Bài viết phân tích, đánh giá và xếp hạng các phương án cách ly và khôi phục điện được đề ra dựa vào hai điều kiện ràng buộc chính (bao gồm số lần thao tác đóng/cắt điện nhỏ nhất và tổng công suất được khôi phục sau sự cố lớn nhất). Kết quả mô phỏng và thực nghiệm trên lưới điện phân phối Tp. HCM được trình bày để chứng minh hiệu quả và tính khả thi của nghiên cứu này. Mời các bạn cùng tham khảo!
PHƢƠNG PHÁP NHẬN BIẾT, DỊ TÌM, CÁCH LY SỰ CỐ VÀ KHÔI PHỤC CUNG CẤP ĐIỆN CHO LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Lê Duy Phúc1,*, Bùi Minh Dƣơng2, Châu Minh Tiến1, Nguyễn Tƣờng Trung1 Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Tp.HCM, Tổng công ty Điện lực Tp.HCM Viện Kỹ thuật, Trƣờng Đại học Cơng nghệ Tp Hồ Chí Minh Email: *phucld@hcmpc.com.vn, **duong.1041030@yahoo.com TĨM TẮT Mơ hình lƣới điện thơng minh đƣợc đề cập nhiều nghiên cứu gần đây, có lĩnh vực tự động hóa lƣới điện phân phối Vấn đề tự động khôi phục cung cấp điện (viết tắt FDIR-Fault Detection, Isolation and Service Restoration) lƣới điện phân phối vấn đề mấu chốt để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện liên tục cho khách hàng Nhƣ vậy, cố lƣới điện cần đƣợc nhận biết nhanh chóng dị tìm vị trí xác trƣớc đề xuất phƣơng án cách ly khôi phục cung cấp điện cho lƣới điện phân phối với thời gian xử lí nhanh nhất, giảm thiểu tối đa lƣợng công suất điện bị số khách hàng bị điện Trong nghiên cứu này, việc sử dụng tín hiệu từ báo cố kết hợp với tín hiệu cắt relay dòng đƣợc chọn làm sở để nhận biết dị tìm phân đoạn cố cách xác Tiếp theo, phân tích, đánh giá xếp hạng phƣơng án cách ly khôi phục điện đƣợc đề dựa vào hai điều kiện ràng buộc (bao gồm số lần thao tác đóng/cắt điện nhỏ tổng công suất đƣợc khôi phục sau cố lớn nhất) Kết mô thực nghiệm lƣới điện phân phối Tp.HCM đƣợc trình bày để chứng minh hiệu tính khả thi nghiên cứu Từ khóa: Lƣới điện phân phối, nhận biết cố, dị tìm cố, cách ly cố, khôi phục cung cấp điện TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP FDIR TRONG LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI Khi vận hành lƣới điện phân phối, vấn đề cần phải quan tâm chất lƣợng điện đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng Để thỏa mãn yêu cầu việc áp dụng công nghệ tự động khôi phục (FDIR) cần thiết Trƣớc tiên, FDIR nhận biết dị tìm xác vị trí cố, sau đƣa phƣơng án cách ly vùng bị cố khôi phục điện cho vùng bị ảnh hƣởng cố Điểm mạnh phƣơng pháp khả nhận dạng nhanh chóng cố, xác định xác phân đoạn bị cố giúp thu hẹp phạm vi điện nhờ vào phƣơng án cách ly khôi phục phù hợp 1.1 Tổng quan phƣơng pháp nhận biết cố Hai khâu xử lý quan trọng FDIR nhận biết dị tìm vị trí cố Để dị tìm phân đoạn bị cố, tín hiệu cảnh báo đƣợc truyền từ thiết bị nhận biết cố đƣợc lắp đặt phát tuyến đầu nguồn (FTU – Feeder Terminal Unit) thiết bị báo cố (FI – Fault Indicator) đƣợc 1355 tích hợp thiết bị đóng cắt kết hợp với trạng thái hữu lƣới điện đƣợc thể tài liệu [1-3] 1.2 Tổng quan phƣơng pháp dò tìm, cách ly vị trí cố Tài liệu [4-5] trình bày phƣơng pháp dị tìm vị trí cố dựa vào phƣơng pháp phân tích tổng trở tƣơng đƣơng Trong phƣơng pháp này, giá trị tổng trở đƣợc xác định nhờ vào dòng điện điện áp cố truy xuất từ bảng ghi cố relay/recloser để dị tìm vị trí có xác suất xảy cố lƣới điện Tài liệu [6-8] ứng dụng phƣơng pháp mạng trí tuệ nhân tạo, hệ logic mờ, phép lai hệ chuyên gia để dò tìm vị trí cố lƣới điện phân phối Tuy nhiên, phƣơng pháp lại không phù hợp có thay đổi cấu trúc lƣới điện phân phối Hơn nữa, phƣơng pháp cần nhiều thời gian dị tìm vị trí cố Do đó, thời gian khơi phục cung cấp điện không đƣợc đảm bảo 1.3 Tổng quan phƣơng pháp khôi phục cung cấp điện Ở tài liệu [9-10], phƣơng pháp khôi phục cung cấp điện dựa vào giải thuật lập trình giải thuật tìm kiếm (heuristics meta-heuristics) đƣợc giới thiệu Các giải thuật tốt giải thuật khác tính mở rộng q trình tìm kiếm khơng giới hạn ngƣỡng biên độ cho phép Mặt khác, điểm yếu phƣơng pháp tìm kiếm heuristic đƣợc liệt kê nhƣ sau: (i) khơng đảm bảo tính tối ƣu, (ii) gặp khó khăn tính tốn lƣới điện có kích thƣớc lớn độ phức tạp cao 1.4 Những đóng góp nghiên cứu Nghiên cứu trình bày phƣơng pháp tiếp cận công nghệ tự động khôi phục (FDIR) cho lƣới điện phân phối Tp.HCM Những thiết bị báo cố đƣợc lắp đặt dọc tuyến dây lƣới điện phân phối để phân đoạn phát tuyến Các tín hiệu cảnh báo tín hiệu cắt bảo vệ từ FTU, FI, relay dòng/recloser đƣợc sử dụng để phân tích dị tìm vị trí cố Tiếp theo đó, phƣơng án cách ly cố khôi phục cung cấp điện đƣợc tìm kiếm đề xuất dựa vào việc giải hàm mục tiêu với hai điều kiện ràng buộc chính: i) lƣợng điện đƣợc khôi phục lớn ii) số bƣớc thao tác nhỏ PHƢƠNG PHÁP FDIR ĐỀ XUẤT 2.1 Phƣơng pháp nhận biết cố Trong nghiên cứu này, phƣơng pháp FDIR đề xuất cách nhận biết cố dựa vào tình trạng điện áp (LoV) recloser (REC) tín hiệu cắt từ relay dòng/recloser Khi cố xảy ra, chức bảo vệ relay/recloser nhanh chóng khởi động hoạt động để cách ly dịng cố, đồng thời, tín hiệu cắt từ relay/recloser đƣợc sử dụng kết hợp với trạng thái điện lƣới để nhận biết vị trí phân đoạn cố lƣới điện phân phối 2.2 Phƣơng pháp dị tìm vị trí cố Phƣơng pháp dị tìm vị trí cố đề xuất dựa vào việc phân tích tín hiệu cắt từ relay/recloser tình trạng điện áp (LoV) Dựa vào trạng thái vận hành đóng/mở tín hiệu cắt kích hoạt/khơng kích hoạt máy cắt reclosers, việc dị tìm phân đoạn cố cho kết xác, hỗ trợ hiệu việc tìm kiếm phƣơng án cách ly khôi phục cung cấp điện cho khu vực bị ảnh hƣởng cố 2.3 Phƣơng pháp cách ly cố Khi khơng có tham gia nguồn phát phân tán (DGs-Distributed Generators) lƣới điện phân phối dịng chảy cơng suất có chiều từ nguồn đến tải Trong trƣờng hợp xuất cố, 1356 dịng điện ngắn mạch có hƣớng xuất phát từ nguồn đến điểm cố Do vậy, thiết bị bảo vệ nhận biết nhanh chóng dịng điện cố hoạt động để cách ly cố 2.4 Phƣơng pháp khôi phục cung cấp điện Trong phƣơng pháp khôi phục cung cấp điện, phƣơng pháp FDIR đề xuất giải hàm mục tiêu với hai điều kiện ràng buộc nhƣ sau: – Cực đại hóa lƣợng cơng suất khơi phục; – Cực tiểu hóa số bƣớc thao tác; Trong trƣờng hợp có nhiều phƣơng án đƣợc đề xuất, cơng cụ FDIR tiến hành xếp hạng thứ tự ƣu tiên thực thi phƣơng án thỏa mãn điều kiện ràng buộc tốt dựa vào số đánh giá độ hiệu (PI – Performance Index) Bảng Các số đánh giá độ hiệu phƣơng án khôi phục vùng điện [1] STT [2] Chỉ số đánh giá độ hiệu [3] Mô tả chi tiết đánh giá độ hiệu [6] [4] [5] Công suất tải (CSQT) m PI dcs = (Bquaù taûi,i ) với m: số lƣợng nhánh i=1 [7] Nếu khơng có nhánh q tải Bq tải = 0, ngƣợc lại Bquá tải = Ptt – Pgh, với Ptt dịng cơng suất tính tốn Pgh dịng cơng suất cho phép vận hành nhánh [10] n PF = R áp_vi phạm,i áp i=1 với n: số lƣợng nút [8] [9] Vi phạm điện áp (VPĐA) [12] [13] Tổng chi phí đóng cắt thiết bị (TCPĐC) [14] Chỉ số thể chi phí đóng cắt thiết bị thực phƣơng án cách ly cố khôi phục cung cấp điện [15] [16] Công suất khôi phục (CSKTKP) [17] Phân đoạn cố sau đƣợc xác định, FDIR tính tốn số đánh giá điện cách xác định khu vực bị cố [18] [19] Số khách hàng điện (KHMĐ) [20] Số khách hàng điện đƣợc xác định dựa vào số máy biến áp phân phối không đƣợc cung cấp điện Thông tin số lƣợng khách hàng máy biến áp bị điện tổng hợp chƣơng trình quản lý điện Outage Management System (OMS) [21] [22] Số bƣớc thao tác (BTT) [23] Số lƣợng bƣớc thao tác cần phải thực cho phƣơng án FDIR đề xuất [25] Phối hợp bảo vệ (PHBV) [26] Tƣơng ứng với cấu trúc lƣới điện phân phối, công cụ FDIR so sánh giá trị cài đặt bảo vệ hữu thiết bị bảo vệ với giá trị tính tốn ngắn mạch cho nhiều dạng cố, loại cố Nếu nhƣ giá trị dòng [24] 1357 [11] Nếu điện áp nút cao thấp giá trị điện áp cho phép vận hành Ráp-vi phạm = |Vtínhtốn – Vgiới hạn|, ngƣợc lại Ráp-vi phạm = trƣờng hợp tất điện áp nút tính tốn nằm dãy điện áp cho phép ngắn mạch tính tốn nhỏ cao giá trị cài đặt hữu, công cụ FDIR xuất thông tin cảnh báo Và ngƣợc lại, giá trị cài đặt hữu đảm bảo độ tin cậy mặt phối hợp thiết bị bảo vệ Các số đánh giá độ hiệu phƣơng án khôi phục cung cấp điện nêu đƣợc đƣa vào tính tốn hàm mục tiêu tổng quát, đƣợc biểu diễn công thức sau: n F=min w ×PI i i i=1 Trong đó: w: Là trọng số tƣơng ứng số PI có giá trị từ đến (∞) n: Số thứ tự số đánh giá độ hiệu nêu Bảng Trên sở đó, FDIR xếp hạng phƣơng án khả thi thực để khôi phục cung cấp điện cho vùng bị ảnh hƣởng cố theo thứ tự giảm dần, nghĩa phƣơng án có số đánh giá độ hiệu PI nhỏ có thứ tự xếp hạng cao 2.5 Các bƣớc thực giải thuật FDIR đƣợc phát triển Các bƣớc thực việc nhận biết, dị tìm, cách ly cố khơi phục cung cấp điện, có cố xảy lƣới điện phân phối, đƣợc trình bày nhƣ sau: – Bƣớc 1: Hiện trạng lƣới điện phân phối đƣợc hệ thống SCADA/DMS giám sát bao gồm: tình trạng điện áp, dịng điện cố, tín hiệu cắt từ relay/recloser – Bƣớc 2: Khi điện áp nút thấp giá trị điện áp ngƣỡng giá trị dòng điện pha/đất lớn giá trị dịng điện ngƣỡng relay bảo vệ q dịng/recloser hệ thống nhận biết cố xuất lƣới – Bƣớc 3: Để dị tìm vị trí cố lƣới điện phân phối tín hiệu cắt từ relay/recloser đƣợc sử dụng Vị trí kích hoạt tín hiệu cho biết xác phân đoạn cố – Bƣớc 4: Sau phân đoạn cố đƣợc xác định, liệu phụ tải vòng 15 phút trƣớc thời điểm cố đƣợc truy xuất để phân tích khả chuyển tải – Bƣớc 5: Phƣơng pháp cách ly khôi phục đƣợc tiến hành thông qua giải hàm mục tiêu với hai điều kiện ràng buộc: Khôi phục tối đa phân đoạn bị ảnh hưởng cố số bước thao tác – Bƣớc 6: Các phƣơng án khôi phục đƣợc xếp hạng theo số đánh giá độ hiệu đƣợc chọn – Bƣớc 7: FDIR đề xuất bƣớc thao tác ứng với phƣơng án đƣợc chọn để thực thi Điều hành viên 1358 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Nút 08 482 Kinh Ly Recloser Nút 09 Trung Binh Nút 07 Recloser Lo R Trạm Bầu Đƣng Thanh C41 Loads 473 Go Noi R R 110/22kV 478 Ap Tay R Loads Recloser Trung Lap F3 Recloser Nút 11 Sa Nho Thuong R 22kV Nút 13 R R F2 Recloser Co Co F1 Recloser Nút 10 Cau Mang 22kV 110kV R Nguồn 63MVA Thanh C42 Trạm Củ Chi Nút 12 R LBS Bau Nút 13 Dung 110kV 110/22kV L 475 Phu Thuan LBS Ho Bo Nguồn 16MVA R L Recloser Phu Loi Nút 01 471 Ba Thien R R LBS Nong Truong An Phu Nút 03 LBS An Nhon Tay Nút 04 Nút 02 L Recloser Nga An Nhon Tay R L Recloser An Phu R Recloser Nút 05 An Phu Nút 06 R Hình Sơ đồ trạm Bàu Đƣng vị trí cố khác Hình thể sơ đồ nguyên lý rút gọn trạm Bàu Đƣng 110/22kV thuộc lƣới điện thành phố Hồ Chí Minh Trong đó, trạm Bàu Đƣng gồm có ba phát tuyến 471 Bà Thiên, 473 Gị Nổi 475 Phú Thuận đƣợc lắp đặt đầu phát tuyến Ngoài ra, trạm Bàu Đƣng sử dụng máy biến với dung lƣợng định mức 16MVA Recloser An Phú (REC An Phú 1) đƣợc sử dụng để làm thiết bị giao liên phát tuyến 471 Bà Thiên 475 Phú Thuận Ngoài ra, tuyến 475 Phú Thuận 473 Gò Nổi đƣợc kết nối thông qua LBS Bàu Đƣng Recloser Sa Nhỏ (REC Sa Nhỏ) Bên cạnh đó, Recloser Lơ (REC Lơ 6) Recloser Trung Bình (REC Trung Bình) thiết bị giao liên thƣờng mở Các thiết bị giao liên đóng lại xuất tải vận hành bất thƣờng trạm Bàu Đƣng Trạm Củ Chi sử dụng máy biến có dung lƣợng 63MVA điện áp 110/22kV với hai phát tuyến 482 Kinh Lý 478 Ấp Tây Recloser Lô đƣợc sử dụng để liên kết trạm Bàu Đƣng tuyến 482 Kinh Lý trạm Củ Chi 2, đó, recloser Trung Bình phƣơng án khép vịng tuyến 478 Ấp Tây trạm Củ Chi trạm Bàu Đƣng Các máy cắt recloser đƣợc trang bị chức SCADA, đó, thiết bị đƣợc giám sát điều khiển từ xa Ví dụ, có cố xảy ra, recloser hoạt động cách ly cố thơng báo thơng tin tình trạng vận hành đến hệ thống SCADA/DMS Trung tâm Sau đó, cơng cụ FDIR đề xuất giải pháp tốt dựa vào hàm mục tiêu với hai điều kiện ràng buộc đề cập phần Ba vị trí phân đoạn cố khác F1, F2, F3 với cố F1 C41 nút tuyến 473 Gò Nổi, cố F2 nút nút cố F3 nút nút 11 Một cố dạng hai pha chạm đất xảy phát tuyến 473 Gò Nổi lúc 22:21:05, ngày 14 tháng năm 2018 Sự cố xảy phân đoạn F2 làm 81% khách hàng điện phát tuyến 473 Gị Nổi với lƣợng cơng suất khoảng 0,923MW Sự cố đƣợc nhận biết cách ly chức bảo vệ dòng chạm đất pha recloser Cổ Cò Nhờ vào tín hiệu truyền từ relay/recloser, FDIR tiến hành phân tích 1359 liệu xác định xác phân đoạn cố nằm recloser Cổ Cò recloser Trung Lập Thƣợng Sau đó, FDIR tiến hành tìm kiếm phƣơng án cách ly khôi phục cung cấp điện cho trƣờng hợp với kết chi tiết đƣợc trình bày cụ thể Bảng Bảng Bảng Phƣơng án cách ly khôi phục đề xuất FDIR cố xảy phân đoạn F2 Bƣớc thực Xếp hạng Số KH đƣợc khôi Số KH không khôi Số lƣợng điện không khôi Tổng PI phục phục (KH) phục (kW) 2467 2253 647 Bƣớc 1: Mở REC Trung Lập Thƣợng để cách ly cố; Bƣớc 2: Đóng REC Sa Nhỏ để khôi phục để khôi phục nguồn cho phân đoạn sau phát tuyến 475 Phú Nhuận; 3626 Bảng Thống kê kết tính tốn số đánh giá độ hiệu phƣơng án đề xuất Phƣơng án FDIR CSQT VPĐA TCPĐC CSKTKP Phƣơng án 0 647 KHMĐ BTT 2467 20 PHBV Tổng PI 490 3626 KẾT LUẬN Nghiên cứu trình bày phƣơng pháp FDIR cho lƣới điện Tp.HCM việc kết hợp tín hiệu cắt bảo vệ với trạng thái vận hành theo thời gian thực relay/recloser lƣới điện phân phối để nhanh chóng nhận biết dị tìm vị trí cố cách xác Ngoài ra, phƣơng pháp FDIR đƣợc đề xuất đem lại hai ƣu điểm nhƣ sau: Phƣơng pháp lập khôi phục cung cấp điện đƣợc thực cách giải hàm mục tiêu dựa vào hai điều kiện ràng buộc chính; Dựa kết thực nghiệm mô phỏng, tổng thời gian xử lý phƣơng pháp FDIR thỏa mãn yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện lƣới điện phân phối Đối với kịch cố, phƣơng án cách ly khơi phục tốt đƣợc phân tích xếp hạng Hơn nữa, phƣơng án cách ly khôi phục ƣu tiên phát tuyến liền kề phát tuyến cố trạm trung gian trƣớc quan tâm tới nguồn dự phòng từ trạm trung gian khác Nghiên cứu phân tích kết thực nghiệm lƣới điện phân phối 22kV nhằm nhấn mạnh ƣu điểm giải thuật FDIR đề xuất TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tan Zhihai, Ge Liang, Sun Qiupeng, Zhao Fengqing, Li Zhihong, Simplified Model of Distribution Network based on Minimum Area and its Application, China International Conference on Electricity Distribution (CICED) 2012 Shang hai, Sep 10-14, 2012 [2] Lu Xin, Study on distribution network fault location based on fault indicator, Master thesis Electrical and automation institute of Tianjin University, 05, 2011 1360 [3] Tan Zhihai, Ge Liang, Kang Taileng, Zhao Fengqing, Zhao Yu, Huang Xiaoyun, Peng Feijin, and Li Xi, An accurate fault location method of smart distribution network, 2014 China International Conference on Electricity Distribution (CICED), 23-26 Sept 2014, DOI: 10.1109/CICED.2014.6991842 [4] G D Ferreira et al Impedance-based fault location for overhead and underground distribution systems The Proc North Amer Power Symp., Champaign, IL, USA, Sep 2012, pp 1–6 [5] M.-S Choi, S.-J Lee, S.-I Lim, D.-S Lee, and X Yang, A direct three-phase circuit analysis-based fault location for line-to-line fault, IEEE Trans Power Del., 2007, vol 22, no 4, pp 2541–2547 [6] J C S Souza, M A P Rodrigues, M T Schilling, and M B D C Filho, Fault location in electrical power systems using intelligent systems techniques IEEE Trans Power Del., 2001, vol 16, no 1, pp 59–67 [7] C Y Teo and H B Gooi Artificial intelligence in diagnosis and supply restoration for a distribution network IEE Proc Gener Transm Distrib., 1998, vol 145, no 4, pp 444–450 [8] J A Momoh, L G Dias, and D N Laird, An implementation of a hybrid intelligent tool for distribution system fault diagnosis, IEEE Trans Power Del., 1997, vol 12, no 2, pp 1035–1040 [9] Zidan and E F El-Saadany, A cooperative multi-agent framework for self-healing mechanisms in distribution systems, IEEE Trans Smart Grid, 2012, vol 3, no 3, pp 1525–1539 [10] D S Sanches, et al., Multi-objective evolutionary algorithm for single and multiple fault service restoration in large-scale distribution systems, Elect Power Syst Res., 2014, vol 110, pp 144–153 1361 ... triển Các bƣớc thực việc nhận biết, dị tìm, cách ly cố khôi phục cung cấp điện, có cố xảy lƣới điện phân phối, đƣợc trình bày nhƣ sau: – Bƣớc 1: Hiện trạng lƣới điện phân phối đƣợc hệ thống SCADA/DMS... bảo vệ nhận biết nhanh chóng dịng điện cố hoạt động để cách ly cố 2.4 Phƣơng pháp khôi phục cung cấp điện Trong phƣơng pháp khôi phục cung cấp điện, phƣơng pháp FDIR đề xuất giải hàm mục tiêu... phƣơng pháp FDIR thỏa mãn yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện lƣới điện phân phối Đối với kịch cố, phƣơng án cách ly khôi phục tốt đƣợc phân tích xếp hạng Hơn nữa, phƣơng án cách ly khôi phục ƣu