Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ tải điện đến chất lượng điện áp và tính toán lựa chọn biện pháp khắc phục

- 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Hữu Hùng NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ TẢI ĐIỆN ĐẾN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP VÀ TÍNH TOÁN LỰA CHỌN BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật điện - Hệ thống điện.
- CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGUYỄN LÂN TRÁNG PGS.TS TRẦN BÁCH Hà Nội, tháng 11 năm 2014 2 MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa 1 Lời cam đoan 4 LỜI NÓI ĐẦU 5 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG.
- TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG.
- 8 I.2 CÁC THÔNG SỐ VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG 9 I.2.1 Chất lượng điện năng- Chất lượng điện áp.
- 9 I.2.2 Quá độ.
- 10 I.2.3 Độ l ệch điện áp thời gi an dài 12 I.2.4 Độ l ệch đi ện áp thời gi an ngắn 13 I.2.5 Mất c ân bằng đi ện áp 14 I.2.6 Độ méo dạng sóng 15 I.2.7 Dao động đi ện áp 17 I.2.8 Độ l ệch tần số 17 I.3.
- ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ TẢI ĐIỆN ĐẾN ĐIỆN ÁP.
- 19 1.3.1 Ảnh hưởng của phụ tải đến chất lượng điện áp và các biện pháp khắc phục: 19 1.3.2.
- Ảnh hưởng của phụ tải đến độ lệch điện áp dài hạn : 19 1.3.3.
- Ảnh hưởng của phụ tải đến độ dao động điện áp 20 1.3.4.
- Ảnh hưởng đến điện áp quá độ: 26 CHƯƠNG II CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI 27 II.2.1 Điều chỉnh điện áp 27 2.1 Tần số 27 2.1.1 Độ lệch tần số.
- 27 2.1.2 Độ dao động tần số 27 2.1.3 Ảnh hưởng của sự thay đổi tần số 27 2.2 Điện áp nút phụ tải 29 2.2.1 Dao động điện áp 29 2.2.2 Độ lệch điện áp Độ lệch điện áp tại phụ tải Độ lệch điện áp trong lưới hạ áp Diễn biến của điện áp trong lưới phân phối 33 2.2.3 Diễn biến điện áp trên lưới phân phối điện trung, hạ áp 36 II.2.2 Bù công suất phản kháng.
- 38 3 2.2.1 Quan hệ giữa công suất phản kháng và điện áp 38 2.2.2 Nguyên tắc bù công suất phản kháng 39 2.2.3 Phương pháp bù công suất phản kháng Bù dọc Tụ bù tĩnh: Bù Ngang 45 II.2.3 Công nghệ FACTS (Flexible AC Transmission Systems).
- 47 2.2.4.2 Các thiết bị bù dọc: 59 II.2.4 Nâng cao chất lượng điện bằng cách khử sóng hài: 69 2.4.1 Dùng cuộn kháng triệt sóng hài: 70 2.4.2 Dùng các mạch lọc Mạch lọc thụ động Mạch lọc tích cực Thiết kế bộ lọc sóng hài 76 CHƯƠNG III TÍNH TOÁN ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ TẢI ĐẾN ĐIỆN ÁP TRÊN LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP 81 III.3.1 Phương pháp tính lưới phân phối trung áp: 81 III.3.2.
- Tính ảnh hưởng của phụ tải điện đến điện áp của lưới điện trung áp: 84 3.2.1 Nói chung: 84 3.2.2 Sơ đồ lưới điện và số liệu 85 3.2.3 Các tính toán chi tiết xem phụ lục 89 KẾT LUẬN 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 PHỤ LỤC TÍNH TOÁN 94 4 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan bản thuyết minh luận văn này do tôi thực hiện.
- Đặc biệt, nhu cầu điện năng phục vụ cho một đất nước phát triển nhanh, yê u cầu đặt r a cho ngành điện lực không những đáp ứng đủ nhu cầu điện áp cho khác h hàng mà còn đ ảm bảo chất l ượng điện áp theo các tiêu chuẩn hiệ n hành.
- Bên cạnh việc nghiên cứu tính toán các phương án cấp điện tối ưu, giảm suất sự cố trên lưới điện để cung cấp điện cho khách hàng liên tục, ổn định thì công tác nghiên cứu, tìm tòi các giải pháp nâng cao chất lượng điện áp cũng như các tác động từ các phụ tải có tính chất điển hình ảnh hưởng đến chỉ tiêu chất lượng điện áp cũng là một nhiệm vụ hết sức quan trọng.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ tải điện đến chất lượng điện áp và tính toán lựa chọn biện pháp khắc phục” đề cập đến các tiêu chuẩn về chất lượng điện á p cũng như các ảnh hưởng từ phụ tải điện đến các thô ng số lưới điện.
- Mục đích nghiên cứu: Cơ sở lý thuyết về lưới phân phối, các vấn đề về chất lượng điện năng 6 của lưới phân phối.
- Trong phạm vi luận văn này tác giả chủ yếu nghiên cứu về chất lượng điện áp, các phương pháp đánh giá và biện pháp nâng cao chất lượng điện áp.
- Áp dụng tính toán chất lượng điện áp bằng máy tính cho một lưới điện cụ thể.
- Trong điều kiện thời gian có hạn luận văn chủ yếu nghiên cứu các vấn đề về chất lượng điện trong lưới trung áp, các lưới điện phân phối hình tia hay lưới điện kín nhưng vận hành hở và áp dụng đánh giá thực tế cho lưới điện của một lộ xuất tuyến điển hình.
- Ý nghĩa thực tiễn của luận văn: Vấn đề nâng cao chất lượng điện cho phép cải thiện chế độ làm việc kinh tế của các thiết bị điện, đồng thời cho phép tiết kiệm điện năng, một nhiệm vụ cấp bách mang tính toàn cầu nhất là trong điều kiện thị trường điện cạnh tranh.
- Việc áp dụng khoa học công nghệ để nâng cao chất lượng điện như việc sử dụng các thiết bị bù linh hoạt vào lưới phân phối được triểu khai ở nhiều nước trên thế giới đã mạng lại hiệu quả rất cao.
- Chương 1: Tổng quan về chất lượng điện năng.
- Chương 2: Các biện pháp nâng cao chất lượng điện áp trong lưới phân phối.
- Chương 3: Tính toán ảnh hưởng của phụ tải đến điện áp trên lưới điện trung áp.
- 7 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG.
- Mấy thập niên trở lại đây, thuật ngữ “chất lượng điện năng” luôn được các nhà hoạch định chính sách năng lượng, các công ty điện lực và cả các khách hàng sử dụng điện quan tâm hàng đầu khi đặt vấn đề liên quan đến sản xuất, truyền tải, phân phối điện và sử dụng điện.
- Thuật ngữ “Chất lượng điện năng” đã được nhắc đến bởi nghiên cứu của U.S Navy xuất bản năm 1968.
- Cuốn sách này đưa ra cái nhìn tổng quan về chất lượng điện năng, cách sử dụng các thiết bị giám sát và các hiện tượng trong sản xuất và truyền tải điện.
- Sau đó một vài nhà xuất bản khác xuất hiện tiếp tục sử dụng các định nghĩa về chất lượng điện năng trong mối tương quan giữa hiện tượng với truyền tải hệ thống điện.
- Các định nghĩa về chất lượng điện năng được giải thích theo nhiều cách và khó có thể cho rằng định nghĩa nào là đầu định nghĩa đầu tiên.
- Các nguyên nhân chính cho ngày càng sử dụng các định nghĩa về chất lượng điện năng rộng r ãi với những l ý do chí nh sau: 1.
- Nhu cầu sử dụng liên tục tăng cao, quan hệ cung cầu ngày càng trở nên gay gắt hơn đồng thời khách hàng sử dụng điện đòi hỏi ngày càng cao số lượng cũng như về chất lượng điện.
- Sự phát triển các thiết bị mới kèm theo công nghệ tiên tiến hơn được đưa vào sử dụng như bù cosφ cho các động cơ, các hệ thống biến đổi điện từ một chiều thành xoay chiề u và ngược lại, các hệ thống sử dụng công nghệ biến tần để nâng hiệu suất của t hiết bị sử dụng điện đã phát sinh các nguyên nhân ảnh hưởng đến chất lượng điện.
- Các 8 thiết bị điện và điện tử bị ảnh hưởng bởi mất cân bằng điện áp nhiề u hơn so với trước đây.
- Quá trình sản xuất, truyền tải, phân phối điện kết hợp với nhiều nguồn phát điện đóng đồng bộ vào lưới do đó đòi hỏi các công ty điện lực phải nâng cao chất lượng điện năng có thể đồng bộ giữa các nguông có cùng một tiêu chuẩn chất lượng điện và tiết kiệm chi phí vận hành, giảm sự cố để cấp điện liên tục và thiết kế các h ệ thống với độ tin cậy cung cấp điện với giá thành tới hạn là nhiệm vụ kỹ thuật yêu cầu trong ngành công nghiệp hiện nay.
- Chất lượng điện năng có khả năng đo lường được.
- Nhờ vào sự phát triển của thiết bị đo lường số thì các thiết bị có thể đo các tham số về chất lượng điện năng cũng như thể hiện các dạng sóng đã làm tăng sự quan tâm đế n chất lượng điện năng.
- thì các tiêu chuẩn về chất lượng điện năng đã được ban hành rất sớm.
- Đối với nước ta chất lượng điện điện năng bắt đầu được chú trọng vì yêu cầu về nguồn với hệ thống cung cấp điện ngày càng tăng cũng như những yêu cầu vận hành của thiết bị điện nhập khẩu vào nước ta phải tuân thủ theo các tiêu chuẩn về chất lượng điện năng đang lưu hành trên thế giới như c ác bộ tiêu chuẩn IEE519 -1992 quy định về các sóng hài.
- I.2 CÁC THÔNG SỐ VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG I.2.1 Chất lượng điện năng- Chất lượng điện áp.
- Chất lượng điện năng trong hầu hết các trường hợp là chất lượng điện áp vì về mặt kỹ thuật, công suất là định mức của năng lượng cung cấp và là tích số của dòng điện và điện áp.
- Thông thường, hệ thống cung cấp công suất chỉ có thể điều chỉnh chất lượng điện áp cung cấp cho tải chính vì vậy các tiêu chuẩn nâng cao chất lượng điện năng chủ yếu giành cho điều 9 chỉnh điện áp trong các giới hạn cho phép.
- Hệ thống điện xoay chiề u khi thiết kế cho điện áp hình sin có t ần số cơ bản là 50Hz ho ặc 60Hz.
- Do vậy, bất kỳ độ lệch về biên độ, dạng sóng hay tần số của điện áp đều ảnh hưởng đến chất lượng điện năng.
- Với các lý do trên đồng thời với sự hỗ trợ của các thiết bị ngày càng chí nh xác để đo các thông số về chất lượng điện năng, người ta đưa ra các khái niệm, thuật ngữ để để đánh gi á chất lượng điện năng như sau: I.2.2 Quá độ.
- Trong vấn đề chất lượng điện năng t hì định nghĩ a trên dùng miêu t ả các trạng thái bất bình t hường xảy r a đối với hệ t hống điện đó là quá độ xung và qua độ dao động.
- Quá độ xung Quá độ xung thường chỉ sự thay đổi đột ngột về tần số của điện áp áp hay dòng điện hoặc theo cả hai hướng của cực (hoặc cực âm hoặc cực dương).
- Đặc trưng của quá độ xung là độ dốc của xung và thời gian tắt, ví dụ điện áp của hệ thống điện đột ngột tăng cao từ vài chục vôn đến hàng nghìn vô n trong thời gian một vài mili giây s au đó gi ảm dần biên độ và tắt.
- Quá độ xung thường kích thíc h các tần số cơ bản của hệ thống điện gây ra quá độ dao động.
- Khi quá độ dao động xảy ra, điện áp và dò ng điện có gi á trị tức t hời theo cực xảy ra r ất nhanh.
- 11 - Quá độ tần số cao: Quá độ mà các dao động có thành phần chính cao hơn 500kHz được coi là quá độ tần số cao.
- Quá độ tần trung bình: Quá độ mà thành phần tần số chính giữa 5kHz và 500kHz được định nghĩa là quá độ tần số trung bình.
- Quá độ tần thấp: Quá độ mà thành phần tần số chính nhỏ hơn 5kHz đến 500kHz thường gặp trong truyền tải và phân phối gây bởi nhiều nguyê n nhân.
- Ngoài ra còn các quá độ dao động nhỏ hơn tần số 300kHz do hiện tượng cộng hưởng sắt từ, do các dàn tụ mắc nối tiếp ..vv.
- I.2.3 Độ l ệch điện áp thời gi an dài Độ lệch điện áp thời gian dài có thể và thấp điện áp hoặc quá điện áp.
- Độ lệch điện áp thời gi an dài t hường được c hia r a dưới các dạng sau: Hì nh 1.3:Độ lệch điện áp thời gian dài .
- Quá điệ n áp thường do đóng một bộ tụ lớn 12 vào hệ thống hay sa thải phụ tải lớn ra khỏi hệ thống làm c ho điện áp của hệ thố ng dâng lê n trê n điện áp định mức.
- Thấp đi ện áp Điện áp tại điểm khảo sát đột ngột giảm nhỏ hơn 90% điên áp định mức tại tần số công nghiệ p trong thời gian lớn hơn 1 phút .
- Các nguyê n nhân dẫn đến hiện tượng này l à do ngược với các nguyên nhân gây nên quá điện áp trên.
- Gi án đoạn duy trì Điện áp giảm về giá trị không trong thời gian lớn hơn 1 phút.
- Đặc trưng của độ lệc h điện áp dưới c ác dạng s au: Mất đi ện áp Hiện tượng được coi là mất điện áp khi dòng tải hoặc nguồn cung cấp giảm thấp hơn 10% giá trị định mức trong t hời gian không quá 1 phút.
- Sụt gi ảm đi ện áp Sụt giảm điện áp là sự giảm điện áp trong khoảng từ 10% đến 90% giá trị điện áp hoặc dòng điện tại tần số công nghiệp trong khoảng thời gian từ 0,5 chu kỳ đến 1 phút.
- 13 Hì nh 1.4: Sự sụt giảm điện áp.
- Tăng cao đi ện áp Là sự tăng điện áp từ 110% đến 180% giá trị điện áp hiệu dụng hay dòng điện tại tần số công nghiệp tại tần số công nghiệp trong kho khoảng thời gian từ nửa chu kỳ đến 1 phút.
- Cũng t ương tự như s ụt giảm điện áp, tăng cao điện áp chủ yếu có nguyên nhân do sự biến đổi hệ thống.
- I.2.5 Mất c ân bằng đi ện áp Là độ biến đổi lớn nhất khỏi gi á trị trung bì nh của điện áp hay dòng điện 3 pha cả về gi á trị và góc pha.
- Một hệ thống như trên ta gọi là hệ thố ng điện áp đối xứng, Hệ t hống không đối xứng t a có thể chia là điện áp thứ tự thuận, điện áp thứ tự nghịch, và điện áp t hứ tự khô ng.
- Tỷ lệ giữa thành phần thứ tự nghịch hoặc thứ tự không với thành phần thứ tự thuận có thể sử dụng để xác định phần trăm mất cân bằng điện áp.
- 14 Phương pháp t hứ tự nghịch gần đây hay được sử dụng để xác định t heo các tiêu chuẩn về chất lượng điện năng mấy năm gần đây.
- Hì nh 1.5: Mất cân bằng điện áp .
- I.2.6 Độ méo dạng sóng Là sự biến đổi trạng thái từ một dạng sóng sin lý tưởng của tần số cơ bản.
- Sóng hài Là c ác điện áp hay dòng điện hình sin có tần số là bội số nguyên c ủa tần số cơ bản.
- Một phụ tải phi tuyến có thành phần sóng dòng điện khác với sóng điện áp.
- Khi đó, sự biến đổi 15 không sin của điện áp kéo theo sự biến đổi không sin của dòng điện trong điện kháng tải.
- Các dạng sóng điện đều có thể phân tích thành tổng c ủa tần số cơ bản và sóng hài.
- Đa hài Điện áp và dò ng điện có thành phần tần số khô ng phải của bội số nguyên của tần số cơ bản gọi là đa hài.
- Người ta phát hiện đa hài xuất hiện hầu hết ở các dạng điện áp c ủa hệ thống điện truyền tải, đa hài gây nên bởi các biến đổi tần số như các thiết bị biến tần, các bộ chuyển đổi, các thiết bị phát hồ quang.
- Là sự nhiễu loạn điện áp theo chu kỳ gây ra bởi hoạt động bì nh thường của các thiết bị điện tử khi dòng điện c ác pha giao hoán lẫn nhau gây nên.
- Sự nhiễu loạn liên tiếp đôi khi c ũng được thể hiện qua hình ảnh của sóng hài điện áp tuy nhiên nó khô ng thể mô tả và đo lường được bằng các thiết bị sử dụng cho sóng hài.
- Hì nh 1.6: Sự nhiễ u loạ n điện áp gây ra bởi chỉ nh lưu - Tạp âm 16 Tí n hiệu điện không mong muốn tìm thấy ở dây pha hay dây trung tính với thành phần dải tần số t hấp hơn 200kHz trên c ùng điện áp hoặc dòng điện trên các pha, hoặc có thể tìm thấy ở dây trung tính.
- Các thiết bị sử dụng công nghệ chỉnh lưu một chiều, các lò hồ quang điện cũng chí nh l à các thiết bị gây nhiễu điện áp trong hệ thống điện.
- I.2.7 Dao động đi ện áp Dao động điện áp hoặc dòng điện biến đổi nha nh liên t ục trong các dòng t ải một cách liên tục trong khoảng 90% đến 110% điện áp định mức.
- Một dạng của dao động điện áp là điện áp nhấp nháy (flicker).
- Tần số của hệ thống điện liên quan trực tiếp điến tốc độ quay của máy phát điện.
- Khi độ lệch tần số quá các giới hạn tiêu chuẩn cho phép có thể gây sụp đổ hệ thống điện ( rã lưới) Bảng.
- Phân loại các hiện tượng liên quan đến chất lượng điện áp theo tiêu chuẩn IEEE Loại Dải tần Thời gian tồn tại Biên độ 1.
- Quá độ (Transient) 1.1.
- Quá độ xung 1.1.1.
- Quá độ dao động 1.2.1.
- Tần số thấp < 5 kHz 0,3 - 50 ms 0-4 pu 1.2.2.
- Tần số trung bình 5 - 500 kHz 20 micro giây 0-8 pu 1.2.1.
- Tần số cao 0,5 -6 kHz 5 micro giây 0-4 pu 2.
- Kém điện áp > 1 min 0,8 - 0,9 pu 3.3.
- Quá điện áp > 1 min 1,1 - 1,2 pu 4.
- Điện áp không cân bằng (Voltage unbalance) Trạng thái ổn định 0,5 - 2% 5.
- Biến dạng sóng điện áp (Waveform distortion) 5.1 Thành phần 1 chiều Trạng thái ổn định .
- Dao động điện áp < 25 Hz Không liên tục 0,1 - 7% 7

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt