ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN DUY HƯNG TÍNH TOÁN ĐÔ ̣TIN CẬY CỦA HÊ ̣THỐNG CUNG CẤP ĐIÊṆ VÀ ĐÁNH GIÁ HIÊỤ QUẢ CỦA NGUỒN DƯ ̣PHÒNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬ[.]
Trang 1ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
NGUYỄN DUY HƯNG
ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA NGUỒN DỰ PHÒNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH
KỸ THUẬT ĐIỆN
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN QUÂN NHU
THÁI NGUYÊN - 2016 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
Trang 2TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
NGUYỄN DUY HƯNG
ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA NGUỒN DỰ PHÒNG
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã ngành: 60520202
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KHOA CHUYÊN MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PHÒNG ĐÀO TẠO
THÁI NGUYÊN - 2016
Trang 3LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan nội dung trong luận văn là của riêng tôi và được sự hướng dẫn khoa học của TS Nguyễn Quân Nhu Các nội dung nghiên cứu, đă ̣c biê ̣t kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo
Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung luận văn của mình
Thái Nguyên, Ngày tháng năm 2016
Học viên
Nguyễn Duy Hưng
Trang 4LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của TS Nguyễn Quân Nhu, giảng viên Bộ môn Hệ thống điện, Trường đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên - Người chịu trách nhiệm hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này
Từ đáy lòng mình, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô đã tham gia giảng dạy trong khóa họ chuyên nghành kỹ thuâ ̣t điê ̣n, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành khóa học này
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các cán bộ hành chính của khoa Điện và Phòng Đào tạo sau đại học đã giúp đỡ chúng tôi trong quá trình học tập tại trường
Lời cuối cùng, tôi chân thành cảm ơn sự động viên của gia đình và đồng nghiệp, những người đã tạo điều kiện rất nhiều cho tôi trong suốt chặng đường học tập đã qua
Nguyễn Duy Hưng
Trang 5DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
LĐPP HTĐ CCĐ
MC DCL DCLTĐ HTCCĐ TBĐC TBPĐ ĐTC ĐTCCCĐ NMĐ TBA
: Lưới điện phân phối : Hệ thống điện : Cung cấp điện : Máy cắt : Dao cách ly : Dao cách ly tự động : Hệ thống cung cấp điện : Thiết bị đóng cắt
: Thiết bị phân đoạn
: Độ tin cậy : Độ tin cậy cung cấp điện : Nhà máy điện
: Trạm biến áp
MỤC LỤC
Trang 6
LỜI CAM ĐOAN 1
LỜI CẢM ƠN 4
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU 5
MỤC LỤC 5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 9
MỞ ĐẦU 11
1 Mục đích nghiên cứu và lý do chọn đề tài 11 2 Đối tượng nghiên cứu và lý do chọn đề tài 11 2.1 Đối tượng nghiên cứu 11
2.2 Phạm vi áp dụng 11
2.3 Áp dụng cụ thể 11
3 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài 12 3.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài 12
3.2 Tính thực tiễn của đề tài 12
4 Phương pháp nghiên cứu 12 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 13
1.1 Tổng quan về độ tin cậy 13 1.1.1 Các chỉ số đánh giá độ tin cậy về mặt mất điện kéo dài 14
1.1.2 Các chỉ số đánh giá độ tin cậy về mặt mất điện thoáng qua 15
1.1.3 Một số chỉ số đánh giá độ tin cậy cung cấp điện khác 16
1.2 Hệ thống điện và các phần tử 16 1.3 Độ tin cậy của các phần tử hệ thống cung cấp điện [1] 17 1.4 Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện 18 CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THỊ - GIẢI TÍCH TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI 20
2.1 Đặt vấn đề 21 2.2 Mô hình bài toán và cơ sở phương pháp tính [3] 22 2.2.1 Mô tả bài toán 22
2.2.2 Mô hình nguồn và phụ tải 23
2.2.3 Mô hình sơ đồ lưới điện theo ĐTC 24
2.2.4 Các ma trận cấu trúc 26
Trang 72.3 Tính toán độ tin cậy cung cấp điện 28
2.3.1 Lưới điện hình tia không nguồn dự phòng 28
2.3.2 Lưới điện hình tia có nguồn dự phòng [9] 30
2.3.3 Thời gian ngừng điện công tác 31
2.4 Ví dụ ứng dụng tính toán độ tin cậy cung cấp điện 32 2.4.1 Sơ đồ và số liệu ban đầu 32
2.4.2 Tính toán độ tin cậy xét với các điều kiện khác nhau 35
2.5 Thuật toán tính ĐTCCCĐ 40 2.6 Kết luận chương 1 42 CHƯƠNG 3 49
TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN HUYỆN ĐẦM HÀ 49
TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CUNG CẤP ĐIỆN CHO CÁC PHỤ TẢI THUỘC LỘ 373 E5.6 49
3.1 Đặc điểm tự nhiên, kinh tế - xã hội của huyện Đầm Hà 49 3.1.1 Về địa lý 49
3.1.2 Khí hậu, thời tiết: 50
3.1.3 Giao thông vận tải: 50
3.1.4 Hiện trạng kinh tế xã hội: 50
3.2 Đặc điểm lưới điện Tỉnh Quảng Ninh 51 3.2.1 Phụ tải khu vực cấp điện: 51
3.2.2 Lưới điện 110kV 52
3.2.3 Lưới điện trung áp (35kV-22kV-10kV-6kV) 52
3.3 Ứng dụng phần mềm tính toán chế độ xác lập lộ 373E5.6 53 3.3.1 Phần mềm PSS/ADEPT 53
3.3.2 Phần mềm PSS/E ( Power Sytem Simulato for Engineering) 54
3.3.3 Ứng dụng phần mềm Phần mềm PSS/ADEPT tính toán chế độ xác lập lộ 373E5.6 54
3.3.4 Kết quả tính toán 58
CHƯƠNG 4 60
ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THỊ GIẢI TÍCH ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN CHO CÁC PHỤ TẢI CỦA LỘ 373E5.6 THUỘC LƯỚI ĐIỆN HUYỆN ĐẦM HÀ 60
4.1 Đặt vấn đề 60
Trang 84.3 Tính toán độ tin cậy của lộ 373E5.6 xét đến hiệu quả sử dụng nguồn
4.3.1 Trường hợp sử dụng TBPĐ là Dao cách ly thường 65 4.3.2 Trường hợp sử dụng TBPĐ là Dao cách ly tự động 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO 82
Trang 9DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 2.1 Nguồn dự phòng trong lưới điện phân phối 21
Hình 2.2 Sơ đồ HTCCĐ nghiên cứu 22
Hình 2.3 Đồ thị phụ tải ngày theo thời gian 24
Hình 2.4 Sơ đồ HTCCĐ với phân miền khu vực 25
Hình 2.5 Sơ đồ HTCCĐ hình tia 29
Hình 2.6 Lưới điện điều khiển tự động có nguồn dự phòng 30
Hình 2.7 Sơ đồ HTCCĐ nghiên cứu 33
Hình 2.8: Biểu đồ phụ tải các khu vực tính toán 34
Hình 2.9: Giao diện phần mềm 43
Hình 2.10: Vào số liệu bàn phím 44
Hình 2.11: Xem và sửa số liệu 44
Hình 2.12: Đọc số liệu để tính toán 44
Hình 2.13: Kết quả tính 45
Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý lộ 373E5.63.3 Ứng dụng phần mềm tính toán chế độ xác lập lộ 373E5.6 53
Hình 3.2: Sơ đồ lưới vẽ trên PSS 55
Hình 3.3: Thông số máy biến áp 56
Hình 3.4: Thông số công suất phụ tải công suất Ptt, Qtt 57
Hình 3.5: Thông số đầu vào của đường dây 57
Hình 3.6: Kết quả in 58
Hình 4.1 Sơ đồ kết nối lộ 373E5.6 với 27 trạm phân phối cung cấp cho phụ tải 60
Hình 4.2: Sơ đồ CCĐ với phân miền khu vực 62
Hình 4.3: Biểu đồ phụ tải các khu vực 63
Hình 4.4: Xem và sửa số liệu 66
Hình 4.5: Đọc số liệu để tính toán 67
Hình 4.6: Kết quả tính 66
Hình 4.7: Xem và sửa số liệu 73
Hình 4.8: Đọc số liệu tính toán 72
Hình 4.9: Kết quả tính toán 75
Hình 4.10: Biểu đồ tính toán thời gian mất điện sử dụng DCL thường 80
Hình 4.11: Biểu đồ tính toán thời gian mất điện sử dụng DCL tự động (máy cắt) 81
Trang 10DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Các mức phụ tải, thời gian xuất hiện các mức phụ tải 34
Bảng 2.2 Tổng hợp kết quả tính toán ĐTC cho các khu vực và HTCCĐ 37
Bảng 2.3 Tổng hợp kết quả tính toán ĐTC cho các khu vực và HTCCĐ 39
Bảng 3.1: Chỉ tiêu ĐTCCCĐ 51
Bảng 3.4 Điện áp các nút trên lưới 35 kV 58
Bảng 3.5 thống kê dòng điện tính toán trên các nhánh, so sánh với dòng điện cực đại cho phép theo điều kiện phát nóng 59
Bảng 4.2 Tổng hợp kết quả tính toán độ tin cậy 79
Trang 11MỞ ĐẦU
1 Mục đích nghiên cứu và lý do chọn đề tài
Nhằm đánh giá tổng quan về độ tin cậy cung cấp điện để đảm bảo cung cấp điện liên tục và tin cậy Ngoài ra để lập các danh mục dự án với những giải pháp đầu tư nhằm đảm bảo đầu tư hiệu quả, tăng năng suất lao động của ngành điện và đảm bảo ổn định kinh tế xã hội khu vực lưới điện tỉnh Quảng Ninh đến năm 2020
Cụ thể:
- Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện theo tiêu chí N-1 và SAIDI đạt 552 phút đến năm 2020 nhằm cải thiện chất lượng điện năng cho các khách hàng sử dụng điện
- Hoàn thiện sơ đồ lưới điện, đảm bảo sơ đồ kết dây hợp lý và đồng bộ hòa toàn bộ lưới điện trung áp đến lưới điện 110kV khu vực nhằm thuận tiện cho quản
lý vận hành, tăng năng suất lao động Giảm tổn thất điện năng đến năm 2020 nhỏ hơn hoặc bằng 5%
- Làm cơ sở cho sự phát triển kinh tế xã hội địa phương, nâng cao uy tín của nghành điện đối với khách hàng
Với đề tài: “Tính toán độ tin cậy hệ thống cung cấp điện và đánh giá hiệu quả của nguồn dự phòng ” luận văn mong muốn đóng góp một phần nhỏ những
tìm hiểu 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 tượng nghiên cứu và lý do chọn đề tài
2.1 Đối tượng 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
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
Áp dụng phương pháp nghiên cứu tính toán với lộ 373E5.6 thuộc sơ đồ lưới điện của Điện lực Đầm Hà, Công ty Điện lực Quảng Ninh
Trang 123 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài
3.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài
- Nghiên cứu, khai thác phần mềm PSS/ADEP và tính toán đô ̣ tin câ ̣y lưới trung áp để phân tích hiện trang LĐPP và đánh giá độ tin cậy cung cấp điện cho một
số sơ đồ thực tế
- Luận văn đi sâu nghiên cứu, phát triển phương pháp đồ thị giải tích tính ĐTCCCĐ 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
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 đường dây cụ thể của lưới điện phân phối tỉnh Quảng Ninh
4 Phương pháp nghiên cứu
- 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 các
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
- Kết hợp phương pháp nghiên cứu với tính toán kiểm tra cụ thể cho lưới điện thực tế
Trang 13CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH
TOÁN ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN
1.1 Tổng quan về độ tin cậy
Độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối được hiểu là khả năng của
hệ thống cung cấp đầy đủ và liên tục điện năng cho hộ tiêu thụ với chất lượng điện năng (Điện áp và tần số) đảm bảo (đúng quy định)
Để đánh giá độ tin cậy cung cấp điện, đã có các quy định về chỉ tiêu suất sự
cố (đường dây và trạm biến áp) trong quản lý vận hành hệ thống điện để làm cơ sở cho việc đánh giá chất lượng quản lý vận hành nguồn lưới đáp ứng yêu cầu cung ứng điện liên tục cho khách hàng Ví dụ EVN giao chỉ tiêu như sau:
- Suất sự cố thoáng qua đường dây trung thế : 12 vụ / 100 km.năm
- Suất sự cố vĩnh cửu đường dây trung thế : 2,6 vụ / 100 km.năm
- Suất sự cố vĩnh cửu TBA : 1,8 vụ / 100 MBA.năm
Từ các quy định trên đã buộc các đơn vị thành viên phải tích cực đưa ra kế hoạch và các phương án cải thiện chất lượng cung ứng điện trên hệ thống điện toàn quốc, đồng thời có tác động tích cực đến ý thức trách nhiệm của đội ngũ cán bộ công nhân viên làm công tác quản lý kỹ thuật vận hành hệ thống điện Tuy nhiên, việc đánh giá độ tin cậy cung cấp điện qua chỉ tiêu suất sự cố còn một số bất cập sau :
- Chỉ tiêu suất sự cố chỉ cho biết số lần mất điện (do sự cố) trung bình của hệ thống Ta không biết được số lần và thời gian mất điện của khách hàng, cũng như phạm vi mất điện, lượng công suất và điện năng không cung cấp được (do mất điện); từ đó tính toán các thiệt hại do mất điện gây ra và đề ra các biện pháp thích hợp để giảm số lần và thời gian mất điện khách hàng, cũng như giảm phạm vi mất điện để tăng độ tin cậy của hệ thống
- Với chỉ tiêu suất sự cố nêu trên, ta không thấy rõ hiệu quả kinh tế đem lại của các dự án cải tạo lưới điện, lắp đặt các hệ thống tự động phân đoạn sự cố cũng như hệ thống tự động hoá lưới điện phân phối, đặc biệt là sự cần thiết phải xây dựng các mạch liên lạc giữa các trạm nguồn, các mạch vòng cung cấp điện để giảm thời gian mất điện cũng như hạn chế phạm vi (số hộ mất điện, lượng công suất và điện năng không cung
Trang 14cấp được) do sự cố hoặc thao tác hay bảo dưỡng thí nghiệm định kỳ
Để giải quyết vấn đề trên, cần phải xây dựng thêm nhiều chỉ tiêu cụ thể để đánh giá thực chất độ tin cậy cung cấp điện và chất lượng vận hành của lưới điện cũng như công tác quản lý vận hành
Một số Công ty Điện lực ở các nước đã xây dựng các chỉ số chất lượng để theo dõi độ tin cậy vận hành của hệ thống Các chỉ số chất lượng này có thể dùng
để so sánh chất lượng phục vụ giữa các Công ty, giữa các đơn vị trong cùng Công
ty hay dùng để so sánh trực tiếp chất lượng trước và sau cải tạo của một xuất tuyến hay của cả một hệ thống
Tổ chức IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) của Mỹ đã xây dựng một số chỉ số để đánh giá độ tin cậy cung cấp điện, cụ thể như sau :
1.1.1 Các chỉ số đánh giá độ tin cậy về mặt mất điện kéo dài
1 Chỉ số tần suất mất điện trung bình của hệ thống (System Average Interruption Frequency Index – SAIFI): Chỉ số này cung cấp thông tin về số lần mất điện trung bình của một khách hàng (trong một khu vực) trong một năm
2 Chỉ số thời gian mất điện trung bình của hệ thống (System Average Interruption Duration Index - SAIDI): Chỉ số này cung cấp thông tin về thời gian (phút hoặc giờ) mất điện trung bình của một khách hàng (trong một khu vực) trong một năm
3 Chỉ số thời gian mất điện trung bình của khách hàng (Customer Average Interruption Duration Index - CAIDI): Chỉ số này thể hiện thời gian trung bình cần
để phục hồi cung cấp điện cho khách hàng trong một lần mất điện (vĩnh cửu)
4 Chỉ số tổng thời gian mất điện trung bình của khách hàng (Customer Total Average Interruption Duration Index - CTAIDI): Đối với khách hàng thực tế đã mất điện, chỉ số này thể hiện tổng thời gian trung bình khách hàng trong thông báo bị mất điện Chỉ số này được tính toán như chỉ số CAIDI, trừ việc khách hàng bị mất điện nhiều lần chỉ được tính một lần
5 Chỉ số tần suất mất điện trung bình của khách hàng (Customer Average Interruption Frequency Index -CAIFI): Chỉ số này thể hiện số lần mất điện trung bình của một khách hàng (trong một khu vực) trong một năm
6 Chỉ số sẵn sàng cấp điện trung bình (Average Service Availability Index
Trang 15ASAI): Chỉ số này thể hiện thời gian trung bình (thường tính bằng %) mà khách hàng được cung cấp điện trong vòng một năm Được định nghĩa là tỉ số giữa tổng số giờ của khách hàng được cung cấp trong năm và tổng số giờ khách hàng yêu cầu (số giờ khách hàng yêu cầu = 24giờ/ ngày*365 ngày = 8760 giờ )
7 Chỉ số tần suất mất điện trung bình của hệ thống (Average System Interruption Frequency Index – ASIFI) về mặt phụ tải : Được định nghĩa là tỉ số giữa tổng số công suất (kVA) bị gián đoạn trên tổng số công suất (KVA) được cung cấp
Đây là chỉ số quan trọng đối với các khu vực cấp điện chủ yếu cho công/thương nghiệp Chỉ số này cũng được sử dụng bởi các công ty không có hệ thống theo dõi khách hàng
8 Chỉ số thời gian trung bình mất điện của hệ thống (Average System Interruption Duration Index – ASIDI) về mặt phụ tải : Được định nghĩa là tỉ số giữa tổng điện năng không cung cấp được (do bị gián đoạn cung cấp điện) trên tổng số công suất (KVA) được cung cấp
9 Chỉ số tần suất mất điện trung bình của khách hàng (Customers Experiencing Multiple Interruptions - CEMIn): Chỉ số này để theo dõi số sự kiện (n) những lần mất điện đối với một khách hàng nào đó Mục đích là xác định sự phiền toái cho khách hàng mà giá trị trung bình không thấy được
1.1.2 Các chỉ số đánh giá độ tin cậy về mặt mất điện thoáng qua
1 Chỉ số tần suất mất điện thoáng qua trung bình của hệ thống (Momentary Average Interruption Frequency Index – MAIFI): Chỉ số này cung cấp thông tin về
số lần mất điện thoáng qua trung bình của một khách hàng (trong một khu vực) trong một năm
2 Chỉ số tần suất mất điện thoáng qua trung bình của hệ thống (Momentary Average Interruption event Frequency Index – MAIFIE): Chỉ số này cung cấp thông tin về con số trung bình của các sự kiện mất điện thoáng qua của một khách hàng (trong một khu vực) trong một năm
3 Chỉ số tần suất mất điện (thoáng qua và kéo dài) trung bình của khách hàng (Customers Experiencing Multiple Sustained Interruptions and Momentary Interruptions events CEMSMIn): Chỉ số này để theo dõi số sự kiện (n) những lần mất điện thoáng qua và kéo dài đối với một khách hàng nào đó Mục đích là xác