thể: - Xây dựng phần mềm tính toán thông số cài đặt tối ưu cho các thiết bị điều khiển điện áp trên lưới phân phối; - Nâng cao chất lượng điện năng, giảm dao động điện áp trên lưới điện do sự biến thiên của phụ tải; - Giảm tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối: máy biến áp, đường dây, v.v.; - Ứng dụng thử nghiệm trên mô hình lưới điện thành phố Thái Nguyên. 3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu tổng quan về bài toán tối ưu điện áp trên lưới điện phân phối; - Nghiên cứu đặc tính các thiết bị điều chỉnh điện áp sử dụng trên lưới điện phân phối; - Xây dựng bài toán tối ưu điện áp tối ưu lưới điện phân phối với hàm mục tiêu là dao động điện áp và tối giảm hóa tổn thất điện năng với các rằng buộc về chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật; - Xây dựng thuật toán giải bài toán tối ưu điện áp cho lưới điện phân phối; - Xây dựng phần mềm tính toán, mô phỏng và thử nghiệm bài toán trên phần mềm chuyên dụng: PSS/E, Matlab, v.v. 4. KẾT QUẢ DỰ KIẾN - Phần mềm thuật toán giải bài toán tối ưu điện áp cho lưới điện phân phối; -Mô hình lưới điện thành phố Thái Nguyên trên PSS/ADEPT MatLab/Simulink - Có thể đăng bài báo khoa học trên tạp chí, hội thảo cấp trường. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: 5.1. Phương pháp tiếp cận Tiếp cận hệ thống: (1) Phân tích đối tượng nghiên cứu thành các phần tử nhỏ, tiến hành nghiên cứu đặc tính của từng phần tử; (2) Tổng hợp các nhỏ phần tử trong một hệ thống hoàn chỉnh và nghiên cứu mối liên hệ, rằng buộc của chúng trên toàn hệ thống. 5.2. Phương pháp nghiên cứu: - Sử dụng lý thuyết toán học, lý thuyết hệ thống, các định luật cơ bản kỹ thuật điện, hệ thống điện để: + Phân tích và mô hình hóa lưới điện và các thiết bị điều chỉnh điện áp; + Mô hình toán học bài toán tối ưu điện áp lưới điện với hàm mục tiêu và các hàm rằng buộc; Sử dụng công cụ máy tính và các phần mềm chuyên dụng để: + Mô phỏng lưới điện phân phối và các thiết bị điều chỉnh điện áp; + Xây dựng phầm mềm tính toán bài toán tối ưu điện áp cho lưới phân phối; -Kiểm chứng bài toán trên mô hình mô phỏng sử dụng các phần mềm chuyên dụng như Matlab/Simulink, PSS/ADEPT. 6. CÁC CÔNG CỤ, THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU - Máy tính và các phần mềm chuyên dụng PSS/ADEPT, Matlab/Simulink, v.v. 7. KẾ HOẠCH THỰC HIỆN Toàn bộ nội dung của luận văn được dự kiến thực hiện trong 6 tháng kể từ ngày có quyết định. Kế hoạch thực hiện được cụ thể như sau: Thời gian thực Kết quả đạt STT Nội dung thực hiện hiện được Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
- Tổng quan về bài toán tối ưu điện 1 Tháng thứ nhất Luận văn áp trên lưới điện phân phối. - Nghiên cứu đặc tính các thiết bị 2 điều chỉnh điện áp sử dụng trên Tháng thứ hai Luận văn lưới điện phân phối; - Xây dựng bài toán tối ưu điện áp lưới điện phân phối với hàm mục Mô hình toán 3 tiêu tối giảm hóa tổn thất điện năng Tháng thứ ba học và các rằng buộc về chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật; - Xây dựng thuật toán giải bài toán Phần mềm 4 Tháng thứ tư tối ưu điện áp lưới điện phân phối; thuật toán - Xây dựng phần mềm tính toán, mô phỏng và thử nghiệm bài toán Phần mềm mô 5 Tháng thứ năm trên phần mềm chuyên dụng: phỏng PSS/E, Matlab, v.v. Luận văn, bài 6 -Bảo vệ luận văn Tháng thứ sáu báo Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1. GIỚI THIỆU BÀI TOÁN 1.1.1. Chất lượng điện năng 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 lưới điện phân phối. 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. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
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 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 hệ thống điện 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 máy biến áp cấp điện cho bên mua hoặc tại vị trí khác do hai bên thỏa thuận trong hợp đồng khi bên mua đạt hệ số công suất cosφ = 0.85 và thực hiện đúng biểu đồ phụ tải đã thỏa thuận trong hợp đồng. - Trong trường hợp lưới điện 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
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 công suất tác dụng và công suất phản kháng 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%. Với các sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải 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. 1.1.2. Ảnh hưởng của điện áp nút đến phụ tải - 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 công suất phản kháng của máy phát và máy bù Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
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: 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 công suất tác dụng và phản kháng do nó sử dụng cũng biến đổi theo đường đặc tính tĩnh của phụ tải. 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 Ugh nào đó, nếu điện áp tiếp tục giảm công suất phản kháng 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
thể xảy ra với một nút phụ tải hay toàn 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 có biện pháp ngăn chặn kịp thời. - Đối với hệ thống điện: Sự biến đổi điện áp ảnh hưởng đến các đặc tính kỹ thuật của 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 gây phát nóng cục bộ. Khi điện áp tăng quá cao có thể chọc thủng cách điện. 1.2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.2.1. Những giải pháp 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. Đối với các máy biến áp trung gian (trạm biến áp trung gian) cấp điện cho một vùng rộng lớn, thường 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
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, 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 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. 1.2.2. Những nghiên cứu điều chỉnh điện áp Ổn định điện áp và điều khiển là rất quan trọng trong phân phối điện để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy và kinh tế của thiết bị điện. Hiện tại, điều khiển điện áp tiêu chuẩn phụ thuộc vào bộ điều áp dưới tải (On-load tap changer, OLTC) của máy biến áp phân phối, tụ điện (Shunt capacitor, SC) và bộ ổn định điện áp (Step voltage regulator, SVR) để duy trì điện áp của mạng điện trong phạm vi cho phép (từ 10% đến + 5%). Trong lưới điện phân phối ta nhận thấy đường dây có công suất phản kháng khá lớn, các phụ tải thay đổi và đặc biệt hiện nay phát triển thêm các nguồn phân tán( distributed generation Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
DG) đi với nhiều thiết bị phân tán khác nhau, ví dụ, quang điện (Photovoltaic, PV), tuabin gió (Wind turbine, WT), v.v. và các thiết bị tích trữ năng lượng phân tán (Distributed energy storage, DES), ví dụ: hệ thống lưu trữ năng lượng ắc quy (Battery energy storage system, BESS), các loại xe điện (Electric vehicle, EV, Plug-in hybrid electric vehicle, PHEV), v.v. Vì vậy, việc điều khiển điện áp trở thành khó khăn hơn trong hệ thống điện phân phối. Ngoài ra, việc kiểm soát điện áp cũng cần xem xét đến tổn thất điện năng, dao động điện áp và sự quá tải của các thiết bị điều chỉnh có thể dẫn đến chi phí bảo trì và thay thế thêm. Có thể nhận thấy sự xuống cấp của OLTC do trong quá trình làm việc lâu dài dẫn đến cacbon hóa của các tiếp điểm và dầu cách điện. Độ bền điện môi, mức điện áp và dòng điện qua các tiếp điểm của OLTC trong quá trình chuyển mạch và ngắn mạch. Giải pháp có thể là một OLTC điện tử được đề xuất cho phía thứ cấp của máy biến áp khách hàng trong các mạng điện hạ áp (Low-voltage, LV). Một OLTC ba pha tách rời có thể điều chỉnh điện áp của từng pha một cách độc lập được đề xuất; phối hợp với việc cung cấp năng lượng phản kháng từ PV dựa trên biến tần, nó có thể cải thiện khả năng lưu trữ của nguồn phân tán vào lưới điện trong khi giảm thiểu tổn thất điện năng, tăng điện áp trong điều kiện tải không cân bằng. Việc điều khiển phối hợp điều áp dưới tải OLTC, ổn định điện áp SVR và nguồn phân tán để giải quyết sự tăng điện áp gây ra bởi sự tham gia nhiều của PV được nghiên cứu. Mục tiêu không chỉ là duy trì điện áp của mạng lưới phân phối mà còn làm giảm căng thẳng vận hành của OLTC, giảm tải tối đa và tổn thất điện năng và đảm bảo độ bền cao của DES bằng cách hạn chế chế độ phóng nạp (Depth of discharge, DoD). Ngoài ra, sự phối hợp của OLTC và PV dựa trên biến tần được phân tích; nó cho thấy rằng cả hai chiến lược kiểm soát công suất phản kháng như hệ số công suất cố định (PF), hệ số công suất / công suất, PF(P), volt/var, Q(V), v.v. và sự tham gia của DG có thể dẫn đến hoạt động chuyển mạch ngoài ý muốn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn