TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN 1859 4557) 88 Số 27 GIẢI PHÁP GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN CHI PHÍ THẤP CHO NGUỐN PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TÍCH HỢP VÀO LƯỚI ĐIỆN PHÂN P[.]
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) GIẢI PHÁP GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN CHI PHÍ THẤP CHO NGUỐN PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TÍCH HỢP VÀO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI A NOVEL LOW-COST MONITORING AND CONTROL SOLUTION FOR PHOTOVOLTAIC SYSTEM INTERGRATING INTO UTILITY DISTRIBUTED GRID Nguyễn Ngọc Trung, Đàm Khánh Linh Trường Đại học Điện lực Ngày nhận bài: 24/05/2021, Ngày chấp nhận đăng: 28/12/2021, Phản biện: TS Nguyễn Mạnh Qn Tóm tắt: Ngành cơng nghiệp điện sẵn sàng để thực việc chuyển đổi từ mạng lưới sản xuất kiểm soát tập trung sang trạng thái tập trung người tiêu dùng tham gia tương tác nhiều Một mạng lưới thơng minh thay đổi điều cách đưa triết lý, khái niệm công nghệ mạng truyền tin vào hệ thống điện Bài báo nghiên cứu sử dụng giải pháp kết hợp công tác đo lường (dịng điện, điện áp, tần số, sóng hài…) sử dụng thiết bị thu thập liệu truyền thông tin liên lạc sở cấu trúc cải tiến hệ thống SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) ứng dụng thuật tốn thơng minh để giám sát trạng thái kết nối nguồn điện phân tán cho lưới điện phân phối thông minh Một số kết mơ MatlabSimulink chứng minh tính khả thi giải pháp đề xuất Kết mô phần mềm Matlab/Simulink chứng minh hiệu giải pháp đề xuất Từ khóa: Lưới điện thơng minh - Smart grid, lưới điện phân phối (LĐPP), lưới điện nhỏ - microgrid, nguồn điện phân tán (DG), điểm kết nối chung (PCC), tin nhắn SMS (Short text Message Service) Abstract: The electric industry is poised to make the transformation from a centralized, producer-controlled network to one that is less centralized and more consumer-interactive A smarter grid makes this transformation possible by bringing the philosophies, concepts and technologies that enabled the internet to the utility electric grid In this study, proposing of a novel islanding detection method is one of the most important features and offering a method of combining the measurement solution and communication media based on the development of electronic communication devices that new technology systems to detect the islanding state in point of common coupling (PCC) for power grid connected to DGs; based on the structure of SCADA The simulated results of test case on the Matlab/Simulink enviroment has demonstrated the effectiveness of the proposed methods Keywords: Distributed grid, multi-function device, Distributed Generation, photovoltaic system, SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), Intelligent Electronic Divices (IED), SMS (Short text Message Service) 88 Số 27 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) ĐẠT VẤN ĐỀ Cùng với phát triển khoa học, ứng dụng cách mạng công nghệ lần thứ tư, hệ thống điện truyền thống dần nâng cấp quản lý điều khiển thơng minh hay cịn gọi “smart grid” Hiện nay, thách thức lớn hệ thống điện (HTĐ) Việt Nam việc tích hợp hoàn toàn DG vào lưới điện, cấp phân phối (tức lưới điện trung hạ áp) Thực tế, việc tích hợp cho phép khai thác tốt nguồn lượng tái tạo sẵn có vùng lãnh thổ nguồn lượng chưa khai thác khác, bên cạnh đó, cần thay đổi cách vận hành nguồn lượng kiểu chiều hay việc sử dụng hạn chế thiết bị điện - điện tử sử dụng cơng nghệ đại có khả điều khiển tự động hóa cao trước Ngược lại, “smart grid” không khái niệm đơn mà kết hợp công nghệ biện pháp hướng tới đại hóa lưới điện hành [1] nhằm nâng cao: • Tính linh hoạt (F-flexibility); • Mức độ sẵn sàng (A-availability); • Hiệu suất (E-energy efficiency); • Tính kinh kế (C-costs) Trong đó, trào lưu lượng hai chiều nên cần thiết phải có cơng nghệ khả đo lường thông minh hơn, thiết bị điện - điện tử thông minh (IEDs) mạng truyền tin hai chiều để phục vụ nhiệm vụ giám sát, điều Số 27 khiển, tự động hóa bảo vệ hệ thống điện Trong năm gần đây, việc giám sát, thu thập thơng số điện sau điều khiển đóng ngắt thiết bị điện trạm biến áp phân phối trở nên phổ biến nghiên cứu ứng dụng Tuy nhiên, để giảm thiểu việc phải đầu tư hệ thống phần mềm thiết bị đắt tiền từ nước phát triển, cần thiết đầu tư cho việc nghiên cứu áp dụng thiết bị giám sát điều khiển lưới điện phân phối đáp ứng tiêu chuẩn với mức chi phí hợp lý Để mở rộng chức cho thiết bị điện, giúp ích cho vận hành lưới điện phân phối (LĐPP), báo đề xuất giải pháp tích hợp đa chức cho hệ thống giám sát cảnh báo cố bất thường ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ GIẢI PHÁP ĐỀ XUẤT Trong nghiên cứu công bố gần Việt Nam, giải pháp đưa thường dừng lại mức độ chức giám sát thông số điện Các thiết bị thường kết nối với trung tâm điều khiển, trung tâm liệu qua mạng di động wifi internet cung cấp liệu đến cho người dùng nhờ giao diện phần mềm tích hợp Nghiên cứu đề xuất giải pháp mang tính khả thi cho việc bảo vệ hệ thống điện, sử dụng kết hợp nguyên lý bảo vệ rơle phương pháp truyền thông tin trạng thái kết nối nguồn điện phân tán (DG) mà phổ biến nguồn điện sử dụng pin lượng mặt trời (PV) lưới điện phân phối (LĐPP) để 89 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) bảo vệ cho hệ thống làm việc chế độ kết nối tách lưới DG Cùng với đóng góp tích cực DG vào ổn định, linh hoạt tăng độ tin cậy LĐPP, giải pháp đề xuất thực chức “thông minh hơn” - cho phép giám sát điều khiển từ xa DG khía cạnh khơng tách mà cịn điều chỉnh điện áp, công suất điều tiết sản lượng điện Khi phát cố bất thường, thiết bị gửi tín hiệu điều khiển để đóng ngắt thiết bị bảo vệ Điều gây ngạc nhiên biết nhiều toán số ý tưởng vào hoạt động Tuy nhiên, giải pháp đột phá hữu ích khách hàng trao quyền phương tiện truyền thông kỹ thuật số plug-and-play khả hai chiều minh họa mạng lưới thông minh 2.1 Đối tượng nghiên cứu Thế hệ phân phối việc sử dụng công nghệ sản xuất điện quy mô nhỏ nằm gần với tải trọng phục vụ, có khả giảm chi phí, nâng cao độ tin cậy, giảm lượng khí thải mở rộng tùy chọn lượng Thiết bị giám sát, đo đạc thông số lắp đặt số trạm biến áp phân phối 22/0,4 kV tủ phân phối nhánh để thu thập thông số gửi trung tâm liệu Càng nhiều nơi lắp đặt thiết bị, thuật tốn xử lý có khả thể chức tính tốn xác Trong phạm vi báo này, nhóm tác giả giới thiệu kết từ số liệu mơ hình nghiên cứu 90 Mơ hình LĐPP giới thiệu hình Hình Mơ hình lưới điện phân phối có tích hợp nguồn điện sử dụng lượng mặt trời 2.2 Giải pháp đề xuất Các thuật tốn giám sát LĐPP có tham gia nguồn điện phân tán nghiên cứu phát triển năm 2010 [1-7] Trong đó, sử dụng kết hợp phương pháp đo lường truyền thơng tin liên lạc giải pháp có hiệu cao với chi phí hợp lý hệ thống điện chưa hoàn toàn đồng đại Việt Nam (bảng 1) Các tiêu chuẩn (IEC, IEEE…) công bố gần ấn định số ngưỡng để tách nguồn DG điều kiện độ lệch điện áp (85% 1.1) || (V_pp < 0.85)) V_Sta = 1;end end else V_cyc_50 = 0; if (V_deltaV < 85) % kiểm tra điều kiện deltaV >=50 and deltaV = V_max_cyc_50_85) Số 27 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) if ((V_pp > 1.1) || (V_pp < 0.85)) V_Sta = 1;end end else V_cyc_50_85=0; if (V_deltaV < 110) % kiểm tra điều kiện deltaV >=85 and deltaV =110 and deltaV < 135 V_cyc_110_135 = V_cyc_110_135 + 1; if (V_cyc_110_135 >=V_max_cyc_110_135) if ((V_pp > 1.1) || (V_pp < 0.85)) V_Sta = 1;end end else % kiểm tra điều kiện deltaV >=135 V_cyc_110_135 = 0; V_cyc_135 = V_cyc_135 + 1; if (V_cyc_135 >= V_max_cyc_135) if ((V_pp > 1.1) || (V_pp < 0.85)) V_Sta = 1;end end end end end End Khi độ lớn điện áp nằm giới hạn đặt trước [Vmin; Vmax] phương pháp dựa giá trị điện áp (OUV), quan hệ điện áp độ lệch công suất xác định sau: ( 𝑉 𝑉𝑚𝑎𝑥 ) −1 ≤ ∆𝑃 𝑃 ≤( 𝑉 𝑉𝑚𝑖𝑛 ) −1 Khi thay đổi tần số nằm ngưỡng cài đặt trước [fmin; fmax] phương pháp dựa giá trị điện áp (OUF), quan hệ tần số độ lệch công suất xác định sau: Hình Kết mơ điện áp, tần số điểm kết nối chung PCC 2.3 Thuật toán truyền tin Nghiên cứu đề xuất chiến lược bảo vệ cho LĐPP, sử dụng khả giao tiếp thông minh dựa cơng nghệ GMS (hệ thống tồn cầu cho truyền thơng di động) Điều có số lợi bao gồm chi phí lắp đặt thấp, triển khai nhanh tính di động cao với cải tiến truyền thông không dây, công nghệ tiêu chuẩn hóa cung cấp cho khu vực địa phương mạng khu vực cá nhân Sử dụng SMS dịch vụ hiệu cho mạng điện áp thấp DG nhỏ kết nối trực tiếp với lưới điện [8-10] kết nghiên cứu [11, 12] 𝑓 ∆𝑄 𝑓 𝑄𝑓 [1 − ( ) ]≤ ≤ 𝑄𝑓 [1 − ( ) ] 𝑓𝑚𝑎𝑥 𝑃 𝑓𝑚𝑖𝑛 Trong trường hợp này, mức biến dạng điện áp giám sát PCC mức biến dạng vượt ngưỡng cho phép DG tách hình Số 27 Hình Kết mô điện áp, tần số điểm kết nối chung PCC 93 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) Với thông số cài đặt phần tử mạch, thiết bị có thông số vận hành bảng Bảng Thông số kỹ thuật áp dụng cho đơn vị truyền tin lắp thiết bị giám sát điều khiển Thông số STT Chi tiết Định mức, quy cách - Tần số [Hz] - Điện áp nguồn [V] - Phương thức truyền tín hiệu Mơi trường - Nhiệt độ [℃] - Độ ẩm [%] - Áp suất khí [kPa] Tác động - Gửi SMS 50±5% 220±20% xoay chiều UMTS(3G) -40～85 5～95 80～110 Tiến hành gửi tin nhắn phát điện nguồn điều khiển bị hết điện ① Tác động phát điện: ”Power Lost!” Gửi tin nhắn phát sinh: cố chạm đất , cố ngắn mạch, bất thường tự kiểm tra - Số máy nhận SMS ② Phát sinh cố chạm đất: “Ground Fault” ③ Phát sinh cố ngắn mạch: “Short-circuit Fault” ④ Phát sinh bất thường tự kiểm tra: “Selfcheck Fault” Tối đa “n” số điện thoại cá nhân, tổ chức ①Tác động điện 《Trường hợp vịng 15s khơng có điện trở lại》 Điện nguồn hạ áp Tín hiệu điện đầu 3s ▲ Truyền Mất điện 15s trở lên 《Trường hợp có điện trở lại vịng 15s》 94 ▲ Truyền Số 27 ... tư cho việc nghiên cứu áp dụng thiết bị giám sát điều khiển lưới điện phân phối đáp ứng tiêu chuẩn với mức chi phí hợp lý Để mở rộng chức cho thiết bị điện, giúp ích cho vận hành lưới điện phân. .. giới thiệu hình Hình Mơ hình lưới điện phân phối có tích hợp nguồn điện sử dụng lượng mặt trời 2.2 Giải pháp đề xuất Các thuật toán giám sát LĐPP có tham gia nguồn điện phân tán nghiên cứu phát triển... tách lưới Số 27 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) Hình Sơ đồ bảo vệ lưới điện phân phối có tích hợp nguồn điện sử dụng lượng mặt trời Bảng Phân