Ảnh hưởng của nguồn năng lượng tái tạo đối với bảo vệ rơ le trên lưới điện phân phối và giải pháp ứng phó
MỤC LỤC
ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỆN MẶT TRỜI ĐỐI VỚI BẢO VỆ RƠ LE LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ CÁC GIẢI PHÁP ĐƯỢC ĐỀ XUẤT
TÁC ĐỘNG CỦA ĐIỆN MẶT TRỜI ĐỐI VỚI LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
Việc lắp đặt các nguồn PV mái nhà thường theo phụ thuộc nhu cầu của các chủ hộ tiêu thụ, trong đó có các hộ tiêu thụ điện một pha, và nếu không được kiểm soát theo tiêu chí cân bằng pha thì sẽ dẫn đến khả năng mất cân bằng pha trầm trọng, nhất là vào các thời điểm PV phát công suất cao vượt quá công suất phụ tải tại chỗ. Đối với phạm vi đề tài luận văn này, những phần tiếp theo sau đây sẽ tập trung khai thác và trình bày những nội dung chính liên quan đến PV có ảnh hưởng như thế nào đến việc bảo vệ rơ le trên lưới phân phối và những giải pháp đã được nghiên cứu để giải quyết các vấn đề đó.
BẢO VỆ QUÁ DềNG CHỨC NĂNG 51 TRấN XUẤT TUYẾN LƯỚI PHÂN PHỐI
Đối với bảo vệ cực tiểu tỏc động khi đại lượng theo dừi giảm khi hư hỏng (vớ dụ điện áp cực tiểu), hệ số 𝑘𝑛ℎ được xác định ngược lại bằng trị số điện áp khởi động chia cho điện áp dư còn lại lớn nhất khi hư hỏng. Bảo vệ cần có độ nhạy sao cho nó tác động chắc chắn khi ngắn mạch qua điện trở của hồ quang ở cuối vùng được giao bảo vệ trong chế độ cực tiểu của hệ thống.[6]. Độ tin cậy thể hiện yêu cầu bảo vệ phải tác động chắc chắn khi ngắn mạch xảy ra trong vùng được giao bảo vệ và không được tác động đối với các chế độ mà nó không có trách nhiệm tác động. Đây là yêu cầu rất quan trọng. Một bảo vệ nào đó hoặc không tác động hoặc tác động nhầm rất có thể dẫn đến hậu quả là số phụ tải bị mất điện nhiều hơn hoặc làm cho sự cố lan tràn. Để bảo vệ có độ tin cậy cao cần dùng sơ đồ đơn giản, giảm số lượng rơ le và tiếp xúc, cấu tạo đơn giản và lắp ráp đảm bảo chất lượng, đồng thời kiểm tra thường xuyên trong quá trình vận hành. 15 khởi động nhỏ nhất – minimum trip), nếu dòng điện đo được lớn hơn dòng điện cài đặt, thiết bị sẽ gửi tín hiệu cắt điện theo đặc tính được cài đặt sẵn để thực hiện chức năng bảo vệ. Đối với phối hợp thời gian theo đặc tính độc lập, cần chú ý chỉnh định thời gian tác động của các thiết bị phía trên (thiết bị gần nguồn) lớn hơn thời gian tác động của thiết bị phía dưới kế tiếp là 0.25 0.3 giây (đối với rơ le kỹ thuật số) để đảm bảo chức năng 51 ở các thiết bị không tác động vượt cấp.
TÁC ĐỘNG CỦA NGUỒN PV ĐỐI VỚI BẢO VỆ RƠ LE TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI
21 Khi các thiết bị bảo vệ nằm phía sau so với nguồn NLTT, dòng điện ngắn mạch sẽ tăng lên do có sự đóng góp dòng từ nguồn NLTT, dẫn đến việc tăng phạm vi bảo vệ và tác động vượt ngưỡng. Như thể hiện trong Hình 3-9, khi có sự cố, rơ le R2 có thể ngắt trước khi R1 tác động do nhận dòng sự cố lớn hơn giá trị cài đặt của chúng, gây mất phối hợp bảo vệ.
TÌM HIỂU MỘT SỐ GIẢI PHÁP BẢO VỆ CHO LƯỚI PHÂN PHỐI KHI Cể ĐIỆN MẶT TRỜI
- Mô đun 3: Độ lệch pha giữa 2 bảo vệ vượt ngưỡng và xác định vị trí sự cố Nhờ ứng dụng tự động hóa lưới phân phối, các giá trị độ lệch pha được ghi nhận liên tục, khi sự cố xảy ra và tín hiệu từ mô-đun đầu tiên được gửi để kích hoạt modun thứ 2, mô-đun này sẽ so sánh giá trị lệch pha mới với giá trị lệch pha được lưu trữ gần đây nhất. Các nguồn phát điện phân tán đã được thêm vào hệ thống ở các vị trí khác nhau để tiến hành nghiên cứu và kết quả thấy được rằng một số tác động của chúng đối với việc bảo vệ lưới phân phối sử dụng cấu hình bảo vệ quá dòng thông thường như: Mất phối hợp giữa các thiết bị bảo vệ, chức năng tự đóng lại bị lỗi, tác động sai, “mù” bảo vệ, tách đảo (bị cô lập).Trong hầu hết các trường hợp, lưới phân phối sử dụng sơ đồ bảo vệ quá dòng áp dụng thực hiện phối hợp giữa rơ le quá dòng, recloser và cầu chì.
Mễ PHỎNG VÀ KHẢO SÁT RƠ LE BẢO VỆ QUÁ DềNG LƯỚI PHÂN PHỐI BẰNG MATLAB/SIMULINK
GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MATLAB/SIMULINK
Simulink là một phần quan trọng của Matlab và có thể dễ dàng chuyển đổi qua lại trong quá trình phân tích, vì vậy người dùng có thể tận dụng được ưu thế của cả hai môi trường. Phần mềm Simulink sẽ được sử dụng để mô phỏng một lưới điện nghiên cứu trong phạm vi luận văn này, đó là một xuất tuyến phân phối để khảo sát sự phối hợp của các thiết bị bảo vệ quá dòng chức năng 51 trên lưới.
CÁC KHỐI CHỨC NĂNG CẦN THIẾT
Khối tải: Sử dụng mô hình phụ tải ba pha lấy từ thư viện Simcape/ Power Systems/ Specialized Technology/ Fundamental Blocks/ Elements/ Three Phase- Series RLC Load như Hình. Ngoài ra còn có các khối so sánh, tích phân, bộ chia, khối hàm f(u), các cổng logic, khối hằng số, các khóa, khối hàm bước dùng cho điều khiển,….
XÂY DỰNG Mễ HèNH Mễ PHỎNG RƠ LE BẢO VỆ QUÁ DềNG CHỨC NĂNG 51 BẰNG MATLAB/SIMULINK
Như vậy, máy cắt hoạt động đúng như lý thuyết, chức năng 51 là chức năng cắt dòng sự cố có thời gian trì hoãn.
MÔ PHỎNG XUẤT TUYẾN PHÂN PHỐI VỚI CHỨC NĂNG BẢO VỆ QUÁ DềNG 51 BẰNG MATLAB/SIMULINK
- Rơ le bảo vệ quá dòng chức năng 51 đã được mô phỏng và áp dụng vào trong mô hình lưới điện nghiên cứu của đề tài là một xuất tuyến phân phối 22kV đơn giản với 3 phân đoạn đường dây để tính toán và cài đặt phối hợp bảo vệ rơ le chức năng 51 của các máy cắt. Vì miền nam Việt Nam đang phát triển mạnh về điện mặt trời nên trong luận văn này đang tập trung nghiên cứu nguồn NLTT điển hình là PV, theo đó khảo sát ảnh hưởng của nguồn PV đối với bảo vệ rơ le của xuất tuyến phân phối.
XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGUỒN NLTT TRÊN MATLAB/SIMULINK 62 5.2 TÍCH HỢP PV VÀO XUẤT TUYẾN PHÂN PHỐI VÀ KHẢO SÁT TRƯỜNG HỢP LÀM VIỆC BÌNH THƯỜNG
Hệ thống pin mặt trời này hoạt động cơ bản như sau: đầu vào là điện áp, dòng điện DC từ hệ thống pin, điện áp được ổn định bằng tụ DC Link (tụ DC đầu vào); điện áp được chuyển đổi từ dạng DC sang AC thông qua bộ nghịch lưu ba bậc NPC (Neutral Point Clamp) trong mô hình này. Đầu ra dùng bộ lọc LCL; bộ điều khiển của hệ thống (Inverter Control) thực hiện các chức năng điều khiển dòng áp, sử dụng kỹ thuật PLL để xác định các thành phần biên độ, góc pha của lưới phục vụ cho việc nối lưới, điều khiển MPPT tìm điểm công suất cực đại.
TÍCH HỢP PV VÀO XUẤT TUYẾN PHÂN PHỐI VÀ KHẢO SÁT TRƯỜNG HỢP KHI Cể XẢY RA SỰ CỐ
Khi dùng công thức (3.7) để tính toán thời gian tác động của các MC và kết quả được thể hiện ở Bảng 5-4 cho thấy với dòng sự cố ghi nhận được ở Hình 5-22, hai trường hợp tính toán và mô phỏng bằng phần mềm Matlab/ Simulink đã có sự khác biệt ở thời gian tác động của MC2. - Với công suất của PV gắn ở tải 3 làm cho dòng làm việc bình thường của MC3 lớn hơn Ikđ3, trường hợp này giống như trường hợp đã đề cập ở nhận xét trong mục 5.2.2, lúc này cần phải chỉnh định lại thông số của rơ le, nếu chưa chỉnh định thì MC3 đã được khởi động ngay từ trước và lúc có sự cố xảy ra sẽ dẫn đến MC3 tác động sai.
KHẢO SÁT Mễ HèNH Cể TÍCH HỢP NGUỒN PV VÀ ĐIỆN GIể
➢ Khảo sát xuất tuyến có sự xâm nhập của cả 2 nguồn NLTT là PV và điện gió Tiếp theo đề tài sẽ thực hiện mô phỏng với xuất tuyến có sự xâm nhập của cả 2 nguồn NLTT là PV và điện gió thể hiện trên sơ đồ Hình 5-43 và khảo sát bảo vệ rơ le trên xuất tuyến khi có sự cố ở Nút 4. - Kiểm tra dòng điện làm việc bình thường trong 2 trường hợp nguồn NLTT điển hình là PV được gắn vào tải số 2 và tải số 3 thấy được dòng điện tại các nút trên lưới đúng theo Định luật Kirchhoff nên kết luận được mô hình Matlab/Simulink đã làm việc đúng trong trường hợp bình thường.
GIẢI PHÁP NÂNG CAO BẢO VỆ RƠ LE CHO XUẤT TUYẾN PHÂN PHỐI Cể TÍCH HỢP PV
XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG FCL DẠNG ĐIỆN TRỞ BẰNG MATLAB/SIMULINK
89 Mô hình FCL hoạt động như sau: Mô hình FCL tính toán giá trị hiệu dụng (RMS) của dòng điện đi qua thiết bị và sau đó so sánh nó với giá trị dòng kích hoạt, là 550A trong mô hình. Điện trở từ mô hình trên được nhân với dòng điện chạy trong mạng để tạo thành điện áp và sau đó được cấp cho nguồn áp điều khiển được để bù cho độ sụt điện áp gây ra trong quá trình xảy ra sự cố.
KIỂM CHỨNG FCL QUA MÔ PHỎNG SIMULINK
Nếu dòng điện chạy qua lớn hơn dòng kích hoạt, điện trở của FCL sẽ tăng lên mức trở tối đa, ở mô hình này là 27Ω. Tiến hành mô phỏng sự cố ngắn mạch 3 pha trên lưới và quan sát giá trị dòng ngắn mạch 3 pha để kiểm chứng hoạt động của FCL.
ÁP DỤNG FCL DẠNG ĐIỆN TRỞ VÀO MÔ HÌNH XUẤT TUYẾN PHÂN PHỐI Cể TÍCH HỢP PV ĐỂ NÂNG CAO BẢO VỆ RƠ LE
Tương tự tiến hành đặt FCL ở vị trí phía trước PV và tiến hành mô phỏng lại với PV 1,5MW, thấy được ở kết quả Hình 6-15, dòng làm việc bình thường hiệu dụng qua MC3 đã giảm xuống và nhỏ hơn dòng cài đặt rơ le của MC3. 100 Kết quả mô phỏng cũng cho thấy sau khi gắn FCL thì dòng điện sự cố qua MC3 trên xuất tuyến 1 đã giảm từ 302,6A lúc trước khi có FCL đến còn lại 242,8A được thể hiện trên Hình 6-24 và Hình 6-25.Vậy nhận xét được rằng công dụng hạn chế dòng ngắn mạch của thiết bị FCL dạng điện trở đã có hiệu quả và vì vậy khi có sự cố xảy ra thì MC đã phối hợp bảo vệ đúng.
