MỘT SỐ BÀN LUẬN VỀ HOẠT ĐỘNG CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TS. Ngô Đức Minh Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên 1. Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng điện năng trong lưới phân phối Ngày nay, trước sự phát triển về mọi mặt của xã hội, các hoạt động sản xuất ngày càng phong phú, đời sống văn hóa tinh thần của con người ngày một nâng cao dẫn đến đòi hỏi lưới điện phân phối phải đảm bảo các chỉ tiêu chất lượng điện năng theo quy định (lợi ích của phía người tiêu dùng), đồng thời giảm nhỏ các tổn thất năng lượng trong mạng và nâng cao hiệu quả khai thác hệ thống (lợi ích của phía sản xuất và phân phối điện năng). Trên hình 1, lưới phân phối gồm hệ thống mạng điện hạ thế và các trạm biến áp trung thế. Ở Việt Nam, cho đến năm 2010 Bộ Công thương mới công bố bộ tiêu chuẩn đối với lưới điện phân phối tại thông tư 32/ TT-BCT ngày 30/7/2010. Trong đó, một số tiêu chuẩn áp dụng để đánh giá chất lượng điện năng có liên quan xin được bàn luận tại Hội thảo khoa học trường Đại học Hùng Vương. Hình 1. Mô hình cơ bản của lưới điện 1.1. Tiêu chuẩn tần số Tần số định mức trong hệ thống điện quốc gia là 50Hz. Trong điều kiện bình thường, tần số hệ thống điện được dao động trong phạm vi ±0,2Hz so với tần số định mức. Trường hợp hệ thống điện chưa ổn định, tần số hệ thống điện được dao động trong phạm vi ±0,5Hz so với tần số định mức. 1.2. Tiêu chuẩn điện áp 1. Điện áp danh định: Các cấp điện áp danh định trong hệ thống điện phân phối bao gồm 110kV, 35kV, 22kV, 15kV, 10kV, 6kV và 0,4kV. 2. Trong chế độ vận hành bình thường điện áp vận hành cho phép tại điểm đấu nối được phép dao động so với điện áp danh định như sau: a) Tại điểm đấu nối với Khách hàng sử dụng điện là ±5%; b) Tại điểm đấu nối với nhà máy điện là +10% và -5%. 3. Trong chế độ sự cố đơn lẻ hoặc trong quá trình khôi phục vận hành ổn định sau sự cố, cho phép mức dao động điện áp tại điểm đấu nối với Khách hàng sử dụng điện bị ảnh hưởng trực tiếp bởi sự cố trong khoảng +5% và –10% so với điện áp danh định. 4. Trong chế độ sự cố nghiêm trọng hệ thống điện truyền tải hoặc khôi phục sự cố, cho phép mức dao động điện áp trong khoảng ± 10% so với điện áp danh định. 5. Trong trường hợp Khách hàng sử dụng lưới điện phân phối có yêu cầu chất lượng điện áp cao hơn so với quy định, Khách hàng sử dụng lưới điện phân phối có thể thỏa thuận giá trị dao động điện áp tại điểm đấu nối khác với các giá trị quy định trong khoản 2 điều này. 1.3. Tiêu chuẩn cân bằng pha Trong chế độ làm việc bình thường, thành phần thứ tự nghịch của điện áp pha không vượt quá 3% điện áp danh định đối với cấp điện áp 110kV hoặc 5% điện áp danh định đối với cấp điện áp trung áp và hạ áp. 1.4. Tiêu chuẩn sóng hài 1. Tổng độ biến dạng sóng hài (THD) là tỷ lệ của giá trị điện áp hiệu dụng của sóng hài với giá trị hiệu dụng của điện áp cơ bản, biểu diễn bằng đơn vị phần trăm (%), theo công thức sau: %100* 2 1 1 2 V V n i i TDH ∑ = = Trong đó: - TDH là tổng độ biến dạng sóng hài của điện áp; - Vi là thành phần điện áp tại sóng hài bậc i; - V 1 là thành phần điện áp tại tần số cơ bản (50Hz). 2. Tổng độ biến dạng sóng hài điện áp tại mọi điểm đấu nối không được vượt quá giới hạn quy định trong Bảng 1 như sau: Bảng 1: Độ biến dạng sóng hài điện áp Cấp điện áp Tổng biến dạng sóng hài Biến dạng riêng lẻ 110kV 3,0% 1,5% Trung và hạ áp 6,5% 3,0% 3. Cho phép đỉnh nhọn điện áp bất thường trên lưới điện phân phối trong thời gian ngắn vượt quá tổng mức biến dạng sóng hài quy định tại khoản 2 Điều này nhưng không được gây hư hỏng thiết bị của khách hàng sử dụng lưới điện phân phối. 2. Phân tích ảnh hưởng của hai tiêu chuẩn điển hình là cân bằng pha và sóng hài Ở Việt nam trước đây, khi chưa có Thông tư 32/TT-BCT thì tiêu chuẩn về cân bằng pha và tiêu chuẩn sóng hài chưa được quan tâm thỏa đáng. Mặc dù đây là một trong những nguyên nhân rất cơ bản làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động của các thiết bị sử dụng điện và tăng tổn thất trong mạng điện phân phối. 2.1. Tiêu chuẩn cân bằng pha: Khi mạng điện xoay chiều 3 pha 0,4 kV mất đối xứng sẽ gây nên một số những tác hại sau: - Giảm hiệu xuất các động cơ 3 pha do méo từ trường quay, - Một số thiết bị một pha làm việc không đảm bảo chi tiêu chất lượng điện áp, - Tổn thất đường dây lớn do xuất hiện thành phần dòng điện dây trung tính, - … 2.2. Tiêu chuẩn sóng hài: Khi mạng điện xoay chiều 3 pha nhiễm sóng hài vượt quá tiêu chuẩn sẽ gây nên một số những tác hại sau: - Phát sinh tổn thất sóng hài trong mạng điện, - Giảm hệ số cosϕ của mạng điện, - Gây phát nóng phụ trong các máy điện, - Nhiễu loạn hệ thống đo đếm và bảo vệ rơle, - Làm xấu điều kiện dập hồ trong các khí cụ đóng cắt, - … Tuy nhiên, một nghịch lý cho thấy là nguyên nhân gây mất cân bằng pha và phát sinh sóng hài lại phần lớn do hoạt động của các thiết bị dùng điện gây nên. Điều này hoàn toàn phụ thuộc vào đặc điểm của hộ tiêu thụ điện, nhất là đối với các hộ thuộc loại phụ tải sinh hoạt như các khu dân cư hay cơ quan, trường học,V.V. Mạng điện của trường Đại học Hùng Vương cũng là một ví dụ điển hình: - Việc phân phối các phụ tải một pha đồng đều cho 3 pha là khó khăn bởi lẽ không chỉ phụ thuộc vào việc đấu nối mà còn phụ thuộc vào chế độ hoạt động của các phụ tải đó luôn mang tính ngẫu nhiên, thất thường. - Các thiết bị điện tử như: chấn lưu đèn huỳnh quang, tivi, máy tính, các thiết bị điện có điều khiển thông qua bộ biến đổi bán dẫn …là thủ phạm chính phát sinh sóng hài vào lưới phân phối. Trước mắt, cả hai vấn đề này đang thách thức các kỹ sư điện quan tâm tìm những giải pháp nhằm nâng cao chất lượng điện năng và hiệu quả khai thác mạng điện phân phối. Còn trong tương lai gần, khi su hướng toàn cầu đang thúc đẩy phát triển các nguồn điện sử dụng năng lượng tái tạo như điện gió, điện Mặt trời, điện sinh hóa…lưới điện phân phối sẽ có thay đổi căn bản cả về cấu trúc và chế độ hoạt động thì các tiêu chuẩn về chất lượng điện năng lại càng phải được kiểm soát chặt chẽ hơn. Nhân đây, tác giả xin giới thiệu một mô hình mạng điện phân phối trong tương lai, hình 2. Hình 2. Mô hình lưới điện phân phối có sử dụng nguồn điện năng lượng tái tạo Trong đó, Lưới phân phối được tổ hợp từ hai loại nguồn điện là điện xoay chiều từ lưới Quốc gia và điện một chiều từ các hệ thống điện pin Mặt trời và điện gió…: - Điện một chiều phát ra từ các nguồn điện pin Mặt trời và điện gió sẽ được tích hợp lên đường dây chính (Bus DC). Từ đó có thể cấp điện cho các nhà hành chính, giảng đường, thư viện, hội trường… thông qua thiết bị hay trạm nghịch lưu chất lượng cao (PWM- SVM); - Một số phụ tải thông dụng như: hệ thống đèn chiếu sáng sân vườn, xe điện… sẽ chủ yếu được cấp điện từ mạng điện một chiều; - Trong mạng còn có thêm các kho lưu trữ năng lượng (ắc quy, siêu tụ) nhằm cải thiện đồ thị phụ tải và nâng cao hiệu quả khai thác hệ thống. 3. Kết luận Để có được một mạng điện phân phối có chất lượng cao cần phải kết hợp đồng bộ nhiều yếu tố từ khâu thiết kế và xây dựng mạng điện đến khai thác vận hành, duy tu bảo dưỡng các thiết bị mạng điện. Đặc biệt, trong nội dung tham luận còn đề cập đến ba yếu tố quan trọng là: - Các thiết bị sử dụng điện ngày càng hiện đại đòi hỏi chất lượng điện năng cung cấp ngày càng cao; - Hệ thống nguồn điện sử dụng năng lượng tái tạo đang phát triển thay thế cho các nhà máy điện truyền thống đang nảy sinh nhiều bất cập; - Lưới điện một chiều kết hợp với các bộ biến đổi DC/DC và DC/AC chất lượng cao sẽ khắc phục hoàn toàn hiện tượng không cân bằng pha và nhiễu sóng hài. Mô hình trên đây còn được xem như là cơ sở cho thế hệ tiếp theo đó là lưới điện thông minh (Smart Grid). . MỘT SỐ BÀN LUẬN VỀ HOẠT ĐỘNG CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TS. Ngô Đức Minh Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên 1. Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng điện năng trong lưới phân phối Ngày. nguồn điện sử dụng năng lượng tái tạo như điện gió, điện Mặt trời, điện sinh hóa lưới điện phân phối sẽ có thay đổi căn bản cả về cấu trúc và chế độ hoạt động thì các tiêu chuẩn về chất lượng điện. thiệu một mô hình mạng điện phân phối trong tương lai, hình 2. Hình 2. Mô hình lưới điện phân phối có sử dụng nguồn điện năng lượng tái tạo Trong đó, Lưới phân phối được tổ hợp từ hai loại nguồn điện