Tủ phân phối trung thế cho lưới điện thông minh

Nhiệm vụ của lưới điện thông minh 

 

Lưới điện thông minh có hai nhiệm vụ (1) tối ưu cân bằng công suất cung cấp và phụ tải, và (2) tích hợp thêm nhiều nguồn phân tán và năng lượng tái tạo vào trong lưới. Để đáp ứng hai nhiệm vụ này cần thiết phải triển khai các công nghệ cho phép truyền thông hai chiều giữa Điện Lực và khách hàng, giữa các thiết bị lắp trên lưới và trung tâm điều khiển – xây dựng “hạ tầng lưới thông minh”, nhằm triển khai “vận hành thông minh”.

 

Đối với lưới ngầm trung thế hiện nay ở Việt Nam, các tủ phân phối trung thế thường chỉ cho phép vận hành tại chỗ, chưa giao tiếp với trung tâm điều khiển. Điều này chưa đáp ứng được yều cầu của lưới điện ở các thành phố lớn vốn cung cấp cho các phụ tải đang phát triển nhanh chóng với yêu cầu khắt khe về chất lượng dịch vụ.

 

Tính ‘phù hợp’ của các tủ điện phân phối cho lưới điện thông minh

 

Các tủ hợp bộ sử dụng máy cắt (CB) cần được đưa vào lưới thay thế cho các tủ dao cắt tải hay dao cắt tải – cầu chì, với hai lí do chính sau:

 

1. Các tủ máy cắt rất hiệu quả trong việc cắt giảm số lượng khách hàng mất điện bởi sự cố và giảm thời gian khắc phục sự cố, nhờ vào chức năng bảo vệ - tác động cắt khi có dòng sự cố vượt ngưỡng. Công nghệ hiện nay cho phép sản xuất những tủ máy cắt với giá thành cạnh tranh giúp giải quyết trở ngại về chi phí đầu tư.

 

2. Các tủ máy cắt là giải pháp kỹ thuật tốt nhất để bảo vệ máy biến áp trung / hạ thế (MV/LV) tại các trạm phân phối, thay vì dùng tủ dao cắt tải – cầu chì, như minh họa ở hình 1:
 

(i) Rơle bảo vệ có thể phát hiện các sự cố giai đoạn phát sinh (chạm vòng dây, vòng dây chạm đất) trong MBA trước khi phát triển thành sự cố nghiêm trọng (ngắn mạch hai- hay ba-pha dòng lớn) để cầu chì có thể tác động.
 

(ii) Tủ máy cắt bảo vệ MBA tốt hơn đối với dòng xung kích, quá tải, các dòng sự cố bé…

 

Hình 1 – Bảo vệ MBA MV/LV hiệu quả với rơle tự cấp nguồn đơn giản.

 

Ngoài ra, rơle bảo vệ có thể phối hợp với các thiết bị bảo vệ thượng và hạ nguồn để bảo vệ chọn lọc, vốn là nhược điểm của bảo vệ dao cắt tải – cầu chì.

 

Tính ‘thông minh’ của các tủ điện phân phối cho lưới điện thông minh

 

Tính năng giám sát và điều khiển từ xa

 

Một trong những yêu cầu của lưới điện thông minh là hạ tầng lưới thông minh - khả năng truyền thông hai chiều của các thiết bị, tính năng giám sát và điều khiển từ xa để có thể vận hành lưới ngay tại trung tâm điều khiển (nhằm tối ưu phân bố tải, thay đổi đặc tính bảo vệ…) hay cấu hình lưới tự động theo các giải pháp tự động hóa lưới phân phối khi có sự cố. Vì vậy, cần quy hoạch / nâng cấp các trạm MV/LV bằng cách đưa vào tủ điện khả năng điều khiển từ xa trang bị động cơ sạc, cơ cấu truyền động và thiết bị điều khiển. 

 

Thiết bị kỹ thuật số và cảm biến công suất thấp tích hợp để nâng cao khả năng giám sát và điều khiển

 

Để giám sát và điều khiển lưới điện trong thời gian thực cần phải có nhiều cảm biến (thiết bị biến đổi tín hiệu dòng / áp cho bảo vệ và đo lường) và thiết bị đo; theo đó, nhiều cảm biến sẽ tăng cường mức độ quản lý hệ thống bảo vệ trong khi nhiều thiết bị đo sẽ tăng cường quản lý nguồn điện. Hiện nay, sự phát triển công nghệ chế tạo của các thiết bị đo lường và bảo vệ kỹ thuật số đã làm giảm tải đáng kể cho các biến áp đo lường. Hệ quả là các cảm biến dòng và cảm biến điện áp có thể thay thế các biến dòng và biến điện áp truyền thống. Do đó, sẽ hợp lý nếu đầu tư ngay ban đầu các tủ phân phối trung thế tích hợp thiết bị kỹ thuật số và cảm biến công suất thấp thay cho biến áp đo lường truyền thống để tối ưu hóa chi phí đầu tư. 

 

Để kết nối với trung tâm điều khiển, ngoài các chức năng điều khiển và giám sát trạng thái từ xa, các RTU chuyên dụng cho tủ hợp bộ trung thế phải đáp ứng yêu cầu của lưới điện thông minh như an ninh mạng, giám sát chất lượng điện năng, cho phép tích hợp với các yêu cầu giám sát phía hạ thế, giao diện với thiết bị cầm tay như điện thoại thông minh, máy tính bảng, v.v. Giải pháp RTU / nguồn phụ phải phù hợp để tích hợp trong tủ hợp bộ trung thế nhằm giải quyết thách thức về không gian lắp đặt các trạm phân phối công cộng của lưới điện trung thế.

 

Hình 2 giới thiệu thiết bị RTU thế hệ mới T300 của Schneider Electric minh họa những yêu cầu trên.

 

Hình 2 – RTU thế hệ mới Easergy T300 của Schneider Electric cho lưới phân phối trung thế.