Trạm biến áp phân phối thế hệ mới

 Lưới điện phân phối tích hợp các nguồn tái tạo phân tán

Công nghệ này cho phép gửi và nhận dữ liệu từ các địa điểm xa xôi của lưới điện, và bằng cách đưa công nghệ truyền thông tiên tiến vào lưới điện phân phối, công ty điện lực có thể theo dõi lưới điện, quản lý việc sử dụng phụ tải, nâng cao độ tin cậy và giảm chi phí vận hành một cách hiệu quả hơn.

Rất nhiều thách thức buộc công ty điện lực phải áp dụng các phương pháp mới:
• Các giao thức tiên tiến đã được phát triển để phân tán các dữ liệu được yêu cầu này.
• Thiết bị điện tử thông minh (IED) chứa đựng các ứng dụng tiên tiến để theo dõi, bảo vệ và điều khiển các lưới điện phức tạp này.

Một tác nhân thông minh của hệ thống quản lý phân phối (DMS) có thể được bố trí trong trạm biến áp để thực hiện các ứng dụng lưới điện phân phối như đánh giá tình trạng, dòng công suất hệ thống, cấu hình lại tối ưu lộ xuất tuyến, định vị, cô lập sự cố và phục hồi cấp điện (FLISR) và kiểm soát vôn/VAR.

Các giao thức dựa trên Ethernet mang lại hai lợi thế. Đặc biệt tiêu chuẩn IEC 61850 là lý tưởng để sử dụng trong trạm biến áp và trên các lộ xuất tuyến phân phối. Trước tiên, các tín hiệu được gửi theo thời gian gần như thực với tốc độ vòng phản hồi là khoảng vài 10 ms. Đây cũng là khung thời gian mà đường dây tải ba có thể gửi một tín hiệu truyền cắt cho hệ thống bảo vệ đường dây tốc độ cao. Tính năng mới thứ hai là bản chất tự mô tả của thông tin được gửi đi. Các giao thức độc quyền và công nghiệp trước đây đòi hỏi phải sử dụng các ánh xạ phức tạp để kết hợp một bit dữ liệu với nhận dạng được lập trình trước đó. Điều này làm hạn chế khả năng truyền dữ liệu và chia sẻ giữa các thiết bị và hệ thống khác nhau.

Việc chia sẻ các bộ dữ liệu tự nhận dạng ở tốc độ rất cao làm tăng lượng thông tin có thể gửi đi từ một vài bit tới hầu hết mọi thứ mà thiết bị điện tử thông minh biết về hệ thống phân phối ở địa điểm của nó. Thông tin này có thể được sử dụng trong các ứng dụng ngang hàng, khách-chủ và lưới điện phân phối. Các thiết bị điện tử thông minh (IED) lắp trên đầu cột có thể truyền tọa độ GPS và thông tin về khoảng cách tới vị trí sự cố qua IEC 61850 để quản lý chính xác hơn các vụ mất điện và lực lượng lao động ở cấp trung tâm điều khiển. Một vài ứng dụng cụ thể đã được khuyến khích và đơn giản hóa nhờ các công nghệ truyền thông này.

Bảo vệ thích nghi

Mục tiêu của bảo vệ tích nghi là cô lập và giảm nhẹ các điều kiện vận hành bất bình thường như sự cố, thiết bị tác động sai, quá tải và các thông số vận hành vượt ra ngoài giới hạn. Theo cách trước đây, điều này có nghĩa là chỉnh định một rơle rồi sau đó bỏ mặc rơle thực hiện nhiệm vụ của nó. Tuy nhiên nhìn vào các điều kiện đang thay đổi trong ngành điện và toàn bộ lưới điện hiện nay, có thể thấy rằng các điều kiện vận hành khi bảo vệ được lắp đặt có thể thay đổi theo từng tháng hoặc theo từng giây. Ví dụ, một trại gió trong lưới điện phân phối gửi tín hiệu đến các rơle lộ xuất tuyến, báo công suất phát điện vượt quá mức tải tổng của lộ xuất tuyến. Giờ đây giá trị chỉnh định có hướng có thể khác đi, do đó có thể cần phải thay đổi đáp ứng cô lập sự cố, và có thể phải sửa lại các đường cong chỉnh định phối hợp cầu chảy quá dòng.

Bởi vì điều này vượt ra ngoài tình huống đơn giản được lập trình trước nên rơle này cần một đầu vào mà nó có thể sử dụng trong một công thức tác động. IEC 61850 cung cấp các tin nhắn dạng số và analog cho phép thay đổi trong thời gian thực để tối ưu hóa bảo vệ tại thời điểm bất kỳ.

Bảo trì dựa vào tình trạng

Các nghiên cứu cho thấy các công thức của IEEE để tính lượng giảm tuổi thọ máy biến áp dựa vào nhiệt độ và mức tải có thể tiên đoán chính xác khi nào máy biến áp đã cho sẽ bị thủng cách điện và bị sự cố. Rủi ro này có thể phát hiện được bằng phép phân tích khí trong dầu, nhưng nếu tiên đoán được sẽ có thể lên lịch biểu cho thử nghiệm khác và có thể giảm chi phí từ những khẳng định sai và các thử nghiệm không cần thiết. Sử dụng rơle như một thiết bị lường trước sự cố không phải là một ứng dụng truyền thống, và điều này làm thay đổi cách sử dụng thông tin. Theo truyền thống, rơle làm máy cắt tác động khi có vấn đề xảy ra. Giờ đây chúng ta đang sử dụng rơle này để cấp thông tin cho người dùng cụ thể để họ có thể hành động, tránh không để xảy ra vấn đề. Điều này đòi hỏi truyền thông bên ngoài các tuyến thông thường, thậm chí đến mức định tuyến tín hiệu tới những người không phải là kỹ sư rơle.

Hệ thống chất lượng điện

Các thiết bị điện tử thông minh (IED) cung cấp các dữ liệu về chất lượng điện đã được bộ tập trung dữ liệu (data concentrator) trạm biến áp truy tìm và lưu trữ tự động. Sau khi xử lý, bộ tập trung dữ liệu thông báo các điều kiện bất lợi cho người vận hành trung tâm điều khiển biết. Các báo cáo trường hợp vi phạm điện áp được tự động phát ra và có thể thông báo cho những người thích hợp bằng văn bản và email hoặc đơn giản là đẩy lên cấp độ công ty sau mỗi lần xuất hiện. Tương tự như vậy, định dạng chung áp dụng cho các tệp tin trao đổi dữ liệu về các quá độ (COMTRADE) dùng cho hệ thống điện và định dạng chung áp dụng cho các tệp tin trao đổi dữ liệu sự kiện (COMFEDE) cho phép các nhà sản xuất xây dựng các ứng dụng tự động trích xuất các dữ liệu sự cố và sự kiện từ các IED để phân tích từ xa.

Các tính toán định vị hai đầu điểm sự cố được thực hiện trong bộ tập trung dữ liệu trạm biến áp. Thông tin định vị tự động điểm sự cố tạo ra có thể được thông báo qua các tin nhắn IEC 61850. Các tin nhắn này có thể thông báo cho trung tâm điều khiển phân phối về khoảng cách từ một tọa độ cực GPS cụ thể đến điểm sự cố, cũng như đoạn đường dây nào bị sự cố.

Tác nhân thông minh trong trạm biến áp

Công nghệ mang tính đột phá nhất trong việc kiểm soát hệ thống phân phối tự động hóa sử dụng tất cả các công nghệ nêu trên với tác nhân thông minh của hệ thống quản lý phân phối (DMS) của trung tâm điều khiển đặt vào trong trạm biến áp để thực hiện các ứng dụng lưới điện phân phối. Với sự phát triển của các ứng dụng mạng phân phối thành phần (CDNA), có thể thực hiện một phân đoạn của mô hình mạng DMS ở cấp trạm biến áp riêng cho trạm biến áp này và các lộ xuất tuyến trong một khu vực ở dạng tôpô cụ thể. Điều này cho phép trạm biến áp có một công cụ tính toán khép kín. Ưu điểm của phương pháp này là giảm tải cho DMS của trung tâm điều khiển và người vận hành. Ngoài ra, tốc độ, độ tin cậy và chất lượng của việc ra quyết định cho hệ thống phân phối tự động hóa sẽ được cải thiện nếu như việc tính toán mô hình mạng và các quyết định được đặt gần nhất có thể với thiết bị thực địa. Khả năng chạy thiết bị ước tính tình trạng phân phối, dòng công suất hệ thống, cấu hình lại tối ưu lộ xuất tuyến, kiểm soát vôn/VAR, FLISR và các thành phần phần mềm khác của mạng bên trong trạm biến áp là có thể thực hiện được do tính chất môđun hóa của các thành phần phần mềm riêng biệt này và các hệ thống quản lý mô hình mạng dễ dàng phân khúc mô hình mạng thành các dạng tôpô nhỏ hơn.

Hình vẽ thể hiện ba lớp thứ bậc hệ thống phân phối tự động hóa dùng cho một hệ thống phân phối tự động hóa dựa trên mô hình, lấy trạm biến áp làm trung tâm.

Kết luận

Thách thức gia tăng trong môi trường lưới điện đã tạo cơ hội đổi mới cơ sở hạ tầng lưới điện, đặc biệt là các trạm biến áp. Thiết bị điện tử thông minh (IED) đang trở nên mạnh hơn khi có sẵn nhiều dữ liệu hơn, và thông tin liên lạc bên trong trạm biến áp và bên ngoài trên lộ xuất tuyến phân phối đang gia tăng, dựa trên Ethernet. Sự kết hợp của hai lĩnh vực công nghệ này đã tạo ra các ứng dụng cho phép theo dõi, kiểm soát và bảo vệ thích ứng lưới điện phân phối, đồng thời việc tích hợp các nguồn tái tạo trở nên tin cậy hơn.

Lần đầu tiên, đã có thể thực hiện việc truy tìm, phân tích và báo cáo các dữ liệu về chất lượng điện trong bộ tập trung dữ liệu trạm biến áp như một chức năng chuẩn. Truyền thông Ethernet cho phép tự động đẩy tọa độ GPS và vị trí của sự cố giữa hai tọa độ về DMS của trung tâm điều khiển, hệ thống quản lý mất điện và hệ thống quản lý lực lượng lao động ngoài hiện trường.

Sử dụng hiệu quả nhất các công nghệ này sẽ phát huy được lợi thế của việc phát triển các ứng dụng lưới điện phân phối thành phần gần đây, cho phép công ty điện lực đưa một tác nhân thông minh của DMS của trung tâm điều khiển vào trong trạm biến áp. Tác nhân thông minh chạy các ứng dụng lưới điện phân phối trên một phần phân đoạn của mô hình phân phối dùng cho các thanh cái và lộ xuất tuyến gắn liền với tôpô của trạm biến áp. Các ứng dụng mạng như ước tính tình trạng, dòng công suất, cấu hình lại tối ưu lộ xuất tuyến, FLISR và kiểm soát vôn/VAR đều hoạt động và thực hiện từ bên trong trạm biến áp, nhưng dưới sự giám sát của trung tâm điều khiển DMS. Điều này có lợi thế là giảm tải cho người vận hành DMS và tăng tốc độ tự động hóa phân phối và tăng độ tin cậy.

Sự phát triển của các công nghệ này đang làm thay đổi cách trạm biến áp có thể thông tin liên lạc với công ty điện lực. Thông tin liên lạc mang tính tương tác và hai chiều với mục tiêu cung cấp thông tin có thể tác động được.

Theo: QLND