Thạc Sĩ Nghiên cứu chất lượng điện cho lưới phân phối và áp dụng phần mềm PSS/ADEPT tính toán cho lộ 371 E28

[h=1]MỞ ĐẦU[/h]
Trong những năm gần đây, nền kinh tế nước ta có bước tăng trưởng một cách ấn tượng, kéo theo đó là nhu cầu dùng điện tăng rất nhanh. Thực tế trên đòi hỏi chúng ta phải đẩy nhanh tốc độ xây dựng các loại nhà máy điện, đồng thời tập trung thiết lập một cấu trúc quản lý mới, tái cơ cấu công ty điện lực hiện nay đang thống lĩnh ngành điện và từng bước xây dựng một thị trường điện cạnh tranh. Sự đồng thời diễn ra trên đã tạo ra những thách thức đối với ngành điện Việt Nam. Tăng trưởng của nhu cầu điện ở Việt Nam hiện nay chủ yếu do gia tăng nhu cầu điện của ngành công nghiệp và gia tăng sử dụng điện cho sinh hoạt của người dân.
Ngoài việc cần sản xuất ra lượng điện năng đủ lớn, chúng ta biết rằng điện năng tuy là một loại sản phẩm nhưng nó có những đặc điểm khác biệt không giống bất kỳ các loại sản phẩm nào. Nó phụ thuộc đồng thời vào các quá trình sản xuất, truyền tải, phân phối và tiêu thụ. Sở hữu những đặc tính khác biệt và trực tiếp tham gia vào các quá trình sản xuất các dạng sản phẩm khác nhau, nó được coi là một nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng của các sản phẩm này. Không những vậy với sự ra đời và sử dụng rộng rãi của các thiết bị phụ tải nhạy cảm với chất lượng điện như máy tính, các thiết bị đo lường, bảo vệ rơle, hệ thống thông tin liên lạc, chúng đòi hỏi phải được cung cấp điện với chất lượng cao. Việc suy giảm chất lượng điện làm cho thiết bị vận hành với hiệu suất thấp, tuổi thọ bị suy giảm, ảnh hưởng trực tiếp đến kinh tế không chỉ của mỗi cá nhân mà còn đối với toàn xã hội nhất là trong thời kỳ mà Việt Nam đã gia nhập WTO. Do đó việc nâng cao chất lượng điện đặc biệt là trong lưới điện phân phối mang một ý nghĩa chiến lược và cần sự phối hợp nhận thức của toàn xã hội.
Trước những yêu cầu đó ngoài việc mở rộng, phát triển nguồn điện thì vấn đề nghiên cứu, đưa ra các giải pháp đảm bảo các thông số chất lượng điện là một vấn đề cấp bách hiện nay.
Mục đích nghiên cứu:
Cơ sở lý thuyết về lưới phân phối, các vấn đề về chất lượng điện năng 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.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu chung của đề tài tập trung chủ yếu ở lưới phân phối đó là các lộ xuất tuyến đường dây trung áp của TBA 110 kV. 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. Tuy nhiên ở nước ta việc áp dụng các tiến bộ đó còn khá dè dặt và chỉ mang tính manh mún ở một số địa phương và cơ sở sản xuất.
Nội dung chính của luận văn:
Luận văn thực hiện với nội dung sau:
Lời mở đầu.
Chương 1: Lưới phân phối và các vấn đề chung về chất lượng điện năng.
Chương 2: Các chỉ tiêu cơ bản đánh giá chất lượng điện năng trong lưới phân phối.
Chương 3: Các phương pháp đánh giá chất lượng điện.
Chương 4: Các biện pháp nâng cao chất lượng điện
Chương 5: Sử dụng phần mềm PSS/ADEPT tính toán chất lượng điện áp cho lưới điện tỉnh Hưng Yên.
Kết luận.
[h=1]CHƯƠNG 1[/h][h=1]LƯỚI PHÂN PHỐI VÀ CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ[/h][h=1]CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG[/h]
[h=2]1.1 Tổng quan về lưới phân phối[/h][h=3]1.1.1 Khái niệm chung[/h]Lưới phân phối là một bộ phận của hệ thống điện làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm biến áp trung gian cho các phụ tải. Lưới phân phối nói chung gồm 2 thành phần đó là lưới phân phối điện trung áp 6-35kV và lưới phân phối điện hạ áp 380/220 V hay 220/110 V.
Lưới phân phối có tầm quan trọng đặc biệt đối với hệ thống điện và mang nhiều đặc điểm đặc trưng:
1. Trực tiếp đảm bảo chất lượng điện cho các phụ tải.
2. Giữ vai trò rất quan trọng trong đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải. Có đến 98 % điện năng bị mất là do sự cố và ngừng điện kế hoạch lưới phân phối. Mỗi sự cố trên lưới phân phối đều có ảnh hưởng rất lớn đến sinh hoạt của nhân dân và các hoạt động kinh tế, xã hội.
3. Sử dụng tỷ lệ vốn rất lớn: khoảng 50 % vốn cho hệ thống điện (35 % cho nguồn điện, 15 % cho lưới hệ thống và lưới truyền tải).
4. Tỷ lệ tổn thất điện năng rất lớn: khoảng (40 ¸ 50) % tổn thất xảy ra trên lưới phân phối.
5. Lưới phân phối trực tiếp cung cấp điện cho các thiết bị điện nên nó ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ, công suất và hiệu quả của các thiết bị điện.
[h=3]1.1.2. Cấu trúc lưới phân phối[/h]Lưới phân phối gồm lưới phân phối trung áp và lưới phân phối hạ áp. Lưới phân phối trung áp có cấp điện áp trung bình từ 6-35 kV, đưa điện năng từ các trạm trung gian tới các trạm phân phối hạ áp. Lưới phân phối hạ áp có cấp điện áp 380/220 V hay 220/110 V cấp điện trực tiếp cho các hộ tiêu thụ điện.
Nhiệm vụ của lưới phân phối là cấp điện cho phụ tải với chất lượng điện năng trong giới hạn cho phép tức là đảm bảo để các phụ tải hoạt động đúng với các thông số yêu cầu đề ra. Về cấu trúc lưới phân phối thường là:
Lưới phân phối hình tia không phân đoạn, Hình 1.1, đặc điểm của nó là đơn giản, rẻ tiền nhưng độ tin cậy thấp, không đáp ứng được các nhu cầu của các phụ tải quan trọng.


Hình 1.1 - Lưới phân phối hình tia không phân đoạn

Lưới phân phối hình tia có phân đoạn, Hình 1.2, là lưới phân phối hình tia được chia làm nhiều đoạn nhờ thiết bị phân đoạn là các dao cách ly, cầu dao phụ tải, hay máy cắt phân đoạn các thiết bị này có thể thao tác tại chỗ hoặc điều khiển từ xa. Lưới này có độ tin cậy cao hay thấp phụ thuộc vào thiết bị phân đoạn và thiết bị điều khiển chúng.


Hình 1.2 - Lưới phân phối hình tia có phân đoạn

Lưới điện kín vận hành hở, Hình 1.3, lưới này có cấu trúc mạch vòng kín hoặc 2 nguồn, có các thiết bị phân đoạn trong mạch vòng. Bình thường lưới vận hành hở, khi có sự cố hoặc sửa chữa đường dây người ta sử dụng các thiết bị đóng cắt để điều chỉnh hồ sơ cấp điện, lúc đó phân đoạn sửa chữa bị mất điện, các phân đoạn còn lại vẫn được cấp điện bình thường.

Hình 1.3 - Lưới điện kín vận hành hở

Sơ đồ lưới điện kín vận hành hở có độ tin cậy cao hơn các sơ đồ trước. Về mặt nguyên tắc lưới có thể vận hành kín song đòi hỏi thiết bị bảo vệ, điều khiển phải đắt tiền và hoạt động chính xác. Vận hành lưới hở đơn giản và rẻ hơn nhiều.
[h=2]1.2 Các vấn đề chung về chất lượng điện năng[/h]Chất lượng điện được đảm bảo nếu thiết bị dùng điện được cung cấp điện năng với với tần số định mức của hệ thống điện và với điện áp định mức của thiết bị đó. Nhưng việc đảm bảo tuyệt đối ổn định hai thông số này trong suốt quá trình làm việc của thiết bị là không thể thực hiện được do các nhiễu loạn thường xuyên xảy ra trong hệ thống, do sự phân phối không đều điện áp trong mạng điện và do chính quá trình làm việc của các thiết bị ở các điểm khác nhau là hoàn toàn ngẫu nhiên. Cho nên chất lượng điện năng không có giá trị tuyệt đối với các thông số và chúng được coi là đảm bảo nếu tần số và điện áp biến đổi trong phạm vi cho phép quanh mức chuẩn đã quy định.
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. Các trường hợp này được mô tả trong Hình 1.4.

Hình 1.4 - Dạng sóng điện áp lý tưởng và các thay đổi thông số lưới điện.
a) Dạng sóng điện áp lý tưởng.
b) Các dạng thay đổi của sóng điện áp.

Các xung nhọn, xung tuần hoàn và nhiễu tần số cao có tính chất khu vực. Nó được sinh ra một số do quá trình phóng điện của các thu lôi, do tác động đóng cắt của các van điện tử công suất, do hồ quang của các điện cực vì vậy chỉ có lan truyền trong phạm vi và thời điểm nhất định. Cũng như vậy sự biến đổi tần số thường do các lò trung, cao tần sinh ra và mức độ lan truyền cũng không lớn. Đối với hiện tượng điện áp thấp và điện áp cao thì có thể xảy ra ở mọi nơi và xuất hiện dài hạn như sự sụt giảm điện áp do sự khởi động của các động cơ cỡ lớn hay quá điện áp do sự cố chạm đất
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 thế giới 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 vì 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 (RMS) 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.
Tần số của hệ thống cung cấp phụ thuộc sự tương tác giữa các máy phát và phụ tải, giữa dung lượng phát của các máy phát và nhu cầu của phụ tải. Điều này có nghĩa là sẽ khó khăn hơn cho các hệ thống nhỏ, cô lập, để duy trì chính xác tần số so với các hệ thống nối liền đồng bộ với một hệ thống lân cận. Trong Eropean Communities - Cộng đồng Châu Âu tần số danh định của điện áp cung cấp quy định là 50 Hz. Theo EN50160 giá trị trung bình của tần số cơ bản đo được trong thời gian hơn 10 s với hệ thống phân phối nối liền đồng bộ với một hệ thống lân cận là 50 Hz ± 1 % trong suốt 95 % thời gian trong tuần và 50 Hz + 4 %/6 % trong 100 % thời gian trong tuần. Hệ thống phân phối không nối liền đồng bộ với một hệ thống lân cận có dải dung sai tần số là ± 2%. Dung sai tần số của EN50160 cũng giống với quy định hiện thời của các nước thành viên.
Nghiên cứu về mức độ thay đổi điện áp ở khách hàng, một Công ty Điện lực ở Anh đã ghi lại các giá trị điện áp cực đại và cực tiểu của một số khách hàng mỗi giờ 1 lần. Từ các thông tin giá trị trung bình của điện áp cực đại và cực tiểu trên khách hàng vẽ được đồ thị: