Tài liệu Tính toán phân tích độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện và đánh giá hiệu quả của các thiết bị phân đoạn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP PHẠM THỊ VƢƠNG TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA CÁC THIẾT BỊ PHÂN ĐOẠN Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số:60520202 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Thái Nguyên - 2014 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan những vấn đề được trình bày trong bản luận văn này là những nghiên cứu của riêng cá nhân tôi, có tham khảo một số tài liệu. Các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một bản luận văn nào khác. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nếu có sử dụng lại kết quả của người khác. Thái Nguyên, Ngày 20 tháng 05 năm 2014 Học viên Phạm Thị Vƣơng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật i MỤC LỤC Trang TRANG PHỤ BÌA……………………………………………………………........ LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................... MỤC LỤC ................................................................................................................... i DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ................................................. v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .............................................................................. vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ............................................................. vii MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 1.Mục đích nghiên cứu và lý do chọn đề tài ............................................................... 1 2. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi áp dụng............................................................. 1 2.1. Đối tượng nghiên cứu .......................................................................................... 1 2.2. Phạm vi áp dụng .................................................................................................. 2 2.3. Áp dụng cụ thể ..................................................................................................... 2 3. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài......................................................... 2 3.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài ................................................................................. 2 3.2. Tính thực tiễn của đề tài ...................................................................................... 2 4. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................ 2 5. Cấu trúc của luận văn.............................................................................................. 2 Chƣơng 1 .TỔNG QUAN CÁC CHỈ TIÊU TIN CẬY VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN NÓI CHUNG VÀ ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN NÓI RIÊNG ..................................... 4 1.1. Khái niệm chung về độ tin cậy của hệ thống điện ............................................... 4 1.1.1. Hệ thống điện và các phần tử............................................................................ 4 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 1.1.2. Độ tin cậy của các phần tử hệ thống cung cấp điện ............................................ 4 1.1.3. Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện ............................. 6 1.2. Các biện pháp nâng cao độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện............................ 9 1.2.1. Đặc điểm của hệ thống điện về mặt độ tin cậy ................................................... 9 1.2.2. Các biện pháp chung nâng cao độ tin cậy hệ thống điện .................................... 9 1.2.3. Các biện pháp thực hiện để nâng cao độ tin cậy hệ thống điện .......................... 9 1.2.4. Nghiên cứu biện pháp nâng cao ĐTC CCĐ trong phạm vi luận văn ............... 11 1.3. Tổng quan về các phương pháp tính toán độ tin cậy cung cấp điện .................... 11 1.3.1. Phương pháp không gian trạng thái .................................................................. 11 1.3.2. Phương pháp mô phỏng Monte - Carlo ............................................................ 11 1.3.3. Phương pháp đồ thị - giải tích .......................................................................... 12 1.3.4. Phương pháp cây hỏng hóc. .............................................................................. 12 Chƣơng 2. PHƢƠNG PHÁP ĐỒ THỊ - GIẢI TÍCH ĐỂ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN CỦA TỪNG NÚT PHỤ TẢI ................................ 14 2.1. Đặt vấn đề ............................................................................................................ 14 2.2. Mô hình bài toán và cơ sở phương pháp tính ...................................................... 15 2.2.1. Mô tả bài toán ................................................................................................... 15 2.2.2. Mô hình nguồn và phụ tải ................................................................................. 15 2.2.3 Mô hình sơ đồ lưới điện theo ĐTC ................................................................... 17 2.2.4. Các ma trận cấu trúc ......................................................................................... 18 2.2.4.1. Ma trận liên hệ giữa các khu vực F (nxn) ...................................................... 18 2.2.4.2. Ma trận đường nối D(nxn) ............................................................................. 18 2.2.4.3. Ma trận liên hệ giữa nguồn chính S với các khu vực khi có một khu vực bị sự cố As(nxn) ....................................................................................................... 19 2.2.4.4. Ma trận ảnh hưởng thiết bị phân đoạn C(i, j) và Rpd(i, j) .............................. 19 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 2.3. Tính toán độ tin cậy cung cấp điện ..................................................................... 21 2.3.1. Lưới điện hình tia không có nguồn dự phòng .................................................. 21 2.3.2. Lưới điện hình tia có nguồn dự phòng.............................................................. 22 2.4. Ví dụ ứng dụng tính toán độ tin cậy cung cấp điện ............................................. 24 2.4.1. Sơ đồ và số liệu ban đầu ................................................................................... 24 2.4.2. Tính toán độ tin cậy xét với các điều kiện khác nhau ...................................... 27 2.4.2.1. Tính toán ĐTC không xét tới nguồn dự phòng ............................................. 27 2.4.2.2. Tính toán ĐTC có xét tới các nguồn dự phòng ............................................. 31 2.5. Kết luận chương 2 ................................................................................................ 33 Chƣơng 3. TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN CHO CÁC PHỤ TẢI THUỘC LỘ 372 E6.8 THÁI NGUYÊN .......................................................................................................... 35 3.1. Đặc điểm tự nhiên, kinh tế xã hội ........................................................................ 35 3.1.1. Đặc điểm tự nhiên: ............................................................................................ 35 3.1.2. Đặc điểm kinh tế xã hội .................................................................................... 35 3.2. Đặc điểm lưới điện tỉnh Thái Nguyên ................................................................. 35 3.2.1. Đường dây 110kV: .......................................................................................... 35 3.2.2. Trạm 110kV ...................................................................................................... 37 3.2.3. Lưới trung áp: ................................................................................................... 38 3.3. Giới thiệu một số chương trình tính toán chế độ xác lập .................................... 41 3.3.1. Phần mềm PSS/ADEPT. ................................................................................... 41 3.3.2. Phần mềm PSS/E ( Power Sytem Simulato for Engineering) .......................... 41 3.3.3. Phần mềm CONUS: .......................................................................................... 42 3.3.4. Ứng dụng phần mềm CONUS tính toán chế độ xác lập lộ 372E6.8 ................ 43 3.3.4.1. Cơ sở tính toán ............................................................................................... 43 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 3.3.4.2. Các số liệu ban đầu (nhập vào chương trình CONUS) ................................. 43 3.3.4.3.Kết quả tính toán ............................................................................................. 51 3.4. Ứng dụng phương pháp đồ thị giải tích tính toán độ tin cậy cung cấp điện cho các phụ tải thuộc xuất tuyến 372E6.8. .......................................................................... 54 3.4.1. Cơ sở của phương pháp .................................................................................... 54 3.4.2.Các số liệu tính toán khác .................................................................................. 57 3.4.3. Tính toán độ tin cậy xét với các điều kiện khác nhau ...................................... 57 3.5. Nghiên cứu ảnh hưởng lựa chọn vị trí đặt TBPĐ ................................................ 70 3.5.1. Đặt vấn đề ......................................................................................................... 70 3.5.2.Các số liệu tính toán........................................................................................... 70 3.5.3. Tính toán độ tin cậy xét với các điều kiện khác nhau ...................................... 73 3.6. Kết luận chương 3 ................................................................................................ 85 KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU CCĐ : Cung cấp điện DCL : Dao cách ly DCLTĐ : Dao cách ly tự động ĐDSCA : Đường dây siêu cao áp ĐTC : Độ tin cậy ĐTCCCĐ : Độ tin cậy cung cấp điện HTĐ : Hệ thống điện HTCCĐ : Hệ thống cung cấp điện LĐPP : Lưới điện phân phối MC : Máy cắt NMĐ : Nhà máy điện TBA : Trạm biến áp TBĐC : Thiết bị đóng cắt TBPĐ : Thiết bị phân đoạn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1. Các mức phụ tải, thời gian xuất hiện các mức phụ tải................... 27 Bảng 2.2. Tổng hợp kết quả tính toán ĐTC cho các khu vực và HTCCĐ .... 31 Bảng 2.3. Tổng hợp kết quả tính toán ĐTC cho các khu vực và HTCCĐ .... 33 Bảng 3.1: Số liệu nút phụ tải .......................................................................... 43 Bảng 3.2: Số liệu nhánh ................................................................................. 46 Bảng 3.3: Số liệu máy biến áp ....................................................................... 49 Bảng 3.4. Điện áp các nút trên lưới 35 kV ..................................................... 51 Bảng 3.5. Điện áp các nút hạ áp 0,4 kV ......................................................... 52 Bảng 3.6.Thống kê dòng điện tính toán trên các nhánh ................................. 53 Bảng 3.7: Các mức phụ tải, thời gian xuất hiện các mức phụ tải .................. 56 Bảng 3.8. Tổng hợp kết quả tính toán ĐTC ................................................... 68 Bảng 3.9 : Các mức phụ tải, thời gian xuất hiện các mức phụ tải ................. 72 Bảng 3.10. Tổng hợp kết quả tính toán ĐTC ................................................. 84 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 2.1.Nguồn dự phòng trong lưới điện phân phối ..................................14 Hình 2.2. Sơ đồ HTCCĐ nghiên cứu ...........................................................15 Hình 2.3. Đồ thị phụ tải ngày theo thời gian ................................................16 Hình 2.4. Sơ đồ HTCCĐ với phân miền khu vực ........................................17 Hình 2.5. Sơ đồ HTCCĐ hình tia .................................................................21 Hình 2.6. Lưới điện điều khiển tự động có nguồn dự phòng .......................23 Hình 2.7. Sơ đồ HTCCĐ với phân miền khu vực ........................................25 Hình 2.8: Biểu đồ phụ tải các khu vực tính toán ..........................................26 Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý lộ 372E6.8 .........................................................40 Hình 3.2. Nhập số liệu nút ...........................................................................45 Hình 3.3. Nhập số liệu nhánh .......................................................................48 Hình 3.4. Nhập số liệu cho máy biến áp .....................................................50 Hình 3.5: Sơ đồ CCĐ với phân miền khu vực .............................................55 Hình 3.6. Biểu đồ phụ tải các khu vực tính toán ..........................................55 Hình 3.7: Sơ đồ CCĐ với phân miền khu vực .............................................70 Hình 3.8 .Biểu đồ phụ tải các khu vực tính toán ..........................................71 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỞ ĐẦU 1.Mục đích nghiên cứu và lý do chọn đề tài Trong giai đoạn công nghiệp hóa và hiện đại hoá đất nước ta hiện nay, nhu cầu điện năng trong tất cả các lĩnh vực công nghiệp, dịch vụ, sinh hoạt, nông nghiệp...luôn luôn không ngừng tăng lên và nó ngày càng đóng vai trò không thể thiếu trong nên kinh tế quốc dân. Nền kinh tế quốc dân ngày càng phát triển, tốc độ công nghiệp hóa tăng nhanh, do đó ngày càng đòi hỏi nhiều năng lượng điện. Điều đó đặt ra cho hệ thống cung cấp một nhiệm vụ khó khăn là vừa phải thỏa mãn lượng điện năng tiêu thụ, vừa phải đảm bảo các tiêu chuẩn chất lượng điện năng pháp định và độ tin cậy hợp lý. Đó là một nhiệm vụ hết sức khó khăn, trong đó việc nâng cao độ tin cậy ở lưới cung cấp điện có ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng điện năng và chỉ tiêu kinh tế của toàn bộ hệ thống cung cấp điện. Độ tin cậy cung cấp điện (ĐTC CCĐ) là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng điện năng. Nếu các chỉ tiêu về điện áp, tần số được đảm bảo nhưng điện năng không được cung cấp liên tục thì không những không đưa lại hiệu quả kinh tế mà còn gây thiệt hại, ảnh hướng lớn đến các hoạt động và an sinh xã hội. Chính vì vậy ngành điện cần phải có phương pháp tính toán thích hợp để đánh giá độ tin cậy cung cấp điện. Với đề tài: “Tính toán phân tích độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện và đánh giá hiệu quả của các thiết bị phân đoạn ” luận văn mong muốn đóng góp một phần nhỏ những tìm tòi nghiên cứu của mình vào việc tính toán đánh giá độ tin cậy cung cấp điện, nhằm đảm bảo yêu cầu sử dụng điện tin cậy cho từng hộ tiêu thụ điện. 2. Đối tƣợng nghiên cứu và phạm vi áp dụng 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu Nghiên cứu lưới điện phân phối (LĐPP) có sơ đồ phức tạp (hình tia, lưới kín vận hành hở), xét đến các nguồn dự phòng, các phương tiện đóng cắt tự động loại trừ sự cố Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 2.2. Phạm vi áp dụng Kết quả nghiên cứu nhằm áp dụng vào thực tế các LĐPP của Việt Nam. 2.3. Áp dụng cụ thể Dự kiến áp dụng phương pháp nghiên cứu tính toán với lộ 372E6.8 thuộc sơ đồ lưới điện của điện lực Thái nghuyên. 3. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài 3.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài - Luận văn đi sâu nghiên cứu, phát triển phương pháp đồ thị giải tích tính ĐTC CCĐ nhằm xét đến hiệu quả của các thiết bị đóng cắt tự động loại trừ nhanh sự cố, nâng cao độ tin cậy cho hệ thống. - Nghiên cứu, khai thác phần mềm CONUS để phân tích hiện trang LĐPP và đánh giá độ tin cậy cung cấp điện cho một số sơ đồ thực tế. 3.2. Tính thực tiễn của đề tài Các kết quả nghiên cứu trong đề tài có thể ứng dụng đối với việc đánh giá độ tin cậy cung cấp điện cho từng hộ cụ thể của lưới điện phân phối Thành Phố Thái Nguyên. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu - Kết hợp phương pháp nghiên cứu với tính toán kiểm tra cụ thể cho lưới điện thực tế. - Phương pháp giải tích kết hợp với phương pháp phân chia sơ đồ khu vực để tính toán. - So sánh định lượng hiệu quả nâng cao ĐTC CCĐ khi nâng cấp các dao cách li (DCL) thành DCL tự động hoặc máy cắt (MC), lưới có và không có nguồn dự phòng, từ đó đưa ra kết luận về hiệu quả các giải pháp nâng cao ĐTC cung cấp điện. 5. Cấu trúc của luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, luận văn gồm 3 chương: Chƣơng 1: Tổng quan các chỉ tiêu tin cậy và các phương pháp tính toán độ tin cậy của hệ thống điện nói chung và độ tin cậy cung cấp điện nói riêng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Chƣơng 2: Phương pháp đồ thị - giải tích để đánh giá độ tin cậy cung cấp điện của từng nút phụ tải. Chƣơng 3: Tính toán chế độ xác lập và đánh giá độ tin cậy cung cấp điện cho các phụ tải thuộc lộ 372E6.8 Thái Nguyên. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Chƣơng 1 TỔNG QUAN CÁC CHỈ TIÊU TIN CẬY VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN NÓI CHUNG VÀ ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN NÓI RIÊNG 1.1. Khái niệm chung về độ tin cậy của hệ thống điện 1.1.1. Hệ thống điện và các phần tử + Hệ thống nói chung: là tập hợp các phần tử tương tác trong một cấu trúc nhất định nhằm thực hiện một nhiệm vụ xác định, có sự điều khiển thống nhất trong hoạt động. Bản thân các phần tử có thể có cấu trúc phức tạp, nếu xét riêng nó là một hệ thống. + Hệ thống điện: là hệ thống trong đó các phần tử là đường dây tải điện, máy phát điện, máy biến áp, thiết bị đóng cắt…Nhiệm vụ của hệ thống điện là sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng đến các hộ tiêu thụ ( khách hàng ). Điện năng phải đảm bảo các tiêu chuẩn chất lượng điện năng pháp định và độ tin cậy hợp lý. +Phần tử: là các bộ phận tạo thành hệ thống mà trong một quá trình nhất định, được xem là một thực thể duy nhất không thể chia cắt được, đặc trưng bởi các thông số độ tin cậy chung, chỉ phụ thuộc các yếu tố bên ngoài chứ không phụ thuộc vào cấu trúc bên trong của phần tử. Vì bản thân phần tử cũng có thể có cấu trúc phức tạp, nếu xét riêng nó là một hệ thống. Ví dụ, máy phát là một hệ thống phức tạp nếu xét riêng, nhưng trong bài toán về độ tin cậy của hệ thống điện nó chỉ là một phần tử với các thông số như cường độ hỏng hóc, thời gian phục hồi không đổi… Ngoài ra người ta còn sử dụng khái niệm hệ thống cung cấp điện (HTCCĐ) để chỉ tập hợp các phần tử nằm trong sơ đồ phần lưới điện cung cấp cho phụ tải một khu vực. Khi đó lưới điện phân phối có thể hiểu là HTCCĐ địa phương. 1.1.2. Độ tin cậy của các phần tử hệ thống cung cấp điện Độ tin cậy là xác suất làm việc tốt của một thiết bị trong một chu kỳ dưới các điều kiện vận hành đã được thử nghiệm. Độ tin cậy cung cấp điện là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng điện năng. Một HTCCĐ, mặc dù có các chỉ tiêu về tần số , điện áp…được đảm bảo, nhưng điện năng không được cung cấp liên tục thì xẽ gây ra những thiệt hại to Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ lớn về kinh tế - xã hội. Chính vì vậy vấn đề độ tin cậy cung cấp điện cần phải được quan tâm đúng mức trong thiết kế cũng như vận hành và cần phải tìm được cách để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện ngày càng tốt hơn. Mặt khác độ tin cậy là chỉ tiêu then chốt trong sự phát triển kỹ thuật, đặc biệt là khi xuất hiện hệ thống phức tạp nhằm hoàn thành những chức năng quan trọng trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau. Các phần tử của lưới điện như là: đường dây, máy biến áp, thiết bị đóng cắt... mà độ tin cậy của chúng cùng cách thức ghép nối chúng trong sơ đồ quyết định độ tin cậy của lưới điện. Các phần tử của HTCCĐ trong vận hành đều có thể bị hỏng bất ngờ. Khả năng này được đặc trưng bởi cường độ hỏng hóc λ(t). Trong nghiên cứu ĐTC lưới điện, thay cho giá trị thực phụ thuộc thời gian, người ta thường dùng giá trị trung bình của λ và gọi là cường độ hỏng hóc trung bình của phần tử trong năm. Ta có: λ = 1 / Tlv (lần/năm), Trong đó, Tlv là thời gian trung bình của trạng thái làm việc tốt. Các phần tử hỏng hóc có thể được sửa chữa, phục hồi lại sự làm việc bình thường với hệ thống sau một thời gian. Khi đó phần tử được gọi là phần tử có phục hồi. Các phần tử của hệ thống điện là các phần tử có phục hồi. Khi bị hỏng, nó được sửa chữa sau đó lại tiếp tục vận hành. Gọi thời gian sửa chữa sự cố là T h, ta có cường độ phục hồi A như sau: A 1 Th Như vậy phần tử có phục hồi chỉ ngừng làm việc trong thời gian sửa chữa. Để thể hiện đặc tính này cần sử dụng một đại lượng mới và được gọi là độ sẵn sàng B. Ta có: B Tlv Tlv Th Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Độ sẵn sàng cũng chính là xác suất để phần tử ở trạng thái tốt, sẵn sàng phục vụ trong thời điểm bất kỳ t. Ngoài số lần ngừng làm việc do hỏng hóc, các phần tử lưới điện, trong năm còn phải cắt điện một số lần để làm công tác bảo quản, sửa chữa hoặc xây dựng ( cắt theo lịch ) và được đặc trưng bởi số lần ngừng điện trung bình năm λCT và thời gian trung bình 1 lần ngừng điện công tác TCT. 1.1.3. Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện Đối với HTĐ nói chung và HTCCĐ nói riêng, độ tin cậy được xác định bởi số lượng và thời gian xảy ra sự cố trong hệ thống. Các chỉ tiêu độ tin cậy lưới điện phân phối được đánh giá khi dùng 3 khái niệm cơ bản, đó là cường độ mất điện trung bình (do sự cố hoặc theo kế hoạch), thời gian mất điện (sửa chữa) trung bình t, thời gian mất điện hàng năm trung bình Tmđ của phụ tải. Tuy nhiên, những giá trị này không phải là giá trị quyết định mà là giá trị trung bình của phân phối xác suất, vì vậy chúng chỉ là những giá trị trung bình dài hạn. Mặc dù 3 chỉ tiêu trên là quan trọng, nhưng chúng không đại diện một cách toàn diện để thể hiện độ tin cậy của hệ thống. Do đó người ta đưa ra hàng loạt các chỉ tiêu khác nhau, liên quan đến các đại lượng cần quan tâm. - Tần suất ngừng cung cấp điện trung bình của hệ thống ( System average interruption frequency index - SAIFI) Chỉ số SAIFI cho biết thông tin về tần suất trung bình các lần mất điện duy trì trên mỗi khách hàng (KH) của một vùng cho trước, liên quan đến số lần mất điện của một khách hàng dùng điện trong một năm. Tổng số khách hàng bị mất điện = SAIFI = Tổng số khách hàng i .N i Ni SAIFI (Số lần/phụ tải.năm) Trong đó: i là cường độ mất điện Ni là số khách hàng ở nút phụ tải thứ i Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ - Thời gian mất điện trung bình của hệ thống ( System average interruption duration index – SAIDI). Chỉ tiêu này xác định thời gian mất điện trung bình của hệ thống trong một năm. Tổng thời gian mất điện của khách hàng SAIDI = = Tmdi .N i Ni Tổng số khách hàng SAIDI (giờ/phụ tải.năm) Trong đó: Tmdi là thời gian mất điện trung bình hàng năm. Ni là số khách hàng ở nút phụ tải thứ i. - Thời gian mất điện trung bình của khách hàng (Customer interruption duration index - CAIDI) Tổng thời gian mất điện của KH = CAIDI = Tmdi .N i Tổng số khách hàng bị mất điện i Ni Trong đó: Tmdi là thời gian mất điện trung bình hàng năm. Ni là số khách hàng ở nút phụ tải thứ i. i là cường độ mất điện Chỉ tiêu CAIDI cho biết thời gian mất điện trung bình trong một năm cho một khách hàng dùng điện. - Độ sẵn sàng cung cấp điện trung bình của hệ thống ( Average service availability index- ASAI ) Tổng thời gian KH được cấp điện Ni = ASAI = 8760 Ni Tổng thời gian KH có nhu cầu Tmdi N i 8760 + Độ không sẵn sàng cung cấp điện trung bình (Average service unavailability index- ASUI) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ASUI 1 ASAI Ti N i N i * 8760 Chỉ tiêu này xác định mức độ sẵn sàng hay độ tin cậy (không sẵn sàng) của hệ thống. Tùy theo mục đích của bài toán, có thể lựa chọn các chỉ tiêu để đánh giá ĐTCCCĐ cho phù hợp. Để đánh giá độ tin cậy của HTCCĐ trong quản lí vận hành cần quan tâm tới những chỉ tiêu chung, đặc trưng, thuận tiện áp dụng. Trong luận văn, lựa chọn các chỉ tiêu để đánh giá ĐTC lưới điện phân phối như sau: - Thời gian ngừng CCĐ cho các khách hàng trong năm (Tmđ) Ý nghĩa: là chỉ tiêu hướng tới phụ tải, chỉ thời gian mất điện trung bình của khách hàng trong năm, đơn vị tính h/năm (tương tự như CAIDI). + Thời gian mất điện trung bình hệ thống (SAIDI). + Độ sẵn sàng cung cấp điện trung bình hệ thống (ASAI) Các chỉ tiêu này giúp người lập quy hoạch, quản lí có thể đánh giá được độ tin cậy CCĐ cho các khách hàng và so sánh với yêu cầu. - Điện năng ngừng CCĐ ( Emđ) Điện năng ngừng CCĐ được xem xét cho khách hàng và của toàn HTCCĐ. + Điện năng ngừng CCĐ cho các khách hàng: Ý nghĩa: là chỉ số hướng tới phụ tải, chỉ điện năng bị mất do ngừng CCĐ đối với khách hàng, đơn vị tính kWh/năm. Chỉ tiêu này giúp người lập quy hoạch, quản lí có thể đánh giá được mức độ thiệt hại của các khách hàng do CCĐ kém tin cậy gây ra. + Điện năng ngừng CCĐ cho HTCCĐ: Ý nghĩa: là chỉ số hướng tới HTCCĐ, chỉ điện năng ngừng CCĐ của HTCCĐ trong năm, đơn vị tính kWh/năm. Chỉ tiêu này giúp người lập quy hoạch, quản lí có thể đánh giá chung được ĐTC của toàn HTCCĐ về phương diện thỏa mãn nhu cầu điện năng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 1.2. Các biện pháp nâng cao độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện 1.2.1. Đặc điểm của hệ thống điện về mặt độ tin cậy - HTĐ có nhiều phần tử, các phần tử rất đa dạng, có nhiều trạng thái làm việc và có thể phục hồi được. - Mối liên hệ giữa các phần tử trong HTĐ là phức tạp. - Hệ thống điện có nhiều trạng thái làm việc, mỗi trạng thái tương ứng với mức độ hoàn thành công việc khác nhau. - Hệ thống điện là hệ thống có dự phòng về: công suất, năng lượng sơ cấp, số phần tử và khả năng tải của chúng, sơ đồ nối dây. 1.2.2. Các biện pháp chung nâng cao độ tin cậy hệ thống điện - Sử dụng hợp lý các loại dự trữ: công suất máy biến áp, khả năng tải của lưới điện về phát nóng, dự trữ năng lượng sơ cấp, dự trữ công suất nguồn, về tổn thất điện áp, về ổn định tĩnh và ổn định động, dự trữ thiết bị thay thế. - Sử dụng các thiết bị bảo vệ, thiết bị điều khiển tự động và điều chỉnh chế độ ngày càng hoàn thiện. - Sử dụng các thiết bị điện có chất lượng cao, các thiết bị hiện đại, không phải bảo quản định kỳ, có khả năng điều khiển từ xa. - Tổ chức tốt hệ thống quản lý và vận hành. - Không ngừng nâng cao khả năng vận hành của các cán bộ, kỹ sư, công nhân vận hành. 1.2.3. Các biện pháp thực hiện để nâng cao độ tin cậy hệ thống điện a. Nâng cao năng lực thông qua một số phần tử yếu - Mỗi phần tử trong hệ thống điện đều có một khả năng truyền tải công suất nhất định, để nâng cao năng lực của hệ thống điện thì ta cần phải nâng cao năng lực phần tử yếu. - Nếu phần tử “yếu” ở trong hệ thống điện là máy biến áp chẳng hạn, ta có thể tăng khả năng truyền tải bằng cách nâng công suất của máy biến áp. Nếu đó là đường dây thì ta tăng khả năng truyền tải bằng cách tăng tiết diện dây dẫn hoặc mắc thêm lộ song song. Trường hợp phần tử “yếu” trong hệ thống điện là dao cách ly, aptomat hay máy cắt thì biện pháp nâng cao năng lực của các phần tử này là chọn các thiết bị có Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ dòng cho phép cao hơn… b. Hoàn thiện hệ thống quản lý Trình độ và kinh nghiệm của nhân viên vận hành rất ảnh hưởng đến độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện. Nếu trình độ tốt và có kinh nghiệm họ có thể sử lý sự cố rất nhanh. c. Tăng mức độ dự phòng về cấu trúc Để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, chẳng hạn theo chỉ tiêu giảm xác suất hỏng hóc của hệ thống để tạo ra độ dôi dư về cấu trúc. Hệ thống điện có thêm những phần tử gọi là hệ thống có dự phòng. d. Sử dụng các thiết bị tự động trong lưới điện Để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, đảm bảo cung cấp điện liên tục và an toàn người ta sử dụng một số các thiết bị tự động như: tự động điều chỉnh điện áp ,tự động đóng lại, tự động giảm tải sự cố theo tần số, tự động đóng dự trữ … Như vậy việc quyết định sử dụng các thiết bị tự động cần phải xem xét mọi khía cạnh của hệ thống điện và phải phối hợp với nhiều mặt như chọn sơ đồ nối dây, chọn thiết bị, hình thức bảo vệ, trình độ vận hành và khai thác các thiết bị tự động… + Sử dụng các thiết bị phân đoạn cách ly sự cố: Khi một phần tử bị sự cố, các thiết bị đóng cắt gần nhất sẽ tác động, cách ly phần tử bị sự cố, thực hiện các thao tác đổi nối và các phần tử còn lại không bị hỏng hóc có thể tiếp tục làm việc. + Tự động đóng dự phòng: Một trong những biện pháp để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện là đặt các phần tử dự phòng trong hệ thống điện. Để đưa phần tử dự phòng vào làm việc nhanh chóng và an toàn thường đặt các thiết bị tự động đóng dự phòng. Trong trường hợp này khi nguồn làm việc bị cắt ra thì thiết bị tự động đóng dự phòng sẽ đóng nguồn cung cấp dự phòng. + Tự động điều chỉnh điện áp: Điện áp là một trong hai chỉ tiêu cơ bản của chất lượng điện năng. Nếu đặt điện áp vào phụ tải không hoàn toàn đúng với điện áp định mức của phụ tải yêu cầu thì ít hay nhiều tình trạng làm việc của thiết bị sẽ trở nên không tốt, làm giảm tuổi thọ, tăng xác suất hỏng thiết bị, vì vậy tự động điều chỉnh điện áp là một biện pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ + Tự động đóng trở lại:Thực chất của tự đóng lại là khi một phần tử của hệ thống cung cấp điện bị tự động ngắt ra, sau một thời gian xác định nào đó được đóng trở lại vào điện áp (nếu như không bị cấm đóng trở lại) và nếu như nguyên nhân làm cho phần tử bị cắt ra không còn nữa thì phần tử có thể tiếp tục làm việc trở lại. 1.2.4. Nghiên cứu biện pháp nâng cao ĐTC CCĐ trong phạm vi luận văn Trong phạm vi luận văn, tác giả dùng biện pháp sử dụng thiết bị phân đoạn như dao cách ly hoặc máy cắt được xem xét nghiên cứu để nâng cao độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện. Đối với lưới điện phân phối hiện tại, các thiết bị đóng cắt được sử dụng phổ biến với mục đích cách ly sự cố, đảm bảo an toàn trong công tác vận hành, bảo dưỡng thay thế thiết bị, do đó việc bố trí thiết bị đóng cắt nhằm mục đích nâng cao độ tin cậy, giảm tổn thất điện năng do ngừng cung cấp điện sự cố hoặc ngừng điện công tác chưa được chú ý xem xét. 1.3. Tổng quan về các phƣơng pháp tính toán độ tin cậy cung cấp điện Tùy theo mục đích và phạm vi nghiên cứu, để tính toán ĐTC của HTĐ nói chung và độ tin cậy cung cấp điện nói riêng mà người ta đã đưa ra các phương pháp khác nhau. Có thể phân loại các phương pháp tính toán ĐTCCCĐ đó như sau: 1.3.1. Phƣơng pháp không gian trạng thái Với phương pháp này, hệ thống được diễn tả bởi các trạng thái hoạt động và khả năng chuyển giữa các trạng thái đó.Trạng thái hệ thống được xác định bởi tổ hợp các trạng thái của các phần tử. Mỗi tổ hợp trạng thái của phần tử cho một trạng thái của hệ thống.Phương pháp không gian trạng thái có thể xét các phần tử có nhiều trạng thái khác nhau và với các giả thiết nhất định có thể áp dụng phương pháp quá trình Markov một cách hiệu quả để tính xác suất trạng thái và tần suất trạng thái, từ đó tính được các chỉ tiêu ĐTC của HTCCĐ. Như vậy phương pháp không gian trạng thái chủ yếu được sử dụng trong bài toán đánh giá độ tin cậy lưới điện truyền tải. 1.3.2. Phƣơng pháp mô phỏng Monte - Carlo Phương pháp Monte Carlo mô phỏng hoạt động của các phần tử trong hệ thống điện như một quá trình ngẫu nhiên. Nó tạo ra lịch sử hoạt động của phần tử và hệ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/