Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 14499-3-3:2025 (hoàn toàn tương đương với tiêu chuẩn quốc tế IEC/TS 62933-3-3:2022) quy định về hoạch định và đánh giá tính năng của hệ thống lưu trữ điện năng (EES) - Phần 3-3: Yêu cầu bổ sung đối với các ứng dụng tiêu thụ nhiều năng lượng và nguồn điện dự phòng. Tiêu chuẩn này tập trung vào việc thiết lập các nguyên tắc kỹ thuật, quy trình xác định quy mô, vận hành, giám sát và bảo trì hệ thống EES trong các ứng dụng cắt đỉnh, giảm biến động tiêu thụ, hoạt động trong lưới điện cô lập và cung cấp nguồn điện dự phòng khẩn cấp.

Phạm vi và đối tượng áp dụng

Tiêu chuẩn này áp dụng đối với các tổ chức, cá nhân thực hiện thiết kế, chế tạo, lắp đặt, vận hành và đánh giá tính năng của hệ thống lưu trữ điện năng (EES). Đối tượng áp dụng đặc biệt hướng tới các hệ thống tích trữ năng lượng quy mô lớn, các hệ thống kết hợp với nguồn năng lượng phân tán (DER) và các hệ thống lưu trữ dựa trên công nghệ pin (BESS) phục vụ cho mục đích cung cấp điện dự phòng hoặc hỗ trợ vận hành lưới điện độc lập.

1. Hoạch định hệ thống EES trong ứng dụng cắt đỉnh và giảm biến động tiêu thụ

• Chu kỳ làm việc 1 lần sạc và 1 lần xả: Được thiết kế cho biểu đồ phụ tải có đỉnh vào buổi chiều với chu kỳ 24 giờ. Tổng thời gian sạc thường là 12 giờ trong giai đoạn thấp điểm bằng phương pháp sạc dòng không đổi - điện áp không đổi để đưa hệ thống đạt trạng thái sạc (SOC) tối đa. Giai đoạn cao điểm (chế độ xả) thực hiện xả công suất không đổi đến mức SOC tối thiểu do nhà điều hành quy định. Giai đoạn nhàn rỗi (chờ) cho phép hệ thống không sạc/xả cho tải ngoài nhưng vẫn duy trì các tải nội bộ (như hệ thống điều hòa, thông gió) theo chỉ dẫn của nhà sản xuất.
• Chu kỳ làm việc 2 lần sạc và 2 lần xả: Áp dụng cho biểu đồ phụ tải có hai đỉnh (sáng và tối) trong chu kỳ 24 giờ, với tổng thời gian sạc là 13 giờ và tổng thời gian xả là 8 giờ. Cấu hình này giúp tối ưu hóa dung lượng và nâng cao hiệu quả kinh tế nhưng cần lưu ý khoảng thời gian chờ giữa các lần sạc/xả liên tiếp để tránh làm giảm tuổi thọ pin do ảnh hưởng nhiệt độ tế bào.
• Quy trình xác định quy mô và hoạch định: Việc hoạch định phải dựa trên ảnh hưởng của công nghệ lưu trữ, công suất sạc/xả, dung lượng lưu trữ, chiến lược điều khiển và đặc tính tuổi thọ của pin. Quy mô ban đầu của hệ thống tích trữ thường được cấu hình từ 5% đến 20% công suất của máy biến áp kết nối giữa hệ thống EES và lưới điện trước khi tính toán chi tiết.
• Vận hành và điều khiển sạc/xả: Hệ thống quản lý năng lượng (EMS) xác định trạng thái làm việc bằng cách dự báo nhu cầu phụ tải và tính toán công suất sạc/xả. Quá trình kiểm soát phải tuân thủ nghiêm ngặt các giới hạn vận hành: khi SOC đạt ngưỡng tối đa hoặc tối thiểu cấu hình, công suất đầu vào/đầu ra phải được đưa về không; khi dòng điện hoặc công suất vượt ngưỡng tối đa, hệ thống phải ngăn chặn sự gia tăng thêm để bảo vệ thiết bị.

2. Ứng dụng trong hệ thống lưới điện cô lập (Lưới điện độc lập)

• Mục đích chức năng: Trong lưới điện cô lập, hệ thống EES đóng vai trò cung cấp, lưu trữ điện năng, đồng thời phối hợp với các nguồn phát điện phụ trợ để kiểm soát và hỗ trợ ổn định điện áp cũng như tần số của lưới điện.
• Cấu trúc hệ thống kết hợp nguồn năng lượng phân tán (DER): Hệ thống EES thường được kết nối chung thanh cái AC với các nguồn DER (như điện mặt trời PV, tuabin gió) và máy phát điện truyền thống. Hệ thống EMS sẽ điều phối hoạt động: khi sản lượng từ DER thấp hơn tải, EMS sẽ điều khiển hệ thống EES xả điện hoặc khởi động máy phát điện dự phòng để bù đắp thiếu hụt.
• Bảo vệ ngắn mạch và dòng sự cố: Một lưu ý quan trọng trong lưới điện cô lập là dòng ngắn mạch tạo ra bởi các bộ chuyển đổi điện tử thường bị giới hạn ở mức tương đương dòng danh định. Do đó, hệ thống bảo vệ cần được thiết kế đặc biệt để đảm bảo phát hiện sự cố và tác động ngắt thiết bị bảo vệ (như áptômát) kịp thời.
• Xác định quy mô và chiến lược điều khiển: Quá trình hoạch định yêu cầu khảo sát kỹ lưỡng địa điểm, biểu đồ phụ tải, khả năng tự khởi động (black start), dải chấp nhận của điện áp/tần số và tốc độ thay đổi tần số tối đa. Có ba chiến lược điều khiển chính được áp dụng: điều khiển tập trung (chủ - tớ), điều khiển phân tán (giao tiếp giữa các bộ điều khiển độc lập) và điều khiển tự động (không cần giao tiếp).
• Mất cân bằng tải: Lưới điện cô lập dễ bị mất cân bằng tải nghiêm trọng giữa các pha, gây ra dòng điện thứ tự nghịch làm hỏng thiết bị quay ba pha. Hệ thống cần sử dụng rơ le dòng thứ tự nghịch để bảo vệ và thực hiện phân đoạn, điều chỉnh cấu hình tải phù hợp.

3. Cung cấp điện dự phòng và hỗ trợ khẩn cấp

• Mục đích và cấu trúc tích hợp: Hệ thống EES được sử dụng để thay thế hoặc hỗ trợ song song với máy phát điện diesel truyền thống nhằm cấp điện cho các tải khẩn cấp khi mất điện lưới. Để tối ưu hóa chi phí, hệ thống EES nên được thiết kế để vừa thực hiện chức năng riêng (như cắt đỉnh khi nối lưới) vừa sẵn sàng chuyển sang chế độ dự phòng khi có sự cố lưới.
• Yêu cầu chuyển mạch và đồng bộ: Đối với các tải quan trọng không chấp nhận gián đoạn điện quá vài chu kỳ, việc chuyển đổi nguồn từ lưới sang EES phải sử dụng thiết bị chuyển mạch tĩnh với thời gian chuyển đổi cực nhanh (dưới 20 ms). Khi lưới điện khôi phục, hệ thống EES phải đồng bộ hóa điện áp và tần số của mình với lưới trước khi thực hiện chuyển tải trở lại lưới.
• Xác định quy mô và thời gian hoạt động tối thiểu của tải khẩn cấp: Dung lượng hệ thống EES phải được bảo toàn một lượng tối thiểu (SOC dự phòng) để đáp ứng thời gian hoạt động của các thiết bị khẩn cấp và phòng cháy chữa cháy theo quy định địa phương, cụ thể:
  • Thiết bị cứu hỏa trong nhà, thiết bị phun nước chữa cháy, thiết bị chữa cháy loại bọt/phun sương, thiết bị thông gió, thiết bị ổ cắm điện khẩn cấp, cửa chớp chống cháy: Tối thiểu 20 phút.
  • Đèn chiếu sáng khẩn cấp, bơm thoát nước khẩn cấp: Tối thiểu 30 phút.
  • Thang máy khẩn cấp: Tối thiểu 120 phút.
• Ước tính công suất và dung lượng: Khi thiết kế, cần tính đến dòng khởi động lớn (dòng inrush) của các động cơ trong tải khẩn cấp để xác định trình tự khởi động tối ưu. Dung lượng tính toán của hệ thống tích trữ phải khấu trừ tốc độ xuống cấp hàng năm, tổn thất chuyển đổi năng lượng, phạm vi hoạt động SOC và điện năng tiêu thụ của hệ thống phụ trợ (HVAC, nguồn điều khiển).
• Kết nối theo cấp điện áp:
  • Đối với thiết bị hạ áp (≤ 1 kV): Cần lắp đặt thiết bị đóng cắt tách lọc tải khẩn cấp và đảm bảo nối đất dây trung tính trong thời gian vận hành độc lập.
  • Đối với thiết bị trung/cao áp (> 1 kV): Hệ thống EES cấp điện qua máy biến áp trung gian, phối hợp ngắt kết nối các tải không cần thiết trước khi cấp điện cho tải khẩn cấp và sử dụng bộ chuyển đổi mạch để tách biệt đường dây.

4. Các yêu cầu phụ thuộc công nghệ đối với sơ đồ liên kết lưới (Phụ lục A)

Tiêu chuẩn phân tích ưu và nhược điểm của bốn sơ đồ liên kết lưới điện chính:

• Sơ đồ nối đất Y-Δ (GY-Δ):
  • Ưu điểm: Nguyên tắc bảo vệ rõ ràng; ngăn sóng hài bậc ba từ EES truyền vào lưới; dễ dàng phát hiện hoạt động đảo cực của hệ thống.
  • Nhược điểm: Sóng hài bậc ba từ lưới có thể truyền ngược vào máy biến áp gây quá nhiệt; máy biến áp dễ bị hỏng do ngắn mạch khi xảy ra sự cố phía lưới.
• Sơ đồ nối đất Y-nối đất Y (GY-GY):
  • Ưu điểm: Thuận lợi cho thiết kế cách điện của máy biến áp; cho phép dùng rơ le điện áp thấp để giám sát phía cao áp.
  • Nhược điểm: Hiện tượng mất cân bằng pha và sóng hài bậc ba từ lưới dễ lan truyền vào mạng phân phối cục bộ; EES dễ trở thành nguồn dòng sự cố nếu phối hợp bảo vệ không chuẩn xác.
• Sơ đồ Δ-nối đất Y (Δ-GY):
  • Ưu điểm: Sóng hài bậc ba từ EES không truyền vào lưới; EES không trực tiếp cung cấp dòng sự cố khi xảy ra chạm đất phía lưới; hạn chế sự cố chạm đất một pha lan rộng.
  • Nhược điểm: Khó phát hiện sự cố chạm đất phía lưới; có thể xảy ra quá dòng do sóng hài bậc ba tùy thuộc vào trạng thái nối đất điểm trung tính.
• Sơ đồ liên kết trực tiếp không qua máy biến áp:
  • Ưu điểm: Chi phí lắp đặt thấp; dễ quản lý thiết bị; hiệu suất năng lượng cao do không có tổn thất trên máy biến áp; có thể không cần máy biến điện áp (VT).
  • Nhược điểm: Sóng hài dễ truyền trực tiếp vào lưới; hệ thống dễ bị tổn thương bởi sét và dòng sự cố từ lưới; khả năng mở rộng công suất bị hạn chế.

5. Yêu cầu kỹ thuật cụ thể cho hệ thống EES dựa trên pin (Phụ lục B)

• Hệ thống quản lý pin (BMS): Phải thực hiện đầy đủ các chức năng đo lường (dòng điện, điện áp, nhiệt độ ở các cấp tế bào, mô-đun và toàn hệ thống); chức năng tính toán (ước tính SOC, SOH); chức năng điều khiển (cân bằng SOC vật lý giữa các cell, điều khiển dòng điện rack-to-rack, kiểm soát nhiệt độ và trạng thái bất thường); và chức năng giao tiếp theo các giao thức tiêu chuẩn.
• Hệ thống quản lý công suất (PMS): Thực hiện đo lường các thông số của bộ chuyển đổi công suất (PCS) và BMS; điều khiển sạc/xả dựa trên điện áp/dòng điện; bảo vệ quá áp, sụt áp, quá dòng, tần số thấp; ghi lại dữ liệu cảnh báo/sự cố phục vụ điều tra nguyên nhân; và giám sát chế độ hoạt động, công suất tác dụng/phản kháng.
• Giao diện truyền thông và mô hình dữ liệu: PMS phải thu thập định kỳ các dữ liệu quản lý, dữ liệu hoạt động từ cả BMS và PCS (bao gồm điện áp DC Link, điện áp/dòng điện/tần số pha lưới, hệ số công suất) để đưa ra các lệnh điều khiển chính xác như thay đổi chế độ hoạt động, điều khiển dòng/áp/công suất không đổi.