65
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
(ISSN: 1859 - 4557)
PHƯƠNG PHÁP PHỐI HỢP BẢO VỆ THÍCH NGHI GIỮA RECLOSER VÀ CẦU CHÌ
CÓ XÉT ĐẾN TÁC ĐỘNG CỦA NGUỒN ĐIỆN MẶT TRỜI
ADAPTIVE COORDINATION APPROACH OF RECLOSER AND FUSE CONSIDERING THE IMPACT OF
PV SOURCES
Ma Thị Thương Huyền, Vũ Hoàng GiangTrường Đại học Điện lực
Ngàynhậnbài:04/07/2024,Ngàychấpnhậnđăng:25/07/2024,Phảnbiện:PGS.TSLêXuânThành
Tóm tắt:Tích hợp một lượng lớn nguồn điện mặt trời (PV) vào lưới điện phân phối sẽ làm thay đổi đáng kể giá trị và chiều của dòng điện ngắn mạch, gây ảnh hưởng tới sự làm việc của các thiết bị bảo vệ rơ le. Bài báo trình bày phương pháp phối hợp bảo vệ thích nghi giữa recloser và cầu chì trong lưới điện phân phối hình tia có kết nối nguồn PV, đặc biệt khi có sự cố thoáng qua. Trước hết, phân tích chi tiết được thực hiện nhằm đánh giá tác động của nguồn điện mặt trời tới sự phối hợp làm việc của recloser và cầu chì trong sơ đồ bảo vệ của lưới điện. Sự ảnh hưởng của các nguồn điện mặt trời theo tỷ lệ thâm nhập và vị trí đặt trong lưới điện đã được xét đến. Tiếp theo, phương pháp điều chỉnh thích nghi đặc tính làm việc của bảo vệ quá dòng có thời gian của rơ le kỹ thuật số được đề xuất nhằm đảm bảo sự phối hợp của các thiết bị bảo vệ. Kết quả mô phỏng lưới điện phân phối 22 kV trên phần mềm Etap xác nhận tính hiệu quả của phương pháp đã đề xuất. Từ khóa: Bảo vệ quá dòng điện, Bảo vệ thích nghi, Điện mặt trời, Phối hợp bảo vệ giữa recloser và cầu chì.Abstract:Integrating a large amount of solar power into the distribution grid signicantly alters the values and directions of short-circuit currents, aecting the operation of relay protection. This article presents a method for adaptive protection coordinating between reclosers and fuses in a radial distribution grid with PV power integration, especially in the condition of intermittent faults. First of all, the impact of solar power on the working coordination of the recloser and fuse is analyzed in detail. The inuence of solar power sources according to their location in the power grid has been taken into account. Next, a method to adaptively adjust the working characteristics of timed overcurrent protection in digital relays is proposed to ensure the coordination of protective devices. Simulation results of the 22 kV distribution grid on Etap software conrm the eectiveness of the proposed method.Keywords: Adaptive protection; Over-current relay; PV system; Recloser-fuse coordination.
66
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
(ISSN: 1859 - 4557)
1. GIỚI THIỆU CHUNG
Cùng với xu thế toàn cầu chuyển dịch sang sử
dụng năng lượng sạch, tỷ trọng các nguồn điện
phân tánnhư điện mặt trời, điện gió thâm nhập
vàolướiđiệnngàycàngtăng.Tíchhợpmộtlượng
lớnnguồnđiệnphântánvàolướiphânphốisẽlàm
thayđổikếtcấucủalướiđiệncũngnhưsựphân
bốdòngcôngsuấttronglướiởcảchếđộlàmviệc
bìnhthườngcũngnhưchếđộsựcố.Sựthayđổi
giátrịvàchiềucủadòngđiệnsựcốlàmchocác
bảovệquádòngđiệncóthểtácđộngsai,tácđộng
chậm,hoặclàmmấtsựphốihợplàmviệcgiữacác
thiếtbịbảovệ[1],[2].
Lướiđiệnphânphốiởkhuvựcnôngthônthường
đượcthiếtkếdướidạnghìnhtia.Cácrecloserđược
dùngđểbảovệchocácđườngdâytrụcchínhkết
hợpvớicầuchìbảovệchocácmạchnhánh.Vì
phầnlớnsựcốtrênlướiđiệnnàyởdạngthoángqua
(khoảng80%),nêncáccầuchìthườngphốihợp
vớireclosertheochếđộvậnhànhtiếtkiệm(fuse-
saving)nhằmhạnchếviệcgiánđoạncungcấpđiện
[3].Tronglướicótíchhợpnguồnđiệnphântán,
nguyêntắcphốihợpbảovệgiữarecloservàcầu
chìcóthểbịphávỡ[4].Nhiềugiảiphápnhằmđảm
bảosựphốihợplàmviệcgiữarecloservàcầuchì
đãđượcnghiêncứu,đềxuấttrongcácnghiêncứu
đãqua.Giớihạncôngsuấtcủanguồnphântánđấu
nốivàolướiđiệnđượcđềcậptớitrongnghiêncứu
[5].Nhượcđiểmchínhcủagiảiphápnàylàkhông
tậndụngđượchếtcôngsuấtcủanguồnđiệnphân
tán.Sửdụngcácthiếtbịhạnchếdòngngắnmạch
(faultcurrentlimitter)đểđiềuchỉnhhạnchếdòng
điện sựcố cung cấp từ nguồn phântán đã được
trìnhbàytrongcácbàibáo[6],[7].Hạnchếcủa
phươngphápnàylàchiphícaovàcầntínhtoánlựa
chọnkỹvịtríđặtthiếtbịhạnchếdòngđiệnngắn
mạchđểkhôngảnhhưởngtớisựlàmviệccủalưới
điệnkhicácnguồnphântándừnghoạtđộng.Điều
chỉnhthíchứngthôngsốcàiđặtcủathiếtbịbảovệ
rơletheotrạngtháilàmviệccủahệthốnglàmột
trongnhữngbiệnpháphữuhiệu.Theođó,cóthể
thựchiệnthayđổiđặctínhlàmviệccủabảovệquá
dòngtheothờigianbằngcáchđiềuchỉnhhệsốthời
gian,điềuchỉnhdòngđiệnkhởiđộng,điềuchỉnh
tỷsốgiữagiátrịdòngđiệnsựcốvàdòngđiệnkhởi
động(I/Is),điềuchỉnhtheosựthayđổidòngđiện
vàđiệnáphoặcthayđổiđặctínhlàmviệctheosự
thayđổicấutrúclưới[8]–[11].v.v..Tronglướiđiện
thôngminh,ứngdụnghệthốngđatáctử(Multi-
agentsystem-MAS)vàohệthốngđiềukhiển,bảo
vệcủalướiđiệncótíchhợpcácnguồnphântán
đượcxemlàgiảiphápcóhiệuquảcao.Hệthống
nàychophéptựđộngđiềuchỉnhđặctínhlàmviệc
củarecloser[12]phốihợpphùhợpvớicầuchì.
Bàibáonàysẽthựchiệnđánhgiátácđộng của
nguồnđiệnmặttrờitớisựphốihợplàmviệccủa
recloservớicầuchìvàđềxuấtgiảipháphạnchế
ảnhhưởngđóbằngphươngphápđiềuchỉnhđặc
tínhlàmviệccủabảovệquádòngcóthờigian.
Phầntiếptheocủabàibáođượccấutrúcnhưsau:
mục2phântíchchitiếtảnhhưởngcủaPVtớisự
phốihợpcủarecloservàcầuchì.Từđó,phương
phápđiềuchỉnhđặctínhcủarecloservàtínhtoán
được trình bàytrong mục 3.Cuối cùng, cáckết
luậnđượcđưaratrongmục4.
2. ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN MẶT TRỜI TỚI SỰ PHỐI HỢP LÀM VIỆC GIỮA RECLOSER VÀ CẦU CHÌ2.1. Sự phối hợp làm việc giữa recloser và cầu chì
Recloserlàthiếtbịhợpbộgồmmáycắtvàmạch
điềukhiểncókhảnăngđodòngđiện,xácđịnhthời
giancắtvàtựđộngđónglặplạiđểcungcấpđiện
chođườngdây.Recloserthườngđượctrangbịvới
cácthiếtbịbảovệquádòngcóthờigianđặctính
độclậphoặcphụthuộc.Thờigiantácđộngcủa
67
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
(ISSN: 1859 - 4557)
bảovệquádòngcóthờigianđặctínhphụthuộc
đượcxácđịnhtheocôngthức(1):
.tTMS
I
I
A
L1
sm
=-+
bl
(1)
trongđó:t(s)làthờigiancắt;TMSlàhệsốthời
gian;I(A)làgiátrịhiệudụngcủadòngđiệnsựcố;
I
s
(A)làgiátrịdòngđiệnkhởiđộng;m,Llàcáchệ
sốphụthuộcvàotiêuchuẩnápdụngvàdạngđặc
tínhcủabảovệ.Cácđặctínhcắtnhanh,chậmcủa
reclosercódạngnhưtrênHình1.
Hình 1. Đặc tính phối hợp làm việc giữa recloser và cầu chì
Cầu chì thườngđược trang bịtrêncác rẽ nhánh
phụtải,đặtphíasaucủarecloservàmáycắt.Chức
năngchínhcủacầuchìlàbảovệmạchtrongtình
trạngquádòngđiện do quá tảihoặcngắn mạch
trongphạmvibảovệ.Đặctínhtácđộngcủacầu
chìcódạng(2):
().()loglogtaIb=+(2)
trongđó,t(s)làthờigianchảycủacầuchì,I(A)
làdòngđiệnchạyquacầuchì,avàblàcáchệsố.
Xétsơđồđườngdâytrungáphìnhtiađiểnhìnhcó
recloser(R)đặtởđầuđườngdâytrụcchínhvàcầu
chì(CC)đặtởđầuđườngdâynhánhnhưHình2.
Nguyêntắcphốihợplàmviệccủarecloservàcầu
chìnhưsau.Trongphạmviphốihợpbảovệ(dòng
điệnngắnmạchbiếnthiêntronggiớihạntừgiátrị
nhỏnhấtI
Nmin
tớigiátrịlớnnhấtI
Nmax
),khicósựcố
phíasaucầuchì,reclosersẽtácđộngtrướcvàtự
độngđónglạisaumộtkhoảngthờigianđặttrước
(khoảngvàigiây).Nếusựcốlàthoángquavàtự
giảitrừ,saukhirecloserđónglạiđường dâylại
làmviệcbìnhthường.Ngượclạinếusựcốlàduy
trì,cầuchìsẽchảyđểtáchnhánhđườngdâybịsự
cốrakhỏilưới.Nhờsựphốihợpgiữarecloservà
cầuchì,khicósựcốthoángquacáchộtiêuthụchỉ
bịmấtđiệntạmthờitrongthờigianrấtngắn.Để
đảmbảosựphốihợplàmviệcgiữarecloservàcầu
chì,thờigiantácđộngcủarecloser(t
R
)phảiluôn
nhỏhơnthờigianchảycủacầuchì(t
CC
)nhưtrên
Hình1.Trongthựctế,đểđảmbảoantoàn,thời
giantácđộngcủarecloserđượccàiđặtnhỏhơn
25%sovớithờigianchảycủacầuchì[12].
2.2. Ảnh hưởng của PV tới sự phối hợp bảo vệ của recloser và cầu chì
XétlướiđiệnnhưHình2,vớivịtríđiểmsựcốở
mạchnhánhphíasaucầuchì.
Khichưacónguồnphântán,dòngđiệnsựcốqua
recloservàcầuchìlànhưnhauvànằmtrongphạm
viphốihợpbảovệ(Hình1).Đểđơngiản,tagiả
thiếtcácnguồnPVđượcđặttậptrung.
Khi nguồn phân tán đấu nối vào phía trước
recloser(PV1): (ứngvớitrườnghợpcácđường
dâylâncậnđườngdâyđangxétcókếtnốinguồn
phântán,hoặctrườnghợpđườngdâytrụcchínhcó
đặtnhiềurecloser),khisựcốphíasaucầuchìdòng
ngắnmạchquarecloservàcầuchìbằngnhauvà
đềutăngdocóthêmphầndòngđiệnngắnmạchdo
nguồnphântáncungcấp.
IIIIZZI
RCCNNLNPV11121
===+(3)
Trongđó:I
R1
,I
CC1
làdòngđiệnchạyquarecloser
vàcầuchì,I
N1
làdòngngắnmạchtạiđiểmsựcố,
I
NL
dòngngắnmạchdolướiđiệncungcấp,I
NPV
là
68
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
(ISSN: 1859 - 4557)
dòngngắnmạchdonguồnPVcungcấp,Z1làtổng
trởtínhtừlướiđiệntớivịtríđấunốinguồnPV,Z2
làtổngtrởtừlướiđiệntớivịtríđiểmngắnmạch.
NếudòngngắnmạchI
N1
tăngtớigiátrịlớnhơn
I
Nmax
thìcầuchìsẽlàmviệctrướcrecloservàmất
sựphốihợpbảovệ(Hình3).
Khinguồnphântánđượcđấunốiởkhuvực
giữarecloservàcầuchì(PV2)dòngđiệnquacầu
chìI
CC2
tăng(4),nhưngdòngquarecloserI
R2
lại
giảm(5)nêncũngcóthểgâyramấtsựphốihợp
bảovệ(Hình3).
IIIZZICCNNLNPV2221==+
(4)
IIIZZI
RNNLNPV2123
==-(5)
trongđóZ3làtổngtrởtínhtừvịtríđấunốinguồn
PVtớiđiểmngắnmạch.
Khi nguồn phân tán được đấu nối ở phía ngoài
recloservàcầuchì(PV3)dòngđiệnquacầuchì
tăngvàđượcxácđịnhnhư(6),nhưngdòngqua
recloservẫngiữnguyênkhôngđổi(7).Recloser
vàcầuchìcũngcókhảnăngmấtphốihợpbảovệ
khidòngquacầuchìvượtquágiátrịI
Nmax
.
Hình 3. Sự mất phối hợp làm việc của recloser và cầu chì khi lưới có tích hợp nguồn PVIII
Z
Z
I
CCNNLNPV32
2
1
==+(6)
II
I
RN
31
==
(7)3. PHƯƠNG PHÁP PHỐI HỢP BẢO VỆ THÍCH NGHI RECLOSER VÀ CẦU CHÌ3.1. Phương pháp hiệu chỉnh đặc tính của recloser theo khả năng điều khiển thích nghi của rơ le số
Đối với các hệ thống bảo vệ thông thường, các
thôngsốcàiđặtcủarơlethườngđặtcốđịnh.Với
sựpháttriểncủarơlesốchophépcàiđặtcácthông
sốcủarơlethayđổitheosựthayđổicủalướihệ
thống.Đểđảmbảoyêucầuđấunốilưới,khicó
Hình 2. Sơ đồ lưới hình tia có phối hợp recloser và cầu chì
69
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
(ISSN: 1859 - 4557)
sựcốtrênlướicácnguồnPVphảitáchratrước
khirecloserđónglạinênảnhhưởngcủanguồnPV
chủyếutớiđườngđặctínhcắtnhanhcủarecloser.
Theo phân tích ở Mục 2, để đảm bảo phối hợp
bảovệgiữarecloservàcầuchì,thờigiancắtcủa
recloserphảiluônnhỏhơnthờigianchảycủacầu
chì.ĐểkhắcphụcảnhhưởngcủaPVtớisựphối
hợpbảovệcủarecloservàcầuchì,sửdụngkhả
năng điều chỉnhthích nghi của rơ lesố đểđiều
chỉnh thời gian làm việc của recloser theo dòng
điệnquarơlenhưsau:
..tTMSIIALkhiIIxtIkhiIIIkhiII10750<>minmaxminmaxmaxsmCCNccNNCCNCCN##=-+
b
]
l
g
Z[
\
]]]]]]]]]]]]]]_`
a
bbbbbbbbbbbbbb
(8)
Cụthể:
-KhidòngquacầuchìICCnhỏhơndòngngắn
mạchI
Nmin
reclosersẽlàmviệcnhưđặctínhđãcài
đặttrước.
-Khidòngquácầuchìnhỏhơndònglớnnhấtqua
cầuchìthờigiantácđộngcủareclosertínhbằng
0,75lầndòngchảycủacầuchìtạiI
Nmax
.
-KhidòngquacầuchìvượtquágiátrịI
Nmax
,đặt
thờigiantácđộngcủareclosergầnnhưbằng0.
Hình 4. Đặc tính cắt nhanh của recloser sau khi điều chỉnh
Đặctínhcắtnhanhcủareclosersaukhiđiềuchỉnh
sẽcódạngnhưHình4.
3.2. Tính toán và đánh giá kết quả
Đểkiểmnghiệmphươngphápđãtrìnhbàyởtrên,
bàibáosửdụngphầnmềmEtapđểtínhtoáncho
mộtlướiđiệnphânphốitrungáp22kVhìnhtia
nhưHình1.Thôngsốcủacácphầntửđượccho
trongphầnPhụlục.Ởđầuxuấttuyếnsửdụngrơle
REF615củahãngABBvớiđặctínhrấtdốctheo
tiêu chuẩn IEC để điều khiển recloser. Cầu chì
đặtởđầunhánhrẽtạinút6.Sửdụngloạicầuchì
Bussmann125.Phụtảitổngcủalộđườngdâylà10
MVA.Dòngngắnmạchquacầuchìđạtgiátrịlớn
nhấtkhingắnmạchxảyrangayvịtríphíasaucầu
chì.KhichưacóPV,dòngngắnmạchquarơlevà
cầuchìlànhưnhauvàbằng1405A,thờigiancắt
củarecloserlà297s,thờigianchảynhỏnhấtcủa
cầuchìlà405s,recloservàcầuchìphốihợptốt
(Hình5).Điểmgiaonhaugiữa2đườngđặctính
ứngvớidòngđiệnlà1588A,thờigiancắtlà257s.
Tínhtoánphốihợplàmviệcgiữarecloservàcầu
chìvớibatrườnghợpnguồnPVđặtlầnlượttrước
recloser(PV1),giữarecloservàcầuchì(PV2)và
ngoàirecloservàcầuchì(PV3)vớitỷtrọngcông
suấtPVtăngdần.KếtquảtínhtoánnhưBảng1,
Bảng2vàBảng3.
Bảng 1. Phối hợp giữa recloser và cầu chì khi có nguồn PV đặt trước recloserP
PV
(MW) 0 10 14 18 20
I
CC
, I
N
(A) 1405 1514 1551 1585 1601
I
R
(A) 1405 1514 1551 1585 1601
t
CC
(ms) 405 307 280 258 249
t
R
(ms) 297 270 263 256 253