PSAT hệ thống IEEE 6 bus

Sử dụng PSAT mô phỏng hệ thống IEEE 6 nút

GVHD: Trần Minh Quyến

MỤC LỤC
MỤC LỤC................................................................................................................ii
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU MATLAB VÀ PHẦN MỀM PSAT...............................1
1.1 Giới thiệu chương trình MATLAB..................................................................1
1.1.1 Giới thiệu..................................................................................................1
1.1.2 Các phím chức năng đặc biệt và các lệnh dùng cho hệ thống...................4
1.1.3 Biến trong Matlab.....................................................................................4
1.1.4 Các dạng file được sữ dụng trong Matlab:................................................5
1.1.4.1: Script file (M-files):..........................................................................5
1.1.4.2 Files dữ liệu:......................................................................................6
1.2 Giới thiệu PSAT...............................................................................................7
1.2.1 Cài đặt PSAT............................................................................................7
1.2.2 Tổng quan.................................................................................................8
1.2.3 Các tập lệnh PSAT....................................................................................9
1.2.3.1

Các khái niệm cơ bản......................................................................9

1.2.3.2

Các tùy chọn cơ bản......................................................................11

CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT BẢO VỆ HỆ THỐNG ĐIỆN.......................................13
2.1 Nhiệm vụ của bảo vệ.....................................................................................13
2.2 Các yêu cầu cơ bản đối với hệ thống bảo vệ..................................................14
2.2.1 Yêu cầu đối với bảo vệ chống ngắn mạch...............................................14
2.2.2 Yêu cầu đối với bảo vệ chống các chế độ làm việc không bình thường..16

2.3 Các yêu cầu của bảo vệ..................................................................................17
2.3.1 Độ tin cậy...............................................................................................17
2.3.2 Tính chọn lọc..........................................................................................17
2.3.3 Tính tác động nhanh...............................................................................18
1


Sử dụng PSAT mô phỏng hệ thống IEEE 6 nút

GVHD: Trần Minh Quyến

2.3.4 Độ nhạy...................................................................................................19
2.3.5 Tính kinh tế.............................................................................................19
2.4 Sơ đồ tổng quan chung của hệ thống bảo vệ rơ le trong H.T.Đ......................20
2.5 Ổn định điện áp.............................................................................................23
2.5.1 Khái niệm ổn định điện áp......................................................................23
2.5.2 Mối quan hệ P-U-Q:...............................................................................23
2.6 Hệ thống IEEE 6 bus.....................................................................................28
CHƯƠNG 3: KHAI BÁO SƠ ĐỒ KHỐI TRONG PSAT VÀ MÔ PHỎNG...........30
3.1 Sơ đồ hệ thống IEEE 6 bus trên simulink......................................................30
3.2 Phân tích hệ thống điện IEEE 6 nút ở chế độ xác lập:..................................34
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................iv

2


Sử dụng PSAT mô phỏng hệ thống IEEE 6 nút

GVHD: Trần Minh Quyến

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU MATLAB VÀ PHẦN MỀM
PSAT
1.1 Giới thiệu chương trình MATLAB
1.1.1 Giới thiệu
Chương trình matlab là chương trình viết cho máy tính PC nhằm hổ trợ cho
các tính toán khoa học kỹ thuật với các phần tử cơ bản là ma trận trên máy tính cá
nhân do công ty “THE MATHWORKS” viết ra:
Thuật ngữ Matlab có được là do 2 từ MAXTRIX và LABORATORY ghép lại.
Chương trình này được sữ dụng nhiều trong nghiêm cứu các vấn đề tính toán của
các bài toán kỹ thuật như: Lý thuyết điều khiển tự động kỹ thuật thống kê xác suất,
xữ lý các tín hiệu, phân tích dữ liệu, dự báo chuỗi quan sát…
Matlab được điều khiển bởi các tập lệnh tác động qua bàn phím. Nó cũng cho
phép khả năng lập trình với cú pháp thông dịch lệnh còn được gọi là script file. Các
lệnh hay bộ lệnh của Matlab lên đến số hàng trăm và ngày càng được mở rộng bởi
phần TOOLS BOX hay thông qua các hàm ứng dụng được xây dựng từ người sữ
dụng. Matlab có hơn 25 TOOLS BOX SIMULINK là phần mở rộng của Matlab sữ
dụng để mô phỏng các hệ thống động học một cách nhanh chóng và tiện lợi .
Matlab 3.5 trở xuống hoạt động trong môi trường MS-DOS. Các thế hệ mới
hoạt động trong môi trường window
Chương trình Matlab có thể chạy lien kết với các chương trình ngôn ngữ cấp
cao như: C,C++,Fortran,… Việc cày đặt Matlab thật dễ dàng và ta cần chú ý việc
dùng them vào các thư viện trợ giúp hay muốn liên kết phần mềm này với 1 vài
ngôn ngữ cấp cao.
Còn các version Matlab khác thì làm việc với hệ điều hành UNIX

1
Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi


Sử dụng PSAT mô phỏng hệ thống IEEE 6 nút

GVHD: Trần Minh Quyến

Hình 1.1: Khởi động Matlab từ môi trường Window

Hình 1.2: giao diện biểu tượng của Matlab
Việc khởi động Matlab trên mỗi hệ thống khác nhau. Trong môi trường
window hay macintosh chương trình đều được khởi động thông qua việc nhấp chuột
trên các icon hay còn gọi là biểu tượng. còn với môi trường Unix, MS-DOS việc
khởi động thông qua dòng lệnh :\ Matlab enter
2
Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi


Sử dụng PSAT mô phỏng hệ thống IEEE 6 nút

GVHD: Trần Minh Quyến

Giao diện của Matlab sử dụng 2 cửa sổ: cửa sổ lệnh và cửa sổ đồ thị

Hình 1.3: giao diện cửa sổ lệnh của Matlab khi khởi động xong
Cửa sổ lệnh dùng để đưa lệnh và dữ liệu vào đồng thời in ra kết quả. Cửa sổ
đồ thị trợ giúp cho việc truy xuất đồ họa để hiển thị những lệnh hay kết quả đầu ra
dưới dạng đồ họa

Hình 1.4: giao diện cửa sổ đồ thị của Matlab
Việc ngắt chương trình đang thực hiện hoặc các chương trình không đúng theo
yêu cầu đều được thông qua phím nóng Ctrl + C

3

Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi


Sử dụng PSAT mô phỏng hệ thống IEEE 6 nút

GVHD: Trần Minh Quyến

Để thoát ra chương trình Matlab có thể dùng lệnh : >>exit enter hoặc >>quit
enter hoặc từ menu thả xuống hoặc nhấn vào trên góc phải màn hình cửa sổ chính
Matlab
Matlab được điều khiển bằng những câu lệnh được kết hợp theo một trật tự
nhất định và gọi đó là chương trình. Chương trình chứa nhiều câu lệnh và hàm chức
năng để giải quyết những bài toán lớn hơn
Các câu lệnh trong Matlab rất mạnh và có những vấn đề chỉ cần một câu lệnh
là đủ giải quyết bài toán. Mô phỏng trong Matlab sẽ cho ta hình ảnh tọa độ không
gian 2 chiều(2D) và 3 chiều(3D)
1.1.2 Các phím chức năng đặc biệt và các lệnh dùng cho hệ
thống

Các lệnh hệ thống:
Các lệnh trên cũng như sau này được viết từ cửa sổ lệnh của Matlab
1.1.3 Biến trong Matlab
Tên các biến trong Matlab có thể dài 32 ký tự bao gồm các chữ cái và số cũng
như một vài ký tự đăc biệt nhưng luôn phải bắt đầu bằng chữ cái. Tên các hàm được
đặt cũng có thể sữ dụng làm tên của biến với các điều kiện hàm này sẽ không sữ
dụng trong suốt quá trình tồn tại của biến cho đến khi có lệnh clear xóa các biến
trong bộ nhớ hay clear + tên của biến
Bình thường Matlab có sự phân biệt các biến tạo bởi chữ cái thường và chữ
cái hoa. Các lệnh trong Matlab nói chung thường sữ dụng chữ cái thường việc phân
4

Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi


Sử dụng PSAT mô phỏng hệ thống IEEE 6 nút

GVHD: Trần Minh Quyến

biệt đó có thể được bỏ qua nếu chúng ta thực hiện lệnh. >>casensen off % bỏ thuộc
tính phân biệt chữ hoa và chữ thường
Việc kiểm tra sự tồn tại của các biển trong bộ nhớ thông bộ qua lệnh:

Độ lớn hay chiều dài của biến vector cũng như ma trận có thể được xác định thông
qua một số hàm có sẳn của Matlab

5
Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi


Sử dụng PSAT mô phỏng hệ thống IEEE 6 nút

GVHD: Trần Minh Quyến

1.1.4 Các dạng file được sữ dụng trong Matlab:
1.1.4.1: Script file (M-files):
Các chương trình do người sữ dụng soạn thảo ra được lưu trữ trong các file có
phần mở rộng là *.m.file dạng này còn được gọi là script file. File được dưới dạng
ký tự ASCII và có thể sữ dụng trong các phần soạn thảo nói chung để tạo nó.
Ta có thể chạy các file giống như các lệnh thủ tục cac Matlab. Tức là gõ tên
file không cần có phần mở rộng sau đó enter. Khi sữ dụng nội dung của file không
được hiển thị trên màng hình

Trong các Simulink sơ đồ mô phỏng cũng được lưu dưới dạng *.m nhưng
được gọi là S-function
Một số lệnh hệ thống tương tác với *.m file thường gặp

Đối với các Simulink phức hợp ta không nên khai báo trực tiếp cho từng khói
cụ thể mà ta nên tập hợp chúng lại trong một sript file. Bằng cách ấy mọi công việc
khai báo hay thay đỗi thông số đều có thể được thực hiện rất rõ ràng và khó nhằm
lẫn
Đễ làm được như vậy thay gì viết giá trị cụ thể ta có thể viết tên các biến. Các
biến đó có thể gán giá trị cụ thể sau này trong khuôn khổ script file trước khi bắt
đầu mô phỏng ta gọi cript file ta nạp các biến vào workspace của Matlab. Nhờ vậy
trong quá trình mô phỏng Simulink có thể truy cập và sữ dụng các biến đã nạp.
1.1.4.2 Files dữ liệu:
Các ma trận biễu diển thông tin được lưu trữ trong các file dữ liệu. Matlab
phân biệt 2 loại file dữ liệu khác nhau Mat-file và ASCII-file
Mat-file lưu dữ liệu ở dạng số nhị phân còn các ASCII-file lưu dữ liệu ở dưới
dạng các ký tự. Mat-file thích hợp cho dữ liệu được tạo ra hoặc được sữ dụng bởi

6
Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi


Sử dụng PSAT mô phỏng hệ thống IEEE 6 nút

GVHD: Trần Minh Quyến

chương trình Matlab. ASCII-file được sữ dụng khi các dữ liệu được chia sẽ(exportimport) với các chương trình của Matlab
ASCII-file có thể được tạo ra bới các chương trình soạn thảo nói chung hay
các chương trình soạn thảo máy. Nó có thể được tạo ra bởi chương trình Matlab
bằng cách sữ dụng câu lệnh sau đây:

>>save<tên file>.dat<tên ma trận>./ascii;

1.2 Giới thiệu PSAT
1.2.1 Cài đặt PSAT
Bước 1: Vào link để tải PSAT

Chọn phiên bản muốn cài đặt sau đó tải về
Bước 2: Giải nén file zip vừa tải về
Bước 3: Di chuyển file psat vừa giải nén vào
C:\Program Files\MATLAB\R2017b\toolbox
Bước 4: Khởi động matlab và set path psat trong mục toolbox

7
Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi


Sử dụng PSAT mô phỏng hệ thống IEEE 6 nút

GVHD: Trần Minh Quyến

Chọn save => close
1.2.2 Tổng quan
PSAT là một hộp công cụ Matlab để phân tích và điều khiển hệ thống điện.
Các phiên bản dòng lệnh của PSAT cũng tương thích với Octave. PSAT bao gồm
sức mạnh lưu lượng, lưu lượng điện liên tục, lưu lượng điện tối ưu, phân tích ổn
định tín hiệu nhỏ và mô phỏng miền thời gian. Tất cả các hoạt động có thể được
đánh giá bằng đồ họa giao diện người dùng (GUI) và thư viện dựa trên Simulink
cung cấp một công cụ thân thiện với người dùng cho thiết kế mạng.

Hình 1.5 Giao điện khởi động PSAT

8
Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi


Sử dụng PSAT mô phỏng hệ thống IEEE 6 nút

GVHD: Trần Minh Quyến

Lõi PSAT là thói quen dòng điện, cũng quan tâm đến biến trạng thái khởi tạo.
Khi dòng điện đã được giải quyết, tĩnh và / hoặc động phân tích có thể được thực
hiện. Những thói quen này là:
1. Dòng điện liên tục;
2. Lưu lượng điện tối ưu;
3. Phân tích ổn định tín hiệu nhỏ;
4. Mô phỏng miền thời gian;
5. Vị trí đơn vị đo lường phasor (PMU).
Để thực hiện phân tích hệ thống điện chính xác, PSAT hỗ trợ nhiều mô hình
thành phần tĩnh và động, như sau:
Dữ liệu lưu lượng điện: Thanh cái, đường truyền và máy biến áp, bus chùng,
PV
máy phát điện, tải điện liên tục, và nhận shunt.
Dữ liệu CPF và OPF: Giới hạn và giá thầu cung cấp điện, dự trữ năng lượng
của máy phát điện, máy phát điện dữ liệu, và giá thầu và giới hạn nhu cầu điện.
1.2.3 Các tập lệnh PSAT
1.2.3.1Các khái niệm cơ bản
Đầu tiên, người ta cần thiết lập môi trường PSAT. Khởi chạy initpsat tập tin tập
lệnh, như sau:
>> initpsat
sẽ khởi tạo PSAT và hiển thị trên không gian làm việc Matlab:

9
Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi


Sử dụng PSAT mô phỏng hệ thống IEEE 6 nút

GVHD: Trần Minh Quyến

Các biến không gian làm việc hiện tại không bị xóa trong quá trình khởi tạo, vì
nó xảy ra khi khởi chạy GUI PSAT. Xóa không gian làm việc không thể là mong
muốn hành vi như phiên bản dòng lệnh của PSAT có thể được sử dụng từ bên trong
do người dùng xác định thói quen.
Tuy nhiên, hãy quan sát rằng tất cả các biến người dùng có cùng tên với một
Các biến toàn cầu PSAT sẽ được ghi đè.
Phạm vi của các biến toàn cục PSAT sẽ là phạm vi của không gian làm việc
hiện tại từ nơi initpsat được gọi. Nếu initpsat được gọi từ bên trong do người dùng
xác định Hàm, phạm vi sẽ là không gian làm việc của hàm và các biến toàn cục
PSAT sẽ không có sẵn trong không gian làm việc Matlab. Để đặt các biến toàn cục
PSAT trong không gian làm việc Matlab chung, initpsat phải được khởi chạy từ
Matlab dòng lệnh từ trong tệp script.
Khởi tạo các biến PSAT chỉ được yêu cầu một lần cho mỗi không gian làm
việc. Các bước sau đây là thiết lập tệp dữ liệu và khởi chạy một thói quen PSAT.
Những hoạt động có thể được thực hiện tuần tự hoặc cùng một lúc bằng chức năng
runpsat, như sau:
>> runpsat(datafile ,’data’)
>> runpsat(routine )
or
>> runpsat(datafile ,routine )
trong đó “datafile” là một chuỗi chứa tên tệp dữ liệu và “routine” là một
chuỗi chứa tên thông thường của thường trình sẽ được thực thi. Các tập tin dữ liệu

10
Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi


Sử dụng PSAT mô phỏng hệ thống IEEE 6 nút

GVHD: Trần Minh Quyến

có thể có thể là tệp tập lệnh PSAT hoặc mô hình Simulink của PSAT. Trong trường
hợp sau mở rộng .mdl là bắt buộc.
Sự khác biệt giữa hai phương thức là khi chỉ gọi thường trình tên tệp dữ liệu sẽ
không bị ghi đè. Phương pháp đầu tiên có thể được sử dụng nếu dữ liệu tập tin đang
nghiên cứu không thay đổi, trong khi người dùng muốn thực hiện một số khác nhau
phân tích, như sau:
>> runpsat(datafile ,’data’)
>> runpsat(routine1 )
>> runpsat(routine2 )
>> runpsat(routine3 )
Phương pháp thứ hai có thể được sử dụng nếu có một số tệp dữ liệu đang được
nghiên cứu:
>> runpsat(datafile1 ,routine )
>> runpsat(datafile2 ,routine )
>> runpsat(datafile3 ,routine )
Trong các lệnh trước, giả định rằng tệp dữ liệu nằm trong thư mục hiện tại (tức
là cái được trả về bởi hàm pwd). Để buộc PSAT sử dụng một thư mục khác với thư
mục hiện tại, các lệnh thay đổi như sau:
>> runpsat(datafile ,datapath ,’data’)
>> runpsat(routine )
Bảng 1.2: Tên thông thường cho việc sử dụng dòng lệnh
Tên

Ý nghĩa

pf

phân tích dòng điện

cpf

phân tích dòng điện liên tục

snb

phương pháp trực tiếp cho phân nhánh nút yên

lib

phương pháp trực tiếp cho các phân nhánh gây ra giới hạn

cpfatc

đánh giá ATC bằng phân tích CPF
11

Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi


Sử dụng PSAT mô phỏng hệ thống IEEE 6 nút

GVHD: Trần Minh Quyến

sensatc đánh giá ATC bằng phân tích độ nhạy
nlcont

Phân tích dự phòng N-1

opf

phân tích dòng điện tối ưu

sssa

phân tích ổn định tín hiệu nhỏ

td

mô phỏng miền thời gian

pmu

Vị trí PMU

gams

Phân tích OPF thông qua giao diện PSAT-GAM

uw

Phân tích CPF thông qua giao diện PSAT-UWPFLOW

Nếu không sử dụng PSAT nữa ta có thể dụng lệnh sau để đóng PSAT:
>> closespat
1.2.3.2 Các tùy chọn cơ bản
Hành vi mặc định của việc sử dụng dòng lệnh của PSAT có thể được điều
chỉnh bằng phương tiện cấu trúc clpsat, chứa một vài tùy chọn, như sau:
init: trạng thái khởi tạo dòng lệnh. Đó là 1 nếu PSAT đang chạy với hỗ trợ
GUI tiêu chuẩn, 0 nếu không. Giá trị của trường này không nên thay đổi bởi người
dùng và được khởi tạo khi khởi chạy PSAT.
mesg: trạng thái của tin nhắn PSAT. Nếu giá trị là 0, sẽ không có thông báo
nào được hiển thị trên không gian làm việc Matlab. Giá trị mặc định là 1. Tắt hiển
thị thông báo sẽ dẫn đến hoạt động nhanh hơn một chút.
refresh: nếu đúng (mặc định), buộc phải lặp lại dòng điện trước khi chạy phân
tích độc lập hơn về trạng thái dòng điện. Điều này ngụ ý rằng trường hợp cơ sở giải
pháp được sử dụng như là giải pháp ban đầu cho tất cả các thói quen.
refreshsim: nếu đúng, buộc phải tải lại mô hình Simulink trước khi chạy dòng
điện độc lập về trạng thái mô hình Simulink. Mặc định là sai vì trong sử dụng dòng
lệnh, người ta cho rằng người dùng không muốn hoặc không thể sử dụng giao diện
đồ họa Simulink.
readfile: nếu đúng, buộc phải đọc tệp dữ liệu trước khi chạy dòng điện. Nếu
giá trị là sai (mặc định), tệp dữ liệu không được tải lại (trừ khi nó đã được sửa đổi)
12
Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi


Sử dụng PSAT mô phỏng hệ thống IEEE 6 nút

GVHD: Trần Minh Quyến

và máy phát chậm, máy phát PV và dữ liệu tải PQ được khởi tạo lại bằng cách sử
dụng cánh đồng lưu trữ. Những dữ liệu này cần được tải lại vì chúng có thể được

sửa đổi trong quá trình tính toán PSAT.
showopf: nếu đúng, buộc phải hiển thị kết quả OPF trên đầu ra tiêu chuẩn.
Mặc định là sai.
pq2z: nếu đúng (mặc định), buộc phải chuyển tải PQ sang trở kháng không đổi
trước mô phỏng miền thời gian chạy
viewrep: nếu đúng, buộc phải hiển thị các tệp báo cáo khi được tạo. Mặc định
là sai, tức là các tập tin báo cáo được tạo ra âm thầm.

13
Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi


Sử dụng PSAT mô phỏng hệ thống IEEE 6 nút

GVHD: Trần Minh Quyến

CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT BẢO VỆ HỆ THỐNG ĐIỆN
2.1 Nhiệm vụ của bảo vệ
Trong quá trình vận hành hệ thống điện (HTĐ) có thể xuất hiện tình trạng sự
cố và chế độ làm việc không bình thường của các phần tử. Phần lớn các sự cố
thường kèm theo hiện tượng dòng điện tăng khá cao và điện áp giảm khá thấp. Các
thiết bị có dòng điện tăng cao chạy qua có thể bị đốt nóng quá mức cho phép và bị
hư hỏng khi điện áp bị giảm thấp, các hộ tiêu thụ không thể làm việc bình thường
mà tính ổn định của các máy phát làm việc song song và của toàn hệ thống bị giảm.
Các chế độ làm việc không bình thường cũng làm cho áp, dòng và tần số lệch khỏi
giới hạn cho phép và nếu để kéo dài tình trạng này có thể xuất hiện sự cố. Có thể
nói, sự cố làm rối loạn các hoạt động bình thường của HTĐ nói chung và của các hộ
tiêu thụ điện nói riêng.
Chế độ làm việc không bình thường có nguy cơ xuất hiện sự cố làm giảm tuổi
thọ của máy móc.

Muốn duy trì hoạt động bình thường của hệ thống và của các hộ tiêu thụ thì
khi xuất hiện sự cố cần phát hiện càng nhanh càng tốt chỗ sự cố để cách ly nó khỏi
phần tử không bị hư hỏng, có như vậy phần tử còn lại mới duy trì được hoạt động
bình thường, đồng thời giảm mức độ hư hại của phần bị sự cố. Như vậy, chỉ có các
thiết bị tự động bảo vệ (BV) mới có thể thực hiện tốt được yêu cầu nêu trên. Các
thiết bị này hợp thành hệ thống bảo vệ (HTBV).
Các mạng điện hiện đại không thể làm việc thiếu các HTBV, vì chúng theo
dõi liên tục tình trạng và chế độ làm việc của tất cả các phần tử của HTĐ.
Khi xuất hiện sự cố, BV phát hiện và cho tín hiệu đi cắt các phần tử hư hỏng
thông qua các máy cắt điện (MC). Khi xuất hiện chế độ làm việc không bình
thường, BV sẽ phát hiện và tùy thuộc theo yêu cầu có thể tác động để khôi phục chế
độ làm việc bình thường hoặc báo tín hiệu cho nhân viên trực.
Hệ thống bảo vệ là tổ hợp của các phần tử cơ bản là các rơle , nên còn gọi là
bảo vệ rơ le

14
Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi


Sử dụng PSAT mô phỏng hệ thống IEEE 6 nút

GVHD: Trần Minh Quyến

2.2 Các yêu cầu cơ bản đối với hệ thống bảo vệ
2.2.1 Yêu cầu đối với bảo vệ chống ngắn mạch
 Tính chọn lọc
Khả năng của BV chỉ cắt phần hư hỏng khi NM được gọi là tính chọn lọc
Đối với ví dụ trên hình 1.1, yêu cầu này được thực hiện như sau: khi NM
(NM) tại điểm N1 , máy cắt MC3 là máy cắt ở gần chỗ sự cố nhất được cắt ra, nhờ
vậy các phụ tải không nối vào đường dây hư hỏng vẫn được nhận điện. Khi NM tại

điểm N2, đường dây sự cố II được cắt ra từ hai phía nhờ MC1 và MC2, còn đường
dây I vẫn làm việc, vì vậy toàn bộ các hộ tiêu thụ vẫn nhận được điện. Yêu cầu tác
động chọn lọc là yêu cầu cơ bản nhất để đảm bảo cung cấp điện an toàn cho các hộ
tiêu thụ. Nếu BV tác động không chọn lọc, sự cố có thể lan rộng.

Hình 2.1 Cắt phần tử bị hư hỏng khi NM trong mạng
 Tác động nhanh
Tính tác động nhanh của BV là yêu cầu quan trọng khi có NM bên trong của
thiết bị bảo vệ tác động càng nhanh thì:
- Đảm bảo tính ổn định làm việc song song của các máy phát trong hệ thống,
làm giảm ảnh hưởng của điện áp thấp lên các phụ tải
- Giảm tác hại dòng NM tới các thiết bị
15
Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi


Sử dụng PSAT mô phỏng hệ thống IEEE 6 nút

GVHD: Trần Minh Quyến

- Giảm xác suất dẫn đến hư hỏng nặng hơn
- Nâng cao hiệu quả thiết bị tự đóng lại.
Thời gian cắt hư hỏng t bao gồm thời gian tác động của (BV) t bv và thời gian
cắt của MC tMC:t =tbv+tMC
Đối với các HTĐ hiện đại, thời gian cắt NM lớn nhất cho phép theo yêu cầu
đảm bảo tính ổn định rất nhỏ.Ví dụ đối với đường dây tải điện 300÷500kV, cần phải
cắt sự cố trong vòng 0,1÷0,12 giây (s) sau khi NM xuất hiện, còn trong mạng 110
÷220kV thì trong vòng 0,15÷0,3s. Trong các mạng phân phối 6 ,10 ,15kV ở cách xa
nguồn thời gian cắt sự cố cho phép lên tới 1,5 ÷3s.Muốn cắt nhanh NM cần giảm
thời gian tác động của BV và MC. Hiện dùng phổ biến các MC có t MC=0,15÷0,06s.

Nếu cần cắt NM với thời gian t=0,12s bằng MC có t MC=0,08s thì thời gian tác động
của BV không được vượt quá 0,04s (hai chu kỳ). Bảo vệ có thời gian tác động dưới
0,1s được xếp vào loại tác động nhanh. Loại BV tác động nhanh hiệ n đại có
tBV=0,01÷0,04s.
Việc chế tạo BV vừa tác động chọn lọc,vừa nhanh là vấn đề khó.Các BV này
phức tạp và đắt. Để đơn giản, có thể thực hiện cắt nhanh NM không chọn lọc, sau
đó dung thiết bị tự đóng lại phần bị cắt không chọn lọc.
 Độ nhạy
Trên hình 1.1 ta thấy mỗi BV cần tác động khi sự cố xảy ra trong vùng BV của
mình (để bảo đảm vừa có BV chính và BV dự trữ tại chỗ). Ví dụ, BV1 và 2 cần tác
động khi NM xảy ra trong đoạn DE. Ngoài ra, nó còn cần tác động khi NM xảy ra
trong đoạn BC của BV3. Điều này cần thiết để dự phòng trường hợp NM trên đoạn
BC mà BV3 hoặc MC3 này không làm việc. Tác động của BV đối với đoạn kế tiếp
được gọi là dự phòng xa. Mỗi BV cần tác động không chỉ với trường hợp NM trực
tiếp mà cả khi NM qua điện trở trung gian của hồ quang. Ngoài ra, nó cần tác động
khi NM xảy ra trong lúc hệ thống làm việc ở chế độ cực tiểu (ở chế độ này một số
nguồn được cắt ra và do đó dòng NM có giá trị
Độ nhạy của BV thường được đánh giá bằng hệ số nhạy Knh. Đối với BV cực
đại tác động, đại lượng theo dõi tăng khi có hư hỏng (ví dụ quá dòng điện) thì knh
được xác định
16
Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi


Sử dụng PSAT mô phỏng hệ thống IEEE 6 nút

GVHD: Trần Minh Quyến

Knh =

Với:
INmin: dòng NM nhỏ nhất
: giá trị dòng nhỏ nhất mà dòng BV có thể tác động
Đối với BV cực tiểu tác động khi đại lượng theo dõi giảm khi hư hỏng (ví 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.
BV cần có độ nhạy sao cho nó tác động chắc chắn khi NM qua điện trở của hồ
quang ở cuối vùng được giao BV trong chế độ cực tiểu của hệ thống.
 Độ tin cậy
Độ tin cậy thể hiện yêu cầu BV phải tác động chắc chắn khi
NM xảy ra trong vùng được giao BV và không được tác động đối với
các chế độ mà nó không có nhiệm vụ tác động. Đây là yêu cầu rất
quan trọng. Một BV 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. Ví dụ, khi NM tại điểm N 2 trên
hình 2.1 mà BV không tác động cắt MC1 và MC2được thì các BV dự
phòng xa khác số cắt nguồn II MC4,MC5 và trạm B như vậy BV
không tin cậy, làm mất điện nhiều, gây thiệt hại kinh tế
Để BV có độ tin cậy cao cần dùng sơ đồ đơn giản, giảm số
lượng rơle và tiếp xúc, cấu tạo đơn giản, chế độ và lắp ráp đảm
bảo chất lượng, đồng thời kiểm tra thường xuyên trong quá trình
vận hành.
2.2.2 Yêu cầu đối với bảo vệ chống các chế độ làm việc
không bình thường
Tương tự BV chống NM, các BV này cũng cần tác động chọn lọc, nhạy và tin
cậy. Yêu cầu tác động nhanh không đề ra. Thời gian tác động của BV loại này cũng
được xác định theo tính chất và hậu quả của chế độ làm việc không bình thường.
17
Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi

Sử dụng PSAT mô phỏng hệ thống IEEE 6 nút

GVHD: Trần Minh Quyến

Thông thường các chế độ này xảy ra chốc lát và tự tiêu tan, ví dụ hiện tượng quá tải
ngắn hạn khi khởi động động cơ không đồng bộ. Trường hợp này nếu cắt ngay sẽ
làm phụ tải mất điện. Vì vậy, chỉ cần cắt thiết bị khi xuất hiện chế độ làm việc
không bình thường nếu có nguy cơ thực tế đối với thiết bị đó, nghĩa là sau khoảng
thời gian nhất định. Trong nhiều trường hợp, nhân viên vận hành có nhiệm vụ loại
trừ chế độ không bình thường và như vậy chỉ cần yêu cầu BV báo tín hiệu
2.3 Các yêu cầu của bảo vệ
2.3.1 Độ tin cậy
Đây là yêu cầu đảm bảo cho thiết bị bảo vệ làm việc đúng,chính xác, chắc
chắn. Cần phân biệt hai khái niệm sau: Độ tin cậy khi tác động: là mức độ chắc
chắn rơ le hoặc hệ thống bảo vệ rơ le sẽ tác động đúng. Nói cách khác, độ tin cậy
khi tác động là khả năng bảo vệ làm việc đúng khi có sự cố xảy ra trong phạm vi đã
được xác định trong nhiệm vụ bảo vệ . Độ tin cậy không tác động: là mức độ chắc
chắn rằng rơ le hoặc hệ thống rơ le sẽ không làm việc sai. Nói cách khác, độ tin cậy
không tác động là khả năng tránh làm việc nhầm ở chế độ vận hành bình thường
hoặc sự cố xảy ra ngoài phạm vi bảo vệ đã được qui định. Trên thực tế độ tin cậy tác
động có thể được kiểm tra tương đối dễ dàng bằng tính toán thực nghiệm, còn độ tin
cậy không tác động rất khó kiểm tra vì tập hợp những trạng thái vận hành và tình
huống bất thường có thể dẫn đến tác động sai của bảo vệ không thể lường trước
được. Để nâng cao độ tin cậy nên sử dụng rơ le và hệ thống rơ le có kết cấu đơn
giản,chắc chắn, đã được thử thách qua thực tế sử dụng và cũng cần tăng cường mức
độ dự phòng trong hệ thống bảo vệ. Qua số liệu thống kê vận hành cho thấy, hệ
thống bảo vệ trong các hệ thống điện hiện đại có xác suất làm việc tin cậy khoảng
(95 ÷ 99)%. Trong thực tế khi các H.T.Đ hoạt động có thể sau một thời gian rất dài
các phần tử trong H.T.Đ không bị sự cố các bảo vệ rơ le không hoạt động .Nhưng

khi có các sự cố xảy ra nhiều lần trong ngày thì các bảo vệ rơ le phải hoạt động
được ngay và chính xác.Đó chính là tính tin cậy của các bảo vệ rơ le trong H.T.Đ.
2.3.2 Tính chọn lọc
Là khả năng của bảo vệ rơ le có thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử bị sự
cố ra khỏi hệ thống điện mà không cắt hoặc loại bỏ các phần tử không bị hỏng hóc
18
Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi


Sử dụng PSAT mô phỏng hệ thống IEEE 6 nút

GVHD: Trần Minh Quyến

ra khỏi hệ thống điện khi nó đang làm việc bình thường. Ví dụ đối với mạng điện
cho ở ( Hình v ẽ 1-1 sau đây ).

Hình 2.2 Ví dụ về tính chọn lọc của bảo vệ rơ le
Khi ngắn mạch tại điểm N2, để bảo đảm tính chọn lọc thì bảo vệ cần phải cắt
các máy cắt 1 và 2 ở hai đầu đường dây bị hư hỏng và việc cung cấp điện cho trạm
B vẫn được duy trì. Theo nguyên lý làm việc, tính chọn lọc của các bảo vệ được
phân ra:
+Bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối: là những bảo vệ chỉ làm nhiệm vụ khi sự
cố xảy ra trong một phạm vi hoàn toàn xác định, không làm nhiệm vụ dự phòng cho
bảo vệ đặt ở các phần tử lân cận (ví dụ như bảo vệ so lệch dọc cho máy phát điện
hoặc máy biến áp (M.B.A).
+Bảo vệ có tính chọn lọc tương đối: ngoài nhiệm vụ bảo vệ chính cho đối
tượng được bảo vệ còn có thể thực hiện chức năng bảo vệ dự phòng cho phần tử lân
cận.
2.3.3 Tính tác động nhanh.
Tính tác động nhanh của bảo vệ rơ le là yêu cầu quan trọng vì việc cách ly

càng nhanh chóng phần tử bị ngắn mạch, sẽ càng hạn chế được mức độ phá hỏng
các thiết bị, càng giảm được thời gian sụt ápvà tần số(U,f) ở cácnơi tiêu thụ điện,
giảm xác suất dẫn đến hư hỏng nặnghơn và càng nâng cao khả năng duy trì ổn định
sự làm việc của các máy phát điện và toàn bộ H.T.Đ .
19
Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi


Sử dụng PSAT mô phỏng hệ thống IEEE 6 nút

GVHD: Trần Minh Quyến

Tuy nhiên khi kết hợp với yêu cầu chọn lọc, để thoả mãn yêu cầu tác động
nhanh cần phải sử dụng những loại bảo vệ phức tạp và đắt tiền. Vì vậy yêu cầu tác
động nhanh chỉ đề ra tuỳ thuộc vào những điều kiện cụ thể của H.T.Đ và tình trạng
làm việc của các phần tử được bảo vệ trong H.T. Đ . Bảo vệ rơ le được gọi là có tính
tác động nhanh (có tốc độ cao) nếu thời gian tác động không vượt quá 50ms (2,5
chu kỳ của dòng điện tần số 50 Hz). Bảo vệ rơ le được gọi là tác động tức thời nếu
không thông qua khâu tạo trễ ( tạo trễ thời gian) trong tác động của rơ le bảo vệ.
Hai khái niệm tác động nhanh và tác động tức thời được dùng thay thế lẫn
nhau để chỉ các rơ le hoặc bảo vệ có thời gian tác động không quá 50ms. Thời gian
cắt sự cố ( tc) gồm hai thành phần: thời gian tác động của bảo vệ ( t BV) và thời gian
tác động của máy cắt ( tMC) : Với H.T.Đ hiện đại, yêu cầu thời gian loại trừ sự cố rất
nhỏ ,để đảm bảo tính ổn định. Đối với các máy cắt điện có tốc độ cao hiện đại (t MC)
= (20 ÷ 60)ms từ (1 ÷ 3) chu kỳ của dòng điện có tần số 50 Hz. Những MC thông
thường có (t MC) ≤ 5 chu kỳ (khoảng 100ms ở 50 Hz).Vậy thời gian để loại trừ sự
cố tc khoảng từ (2 ÷ 8) chu kỳ ở tần số 50 Hz ( vào khoảng 40 ÷ 160ms) đối với bảo
vệ tác động nhanh. Đối với lưới điện phân phối thường dùng các bảo vệ có độ chọn
lọc tương đối, bảo vệ chính thông thường có thời gian cắt sự cố khoảng (0,2 ÷ 1,5)
giây, bảo vệ dự phòng khoảng (1,5 ÷ 2,0) giây.

2.3.4 Độ nhạy.
Độ nhạy: được đặc trưng cho khả năng “cảm nhận” sự cố của rơ le bảo vệ
hoặc hệ thống bảo vệ. Độ nhạy của bảo vệ được đặc trưng bằng hệ số độ nhạy (Kn)
là tỉ số của đại lượng vật lý đặt vào rơ le khi có sự cố với ngưỡng tác động của nó.
Sự sai khác giữa trị số của đại lượng vật lý đặt vào rơ le và ngưỡng tác động của nó
càng lớn, rơ le càng dễ cảm nhận sự xuất hiện của sự cố, nghĩa là rơ le tác động
càng nhạy.
Độ nhạy thực tế của bảo vệ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như : Chế độ làm việc
của H.T.Đ (mức độ huy động nguồn max hay min), cấu hình của lưới điện (các
đường dây làm việc song song, hay đơn lẻ ), dạng ngắn mạch(ba pha, một pha,…),
vị trí của điểm ngắn mạch (gần nguồn, hay xa nguồn) .Đối với các bảo vệ chính
thường yêu cầu, đòi hỏi phải có hệ số độ nhạy từ (1,5 ÷ 2,0) còn đối với bảo vệ dự
phòng hệ số độ nhạy từ (1,2 ÷ 1,5)
20
Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi


Sử dụng PSAT mô phỏng hệ thống IEEE 6 nút

GVHD: Trần Minh Quyến

2.3.5 Tính kinh tế
Các thiết bị bảo vệ được lắp đặt trong H.T.Đ không phải để làm việc thường
xuyên trong chế độ vận hành bình thường,mà ở chế độ luôn luôn sẵn sàng chờ đón
những bất thường và sự cố có thể xảy ra để có những tác động chuẩn xác. Đối với
các trang thiết bị điện cao áp và siêu cao áp,chi phí để mua sắm, lắp đặt thiết bị bảo
vệ thường chỉ chiếm một vài phần trăm giá trị của công trình. Vì vậy yêu cầu về
kinh tế không đề ra, mà bốn yêu cầu kỹ thuật trên đóng vai trò quyết định, vì nếu
không thoả mãn được các yêu cầu này sẽ dẫn đến hậu quả tai hại cho H.T.Đ.
Đối với lưới điện trung áp và hạ áp, số lượng các phần tử cần được bảo vệ rất

lớn, và yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ không cao bằng thiết bị bảo vệ ở các nhà máy
điện hoặc ở lưới điện truyền tải cao áp. Vì vậy cần phải cân nhắc tính kinh tế trong
lựa chọn thiết bị bảo vệ sao cho có thể đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật và có chi
phí thấp nhất trong quá trình xây dựng mới các nhà máy nhiệt điện ,thủy điện trên
toàn quốc.
2.4 Sơ đồ tổng quan chung của hệ thống bảo vệ rơ le trong H.T.Đ
Trong trường hợp tổng quát gồm, một hệ thống bảo vệ rơ le được mô tả trong
(Hình vẽ : 2.3) bao gồm các bộ phận chính như sau:

21
Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi


Sử dụng PSAT mô phỏng hệ thống IEEE 6 nút

GVHD: Trần Minh Quyến

Hình 2.3 Cấu trúc tổng quát của hệ thống bảo vệ rơ le trong HTĐ
1. Phần tử đo lường: gồm có các máy biến dòng điện (BI hoặc CT), máy biến
điện áp (BU hoặc VT), các thiết bị đo lường khác để làm nhiệm vụ đo lường các đại
lượng dòng điện, điện áp, tần số …Các tín hiệu sơ cấp và thứ cấp có thể được đưa
vào các bộ lọc các thành phần đối xứng, hoặc các thiết bị biến đổi AC/DC để đưa
tín hiệu vào hệ thống các rơ le bảo vệ .
2. Phần tử phân tích và so sánh logic: gồm có các rơ le có nhiệm vụ là phân
tích và so sánh các tín hiệu đưa vào với các giá trị khởi động cho trước để đánh giá
tình trạng làm việc của H.T.Đ là bình thường, không bình thường (quá tải,ngắn
mạch) hay là sự cố . Tương ứng với các tình trạng đó, rơ le sẽ gửi tín hiệu đến các
cơ cấu thực hiện để ngắt các đối tượng hoặc phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống điện.
Đối với mỗi nguyên tắc bảo vệ khác nhau thì sẽ có các loại rơ le bảo vệ với phương
pháp tính toán khác nhau.

3. Phần tử thực hiện : gồm có các rơ le trung gian, máy cắt (M.C) có nhiệm vụ
thực hiện việc báo tín hiệu, hoặc cắt máy cắt (M.C) để bảo vệ H.T.Đ trong các
trường hợp nó bị sự cố.
4. Hệ thống nguồn điện một chiều DC: có nhiệm vụ là cung cấp nguồn nuôi
cho hệ thống các rơ le bảo vệ , cuộn cắt của các máy cắt ( M.C), chuông,còi, đèn
báo động và các thiết bị trung gian khác trong H.T.Đ …
5. Kênh thông tin truyền tín hiệu dùng để điều khiển, phối hợp bảo vệ các thiết
bị phần tử trong H.T.Đ, cung cấp thông tin người vận hành khai thác,cung cấp cho
các máy in ghi dữ liệu…

22
Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi


Sử dụng PSAT mô phỏng hệ thống IEEE 6 nút

GVHD: Trần Minh Quyến

Hình 2.4: Ví dụ về một cấu trúc của hệ thống bảo vệ
Trong (Hình 2.4) tiếp điểm phụ MCF của máy cắt điện có khả năng cắt dòng
điện lớn để ngắt mạch dòng điện cung cấp cho cuộn cắt trước khi tiếp điểm của rơ
le trở về đảm bảo cho tiếp điểm của rơ le khỏi bị cháy vì phải ngắt dòng điện lớn.
CC : cuộn cắt
RL : rơ le
BU: Biến áp điện.
BI : Biến dòng điện
Các cầu chì bảo vệ.
Nguồn điện cung cấp 1 chiều : DC
 Ngoài ra trong các hệ thống bảo vệ rơ le của H.T.Đ ngoài hệ thống bảo vệ
rơ le chính (A)chúng ta còn có hệ thống bảo vệ dự phòng (B) để tăng độ tin cây cho

hệ thống bảo vệ.Trong thực tế thông thường trong các H.T.Đ tại các nhà máy,đường
dây truyền tải điện,thanh góp luôn luôn có 2 hệ thống bảo vệ rơ le chính và bảo vệ
rơ le dự phòng mắc song song với nhau

23
Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi