document_14__8517

Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Kĩ thuật Công nghệ, 4(2):782-805 Bài nghiên cứu Open Access Full Text Article Nghiên cứu phương pháp điều phối bảo vệ cho relay bảo vệ dòng lưới điện phân phối có xem xét đến tích hợp nguồn phân tán Lê Duy Phúc1,2,* , Bùi Minh Dương3 , Đoàn Ngọc Minh1 , Nguyễn Thanh Hoan1 , Huỳnh Công Phúc1 , Trần Nguyên Khang1 , Nguyễn Thanh Phương2 TÓM TẮT Use your smartphone to scan this QR code and download this article Tổng công ty Điện lực Tp.HCM, Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam Viện Kỹ Thuật, Trường Đại học Công Nghệ Tp.HCM (HUTECH), Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam Bộ mơn Điện Kỹ thuật máy tính, Khoa Kỹ thuật, Trường Đại học Việt Đức (VGU), Bình Dương, Việt Nam Sự diện nguồn phân tán (DG-Distributed Generator) ảnh hưởng đến độ tin cậy relay bảo vệ dòng (OCPR-Over-Current Protection Relay) hoạt động để bảo vệ lưới điện phân phối (LĐPP) Các đặc tính vận hành plug-and-play peer-to-peer nguồn DG làm thay đổi đáng kể giá trị cường độ dòng điện cố nguyên nhân dẫn đến vấn đề phối hợp OCPR lưới Do đó, việc điều phối OCPR LĐPP cần xem xét đến đặc tính vận hành nguồn DG nhằm đảm bảo tính phối hợp hoạt động Trong nghiên cứu này, phương pháp tối ưu điều phối bảo vệ (OCPCO-Over-Current Protection Coordination Optimization) dành cho hệ thống bảo vệ LĐPP có tích hợp nguồn DG giới thiệu Cụ thể, phương pháp OCPCO phát triển dựa vào việc sử dụng kết phân tích ngắn mạch kết hợp với giải thuật tìm kiếm tối ưu GSA (GSA-Gravitational Search Algorithm) nhằm xác định hệ số điều phối A, B, C TDS (Time Dial Setting) relay bảo vệ dịng để thích nghi với trạng thái vận hành LĐPP có tích hợp nguồn DG, đặc biệt sau LĐPP tái cấu trúc để cách ly cố khôi phục cung cấp điện Dựa vào hàm mục tiêu tổng thời gian phối hợp điều phối cho phép (CTI-Coordination Time Interval) OCPR liền kề nhau, phương án điều phối trị số chỉnh định đề xuất công cụ OCPCO nhằm cập nhật đến OCPR dựa hạ tầng mạng truyền dẫn thơng tin Mơ hình LĐPP xây dựng phần mềm ETAP dựa mô hình LĐPP thực tế tích hợp thêm nguồn DG, để phục vụ cho việc kiểm tra tính đắn phương pháp OCPCO đề xuất nghiên cứu Từ khoá: Điều phối bảo vệ, relay bảo vệ dòng, lưới điện phân phối, nguồn phân tán, giải thuật GSA Liên hệ Lê Duy Phúc, Tổng công ty Điện lực Tp.HCM, Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam Viện Kỹ Thuật, Trường Đại học Công Nghệ Tp.HCM (HUTECH), Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam Email: phucld@hcmpc.com.vn Lịch sử • Ngày nhận: 05-9-2020 • Ngày chấp nhận: 31-3-2021 • Ngày đăng: 16-4-2021 DOI : 10.32508/stdjet.v4i2.764 Bản quyền © ĐHQG Tp.HCM Đây báo công bố mở phát hành theo điều khoản the Creative Commons Attribution 4.0 International license TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Công nghệ nguồn phân tán DG ngày cho phép chuyển hóa nguồn nguyên liệu thành điện cung cấp cho phụ tải với chi phí tiết kiệm đáng kể so với nguồn điện truyền thống Hơn nữa, chúng cịn hoạt động nguồn phát điện dự phịng với khả khơi phục cung cấp điện lưới điện phân phối xuất cố Tuy nhiên, diện nguồn phân tán DG gây thách thức định đến vấn đề bảo vệ hệ thống điện đặc trưng vận hành chúng, chẳng hạn thay đổi trạng thái vận hành đột ngột gián đoạn công suất phát điều kiện thời tiết Lấy ví dụ, cố xuất LĐPP, nguồn RBDG (Rotating Based Distributed Generator) có khả đóng góp dịng điện cố lớn vào LĐPP; đó, nguồn IBDG (Inverter Based Distributed Generator) ngày trang bị chức vượt qua điện áp thấp LVRT (Low Voltage Ride Through) FCL (Fault Current Limiter) nhằm mục đích giảm thiểu giá trị dịng điện cố bơm vào LĐPP Có thể thấy rằng, thay đổi giá trị dòng điện cố quan sát relay bảo vệ dòng (OCPR) LĐPP ảnh hưởng đến tính phối hợp bảo vệ chúng Vì vậy, việc nghiên cứu phát triển phương pháp điều phối dành cho hệ thống bảo vệ LĐPP có xem xét đến đặc tính vận hành khác nguồn phân tán cần thiết Trong nghiên cứu này, phương pháp điều phối bảo vệ tự thích nghi dành cho LĐPP có tích hợp nguồn DG tập trung phát triển dựa việc tự động tính tốn điều phối trị số bảo vệ dòng OCPR giải thuật GSA thời điểm trước sau LĐPP xuất cố Tiếp theo, tổng quan hướng tiếp cận, phương pháp điều phối bảo vệ áp dụng cho LĐPP có tích hợp nguồn DG cơng trình cơng bố trước Trích dẫn báo này: Phúc L D, Dương B M, Minh D N, Hoan N T, Phúc H C, Khang T N, Phương N T Nghiên cứu phương pháp điều phối bảo vệ cho relay bảo vệ q dịng lưới điện phân phối có xem xét đến tích hợp nguồn phân tán Sci Tech Dev J - Eng Tech.; 4(2):782-805 782 Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Kĩ thuật Cơng nghệ, 4(2):782-805 trình bày cách tóm tắt Lưu ý rằng, việc thiết kế giải thuật điều phối bảo vệ nhằm mục đích đảm bảo tính phối hợp hoạt động chức bảo vệ – dự phòng OCPR với LĐPP Để đạt điều này, OCPR thực nhiệm vụ nhanh chóng phát cách ly kịp thời cố vùng bảo vệ thiết kế, trước OCPR dự phòng hoạt động sau khoảng thời gian trễ Nói cách khác, cách điều phối trị số bảo vệ dòng (như giá trị ngưỡng dòng điện tác động cắt – Itđ , dòng điện khởi động bảo vệ – Ikđ thời gian tác động ttđ ), OCPR dễ dàng hoạt động theo chế độ dự phòng lẫn Khi bảo vệ vận hành khơng thành cơng, bảo vệ dự phịng kích hoạt để hoạt động sau khoảng thời gian trễ Việc thực giải thuật/phương pháp phối hợp bảo vệ dựa thời gian khởi động/tác động theo Loix T., Zamani MA et al (2009, 2011) 1,2 Cụ thể, Loix T et al (2009) phát triển giải thuật nhằm phát xử lý cố xảy LĐPP chứa nguồn DG Trong tài liệu này, tác giả sử dụng mơ-đun bảo vệ q dịng truyền thống để phát cố Nếu cố không phát cách ly kịp thời sau khoảng thời gian định, chức bảo vệ nguồn DG hoạt động để tách khỏi lưới Bên cạnh đó, hướng dịng điện cố dạng cố xác định thông qua giá trị điện áp/dòng điện tức thời cung cấp mô-đun bảo vệ Khi xác định hướng xuất phát dòng điện cố, thời gian bảo vệ tác động xác định tương ứng để áp dụng vào môđun bảo vệ cố giải trừ Ngoài ra, tác giả cho việc ứng dụng giải pháp mạng truyền thông cải thiện tốc độ nhận dạng, xử lý thông tin mô-đun bảo vệ Nghiên cứu Zamani MA et al (2011) đề xuất sử dụng OCPR để bảo vệ cho LĐPP có tích hợp DG hai chế độ vận hành nối lưới tách lưới Theo đó, OCPR vận hành với nhiều mơ-đun chức như: mơ-đun điều khiển đóng/cắt, mơ-đun giao tiếp truyền thơng, mơ-đun bảo vệ q dịng pha/đất, mơ-đun bảo vệ dựa vào giá trị dòng điện thứ tự nghịch/thứ tự không mô-đun quan sát hướng công suất Mỗi mô-đun OCPR đảm nhận nhiệm vụ bảo vệ cho phân đoạn tuyến dây đóng vai trị OCPR thứ cấp LĐPP (OCPR sơ cấp OCPR lắp đặt phía đầu nguồn) Ngồi ra, mơđun bảo vệ dựa vào thành phần thứ tự nghịch/thứ tự không hoạt động dự phịng cho mơ-đun bảo vệ Việc tính tốn phối hợp bảo vệ thiết bị bên LĐPP triển khai kỹ thuật xếp thời gian tác động OCPR bên cạnh 783 việc xem xét hướng công suất cố xảy Nếu OCPR gần vị trí cố khơng thể kích hoạt để ngăn chặn dịng cố qua OCPR liền kề cấp chủ động cách ly cố sau khoảng thời gian trễ Tóm lại, việc sử dụng giải thuật/phương pháp phối hợp bảo vệ dựa vào việc điều phối thời gian tác động chưa xem xét đến việc kết hợp với chức truyền dẫn thông tin khả tự thích nghi mà dựa vào mức độ nghiêm trọng của dòng điện cố Tuy nhiên, nhược điểm giải thuật/phương pháp nằm thời gian cô lập cố tương đối dài phải phân bố quỹ thời gian phối hợp OCPR liền kề với cách hợp lý Bên cạnh đó, thay đổi trạng thái vận hành LĐPP có tích hợp nguồn DG gây ảnh hưởng đến việc phối hợp OCPR với trị số bảo vệ khơng tính toán chỉnh định kịp thời Một hướng tiếp cận khác vấn đề điều phối bảo vệ cho hệ thống bảo vệ LĐPP tích hợp nguồn DG dựa vào hỗ trợ mạng giao tiếp thơng tin Theo đó, hệ thống xử lý điều khiển cấp trung tâm sử dụng để trao đổi thơng tin với tồn thiết bị đo lường, OCPR điều khiển đóng/cắt thơng qua hạ tầng mạng truyền dẫn thông tin Hệ thống xử lý điều khiển cấp trung tâm thực phân tích giá trị điện áp dòng điện thời gian thực để nhận dạng cố xảy LĐPP Tiếp theo, tín hiệu cắt gửi đến điều khiển đóng/cắt có liên quan để ngăn chặn dòng điện cố qua Nghiên cứu Sortomme E et al (2009) đề xuất mô hình bảo vệ dành riêng cho trường hợp cố dạng pha – đất (chẳng hạn pha chạm đất, hai pha chạm đất, ba pha chạm đất) dựa vào việc sử dụng OCPR tích hợp mơ-đun mạng truyền dẫn thơng tin Mơ hình bảo vệ hoạt động dựa ngun lý so lệch dịng điện để phát định vị cố trước tác động cắt hai thiết bị đóng cắt gần cố Nếu bảo vệ thất bại việc ngăn chặn dòng điện cố qua, bảo vệ dự phòng tự động gửi lệnh cắt đến OCPR liền kề cấp sau khoảng thời gian định trước Nếu OCPR dự phòng mạng truyền thông gặp lỗi, chức bảo vệ so lệch điện áp kích hoạt hoạt động Ngồi ra, mơ hình bảo vệ ứng dụng để phát cố ngắn mạch tổng trở cao (HIF-High Impedance Fault) Mạng truyền dẫn thông tin thiết lập mơ hình có độ tin cậy cao thiết kế theo cấu trúc mạch vòng nhằm hạn chế hậu xuất lỗi kết nối Hơn nữa, nghiên cứu Li B et al (2009) đề xuất mơ hình bảo vệ dành cho LĐPP hình tia có sử dụng OCPR tích hợp điều khiển IPC (Integrated Protection and Controller) Theo đó, Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Kĩ thuật Công nghệ, 4(2):782-805 IPC kết nối đến thiết bị đo lường, máy cắt thiết bị điều khiển tuyến dây LĐPP mạng cáp quang Nhờ vào việc thu thập giá trị dòng điện, điện áp đại lượng khác theo thời gian thực, IPC đưa định điều khiển tương ứng đến máy cắt thiết bị điều khiển có liên quan Nghiên cứu Nthontho MP et al (2012) đề xuất mơ hình bảo vệ so lệch diện rộng kết hợp với mạng truyền thông để bảo vệ cho MG (Microgrid) có tích hợp hệ thống PV (Photovoltaic) nhằm ngăn chặn cố dạng ba pha chạm đất/chạm Cụ thể, thiết bị điện tử thông minh (IED-Intelligent Electronic Device) máy cắt tuyến dây kết nối với trung tâm điều khiển thông qua mạng truyền dẫn không dây (mạng GPRS/3G/4G) Các cảm biến nhúng tích hợp bên IED thực việc giám sát dòng điện ba pha theo thời gian thực truyền liệu đến trung tâm điều khiển Tiếp theo, trung tâm điều khiển xử lý giải thuật bảo vệ so lệch tuyến dây để xác định phân đoạn bị cố trước gửi tín hiệu cắt máy cắt tự động đóng lại Ngồi ra, tác giả đề cập đến vấn đề bảo vệ dự phịng kích hoạt hoạt động để đảm nhiệm nhiệm vụ định vị cách ly cố bảo vệ hoạt động không thành công Mặc dù ưu điểm mô hình đơn giản, hiệu thích nghi với tính bất ổn định MG chưa xem xét đến cố mạng truyền thông Tài liệu Li X et al (2010) nghiên cứu giải thuật kết hợp bảo vệ so lệch dòng điện, bảo vệ điện áp với mạng truyền thông để ứng dụng vào MG hoạt động chế độ tách lưới Theo đó, OCPR hoạt động dựa vào nguyên lý so lệch dịng điện bố trí điểm có MG liên kết với lưới điện Nhờ vậy, cố xảy bên bên MG phát cách ly kịp thời Giải thuật phát triển thích nghi với thay đổi mặt cấu trúc MG Tuy nhiên, hạn chế giải thuật chưa xem xét việc đề xuất giải pháp bảo vệ dự phòng cho tuyến dây lân cận Trong nghiên cứu Zamani MA et al (2012) , OCPR tích hợp mơ-đun vi xử lý gồm mơ-đun xác định hướng công suất, mô-đun xác định chế độ nối lưới/tách lưới, mơ-đun giao tiếp mơđun đóng/cắt Hệ thống bảo vệ trung tâm (MGPCMicrogrid Protection Center) kết nối giao tiếp với OCPR bên MG thông qua thiết bị mạng nhằm thực giải thuật bảo vệ Theo đó, MGPC xác định xác phân đoạn cố dựa vào tín hiệu phát cố hướng dòng cố qua OCPR Mặt khác, phương pháp bảo vệ theo thời gian phát triển với việc phân cấp bảo vệ chính/dự phịng giúp cho thời gian xử lý giải thuật hiệu so với nghiên cứu Các giải thuật phối hợp bảo vệ với bảo vệ dự phịng dành cho MG hai chế độ nối lưới tách lưới đề xuất nghiên cứu Nikkhajoei H et al (2007) không cần đến hỗ trợ từ mạng truyền thông phối hợp thời gian Cụ thể hơn, cố pha chạm đất, tác giả sử dụng bảo vệ bảo vệ so lệch F87 để bảo vệ cho vùng phía trước cố bảo vệ thứ tự không (gồm 3V 3I ) cho vùng phía sau cố Hơn nữa, bảo vệ dựa vào giá trị dòng điện thứ tự nghịch F46 sử dụng để xác định cố dạng pha chạm pha, bảo vệ dựa phương trình dùng để phát cố dạng pha chạm đất Bảo vệ dự phòng điện áp thấp sử dụng MG vận hành chế độ tách lưới Tuy nhiên, hạn chế nghiên cứu chưa xem xét đến cố ba pha phức tạp triển khai thực tế Salomonsson D et al (2009) đề xuất phương pháp bảo vệ dùng để xử lý cố hai pha chạm pha chạm đất MG có cấu trúc hình tia sử dụng OCPR Bộ chuyển đổi cơng suất mơ-đun pin tích trữ lượng MG bảo vệ phương pháp bảo vệ q dịng F50 Bên cạnh đó, bảo vệ thấp điện áp F27 sử dụng để bảo vệ cho tụ điện Tuy nhiên, việc phát trường hợp cố tổng trở cao MG khó khăn dịng điện cố chạm đất có giá trị nhỏ Một phương pháp hiệu kinh tế để điều phối hệ thống bảo vệ LĐPP có tích hợp nguồn DG tận dụng chức bảo vệ dòng/thành phần thứ tự sẵn có OCPR hữu Theo đó, nhiều trị số bảo vệ dòng (F50, F51), bảo vệ dựa vào thành phần thứ tự (F46, F47, 50REF, F46BC, 3I , 3V ) khác cài đặt sẵn để thay đổi tương ứng với cấu trúc LĐPP H Nikkhajoei et al (2006) 10 trình bày giải pháp điều phối bảo vệ để phát cố MG hoạt động chế độ tách lưới dựa giá trị dòng điện thứ tự thuận, nghịch, không nội suy từ liệu đo lường lấy mẫu theo thời gian thực Cụ thể, tác giả sử dụng giá trị dòng điện thứ tự khơng thứ tự nghịch để xác định xác trường hợp cố pha chạm đất hai pha chạm MG không cân Nghiên cứu L Bin et al (2009) 11 tóm tắt mơ hình bảo vệ q dịng cắt nhanh F50 khơng cần xem xét đến vị trí đặt nguồn DG LĐPP Theo đó, nguồn DG giả định chủ động cắt nhanh phát cố LĐPP, để đảm bảo cố bơm nguồn điện nguồn lưới Ưu điểm phương pháp OCPR không cần phải điều phối lại kể cấu trúc LĐPP thay 784 Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Kĩ thuật Công nghệ, 4(2):782-805 đổi độ tin cậy cung cấp điện giảm, đặc biệt trường hợp cố thoáng qua Tiếp theo, nghiên cứu R J Best et al (2009) 12 đề xuất giải thuật cải thiện tính chọn lọc hệ thống bảo vệ LĐPP nhờ vào hỗ trợ mạng truyền thơng ba cấp độ, OCPR q dịng có hướng F67 OCPR vượt ngưỡng điện áp F27/F59 Trong tài liệu M A Zamani et al (2011) 13 , hệ thống bảo vệ cho MG sử dụng OCPR có hướng để triển khai giải pháp điều phối bảo vệ Theo đó, OCPR quan sát hướng cơng suất để cài đặt trị số bảo vệ thích hợp Mặc dù ưu điểm giải pháp không cần trang bị thêm hạ tầng truyền dẫn OCPR khó phân biệt nguồn gốc dịng cơng suất chạy lưới điện Nghiên cứu M R Miveh et al (2012) 14 ứng dụng chức bảo vệ thành phần thứ tự (thuận, nghịch, không) kết hợp với giải pháp truyền thông tin có hướng (GOOSE-Generic Object Oriented System Event) để nhận dạng cách ly tất trường hợp cố đối xứng bất đối xứng lưới Tóm lại, hạ tầng truyền dẫn thơng tin đóng vai trị quan trọng việc điều phối hiệu OCPR vô hướng/có hướng/theo thành phần thứ tự LĐPP/MG có tích hợp nguồn DG Mục đích việc triển khai hệ thống truyền dẫn thông tin để thiết bị trao đổi thơng tin lẫn thơng tin tập trung hệ thống xử lý nhằm phù hợp với xu hướng hướng tiếp cận giải pháp FLISR tập trung phân tán Chính vậy, nghiên cứu này, tác giả sử dụng hệ thống truyền dẫn thông tin để tạo môi trường kết nối thiết bị cấp (chẳng hạn IED, AMI – Advance Metering Infrastructure, FTU – Feeder Terminal Unit có tích hợp FI – Fault Indicator, OCPR kỹ thuật số recloser) với hệ thống SCADA/DMS trung tâm cấp Hệ thống SCADA/DMS trung tâm cấp đảm nhận nhiệm vụ xử lý giải pháp FLISR, phân tích ngắn mạch điều phối bảo vệ dành cho LĐPP có tích hợp nguồn DG truyền thông tin/lệnh điều khiển đến thiết bị cấp Các nghiên cứu liên quan đến hệ thống bảo vệ tự thích nghi chủ yếu dựa vào việc sử dụng OCPR kỹ thuật số có khả tự động thay đổi trị số chỉnh định, đường cong bảo vệ theo đặc tuyến, lập trình logic nội Cụ thể hơn, OCPR kỹ thuật số thay đổi trạng thái theo thời gian lập trình sẵn thơng qua tín hiệu điều khiển thay đổi trạng thái thiết bị khác liên kết vào hệ thống mạng truyền dẫn thông tin, theo G D Rockefeller et al (1988) 15 Nghiên cứu R M Tumilty et al (2006) 16 đề xuất sử dụng giá trị độ lệch điện áp thời điểm cố thời điểm 785 tải để điều chỉnh đường cong bảo vệ thích hợp, theo đặc tuyến dịng điện-thời gian Tuy ưu điểm phương pháp việc không phụ thuộc vào hệ thống truyền dẫn thông tin phương pháp phù hợp áp dụng LĐPP truyền thống nguồn DG khiến cho độ lệch điện áp chênh lệch thấp dẫn đến khó khăn việc phân biệt tượng cố tượng tải Giải pháp điều phối bảo vệ nghiên cứu A Oudalov, N Schaefer et al (2009-2010) 17–19 cho OCPR có khả tự động điều chỉnh trị số tương ứng với cấu trúc vận hành LĐPP/MG Để ứng dụng phương pháp vào thực tế, công việc điều phối bảo vệ cần phải trải qua hai giai đoạn sau: i) phân tích ngắn mạch để chỉnh định trị số bảo vệ offline sau ii) cài đặt vào OCPR để chúng tự vận hành online Một cách tiếp cận khác việc điều phối bảo vệ trình bày nghiên cứu Y Han et al (2010) 20 dựa việc so sánh giá trị tổng trở toàn LĐPP với MG để xác định trị số bảo vệ phù hợp cài đặt cho OCPR F50 F51 Tuy nhiên, phương pháp chưa đề cập đến khả hạn dòng điện cố nguồn IBDG (vốn làm cho giá trị dòng điện cố ngõ bị giới hạn khoảng 1.5~2.0 pu) không phụ thuộc vào giá trị tổng trở MG Nghiên cứu D Ke et al (2011) 21 đề xuất phương pháp bảo vệ dành cho LĐPP dựa việc thường xuyên quan sát so sánh giá trị dịng điện thứ tự khơng với giá trị cài đặt tương ứng Để triển khai phương pháp này, máy biến phân phối trung/hạ cần phải nối đất inverter nguồn IBDG MG loại ba pha ba dây Ngoài ra, phương pháp phù hợp với LĐPP trung tính cách ly nối đất qua điện trở dịng điện vận hành LĐPP trung tính nối đất trực tiếp thường khơng cân kích hoạt OCPR sử dụng thành phần 3I Nghiên cứu T S Ustun et al (2011) 22 phát triển giải thuật điều phối bảo vệ tự thích nghi dựa vào việc kết hợp hạ tầng truyền dẫn với hệ thống giám sát tập trung để theo dõi tình trạng vận hành tồn MG Cuối cùng, cơng trình M Khederzadeh (2012) 23 đề xuất phương pháp phối hợp OCPR so lệch MG cụ thể Tuy nhiên, phương pháp phức tạp triển khai LĐPP có tích hợp DG chiều dịng cơng suất dịng điện cố thay đổi tùy thuộc vào trạng thái nguồn lưới nguồn DG Al-Nasseri H et al (2005-2006) 24,25 phát triển phương pháp bảo vệ dựa vào giá trị điện áp để bảo vệ MG Theo đó, giá trị điện áp thu thập liên tục theo thời gian thực trải qua nhiều Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Kĩ thuật Công nghệ, 4(2):782-805 khâu xử lý trước cung cấp kết dạng cố vị trí cố Cụ thể, tài liệu 24 , vùng cố bị cô lập điện áp vượt ngưỡng cho phép; đó, tài liệu 25 , giá trị điện áp hai OCPR liên tục trao đổi thông qua mạng truyền dẫn thông tin nhằm xác định xác vùng cố OCPR hoạt động dựa vào giá trị tổng dẫn đề xuất sử dụng nghiên cứu Majumder R et al (2011) 26 để ngăn chặn cố ba pha chạm đất xảy phân đoạn MG có cấu trúc hình tia Giá trị tổng dẫn cần thiết để OCPR kích hoạt hoạt động xác định dựa khoảng cách OCPR vị trí cố Sortomme E et al (2013) 27 đề xuất sử dụng bảo vệ so lệch tối ưu hóa số lượng vị trí đặt để đảm bảo bảo vệ hiệu cho phân đoạn LĐPP Khi cố xảy ra, OCPR phát dòng điện cố đóng góp nguồn DG vượt tổng giá trị dòng điện phụ tải khu vực Kết là, OCPR gửi tín hiệu cắt đến nguồn DG có liên quan đến cố Ưu điểm phương pháp sử dụng thuật toán di truyền GA (Genetic Algorithm) để tìm vị trí đặt tối ưu cho cảm biến dòng điện, OCPR máy cắt để giảm thiểu chi phí đầu tư vận hành Tóm lại, để phát triển phương pháp điều phối bảo vệ tự thích nghi dành cho LĐPP có tích hợp nguồn DG, số nhận định nhóm tác giả đúc kết để thực nghiên cứu sau: • Việc quan sát kịp thời nhận biết thay đổi cấu trúc LĐPP có tích hợp nguồn DG hoàn toàn cần thiết nhằm phát triển phương pháp điều phối bảo vệ cách hiệu quả; • Các OCPR sử dụng LĐPP ngày cần trang bị khả tự động điều khiển điều chỉnh trị số bảo vệ yêu cầu; • Ứng dụng kết phương pháp phân tích ngắn mạch để tính tốn lựa chọn giá trị cài đặt cho OCPR lưới nhằm đảm bảo tính phối hợp hoạt động; • Đảm bảo OCPR cài đặt đầy đủ tính bảo vệ bảo vệ dự phịng để nhận dạng cố xuất LĐPP; • Những OCPR kỹ thuật số trang bị mô-đun mạng truyền thông để kết nối với hệ thống trung tâm ứng dụng giải thuật điều phối tự thích nghi Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả tập trung trình bày việc phát triển phương pháp điều phối trị số chỉnh định OCPR LĐPP tích hợp nguồn DG, nhằm nâng cao độ hoạt động tin cậy tính phối hợp OCPR với Khơng thế, phương pháp tích hợp vào phương pháp FLISR, đề cập nghiên cứu Le D.P et al (2018-2019) 28,29 , để bổ sung thêm phương án điều phối bảo vệ vào phương án ISR Nhằm đảm bảo tính phối hợp hoạt động chức bảo vệ OCPR liền kề nhau, hệ số điều phối chức bảo vệ dòng F51, gồm: i) hệ số A, ii) hệ số B, iii) hệ số C iv) hệ số TDS, xác định cách dựa vào kết phân tích ngắn mạch giải thuật tìm kiếm tối ưu GSA Tiếp theo, phương án điều phối bảo vệ cho OCPR đề xuất cơng cụ OCPCO kiểm tra tính phối hợp bảo vệ trước điều phối chức bảo vệ dòng F50 Mặt khác, nghiên cứu xem xét việc điều phối OCPR trục tuyến dây trung thuộc LĐPP có tích hợp nguồn phân tán Theo đó, vấn đề phối hợp với loại bảo vệ lưới điện cao/hạ áp tồn thiết bị bảo vệ nhánh rẽ không thuộc phạm vi xem xét nghiên cứu này, phức tạp xem xét nhiều đối tượng bảo vệ khác Ngoài ra, nghiên cứu giả định việc phát triển nguồn phân tán DG tuyến dây LĐPP kiểm soát chặt chẽ tỉ lệ nguồn phân tán DG (gồm số lượng nguồn RBDG nguồn IBDG) nhằm ngăn chặn ảnh hưởng đáng kể chúng đến dịng cơng suất chảy LĐPP Bố cục nghiên cứu trình bày sau: phần Tổng quan vấn đề nghiên cứu giới thiệu tóm tắt nội dung tổng quan cơng trình nghiên cứu cơng bố trước Tiếp theo, phần Phương pháp điều phối OCPR LĐPP có tích hợp nguồn DG trình bày chi tiết phương pháp điều phối trị số chỉnh định dành cho OCPR LĐPP có tích hợp nguồn DG nhóm tác giả đề xuất Trong phần Kết mơ phỏng, phân tích thảo luận, việc mơ thu thập kết điều phối bảo vệ phương pháp OCPCO đề xuất thực LĐPP có tích hợp nguồn DG, trước nhóm tác giả đề cập đến nội dung thảo luận hiệu phương pháp đề xuất Cuối cùng, kết luận liên quan đến nội dung báo đúc kết phần Kết luận PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU PHỐI CÁC OCPR TRÊN LĐPP CĨ TÍCH HỢP NGUỒN DG Tính tốn trị số bảo vệ OCPR LĐPP Một ví dụ việc tính toán phối hợp bảo vệ hai OCPR liền kề LĐPP khơng có DG giới thiệu, nhằm mục đích làm rõ trình tự thực 786 Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Kĩ thuật Công nghệ, 4(2):782-805 phương pháp điều phối bảo vệ truyền thống Theo đó, giả sử LĐPP có hai phân đoạn phân đoạn đường dây trang bị OCPR Hình Khi cố xảy LĐPP, dòng điện cố xuất phát từ nguồn lưới đến vị trí cố quan sát OCPR 01 OCPR 02 Theo đó, hai OCPR phát cố xuất LĐPP bắt đầu khởi động đếm thời gian Do cố xảy phân đoạn nên OCPR 02 phải tác động trước cắt máy cắt phân đoạn để loại trừ dòng điện cố Lưu ý rằng, cố loại trừ đếm thời gian OCPR 01 trở giá trị Như vậy, thời gian tác động OCPR 02 cần chỉnh định sớm thời gian tác động OCPR 01 Qua đó, mối quan hệ thời gian chỉnh định hai OCPR biểu diễn sau: tOCPR01_tđ = tOCPR02_tđ + CTI (1) Trong đó, CTI (Coordination Time Interval) khoảng thời gian đảm bảo phối hợp bảo vệ OCPR Tóm lại, thời gian tác động OCPR cấp cần trễ so với OCPR cấp với mức độ chênh lệch thời gian tối thiểu CTI Qua khảo sát nhiều tài liệu, tác giả nhận thấy giá trị CTI hai OCPR liền kề thường lựa chọn khoảng [0,2 ~ 0,5] giây, theo Hasan Can Kiliỗkiran et al (2018) 30 Bờn cnh ú, vic lựa chọn giá trị CTI thường dựa vào yếu tố sau: i) thời gian cắt máy cắt, ii) sai số vật lý thời gian hoạt động OCPR, iii) tượng Overshoot, iv) sai số biến dòng điện v) thời gian điều phối CTI Trước tiên, mơ hình đường đặc tuyến bảo vệ chức bảo vệ dòng F50 F51 mô tả theo mối quan hệ giá trị dòng điện ngắn mạch I f , giá trị dòng điện kích hoạt bảo vệ khởi động Ikđ , hệ số TDS thời gian tác động ttđ Hình Sau đó, để tính tốn phối hợp bảo vệ F51 OCPR liền kề nhau, giải thuật tìm kiếm meta-heuristic GSA sử dụng để tự động xác định hệ số điều phối A, B, C TDS sau giá trị I f Ikđ cho biết Lưu ý rằng, giá trị I f Ikđ lựa chọn với giá trị dòng điện ngắn mạch nhỏ I f xác định thơng qua việc phân tích ngắn mạch với giá trị dòng điện cho phép mang tải kIcho_phep_van_hanh tuyến dây LĐPP có tích hợp nguồn DG (trong đó, hệ số k thường chọn khoảng 1,2~1,5) Việc lựa chọn giá trị nhằm đảm bảo dòng điện cố nhanh chóng phát cách ly hiệu quả, hệ thống nối đất LĐPP đề cập nghiên cứu dạng trung tính nối đất trực tiếp Tiếp theo, tác giả lựa chọn trị số bảo vệ cho chức F50 dựa vào kết phân 787 tích ngắn mạch ứng với vị trí đặt OCPR để đảm bảo dịng điện cố phát cách ly nhanh chóng Hàm mục tiêu việc đảm bảo tổng thời gian phối hợp bảo vệ OCPR LĐPP có tích hợp nguồn DG để tìm phương án điều phối bảo vệ tối ưu Mô hình đường đặc tuyến bảo vệ OCPR Một OCPR LĐPP thơng thường cài đặt sau: i) cài đặt đường đặc tuyến bảo vệ phụ thuộc vào thời gian (F51), ii) cài đặt đường đặc tuyến bảo vệ độc lập với thời gian (F50), iii) cài đặt hai đường đặc tuyến bảo vệ F50 F51 Đối với OCPR hoạt động dựa vào chức F51, dòng điện cố có giá trị lớn thời gian bảo vệ tác động ( ) nhanh ngược lại Nói cách khác, thời gian tác động chức F51 hàm phụ thuộc vào giá trị dòng điện cố I f , giá trị dòng điện kích hoạt bảo vệ khởi động Ikđ TDS Cơng thức biểu diễn mối quan hệ trình bày nghiên cứu M R Asadi et al (2009) 31 sau: tF51_tđ = f (I f , Ikđ , TDS)(2) Căn theo tiêu chuẩn IEEE C37.112TM -2018 32 , cơng thức tính tốn đường đặc tuyến bảo vệ theo thời gian cho OCPR LĐPP trình bày dạng tổng quát sau:     A   +C T DS tF51_td =  ( )B   If −1 Ikd (3) Trong đó, hệ số A, B C hệ số tác động đến độ dốc đường đặc tuyến bảo vệ theo thời gian (chẳng hạn đường đặc tuyến bảo vệ dốc VI (Very Inverse) quy định hệ số A, B C 19,61; 2,0; 0,491), theo tiêu chuẩn IEEE Std C37.112-2018 (2019) 32 Đối với OCPR hoạt động dựa vào chức F50, hai thông số cài đặt quan trọng gồm i) thời gian tác động ii) dòng điện tác động ngưỡng cao IF50 tđ Những giá trị lựa chọn sau việc điều phối chức bảo vệ F51 hoàn tất dựa vào giá trị dòng điện ngắn mạch nhỏ I f tính tốn vị trí đặt OCPR LĐPP Kết chức F50 F51 OCPR phân chia phạm vi bảo vệ; phạm vi đảm bảo tính phối hợp bảo vệ OCPR khác LĐPP Nhằm cụ thể hóa việc lựa chọn giá trị cần thiết để điều phối bảo vệ cho chức bảo vệ F50 F51, cơng thức tốn học có liên quan trình bày Hình Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Kĩ thuật Công nghệ, 4(2):782-805 Hình 1: Sự cố xảy phân đoạn LĐPP bảo vệ OCPR 01 OCPR 02 Hình 2: Đường đặc tuyến hai chức bảo vệ F50 F51 OCPR Hình 3: Mơ tả phương pháp lựa chọn giá trị dịng điện ngắn mạch để tính tốn điều phối bảo vệ cho chức bảo vệ F50 F51 OCPR 788 Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ – Kĩ thuật Công nghệ, 4(2):782-805 Giải thuật tìm kiếm GSA Giải thuật tìm kiếm GSA thuật toán metaheuristic dựa lực hấp dẫn (gravitation) định luật chuyển động Newton Những đối tượng sử dụng giải thuật xem vật thể có khối lượng biến đổi Lực hấp dẫn đơn vị khối lượng khác dẫn đến chuyển động vật thể Mọi vật thể vũ trụ hút vật thể khác lực tỷ lệ thuận với tích khối lượng chúng tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách chúng Bốn tham số dùng để xác định vật thể/đối tượng giải thuật tìm kiếm GSA bao gồm: i) vị trí vật thể theo khoảng cách, ii) khối lượng quán tính (inertial mass) vật thể, iii) khối lượng hấp dẫn chủ động (active gravitational mass) iv) khối lượng hấp dẫn thụ động (passive gravitational mass) vật thể Theo đó, khối lượng hấp dẫn khối lượng quán tính điều khiển vận tốc vật thể theo khoảng cách định kết toán phụ thuộc vào tham số Xem xét hệ thống có N phần tử/vật thể nằm khơng gian tìm kiếm (search space), lực hấp dẫn từ vật thể thứ đến vật thể thứ kích thướt thứ thời điểm diễn tả phương trình (8) Fidj (t) = ) M pi (t) × Ma j (t) ( d × x j (t) − xid (t) G (t) Ri j (t)+ ∈ (8) Trong đó, Ma j khối lượng hấp dẫn chủ động vật thể j; M pi khối lượng hấp dẫn thụ động vật thể i; G(t) số hấp dẫn thời điểm t, ∈ số có giá trị nhỏ; Ri j (t) khoảng cách Euclidean hai vật thể i vật thể j Bên cạnh đó, G(t) tính tốn phương trình (9) G (t) = G0 × exp (−α ∗ iter/maxiter) (9) Trong đó, tham số α G0 hệ số giảm dần giá trị ban đầu tương ứng, thường chọn 20 100; tham số ‘iter’ vòng lặp tại; ‘maxiter’ số vòng lặp tối đa cho phép Hằng số hấp dẫn G(t) khởi tạo ban đầu giá trị G0 giảm theo thời gian với mục đích điều khiển độ sai số giải thuật tìm kiếm Khoảng cách Euclidean Ri j (t) vật thể i vật thể j tính (10): với xid xdj vị trí vật thể thứ i j kích thướt thứ d Để có đặc điểm ngẫu nhiên thuật toán, tổng lực tác động lên vật thể i kích thướt d, Fid (t), tổng lực tác động thành phần kích thướt thứ d từ phần tử khác với trọng số ngẫu nhiên rand j nằm khoảng [0,1] Fid (t) = ∑Nj=1, j̸=i rand j Fidj (t) Theo định luật chuyển động Newton, gia tốc phần tử/vật thể i thời điểm t kích thướt thứ d, Adi (t), tính phương trình (13): Adi (t) = (10) Trong đó, vị trí vật thể i j, Xi X j định nghĩa sau: ( ) Xi = (xi1 , , xid , , xin ), i = 1, 2, , N X j = x1j , , xdj , , xnj , i = 1, 2, , N (11) { } X = X1 , , Xi , , X j , XN 789 Fid (t) Mii (t) (13) Trong đó, Mii khối lượng qn tính phần tử/vật thể thứ i, ∀i ∈ N Hơn nữa, vận tốc phần tử/vật thể xem xét phần vận tốc cộng với gia tốc Vì vậy, vị trí vận tốc vật thể tính sau: Velid (t + 1) = randi ×Velid (t) + Adi (t) (14) Xid (t + 1) = Xid (t) +Velid (t + 1) (15) Trong đó, tham số ‘randi ’ số ngẫu nhiên khoảng [0,1] Khối lượng hấp dẫn khối lượng quán tính phần tử tính toán đơn giản việc đánh giá hàm mục tiêu (fitness evaluation) Một vật thể có khối lượng nặng nghĩa vật có ảnh hưởng lớn Nói cách khác, phần tử tốt có lực hút lớn di chuyển chậm Giả sử khối lượng hấp dẫn quán tính nhau, giá trị khối lượng vật thể tính tốn thơng qua giải hàm mục tiêu Cụ thể, khối lượng hấp dẫn khối lượng quán tính cập nhật sau: Mai = M pi = Mii = Mi , ∀i = 1, 2, , N mi (t) = f iti (t) − worst(t) best(t) − worst(t) Mi (t) = Ri j (t) = Xi (t), X j (t) (12) mi (t) ∑Nj=1 m j (t) (16) (17) (18) Trong đó, f iti (t) giá trị hàm mục tiêu (fitness value) phần tử i thời điểm t; bên cạnh đó, • Trong trường hợp hàm mục tiêu tối thiểu (minimization problem), best(t) worst(t) tính bởi: Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Kĩ thuật Cơng nghệ, 4(2):782-805 • Bước 6: Tính tốn gia tốc vận tốc; tham khảo phương trình (13) (14); best(t) = min{ f iti (t)} j∈{1, ,N} worst(t) = max{ f iti (t)} j∈{1, ,N} • Bước 7: Cập nhật vị trí vật thể tập hợp; xem phương trình (15); • Trong trường hợp hàm mục tiêu cực đại (minimization problem), best(t) worst(t) tính bởi: • Bước 8: Lặp lại Bước điều kiện ràng buộc ngừng lặp thỏa mãn Để giải thuật GSA thực hiệu quả, vài điểm ý sau: best(t) = max{ f iti (t)} j∈{1, ,N} worst(t) = min{ f iti (t)} j∈{1, ,N} Một phương pháp thực để đạt tìm kiếm (exploration) khai thác (exploitation) làm giảm số lượng vật thể/phần tử khoảng thời gian, tham khảo phương trình (12) Theo đó, có tập hợp vật thể có khối lượng lớn có lực tác động đến vật thể khác Tuy nhiên, cách làm giảm cơng suất tìm kiếm tăng khả khai thác Để tránh rơi vào tối ưu cục (local optimum), giải thuật GSA phải sử dụng tìm kiếm thời điểm bắt đầu Qua trình thực vịng lặp, q trình tìm kiếm giảm dần trình khai thác tăng dần Lưu ý rằng, có vật thể có Kbest phép tác động lên vật thể khác Kbest hàm theo thời gian, với giá trị ban đầu K0 giảm dần với thời gian Cụ thể, thời điểm bắt đầu, tất vật thể tập hợp có lực tác động đến vật thể khác; số lần lặp tăng, Kbest giảm tuyến tính, vậy, đến thời điểm kết thúc, có vật thể tác động lực đến vật thể khác Phương trình (12) viết lại sau: Fid (t) = ∑ j∈Kbest, j̸=i rand j Fidj (t) (19) Trong đó, Kbest tập hợp K vật thể với giá trị hàm mục tiêu tốt khối lượng lớn Quan sát Hình 4, trình tự thực giải thuật tìm kiếm GSA thể qua bước sau: • Bước 1: Xác định khơng gian tìm kiếm; • Bước 2: Khởi tạo giá trị ngẫu nhiên: tạo ngẫu nhiên vị trí xi1 , , xid , , xin N vật thể Sau đó, vị trí N vật thể tạo thành hàm mục tiêu, nơi mà vị trí vật thể thứ i cho biết phương trình (11); • Bước 3: Với vật thể, tính tốn giá trị hàm mục tiêu nó; • Bước 4: Cập nhật giá trị G(t), best(t), worst(t) Mi (t) với i = 1, 2, , N; tham khảo phương trình (16), (17), (18); • Bước 5: Tính tốn tổng lực tác động theo hướng khác nhau; tham khảo phương trình (8), (9), (10), (12); • Lực hấp dẫn sử dụng phương thức truyền tải thơng tin (informationtransferring tool), vậy, vật thể quan sát thực vật thể khác • Do lực tác động lên vật thể từ vật thể xung quanh, nhìn thấy khơng gian xung quanh • Khối lượng nặng có bán kính hấp dẫn (attraction radius) lớn mật độ hấp dẫn dày Vì vậy, vật thể có khả thực cao khối lượng hấp dẫn lớn Kết vật thể có xu hướng tiến đến vật thể tốt (best agent) • Khối lượng qn tính chống lại chuyển động, làm giảm di chuyển khối lượng vật thể Theo đó, vật thể có khối lượng qn tính lớn dịch chuyển chậm từ giải thuật GSA đạt tìm kiếm cục Tuy nhiên, việc tìm kiếm cải thiện nhờ vào việc điều chỉnh số hấp dẫn (được giảm theo thời gian) • Giải thuật GSA sử dụng nhớ, thực hiệu Nói cách khác, khả hội tụ GSA tốt • Trong báo này, giả sử khối lượng hấp dẫn khối lượng quán tính Tuy nhiên, vài ứng dụng, khối lượng khác Khối lượng qn tính lớn vật thể di chuyển chậm khơng gian tìm kiếm, từ tìm kiếm xác Ngược lại, vật thể có khối lượng hấp dẫn lớn có lực hấp dẫn cao so với vật thể khác, từ hội tụ nhanh Hàm mục tiêu điều kiện ràng buộc giải thuật OCPCO đề xuất Hàm mục tiêu giải thuật OCPCO cho biết phương trình (20) mintop_total = ∑ni=1 ti,k (20) 790 Tạp chí Phát triển Khoa học Cơng nghệ – Kĩ thuật Cơng nghệ, 4(2):782-805 Hình 4: Lưu đồ thuật toán GSA đề cập nghiên cứu Srivastava et al (2017) 33 Trong đó, top_total tổng thời gian tác động cho phép; i thời gian tác động OCPR thứ ‘i’ cố vùng thứ k; tik tính tốn dựa phương trình (2) (3) đề cập phần mơ hình đường đặc tuyến bảo vệ OCPR; n tổng số OCPR LĐPP tích hợp nguồn DG Các ràng buộc để giải toàn tối ưu cho biết sau: nghiên cứu này, giá trị Ikđ lựa chọn theo phương pháp đề xuất hình (cụ thể Ikđ IF50P_tđ F50P; Ikđ IF50G_tđ F50G; Ikđ IF51P_lua chon F51P; Ikđ IF51G_lua chon F51G) Tổng quan, trị số điều phối OCPR cần tính tốn giải thuật GSA gồm A, B, C TDS đề cập phương trình (3) • Điều kiện ràng buộc thời gian tác động ti,k OCPR: Giải thuật điều phối bảo vệ OCPCO đề xuất ti,k_min ≤ ti,k ≤ ti,k_max (21) • Điều kiện ràng buộc khoảng giá trị cài đặt hệ số TDS chức bảo vệ F51P F51G OCPR: T DSi,k_min ≤ T DSi,k ≤ T DSi,k_max (22) • Điều kiện thời gian đảm bảo tính phối hợp CTI chức bảo vệ OC/DOC hai OCPR cấp cấp LĐPP: CT I ≤ ti,k_upper − t j,k_lower , ∀i ̸= j (23) Theo đó, tác giả lựa chọn giá trị CTI = [0,2 ~ 0,35] giây để làm sở tính tốn điều phối trị số chỉnh định OCPR LĐPP tích hợp nguồn DG Trong số nghiên cứu trước đây, giá trị dịng điện kích hoạt OCPR khởi động Ikđ lựa chọn giải thuật tìm kiếm tối ưu Tuy nhiên, 791 Dựa hàm mục tiêu điều kiện ràng buộc từ phương trình (20) đến phương trình (23), với phương trình (3), Hình trình bày lưu đồ giải thuật OCPCO tác giả đề xuất, gồm bước thực sau: Bước 1: Nhập giá trị dòng điện ngắn mạch nhỏ ứng với bốn dạng cố ứng với vị trí có OCPR tính tốn; Bước 2: Lựa chọn giá trị dòng điện tác động, Ikđ , để tính tốn thời gian phối hợp chức bảo vệ F50P, F50G, F51P F51G theo công thức từ (4) đến (7) Mục 2.1; Bước 3: Lần lượt xác định hệ số điều phối A, B, C TDS chức F51P F51G cho OCPR có liên quan, thơng qua việc chạy giải thuật tìm kiếm meta-heuristic GSA Ở bước này, việc kiểm tra tính phối hợp bảo vệ thực nhằm hạn chế trường hợp mà OCPR LĐPP hoạt động sai; Bước 4: Lựa chọn giá trị dòng điện tác động, Ikđ , cho chức bảo vệ F50P F50G thời gian tác động, ttđ tương ứng Tương tự Bước 3, việc kiểm tra tính phối hợp bảo vệ tiếp tục thực nhằm đảm bảo thời gian phối hợp bảo vệ CTI đủ hiệu để OCPR hoạt động với mức độ tin cậy tính chọn lọc cao;