nghiên cứu phương pháp đánh giá độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối có nguồn dự phòng

Chắnh vì vậy vấn ựề ựộ tin cậy cung cấp ựiện phải ựược xét tới trong giai ựoạn thiết kế cũng như vận hành và phải áp dụng nhiều biện pháp ựể giải quyết vấn ựề ựó Với ựề tài: ỘNghiên cứu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: ðiện khí hóa SX Nông nghiệp và Nông thôn

Mã số: 60.52.54

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS LÃ VĂN ÚT

HÀ NỘI - 2012

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng ñược công bố trong bất kỳ một bản luận văn nào khác

Tôi xin cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này

ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày tháng năm 2012

Người cam ñoan

Dương Thị Loan

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian thực hiện luận văn, ñến nay ñề tài “Nghiên cứu phương

pháp ñánh giá ñộ tin cậy cung cấp ñiện của lưới ñiện phân phối có nguồn dự phòng.” ñã ñược hoàn thành Trong thời gian thực hiện ñề tài tôi ñã nhận ñược

rất nhiều sự giúp ñỡ quý báu của các cá nhân, tập thể trong và ngoài trường

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến thầy giáo GS.TS Lã Văn Út hiện

ñang công tác tại Bộ môn Hệ thống ñiện trường ðại học Bách Khoa Hà Nội ñã tận tình hướng dẫn, giúp ñỡ tôi xây dựng và hoàn thành bản luận văn này

Tôi xin chân thành cám ơn các thầy, cô giáo trong Bộ môn Cung cấp và

sử dụng ñiện khoa Cơ - ðiện, trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội, các thầy

cô giáo trong trường ðại Học Công Nghiệp TP Hồ Chí Minh Cơ Sở Phía Bắc, các cán bộ chi nhánh ñiện lực Thành Phố Thái Bình ñã giúp ñỡ và tạo ñiều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, công tác, nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia ñình, bạn bè ñã ñộng viên và giúp ñỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Xin trân trọng cảm ơn!

Tác giả

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ðỘ TIN CẬY VÀ CÁC PHƯƠNG

1.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ðỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ðIỆN 3

1.1.2 ðộ tin cậy của các phần tử hệ thống cung cấp ñiện 3

1.1.3 Các chỉ số ñánh giá ñộ tin cậy của hệ thống cung cấp ñiện 4

1.2.2 Các biện pháp chung nâng cao ñộ tin cậy hệ thống ñiện 8

1.2.3 Các biện pháp thực hiện ñể nâng cao ñộ tin cậy hệ thống ñiện 8

1.2.4 Biện pháp thực hiện nâng cao ñộ tin cậy trong phạm vi luận văn 11

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP ðỒ THỊ - GIẢI TÍCH TÍNH TOÁN ðỘ

2.4 VÍ DỤ ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN ðỘ TIN CẬY CUNG CẤP ðIỆN 31

2.4.2 Tính toán ñộ tin cậy xét với các ñiều kiện khác nhau 33

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN CHẾ ðỘ LÀM VIỆC BÌNH THƯỜNG VÀ

ðÁNH GIÁ ðỘ TIN CẬY CUNG CẤP ðIỆN CHO CÁC PHỤ

3.1 ðặc ñiểm tự nhiên, kinh tế xã hội của Thành phố Thái Bình 43

3.1.2 ðặc ñiểm kinh tế xã hội 43

3.2 Ứng dụng phần mềm CONUS tính toán chế ñộ làm việc bình

3.3 Ứng dụng phương pháp ñồ thị giải tích tính toán ñộ tin cậy cung

3.3.3 Tính toán ñộ tin cậy xét với các ñiều kiện khác nhau 71

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

2.1 Các mức phụ tải, thời gian xuất hiện các mức phụ tải 32

2.2 Tổng hợp kết quả tính toán ðTC cho các khu vực và HTCCð 36

2.3 Tổng hợp kết quả tính toán ðTC cho các khu vực và HTCCð 38

3-4 ðiện áp các nút cao áp khi thanh cái lưới cao áp ñặt 10 kV 62

3-5 ðiện áp một số nút cao áp ñáng lưu ý khi thanh cái lưới cao áp

3-7 Dòng ñiện chạy trên các nhánh của lưới khi thanh cái lưới cao áp

3.8 Các mức phụ tải, thời gian xuất hiện các mức phụ tải 70

3.9 Tổng hợp kết quả tính toán ðTC cho các khu vực và HTCCð 74

3.10 Tổng hợp kết quả tính toán ðTC cho các khu vực và HTCCð 78

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ðỒ THỊ

2.6 Lưới ñiện ñiều khiển tự ñộng có nguồn dự phòng 24

2.8 Lượng công suất, thời gian không ñược cấp từ nguồn dự phòng

3.1 Sơ ñồ nguyên lý lộ 971E11.3 Error! Bookmark not defined.

3.7 Sơ ñồ CCð với phân miền khu vực xét tới nguồn dự phòng 75

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

LðPP : Lưới ñiện phân phối HTð : Hệ thống ñiện

CCð : Cung cấp ñiện HTCCð : Hệ thống cung cấp ñiện TBðC : Thiết bị ñóng cắt

MỞ đẦU

1 MỤC đÍCH NGHIÊN CỨU VÀ LÝ DO CHỌN đỀ TÀI

Nền kinh tế quốc dân ngày càng phát triển, tốc ựộ công nghiệp hóa tăng nhanh, do ựó ngày càng ựòi hỏi nhiều năng lượng ựiện điều ựó ựặt ra cho hệ thống cung cấp một nhiệm vụ khó khăn là vừa phải thỏa mãn lượng ựiện năng tiêu thụ, vừa phải ựảm bảo các tiêu chuẩn chất lượng ựiện năng pháp ựịnh và

ựộ tin cậy hợp lý Hệ thống ựiện phải ựược phát triển tối ưu và vận hành với hiệu quả kinh tế cao nhất đó là một nhiệm vụ hết sức khó khăn, trong ựó việc nâng cao ựộ tin cậy ở lưới phân phối có ảnh hưởng ựáng kể ựến chất lượng ựiện năng và chỉ tiêu kinh tế của toàn bộ hệ thống cung cấp ựiện

độ tin cậy cung cấp ựiện là một trong những chỉ tiêu quan trọng ựể ựánh giá chất lượng ựiện năng Rõ ràng nếu các chỉ tiêu về ựiện áp, tần số Ầ ựược ựảm bảo nhưng ựiện năng không ựược cung cấp liên tục thì một hệ thống ựiện như vậy không những không ựưa lại hiệu quả kinh tế mà còn gây thiệt hại lớn cho nền kinh tế quốc dân Chắnh vì vậy vấn ựề ựộ tin cậy cung cấp ựiện phải ựược xét tới trong giai ựoạn thiết kế cũng như vận hành và phải áp dụng nhiều biện pháp ựể giải quyết vấn ựề ựó

Với ựề tài: ỘNghiên cứu phương pháp ựánh giá ựộ tin cậy cung cấp

ựiện của lưới ựiện phân phối có nguồn dự phòngỢ luận văn mong muốn

ựóng góp một phần nhỏ những tìm tòi nghiên cứu của mình vào việc tắnh toán

ựộ tin cậy cung cấp ựiện, xác ựịnh các chỉ tiêu ựộ tin cậy cho các hộ phụ tải

2 đỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG

2.1 đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu LđPP có sơ ựồ phức tạp bất kỳ (hình tia, lưới kắn vận hành hở)

2.2 Phạm vi áp dụng

Kết quả nghiên cứu nhằm áp dụng vào thực tế các LðPP ñiện áp trung gian của Việt Nam

2.3 Áp dụng cụ thể

Tính toán với lộ 971E11.3 Thành phố Thái Bình

3 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ðỀ TÀI

3.1 Ý nghĩa khoa học của ñề tài

- Hệ thống hóa lý thuyết ñộ tin cậy cung cấp ñiện, nghiên cứu phương pháp ñánh giá ñộ tin cậy cung cấp ñiện của lưới ñiện phân phối có nguồn dự phòng

- Nghiên cứu, khai thác phần mềm Conus ñể tính toán tổn thất và ñánh giá ñộ tin cậy cung cấp ñiện

3.2 Tính thực tiễn của ñề tài

Các kết quả nghiên cứu trong ñề tài có thể ứng dụng ñối với việc ñánh giá ñộ tin cậy cung cấp ñiện cho LðPP trung áp của Việt Nam nói chung và

lộ 971E11.3 Thành phố Thái Bình nói riêng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ðỘ TIN CẬY VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ðỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ðIỆN

1.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ðỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ðIỆN

1.1.1 Hệ thống ñiện và các phần tử

- Hệ thống nói chung: là tập hợp các phần tử tương tác trong một cấu

trúc nhất ñịnh nhằm thực hiện một nhiệm vụ xác ñịnh, có sự ñiều khiển thống nhất trong hoạt ñộng Bản thân các phần tử có thể có cấu trúc phức tạp, nếu xét riêng nó là một hệ thống

- Phần tử: là các bộ phận tạo thành hệ thống mà trong một quá trình

nhất ñịnh, ñược xem là một thực thể duy nhất không thể chia cắt ñược, ñặc trưng bởi các thông số ñộ tin cậy chung, chỉ phụ thuộc các yếu tố bên ngoài chứ không phụ thuộc và cấu trúc bên trong của phần tử

- Hệ thống ñiện: là hệ thống trong ñó các phần tử là máy phát ñiện, máy

biến áp, ñường dây tải ñiện…Nhiệm vụ của hệ thống ñiện là sản xuất, truyền tải và phân phối ñiện năng ñến các hộ tiêu thụ ðiện năng phải ñảm bảo các tiêu chuẩn chất lượng ñiện năng pháp ñịnh và ñộ tin cậy hợp lý Hệ thống ñiện phải ñược phát triển tối ưu và vận hành với hiệu quả kinh tế cao nhất Người ta còn sử dụng khái niệm hệ thống cung cấp ñiện (HTCCð) ñể chỉ tập hợp các phần tử nằm trong sơ ñồ phần lưới ñiện cung cấp cho phụ tải một khu vực Khi ñó lưới ñiện phân phối có thể hiểu là HTCCð ñịa phương Các khái niệm này chỉ có ý nghĩa tương ñối (không hoàn toàn chính xác)

1.1.2 ðộ tin cậy của các phần tử hệ thống cung cấp ñiện

Các phần tử của lưới ñiện như là: ñường dây, máy biến áp, TBðC

mà ñộ tin cậy của chúng cùng cách thức ghép nối chúng trong sơ ñồ quyết ñịnh ñộ tin cậy của lưới ñiện

h lv

lv T T

T A

+

=

Các phần tử của HTCCð trong vận hành ñều có thể bị hỏng bất ngờ Khả năng này ñược ñặc trưng bởi cường ñộ hỏng hóc λ(t) Trong nghiên cứu ðTC lưới ñiện, thay cho giá trị thực phụ thuộc thời gian, người ta thường dùng giá trị trung bình của λ và gọi là cường ñộ hỏng hóc trung bình của phần

tử trong năm

Ta có: λ = 1 / tlv (lần/năm),

Trong ñó tlv là thời gian trung bình của trạng thái làm việc tốt

Các phần tử hỏng hóc có thể ñược sửa chữa, phục hồi lại sự làm việc bình thường với hệ thống sau một thời gian Khi ñó phần tử ñược gọi là phần

tử có phục hồi

Các phần tử của hệ thống ñiện là các phần tử có phục hồi Khi bị hỏng,

nó ñược sửa chữa sau ñó lại tiếp tục vận hành Gọi thời gian sửa chữa sự cố là

Th, ta có cường ñộ phục hồi µ như sau:

h T

1

=

µ Như vậy phần tử có phục hồi chỉ ngừng làm việc trong thời gian sửa chữa ðể thể hiện ñặc tính này cần sử dụng một ñại lượng mới và ñược gọi là

ñộ sẵn sàng A

Ta có:

ðộ sẵn sàng cũng chính là xác suất ñể phần tử ở trạng thái tốt, sẵn sàng phục vụ trong thời ñiểm bất kỳ t

Ngoài số lần ngừng làm việc do hỏng hóc, các phần tử lưới ñiện, trong năm còn phải cắt ñiện một số lần ñể làm công tác bảo quản và ñược ñặc trưng bởi số lần ngừng ñiện trung bình năm λCT và thời gian trung bình 1 lần ngừng

ñiện công tác TCT

1.1.3 Các chỉ số (index) ñánh giá ñộ tin cậy của hệ thống cung cấp ñiện

ðối với HTð nói chung và HTCCð nói riêng, người ta ñưa ra hàng loạt các chỉ số khác nhau, liên quan ñến các ñại lượng cần quan tâm:

a Tần suất mất ñiện trung bình hệ thống

( System average interruption frequency index-SAIFI)

Tổng số khách hàng bị mất ñiện SAIFI =

i i

N

N

.λ

Trong ñó: λi là cường ñộ hỏng hóc; Ni là tổng số khách hàng tại khu vực phụ tải i

Chỉ số SAIFI cho biết số lần mất ñiện trung bình trong một năm cho một khách hàng (KH) dùng ñiện

b Thời gian mất ñiện trung bình của hệ thống

( System average interruption duration index-SAIDI)

Tổng thời gian mất ñiện của khách hàng SAIDI =

i NDi

N

N

T .

Trong ñó: TNDi là thời gian mất ñiện

c Thời gian mất ñiện trung bình của khách hàng

(Customer interruption duration index-CAIDI)

Tổng thời gian mất ñiện của KH CAIDI =

Tổng số khách hàng bị mất ñiện =∑ ∑ i i

i i N

N U

d Thời gian mất ñiện trung bình một vụ

( Customer average interruption frequency index-CAIFI)

Tổng số khách hàng bị mất ñiện CAIFI =

Tổng số khách hàng bị ảnh hưởng Chỉ số này khác với SAIFI ở phần mẫu số Chỉ số này rất có ích khi so sánh giữa các năm với nhau, khi mà không phải tất cả khách hàng bị ảnh hưởng và nhiều khách hàng vẫn ñược cung cấp ñiện Giá trị CAIFI rất tiện lợi khi xét theo thời gian của một hệ thống phân phối cụ thể

e ðộ sẵn sàng cung cấp ñiện trung bình của hệ thống

( Average service availability index- ASAI )

Tổng thời gian KH ñược cấp ñiện

N

N T N

- ðộ không sẵn sàng cung cấp ñiện trung bình

(Average service unavailability index- ASUI)

ASUI = 1- ASAI

f Kỳ vọng ñiện năng thiếu hụt

(Expected Unserved Energy-EUE)

Kỳ vọng ñiện năng thiếu hụt EUE là ñiện năng thiếu hụt kỳ vọng trong khoảng thời gian xét Kỳ vọng ñiện năng thiếu hụt có thể tính ñược bằng công thức như sau:

EUE = ∑ L a i)U i

Trong ñó: La(i) là phụ tải trung bình nối vào ñiểm i

Tùy theo mục ñích của bài toán, có thể lựa chọn các chỉ tiêu ñể ñánh giá ðTCCCð cho phù hợp

ðể ñánh giá ñộ tin cậy của HTCCð trong quản lí vận hành cần quan tâm tới những chỉ số chung, ñặc trưng, thuận tiện áp dụng Trong luận văn, lựa chọn các chỉ số ñể ñánh giá ðTC lưới ñiện phân phối sau:

- Thời gian ngừng CCð cho các khách hàng trong năm (TNð)

Ý nghĩa: là chỉ số hướng tới phụ tải, chỉ thời gian mất ñiện trung bình của khách hàng trong năm, ñơn vị tính h/năm (tương tự như CAIDI)

- Thời gian mất ñiện trung bình hệ thống (SAIDI)

- ðộ sẵn sàng cung cấp ñiện trung bình hệ thống (ASAI)

Các chỉ số này giúp người lập quy hoạch, quản lí có thể ñánh giá ñược

ñộ tin cậy CCð cho các khách hàng và so sánh với yêu cầu

- ðiện năng ngừng CCð (ANð)

ðiện năng ngừng CCð ñược xem xét cho khách hàng và của toàn HTCCð + ðiện năng ngừng CCð cho các khách hàng:

Ý nghĩa: là chỉ số hướng tới phụ tải, chỉ ñiện năng bị mất do ngừng CCð ñối với khách hàng, ñơn vị tính kWh/năm

Chỉ số này giúp người lập quy hoạch, quản lí có thể ñánh giá ñược mức

ñộ thiệt hại của các khách hàng do CCð kém tin cậy gây ra

+ ðiện năng ngừng CCð cho HTCCð:

Ý nghĩa: là chỉ số hướng tới HTCCð, chỉ ñiện năng ngừng CCð của HTCCð trong năm, ñơn vị tính kWh/năm

Chỉ số này giúp người lập quy hoạch, quản lí có thể ñánh giá chung ñược ðTC của toàn HTCCð về phương diện thỏa mãn nhu cấu ñiện năng

1.2 CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO ðỘ TIN CẬY CỦA HTCCD

1.2.1 ðặc ñiểm của hệ thống ñiện về mặt ñộ tin cậy

- Có nhiều phần tử, các phần tử ña dạng, có nhiều trạng thái làm việc và

có thể phục hồi

- Mối liên hệ giữa các phần tử là phức tạp

- Hệ thống ñiện là hệ thống có dự phòng về: công suất, năng lượng sơ cấp, số phần tử và khả năng tải của chúng, sơ ñồ nối dây

- Hệ thống ñiện có khả năng phục hồi do các phần tử của nó có khả năng phục hồi

- Hệ thống ñiện có nhiều trạng thái làm việc, mỗi trạng thái tương ứng với mức ñộ hoàn thành công việc khác nhau

- Hệ thống ñiện có bảo dưỡng ñịnh kỳ: tiểu tu, trung tu, và ñại tu Khi phần tử hết hạn sử dụng sẽ ñược loại bỏ và thay bằng phần tử mới, do ñó hệ thống ñiện luôn ở trong giai ñoạn làm việc bình thường với cường ñộ hỏng hóc trung bình là hằng số

- Tác ñộng vận hành phức tạp

1.2.2 Các biện pháp chung nâng cao ñộ tin cậy hệ thống ñiện

- Sử dụng hợp lý các loại dự trữ: dự trữ năng lượng sơ cấp, dự trữ công suất nguồn, công suất máy biến áp, khả năng tải của lưới ñiện về phát nóng,

về tổn thất ñiện áp, về ổn ñịnh tĩnh và ổn ñịnh ñộng, dự trữ thiết bị thay thế

- Hoàn thiện cấu trúc lưới ñiện làm cho chúng trở nên linh hoạt, có ñộ

dự trữ cao và có khả năng thích ứng nhanh với mọi tình huống vận hành

- Sử dụng các thiết bị bảo vệ, thiết bị ñiều khiển tự ñộng và ñiều chỉnh chế ñộ ngày càng hoàn thiện

- Sử dụng các thiết bị ñiện có chất lượng cao

- Tổ chức tốt hệ thống quản lý, vận hành

- Không ngừng nâng cao khả năng vận hành của cán bộ, kỹ sư, công nhân vận hành

1.2.3 Các biện pháp thực hiện ñể nâng cao ñộ tin cậy hệ thống ñiện

a Nâng cao năng lực thông qua một số phần tử yếu

- Mỗi phần tử trong hệ thống có một khả năng truyền tải công suất nhất ñịnh, ñể nâng cao năng lực của hệ thống thì ta cần nâng cao năng lực phần tử

có khả năng tải thấp (phần tử yếu)

- Nếu phần tử “yếu” ở trong hệ thống là máy biến áp chẳng hạn, ta có thể tăng khả năng truyền tải bằng cách nâng công suất của máy biến áp Nếu

ñó là ñường 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 là máy cắt, dao cách ly hay aptomat, biện pháp nâng cao năng lực thông qua của các phần tử này là chọn các thiết bị có dòng cho phép cao hơn…

b Tăng mức ñộ dự phòng về cấu trúc

ðể tăng cường ñộ tin cậy cung cấp ñiện, chẳng hạn theo chỉ tiêu giảm xác suất hỏng hóc của hệ thống ñể tạo ra ñộ dôi dư về cấu trúc Hệ thống có thêm những phần tử gọi là hệ thống có dự phòng

*Theo phương pháp nối các phần tử dự phòng, người ta phân chia ra dự

phòng cố ñịnh và dự phòng thay thế:

- Dự phòng cố ñịnh: các phần tử dự phòng ñược nối song song cố ñịnh với các phần tử làm việc trong suốt thời gian công tác của hệ thống Tất cả các phần tử ñược nối cố ñịnh, trong quá trình hỏng hóc không xảy ra ñổi nối trong hệ thống và phần tử bị hỏng hóc xem như là ñược tự ñộng ngắt ra khỏi

hệ thống Nhược ñiểm của phương pháp dự phòng này là các phần tử dự phòng sẽ bị hao mòn vì cũng phải chịu tác ñộng của tải cho dù có thể ít hơn trong suốt quá trình làm việc

- Dự phòng thay thế: Khi xảy ra hư hỏng, phần tử làm việc bị hỏng sẽ ñược cắt ra và thay vào bằng phần tử dự phòng Thao tác này có thể tự ñộng hoặc bằng tay Trước khi ñược ñưa vào làm việc, các phần tử dự phòng có thể

ở trạng thái mang tải nhẹ hoặc không mang tải ñể bảo toàn năng lực của các phần tử dự phòng và nâng cao ñộ tin cậy chung của hệ thống

Ngoài ra ñể thay thế bất kỳ một phần tử công tác cùng loại này, có thể

sử dụng một hoặc một số phần tử dự phòng Dự phòng bằng phương pháp thay thế ñòi hỏi một số thiết bị ñể kiểm tra trạng thái của các phần tử, ñể cắt các phần tử bị hỏng ra khỏi hệ thống và ñưa các phần tử dự phòng vào làm việc Nhóm thiết bị này ñược gọi chung là thiết bị ñổi nối Các thiết bị ñổi nối cũng có khả năng bị hỏng hóc do ñó khi tính toán ñộ tin cậy của hệ thống cần xét ñến những hỏng hóc của thiết bị ñổi nối

* Theo chế ñộ làm việc của các phần tử dự phòng trước khi ñưa vào thay thế cho phần tử chính người ta chia ra làm ba loại chế ñộ dự phòng:

- Dự phòng mang tải : Phần tử dự phòng làm việc trong cùng một chế

ñộ với phần tử chính không phụ thuộc vào thời ñiểm ñưa phần tử dự phòng vào làm việc

- Dự phòng mang tải nhẹ : Các phần tử dự phòng trước khi ñược ñưa

vào thay thế cho phần tử chính có mang tải, nhưng tải này yếu hơn tải của các phần tử chính ðộ tin cậy của phần tử dự phòng ở trạng thái mang tải nhẹ này

có ñộ tin cậy cao hơn ñộ tin cậy của phần tử chính

- Dự phòng không mang tải : Các phần tử dự phòng ñược tách ra khỏi

hệ thống cho ñến khi ñược ñưa và thay thế cho phần tử chính

* Nhận xét: Có thể nhận thấy rằng khi dự phòng cố ñịnh các dự phòng ñều mang tải, còn khi dự phòng bằng phương pháp thay thế thì các phần tử dự phòng có thể ở một trong ba trạng thái mang tải ñã xét trên ñây

ðể tăng ñộ tin cậy của hệ thống có thể tổ chức dự phòng chung cho toàn

hệ thống hoặc dự phòng riêng cho từng phần tử trong hệ thống ðộ tin cậy của

hệ thống có dự phòng phụ thuộc vào số phần tử dự phòng m ñối với một phần

tử công tác Số m gọi là bội số dự phòng

c Sử dụng các thiết bị tự ñộng trong lưới ñiện

ðể nâng cao ñộ tin cậy, ñảm bảo cung cấp ñiện liên tục và an toàn người

ta sử dụng một số các thiết bị tự ñộng như: tự ñộng ñóng lại, tự ñộng ñóng dự trữ, tự ñộng giảm tải sự cố theo tần số, tự ñộng ñiều chỉnh ñiện áp…

Việc quyết ñịnh sử dụng các thiết bị tự ñộng cần phải xem xét mọi khía cạnh của hệ thống và phải phối hợp với nhiều mặt như chọn sơ ñồ nối dây, chọn thiết bị, hình thức bải vệ, trình ñộ vận hành và khai thác các thiết bị tự ñộng…

- Sử dụng các thiết bị phân ñoạn cách ly sự cố: Khi một phần tử bị sự

cố, các thiết bị ñóng cắt gần nhất sẽ tác ñộng, cách ly phần tử bị sự cố, thực hiện các thao tác ñổi nối, các phần tử còn lại không bị hỏng hóc có thể tiếp tục làm việc

- Tự ñộng ñóng lại: Thực chất của tự ñóng lại là khi một phần tử của

hệ thống cung cấp ñiện bị tự ñộng ngắt ra, sau một thời gian xác ñịnh ñược ñóng trở lại vào ñiện áp (nếu như không bị cấm ñóng 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

- Tự ñộng ñóng dự phòng: Một trong những biện pháp ñể nâng cao ñộ

tin cậy cung cấp ñiện là ñặt các phần tử dự phòng trong hệ thống ñiện ðể ñưa phần tử dự phòng vào làm việc nhanh chóng và an toàn thường ñặt các thiết bị

tự ñộng ñóng dự phòng Trong trường hợp này khi nguồn làm việc bị cắt ra thì thiết bị tự ñộng ñóng dự phòng sẽ ñóng nguồn cung cấp dự phòng

- Tự ñộng giảm tải theo tần số: Khi hệ thống bị quá tải tần số dòng ñiện sẽ bị giảm xuống Tần số giảm nghiêm trọng có thể dẫn ñến khả năng làm tan rã hệ thống Tự giảm tải theo tần số nhằm cắt một phần hộ tiêu thụ khi tần số trong hệ thống giảm với mục ñích bớt phụ tải và khôi phục lại tần số danh ñịnh

- Tự ñộng ñiều chỉnh ñiện áp: ðiện áp là một trong hai chỉ tiêu cơ bản của chất lượng ñiện năng Nếu ñặt ñiện áp vào phụ tải không hoàn toàn ñúng với ñiện áp ñịnh 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 ñộng ñiều chỉnh ñiện áp là một biện pháp nâng cao ñộ tin cậy cung cấp ñiện

1.2.4 Biện pháp thực hiện nâng cao ñộ tin cậy trong phạm vi luận văn

Trong phạm vi luận văn, biện pháp sử dụng thiết bị phân ñoạn như dao cách ly ñược xem xét nghiên cứu ñể nâng cao ñộ tin cậy của lưới ñiện phân phối ðối với lưới ñiện phân phối hiện tại, các thiết bị ñóng cắt ñược sử dụng phổ biến với mục ñích cách ly sự cố, ñảm bảo công tác vận hành, duy tu, bảo dưỡng thay thế thiết bị, việc bố trí thiết bị ñóng cắt nhằm mục ñích nâng cao

ñộ tin cậy, giảm tổn thất ñiện năng do ngừng ñiện sự cố hoặc ngừng ñiện công tác chưa ñược chú ý xem xét

1.3 TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ðTCCCð

Các phương pháp phổ biến ñể tính toán ðTC [4], [6], [7], [8], [13], [14], [15[, [16[, [17]…

1.3.1 Phương pháp ñồ thị-giải tích

Phương pháp này bao gồm việc lập sơ ñồ ðTC và áp dụng phương

pháp giải tích bằng ñại số Boole và lý thuyết xác suất các tập hợp ñể tính toán ðTC

Sơ ñồ ðTC bao gồm:

- Các nút trong ñó có nút nguồn, nút tải, nút trung gian;

- Nhánh ñược thể hiện bằng các khối mô tả trạng thái tốt của các phần tử Phương pháp ñồ thị-giải tích áp dụng rất hiệu quả cho các bài toán ñộ tin cậy lưới ñiện Trong ([13], [14 ]) ñã áp dụng khá hiệu quả phương pháp ñồ thị

- giải tích ñể ñánh giá ðTC cho HTCCð có cấu trúc phức tạp

1.3.2 Phương pháp không gian trạng thái

Trong phương pháp này, hệ thống ñược diễn tả bởi các trạng thái hoạt ñộng và khả năng chuyển giữa các trạng thái ñó

Trạng thái hệ thống ñược xác ñịnh 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 ñịnh có thể áp dụng phương pháp quá trình Markov một cách hiệu quả ñể tính xác suất trạng thái và tần suất trạng thái, từ ñó tính ñược các chỉ tiêu ðTC của HTCCð

Phương pháp không gian trạng thái chủ yếu ñược sử dụng trong bài toán ñánh giá ñộ tin cậy công suất nguồn ñiện

Cây hỏng hóc mô tả quan hệ logic giữa các phần tử hay giữa các phần tử

và từng mảng của hệ thống một cách rõ nét, giữa các hỏng hóc cơ bản và hỏng hóc ñỉnh mà ta ñang khảo sát

Phương pháp cây hỏng hóc thích hợp với bài toán ñộ tin cậy của nhà máy ñiện

1.3.4 Phương pháp mô phỏng Monte Carlo

Monte Carlo là phương pháp mô phỏng hoạt ñộng của các phần tử trong

hệ thống như một quá trình ngẫu nhiên Nó tạo ra lịch sử hoạt ñộng của phần

tử và hệ thống một cách nhân tạo trên máy tính ñiện tử, sau ñó sử dụng các phương pháp ñánh giá thống kê ñể phân tích, rút ra các kết luận ðTC của phần tử và hệ thống

Phương pháp này cho phép xét ñến tác ñộng vận hành tới các chỉ tiêu ðTC, tuy nhiên nhược ñiểm của phương pháp này cần nhiều thời gian, khối lượng tính toán lớn Trong ([15], [16]) ñã sử dụng phương pháp này ñể tính toán ðTC

Nhìn chung các phương pháp tính toán ðTC của HTð phức tạp ñều có những ưu nhược ñiểm, việc lựa chọn phương pháp tính toán phụ thuộc vào nhiệm vụ và yêu cầu do bài toán ñặt ra Hơn nữa, trong những ñiều kiện cụ thể người nghiên cứu luôn luôn phải vận dụng và phát triển phương pháp ở mức ñộ nhất ñịnh trước khi áp dụng tính toán cho sơ ñồ thực tế

Luận văn ñi sâu tìm hiểu và áp dụng phương pháp ñồ thị - giải tích nhằm tính toán ðTC của lưới ñiện phân phối ðặc ñiểm của lưới ñiện này là có sơ

ñồ hình tia nhưng có thể là lưới kín vận hành hở và có nguồn dự phòng

Các nội dung này ñược trình bầy riêng thành chương 2

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP ðỒ THỊ - GIẢI TÍCH TÍNH TOÁN ðỘ TIN

CẬY CUNG CẤP ðIỆN CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI

2.1 ðẶT VẤN ðỀ

ðTCCCð ngày càng ñược quan tâm, ñặc biệt là từ phía khách hàng Những khách hàng ñặc biệt, có yêu cầu cao về chất lượng ñiện năng và ðTCCCð cần ñược cung cấp từ ít nhất 2 nguồn theo sơ ñồ lưới kín vận hành

hở Cũng có thể sử dụng thêm dự phòng là nguồn ñiện phân tán, như hình 2.1

Hình 2.1 Nguồn dự phòng trong lưới ñiện phân phối

Tuy nhiên ðTC CCð thực tế nhận ñược cho mỗi khách hàng không giống nhau, phụ thuộc hàng loạt yếu tố:

- Vị trí phụ tải (khách hàng) trên sơ ñồ;

- Cấu trúc LðPP, trong ñó có các thiết bị phân ñoạn;

- Giới hạn công suất hỗ trợ từ nguồn dự phòng là lưới ñiện ñiện lân cận

và vị trí kết nối của nguồn này sang lưới ñang xét, ðTCCCð của chính nguồn này tính ñến ñiểm kết nối;

- Giới hạn cung cấp của nguồn ñiện phân tán, thời gian khởi ñộng của nó;

- Thời ñiểm xảy ra sự cố (tương ứng với tổng phụ tải tiêu thụ lớn hay bé)

Nghiên cứu phương pháp tính toán ðTCCCð cho mỗi khách hàng và ñánh giá chung cho toàn lưới, xét ñến các yếu tố nêu trên là nội dung của chương này

Cũng cần nói thêm là, lĩnh vực nghiên cứu tính toán ðTC ñối với HTð bao hàm những nội dung rất ña dạng, với những mục tiêu (bài toán) khác nhau: ðTC nguồn ñiện, ðTC lưới truyền tải, ðTC LðPP, ðTC hệ thống bảo

vệ và ñiều khiển, ðTC ñảm bảo cung cấp ñiện cho khách hàng Luận văn quan tâm chủ yếu các vấn ñề liên quan ñến bài toán ðTC của lưới ñiện phân phối, do ñó các nội dung tính toán ðTC cũng tập trung chủ yếu vào sơ ñồ hình tia với cấu trúc kín vận hành hở và ñặc biệt quan tâm ñến ðTC cung cấp ñiện cho khách hàng (phụ tải ñiện)

2.2 MÔ HÌNH BÀI TOÁN VÀ CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP TÍNH

2.2.1 Mô tả bài toán

Lưới ñiện ñược ñưa vào xem xét, tính toán ðTCCCð bao gồm: các khách hàng (phụ tải), thanh cái cung cấp công suất vô cùng lớn, các nguồn ñiện dự phòng Các thiết bị phân ñoạn (TBPð) ñặt tại một số vị trí trên các mạch ñường dây

13 12

10

Nguån dù phßng 2 tr¹m 110kV

TC h¹ ¸p

Nguån dù phßng 1

Hình 2.2 Sơ ñồ HTCCð nghiên cứu

Xét HTCCð như hình 2.2 bao gồm 14 hộ phụ tải ñược cấp ñiện từ thanh cái hạ áp trạm 110kV, các nguồn dự phòng 1, 2 (cấp từ HTCCð lân cận) Các thiết bị phân ñoạn gồm 3 MC và 3 DCL

Bài toán ñặt ra là: cho trước cấu trúc HTCCð, biểu ñồ phụ tải, cường ñộ

hỏng hóc/phục hồi của các phần tử, thời gian thao tác của các TBPð , tính ðTCCCð cho các phụ tải và HTCCð

2.2.2 Mô hình nguồn và phụ tải

a Nguồn ñiện

Các khách hàng có thể ñược cung cấp từ các NMð, trạm biến áp trung gian 110kV/22(35)kV, các nguồn ñiện dự phòng như cung cấp hỗ trợ từ HTCCð lân cận, nguồn phân tán (diesel, thủy ñiện nhỏ ) Nguồn ñiện ñược phân thành 2 loại:

- Nguồn có thể coi là công suất không giới hạn như NMð, trạm BA trung gian 110/22(35)kV, ký hiệu là S

- Nguồn dự phòng có công suất hữu hạn và ñược ký hiệu là Sgh Các nguồn dạng này cần ñược biết giới hạn công suất, ðTC sẵn sàng, thời gian khởi ñộng

P(MW)

t P

P max

Từ biểu ñồ phụ tải ngày kéo dài có thể xác ñịnh thêm một số thông số:

- Hệ số phụ tải trung bình:

24

) t ( P 24

dt ) t (

P 24

1 i

i 24

0 tb

dt)t(P

1 i

i

= τ

Các hệ số phụ tải ñược sử dụng tính toán cho các công thức xác ñịnh ðTCCCð

2.2.3 Mô hình sơ ñồ lưới ñiện theo ðTC

a Phân miền khu vực trong sơ ñồ HTCCð

Các TBPð phân chia lưới ñiện thành các khu vực có ðTCCCð khác nhau Nếu giả thiết bỏ qua hỏng hóc cầu chì và các mạch phía sau cầu chì thì thời gian ngừng CCð của các khách hàng trong cùng khu vực là như nhau

Cấu trúc theo khu vực là cơ sở ñể phân tích, tính toán ðTCCCð cho các khách hàng

(kV1)

1 2

13 12

14 1110

Nguån dù phßng 2 tr¹m 110kV

a)

Hình 2.4 Sơ ñồ HTCCð với phân miền khu vực

Với lưới ñiện hình 2.4,a, dựa vào vị trí DCL có thể phân miền sơ ñồ thành 4 khu vực như trên hình 2.4,b Sơ ñồ tính toán ðTC thường ñược biểu diễn ñơn giản hơn như hình 2.4,c

b Các thông số ðTC ñẳng trị của phần lưới ñiện khu vực

ðể tính toán ðTC, trước tiên cần ñẳng trị các ñoạn lưới liền nhau mà

giữa chúng không có TBPð (trong mỗi khu vực)

ðộ dài ñẳng trị của n ñoạn lưới liền nhau thành ñoạn lưới Lj của khu vực j:

rj =

j

n

1 i

i i o

rλ

Các khách hàng trong khu vực ñược thay thế bằng phụ tải tổng khu vực

2.2.4 Các ma trận cấu trúc

ðể diễn tả cấu trúc, các trạng thái làm việc của các phần tử nhằm ñánh giá ðTCCCð, cần thiết thành lập các loại ma trận như sau:

Ma trận D gồm n hàng và n cột tương ứng với n khu vực Các số hạng trong ma trận D có thông số là 1 hoặc 0 Trong ñó D(i,j) = 1 khi i nối với j, D(i,j) = 0 khi i không nối với j

Ma trận ñường nối S thể hiện tất cả các ñường nối nối từ nguồn tới nút tải Các số hạng trong ma trận S có thông số là 1 hoặc 0; Sij =1, có nghĩa là khu vực j nằm trên ñường nối từ nguồn S ñến nút i, nếu Sij=0, có nghĩa là khu vực j không nằm trên ñường nối từ nguồn S ñến nút i

2.2.4.3 Ma trận liên hệ giữa nguồn chính S với các khu vực khi có một khu

Các số hạng trong ma trận As có giá trị là 1 hoặc 0 Trong ñó: As(i,j) = 0, khi hỏng hóc tại khu vực j, nguồn S không cấp cho khu vực i As(i,j) = 1, khi hỏng hóc tại khu vực j nguồn S vẫn cấp cho khu vực i

Từ ma trận S có thể thiết lập ñược ma trận As(i,j), bằng cách thay S(ij)=1 khi As(i,j)= 0 và ngược lại

Xét HTCCð như hình 3.4, ma trận D(i,j), As(i,j), thành lập ñược như sau

1 1 0 1

0 0 1 1

1 0 1 0

0 1 0 0

0 1 0 1

1 0 1 1

Trong ma trận D, số hạng D(1,2)= 1 có nghĩa là khu vực 1 nối trực tiếp với khu vực 2; D(1,4)= 0, có nghĩa khu vực 4 không nối với khu vực 1

Trong ma trận S, cột thứ 1 có véc tơ [1 1 1 1] có nghĩa là khu vực 1 nằm trên ñường nối từ nguồn có công suất không giới hạn tới các khu vực 2, 3 và 4 Trong ma trận As, cột thứ 2 có véc tơ [1 0 1 0] có nghĩa là khi hỏng hóc tại khu vực 2 thì khu vực 1 và 3 ñược nối với nguồn, khu vực 2,4 không ñược nối với nguồn có công suất không giới hạn

Tương tự có thể thiết lập các phần tử Ak(i,j) cho ma trận liên kết nguồn

dự phòng thứ k với các khu vực khi có một khu vực bị sự cố

Vì nguồn dự phòng có khả năng cung cấp hạn chế nên có khả năng không cấp ñủ công suất cho mọi khu vực, cần có ma trận thứ tự ưu tiên cung cấp từ mỗi nguồn dự phòng ñến các khu vực Ma trận thứ tự cấp ñiện từ nguồn dự phòng ñược thứ k ñến các khu vực khi có sự cố ở một khu vực ñược

kí hiệu là Bk Các số hạng trong ma trận là Bk(i,j) có giá trị nguyên dương từ 0 ñến n-1 (với n là số khu vực) Trong ñó:

- Bk(i,j) = 0, khi hỏng hóc tại khu vực j, nguồn k không cấp cho khu vực i

- Bk(i,j) = 1…n-1, trình tự nguồn k cấp cho khu vực i khi hỏng hóc tại khu vực j

Khu vực gần nguồn nào sẽ có mức ưu tiên cao cấp ñiện từ nguồn ấy Ngoài ra, khu vực tải quan trọng sẽ có mức ưu tiên cao Với HTCCð như hình 3.4, ma trận Bk(i,j) ñược thành lập như:

1 0 0 0

1 0 2 3

0 0 0 0

2 0 1 3

1 0 0 0

1 0 1 1

0 0 0 0

1 0 1 1

Trong ma trận B1, cột thứ nhất có véc tơ [0 2 0 1] có nghĩa là khi hỏng hóc tại khu vực 1 thì nguồn dự phòng 1 cấp cho khu vực 4 trước tiên, sau ñó cấp cho khu vực 2 (nếu còn công suất), khu vực 1 và 3 nguồn dự phòng không cấp

Trong ma trận B2, cột thứ nhất có véc tơ [0 1 0 2] có nghĩa là khi hỏng hóc tại khu vực 1 thì nguồn dự phòng 2, cấp cho khu vực 2 trước tiên, sau ñó cấp cho khu vực 4 (nếu có thể), khu vực 1 và 3 nguồn dự phòng không cấp

Dễ thấy ma trận Bk(i,j) cùng dạng với Ak(i,j) Nếu thay các phần tử khác

0 trong Bk(i,j) bằng số 1 ta nhận ñược Ak(i,j)

Ma trận ảnh hưởng TBPð, kí hiệu C, với các số hạng C(i,j) có giá trị bằng 1 hoặc bằng 0 Số hạng C(i,j) = 1 nếu khi sự cố tại khu vực j, khu vực i ñược cấp ñiện trở lại (từ nguồn chính S hoặc nguồn dự phòng Sgh) với thời gian bị mất ñiện tạm thời hữu hạn (bằng rpdij) Số hạng C(i,j) = 0 trong các trường hợp còn lại, bao gồm các trường hợp thời gian bị mất ñiện tạm thời rất ngắn có thể bỏ qua (rpdij=0) hoặc mất hẳn (rpdij=∞) Việc thiết lập ma trận cấu trúc C(i,j) có ý nghĩa rất quan trọng nhằm xét ñến ảnh hưởng thời gian thao tác TBPD ñến ðTC CCð

Vẫn xét HTCCð như hình 3.4, xét cho các trường hợp, ma trận C(i,j) như sau:

+ Nếu các DCL khu vực 2,3,4 là DCL thường, chưa xét tới nguồn dự phòng, ta thiết lập ñược ma trận C1;

+ Nếu các DCL khu vực 2,3,4 là DCL thường, xét tới các nguồn dự phòng ta có ma trận C2;

+ Nếu các TBPð khu vực 2,3,4 là DCL tự ñộng ta có C3 với các số hạng trong ma trận ñều bằng 0

0 1 0 1

1 0 1 1

1 1 0 1

1 0 1 1

0 0 0 0

0 0 0 0

0

Trong ma trận C1, cột thứ 2 có véc tơ [1 0 1 0] có nghĩa là khi hỏng hóc tại khu vực 2 thì khu vực 1, 3 ñược cấp ñiện trở lại sau khi bị mất ñiện tạm thời trong thời gian thao tác TBPð Khu vực 2 và 4 mất ñiện hẳn

Trong ma trận C2, cột thứ 2 có véc tơ [1 0 1 1] có nghĩa là khi hỏng hóc tại khu vực 2 thì khu vực 1, 3 và 4 ñược cấp ñiện trở lại sau khi mất ñiện tạm thời trong thời gian thao tác TBPð (khu vực 1,3 ñược cấp trở lại từ nguồn chính, khu vực 4 ñược cấp trở lại từ nguồn dự phòng 1) Ma trận C3 có các số hạng ñều bằng 0 vì khi sự cố một khu vực bất kỳ các khu vực còn lại hoặc không mất ñiện hoặc mất hẳn

Thực tế ñể thiết lập ñược ma trận ảnh hưởng cần am hiểu hoạt ñộng của các bảo vệ và quy trình thao tác xử lí sự cố trong LðPP ñang xét Cũng có thể thiết lập ma trận thời gian ngừng ñiện tạm thời dưới dạng sau:

23 pd

13 pd

r0rr

34 pd

24 pd

14 pd

pd

pd r

r

42 pd

32 pd

12 pd

rr0r

43 pd

23 pd

13 pd

r0rr

34 pd

24 pd

14 pd

0 0 0 0

0 0 0 0

;

Thực chất là ñã thiết lập ma trận thời gian thao tác xử lí sự cố, phục hồi làm việc của LðPP Về cấu trúc Rpd hoàn toàn tương ñương với ma trận C (nếu thay các phần tử khác 0 trong Rpd bằng 1 ta có ma trận C)

2.3 TÍNH TOÁN ðỘ TIN CẬY CUNG CẤP ðIỆN

2.3.1 Lưới ñiện hình tia không nguồn dự phòng

Xét HTCCð như hình 2.5, giả thiết biết biểu ñồ phụ tải, cường ñộ hỏng hóc, thời gian phục hồi sự cố, số lần ngừng ñiện công tác, thời gian ngừng ñiện mỗi lần thao tác của các khu vực, thời gian thao tác của các TBPð, các

ma trận As(i,j), C(i,j), tính các chỉ tiêu ðTCCCð cho các khu vực và HTCCð

Trong trường hợp này chỉ cần sử dụng ma trận kết nối nguồn S là As(i,j)

và ma trận ảnh hưởng TBPð C(i,j) hoặc Rpd(i,j)

Từ ý nghĩa của các ma trận dễ suy ra biểu thức tính thời gian ngừng CCð của khu vực i gây ra bởi khu vực j (j có thể bằng i):

TNðij = {Rpd(i,j)+[1-As(i,j)]rj}λj (2.4)

Trong ñó: λj - cường ñộ hỏng hóc khu vực j (lần/năm); rj - thời gian sửa chữa khu vực j (h/lần); Rpd(i,j) và As(i,j) - tương ứng là các phần tử hàng i cột

j của ma trận ảnh hưởng TBPD và ma trận liên kết nguồn chính

Bỏ qua sự cố xếp chồng, thời gian ngừng CCð cả năm của khu vực i do

sự cố tất cả các khu vực gây ra tính ñược:

ðể tính ñiện năng ngừng CCð ta cũng cần xác ñịnh ñiện năng ngừng CCð gây ra riêng bởi sự cố từng khu vực Ta có ñiện năng ngừng CCð khu vực i do sự cố khu vực j như sau:

ANði,j= [Rpd(i,j)+(1-As(i,j) rj]λj

= {Rpd(i,j)+[1-As(i,j)] rj}λjαtbi (2.6)

Ở ñây Li(t) công suất phụ tải khu vực i, tương ứng với thời gian kéo dài t, tính theo biểu ñồ phụ tải kéo dài năm, T=8760 h (Có thể quy ñổi từ biểu ñồ phụ tải ngày kéo dài)

ðiện năng ngừng CCð tổng của khu vực i:

2.3.2 Lưới ñiện hình tia có nguồn dự phòng

2.3.2.1 Nguồn dự phòng có công suất ñủ lớn

Xét HTCCð hình tia có một số nguồn dự phòng như hình 2.6, giả thiết biết cường ñộ hỏng hóc, thời gian phục hồi sự cố, số lần ngừng ñiện công tác, các ma trận As(i,j), Ak(i,j), C(i,j), tính các chỉ tiêu ðTCCCð cho các khu vực

và HTCCð

Tr¹m nguån

KV1

KV3 KV4

KV2 Nguån dù phßng 2

Nguån dù phßng 1

Hình 2.6 Lưới ñiện ñiều khiển tự ñộng có nguồn dự phòng

Trong trường hợp này không cần quan tâm ñến tương quan giữa công suất nguồn và biểu ñồ phụ tải bởi khu vực tốt sẽ ñược cấp ñiện trở lại, nếu sau khi cách li khỏi khu vực sự cố nó ñược nối ñến ít nhất một nguồn

Thời gian ngừng CCð của khu vực i gây ra bởi khu vực j (j có thể bằng i):

TNðij = {Rpd(i,j)+[1-As(i,j)]∏

=

−

dp N

1 k

k(i j)]

A1[ rj }λj (2.9) Trong ñó Ndp là số nguồn dự phòng

Thời gian ngừng CCð cả năm của khu vực i tính ñược:

[1-As(i,j)]∏

=

−

dp N

1 k

k(i j)]

A1

Tích này chỉ bằng 0 khi mọi giá trị A(i,j) =0, nghĩa là không ñược nối với nguồn nào Lúc này thời gian mất ñiện khu vực i do sửa chữa khu vực

j chỉ còn:

k(i j)]

A1

ðiện năng ngừng CCð khu vực i do sự cố khu vực j như sau:

=

−

dp

N k

k i j A

1

)]

, ( 1 [ rj} λjαtbi (2.11) ðiện năng ngừng CCð tổng của khu vực i:

2.3.2.2 Xét ñến giới hạn cung cấp của nguồn dự phòng

Trong trường hợp này ngoài các số liệu về sơ ñồ (các ma trận liên kết,

ma trận ảnh hưởng .) cần biết thêm giới hạn công suất các nguồn Mỗi khu vực ñều biết biểu ñồ phụ tải tải ngày và xây dựng ñược biểu ñồ thời gian kéo dài

a Xác ñịnh thời gian không ñược cấp cho các khu vực do giới hạn công suất

từ nguồn dự phòng

Khác với nguồn cung cấp chính, nguồn dự phòng có khả năng cung cấp hạn chế hơn do giới hạn công suất của bản thân nguồn dự phòng, giới hạn truyền tải của sơ ñồ liên kết (giới hạn cung cấp ñến khu vực xét) và ðTC hoạt ñộng của chính bản thân nguồn dự phòng Khi ñó có thể một số khu vực nhỏ trong lưới không ñược ñóng ñiện ñể ñảm bảo cân bằng công suất ðể xét ñến yếu tố này trong tính toán ðTC CCð cần phân tích sơ ñồ, khả năng các nguồn và xác ñịnh tổng thời gian không ñược ñóng ñiện (trong 1 năm) cho mỗi khu vực

Ở ñây, ñể ñơn giản coi ñiều kiện ñóng ñiện tương ñương với ñiều kiện có

ñủ công suất nguồn dự phòng và khả năng truyền tải ñể cung cấp cho phụ tải khu

vực tại thời ñiểm xảy ra sự cố Khu vực nào ñó sẽ không ñược ñóng ñiện nếu

ñến thứ tự ưu tiên của nó các nguồn không còn ñủ công suất hoặc có nhánh bị

quá tải Thực tế, còn có thể xảy ra khả năng con người xử lí tối ưu bằng cách cắt

bớt một phần phụ tải bằng các thao tác cầu dao-cầu chì một số mạch trong khu

vực nhỏ ñang xét mới ñóng nguồn dự phòng Kỳ vọng ñiện năng bị mất khi ñó

sẽ ít hơn Tuy nhiên, khi khu vực phân chia ñủ nhỏ thì sai số không nhiều

Như trên ñã nêu, coi ñiều kiện ñóng ñiện trở lại cho mỗi khu vực nhỏ là

phải ñủ nguồn cung cấp và không bị quá tải các nhánh Khi ñó thời gian mất

ñiện của mỗi khu vực do không ñược ñóng nguồn dự phòng cũng chính là

thời gian thiếu công suất cho khu vực này sau khi các các nguồn ñã cung cấp

cho các khu vực ưu tiên trước nó Dựa vào ma trận Bk(i,j), ñể xác ñịnh lượng

công suất không ñược cấp của khu vực i từ nguồn dự phòng

Gọi Lk,i,j(t) là lượng công suất không ñược cấp khu vực i từ nguồn công

suất giới hạn k (k=1 ñến NDP) khi hỏng hóc tại khu vực j Ta có:

Lk,i,j(t)=Lk-1,i,j(t)-Pk,i’,j(t), khi Lk-1,i,j(t) > Pk,i’,j(t)

Lk,i,j(t)=0 trong trường hợp còn lại

(2.14)

Trong ñó: Lk-1,i,j(t) là phụ tải khu vực i trước khi nguồn ñiện k cấp cho

khu vực i khi hỏng hóc khu vực j

khi hỏng hóc tại khu vực j

i’ ñược xác ñịnh dựa trên ma trận Bk(i,j)

Bk(i’,j)= n-1 (khi n > 1) (2.15)

Bk(i,j) = n (2.16)

Gọi Pk,i,j(t) là lượng công suất của nguồn ñiện k còn dư sau khi cấp cho

khu vực i

Pk,i,j(t)=Pk,i’,j(t)-Lk-1, i, j(t), khi Pk,i’,j(t) >Lk-1, i, j(t)

Pk, i, j(t) = 0 trong trường hợp còn lại (2.17)

Giá trị ban ñầu của Lk,i,j(t) và Pk,i,j(t) là L0,i,j(t) và Pk,0,j(t) chính là phụ tải của khu vực i và công suất của nguồn ñiện k

Sau khi xét cho tất cả các nguồn dự phòng, giá trị cuối cùng của Lk,i,j(t)

phụ tải ñang xét thì nguồn dự phòng không cấp cho khu vực xét Dựa trên ñồ thị phụ tải kéo dài, theo giá trị LNgh,i,j(t) ta có thể xác ñịnh ñược khoảng thời gian không ñược cấp của khu vực i khi hỏng hóc tại khu vực j, với cung cấp

từ nguồn dự phòng Gọi thời gian này là τ’i,j Tổng thời gian không ñược ñóng ñiện trong năm τi,j=365* τ’i,j

Mọi tính toán (cộng trừ công suất) ñều theo toàn biểu ñồ (hình 2.7) ñó là

vì xét cho mọi thời ñiểm t, ñều có khả năng xảy ra sự cố

Hình 2.7 minh họa chung cho phép tính với Pk,i',j(t) là công suất còn lại của nguồn k sau khi cung cấp cho khu vực i' có thứ tự ưu tiên trước i Lk-1,i,j(t)

là biểu ñồ phần công suất tải còn thiếu chưa ñược cấp của khu vực i sau khi

ñã ñược nguồn k-1 cấp Sau khi trừ biểu ñồ ta nhận ñược phần biểu ñồ công suất thiếu của tải khu vực i và công suất thừa của nguồn k Các biểu ñồ này ñược sử dụng ñể tính toán tiếp

Lk,i,j (t)

t 24

T(h)

Hình 2.7 Quan hệ giữa L k,i,j (t) và P k,i,j (t)

Xét HTCCð như hình 2.4, tính thời gian không ñược cấp từ nguồn dự phòng khu vực 4 khi hỏng hóc khu vực 1

Theo thứ tự ưu tiên, nguồn dự phòng 1 cấp cho khu vực 4 trước tiên (k=1), lượng công suất không ñược cấp khu vực 4 từ nguồn dự phòng 1:

L1,4,1(t)=L0,4,1(t)-P1,0,1(t), khi L0,4,1(t)>P1,0,1(t)

Với Lo,4,1(t) là phụ tải khu vực 4 tại thời gian t, P1,0,1(t) là công suất

nguồn dự phòng 1 ban ñầu

Nếu Lo,4,1(t) > 0, khu vực 4 có thể ñược cấp từ nguồn dự phòng 2 (k=2)

Lượng công suất nguồn dự phòng 2 (ưu tiên của 2) sau khi cấp cho khu

vực 2 còn dư, tính ñược:

P2,2,1(t)=P2,0,1(t)-L0,2,1(t), khi P2,0,1(t)>L0,2,1(t)

Với Lo,2,1(t) là phụ tải khu vực 2 tại thời gian t, P2,0,1(t) là công suất ban

ñầu của nguồn dự phòng 2

Lượng công suất không ñược cấp khu vực 4 sau khi xét thêm khả năng

của nguồn dự phòng 2:

L2,4,1(t)=L1,4,1(t)-P2,2,1(t), khi L1,4,1(t)>P2,2,1(t)

ðến ñây (ñã xét hết khả năng của cả 2 nguồn dự phòng), giả sử ta nhận

ñược biểu ñồ công suất tải còn thiếu của khu vực 4 như hình 2.8

Hình 2.8 Lượng công suất, thời gian không ñược cấp từ nguồn dự phòng

cho khu vực xét

Biểu ñồ cho thấy, khu vực 4 có thời gian không ñược ñóng ñiện từ nguồn

dự phòng do không ñủ công suất Tổng thời gian không ñược ñóng ñiện trong

một năm τ4,1=365τ'4,1

Cuối cùng dựa vào kết quả tính toán ta thiết lập ñược ma trận [τi,j] phục

vụ cho mục ñích tính toán Cũng có thể thiết lập thêm ma trận Wk(i,j):

Wk,i,j(t) = 1, khi Lk-1,i,j(t) > Lk,i,j(t)

Wk,i,j(t) = 0, trong trường hợp còn lại

hỏng hóc tại khu vực j hay không khi xét ñến giới hạn công suất

Khi xét ñến giới hạn truyền tải các nhánh, cách tính toán vẫn tương

tự, chỉ chú ý là phải giảm giới hạn công suất nguồn xuống bằng giới hạn truyền tải

dự phòng)

Khi nguồn dự phòng là LðPP lân cận thì ðTC sẵn sàng có thể ñánh giá qua xác xuất mất ñiện ñến thanh cái cung cấp dự phòng vào thời gian lưới ñang xét bị sự cố Trong trường hợp này, về lí thuyết ðTC nguồn dự phòng rất cao, do có thể bỏ qua sự cố xếp chồng Trong trường hợp này có thể chỉ xét ñến ảnh hưởng giới hạn công suất nguồn ñến thời gian không cấp ñiện cho các khu vực như ñã xét trong mục trên

Thời gian ngừng CCð khu vực i khi sự cố khu vực j:

TNði,j= Rpd(i,j)λj+ [1-As(i,j)]

) ( )]

, ( 1 [ ) ( ) , (

t i j j s

T t i pd

j

T j i A t

L j i R T

A

τ

λλ

= Rpd(i,j)αtbiλj+[1-As(i,j)]ατij rjλj (2.20) Trong ñó ατij là hệ số phụ tải ñỉnh khu vực i xét trong khoảng thời gian τij

ðiện năng ngừng CCð khu vực i như sau:

Với nguồn ñiện phân tán ñộ sẵn sàng của nguồn xác ñịnh khá phức tạp bởi có cả nguyên nhân ngẫu nhiên (khách quan) và chủ quan dẫn ñến nguồn không ñược khởi ñộng Ví dụ, do giá nhiên liệu cao nguồn dự phòng phân tán không ñược huy ñộng chỉ những nguồn dự phòng lưới làm việc (mặc cho ñộ tin cậy giảm ñi) Ngoài ra, với nguồn phân tán còn cần xét ñến thời gian khởi ñộng kéo dài (trạm diesel) ảnh hưởng ñến thời gian ngừng cung cấp ñiện của khu vực ðể tính toán ðTC ta giả thiết, bằng các phương pháp, ñã xác ñịnh ñược xác suất làm việc tin cậy bản thân nguồn dự phòng

Gọi Psk(t) là xác suất làm việc tin cậy của bản thân nguồn dự phòng thứ

tại khu vực j hay không

Ta có xác suất CCð tin cậy của các nguồn dự phòng cho khu vực i khi

k j

k t Ps t W

1

, ( ){ 1 ( )}]

1 [ (2.23) Xác suất hỏng hóc của các nguồn dự phòng cấp ñiện cho khu vực i khi sự

Thời gian ngừng CCð khu vực i khi sự cố khu vực j:

TNði,j=Rpd(i,j)λj+{[1-As(i,j)]

T

)t(F

T

1 t

j , F ij

j

∑

+ τ

=

+τ

}λjrj (2.25) ðiện năng ngừng CCð khu vực i gây ra bởi sự cố khu vực j như sau:

ANði,j=

T j

λ

{Rpd(i,j) ( )

1

t L T i i

ij

t i

t L

T t i

T t

j F i

) ( ) (

τ

] rj λj (2.26) Khi ñộ tin cậy các nguồn không phụ thuộc thời gian, ta có:

ANði,j=Rpd(i,j)α tbiλj+[1-As(i,j)] [α τij+(α tbi -α τij)FF,i,j]rj λj

Thời gian ngừng CCð và ñiện năng ngừng CCð tính tổng cộng cho khu vực i xét với mọi tình huống sự cố vẫn ñược tính như các trường hợp trên

Với các nguồn DG, còn phải xét ñến ảnh hưởng của thời gian khởi ñộng (tương ñối dài) Tuy nhiên, ở giai ñoạn QHTK thường chưa xét ñến ñảm bảo ðTC bằng nguồn DG Các nguồn dự phòng nhận từ lưới ñiện lân cận có thời gian khởi ñộng ngắn, có thể bỏ qua

2.4 VÍ DỤ ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN ðỘ TIN CẬY CUNG CẤP ðIỆN

2.4.1 Sơ ñồ và số liệu ban ñầu

Xét HTCCð cho trong hình 2.9 (lấy như hình 2.2), biểu ñồ phụ tải các khu vực như trên hình 2.10

a)

13 12

10

Nguån dù phßng 2 tr¹m 110kV