Chương 1: Giới thiệu chung. Chương 2: Tổng quan về các phương pháp kiểm tra tính phối hợp hoạt động của các TBBV trên LĐPP. HVTH: Trần Nguyên Khang Trang 5 CBHD: PGS. Võ Ngọc Điều Chương 3: Đề xuất phương pháp điều phối bảo vệ các TBBV trên LĐPP có sự tham gia của nguồn phân tán.
Chương 4: Áp dụng phương pháp đề xuất vào tuyến dây phân phối thuộc LĐPP của Công ty Điện lực Gia Định. Chương 5: Kết luận HVTH: Trần Nguyên Khang Trang 6 CBHD: PGS. Võ Ngọc Điều Chương 2: TỔNG QUAN VỀ VIỆC KIỂM TRA TÍNH PHỐI HỢP BẢO VỆ TRÊN LĐPP 2. Hệ thống bảo vệ của LĐPP Một trong những đặc điểm quan trọng của LĐPP chính là cấu trúc hình tia với chiều công suất xuất phát từ một số điểm nguồn chính trước khi đi vào những điểm nguồn có liên kết.
Cấu trúc này được ưu tiên sử dụng bởi vì tính đơn giản và tiết kiệm chi phí trong quá trình vận hành LĐPP. Trong LĐPP hình tia, dòng điện sự cố có giá trị cực đại khi gần điểm nguồn chính và giảm dần khi vị trí sự cố nằm xa điểm nguồn này theo [1] Bảo vệ quá dòng thường được lựa chọn áp dụng trong LĐPP thông qua những Rơle bảo vệ lắp đặt tại các tuyến dây đầu nguồn, recloser phân đoạn và chì bảo vệ cho nhánh rẽ/máy biến thế. Bởi vì những sự cố trong LĐPP thường chỉ xuất hiện thoáng qua, rơle bảo vệ, recloser gần phân đoạn sự cố sẽ hoạt động cách ly phân đoạn sự cố kịp thời. Nếu sự cố xảy ra trên nhánh rẽ/máy biến thế, chì bảo vệ sẽ hoạt động để hoạt động để ngắt liên kết nhánh rẽ/máy biến thế với LĐPP [2].
Để đảm bảo các TBBV phối hợp hoạt động trên LĐPP, rơle bảo vệ, recloser và chì bảo vệ cần được thiết kế đúng với khả năng vận hành của từng thiết bị. Cụ thể, TBBV cần được phối hợp hoạt động thông qua cách phân biệt sự cố vĩnh cửu và sự cố thoáng qua. Theo đó, khi phối hợp bảo vệ giữa recloser và chì, chì bảo vệ phải hoạt động khi sự cố có dạng vĩnh cửu. Tuy nhiên, đối với sự cố thoáng qua, recloser nên lập tức cắt điện bằng đường đặc tuyến bảo vệ cắt nhanh (fast curve) để giải trừ sự cố.
Tiếp theo, recloser chờ một khoảng thời gian để thiết lập lại kết nối với lưới điện nếu sự cố đã tự giải trừ. Kịch bản này sẽ lặp lại 2~3 lần và nếu sự cố vẫn tồn tại thì recloser sẽ hoạt động ở đường đặc tuyến bảo vệ cắt chậm (slow curve) nhằm đảm bảo chì bảo vệ hoạt động để ngắt mạch [3]. Chính vì vậy, việc nghiên cứu các phương pháp phối hợp bảo vệ quá dòng của LĐPP thường tập trung vào việc đảm bảo các TBBV phải đủ tin cậy, đủ nhạy để nhận biết được sự cố xuất hiện trên lưới điện, và xử lý cách ly sự cố một cách chọn lọc và HVTH: Trần Nguyên Khang Trang 7 CBHD: PGS. Võ Ngọc Điều có tính dự phòng.
Và đây cũng chính là những vấn đề trọng tâm khi thực hiện phân tích và tính toán phối hợp cho hệ thống bảo vệ của LĐPP. Những phương pháp phối hợp bảo vệ cho LĐPP 2. Phương pháp phối hợp bảo vệ dựa vào thời gian Nguồn phân tán DG là nguồn phát có công suất nhỏ (<30MW), được lắp đặt gần nơi tiêu thụ điện năng nên loại trừ được những chi phí truyền tải và phân phối không cần thiết. Hơn nữa, nó có thể làm giảm việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch, tăng cường tính linh hoạt của nguồn điện và độ tin cây cung cấp điện, giảm tổn thất và cải thiện điều kiện điện áp đường dây phân phối.
Khi bảo vệ chính vận hành không hiệu quả, những bảo vệ dự phòng sẽ được kích hoạt hoạt động bằng những giải thuật/phương pháp phối hợp bảo vệ dựa trên thời gian khởi động/tác động khác nhau. Cụ thể, tài liệu [4] đã phát triển một giải thuật nhằm phát hiện và xử lý các sự cố trên LĐPP chứa nguồn DG/MG. Trong nghiên cứu này, những mô-đun bảo vệ quá dòng truyền thống đã được sử dụng để phát hiện sự cố. Hướng dòng điện sự cố và dạng sự cố cũng đồng thời được xác định thông qua những giá trị điện áp/dòng điện tức thời cung cấp bởi các mô-đun bảo vệ.
Ngoài ra, việc ứng dụng thêm mạng truyền thông sẽ hỗ trợ cải thiện tốc độ nhận dạng, xử lý thông tin của những TBBV. Một giải thuật bảo vệ khác được đề xuất trong nghiên cứu [5] đã sử dụng rơle kỹ thuật số để bảo vệ cho LĐPP có tích hợp DG trong hai chế độ kết nối và tách lưới. Việc tính toán phối hợp bảo vệ giữa các thiết bị trên LĐPP này sẽ được triển khai bằng kỹ thuật sắp xếp thời gian tác động của những TBBV. Nếu mô-đun bảo vệ gần vị trí sự cố nhất không thể kích hoạt để ngăn chặn dòng sự cố đi qua thì rơle bảo vệ liền kề cấp trên sẽ chủ động cách ly sự cố sau một khoảng thời gian trễ.
Nhược điểm của những giải thuật/phương pháp này nằm ở thời gian cô lập sự cố tương đối dài do phải phân bố quỹ thời gian cho phép phối hợp giữa các TBBV liền kề với nhau một cách hợp lý. Phương pháp phối hợp bảo vệ thông qua sự hỗ trợ của hệ thống mạng truyền dẫn thông tin HVTH: Trần Nguyên Khang Trang 8 CBHD: PGS. Võ Ngọc Điều Trong những phương pháp bảo vệ dựa vào sự hỗ trợ của mạng giao tiếp thông tin, hệ thống xử lý điều khiển cấp trung tâm sẽ được sử dụng để trao đổi thông tin với toàn bộ thiết bị đo lường, TBBV và bộ điều khiển đóng/cắt thông qua hạ tầng mạng truyền dẫn thông tin. Theo đó, hệ thống xử lý điều khiển cấp trung tâm thực hiện phân tích những giá trị điện áp và dòng điện thời gian thực để nhận dạng sự cố xảy ra trên LĐPP.
Tiếp theo, tín hiệu cắt sẽ được gửi đến những bộ điều khiển đóng/cắt có liên quan để ngăn chặn dòng điện sự cố đi qua. Nghiên cứu [6] đã đề xuất một mô hình bảo vệ dành riêng cho những trường hợp sự cố dạng pha – đất (chẳng hạn như một pha chạm đất, hai pha chạm đất, ba pha chạm đất) dựa vào việc sử dụng rơle kỹ thuật số và hệ thống mạng truyền dẫn thông tin. Mô hình bảo vệ chính hoạt động dựa trên nguyên lý so lệch dòng điện để phát hiện, định vị sự cố trước khi tác động cắt hai thiết bị đóng cắt gần sự cố nhất. Nếu bảo vệ chính hoạt động thất bại, chức năng bảo vệ dự phòng sẽ tự động gửi lệnh cắt đến những Rơle bảo vệ liền kề cấp trên sau một khoảng thời gian nhất định.
Nếu cả rơle bảo vệ dự phòng hoặc mạng truyền thông gặp lỗi, rơle bảo vệ so lệch điện áp sẽ được kích hoạt hoạt động. Tiếp theo, nghiên cứu [7] đề xuất một mô hình bảo vệ dành cho LĐPP hình tia có sử dụng những TBBV tích hợp điều khiển IPC (Integrated Protection and Control). Theo đó, các IPC được kết nối với nhau bởi mạng cáp quang đến những thiết bị đo lường, máy cắt và thiết bị điều khiển ở mỗi tuyến dây của LĐPP. Nhờ vào những giá trị dòng điện, điện áp và các đại lượng điện khác theo thời gian thực, các IPC sẽ đưa ra các quyết định điều khiển tương ứng đến các máy cắt và các thiết bị điều khiển có liên quan.
Nghiên cứu [8] đề xuất một mô hình bảo vệ so lệch diện rộng kết hợp với mạng truyền thông để bảo vệ cho MG có tích hợp nguồn IBDG nhằm ngăn chặn các sự cố dạng ba pha chạm đất. Cụ thể, những thiết bị điện tử thông minh IED và máy cắt ở mỗi tuyến dây được kết nối với một trung tâm điều khiển thông qua mạng truyền dẫn không dây. Trung tâm điều khiển sẽ xử lý giải thuật bảo vệ so lệch trên từng tuyến dây để xác định phân đoạn bị sự cố trước khi gửi tín hiệu cắt máy cắt và tự động đóng lại. Ngoài ra, chức năng bảo vệ dự phòng sẽ kích hoạt để định vị và cách ly sự cố nếu chức năng bảo vệ chính hoạt động không hiệu quả.
Tài liệu [9] đã nghiên cứu các giải thuật kết hợp giữa bảo vệ so lệch dòng điện, bảo vệ điện áp với mạng truyền thông HVTH: Trần Nguyên Khang Trang 9 CBHD: PGS. Võ Ngọc Điều để ứng dụng vào MG hoạt động ở chế độ tách lưới. Theo đó, TBBV so lệch được bố trí tại mọi điểm mà MG kết nối với lưới điện chính. Nhờ vậy, sự cố xảy ra bên trong hoặc bên ngoài MG đều được phát hiện và cách ly kịp thời.
Ngoài ra, giải thuật đã phát triển trong nghiên cứu này còn có thể thích nghi với những thay đổi về mặt cấu trúc của MG. Trong nghiên cứu [10], mỗi rơle bảo vệ được tích hợp các mô-đun vi xử lý gồm mô-đun xác định hướng công suất, mô-đun xác định chế độ nối lưới/tách lưới, mô-đun giao tiếp truyền thông và mô-đun đóng/cắt. Hệ thống bảo vệ trung tâm MGPC (Microgrid Protection Center) sẽ kết nối và giao tiếp với các Rơle bảo vệ bên trong MG thông qua các thiết bị mạng nhằm xử lý giải thuật bảo vệ do các tác giả đề xuất. Mặt khác, phương pháp bảo vệ quá dòng dựa vào thời gian cũng được phát triển cùng với việc phân cấp bảo vệ chính/dự phòng đã giúp cho thời gian xử lý của giải thuật này hiệu quả.
Các phương pháp phối hợp bảo vệ khác Các giải thuật phối hợp chức năng bảo vệ chính với chức năng bảo vệ dự phòng dành cho MG ở cả hai chế độ nối và tách lưới được đề xuất trong nghiên cứu [11] và [12], mà không cần đến sự hỗ trợ từ mạng truyền thông hoặc phối hợp thời gian. Cụ thể hơn, đối với sự cố một pha chạm đất, các tác giả đã sử dụng chức năng bảo vệ chính là bảo vệ so lệch F87 để bảo vệ cho vùng phía trước sự cố và chức năng bảo vệ thứ tự không 3V0/3I0 cho vùng phía sau sự cố. Hơn nữa, chức năng bảo vệ dựa vào giá trị dòng điện thứ tự nghịch F46 được sử dụng để xác định các sự cố dạng pha chạm pha trong khi bảo vệ dựa trên phương trình I2t được dùng để phát hiện những sự cố dạng pha chạm đất. Mặt khác, chức năng bảo vệ dự phòng điện áp thấp F27 cũng được sử dụng khi MG vận hành ở chế độ tách lưới.
Tuy nhiên, hạn chế của nghiên cứu này chính là chưa xem xét đến sự cố ba pha và phức tạp khi triển khai thực tế.