Đề xuất hệ thống bảo vệ cho lưới điện phân phối thông minh có xem xét đến sự tích hợp của những nguồn năng lượng phân tán.Đề xuất hệ thống bảo vệ cho lưới điện phân phối thông minh có xem xét đến sự tích hợp của những nguồn năng lượng phân tán.Đề xuất hệ thống bảo vệ cho lưới điện phân phối thông minh có xem xét đến sự tích hợp của những nguồn năng lượng phân tán.Đề xuất hệ thống bảo vệ cho lưới điện phân phối thông minh có xem xét đến sự tích hợp của những nguồn năng lượng phân tán.Đề xuất hệ thống bảo vệ cho lưới điện phân phối thông minh có xem xét đến sự tích hợp của những nguồn năng lượng phân tán.
GIỚI THIỆU
Lý do lựa chọn đề tài
Hệ thống bảo vệ trên lưới điện phân phối (LĐPP) đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn chặn sự cố điện và bảo vệ tài sản cũng như tính mạng con người, đồng thời đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện Sự phát triển của công nghệ nguồn điện phân tán (DG) đã mang lại nhiều thay đổi trong vận hành và bảo vệ hệ thống điện, với ưu điểm là sử dụng nguồn nguyên liệu sạch và tiết kiệm chi phí hơn so với nguồn điện truyền thống Tuy nhiên, sự hiện diện của nguồn DG cũng tạo ra thách thức về sự phối hợp bảo vệ và thay đổi trạng thái vận hành của lưới điện Do đó, việc nghiên cứu và đề xuất hệ thống bảo vệ cho LĐPP với sự xem xét đến các đặc tính vận hành của nguồn DG là cần thiết Luận án này sẽ phát triển và đánh giá phương pháp phát hiện, định vị, cách ly sự cố và khôi phục cung cấp điện (FLISR) cho LĐPP, cả khi có và không có nguồn DG, đồng thời cải tiến phương pháp phân tích ngắn mạch truyền thống để phù hợp hơn với các đặc tính của nguồn DG Việc sử dụng relay bảo vệ kỹ thuật số và các thiết bị bảo vệ thông minh sẽ nâng cao độ tin cậy của hệ thống bảo vệ thông qua khả năng điều phối hiệu quả các thiết bị.
Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu
Khi xảy ra sự cố trên lưới điện phân phối (LĐPP) liên quan đến các nguồn điện phân tán (DG), việc nhận diện sự cố nhanh chóng là rất quan trọng Sau khi xác định vị trí và cô lập khu vực gặp sự cố, công tác khôi phục cung cấp điện cho các khu vực bị ảnh hưởng sẽ được tiến hành ngay lập tức Sự phát triển của các thiết bị truyền thông, bảo vệ kỹ thuật số, thiết bị truyền dữ liệu FTU, bộ cảnh báo sự cố FI và thiết bị đo lường thông minh trên LĐPP đã cho phép thu thập dữ liệu thời gian thực, hỗ trợ cải tiến hệ thống bảo vệ khi có các nguồn DG khác nhau như IBDG và RBDG.
Việc phát triển hệ thống bảo vệ hiệu quả cho lưới điện phân phối (LĐPP) cần xem xét xu hướng phát triển của các nguồn điện phân tán (DG) Do đó, luận án này tập trung vào nghiên cứu và phát triển các phương pháp FLISR, cải tiến phân tích ngắn mạch và điều phối bảo vệ trên LĐPP khi có sự xuất hiện của các nguồn DG.
1) Phát hiện sự cố nhanh chóng dựa vào việc so sánh những tín hiệu đo lường dòng điện và điện áp vượt quá giá trị ngưỡng cài đặt thích nghi và tỉ lệ cho trước (adaptable and scalable thresholds of current and voltage);
2) Định vị chính xác phân đoạn có sự cố dựa vào việc kết hợp những tín hiệu cảnh báo bảo vệ tác động TPS, bảo vệ khởi động PUS và tín hiệu chỉ báo sự cố FI từ các TBBV như relay bảo vệ kỹ thuật số, recloser, LBS, RMU và FI trên LĐPP;
3) Cách ly phân đoạn có sự cố và khôi phục cung cấp điện cho các phụ tải bị ảnh hưởng mất điện có xem xét đến hàm mục tiêu với hai điều kiện ràng buộc về mặt vận hành: i) khôi phục tối đa lượng công suất bị mất và ii) giảm thiểu tối đa số lần thao tác đóng cắt chuyển tải;
4) Phát triển phương pháp dự báo phụ tải, điện áp để xác định khoảng giá trị tin cậy của điện áp nút trên LĐPP có xem xét đến sự xuất hiện của nguồn DG nhằm cải thiện độ chính xác và số lần thực hiện phân tích ngắn mạch;
5) Cải thiện việc điều phối các bộ trị số của các thiết bị bảo vệ bằng cách sử dụng các giải thuật tìm kiếm tối ưu và đề xuất các chức năng bảo vệ mới để thích nghi với sự hiện diện của nguồn DG/MG trên LĐPP (đặc tính vận hành P2P, P&P và sự thay đổi đột ngột về trạng thái vận hành của chúng).
Tác giả đề xuất một phương pháp FLISR hoàn chỉnh cho LĐPP có nguồn DG, bao gồm ba khâu xử lý chính: (1) phát hiện, định vị, cách ly phân đoạn sự cố và khôi phục cung cấp điện trong thời gian không quá 02 phút; (2) phân tích ngắn mạch nhằm cải thiện độ chính xác và giảm thiểu số lần thực hiện; và (3) điều phối hệ thống bảo vệ để đảm bảo sự tin cậy của các TBBV khi LĐPP được tái cấu trúc.
1.2.2 Đối tượng nghiên cứu Để đáp ứng các mục tiêu nghiên cứu trên, những đối tượng nghiên cứu của luận án này được trình bày cụ thể như sau:
1) Các đặc tính vận hành của nhiều nguồn DG (IBDG và RBDG), cụ thể tập trung vào các loại nguồn IBDG như: hệ thống PVS và hệ thống BESS;
2) Các phương pháp phát hiện sự cố nhanh chóng sử dụng các thiết bị FTU có chức năng FI, recloser, relay bảo vệ kỹ thuật số;
3) Các phương pháp định vị/dò tìm vị trí sự cố chính xác;
4) Các phương pháp cách ly/cô lập sự cố và khôi phục cung cấp điện có xem xét các điều kiện ràng buộc về mặt vận hành;
5) Các phương pháp phân tích ngắn mạch trên LĐPP có xét đến từng loại nguồn DG;
6) Các phương pháp dự báo phụ tải, dự báo khoảng tin cậy giá trị điện áp nút trên LĐPP;
7) Các phương pháp điều phối bảo vệ cho các relay kỹ thuật số hiện đang áp dụng cho LĐPP;
8) Sử dụng hệ thống SCADA/DMS để thu thập dữ liệu phục vụ cho phương pháp FLISR và tự động cài đặt các thiết bị bảo vệ;
9) Ứng dụng hệ thống truyền dẫn thông tin 02 chiều và các giao thức truyền tin phục vụ trong lĩnh vực bảo vệ hệ thống điện gồm: IEC 60870-5-104 và IEC61850.
Nội dung nghiên cứu và giới hạn
1.3.1 Phạm vi và nội dung nghiên cứu
Phương pháp FLISR được đề xuất áp dụng cho lưới điện phân phối (LĐPP) trong trường hợp chưa có nguồn điện phân tán (DG) hoặc nguồn điện dự phòng (MG) nhằm đánh giá khả năng đáp ứng các điều kiện ràng buộc và thời gian xử lý thuật toán nhanh chóng Ngoài ra, phương pháp này cũng được áp dụng cho LĐPP có tích hợp nguồn DG/MG, được phân tích chi tiết trong Chương 3 Kết quả cho thấy FLISR có khả năng tận dụng nguồn DG như một nguồn hỗ trợ hoặc dự phòng hiệu quả trong các phương án khôi phục cung cấp điện.
Trong quá trình phân tích mật độ phân bổ năng lượng từ dữ liệu quá khứ, tác giả nhận thấy rằng phụ tải và điện áp nút trên lưới điện phân phối (LĐPP) có dạng phân phối chuẩn Từ đó, tác giả phát triển phương pháp dự báo khoảng giá trị tin cậy dựa vào điện áp và dòng điện phụ tải, nhằm xác định dao động của dòng điện ngắn mạch tại các nút liên kết với TBBV, đặc biệt khi có sự xuất hiện của nguồn điện phân tán (DG) Điều này giúp cải thiện độ chính xác và tần suất phân tích ngắn mạch, như được trình bày trong Chương 4 Đồng thời, nghiên cứu về phương pháp điều phối hệ thống bảo vệ cũng được thực hiện nhằm tối ưu hóa kết quả phân tích ngắn mạch và phương pháp FLISR Cuối cùng, Chương 5 đề xuất một phương pháp FLISR hoàn chỉnh cho LĐPP có nguồn DG, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và hệ thống bảo vệ thích nghi thông qua việc sử dụng các relay bảo vệ kỹ thuật số DDR.
Hình 1.1 Những nội dung nghiên cứu chính trong luận án
Tích hợp nguồn điện phân tán (DG) và nguồn điện mặt trời (MG) vào lưới điện phân phối (LĐPP) là một thách thức quan trọng, và trong Chương 3, chúng tôi đề xuất phương pháp FLISR để nâng cao hiệu quả vận hành Phương pháp này sẽ phân tích các sự cố ngắn mạch, đồng thời xem xét những đặc tính vận hành đa dạng của nguồn DG, từ đó tối ưu hóa khả năng quản lý và bảo vệ lưới điện.
Trong Chương 4, chúng tôi đề xuất phương pháp điều phối bảo vệ quá dòng, nhằm nâng cao hiệu quả trong việc quản lý hệ thống điện Tiếp theo, Chương 5 trình bày hệ thống bảo vệ cho lưới điện phân phối thông minh, được tích hợp với nguồn điện phân tán (DG/MG), nhằm tối ưu hóa hoạt động và độ tin cậy của lưới điện.
Luận án này chủ yếu phát triển phương pháp FLISR, phân tích ngắn mạch và điều phối bảo vệ cho lưới điện phân phối (LĐPP) với sự tích hợp của các nguồn điện phân tán (DG) khác nhau Nghiên cứu sẽ tập trung vào các khía cạnh liên quan đến hiệu quả và tính khả thi của phương pháp này.
1) Mô hình LĐPP sử dụng hệ thống nối đất trực tiếp Những hệ thống nối đất qua điện trở, nối đất qua cuộn kháng và hệ thống nối đất của các nguồn DG không thuộc phạm vi nghiên cứu;
2) Những chức năng bảo vệ sử dụng dòng điện thứ tự nghịch như F46 hoặc sử dụng điện áp làm giá trị tham chiếu như F27, F59, F47, ∆VUB chưa được xem xét trong luận án;
3) Tuy sử dụng các relay bảo vệ kỹ thuật số hoặc thiết bị tương tự đáp ứng tiêu chuẩn IEC 60870-5-104 hoặc IEC 61850 nhưng luận án chỉ tập trung vào việc khai thác khả năng cung cấp dữ liệu thời gian thực và truyền nhận dữ liệu tốc độ cao.
4) Luận án không đặt vấn đề nghiên cứu chế tạo thiết bị bảo vệ mà chỉ tập trung vào việc nghiên cứu đề xuất cải tiến, kết hợp các mô-đun phần mềm cùng với các relay bảo vệ kỹ thuật số nhằm đáp ứng yêu cầu về thời gian xử lý nhanh và hoàn thiện kết quả của phương pháp FLISR dành cho LĐPP có nguồn DG.
5) Mô hình DG/MG tích hợp vào LĐPP trong luận án được xây dựng thông qua cấu hình tiêu biểu từ tiêu chuẩn IEEE 1547 [59] DG/MG được kết nối đến LĐPP truyền thống tại vị trí ”weak bus” với công suất lắp đặt được lựa chọn để đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải cục bộ trong nhiều giờ mà còn có thể hỗ trợ khôi phục cung cấp điện cho tuyến dây trong ít nhất một giờ;
6) Hạ tầng truyền dẫn thông tin được giả định rằng hoạt động với độ tin cậy và ổn định cao Theo đó, số lượng và chất lượng của dữ liệu được đảm bảo đầy đủ, tin cậy để có thể tiến hành các nghiên cứu trong luận án;
7) Vấn đề phối hợp giữa các TBBV trên trục chính và các TBBV trên nhánh rẽ chưa được xem xét trong luận án này.
Phương pháp nghiên cứu và thực hiện
Để hoàn thành luận án này, tác giả đã đề ra các phương pháp nghiên cứu và cách thực hiện như trong Bảng 1.1:
Bảng 1.1 Các phương pháp nghiên cứu tương ứng với từng phương pháp thực hiện
Phương pháp nghiên cứu Phương pháp thực hiện
1 Tham khảo các tài liệu liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu đã đề ra trong nội dung nghiên cứu của luận án
Sử dụng tài liệu từ các tạp chí khoa học, hội nghị chuyên ngành và bài báo nghiên cứu được công bố trên các thư viện điện tử như IEEEXPLORE, Springer, Energies, Elsevier, cùng với các tạp chí của các Trường Đại học trong nước là phương pháp hiệu quả để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của thông tin nghiên cứu.
Tham khảo các luận văn, luận án, đề tài nghiên cứu khoa học có liên quan
Tham dự các Hội thảo chuyên đề trong và ngoài nước
Tóm tắt ưu, khuyết điểm, xác định mức độ và phạm vi ứng dụng của các phương pháp bảo vệ LĐPP có DG khác
2 Thu thập dữ liệu thực tế để quan sát, xác định các mối quan hệ, liên kết với lĩnh vực nghiên cứu nhằm chỉ ra những điểm thiếu sót cần hoàn thiện/cải tiến/bổ sung hoặc cần phát triển giải pháp/phương pháp mới
Xác định các đơn vị có thể cung cấp nguồn dữ liệu thực tế
Vị trí thu thập dữ liệu thực tế để có thể bố trí thiết bị đo
Quan sát nguồn dữ liệu thu thập để đối chiếu với thực trạng của các phương pháp nghiên cứu
Chỉ ra những điểm còn thiếu sót nhằm bổ sung hoặc cải tiến hoặc hoàn thiện phương pháp trước hoặc phát triển giải pháp khắc phục những thiếu sót
3 Xây dựng, phát triển các mô hình, giải thuật liên quan đến phạm vi nghiên cứu
Phân tích cơ sở lý thuyết về hệ thống bảo vệ và phân tích ngắn mạch đối với LĐPP
Phát triển các mô hình, giải thuật liên quan để khắc phục những thiếu sót của các hệ thống bảo vệ LĐPP trước đó
4 Viết chương trình, công cụ, phần mềm để tích hợp các mô hình, giải thuật đã xây dựng, phát triển
Xác định ngôn ngữ lập trình để xây dựng các chương trình, công cụ, phần mềm
Xác định nguồn lực hỗ trợ/tài trợ thực hiện chương trình, công cụ, phần mềm
Tích hợp các chương trình, công cụ, phần mềm để có thể phối hợp hoạt động với nhau
5 Thực hiện mô phỏng trên phần mềm để thu thập các kết quả cùng với việc đánh giá kết quả thực nghiệm có được
Xuất kết quả mô phỏng/thực nghiệm từ chương trình, công cụ, phần mềm đã phát triển
Biểu diễn kết quả dưới dạng bảng biểu, hình ảnh
Viết thuyết minh kết quả mô phỏng/thực nghiệm kết hợp với các nội dung đánh giá,phân tích cụ thể
6 Viết công trình nghiên cứu để công bố trên các tạp chí, hội nghị trong nước và quốc tế hoặc triển khai các đề tài nghiên cứu khoa học
Dựa trên các lý thuyết mới và kết quả mô phỏng cũng như thực nghiệm, tác giả thực hiện phân tích và tổng hợp thông tin Đồng thời, tác giả phối hợp với nhóm hướng dẫn để biên soạn bản thảo, nhằm nộp cho các tạp chí và hội nghị trong nước cũng như quốc tế.
Tiến hành hiệu chỉnh nếu bản thảo được yêu cầu hiệu chỉnh, sửa đổi, bổ sung
Tổng hợp các công trình nghiên cứu đã được công bố vào nội dung của luận án
Đóng góp chính của luận án
Luận án này trình bày bốn kết quả đóng góp chính cho hệ thống bảo vệ của lưới điện phân phối (LĐPP) với sự tích hợp nguồn năng lượng phân tán (DG), cụ thể như sau:
Phương pháp FLISR được đề xuất cho lưới điện phân phối (LĐPP) truyền thống và tích hợp nguồn điện phân tán (DG) sử dụng dữ liệu từ các thiết bị IED, FTU và relay bảo vệ kỹ thuật số để phát hiện và định vị chính xác sự cố Sau khi xác định được phân đoạn gặp sự cố, FLISR tiếp tục đưa ra các phương án cách ly và khôi phục cung cấp điện, tối ưu hóa việc khôi phục tải điện bị mất với số bước thực hiện tối thiểu Phương pháp này nổi bật với khả năng nhận diện và xử lý hiệu quả tình trạng hoạt động vượt cấp của relay bảo vệ kỹ thuật số, đồng thời chỉ ra nguy cơ mất phối hợp bảo vệ giữa các thiết bị liền kề FLISR cũng ưu tiên tận dụng nguồn DG như nguồn phát phụ trợ trong các phương án khôi phục Thời gian thu thập và xử lý dữ liệu để tìm kiếm và xếp hạng các phương án cách ly sự cố và khôi phục cung cấp điện không quá hai phút nhờ vào hệ thống SCADA/DMS với mạng truyền dẫn thông tin tốc độ cao.
Dựa trên các nguy cơ mất phối hợp bảo vệ giữa các thiết bị bảo vệ liền kề được chỉ ra trong phân tích FLISR, phương pháp phân tích ngắn mạch truyền thống đã được cải tiến và áp dụng cho lưới điện phân phối (LĐPP) tích hợp nguồn năng lượng phân tán (DG) Cụ thể, các phương pháp dự báo phụ tải ngắn hạn đã được triển khai để nâng cao hiệu quả vận hành.
1 Bằng giao thức truyền thông tin gồm IEC 60870-5-104 và IEC 61850.
2 Dựa vào 07 tiêu chí đánh giá sau: i) PFV, ii) BVV, iii) LOP, iv) OC, v) NSS, vi) LOSS, và vii) PRV.
Việc lắp đặt nhiều thiết bị bảo vệ trên cùng một tuyến dây trung thế hoặc sau khi thay đổi cấu trúc lưới điện có thể gây ra các vấn đề về độ tin cậy của điện áp nút Để khắc phục, cần xác định khoảng giá trị tin cậy của điện áp, từ đó áp dụng để xác định giá trị tin cậy của dòng điện ngắn mạch, hỗ trợ cho việc điều phối các relay bảo vệ kỹ thuật số Phương pháp phân tích ngắn mạch cải tiến không chỉ nâng cao độ chính xác của kết quả mà còn giảm thiểu các tính toán không cần thiết.
Phương pháp chỉnh định thông số cài đặt của các relay bảo vệ kỹ thuật số đã được đề xuất và áp dụng cho lưới điện thông minh tích hợp nguồn điện phân tán (DG) thông qua kết quả phân tích ngắn mạch cải tiến Sau khi hoàn tất chu trình thực hiện phương pháp FLISR, các ngưỡng giá trị cài đặt cho các chức năng bảo vệ F50P, F50G, F51P, F51G, F67P, và F67G sẽ được thiết lập qua hệ thống SCADA/DMS Đồng thời, chức năng bảo vệ F46BC 4 sẽ được bổ sung để đảm bảo phát hiện nhanh chóng dòng điện sự cố từ các nguồn DG.
Mô hình thiết bị bảo vệ DDR cho LĐPP được đề xuất tích hợp nguồn DG, với các mô-đun phần mềm 5 hoạt động đồng bộ trong một bộ vi xử lý điều khiển Thiết kế này nhằm đạt được các mục tiêu bảo vệ hiệu quả cho hệ thống điện.
Giá trị thực tiễn
Kết quả nghiên cứu đã được áp dụng tại Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Tp.HCM, giúp Điều độ viên phát hiện và định vị nhanh chóng sự cố, đề xuất phương án cách ly và khôi phục cung cấp điện cho các phân đoạn bị ảnh hưởng tại LĐPP Củ Chi và Duyên Hải, từ đó nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho khu vực này Quy mô của hai LĐPP được trình bày chi tiết trong Bảng 1.2.
Bảng 1.2 Quy mô LĐPP được đề cập trong luận án
1 Số lượng MBT trung gian cấp nguồn (máy) 11 7
2 Số tuyến dây trung thế (tuyến) 41 23
Bài viết này đề cập đến bốn hoạt động dựa trên nguyên tắc sử dụng các giá trị dòng điện thành phần thứ tự thuận và thứ tự nghịch nhằm phát hiện hiện tượng mất cân bằng dòng điện Những hoạt động này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và hiệu quả trong hệ thống điện Việc áp dụng các giá trị dòng điện này giúp nhận diện nhanh chóng và chính xác các vấn đề liên quan đến sự mất cân bằng, từ đó đưa ra các biện pháp khắc phục kịp thời.
5 Mô-đun đo lường lấy mẫu dữ liệu theo thời gian thực, mô-đun bảo vệ chính, mô-đun bảo vệ phụ và mô-đun truyền dẫn thông tin.
5 Tổng số khách hàng (khách hàng) 160.015 30.377
6 Tổng số lượng nút (nút) 166 109
7 Tổng số thiết bị đóng cắt trên lưới điện (thiết bị) 312 453
Tổng công ty Điện lực Tp.HCM đang áp dụng các phương pháp và chương trình để dự báo khoảng giá trị tin cậy của điện áp và dòng điện phụ tải, phân tích ngắn mạch và điều phối bảo vệ Kết quả từ những phương pháp này sẽ được trình bày chi tiết trong các chương tiếp theo của luận án, nhằm làm nổi bật giá trị thực tiễn mà chúng mang lại.
Cấu trúc của luận án
Để đảm bảo tính mạch lạc và sự liên kết giữa các vấn đề nghiên cứu, luận án sẽ được trình bày theo một cấu trúc hợp lý và có thứ tự rõ ràng.
Chương 1 của luận án giới thiệu mục tiêu nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu và nội dung thực hiện Nó cũng trình bày các phương pháp đã áp dụng, cùng với những kết quả chính và giá trị thực tiễn mà luận án mang lại.
• Chương 2: Tổng quan về hệ thống bảo vệ cho LĐPP có xem xét các nguồn DG/MG.
• Chương 3: Phương pháp FLISR đề xuất dành cho LĐPP có tích hợp nguồn DG/MG.
• Chương 4: Phương pháp phân tích ngắn mạch cải tiến và phương pháp điều phối bảo vệ quá dòng dành cho LĐPP tích hợp nguồn DG/MG.
• Chương 5: Đề xuất hệ thống bảo vệ cho LĐPP tích hợp nguồn DG/MG
Bài viết tóm tắt nội dung liên quan đến việc lựa chọn vấn đề, phạm vi, đối tượng và phương pháp nghiên cứu từ Mục 1.1 đến 1.4, nhấn mạnh bốn đóng góp chính của luận án, cho thấy giá trị và tính khả thi trong thực tiễn Luận án được chia thành 6 chương: Chương 1 giới thiệu tóm tắt, Chương 2 trình bày tài liệu tham khảo và nhận định của tác giả về ưu, khuyết điểm Chương 3 và 4 lần lượt trình bày cơ sở lý thuyết, mô hình/phương pháp/giải pháp cùng với kết quả mô phỏng/thực nghiệm Chương 5 đề xuất hệ thống bảo vệ mới cho LĐPP, tích hợp các nguồn DG dựa trên mô hình/phương pháp đã phát triển Cuối cùng, Chương 6 sẽ chi tiết hóa các kết quả đạt được và hướng nghiên cứu phát triển.
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BẢO VỆ CHO LĐPP CÓ XÉT ĐẾN SỰ TÍCH HỢP NGUỒN DG/MG
Tổng quan về phương pháp FLISR cho LĐPP truyền thống
2.1.1 Giới thiệu về hệ thống quản lý và vận hành LĐPP
Hệ thống quản lý LĐPP giữ vai trò thiết yếu trong việc giám sát và điều khiển lưới điện, góp phần nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và cải thiện chất lượng điện năng.
Hệ thống quản lý tiên tiến cho LĐPP bao gồm ba ứng dụng chính: điều chỉnh điện áp, đáp ứng phụ tải (Demand Response) và FLISR Trong đó, FLISR đóng vai trò quan trọng trong việc phát hiện chính xác phân đoạn có sự cố, giúp thực hiện các bước cách ly và tìm kiếm phương án khôi phục cung cấp điện hiệu quả Nhờ đó, các chỉ số độ tin cậy cung cấp điện được cải thiện rõ rệt Tóm lại, quá trình khôi phục cung cấp điện thông qua FLISR có thể được xem như một phần của đáp ứng phụ tải điện trên LĐPP.
Hệ thống quản lý LĐPP được phân loại thành hai hướng tiếp cận: dựa vào chính sách khuyến khích và dựa trên lợi ích kinh tế Hướng tiếp cận thứ nhất phát triển dựa trên mục tiêu cụ thể của phương pháp điều chỉnh, bao gồm các phương pháp như điều khiển phụ tải trực tiếp, chính sách tiết giảm tải đỉnh, hợp đồng mua bán điện, chương trình đáp ứng phụ tải khẩn cấp, và giao dịch trên thị trường Trong khi đó, hướng tiếp cận dựa trên lợi ích kinh tế ưu tiên sử dụng dữ liệu thời gian sử dụng điện ToU, giá điện theo thời gian thực và giá điện đỉnh để đề xuất các phương án điều chỉnh Bảng 2.1 tóm tắt ứng dụng của hệ thống quản lý LĐPP qua các nghiên cứu trước, cùng với ưu điểm và giới hạn theo quan điểm của tác giả.
Bảng 2.1 Bảng tóm tắt nội dung những công trình nghiên cứu liên quan đến hệ thống quản lý LĐPP
Các nghiên cứu hiện nay
Tóm tắt nghiên cứu Ưu điểm Giới hạn
[1] Sử dụng hệ thống quản lý LĐPP để điều khiển điện áp, đáp ứng phụ tải và thực hiện phương pháp FLISR
• Dò tìm chính xác phân đoạn có sự cố;
• Ưu tiên khôi phục cung cấp điện cho phụ tải quan trọng.
• Chưa xem xét đến các điều kiện ràng buộc về mặt vận hành;
• Chưa đề cập đến nguồn DG;
Hệ thống bảo vệ chưa được xem xét sau khi thực thi FLISR, trong khi việc điều khiển phụ tải trực tiếp cho phép tác động ngay lập tức vào hành vi của phụ tải.
• Không khả thi khi triển khai thực tế;
• Phức tạp trong quá trình thương thảo hợp đồng với khách hàng.
[5-6] Đáp ứng phụ tải dựa vào chính sách khuyến khích
• Không tác động trực tiếp vào phụ tải;
• Khả thi khi triển khai thực tế.
• Phụ tải chậm thay đổi khi có yêu cầu tiết giảm;
• Phụ thuộc vào khách hàng.
[7-8] Thông qua hợp đồng mua bán điện để điều chỉnh hành vi tiêu thụ của phụ tải
• Gián tiếp điều khiển phụ tải thông qua hợp đồng mua bán điện và những thỏa thuận trong hợp đồng;
• Không tác động trực tiếp vào phụ tải;
• Khả thi khi triển khai thực tế.
• Phụ thuộc vào thỏa thuận cam kết trong hợp đồng giữa khách hàng với Điện lực.
[9-10] Sử dụng chương trình đáp ứng phụ tải khẩn cấp
• Không tác động trực tiếp vào phụ tải;
• Khả thi khi triển khai thực tế.
• Chi phí khuyến khích khách hàng tiết giảm/tiêu thụ điện cao;
• Chỉ tập trung vào khách hàng có lượng điện năng tiêu thụ lớn.
[11] Giao dịch trên thị trường và cung cấp các dịch vụ phụ trợ
• Các đơn vị cung ứng điện chủ động làm việc với khách hàng;
• Độ tin cậy cung cấp điện và chất lượng điện năng cao.
• Khách hàng phải thường xuyên theo dõi thị trường;
• Chi phí cung cấp dịch vụ phụ trợ không thấp.
Đáp ứng phụ tải nhằm tối đa hóa lợi ích kinh tế thông qua việc sử dụng điện theo khung giờ TOU (Time of Use), kết hợp với giá điện theo thời gian thực và giá điện đỉnh.
• Đồ thị phụ tải được san bằng;
• Lợi ích kinh tế của các đơn vị thực hiện đáp ứng phụ tải được sinh ra thông qua việc cân bằng đồ thị phụ tải.
• Độ tin cậy cung cấp điện có thể bị ảnh hưởng khi mục tiêu lợi ích kinh tế được ưu tiên hàng đầu.
Các nghiên cứu về hệ thống quản lý lưới điện phân phối (LĐPP) chủ yếu tập trung vào việc quản lý và đáp ứng nhu cầu phụ tải Hệ thống này giám sát và điều khiển hành vi của các phụ tải tùy thuộc vào mục đích vận hành cụ thể, với trọng tâm là đảm bảo cung cấp điện liên tục Những sự cố trên lưới không chỉ ảnh hưởng đến khu vực bị sự cố mà còn gây gián đoạn cho các khu vực khác Do đó, hệ thống quản lý LĐPP cần nhận diện sớm các sự cố để có biện pháp cách ly và khôi phục điện kịp thời Trong luận án này, phương pháp FLISR sẽ được phát triển cho LĐPP, cả khi không có nguồn điện phân tán (DG) và khi có nguồn DG, thông qua việc tích hợp vào hệ thống SCADA/DMS.
2.1.2 Những nghiên cứu hiện nay về phương pháp phát hiện sự cố, định vị và cách ly sự cố
Hiện nay, việc phát hiện và định vị sự cố chủ yếu sử dụng tín hiệu từ các thiết bị đầu cuối (FTU) được lắp đặt dọc theo tuyến dây trung thế, kết hợp với dữ liệu vận hành thời gian thực của lưới điện phân phối.
LĐPP được chia thành các khu vực nhỏ để phân tích sự cố vận hành hình tia và liên kết vòng, tuy nhiên, phương pháp này gặp khó khăn trong việc xác định chính xác vị trí sự cố Các thiết bị chỉ báo sự cố (FI) được sử dụng để định vị vị trí sự cố và được tích hợp vào thiết bị đóng cắt như LBS/Recloser, giúp phân chia LĐPP thành các phân đoạn nhỏ và hình thành mô hình lưới điện kết nối Dựa vào tín hiệu chỉ thị và thông tin từ thiết bị tích hợp FI, phân đoạn có sự cố được xác định Tuy nhiên, nghiên cứu này chưa đề cập đến việc khôi phục cung cấp điện, và độ chính xác của phương pháp phụ thuộc vào việc định nghĩa các phân đoạn trên tuyến dây của LĐPP Trong trường hợp LĐPP có cấu trúc kết nối phức tạp, như các tuyến dây vận hành liên kết vòng, hiệu quả của phương pháp sẽ bị ảnh hưởng khi xác định vị trí sự cố.
Trong tài liệu [19,20], một phương pháp xác định vị trí sự cố hiệu quả là tính toán khoảng cách từ nguồn đến vị trí sự cố thông qua giá trị tổng trở tương đương, mặc dù phương pháp này gặp khó khăn do phụ thuộc vào giá trị tổng trở ngắn mạch và số lượng nguồn bơm Công nghệ truyền sóng được nêu trong tài liệu [21-23] cũng là một phương pháp định vị sự cố, nhưng độ chính xác của nó bị ảnh hưởng bởi các nhánh rẽ của LĐPP hoặc máy biến thế phân phối tự động Các tài liệu [24-26] trình bày các phương pháp sử dụng kỹ thuật mạng nơ-ron, logic mờ, và chuyên gia để xác định vùng sự cố, tuy nhiên, chúng có thể bộc lộ khuyết điểm khi cấu trúc LĐPP thay đổi hoặc khi trị số chỉnh định của thiết bị bảo vệ được điều chỉnh.
Mô hình FLISR (Fault Location Isolation and Service Restoration) được đề cập trong tài liệu [27] với hai tính năng chính: quản lý lưới điện phân phối (LĐPP) và hỗ trợ đề xuất phương án xử lý sự cố FLISR tự động nhận diện trạng thái mất điện và điều khiển các recloser theo thời gian định trước [28] Một phương pháp FLISR khác sử dụng kỹ thuật truyền dữ liệu sự kiện GOOSE, cho phép relay bảo vệ kỹ thuật số trao đổi thông tin sự cố trên cùng một mạng truyền dẫn, thực hiện tự động các bước định vị, cách ly và khôi phục cung cấp điện nhờ vào giải thuật lập trình sẵn [29] Mặc dù phương pháp này mang lại tốc độ truyền dữ liệu cao, nhưng cũng đặt ra thách thức về bảo mật thông tin Tài liệu [30] trình bày một phương pháp FLISR hiệu quả, kết hợp tín hiệu từ FTU, recloser và relay bảo vệ kỹ thuật số với hệ thống SCADA/DMS, cho phép thu thập thông tin sự cố và hỗ trợ tìm kiếm phương án khôi phục điện Hệ thống SCADA/DMS sau đó truyền lệnh điều khiển đến các thiết bị như FTU và relay bảo vệ [31-32] Hệ thống xử lý đa nhiệm được giới thiệu để hỗ trợ quản lý vận hành LĐPP, bao gồm các mô-đun phần mềm cho khâu điều khiển khẩn cấp và khôi phục, thực hiện lệnh cách ly và cập nhật dữ liệu trạng thái để đề xuất phương án khôi phục.
Bảng 2.2 tóm tắt các nghiên cứu về phương pháp phát hiện, định vị và cách ly sự cố trên lưới điện phân phối, nêu rõ ưu điểm và hạn chế theo nhận xét của tác giả.
Bảng 2.2 Bảng tóm tắt nội dung những công trình nghiên cứu liên quan đến các phương pháp phát hiện, định vị và cách ly sự cố trên LĐPP
Các nghiên cứu hiện nay Tóm tắt nghiên cứu Ưu điểm Giới hạn
Phát hiện và định vị sự cố hiệu quả thông qua việc sử dụng các bộ chỉ báo sự cố và tín hiệu bảo vệ từ thiết bị recloser cùng relay bảo vệ kỹ thuật số.
• Sự cố nhanh chóng được phát hiện;
• Phân đoạn có sự cố được định vị chính xác.
• Chưa được tích hợp thành một hệ thống dùng chung;
• Chưa chỉ ra chính xác vị trí xảy ra sự cố.
[19-20] Định vị vị trí sự cố thông qua mô hình tổng trở tương đương
• Vị trí sự cố có thể được chỉ ra một cách tương đối chính xác.
• Tổng trở ngắn mạch phụ thuộc vào dạng sự cố và gây ảnh hưởng lớn đến kết quả tính toán khoảng cách;
• Số lượng nguồn, đặc tính vận hành của nguồn DG sẽ ảnh hưởng lớn đến kết quả phân tích.
[21-23] Sử dụng công nghệ sóng (Travelling Wave) để định vị vị trí sự cố
• Vị trí sự cố được chỉ ra chính xác.
• Thiết bị sử dụng công nghệ sóng có giá thành lớn;
• Không phù hợp cho LĐPP có nhiều nhánh rẽ.
[24-26] Định vị vùng sự cố sử dụng kỹ thuật mạng nơ- ron, fuzzy logic, chuyên gia, kỹ thuật lai
• Vị trí sự cố có thể được chỉ ra một cách tương đối chính xác.
• Kết quả phân tích phụ thuộc vào số liệu đầu
• vào;Tổng trở ngắn mạch phụ thuộc vào dạng sự cố và gây ảnh hưởng lớn đến kết quả tính toán khoảng cách;
• Số lượng nguồn, đặc tính vận hành của nguồn DG sẽ ảnh hưởng lớn đến kết quả phân tích.
[27-28] Phát hiện sự cố dựa trên hiện tượng mất điện áp kết hợp với những lập trình logic trong recloser
• Nhanh chóng phát hiện sự cố và khôi phục cung cấp điện.
• Giải pháp mang tính cục bộ;
• Các hiện tượng dao động điện áp có thể gây nhiễu trong việc phát hiện sự cố.
GOOSE của giao thức IEC 61850 để phát hiện, định vị, cách ly sự cố trước khi thực thi khôi phục cung cấp điện
• Sự cố được nhanh chóng phát hiện và thông tin đến các thiết bị khác;
• Thực hiện đầy đủ các bước FLISR để cách ly sự cố và khôi phục cung cấp điện.
• Chi phí đầu tư thiết bị
• cao;Áp dụng cho LĐPP quy mô nhỏ với những tuyến dây được thiết kế để dự phòng cho nhau;
Chi phí đầu tư cho hạ tầng và giải pháp bảo mật là rất quan trọng để đảm bảo an toàn thông tin Việc sử dụng hệ thống xử lý đa nhiệm giúp cách ly sự cố hiệu quả và khôi phục cung cấp điện nhanh chóng.
• Tốc độ xử lý giải thuật cao do được phân chia cụ thể nhiệm vụ.
• Chưa xem xét đến vấn đề điều phối bảo vệ cho LĐPP sau khi hoàn tất chu trình khôi phục cung cấp điện;
• Chưa xem xét đến sự xuất hiện của nguồn DG.
Các tài liệu hiện tại chủ yếu nghiên cứu riêng lẻ về phát hiện, định vị và cách ly sự cố mà chưa có phương pháp tổng thể Khi sự cố xảy ra trên lưới điện phân phối (LĐPP), việc phát hiện và định vị vị trí sự cố là rất quan trọng để hỗ trợ khắc phục hậu quả Sự cố có thể được phát hiện nhanh chóng qua các tín hiệu thời gian thực từ relay bảo vệ kỹ thuật số, recloser, và FTU có chức năng FI, truyền đến hệ thống quản lý LĐPP Việc quản lý tập trung các tín hiệu này giúp định vị chính xác phân đoạn có sự cố trước khi đề xuất phương án cách ly và khôi phục cung cấp điện Luận án này giới thiệu việc sử dụng các tín hiệu thời gian thực từ relay bảo vệ và FTU để phát hiện sự cố, với định vị vị trí sự cố dựa trên tín hiệu cảnh báo giữa các thiết bị liền kề Cuối cùng, phương án cách ly sự cố sẽ được đưa ra cùng với kế hoạch khôi phục điện, nhằm giảm thiểu số bước xử lý sự cố.
2.1.3 Những nghiên cứu hiện nay về phương pháp khôi phục cung cấp điện
Tài liệu [33-38] đề cập đến các khái niệm và nghiên cứu về tự động hóa trong khôi phục cung cấp điện Phương pháp tự động hóa FLISR, sử dụng hệ thống MAS phân tán, đã được đề xuất để tối đa hóa việc khôi phục điện năng mất mát Hệ thống MAS phân tán chia nhỏ LĐPP để quản lý hiệu quả hơn, rút ngắn thời gian xử lý thuật toán và cho phép linh hoạt trong vận hành Quy trình FLISR bao gồm hai giai đoạn: phát hiện, định vị, cô lập sự cố và khôi phục cung cấp điện Hệ thống tự động hóa lưới phân phối DAS, ứng dụng chương trình FLISR, theo dõi trạng thái lưới điện theo thời gian thực, phân tích thông tin sự cố để khoanh vùng và tìm thiết bị đóng cắt gần nhất Sau đó, khả năng mang tải của các tuyến dây lân cận được đánh giá trước khi đề xuất phương án khôi phục điện, với mục tiêu khôi phục tối đa công suất mất mát và đảm bảo hiệu quả kinh tế Thông qua các thao tác đơn giản, điện đã được khôi phục cho các phụ tải trên tuyến dây gặp sự cố [39].
Tổng quan về phương pháp FLISR cho LĐPP có tích hợp nguồn DG/MG
2.2.1 Phân biệt LĐPP có DG và lưới điện Microgrid
Lưới điện có chứa nguồn điện phân tán (DG) được chia thành hai loại chính: lưới điện phân phối tích hợp nguồn DG (LĐPP có DG) và lưới điện Microgrid (MG) Để làm rõ sự khác biệt giữa LĐPP có DG và MG, tác giả sẽ trình bày những điểm tương đồng và khác biệt qua Bảng 2.4.
Bảng 2.4 Những đặc điểm chính của LĐPP có DG và MG Đặc điểm LĐPP có DG MG Điểm giống nhau
• Có thể tích hợp nguồn DG dạng RBDG và IBDG;
• Sự xuất hiện của DG làm xuất hiện 02 đặc tính vận hành là P2P và P&P;
• Hỗ trợ phụ tải thông qua những ứng dụng nâng cao/cải thiện độ tin cậy cung cấp điện và chất lượng điện năng;
• Gián tiếp giảm việc sử dụng nguồn nhiên liệu hóa thạch. Điểm khác nhau
1 Áp dụng cho LĐPP cấp điện áp trung thế;
2 Công suất lắp đặt lớn (hàng MW) để phục vụ cho phụ tải toàn tuyến trung thế;
3 Công nghệ DG thường dùng:
PVS, WTS, BESS hoặc tổ hợp máy phát điện công suất lớn;
FLISR, ổn định công suất phát của PVS và điều khiển điện áp/tần số.
1 Áp dụng cho LĐPP cấp điện áp hạ thế;
2 Công suất lắp đặt phù hợp với phụ tải bên trong MG (thường nhỏ hơn
3 Công nghệ DG thường dùng: PVS, WTS, BESS hoặc máy phát điện công suất nhỏ (máy phát diesel, tua-bin gas);
4 Những ứng dụng chính: hoạt động tách lưới (islanded mode), ổn định công suất nguồn phát dạng năng lượng tái tạo, điều khiển điện áp/tần số lưới, chuyển dịch phụ tải và tiết giảm phụ tải đỉnh.
Theo Bảng 2.4, sự khác biệt giữa LĐPP có DG và MG chủ yếu do quy mô phụ tải Công suất lắp đặt, loại công nghệ nguồn DG và ứng dụng vận hành sẽ được thiết kế dựa trên nhu cầu phụ tải Trong nghiên cứu này, tác giả tập trung vào các công nghệ nguồn như PVS, BESS (IBDG) và hệ thống máy phát điện công suất lớn (RBDG) vì tính phổ biến và khả thi của chúng trong LĐPP Tp.HCM.
2.2.2 Lưới điện Microgrid có tích hợp nguồn PVS-BESS điển hình
Công nghệ phát điện quang điện (Photovoltaic) đã được ứng dụng từ lâu, đặc biệt trong các vệ tinh không gian Mỗi tấm pin PV chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện một chiều (DC), với công suất phụ thuộc vào bức xạ mặt trời và thiết kế tế bào pin Hệ thống PVS được tạo thành từ nhiều tấm pin PV lắp ghép trên giá đỡ cố định hoặc trục xoay để tối ưu hóa hấp thụ bức xạ Để cung cấp điện cho lưới điện, pin PV cần qua bộ inverter để chuyển đổi DC thành AC Hệ thống PVS có ưu điểm là sử dụng năng lượng tái tạo, bền bỉ, hoạt động êm ái và giảm phát thải CO2 Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất là công suất phụ thuộc vào thời tiết, do đó, việc kết hợp với hệ thống BESS là giải pháp hiệu quả để khắc phục vấn đề này.
Công nghệ lưu trữ năng lượng vào pin đang ngày càng phát triển và cải thiện hiệu suất hoạt động Trước đây, pin tích trữ chủ yếu được sử dụng trong các bộ nguồn UPS, nhưng hiện nay đã được nâng cấp thành hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lớn (BESS).
Hệ thống BESS bao gồm hai thành phần chính: mô-đun pin tích trữ năng lượng và các bộ chuyển đổi công suất, được thiết kế với quy mô và kích thước phù hợp với từng ứng dụng và vị trí lắp đặt Việc tích hợp BESS vào hệ thống điện năng lượng mặt trời (MG) là cần thiết để ổn định công suất đầu ra từ nguồn năng lượng tái tạo Hơn nữa, BESS còn có thể hoạt động như nguồn phụ trợ cho lưới điện khi gặp sự cố, góp phần nâng cao độ tin cậy của hệ thống điện.
Cấu trúc điển hình của Microgrid bao gồm các nguồn năng lượng tái tạo như PVS, hệ thống lưu trữ năng lượng BESS, cùng với các loại phụ tải, thiết bị bảo vệ và thiết bị đo lường Microgrid có hai đặc tính vận hành chính là P2P và P&P Khi hoạt động nối lưới, Microgrid giống như một nút P/Q, trao đổi công suất với lưới điện và sử dụng điện áp lưới làm giá trị tham chiếu Ngược lại, khi hoạt động tách lưới, Microgrid tận dụng các nguồn phát như nút PV để cung cấp điện cho phụ tải trong khu vực.
Hình 2.1 Mô hình quản lý vận hành LĐPP có nguồn DG/MG
Các nguồn điện phân tán (DG) và nguồn điện vi mô (MG) có khả năng kết nối với lưới điện phân phối (LĐPP) để cung cấp công suất cho phụ tải thông qua các chế độ vận hành linh hoạt như P2P và P&P Để quản lý và vận hành hiệu quả DG/MG, cần thiết lập một hệ thống SCADA/DMS nhằm phân tích, tính toán và điều phối dòng công suất giữa các nguồn này Nghiên cứu [49] chỉ ra rằng mô hình quản lý vận hành LĐPP với DG/MG bao gồm một hệ thống SCADA/DMS, một trung tâm điều khiển vi mô (MGCC) kết nối với các thiết bị đo lường thông minh AMI, các bộ điều khiển tải (LC) và các thiết bị điều khiển vi mô (MC).
Dữ liệu từ các thiết bị AMI và FTU sẽ được trao đổi thường xuyên với hệ thống MGCC trước khi cập nhật đến hệ thống SCADA/DMS Hệ thống SCADA/DMS thiết lập các điều kiện ràng buộc vận hành cho hệ thống MGCC dựa trên các sự kiện xảy ra trên LĐPP có DG/MG Hệ thống MGCC sẽ tự động tính toán và điều phối dòng công suất giữa nguồn DG/MG Các thiết bị AMI và FTU sẽ nhận lệnh điều khiển từ hệ thống MGCC để điều phối công suất của phụ tải và nguồn phát Khi có sự kiện mới trên LĐPP, quy trình này sẽ được lặp lại giữa SCADA/DMS, MGCC và các thiết bị AMI, FTU.
Trong luận án này, LĐPP sẽ tích hợp nguồn DG và MG khi thực hiện mô phỏng liên quan đến phương pháp FLISR, phân tích ngắn mạch cải tiến và điều phối hệ thống bảo vệ Nguồn DG và MG sẽ thực thi các điều kiện ràng buộc từ hệ thống SCADA/DMS thông qua MGCC, AMI và FTU Tác giả chọn công nghệ PVS, BESS (IBDG) và hệ thống máy phát điện công suất lớn (RBDG) để tích hợp vào LĐPP, với công suất lắp đặt đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải cục bộ trong nhiều giờ và hỗ trợ khôi phục cung cấp điện cho LĐPP trong ít nhất một giờ.
2.2.3 Sự ảnh hưởng của nguồn DG đến hoạt động của LĐPP
2.2.3.1Trong vấn đề phát hiện, định vị và cách ly sự cố
Hiện nay, relay bảo vệ kỹ thuật số trên lưới điện phân phối (LĐPP) được sử dụng để phát hiện sự cố thông qua việc tích hợp các thuật toán phát hiện vào phần mềm của bộ vi xử lý Những thuật toán này có khả năng phân biệt giữa sự cố và nhiễu động, đồng thời được phát triển để xử lý nhanh nhằm ngăn chặn dòng điện sự cố Phương pháp biến đổi Wavelet rời rạc đã được đề xuất để phân tích hệ số năng lượng dòng điện sự cố, giúp phát hiện sự cố trên LĐPP Các giá trị dòng điện vượt ngưỡng vận hành có thể được cài đặt để xác nhận sự cố xảy ra, trong khi một phương pháp mới sử dụng dữ liệu điện áp và dòng điện thứ tự nghịch đã được giới thiệu để phát hiện và định vị vị trí sự cố nhanh chóng Tuy nhiên, khi áp dụng trên LĐPP ba pha không đối xứng, có thể gặp khó khăn do tổng trở không cân bằng và phụ tải không đồng đều Một nghiên cứu gần đây đã đề xuất sử dụng đặc tính điện áp thay vì biên độ dòng điện để phát hiện sự cố, với việc so sánh dữ liệu thu thập được với giá trị tham chiếu Mặc dù có nhiều phương pháp khác nhau, hầu hết đều dựa vào relay bảo vệ kỹ thuật số để quan sát và phát hiện sự cố thông qua phân tích và so sánh giá trị thu thập với ngưỡng cài đặt.
Mục đích của việc định vị sự cố trên lưới điện phân phối (LĐPP) bao gồm việc cách ly phân đoạn sự cố và xử lý sự cố trên phân đoạn đó Việc cách ly được thực hiện bởi các thiết bị bảo vệ như cầu chì, recloser và relay bảo vệ kỹ thuật số Hệ thống bảo vệ của LĐPP truyền thống được thiết kế cho cấu trúc hình tia, giả định nguồn điện xuất phát từ một điểm Tuy nhiên, với sự tích hợp của nguồn điện phân tán (DG) và nguồn điện microgrid (MG), hệ thống bảo vệ phải đối mặt với thách thức mới do nguồn điện không còn xuất phát từ một điểm duy nhất Các nghiên cứu chỉ ra rằng dòng điện sự cố có thể thay đổi khi có sự hiện diện của DG/MG, do đó cần kiểm tra tính chọn lọc của hệ thống bảo vệ mỗi khi có nguồn DG/MG tích hợp vào LĐPP, vì độ tin cậy của các chức năng bảo vệ truyền thống có thể bị ảnh hưởng.
Nếu ngắt tất cả nguồn DG/MG khi xảy ra sự cố trên lưới điện phân phối (LĐPP), độ tin cậy cung cấp điện sẽ giảm do phần lớn sự cố chủ yếu là thoáng qua Nghiên cứu đã trình bày một kỹ thuật định vị sự cố cho LĐPP tích hợp nguồn DG, trong đó các phân đoạn hình tia được giám sát và điều khiển bởi relay bảo vệ và máy cắt Khi nguồn DG nằm sau sự cố, nếu công suất lắp đặt lớn hơn một giá trị nhất định, relay bảo vệ có thể hoạt động sai nếu thời gian phối hợp không đảm bảo lớn hơn 0,3 giây Ngược lại, khi nguồn DG nằm trước sự cố, relay vẫn có thể hoạt động sai nếu công suất không đủ Phương pháp định vị này có giới hạn là không xem xét các nhánh rẽ được bảo vệ bằng cầu chì.
Việc tích hợp nguồn điện phân tán (DG) vào lưới điện phân phối (LĐPP) có thể gây ra sai lệch trong kết quả phân tích khoảng cách sự cố, đồng thời làm giảm biên độ giữa dòng điện ngắn mạch nhỏ nhất và dòng điện phụ tải lớn nhất.
Nghiên cứu [63] đề xuất một giải thuật mới để định vị sự cố trên đường dây trung thế, dựa vào chênh lệch biên độ dòng điện giữa các khu vực Giải thuật này sử dụng độ lệch dòng điện ngắn mạch giữa nguồn lưới và nguồn DG để phát hiện sự cố Mặc dù lý thuyết hình học được áp dụng trong định vị, nhưng độ chính xác vẫn chưa cao Nghiên cứu [65] giới thiệu mô hình định vị dựa trên trở kháng thứ tự thuận, tuy nhiên, độ chính xác có thể bị ảnh hưởng bởi sự bất đối xứng và tính hỗ cảm giữa các pha Nghiên cứu [66] mô tả phương pháp tính toán tổng trở tương đương hiệu chỉnh, nhưng không khả thi cho LĐPP có nhiều nhánh rẽ hoặc tích hợp nhiều nguồn DG/MG Để làm rõ vấn đề phát hiện và định vị sự cố trên LĐPP có tích hợp DG/MG, tác giả đã tổng hợp nội dung từ các nghiên cứu liên quan trong Bảng 2.5 nhằm bổ sung cho Bảng 2.2 của chương này.
Tổng quan về những phương pháp phân tích ngắn mạch cho LĐPP có tích hợp nguồn DG
Sau khi hoàn tất chu trình FLISR, sự cố đã được cách ly và điện đã được khôi phục, tuy nhiên, hệ thống bảo vệ trên lưới điện phân phối (LĐPP) đã thay đổi do sự tham gia của nguồn điện phân tán (DG) Sự thay đổi này làm giảm tính phối hợp giữa các relay bảo vệ, dẫn đến nguy cơ xảy ra các vấn đề nghiêm trọng như tác động nhầm và không chọn lọc Vì vậy, độ chính xác trong phân tích ngắn mạch trở nên quan trọng, đóng vai trò nền tảng cho việc phát triển các phương pháp điều phối bảo vệ trong bối cảnh LĐPP thay đổi Trong phần này, tác giả sẽ đánh giá các phương pháp phân tích ngắn mạch đã được phát triển cho LĐPP tích hợp nguồn DG.
Nghiên cứu [75] giới thiệu một phương pháp tính toán ngắn mạch đơn giản và tự động cho hệ thống bảo vệ của MG trong chế độ vận hành hòa lưới, với các phương trình xác định dòng điện ngắn mạch từ các nguồn IBDG và RBDG một cách chính xác và nhanh chóng Phương pháp này kết hợp với hạ tầng truyền dẫn thông tin để thu thập trạng thái kết nối của nguồn lưới và nguồn DG, từ đó điều chỉnh ngưỡng tác động cắt của thiết bị bảo vệ quá dòng Tuy nhiên, giá trị điện áp cho phân tích ngắn mạch được giả định là điện áp danh định, có thể không đảm bảo độ chính xác cao khi áp dụng vào LĐPP 22kV Nghiên cứu [76] trình bày phương pháp phân tích ngắn mạch cho sự cố bất đối xứng dựa trên hai ma trận kết nối của lưới điện MG, giúp xác định dòng điện sự cố và điện áp tại các nút, nhưng không đề cập đến tính toán cho sự cố ba pha.
57 giản với số lượng nút ít nên chưa thể đánh giá được hiệu quả hoạt động nếu triển khai áp dụng trên LĐPP 22kV có cấu trúc phức tạp.
Nghiên cứu [77] phân tích dòng ngắn mạch của nguồn IBDG trong mô hình điều khiển dòng và hỗ trợ công suất phản kháng trong quá trình LVRT khi nối lưới, tuy nhiên, tính khả thi của phương pháp chưa được chứng minh thực tế Tài liệu [78] giới thiệu phương pháp phân tích ngắn mạch dựa trên mô hình toán học cổ điển ở ba trạng thái: siêu quá độ, quá độ và xác lập, tập trung vào phản ứng của nguồn IBDG trong sự cố và xác định giá trị dòng ngắn mạch đóng góp từ nguồn này Nghiên cứu [79] cho thấy nguồn IBDG có thể hoạt động như một nguồn áp nhờ bộ chuyển đổi VSC, nhưng không đề cập đến đặc trưng vận hành P2P và P&P của các nguồn DG, ảnh hưởng đến giá trị dòng sự cố trên lưới điện Hơn nữa, tính khả thi áp dụng vào LĐPP 22kV vẫn chưa được khẳng định do mô hình mô phỏng và thực tế triển khai quy mô nhỏ với ít nguồn DG.
Tài liệu [80] đề xuất một phương pháp phân tích dòng điện ngắn mạch cho lưới điện MG, dựa trên hai ma trận BI và ZV-BC để giải quyết các bài toán trào lưu công suất Phương pháp này sử dụng ma trận Zf giả lập để phân tích ngắn mạch, nhưng không xem xét các dạng ngắn mạch ba pha hoặc hai pha Trong khi đó, phương pháp IMICV (Inverter Matrix Impedance Current Vector) được giới thiệu trong tài liệu [81,82] nhằm xác định dòng điện và điện áp tại điểm sự cố, nhưng có thể không phù hợp cho lưới điện tích hợp cả nguồn IBDG và RBDG Tài liệu [83,84] cũng đề cập đến mô hình sự cố của nguồn IBDG trong lưới điện.
Mô hình IBDG trong hệ thống MG hoạt động với hai chế độ điều khiển chính là P/Q và V/f Các nghiên cứu đã phát triển phương pháp điều chỉnh thông số đầu vào của mô hình sự cố để phản ánh chính xác đặc tính của nguồn IBDG khi hoạt động ở chế độ P/Q Đồng thời, nguồn IBDG cũng có khả năng điều chỉnh điện áp để duy trì trong giới hạn cho phép, trong khi vẫn kiểm soát dòng công suất đầu ra Tuy nhiên, nghiên cứu hiện tại chỉ tập trung vào nguồn IBDG, do đó cần mở rộng đối tượng nghiên cứu sang nguồn RBDG và nguồn lưới để áp dụng hiệu quả cho lưới điện 22kV.
Trong tài liệu [85], nhóm tác giả đề xuất một mô hình quy đổi tuyến tính tương đương dựa trên các giải thuật điều khiển và khả năng hạn dòng của thiết bị IBDG Mô hình này cho phép biểu diễn giá trị nguồn và tổng trở thông qua hàm số của các thông số phần cứng và bộ điều khiển, đồng thời xem xét khả năng hạn dòng ở ngõ ra và vị trí bố trí nguồn.
DG trên LĐPP được sử dụng để đề xuất mô hình phân tích ngắn mạch với tính toán trào lưu công suất, xem xét nguồn IBDG và đặc trưng vận hành trong chế độ hòa lưới Nghiên cứu đã mô hình hóa LĐPP tích hợp nguồn IBDG bằng mô hình ZIP cho cả tải không đổi và tải phụ thuộc vào điện áp, đồng thời tính toán giá trị dòng điện ngắn mạch từ nguồn IBDG cho các cấu trúc LĐPP khác nhau Tuy nhiên, nghiên cứu chưa đề cập đến sự tham gia của nguồn RBDG, mặc dù nguồn này cũng có thể đóng góp dòng điện sự cố đáng kể Một nghiên cứu khác đã trình bày phản ứng của nguồn IBDG trong sự cố và đề xuất mô hình phân tích ngắn mạch tự thích nghi dựa trên kỹ thuật Newton-Raphson để xác định giá trị dòng điện ngắn mạch cho LĐPP tích hợp nguồn IBDG.
Nghiên cứu [90] đề xuất một kỹ thuật phân tích ngắn mạch cho lưới điện phân phối (LĐPP) tích hợp nguồn điện phân tán (DG), dựa trên tiêu chuẩn IEC 60909 để phát triển thuật toán tính toán cho các cấp độ sự cố khác nhau Nghiên cứu [91] giới thiệu phương pháp tính toán dòng điện ngắn mạch bằng cách tính độ nhạy điện áp thông qua ma trận ABCD của các thành phần lưới điện, có tính đến sự tham gia của các bộ điều khiển nấc điện áp Phương pháp này có thể áp dụng cho mọi dạng sự cố, nhưng yêu cầu cập nhật liên tục giá trị điện áp sau mỗi bước phân tích công suất, gây áp lực lớn lên máy tính chủ Hơn nữa, tính khả thi của phương pháp này trong thực tiễn bị hạn chế do số lượng nút trong LĐPP rất lớn.
Nghiên cứu [92] nhấn mạnh tầm quan trọng của việc phân tích ngắn mạch đối xứng và bất đối xứng trong hệ thống điện phân tán (MG) khi có nguồn IBDG Các chế độ điều khiển của bộ inverter ảnh hưởng đến đặc tính sự cố và giá trị dòng ngắn mạch Tuy nhiên, nghiên cứu này chỉ thực hiện trên mô hình MG với nguồn IBDG và chưa xem xét nguồn RBDG Hơn nữa, giả định rằng các bộ inverter chỉ lọc dòng điện thứ tự nghịch và bơm dòng điện thứ tự thuận trong trường hợp sự cố bất đối xứng có thể gây khó khăn trong việc nhận dạng sự cố trong lưới điện MG đang vận hành ở chế độ tách lưới, nơi mà việc phân biệt giữa dòng điện sự cố và dòng điện bình thường/quá tải là thách thức.
Nghiên cứu [93] trình bày một phương pháp mô hình tĩnh cho các nguồn IBDG, ứng dụng trong phân tích trào lưu công suất và phân tích ngắn mạch cho lưới điện MG vận hành với chế độ điều khiển V/f Phương pháp này giúp giảm thiểu thời gian tính toán so với các phương pháp mô hình động Tuy nhiên, kết quả từ mô hình tĩnh có thể không chính xác do trạng thái vận hành của LĐPP với nguồn DG thường ở trạng thái động Nghiên cứu [94] thực hiện phân tích định lượng giá trị đỉnh của dòng điện pha trước khi đưa ra đề xuất.
Điều khiển P/Q hoặc V/f là giải thuật điều khiển hạn dòng nhằm linh hoạt điều chỉnh công suất tác dụng và phản kháng, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và an toàn cho inverter trong giai đoạn LVRT Kết quả mô phỏng cho thấy dòng điện đỉnh tăng vọt khi có sự cố, nhưng đã được giới hạn ở mức an toàn Để tính toán chính xác các giá trị dòng điện sự cố trên lưới điện phân phối, cần xem xét các nguồn điện có mặt.
Trước khi xác định trị số bảo vệ phù hợp cho DG dạng RBDG và IBDG, nhiều phương pháp đã được đề xuất trong các nghiên cứu Một phương pháp tính toán dòng điện sự cố do nguồn IBDG đóng góp cho từng dạng sự cố đã được thực hiện, mặc dù tốn nhiều thời gian Một nghiên cứu khác giả định rằng các bộ inverter chỉ cung cấp dòng điện sự cố thứ tự thuận trong trường hợp xảy ra sự cố trên MG, với trở kháng thứ tự nghịch và không được quy về giá trị tương đương trước khi phân tích ngắn mạch Một số nghiên cứu đã áp dụng phương pháp Gauss-Seidel để phân tích dòng điện ngắn mạch khi nguồn IBDG hoạt động nối lưới, trong khi một số khác đề xuất thuật toán tự thích nghi dựa trên phương pháp Newton-Raphson Tuy nhiên, thời gian tính toán để xác định giá trị dòng điện sự cố vẫn khá lâu và thiếu linh hoạt với đặc tính vận hành P2P của nguồn DG Ngoài ra, một nghiên cứu đã kiểm soát phản ứng của nguồn IBDG bằng cách giới hạn dòng điện sự cố thứ tự thuận dưới 2.0 pu Các tài liệu khác cũng đã phân tích ngắn mạch cho LĐPP tích hợp nguồn IBDG/RBDG, xem xét các trường hợp sự cố cho LĐPP ba pha ba dây hoặc bốn dây Bảng 2.8 tóm tắt nội dung các nghiên cứu liên quan đến phân tích ngắn mạch trên LĐPP có tích hợp nguồn DG.
Sự tích hợp nguồn năng lượng phân tán DG/MG vào lưới điện phân phối (LĐPP) đã tạo ra những thách thức mới trong việc kiểm soát chất lượng điện áp và bảo vệ hệ thống điện Khi DG/MG thâm nhập vào LĐPP, việc kiểm soát điện áp và dòng điện sự cố trở nên phức tạp do hiện tượng dao động điện áp và dòng điện Điều này ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ tin cậy của các thiết bị bảo vệ Giá trị điện áp tại các nút trên LĐPP cũng thay đổi đáng kể do dao động phụ tải và hoạt động của DG/MG Mặc dù có nhiều nghiên cứu về dự báo nguồn và phụ tải, việc phát triển phương pháp dự báo cho phân tích ngắn mạch và điều phối bảo vệ trong LĐPP tích hợp DG/MG vẫn chưa được chú trọng Do đó, việc khai thác dữ liệu quá khứ để nhận diện đặc trưng và xu hướng thay đổi là rất cần thiết Luận án tập trung vào phát triển phương pháp dự báo khoảng giá trị tin cậy của điện áp tại các nút liên kết với thiết bị bảo vệ và xác định khoảng giá trị tin cậy của phụ tải trên tuyến dây, kết hợp với phương pháp xác định giá trị dòng điện ngắn mạch từ nguồn lưới và DG/MG khi có sự cố Phương pháp này nhằm cải thiện phân tích ngắn mạch phù hợp với đặc tính vận hành của nguồn DG/MG, hướng đến phát triển phương pháp điều phối bảo vệ hiệu quả.
TBBV hoạt động dựa trên nguyên lý bảo vệ OC/DOC (OCPR), đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn chặn dòng điện sự cố qua các phần tử mang điện trên LĐPP OCPR không chỉ phát hiện và cách ly dòng điện sự cố mà còn hoạt động một cách chọn lọc Để nâng cao hiệu quả bảo vệ, dòng điện ngắn mạch cần được tính toán từ nhiều dạng sự cố khác nhau, như sự cố một pha chạm đất, hai pha chạm đất, pha chạm pha và ba pha cho từng vị trí cụ thể trên LĐPP Kết quả phân tích ngắn mạch sẽ giúp lựa chọn trị số bảo vệ phù hợp trước khi cập nhật vào bộ nhớ của mạch vi xử lý trong tủ OCPR.
Việc phân tích ngắn mạch dựa trên ba ma trận chính: ma trận dòng điện nhánh, ma trận điện áp nút và ma trận tổng dẫn nút Ma trận dòng điện ngắn mạch được xác định bằng cách nhân ma trận tổng dẫn nút với ma trận điện áp nút, trong đó ma trận tổng dẫn nút được tính từ ma trận tổng trở Tuy nhiên, trạng thái hoạt động của lưới điện phân phối (LĐPP) thường xuyên thay đổi do các đặc tính của nguồn điện phân tán (DG/MG) và nhu cầu phụ tải, làm giảm độ chính xác của phân tích ngắn mạch khi sử dụng giá trị điện áp danh định Nếu sử dụng kết quả phân tích trào lưu công suất để tính toán dòng điện ngắn mạch, việc cập nhật trị số bảo vệ cho OCPR sẽ cần thực hiện thường xuyên, dẫn đến tăng số lần phân tích ngắn mạch không cần thiết và phức tạp trong việc lựa chọn trị số bảo vệ Do đó, cải thiện độ chính xác của kết quả phân tích ngắn mạch và giảm thiểu số lần phân tích là cần thiết để tối ưu hóa quá trình tính toán và cài đặt trị số cho các OCPR trên LĐPP.
Tổng quan về hệ thống bảo vệ và phương pháp điều phối bảo vệ cho LĐPP có tích hợp nguồn DG/MG
có tích hợp nguồn DG/MG
Hệ thống bảo vệ của lưới điện phân phối (LĐPP) truyền thống đang phải đối mặt với nhiều thách thức do sự đa dạng của nguồn điện phân tán (DG) Trong khi nguồn điện tái tạo (RBDG) có thể tạo ra dòng điện sự cố lớn, nguồn điện thông minh (IBDG) hiện nay được trang bị chức năng LVRT, giúp ngăn chặn việc ngắt kết nối quá nhanh Điều này làm giảm độ tin cậy của hệ thống bảo vệ LĐPP, yêu cầu khả năng tự thích ứng với các thay đổi trong mọi tình huống Do đó, việc phát triển các phương pháp điều phối bảo vệ cho relay bảo vệ kỹ thuật số quá dòng là cần thiết để giảm thiểu tác động tiêu cực từ nguồn DG.
Việc tích hợp DG vào lưới điện phân phối (LĐPP) là rất quan trọng, đặc biệt trong việc điều chỉnh giá trị độ lớn và hướng chảy của dòng điện sự cố Do đó, luận án này tập trung phát triển một hệ thống bảo vệ tự thích nghi cho LĐPP có tích hợp DG, thông qua việc thiết kế giải thuật điều phối bảo vệ và đề xuất các chức năng cần thiết cho relay bảo vệ kỹ thuật số (DDR).
Trong bài viết này, tác giả sẽ trình bày tổng quan về các phương pháp điều phối bảo vệ cho lưới điện phân phối (LĐPP) tích hợp nguồn điện phân tán (DG) Việc thiết kế giải thuật điều phối bảo vệ là cần thiết để đảm bảo sự phối hợp giữa các hệ thống bảo vệ chính và dự phòng trên cùng một trạm biến áp (TBBV), như relay bảo vệ kỹ thuật số, và giữa các TBBV khác nhau Chức năng bảo vệ chính sẽ kịp thời phát hiện và cách ly sự cố, trong khi bảo vệ dự phòng hỗ trợ khi bảo vệ chính không hoạt động hiệu quả Để phối hợp giữa các TBBV liền kề, hệ thống bảo vệ sẽ sử dụng các trị số chỉnh định như ngưỡng dòng điện/điện áp, thời gian khởi động và thời gian tác động.
2.4.1 Phương pháp phối hợp bảo vệ dựa vào thời gian
Khi hệ thống bảo vệ chính hoạt động không hiệu quả, các biện pháp bảo vệ dự phòng sẽ ngay lập tức được kích hoạt sau một khoảng thời gian trễ Quá trình này được thực hiện thông qua các thuật toán và phương pháp phối hợp bảo vệ, dựa trên thời gian khởi động và tác động khác nhau.
Tài liệu [115] đã phát triển một giải thuật để phát hiện và xử lý sự cố trên lưới điện phân phối (LĐPP) có nguồn điện phân tán (DG/MG) Hệ thống bảo vệ được bố trí dọc theo tuyến dây, phân chia LĐPP thành nhiều vùng để dễ dàng quan sát và phân cấp bảo vệ Các mô-đun bảo vệ quá dòng truyền thống được sử dụng để phát hiện sự cố, và nếu không được phát hiện kịp thời, chúng sẽ tự động tách lưới Hướng dòng điện sự cố và dạng sự cố được xác định thông qua các giá trị điện áp và dòng điện tức thời từ các mô-đun bảo vệ Khi xác định được hướng dòng điện sự cố, thời gian bảo vệ sẽ được áp dụng cho từng mô-đun cho đến khi sự cố được giải quyết Việc ứng dụng mạng truyền thông cũng giúp cải thiện tốc độ nhận dạng và xử lý thông tin của các thiết bị bảo vệ.
Mô-đun chỉ báo sự cố
Hệ thống bảo vệ của lưới điện phân phối (LĐPP) được tổ chức theo các mô-đun bảo vệ quá dòng truyền thống, với một giải thuật bảo vệ mới sử dụng relay kỹ thuật số để bảo vệ LĐPP tích hợp nguồn điện phân tán (DG) trong cả hai chế độ kết nối và tách lưới Mỗi relay kỹ thuật số bao gồm nhiều mô-đun chức năng như điều khiển đóng/cắt, giao tiếp truyền thông, và bảo vệ dựa trên giá trị pha cũng như giá trị thứ tự nghịch Các mô-đun này đảm nhận nhiệm vụ bảo vệ từng pha tương ứng với các phân đoạn của tuyến dây, hoạt động như một TBBV thứ cấp, trong khi các TBBV lắp đặt ở đầu nguồn được coi là TBBV sơ cấp Thêm vào đó, các mô-đun bảo vệ ba pha dựa trên các thành phần thứ tự nghịch/thứ tự không sẽ hoạt động dự phòng cho các mô-đun bảo vệ khác.
Việc phối hợp bảo vệ giữa các thiết bị trên lưới điện phân phối (LĐPP) được thực hiện bằng cách sắp xếp thời gian tác động của các thiết bị bảo vệ (TBBV) Nếu mô-đun bảo vệ gần vị trí sự cố không hoạt động, relay bảo vệ liền kề sẽ cách ly sự cố sau một khoảng thời gian trễ Phương pháp phối hợp bảo vệ này không yêu cầu tính năng truyền dẫn thông tin hay khả năng tự thích nghi, nhưng phù hợp với việc ngăn chặn các mức độ dòng điện sự cố khác nhau Tuy nhiên, nhược điểm chính là thời gian cô lập sự cố tương đối dài do cần phân bổ quỹ thời gian cho phép giữa các TBBV.
2.4.2 Phương pháp phối hợp bảo vệ thông qua sự hỗ trợ của hệ thống mạng truyền dẫn thông tin
Hệ thống bảo vệ dựa vào mạng giao tiếp thông tin sử dụng hệ thống xử lý điều khiển cấp trung tâm để trao đổi thông tin với các thiết bị đo lường, TBBV và bộ điều khiển đóng/cắt Hệ thống này phân tích điện áp và dòng điện thời gian thực để nhận diện sự cố trên LĐPP, từ đó gửi tín hiệu cắt đến các bộ điều khiển liên quan nhằm ngăn chặn dòng điện sự cố Nghiên cứu đã đề xuất mô hình bảo vệ cho các sự cố pha – đất, sử dụng relay kỹ thuật số và mạng truyền dẫn thông tin, với nguyên lý so lệch dòng điện để phát hiện và định vị sự cố Nếu bảo vệ chính thất bại, chức năng bảo vệ dự phòng sẽ gửi lệnh cắt đến relay bảo vệ cấp trên Mô hình cũng có khả năng phát hiện các sự cố ngắn mạch tổng trở cao (HIF) và được thiết kế với cấu trúc mạch vòng để tăng độ tin cậy Ngoài ra, nghiên cứu cũng đề xuất mô hình bảo vệ cho LĐPP hình tia sử dụng TBBV tích hợp điều khiển IPC, kết nối qua mạng cáp quang để đưa ra quyết định điều khiển dựa trên các giá trị điện áp và dòng điện thời gian thực.
Nghiên cứu đã đề xuất một mô hình bảo vệ so lệch diện rộng kết hợp mạng truyền thông cho MG tích hợp nguồn IBDG nhằm ngăn chặn sự cố ba pha chạm đất Các thiết bị điện tử thông minh IED và máy cắt được kết nối với trung tâm điều khiển qua mạng không dây, giúp xác định phân đoạn sự cố và gửi tín hiệu cắt máy cắt tự động Chức năng bảo vệ dự phòng cũng được kích hoạt để cách ly sự cố nếu bảo vệ chính không hiệu quả Hơn nữa, các giải thuật kết hợp bảo vệ so lệch dòng điện và điện áp đã được nghiên cứu, cho phép phát hiện và cách ly sự cố kịp thời Mặc dù giải thuật này có khả năng thích nghi với thay đổi cấu trúc MG, nhưng vẫn chưa xem xét sự cố ngắn mạch tổng trở cao Nghiên cứu cũng tích hợp các mô-đun vi xử lý vào relay bảo vệ, cho phép MGPC xác định chính xác phân đoạn sự cố dựa trên tín hiệu phát hiện và hướng dòng, đồng thời cải thiện hiệu quả xử lý thời gian nhờ vào phương pháp bảo vệ quá dòng dựa trên thời gian.
2.4.3 Các phương pháp phối hợp bảo vệ khác
Nghiên cứu [122,123] đã đề xuất các giải thuật kết hợp chức năng bảo vệ chính và bảo vệ dự phòng cho MG trong cả hai chế độ nối và tách lưới, mà không cần sự hỗ trợ từ mạng truyền thông hoặc phối hợp thời gian.
Đối với sự cố một pha chạm đất, các tác giả đã áp dụng chức năng bảo vệ so lệch F87 cho vùng phía trước và chức năng bảo vệ thứ tự không 3V0/3I0 cho vùng phía sau sự cố Chức năng bảo vệ dựa vào dòng điện thứ tự nghịch F46 được sử dụng để xác định các sự cố pha chạm pha, trong khi phương pháp I²t được dùng để phát hiện sự cố pha chạm đất Ngoài ra, chức năng bảo vệ điện áp thấp F27 cũng được triển khai khi MG hoạt động ở chế độ tách lưới Tuy nhiên, nghiên cứu này vẫn còn hạn chế khi chưa xem xét đến sự cố ba pha và những phức tạp trong triển khai thực tế.
2.4.3.1Phương pháp bảo vệ dựa trên nguyên lý quá dòng và các thành phần thứ tự
Một phương pháp kinh tế hiệu quả để điều phối hệ thống bảo vệ trên lưới điện phân phối (LĐPP) tích hợp nguồn điện phân tán (DG) là tận dụng các chức năng bảo vệ quá dòng và thành phần thứ tự có sẵn trong các thiết bị bảo vệ hiện hữu Nhiều bộ trị số bảo vệ như F50, F51, F46, F47, và các thành phần thứ tự khác có thể được cài đặt để phù hợp với từng cấu trúc LĐPP Nghiên cứu đã trình bày phương pháp phát hiện sự cố trong microgrid (MG) khi tách lưới, sử dụng giá trị dòng điện thứ tự thuận, nghịch và không nội suy từ dữ liệu đo lường thời gian thực Cụ thể, các tác giả đã sử dụng dòng điện thứ tự không và thứ tự nghịch để xác định các sự cố một pha chạm đất và hai pha chạm nhau trong MG không cân bằng Một mô hình bảo vệ quá dòng cắt nhanh F50 cũng đã được đề xuất mà không cần xem xét vị trí của nguồn DG, với giả định nguồn này sẽ tự động cắt nhanh khi phát hiện sự cố để đảm bảo chỉ có một nguồn điện duy nhất hoạt động Phương pháp này giúp các thiết bị bảo vệ không cần điều phối lại khi cấu trúc LĐPP thay đổi, tuy nhiên, độ tin cậy cung cấp điện có thể bị giảm, đặc biệt trong trường hợp sự cố thoáng qua.
Nghiên cứu [126] đã đề xuất một giải thuật nhằm cải thiện tính chọn lọc của hệ thống bảo vệ trên lưới điện phân phối (LĐPP) thông qua mạng truyền thông ba cấp độ, sử dụng relay bảo vệ quá dòng có hướng F67 và relay bảo vệ vượt ngưỡng điện áp F27/F59 Trong tài liệu [127], hệ thống bảo vệ cho microgrid (MG) hạ thế được tích hợp các relay bảo vệ kỹ thuật số quá dòng có hướng để triển khai phương pháp điều phối bảo vệ, cho phép các relay này quan sát hướng công suất đi qua để cài đặt trị số bảo vệ phù hợp Mặc dù phương pháp này không yêu cầu thêm hạ tầng truyền dẫn, nhưng các relay bảo vệ gặp khó khăn trong việc phân biệt nguồn điện chính do thiếu thông tin đầy đủ về trạng thái vận hành.
Bài viết đã xem xét việc áp dụng các chức năng bảo vệ thành phần thứ tự (thuận, nghịch, không) kết hợp với phương pháp truyền thông tin có hướng GOOSE nhằm nhận dạng và cách ly tất cả các trường hợp sự cố đối xứng và bất đối xứng trong hệ thống lưới điện thông minh (MG).
Hạ tầng truyền dẫn thông tin là yếu tố then chốt trong việc điều phối các relay bảo vệ quá dòng trên lưới điện phân phối (LĐPP) và mạng lưới thông minh (MG) tích hợp nguồn điện phân tán (DG) Mục tiêu của hệ thống này là tạo điều kiện cho các thiết bị như IED, AMI, FTU, relay bảo vệ kỹ thuật số và recloser có thể trao đổi thông tin với nhau hoặc tập trung thông tin về một hệ thống xử lý Trong luận án này, tác giả sẽ triển khai một hệ thống truyền dẫn thông tin nhằm kết nối các thiết bị cấp dưới với hệ thống SCADA/DMS trung tâm, nơi sẽ xử lý các phương pháp FLISR, phân tích ngắn mạch và điều phối bảo vệ cho LĐPP tích hợp nguồn DG/MG, đồng thời truyền thông tin và lệnh điều khiển đến các thiết bị cấp dưới.
2.4.3.2Phương pháp thiết lập hệ thống bảo vệ tự thích nghi
Kết luận
Việc phát triển hệ thống bảo vệ cho lưới điện phân phối (LĐPP) tích hợp nguồn phân tán (DG) và nguồn điện mặt trời (MG) là cần thiết và phù hợp với xu hướng phát triển hiện đại Tác giả đã nghiên cứu công nghệ FLISR, phương pháp dự báo, phân tích ngắn mạch cải tiến và điều phối bảo vệ để xây dựng một hệ thống bảo vệ mới cho LĐPP Cuối cùng, tác giả đã nêu ra các vấn đề cần giải quyết và phương pháp thực hiện liên quan đến FLISR cho LĐPP truyền thống và tích hợp DG/MG, được trình bày chi tiết trong Bảng 2.10.
Bảng 2.10 Những vấn đề đặt ra để phát triển hệ thống bảo vệ cho LĐPP có tích hợp nguồn DG/MG và phương pháp đề xuất tương ứng
Chương Những vấn đề đặt ra để giải quyết
Những phương pháp thực hiện để giải quyết vấn đề đặt ra
3 • Phát hiện sự cố nhanh;
• Triển khai lắp đặt thiết bị thông minh nhưIED, relay bảo vệ kỹ thuật số, recloser, LBS, FTU có chức năng FI trên LĐPP;
• Định vị sự cố chính xác;
• Cách ly sự cố kịp thời;
• Đề xuất phương án khôi phục cung cấp điện hiệu quả;
• Xem xét sự ảnh hưởng của nguồn DG/MG đến phương pháp FLISR đã phát triển để kiểm tra tính phù hợp;
DG/MG như một phương án khôi phục cung cấp điện hiệu quả.
• Nâng cấp tính năng, firmware cho các thiết bị hiện hữu để đảm bảo khả năng giám sát và điều khiển từ xa;
• Sử dụng mô hình hệ thống SCADA/DMS phân tán và mạng truyền dẫn hai chiều để thu thập và xử lý dữ liệu;
• Cải tiến giải thuật phát hiện, định vị, cách ly sự cố bằng cách sử dụng tín hiệu bảo vệ khởi động/tác động hoặc tín hiệu cảnh báo;
Nội dung bài viết tập trung vào phát triển giải thuật khôi phục cung cấp điện, xem xét lượng công suất bị mất, số lượng khách hàng mất điện và số lượng bước thao tác Giải thuật này kiểm tra tính xung đột với các điều kiện vận hành ràng buộc, bao gồm cực tiểu lượng công suất bị mất và cực tiểu số lượng bước thao tác Bảy tiêu chí đánh giá được áp dụng là: không xung đột dòng công suất, không xung đột điện áp, lượng công suất bị mất, số lượng khách hàng mất điện, số lượng bước thao tác, tổn thất công suất và sự phối hợp bảo vệ.
• Tích hợp hai dạng nguồn IBDG và RBDG vào LĐPP truyền thống;
Sử dụng relay bảo vệ kỹ thuật số dựa trên nguyên lý quá dòng và điện áp thấp để đảm bảo an toàn cho hệ thống điện, đồng thời bổ sung các chức năng bảo vệ phụ để nâng cao hiệu quả hoạt động.
Nguồn IBDG có hai chế độ hoạt động bảo vệ chính: thứ nhất, chế độ cắt ngay lập tức để đảm bảo an toàn; thứ hai, chế độ cắt theo đặc tuyến bảo vệ LVRT nhằm duy trì hiệu suất hoạt động trong các tình huống khẩn cấp.
Xây dựng mô hình nguồn DG đủ tiêu chuẩn hoạt động như nguồn phụ trợ cho lưới điện phân phối (LĐPP) trong trường hợp xảy ra sự cố Nguồn DG cần được trang bị đầy đủ hai chức năng quan trọng: điều khiển tần số/điện áp (V/f) và điều khiển công suất (P/Q).
4 • Cải thiện độ chính xác của kết quả phân tích ngắn mạch nhằm điều phối hiệu quả những relay bảo vệ trên
• Xem xét những đặc tính vận hành P2P và P&P của những dạng nguồn DG;
• Phát triển phương pháp dự báo phụ tải/điện áp để xác định khoảng tin cậy của phụ tải,điện áp và dòng điện ngắn mạch;
LĐPP có tích hợp nguồn DG/MG;
• Tối ưu về thời gian và số lần thực hiện phân tích ngắn mạch để đảm bảo tính khả thi khi triển khai thực tế;
• Sử dụng kết quả của phương pháp phân tích ngắn mạch để điều phối những relay bảo vệ kỹ thuật
Kết hợp phương pháp FLISR với LĐPP có tích hợp nguồn DG/MG nhằm nâng cao tính ứng dụng và hiệu quả của phương án ISR.
• Mô hình phụ tải trên LĐPP thành 02 dạng
PQ hoặc PV để dễ dàng thực hiện tính toán trào lưu công suất;
• Sử dụng ma trận [I]nhánh=[Y]nút[V]nút kết hợp với giải thuật phân rã tính toán LU để tính toán trào lưu công suất và phân tích ngắn mạch;
• Phát triển phương pháp lựa chọn trị số bảo vệ để điều phối hiệu quả những TBBV quá dòng khi LĐPP thay đổi cấu trúc;
• Bổ sung thêm khả năng tự thích nghi vào những relay bảo vệ kỹ thuật số;
• Bổ sung thêm chức năng bảo vệ F46BC để dự phòng cho những chức năng bảo vệ chính như F50, F51 và F67;
Xây dựng bảng ma trận dữ liệu trị số cho từng relay bảo vệ kỹ thuật số tương ứng với cấu trúc vận hành của LĐPP có tích hợp nguồn DG giúp hệ thống SCADA/DMS tự động cập nhật Nhờ đó, thời gian xử lý kết quả điều phối bảo vệ sẽ được tối ưu hóa.
TBBV DDR dành cho hệ thống bảo vệ của LĐPP có tích hợp nguồn
• Lập mô hình của một TBBV kỹ thuật số
• DDR;Trình bày những yêu cầu kỹ thuật cho những mô-đun phần mềm cần thiết của TBBVDDR.