BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG DO
SĨNG HÀI TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI CƠNG
NGHIỆP VÀ CÁC GIẢI PHÁP

LÊ HUY HOÀNG


Ngành Kỹ thuật điện

Hà nội 2020


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG DO
SĨNG HÀI TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI CƠNG
NGHIỆP VÀ CÁC GIẢI PHÁP

Lê Huy Hoàng


Ngành Kỹ thuật điện

Giảng viên hướng dẫn:

PGS. TS. Bạch Quốc Khánh
Chữ ký của GVHD

Viện:

Điện

HÀ NỘI, 6/2020


LỜI CAM ĐOAN
Sau một thời gian dài tìm hiểu, nghiên cứu, được sự giúp đỡ của thầy giáo
hướng dẫn PGS. TS. Bạch Quốc Khánh cùng các giảng viên trong Bộ môn Hệ thống
điện – viện Điện – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, cùng các bạn bè đồng nghiệp
tôi đã hồn thành luận văn nghiên cứu này. Tơi xin cam đoan luận văn này là nghiên
cứu của riêng cá nhân tơi, các số liệu, kết quả tính tốn trong luận văn là trung thực
và chưa được công bố trong bất kỳ một tài liệu nào. Có tham khảo một số tài liệu và
bài báo của các tác giả trong và ngồi nước đã được xuất bản. Tơi xin chịu hồn tồn
trách nhiệm nếu có sử dụng lại kết quả của người khác.
Hà Nội, ngày 30 tháng 5 năm 2020
Tác giả luận văn

Lê Huy Hoàng

i



LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới các tác giả của các cơng trình nghiên
cứu, các tác giả của các tài liệu nghiên cứu mà tơi đã trích dẫn và tham khảo để
hồn thành luận văn này. Đặc biệt tôi vô cùng cảm ơn PGS. TS. Bạch Quốc Khánh,
người đã tận tình hướng dẫn tơi trong q trình thực hiện luận văn. Và tơi xin chân
thành cảm ơn tất cả các thầy cô đã giảng dạy, các anh chị đồng nghiệp, bạn bè đã
giúp đỡ tơi trong q trình học tập, làm việc vừa qua.

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................... ii
MỤC LỤC .................................................................................................... iii
DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................... vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................... ix
MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ....................................................................................... 1
2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài ............................ 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ SĨNG HÀI VÀ TÍNH TỐN TỔN
THẤT ĐIỆN NĂNG ........................................................................... 3
1.1. TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG ............................... 3
1.1.1. Giới thiệu chung .................................................................................. 3
1.1.2. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng điện năng ........................................ 3
1.2. TỔNG QUAN VỀ BIẾN DẠNG SÓNG VÀ SÓNG HÀI .................... 7
1.2.1. Giới thiệu chung .................................................................................. 7
1.2.2. Định nghĩa về sóng hài ........................................................................ 9
1.2.3. Tổng biến dạng sóng hài ................................................................... 13

1.2.4 Giới hạn biến dạng sóng hài............................................................... 15
1.2.5. Các nguồn gây ra sóng hài ................................................................ 16
1.2.6. Các ảnh hưởng của sóng hài ............................................................. 29
1.2.7. Khử sóng hài ..................................................................................... 33
1.3. TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TỔN THẤT
ĐIỆN NĂNG [1] ............................................................................... 39
1.3.1. Khái niệm chung về tổn thất điện năng ............................................ 39
1.3.2. Các phương pháp tính tốn tổn thất điện năng ................................. 41
1.4. KẾT LUẬN .......................................................................................... 52

iii


CHƯƠNG 2. MÔ PHỎNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI CÔNG NGHIỆP
VÀ TÍNH TỐN SĨNG HÀI .......................................................... 53
2.1. TÍNH TỐN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP
THEO ĐỒ THỊ PHỤ TẢI ĐIỂN HÌNH NGUỒN ........................... 53
2.2. TÍNH TỐN TRÀO LƯU CƠNG SUẤT Ở TẦN SỐ SĨNG HÀI ... 54
2.3. TÍNH TỐN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP CÓ
XÉT ĐẾN TỔN THẤT SÓNG HÀI ................................................ 57
2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2..................................................................... 58
CHƯƠNG 3. TÍNH TỐN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG CĨ XÉT SĨNG
HÀI TRONG LƯỚI ĐIỆN CƠNG NGHIỆP VÀ CÁC GIẢI PHÁP
KHẮC PHỤC.................................................................................... 59
3.1. ĐỐI TƯỢNG TÌNH TỐN ................................................................. 59
3.1.1. Sơ đồ 1 sợi ......................................................................................... 59
3.1.2. Số liệu lưới điện ................................................................................ 59
3.1.3. Đánh giá số liệu ban đầu phục vụ cho bài tốn bù CSPK ................ 60
3.2. TRÌNH TỰ TÍNH TỐN VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ..................... 62
3.2.1 Chuẩn bị file số liệu ........................................................................... 62

3.2.2 Các chế độ tính tốn ........................................................................... 62
3.2.3. Hiện trạng của lưới điện khi chưa xét đến sóng hài .......................... 62
3.2.4. Tính tốn TTĐN với sóng hài cơ bản (50Hz) .................................. 63
3.2.5. Tính tốn TTĐN của lưới khi có xét đền sóng hài và đặt tụ bù ở đầu
đường dây ......................................................................................... 64
3.2.6. Tính tốn TTĐN của lưới khi có xét đề sóng hài và đặt tụ bù ở giữa
đường dây ......................................................................................... 65
3.2.7. Tính tốn TTĐN của lưới khi có xét đề sóng hài và đặt tụ bù ở cuối
đường dây ......................................................................................... 65
3.2.8. Tính tốn TTĐN của lưới khi có xét đề sóng hài và đặt tụ bù ở đầu,
giữa và cuối đường dây ..................................................................... 66
3.3. KẾT LUẬN .......................................................................................... 67
iv


KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..................................................................... 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................... 69
PHỤ LỤC ...................................................................................................... 1
Bảng phụ lục 1 : Số liệu đường dây .............................................................. 1
Bảng phụ lục 2 : Thông số trạm biến áp ....................................................... 8

v


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Ảnh hưởng của sóng hài trên dạng sóng dịng điện và điện áp chế
độ bình thường .................................................................................... 8
Hình 1.2. Dạng sóng khác nhau giữa phụ tải phi tuyến và tuyến tính .......... 8
Hình 1.3. Suy giảm dạng sóng điện áp với ảnh hưởng sóng hài ................ 11
Hình 1.4. Dạng sóng dịng điện của đèn huỳnh quang ............................... 16

Hình 1.5. Phân tích phổ của sóng hài trong đèn huỳnh quang ................... 16
Hình 1.6. Tải chỉnh lưu một pha và dạng sóng dịng điện chỉnh lưu .......... 17
Hình 1.7. Sơ đồ nguyên lý của bộ nguồn chuyển mạch SMPS .................. 18
Hình 1.8. Dạng sóng dịng điện và phân tích phổ tần của bộ nguồn chuyển
mạch SMPS....................................................................................... 18
Hình 1.9. Quan hệ từ thơng và dịng từ hóa trong lõi thép ......................... 19
Hình 1.10. Quan hệ từ thơng và dịng từ hóa khi có kể đến từ trễ .............. 20
Hình 1.11. Dịng từ hóa và các thành phần hài bậc cao theo điện áp ......... 21
Hình 1.12. Mật độ từ cảm trong lõi thép khi có và khơng có từ dư Br ....... 21
Hình 1.13. Sóng hài gây ra bởi rãnh dây quấn ............................................ 22
Hình 1.14. Đặc tính V-A của lị hồ quang................................................... 23
Hình 1.15. Thành phần sóng hài trong dịng điện hồ quang ....................... 23
Hình 1.16. Phân tích phổ của sóng hài trong lị hồ quang trong chế độ nấu
chảy ................................................................................................... 24
Hình 1.17. Phân tích phổ của sóng hài trong lò hồ quang trong chế độ tinh
luyện .................................................................................................. 24
Hình 1.18. Cấu trúc điển hình của SVC...................................................... 26
Hình 1.19. Cấu trúc điển hình của một TCSC ............................................ 27
Hình 1.20. Dạng sóng điện áp và dịng điện trên các phần tử của TCSC
trong chế độ khuếch đại điện dung ................................................... 27
Hình 1.21. Cấu trúc điều áp xoay chiều và dạng sóng điện áp pha trên tải
với những góc mở khác nhau............................................................ 28
vi


Hình 1.22. Tụ bị cháy nổ do sóng hài ......................................................... 32
Hình 1.23. Máy biến áp, động cơ bị cháy cuộn dây do sóng hài ................ 33
Hình 1.24. Bộ lọc thụ động nối tiếp ............................................................ 34
Hình 1.25. Bộ lọc thụ đồng ghép song song ............................................... 35
Hình 1.26. Sơ đồ nguyên lý của bộ lọc tích cực ......................................... 36

Hình 1.27. Bộ lọc tích cực song song ......................................................... 37
Hình 1.28. Dạng sóng dịng điện của bộ lọc tích cực song song ................ 37
Hình 1.30. Đo điện năng vào ra các phần tử ............................................... 41
Hình 1.31. Đo điện năng vào ra một lưới điện............................................ 42
Hình 1.32. Xác định TTĐN bằng cách đo dịng điện hoặc cơng suất và điện
áp ....................................................................................................... 43
Hình 1.33. Lưới điện với các điểm đo ĐTPT điển hình. ............................ 45
Hình 1.34. Lưới trung áp và vị trí lấy ĐTPT điển hình .............................. 45
Hình 1.35. Đường cong tổn thất .................................................................. 48
Hình 1.36. Đồ thị dịng điện trung bình bình phương Itb2 ........................... 50
Hình 1.37. Quan hệ thực nghiệm giữa LF và LsF ...................................... 52
Hình 2.1. Tính tốn tổn thất lưới trung áp theo đồ thị phụ tải điển hình .... 53
Hình 2.2. Sơ đồ khối tính tốn TTCS của lưới điện ở tần số cơ bản .......... 53
Hình 2.3 Sơ đồ khối tính tốn TTĐN do sóng hài gây ra trên lưới điện .... 56
Hình 2.4. Một ví dụ về ĐTPT điển hình dạng tương đối ............................ 58
Hình 3.1. Sơ đồ một sợi của lộ 372E24.3 ................................................... 59
Hình 3.2. Đồ thị phụ tải điển hình lộ 372E24.3 ......................................... 61
Hình 3.3. Đồ thị điện áp của lưới điện trong chế độ max không xét đến ảnh
hưởng của sóng hài và tụ bù. ............................................................ 63
Hình 3.4. Đồ thị điện áp của lưới điện trong chế độ max xét đến ảnh hưởng
của sóng hài....................................................................................... 64
Hình 3.5. Đồ thị điện áp của lưới điện trong chế độ max xét đến ảnh hưởng
của sóng hài lắp tụ bù ở đầu đường dây ........................................... 64

vii


Hình 3.7. Đồ thị điện áp của lưới điện trong chế độ max xét đến ảnh hưởng
của sóng hài lắp tụ bù ở cuối đường dây .......................................... 66
Hình 3.8. Đồ thị điện áp của lưới điện trong chế độ max xét đến ảnh hưởng

của sóng hài lắp tụ bù ở đầu, giữa và cuối đường dây...................... 66

viii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Ví dụ tần suất sụt giảm điện áp theo khoảng chia đặc trưng được
giám sát tại một vị trí. ........................................................................ 5
Bảng 1.2. Giới hạn dao động (nhấp nháy) điện áp ....................................... 5
Bảng 1.3. Tiêu chuẩn quy định Việt Nam (QCVN:2015)về giới hạn méo
điện áp ................................................................................................ 7
Bảng 1.4. Tiêu chuẩn IEEE 519-1992 quy định giới hạn méo điện áp ...... 7
Bảng 1.4. Tổng hợp thứ tự chiều quay tương ứng bậc sóng hài (bậc 1 - Tần
số cơ bản) ........................................................................................ 11
Bảng 1.5. Bảng quy luật chiều của sóng hài (+ cùng chiều; - ngược chiều; 0
– không quay) ................................................................................... 11
Bảng 1.6. IEEE 519-1992 và tổng giới hạn dịng điện sóng hài bậc lẻ đưa ra
trong phần trăm dịng điện phụ tải. Các sóng hài bậc chẵn được giới
hạn đến 25% của giới hạn sóng hài bậc lẻ ........................................ 15
Bảng 3.1. Mẫu số liệu mô tả một đoạn đường dây thuộc lộ 372, E24.3..... 60
Bảng 3.2. Số liệu máy biến áp phân phối, số liệu phụ tải và hiện trạng bù cả
phía trung áp và hạ áp ....................................................................... 60
Bảng 3.3. Đánh giá ban đầu về số liệu của lộ 372, E24.3. ......................... 60
Bảng 3.4 Tỷ lệ phụ tải phi tuyến ................................................................. 61
Bảng 3.5 Phổ tần số sóng hài của lò hồ quang điện .................................... 61
Bảng 3.6. TTCS ở chế độ max của lưới điện ở tần số cơ bản và tần số sóng
hài ...................................................................................................... 63

ix



DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
CSTD

Công suất tác dụng

CSPK

Công suất phản kháng

ĐTPT

Đồ thị phụ tải

TTCS

Tổn thất công suất

TTĐN

Tổn thất điện năng

CLĐN

Chất lượng điện năng

THD

Tổng biến dạng sóng hài (Total Harmonic Distortion)


TDD

Tổng biến dạng dòng điện tải (Total Demand Distortion)

HTĐ

Hệ thống điện

TBAPP

Trạm biến áp phân phối

TBATG

Trạm biến áp trung gian

ĐDTA

Đường dây trung áp

x


MỞ ĐẦU
0.1. Lý do chọn đề tài
Tổn thất điện năng là một trong những chỉ tiêu chất lượng vận hành quan trọng
hiện nay của lưới phân phối hiện nay. Có nhiều nguyên nhân gây ra tổn thất điện
năng như kết cấu lưới điện, đặc điểm phụ tải, chất lượng điện năng. Sóng hài là một
trong những hiện tượng chất lượng điện năng có tác động ngày càng lớn trong hệ
thống điện, đặc biệt là lưới phân phối khi ngày càng nhiều phụ tải phi tuyến xuất

hiện trên lưới điện. Sự phát triển nhu cầu phụ tải công nghiệp, chẳng hạn như công
nghiệp sản xuất thép với quy mô nhỏ và vừa sử dụng các lò hồ quang điện là những
phụ tải phi tuyến công suất lớn đã làm trầm trọng thêm các hậu quả của sóng hài
như gia tăng tổn thất điện năng trên lưới, gây quá tải thiết bị điện và giảm chất
lượng điện áp của lưới điện. Việc mong muốn nghiên cứu các ảnh hưởng của sóng
hài, đặc biệt là ảnh hưởng làm gia tăng tổn thất điện năng lưới phân phối điện tại
các khu vực phụ tải cơng nghiệp như cơng nghiệp sản xuất thép, từ đó giúp các đơn
vị quản lý lưới phân phối có các giải pháp giảm tổn thất điện năng trên lưới điện có
tồn tại sóng hài, luận văn chọn đề tài có tên như sau:
Nghiên cứu tính tốn tổn thất điện năng do sóng hài trong lưới phân phối
điện cơng nghiệp và các giải pháp.
Với đề tài này, mục đích, đối tượng, phạm vi nghiên cứu của luận văn như sau:
0.2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
- Mục đích nghiên cứu:
Nghiên cứu các phương pháp tính tốn tổn thất trong lưới phân phối, tính
tốn tổn thất lưới điện do sóng hài và xem xét một số giải pháp giảm tổn thất điện
năng của lưới phân phối có sóng hài.
- Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu của luận văn là tổn thất điện năng của lưới phân phối,
phương pháp tính tốn loadflow sóng hài để mơ phỏng và tính tốn tổn thất điện
năng do sóng hài, xét lưới phân phối điện cơng nghiệp cấp điện cho các phụ tải có
lị hồ quang điện khi mô phỏng các phụ tải sản xuất thép. Luận văn sử dụng số liệu
đường dây 35kV 372E24.3 cấp cho khu công nghiệp Đồng Văn – Hà Nam để
minh họa cho nghiên cứu tác dụng sóng hài đến tổn thất của luận văn.
0.3. Phương pháp nghiên cứu
Tác giả xây dụng mơ hình tính tốn sóng hài, xây dựng lưu đồ thuật toán để

1



tính tốn tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối cơng nghiệp có tồn tại các
nguồn sóng hài là các lị hồ quang điện. Việc tính tổn thất điện năng của lưới phân
phối điện được thực hiện theo phương pháp sử dụng đồ thị phụ tải điển hình nguồn
điện [1]. Việc tính tốn loadflow sóng hài sử dụng phương pháp tính tốn trực tiếp
[2].
0.4. Cấu trúc luận văn
Để thực hiện nhiệm vụ luận văn, bố cục dự kiến của luận văn sẽ như sau:
Chương 1. Tổng quan về sóng hài và tổn thất điện năng
Chương 2. Mô phỏng lưới điện phân phối cơng nghiệp và tính tốn sóng
hài.
Chương 3. Tính tốn tổn thất điện năng do sóng hài gây ra trong lưới điện
phân phối công nghiệp và các giải pháp khắc phục.
Kết luận và kiến nghị
Để hoàn thành luận văn này, tác giả xin trân thành biết ơn đến sự tận tình
hướng dẫn của PGS.TS. Bạch Quốc Khánh và các thầy cô trong bộ môn Hệ thống
điện – Viện Điện – Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội.
Do thời gian có hạn, vấn đề nghiên cứu trong lĩnh vực mới, chắc chắn luận
văn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được sự góp ý của
các Quý thầy cô và các đồng nghiệp.
Xin trân trọng cảm ơn./.

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ SĨNG HÀI VÀ TÍNH TỐN
TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG

1.1. TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG
1.1.1. Giới thiệu chung
Khái niệm về chất lượng điện năng, có nhiều cách hiểu cũng như cách định

nghĩa về chất lượng điện năng đó là tùy thuộc vào người đánh giá. Có ba đối tác
chính là đơn vị cung cấp điện, nhà sản xuất thiết bị điện và khách hàng tiêu thụ
điện. Họ rất quan tâm đến chất lượng điện năng. Các nhà sản xuất thiết bị mong
muốn nâng cao hiệu suất và tuổi thọ thiết bị, đơn vị cung cấp điện luôn phấn đấu
giảm tổn thất công suất và điện năng trên lưới, tăng cường độ tin cậy cung cấp
điện, giảm thiểu sự phàn nàn của khách hàng về chất lượng dịch vụ trong đó chủ
yếu là chất lượng điện năng được cung cấp, cịn về phía khách hàng là các hộ tiêu
thụ điện thì chất lượng điện năng có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả sử dụng
điện, tiện nghi an toàn và tuổi thọ của thiết bị.
Nên khái niệm chất điện năng được định nghĩa như sau
- Quan điểm nhìn nhận từ phía nhà cung cấp điện: Định nghĩa chất lượng
điện năng là chất lượng điện áp, tần số và độ tin cậy cung cấp điện đảm bảo theo
tiêu chuẩn quy đinh.
- Quan điểm nhìn nhận từ nhà chế tạo sản xuất thiết bị thì có định nghĩa
chất lượng điện năng là tập hợp các thông số của điện năng được cung cấp đảm
bảo cho thiết bị hoạt động tốt. Tập hợp các thơng số này có thể rất khác nhau đối
với từng chủng loại thiết bị và từng nhà sản xuất, khách hàng sử dụng điện.
- Quan điểm nhìn nhận từ các hộ tiêu thụ điện (khách hàng sử dụng điện)
định nghĩa chất lượng điện năng như sau: Chất lượng điện năng là bất cứ vấn đề
nào liên quan đến sai lệch điện áp, dòng điện hoặc tần số mà có thể gây ra sự cố
hoặc tác động nhầm của thiết bị tại hộ tiêu thụ.
1.1.2. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng điện năng
a. Chất lượng điện năng theo độ tin cậy cung cấp điện:
Độ tin cậy là khả năng làm việc của thiết bị thực hiện đầy đủ chức năng
của nó, đảm bảo các chỉ tiêu vận hành trong giới hạn cho trước tương ứng với điều
kiện và chế độ sử dụng, chế độ bảo hành kỹ thuật, sửa chữa, tàng chữ và chuyên
chở đã được quy định” và đó cũng là sắc xuất làm việc tốt của một thiết bị trong
một chu kỳ dưới các điều kiện vận hành được thử nghiệm.

3



Xác suất làm việc tin cậy là xác suất không sảy ra hỏng hóc trong giới hạn
thời gian làm việc đã cho.
Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của hệ thống bao gồm:
- Số lần ngừng điện trung bình cho 1 phụ tải trong 1 năm.
- Thời gian ngừng điện trung bình cho một phụ tải trong 1 năm.
- Điện năng mất do ngừng điện.
- Tổn thất kinh tế do mất điện.
b. Chất lượng điện áp
Chất lượng điện áp bao gồm các chỉ tiêu sau
- Độ lệch điện áp phần trăm là sự sai khác giữa điện áp vận hành và điện áp
định mức của lưới điện
U

U-Udđ
Udđ

100[%]

(1.1)

Trong đó
U: Điện áp vận hành (V)
Udđ: Điện áp danh định (V).
Tiêu chuẩn cho phép sai lệch theo liện hệ sau:
U- ≤ U ≤ U +

(1.2)


Trong đó U- và U+: là giới hạn dưới và giới hạn trên của độ lệch điện áp.
Hệ thống điện Việt Nam, độ lệch điện áp cho phép trong khoảng ±5% so với
điện áp danh định của lưới điện và được xác định tại vị trí đặt thiết bị đo đếm điện
hoặc tại vị trí khác do hai bên thỏa thuận. Đối với lưới điện chưa ổn định sau sự
cố, độ lệch điện áp cho phép từ +5% đến -10%. Trong lưới điện phân phối, ở chế
độ vận hành bình thường, điện áp vận hành tại điểm đấu nối được phép dao động
so với điện áp danh định( độ lệch điện áp cho phép) như sau:
+ Tại điểm đấu nối với khách hàng sử dụng điện là ±5%.
+ Tại điểm đấu nối với nhà máy điện là +10% và -5%.
- Biến thiên điện áp ngắn hạn: Theo tiêu chuẩn IEC 1159-1995, biến thiên
điện áp ngắn hạn là sự thay đổi trị số điện áp hiệu dụng ở tần số hệ thống điện
(50Hz hoặc 60Hz) trong khoảng thời gian dưới 1 phút. Theo biên độ thì biến thiên
điện áp được phân loại như sau:
+ Mất điện áp ngắn hạn là biến thiên điện áp ngắn hạn trong đó trị số điện

4


áp hiệu dụng giảm xuống dưới 10% điện áp danh định.
+ Sụt giảm điện áp ngắn hạn hoặc lõm điện áp là biến thiên điện áp ngắn
hạn trong đó trị số điện áp hiệu dụng giảm xuống dưới 90% và trên 10% điện áp
danh định
+ Quá điện áp ngắn hạn hoặc lồi điện áp là biến thiên điện áp ngắn hạn
trong đó trị số điện áp hiệu dụng tăng từ 110% đến 180% giá trị điện áp danh
định.
Sụt giảm điện áp ngắn hạn là hiện tượng có tần suất lớn nhất. Theo thời gian
tồn tại cịn có thể phân loại các biến thiên điện áp ngắn hạn thành các loại sau:
+ Tức thời nếu thời gian tồn tại từ 0.5 đến 30 chu kỳ.
+ Thoáng qua nếu thời gian tồn tại từ 30 chu kỳ đến 3 giây
+ Tạm thời nếu thời gian tồn tại từ 3 giây đến 1 phút.

Đưa ra chỉ tiêu về biến thiên điện áp ngắn hạn
Bảng 1.1. Ví dụ tần suất sụt giảm điện áp theo khoảng chia đặc trưng được
giám sát tại một vị trí.
Biên độ[%Udđ] 0-0,2 giây 0,2-0,4 giây 0,4-0,6 giây 0,6-0,8 giây >0,8 giây
80-90
18
2,8
1,2
0,5
2,1
70-80
7,7
0,7
0,4
0,2
0,5
60-70
3,9
0,6
0,2
0,1
0,2
50-60
2,3
0,4
0,1
0,1
0,1
40-50
1,4

0,3
0,1
0,1
0
30-40
1
0,2
0,1
0
0,1
20-30
0,4
0,1
0,1
0
0
10-20
1
0,1
0,1
0
0,1
0-10
0,1
0,1
0
2,1
- Dao động điện áp: Là sự biến thiên biên độ điện áp dưới 7%Udđ có thể có
hoặc khơng có tính chu kỳ.
Bảng 1.2. Giới hạn dao động (nhấp nháy) điện áp

Điện áp

Mức nhấp nháy cho phép

110kV,220kV,500kV
Trên 1kV đến 35kV
Đến 1kV

Pst95%=0.80 Plt95%=0.60
Pst95%=1.00 Plt95%=0.80
Pst95%=1.00 Plt95%=0.80

5


Tại điểm đấu nối của lưới điện đến 1kV với lưới điện đến 35kV, độ nhấp
nháy điện áp thời gian ngắn (Pst) không được vượt quá 0.9 và độ nhấp nháy điện
áp thời gian dài (Plt ) không được vượt quá 0.7 căn cứ tiêu chuẩn IEC 1000-3-7.
- Chất lượng tần số - sóng hài bậc cao:
+ Chất lượng tần số là một trong chỉ tiêu quan trọng nhất của hệ thống điện.
Điều khiển tần số là bài tốn có quy mơ hệ thống. Việc duy trì tần số nằm trong
vùng giới hạn cho phép là cân bằng tức thời giữa công suất tác dụng của nguồn
phát và công suất tác dụng phụ tải tại tần số danh định của hệ thống điện.
+ Hài bậc cao trong hệ thống cung cấp điện.
Trong trạng thái cơ bản tại tần số 50Hz, ngồi tần số cơ bản 50Hz ra thì hệ
thống có tần số khác 50Hz được gọi chung là sóng hài.
Dạng sóng điện áp do nguồn phát sẽ có dạng hình sin, nhưng khi điện áp
hình sin này được cấp đến phụ tải phi tuyến, dòng điện mà phụ tải phi tuyến này
có dạng sóng khơng sin. Trong trường hợp tổng trở nguồn không phải là giá trị
vô cùng bé mà đạt một giá trị xác định nào đó, dịng điện không sin sẽ gây một

điện áp giáng trên tổng trở nguồn này. Điều này dẫn đến hiện tượng méo dạng
sóng tín hiệu điện áp tại cực phụ tải, hay nói cách khác là phát sinh sóng hài. Méo
dạng sóng điện áp nếu đặt lên phụ tải tuyến tính khác sẽ lại sinh ra méo dòng điện
tương ứng trên phụ tải đó.
Sóng hài trong hệ thống điện được định nghĩa là dạng điện áp và dịng
điện hình sin nhưng lại có tần số bằng bội của một số nguyên lần tần số cơ sở(
50Hz), sóng hài này sẽ làm méo dạng sóng điện áp nguồn và dịng điện tải.
Chỉ tiêu đánh giá méo dạng sóng điện áp là chỉ số méo dạng sóng tổng hợp
THD, chỉ tiêu này được biểu thị tỷ số giữa giá trị hiệu dụng của các thành phần hài
bậc cao so với thành phần sóng điện áp cơ bản
√∑

(1.3)

Trong đó:
Un: Giá trị hiệu dụng của sóng hài bậc n và N là bậc cao nhất của sóng hài.
U1: Giá trị hiệu dụng của điện áp bậc cơ bản (50Hz).

6


Bảng 1.3. Tiêu chuẩn quy định Việt Nam (QCVN:2015)về giới hạn méo điện áp
Tổng độ méo sóng hài

Độ méo riêng lẻ

(%)

(%)


Cao áp (110kV;220kV,500kV)

3,0

1,5

Trung và hạ áp (dưới 35kV)

6,5

3,0

Cấp điện áp

Bảng 1.4. Tiêu chuẩn IEEE 519-1992 quy định giới hạn méo điện áp
Tổng độ méo sóng hài

Độ méo riêng lẻ

(%)

(%)

≤69kV

5,0

3,0

69kV đến 161kV


2,5

1,5

≥161kV

1,5

1,0

Cấp điện áp

1.2. TỔNG QUAN VỀ BIẾN DẠNG SÓNG VÀ SĨNG HÀI
1.2.1. Giới thiệu chung
Hệ thống điện ngày hơm nay được kết nối đến nhiều phụ tải phi tuyến. Đó là
gồm bộ biến đổi cơng suất, thiết bị phóng hồ quang điện, và thiết bị điều khiển điện tử
bởi thiết bị bán dẫn, thiết bị có từ tính bị bão hịa, và máy điện quay. Các đặc tính của
các phụ tải phi tuyến này thay đổi đặc tính tự nhiên hình sin dịng điện cơng suất
xoay chiều, kết quả dẫn đến dịng sóng hài trong hệ thống điện xoay chiều.
Nếu nghiên cứu các sóng hài được bỏ qua, nó có thể cộng hưởng trong một
vài sóng hài phát ra giữa các tụ điện cải thiện hệ số công suất và độ tự cảm nguồn
có thể đưa đến các dịng điện dao động lớn hơn và điện áp các bậc sóng hài cao.
Các dịng điện và điện áp sóng hài bậc cao này có thể gây ra tổn thất hệ thống điện
tăng, hư hỏng cách điện, nổ cầu chì tụ điện, lỗi trong đồng hồ đo đếm và rơ le bảo
vệ và làm nhiễu đến các khách hàng khác.
Sóng hài là thành phần của sóng chu kỳ có tần số là cấp số nhân theo số
nguyên của tần số cơ bản 50Hz. Các dạng sóng được thể hiện Hình 1.1, Tổng méo
sóng hài là sự tập hợp của tất cả các dịng điện tần số sóng hài và tần số cơ bản.


7


Hình 1.1 Ảnh hưởng của sóng hài trên dạng sóng dịng điện và điện áp chế độ
bình thường
Dịng điện từ các phần tử sinh ra sóng hài giả định được biết. Do đó phần tử
phi tuyến có thể được biểu diễn như là nguồn dịng điện sóng hài mà biên độ và góc
pha của nó tại mỗi tần số là cố định theo tính chất của thiết bị. Với thơng tin dịng
điện đã biết, thì ma trận bơm dịng điện cho mỗi tần số sóng hài (ma trận In) dễ
dàng được xây dựng.
Phần tử mạch tuyến tính được biểu diễn như là tổng dẫn tuyến tính Y h phụ
thuộc tần số và do đó ma trận tổng dẫn có thể được thiết lập cho mỗi tần số sóng
hài.
Phương trình của ma trận tổng dẫn là [Ih] = [Yh][Vh]
Ẩn số [Vh] được giải theo phương pháp kỹ thuật khử Gauss.
Sóng hài được sinh ra bởi các thiết bị điện tử hiện đại. Chúng xuất hiện
thường xuyên khi có số lượng lớn của máy tính cá nhân (phụ tải điện 1 pha),bộ lưu
điện (UPS), biến tần (xoay chiều AC và một chiều DC) hoặc bất kể thiết bị điện
tử nào mà sử dụng các bộ chuyển nguồn bán dẫn để chuyển đổi từ dòng điện xoay
chiều AC đến dòng điện một chiều DC.
Các phụ tải phi tuyến tạo ra các sóng hài bởi sự đưa ra dòng điện với các
sung ngắn gián đoạn hơn so với đường hình sin tuyến tính phẳng (Xem hình 1.2)

Hình 1.2. Dạng sóng khác nhau giữa phụ tải phi tuyến và tuyến tính

8


Các giới hạn của đường tuyến tính và phi tuyến xác định mối liên hệ của
dòng điện với điện áp. Mối liên hệ tuyến tính tồn tại giữa dịng điện và điên áp, loại

điển hình của phụ tải qua đường tuyến tính. Phụ tải phi tuyến có mối liên hệ dịng
điện khơng liên tục đó là khơng tương ứng với dạng sóng của điện áp.
Đặc tính của tồn bộ phụ tải điện phục vụ các tiện ích đã phát triển mạnh mẽ
qua nhiều thập kỷ gần đây và đang thay đổi một cách nhanh chóng với việc áp
dụng cơng nghệ mới. Với sự tăng sử dụng các thiết bị điều chỉnh tần số, ba lát điện
tử, chế độ chuyển đổi các nguồn điện và các thiết bị điện tử khác, phụ tải tiện ích
đang trở thành phụ tải phi tuyến và hoạt động nhiều hơn. Theo kết quả thì mức độ
méo do sóng hài trong hệ thống điện đang tăng lên. Các sóng hài bậc 7 và 5 là đặc
trưng của phụ tải điện tử và các phương pháp hiệu quả được phát triển để giảm các
bậc sóng hài ví dụ như các bộ biến đổi công suất nhiều sung, nguyên lý dịch
chuyển pha của máy biến áp, bộ lọc tích cực và thụ động... Với nhiều phụ tải điện
tử được kết nối pha – trung tính, các tiện ích phân phối được tìm ra rằng trong
nhiều trường hợp sóng hài có ảnh hưởng lớn là sóng hài bậc 3, loại này gây ra các
dịng điện trung tính cao và ngồi ra các điện áp trung tính-đất tăng đáng kể trong
méo điện áp. Méo sóng hài dịng điện có thể ảnh hưởng nghiêm trọng trên các hệ
thống phân phối điện vì máy biến áp cần cung cấp các dịng điện cơ bản đến các
phụ tải phi tuyến sẽ không thể cung cấp dòng điện cở bản định mức (các máy
biến áp bị giới hạn bởi dòng điện RMS) kết quả dẫn đến là khả năng cấp điện hệ
thống bị giảm đi. Méo sóng hài điện áp, loại có thể được tạo ra bởi méo sóng hài
dịng điện có thể ảnh hưởng xấu trên phụ tải trong nhà máy. Ví dụ, trong hệ thống
điện 3 pha, sóng hài bậc 5 có thể gây ra mô men âm tác động đến động cơ điện
cảm ứng, loại mô men âm này cố gắng điều khiển động cơ có hướng ngược với
hướng hoạt động bình thường của động cơ. Điều này gây cho động cơ tiêu tốn
dòng điện nhiều hơn, dẫn đến tác động thiết bị bảo vệ cắt điện hoặc lỗi động cơ do
quá nhiệt.
Công cụ phổ biến được sử dụng để phân tích phổ trong miền tần số là phép
phân tích chuỗi Fourier và phép biến đổi ngược chuỗi Fourier.
1.2.2. Định nghĩa về sóng hài
Sóng hài là điện áp và dịng điện hình sin với tần số là cấp số nhân của tần
số cơ bản (50 Hz tại Việt Nam). Giá trị của phép nhân tương ứng với thứ tự sóng

hài. Trong hệ thống 3 pha, sóng hài có thể là thứ tự thuận, nghịch hoặc thứ tự
không, phụ thuộc vào dịch chuyến pha giữa 3 pha. Sóng hài của thứ tự 4, 7, 10,
13… ln là thứ tự thuận vì chúng theo thứ tự của bậc cơ bản, đó là hê thống cân
bằng dòng điện pha B trễ pha với dòng điện pha A bới 120 độ điện và dòng điện
pha C sớm pha hơn pha A là 120 độ điện. Dịng sóng hài của thứ tự 2, 5, 8, 11… thì

9


ln ln theo thứ tự nghịch vì bậc thứ tự là đối ngược của thứ tự sóng hài cơ bản,
đó là hệ thống cân bằng dòng điện pha B sớm pha hơn với dòng điện pha A và
dòng điện pha C trậm pha hơn dòng điện pha A là 120 độ điện. Sóng hài bậc 3, 6,
9, 12… ln là thứ tự khơng, đó là dịch chuyến pha giữa pha A, pha B, pha C là
zero. Chú ý rằng trong hệ thống khơng cân bằng mỗi sóng hài có thành phần thứ tự
thuận, nghịch và thứ tự khơng.
Méo sóng hài trong hệ thống cung cấp điện chủ yếu bắt nguồn từ phụ tải,
trong đó dịng điện khơng liên quan một cách tuyến tính với điện áp. Sóng hài
với bội nhân bậc lẻ của tần số cơ bản luôn được xem xét tới vấn đề đặc biệt từ khi
nhiều nguồn bơm dịng điện với tần số sóng hài bậc lẻ. Nếu có cộng hưởng hệ
thống được hình thành bởi trở kháng hệ thống mà trùng với dịng điện phụ tải sóng
hài, dịng điện sóng hài có thể được khuếch đại kết quả trong điện áp cao hơn và
mức độ méo dòng điện. Cộng hưởng sóng hài bậc 3 sẽ có thể là cộng hưởng tồi tệ
nhất. Cuộn dây máy biến áp đấu tam giác ngăn chặn được các dịng điện sóng
hài thứ tự không. Tuy nhiên cuộn dây đấu tam giác trong máy biến áp là không
phổ biến trong hệ thống phân phối điện và thay vào đó là loại đấu nối Wye, loại
này khơng ngăn chặn được sóng hài thứ tự không, nhưng mạch đấu sao nối đất lại
chiếm ưu thế. Chú ý rằng bộ chuyển đổi hoặc đi ốt 3 pha sẽ sinh ra sóng hài bậc 3
khi mất cân bằng điện áp cơ bản (thứ tự nghịch). Sóng hài bậc 3 được sinh ra trong
trường hợp này không phải là thứ tự khơng. Trong thực tế, nó khơng thể cho cầu
graetz (hoặc phần lớn là cầu 3 pha IGBT) để sản sinh ra thứ tự khơng bởi vì

khơng nối trung tính. Cộng hưởng sóng hài bậc 5 có thể là bị kích động một cách
dễ dàng bởi các bộ chỉnh lưu 6 sung và các phụ tải điện tử cơng suất khác trong
khi cộng hưởng sóng hài bậc 7 được sinh ra một cách thông thường bởi các phụ tải
phi tuyến ví dụ như các máy biến áp bị từ hóa. Cộng hưởng sóng hài bậc 7 khơng
là vấn đề đăc trưng như cộng hưởng sóng hài bậc 5 bởi vì biên độ của dịng điện
sóng hài bậc 7 từ các nguồn phi tuyến luôn nhỏ hơn biên độ từ các nguồn sóng hài
bậc 5 và làm giảm hệ thống. Đó là giảm biên độ của sóng hài bởi tổng trở trong hệ
thống ln ln lớn hơn.
Sóng hài khác ngồi sóng cơ bản, loại này khơng mong muốn trong hệ thống
điện và gây ra các dòng điện và điện áp bị méo. Ví dụ Hình 1.3 chỉ ra dạng sóng
điện áp mà được ghi lại tại bộ tụ điện trong nhà máy, loại kích thích bởi cộng
hưởng mạch. Trong trường hợp này, thiết bị điều chỉnh tốc độ sẽ ngắt trong điều
kiện quá áp và dẫn đến lỗi bộ tụ.

10


Hình 1.3. Suy giảm dạng sóng điện áp với ảnh hưởng sóng hài

Bảng 1.4. Tổng hợp thứ tự chiều quay tương ứng bậc sóng hài (bậc 1 - Tần số
cơ bản)
+
0
-

Bậc 1
Bậc 3
Bậc 2

Bậc 4

Bậc 6
Bậc 5

Bậc 7
Bậc 9
Bậc 8

Bậc 10
Bậc 13
Bậc 12
Bậc 15
Bậc 11,14 Bậc 17

Bậc 29 Cùng chiều bậc 1
Bậc 21 Không quay
Bậc 23 Ngược chiều bậc 1

Bảng 1.5. Bảng quy luật chiều của sóng hài (+ cùng chiều; - ngược chiều; 0 –
không quay)
Tên
Bậc 1 Bậc 2 Bậc 3 Bậc 4 Bậc 5 Bậc 6 Bậc 7 Bậc 8 Bậc 9
Tần số, Hz
50
100
150
200
250
300
350
400

450
Thứ tự
+
0
+
0
+
0
Chúng ta tìm ra tài liệu mà ảnh hưởng trực tiếp của việc méo sóng hài dịng
điện trên phụ tải trong nhà máy là nhỏ hoặc bỏ qua từ khi dòng điện méo là phụ
thuộc vào đường dẫn và không chảy vảo bên trong phụ tải. Phụ tải phi tuyến có thể
các ổ cho các sóng hài sinh ra ở trong, và điều này có thể có kết quả trong méo chữ
thập trong việc sản sinh sóng hài tăng lên bởi phụ tải bị tác động trong tần số khác
(ln ln có 2 bậc trên và dưới). Mặt khác, méo sóng hài dịng điện có thể có tác
động nghiêm trọng trên hệ thống phân phối bởi vì máy biến áp mà cần để cung cấp
các dòng điện cơ bản đến phụ tải phi tuyến sẽ khơng thể cung cấp dịng điện cơ bản

11


định mức (các máy biến áp bị giới hạn dòng điện RMS) dẫn đến kết quả là giảm khả
năng hệ thống. Ngồi ra, các dịng điện sóng hài có thể tăng các tổn thất nhiệt hiệu
ứng jun (I2R) một cách đáng kể do hiệu ứng bề mặt, loại có kết quả trong điện trở
tăng khi tần số cao hơn. Méo sóng hài điện áp có thể tăng bởi méo sóng hài dịng
điện, có thể tác động xấu trên phụ tải nhà máy. Ví dụ, hệ thống điện 3 pha, sóng hài
bậc 5 có thể gây ra mơ men âm cho động cơ điện cảm ứng để cố gắng điều khiển
chiều quay động cơ quay ngược chiều với chiều hoạt động bình thường. Điều này
gây cho động cơ tiêu thụ dịng điện nhiều hơn, dòng điện này sẽ tác động ngắt thiết
bị bảo vệ động cơ hoặc làm lỗi động cơ do quá nhiệt.
Sử dụng chuỗi Fourier để biểu diễn dạng sóng hài.

( )

(

∑

)

(

)

(1.4)

Trong cơng thức giá trị hiệu dụng của chuỗi ở tần số n0 là √
thức sẽ thành
( )

(

∑

)

(

)

√


cos(n

t

nên cơng

n

Trong đó:
a0: Giá trị sóng điều hịa
an, bn: Giá trị sóng hài
n: Bậc sóng hài
-b

n=tan-1( n): Góc sóng hài bậc n
an

Cơng thức tổng qt phân tích của chuỗi Fourier:
( )

∑
( )

(

)

(
∑


(

(

))

(1.6)

)

Trong đó Ch=√
Từ dữ liệu, sử dụng nghịch đảo fourier cho N mẫu với bậc sóng hài bậc h:
Ta có

∑

(

)

= ∑

Trong đó:
h: Bậc sóng hài
n: Số điểm lấy mẫu (n 0 tại điểm đầu tiên)
N: Tổng số điểm (trong 1 chu ký).
Biến dạng sóng hài:

12


(1.7)

(1.5)


( )

∑

(

)=√

( )

∑

(

)=√

h ms cos

h

t
(

(1.8)


h

)

(1.9)

Giá trị hiệu dụng căn bậc hai của tổng các bình phương dịng điện và điện áp là
Irms=√∑

; Vrms=√∑

(1.10)

Tổng méo sóng hài:
THDv=

√∑h

ms

; THDI=

ms

√∑h

ms

(1.11)


ms

Trong đó V1mrs và I1rms: Điện áp và dòng điện tại tần số cơ bản 50Hz
IHDvh =

h ms

P=∑
Q=∑
S=

; IHDIh =

h ms

(

)

(

 )

(1.13)

(

)

(


 )

(1.14)

ms

h ms h ms =

(1.12)

ms

√

√

(1.15)

S2 = P2 + Q2 + D2.

(1.16)

Trong đó
S: Công suất biểu kiến
P, Q: Công suất tác dụng và phản kháng
D: là cơng suất méo
1.2.3. Tổng biến dạng sóng hài
Việc đo mức độ của nhiễm sóng hài của dạng sóng bởi sóng hài đơn là mức
độ méo sóng hài riêng lẻ (IDH), được xác định tỷ số của biên độ sóng hài thu được

với biên độ sóng cơ bản và được nhân với 100%. Việc đo mức độ nhiễm sóng hài
của dạng sóng bởi tất cả các sóng hài là tổng biến dạng sóng hài THD). THD là tỷ
số của RMS của thành phần sóng hài riêng lẻ của tín hiệu với sóng hài cơ bản sau đó
nhân với 100%.
√∑

(1.17)
Trong đó: H1 là sóng hài cơ bản (Ví dụ điện áp hoặc dòng điện ở tần số 50Hz) và H n
là sóng hài cấp n. THD được đo cho ảnh hưởng nhiệt điện thế của thành phần sóng
hài trong dạng sóng bị méo.

13