Nghiên cứu tính toán và đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy lưới điện phân phối điện lực sơn trà thành phố đà nẵng

Để vận hành tối ưu đồng thời đảm bảo các chỉ tiêu về sản xuất kinh doanh và năng suất lao động của Tổng công ty Điện lực miền Trung có xét đến năm 2020 trong đó bao gồm các chỉ tiêu về đ

PHÂN PHỐI ĐIỆN LỰC SƠN TRÀ

Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – Năm 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học : TS TRẦN TẤN VINH

Phản biện 1 : TS Trần Vinh Tịnh

Phản biện 2 : TS Lê Kỷ

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ chuyên ngành Kỹ thuật điện họp tại Đại Học Bách Khoa vào ngày 13 tháng 05 năm 2017

Có thể tìm hiểu luận văn tại :

- Trung tâm Học liệu, Đại Học Đà Nẵng tại trường Đại học Bách Khoa

- Thư viện Khoa Kỹ thuật Điện, Trường Đại học Bách Khoa, ĐHĐN

MỞ ĐẦU

1 Lý do lựa chọn đề tài

Chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện là chỉ tiêu chính trong hoạt động SXKD của các công ty phân phối điện lực, cụ thể là Công ty Điện lực Đà Nẵng Theo nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội, chỉ tiêu

độ tin cậy cung cấp điện ngày càng trở nên quan trọng, nó thể hiện mức độ quan tâm của Ngành Điện đối với khách hàng, trong đó việc đảm bảo nguồn điện liên tục cũng như việc phát hiện nhanh chóng

và xử lý sự cố để khôi phục cấp điện là rất quan trọng

Lưới điện Điện lực Sơn Trà – TP Đà Nẵng trải dài qua hai quận Sơn Trà và quận Ngũ Hành Sơn Để vận hành tối ưu đồng thời đảm bảo các chỉ tiêu về sản xuất kinh doanh và năng suất lao động của Tổng công ty Điện lực miền Trung có xét đến năm 2020 trong

đó bao gồm các chỉ tiêu về độ tin cậy cung cấp điện, tổn thất điện năng, suất sự cố, chỉ số tiếp cận điện năng, điện thương phẩm/ lao động sản xuất điện, nâng cao hiệu quả tài chính…Trong đó các vấn

đề liên quan đến độ tin cậy cung cấp điện trên hệ thống điện lưới phân phối thành phố Đà Nẵng được quan tâm

Việc nghiên cứu, áp dụng các giải pháp mới để nâng cao độ tin cậy đến trị số hợp lý đã và đang là mục tiêu của ngành Điện Việc nghiên cứu dựa trên các phương pháp và tính toán các chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện và đưa ra các giải pháp nhằm đánh giá độ tin cậy là rất cần thiết cho các Công ty Điện lực tỉnh/thành trong công tác sản xuất và kinh doanh

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu của đề tài : lưới điện phân phối trung áp

- Phạm vi nghiên cứu: Sử dụng phần mềm PSS/ADEPT và chương trình tính toán Matlab trên cơ sở một thuật toán tối ưu được chọn để tiến hành phân tích, tính toán và đưa ra giải pháp để tối ưu các chỉ tiêu độ tin cậy từ đó đưa ra một số biện pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, đem lại hiệu quả kinh tế

3 Phương pháp nghiên cứu

- Tìm hiểu về đặc điểm kinh tế xã hội và kết cấu lưới điện hiện trạng trên địa bàn của Quận Sơn Trà

- Thu thập dữ liệu và các thông số vận hành thực tế của lưới điện phân phối do Điện lực Sơn Trà quản lý qua chương trình PSS/ADEPT

- Nghiên cứu lý thuyết để xây dựng chương trình tính toán độ tin cậy của LPP có cấu trúc hình tia và mạch vòng

- Phân tích các chỉ tiêu độ tin cậy từ đó tính toán và đánh giá

độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện Điện lực Sơn Trà- TP Đà Nẵng

- Đề xuất các giải pháp nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối Điện lực Sơn Trà- TP Đà Nẵng

4 Tên đề tài

Căn cứ vào mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu đề tài được đặt tên

là: “Nghiên cứu tính toán và đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy lưới điện phân phối Điện lực Sơn Trà – thành phố Đà Nẵng”

5 Bố cục đề tài

Chương 1: Tổng quan về độ tin cậy cung cấp điện lưới điện phân phối và thực trạng lưới điện phân phối của Điện lực Sơn Trà-Thành phố Đà Nẵng

Chương 2: Các phương pháp đánh giá độ tin cậy lưới điện phân phối

Chương 3: Xây dựng thuật toán tính toán độ tin cậy lưới điện phân phối dựa vào phương pháp không gian trạng thái

Chương 4: Tính toán các chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện của lưới phân phối Điện lực Sơn Trà – TP Đà Nẵng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

VÀ THỰC TRẠNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

CỦA ĐIỆN LỰC SƠN TRÀ-THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG

1.1 Tổng quan về độ tin cậy [1]

1.1.1 Định nghĩa độ tin cậy

Độ tin cậy là xác suất để đối tượng (hệ thống hay phần tử) hoàn thành nhiệm vụ chức năng cho trước, duy trì được giá trị các thông số làm việc đã được thiết lập trong một giới hạn đã cho, ở một thời điểm nhất định, trong những điều kiện làm việc nhất định

1.1.2 Các chỉ tiêu độ tin cậy các phần tử

1.1.2.1 Đối với phần tử không phục hồi

- Thời gian vận hành an toàn , độ tin cậy của phần tử, cường độ

sự cố (t), thời gian trung bình làm việc an toàn của phần tử Tlv

1.1.2.2 Đối với phần tử có phục hồi

- Thông số dòng sự cố, thời gian trung bình giữa 2 lần sự cố Tlv , thời gian trung bình sửa chữa sự cố TS, hệ số sẵn sàng, hàm tin cậy của phần tử R(t)

1.1.3 Biểu thức tính toán độ tin cậy và các chỉ tiêu độ tin cậy theo tiêu chuẩn IEEE-1366

1 Chỉ số tần suất mất điện trung bình của hệ thống (System

Average Interruption Frequency Index – SAIFI):

Trong đó : λi là cường độ mất điện trong năm

Ni là số lượng khách hàng tại nút phụ tải thứ i

2 Chỉ số tần suất mất điện trung bình của khách hàng (Customer

Average Interruption Frequency Index – CAIFI):

3 Chỉ số thời gian mất điện trung bình của hệ thống (System

Average Interruption Duration Index – SAIDI):

Trong đó: Ti là thời gian mất điện hàng năm

Ni là số lượng khách hàng tại nút phụ tải thứ i

4 Chỉ số thời gian mất điện trung bình của khách hàng

(Customer Average Interruption Duration Index – CAIDI):

Trong đó: λi là cường độ mất điện

Ti là thời gian mất điện hàng năm

= Tổng số lần khách hàng bị mất điện Tổng số khách hàng bị ảnh hưởng mất điện

Ni là số khách hàng tại nút phụ tải thứ i

1.2 Thực trạng lưới điện phân phối Điện lực Sơn Trà

1.2.1 Giới thiệu chung lưới điện trên địa bàn quận Sơn Trà

1.2.2 Sơ đồ kết dây hiện tại

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY

LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

2.1 Khái niệm về trạng thái và hỏng hóc của hệ thống điện

2.2 Một số phương pháp đánh giá độ tin cậy

2.3 Phương pháp cây hỏng hóc

2.3.1 Phương pháp mô phỏng Monte - Carlo

2.3.2 Phương pháp cấu trúc

2.4 Phương pháp không gian trạng thái

Hệ thống được diễn tả bởi 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 Phần tử có thể có nhiều trạng thái khác nhau như trạng thái tốt (TTT), trạng thái hỏng (TTH), trạng thái

a) b)

bảo quản định kỳ (TTBQĐK)….Do đó mỗi sự thay đổi trạng thái của phần tử đều làm cho hệ thống chuyển sang một trạng thái mới Tất cả các trạng thái có thể có hệ thống tạo thành không gian trạng thái (KGTT) Hệ thống luôn luôn ở một trong những trạng thái này nên tổng các xác suất trạng thái (XSTT) bằng 1

Một hệ thống vật lý nào đó mà trạng thái của nó biến đổi theo thời gian một cách ngẫu nhiên, ta gọi hệ đó diễn ra một quá trình ngẫu nhiên

Ưu thế của phương pháp không gian trạng thái là 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 độ tin cậy của hệ thống

2.4.1 Quá trình ngẫu nhiên Markov

2.4.2 Quá trình Markov với trạng thái và thời gian rời rạc: (Xích Markov) 2.4.3 Quá trình Markov có trạng thái trong thời gian liên tục

Lựa chọn phương pháp tính toán : Trong sơ đồ lưới điện phân

phối gồm đường dây và trạm biến áp thì mỗi phần tử sẽ có nhiều trạng thái khác nhau như trạng thái đổi nối, trạng thái sửa chữa, trạng thái bảo dưỡng định kỳ Do vậy không thể dùng phương pháp cấu trúc nối tiếp hoặc song song các phần tử để đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối vì vậy trong luận văn này lựa chọn phương pháp không gian trạng thái

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG THUẬT TOÁN TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI DỰA VÀO PHƯƠNG PHÁP

KHÔNG GIAN TRẠNG THÁI

3.1 Phương pháp trạng thái

3.1.1 Khái niệm chung

3.1.2 Mô hình trạng thái của các phần tử

Hình 3.2 Mô hình hai (a) và ba trạng thái (b) của các phần tử

Đối với những phần tử có mô hình hai trạng thái

R

T

P T T

N 1 (T T)

(3.6)

- Số nút; số nút phụ tải; số nhánh (phần tử); nút đầu, nút cuối của

các nhánh; vị trí đặt các máy cắt và các dao cách ly phân đoạn; công

suất phụ tải, số lượng khách hàng ở từng nút phụ tải

- Cường độ sự cố, thời gian trung bình sữa chữa sự cố, thời gian

trung bình đổi nối của các phần tử

3.2.2 Tìm đường nối từ nguồn đến các phụ tải:

Hình 3.3.Sơ đồ thuật toán tính toán độ tin cậy hệ thống điện

phân phối

3.2.3 Vùng bảo vệ và vùng sửa chữa của các phần tử

Hình 3.4 Sơ đồ thuật toán xác định vùng bảo vệ của các phần tử

3.2.4 Phân tích ảnh hưởng hỏng hóc của các phần tử đến độ tin cậy cung cấp điện của các nút phụ tải

Hình 3.5 Sơ đồ trạng thái của hệ thống

Khi phần tử i bị sự cố: nếu vùng bảo vệ của phần tử i có ít nhất một phần tử thuộc đường nối ĐN thì đường nối bị đứt, nghĩa là trạng thái iR là trạng thái hỏng (PT mất điện); nếu vùng sửa chữa của phần

tử i có ít nhất một phần tử thuộc đường nối ĐN thì trạng thái iS là trạng thái hỏng

Sau khi phân tích ảnh hưởng của tất cả các phần tử đến trạng thái của phụ tải, tiến hành hợp nhất các trạng thái hỏng / tốt iR, iS của các phần tử thành trạng thái hỏng TTH (mất điện) / trạng thái tốt TTT (không mất điện) của nút phụ tải

3.2.5 Tính xác suất, tần suất và thời gian các trạng thái của phụ tải

Xác suất trạng thái bình thường N theo biểu thức:

)(

1

1

N j

Rj j Sj j N

i Ri i N

T T

P

(3.9)Tần suất trạng thái mất điện của nút phụ tải:

Thời gian mất điện trung bình hằng năm của nút phụ tải:





TTH j j

tử, giả thiết các thiết bị đóng cắt làm việc hoàn toàn tin cậy Từ cơ sở phương pháp đề xuất, có thể phát triển chương trình tính toán để đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối phức tạp hơn, và cho phép xét đến bảo quản định kỳ, hoặc xét đến các trạng thái làm việc không tin cậy của các thiết bị thao tác như là máy cắt cắt nhầm, hoặc không cắt khi có yêu cầu từ hệ thống bảo vệ rơ le

CHƯƠNG 4

ÁP DỤNG TÍNH TOÁN, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO

ĐỘ TIN CẬY LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ĐIỆN LỰC SƠN TRÀ

4.1 Tính toán đánh giá độ tin cậy LĐPP Điện lực Sơn Trà

4.1.1 Giới thiệu về các chỉ số để tính toán độ tin cậy

4.1.2 Thông số đầu vào để tính toán độ tin cậy

4.1.2.1 Thông số cấu trúc sơ đồ lưới điện

Sơ đồ nối điện của các xuất tuyến, gồm:

- Nút: các nút nguồn, nút phụ tải, nút trung gian

- Nhánh: gồm các nhánh của các loại phần tử như đường dây, máy biến áp, thiết bị đóng cắt, thiết bị bù, Mỗi một nhánh sẽ được xác định cụ thể bằng nút đầu, nút cuối

- Thông số của các nhánh: loại nhánh (đườngng dây, MBA, Thiết

bị đóng cắt, thiết bị bù, ); chiều dài đường dây, loại dây dẫn; loại MBA, thông số MBA; loại thiết bị đóng cắt (như Recloser, Dao cách

ly phân đoạn, LBS, cầu chì tự rơi FCO, )

- Vị trí đặt các thiết bị đóng cắt như Recloser, Dao cách ly phân đoạn, LBS, Cầu chì tư rơi FCO,

- Sơ liệu phụ tải P, Q cho từng nút phụ tải, biểu đồ phụ tải, số lượng khách hàng,

- Thông số vận hành hệ thống: điện áp, phụ tải thực tế, tình trạng làm việc của các thiết bị bù, đóng cắt, các điều kiện ràng buộc, v.v Việc nhập tất cả các dữ liệu liên quan đến cấu trúc lưới điện phân phối rất mất nhiều thời gian và công sức; đặc biệt đối với hệ thống điện phân phối Đà Nẵng nói chung và Điện lực Sơn Trà nói riêng khi

số xuất tuyến nhiều, số lượng phần tử và phụ tải rất lớn

Để giải quyết khó khăn này, luận văn đề xuất phương án truy xuất dữ liệu từ các sơ đồ lưới điện phân phối đã được Điện lực Sơn Trà xây dựng và lưu trữ vận hành trên phần mềm PSS/ADEPT Thủ tục như sau:

excel, gồm các report input, nodevp, branchip;

trúc không phù hợp vì xuất hiện nhiều dòng, cột trống, các ô ở dạng merge cell, nên qua công đoạn này (được xử lý nhanh bằng chương trình Matlab) ta sẽ được một file excel gồm các bảng tính ghi dữ liệu nhánh, nút, phụ tải có cấu trúc rõ ràng hơn như Hình 4.1

Trong Matlab, dùng các lệnh xlsread(filename,'Sheet') để đọc dữ liệu text và numeric từ các Sheet của file Excel vừa thiết lập ở trên;

và lệnh save (file) để lưu toàn bộ dữ liệu cấu trúc lưới dưới dạng file

***.mat thuận tiện truy xuất lại bằng lệnh load (file)

Hình 4.1 Dữ liệu PSS/ADEPT truy xuất, sắp xếp lại trong các

Sheet 4.1.2.2 Thông số độ tin cậy của các phần tử

Các thông số đầu vào về độ tin cậy của các phần tử gồm:

Cường độ sự cố () của các phần tử như đường dây, máy biến áp, thiết bị phân đoạn, (đơn vị tính: 1/năm)

Thời gian trung bình sửa chữa sự cố (Tsc) của các phần tử (thường có đơn vị tính là giờ);

Thời gian đổi nối trung bình (TS) do phải thao tác (bằng tay hay

tự động) các thiết bị phân đoạn sau khi các recloser cắt để cô lập vùng sự cố và hạn chế phạm vi mất điện (đơn vị tính: giờ);

Cường độ bảo quản định kỳ các phần tử λM (đơn vị tính: 1/năm); Thời gian trung bình bảo quản định kỳ các phần tử TBQ (đơn vị tính: giờ)

Các thông số độ tin cậy của các phần tử trong hệ thống điện phân phối do Điện lực Sơn trà quản lý như Hình 4.2

Hình 4.2 Thông số độ tin cậy các phần tử

4.1.3 Tính toán các chỉ số độ tin cậy trên các xuất tuyến:

4.1.3.1 Xuất tuyến 471-E13

a Trường hợp chỉ xét mất điện sự cố

+ Không bố trí DCL phân đoạn:

Bảng 4.1 Các chỉ tiêu về độ tin cậy của hệ thống

Xuất

tuyến (1/năm.KH) SAIFI SAIDI (phút/KH)

CAIDI (phút/KH.)

Amđ (kWh/năm)

+ Có bố trí DCL phân đoạn:

Bảng 4.2 Các chỉ tiêu về độ tin cậy của hệ thống

b Mất điện do sự cố và bảo quản định kỳ các phần tử

+ Nếu không bố trí DCL phân đoạn:

Bảng 4.3 Các chỉ tiêu về độ tin cậy của hệ thống:

Xuất

tuyến

SAIFI (1/năm.KH)

SAIDI (phút/KH)

CAIDI (phút/KH.)

Amđ (kWh/năm)

+ Nếu có bố trí DCL phân đoạn:

Bảng 4.4 Các chỉ tiêu về độ tin cậy của hệ thống: Xuất

tuyến

SAIFI (1/năm.KH)

SAIDI (phút/KH)

CAIDI (phút/KH.)

Amđ (kWh/năm)

Xuất

tuyến

SAIFI (1/năm.KH)

SAIDI (phút/KH)

CAIDI (phút/KH)

Amđ (kWh/năm)

4.2 ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ĐLST 4.3 GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY LĐPP ĐLST

4.3.1 Yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy của lưới điện

4.3.2 Nguyên nhân làm giảm độ tin cậy

4.3.3 Đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy lưới điện phân phối

4.3.4 Áp dụng cho lưới điện phân phối Điện lực Sơn Trà

4.3.4.1 Giảm cường độ sự cố, thời gian đổi nối, thời gian sửa chữa

sự cố của các phần tử

4.3.4.3 Lắp đặt bổ sung các dao cách ly phân đoạn của hệ thống các xuất tuyến 22kV nhận điện từ TBA 110kV E13 và TBA 110kV E14

Trường hợp chỉ xét mất điện sự cố

+ có bố trí DCL phân đoạn:

Bảng 4.13 Các chỉ tiêu về độ tin cậy của hệ thống:

(1/năm.kh)

SAIDI (phút/KH)

CAIDI (phút/KH)

Amđ (kWh/năm)

Amđ (kWh/năm)

Nhận xét

Để phấn đấu đạt được chỉ tiêu độ tin cậy do Tổng Công ty Điện lực miền Trung giao xét đến năm 2020, tác giả đề xuất áp dụng tổng hợp các giải pháp như đã đề xuất ở trên, bao gồm thực hiện các biện pháp quản lý và kỹ thuật nhằm giảm cường độ sự cố, thời gian đổi nối, thời gian sữa chữa sự cố, giảm cường độ bảo quản, rút ngắn thời gian bảo quản, lắp đặt các DCL phân đoạn

Sau khi áp dụng giải pháp, các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy như thời gian mất điện trung bình của hệ thống SAIDI, số lần mất điện trung bình của hệ thống SAIFI, số lần mất điện trung bình của khách hàng CAIFI, thời gian mất điện trung bình của khách hàng CAIDI, lượng điện năng mất điện Amđ đều giảm tức là độ tin cậy lưới điện được cải thiện đáng kể so với hiện trạng trước khi thực hiện giải pháp

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Độ tin cậy cung cấp điện ngày càng được khách hàng cũng như ngành điện quan tâm, đặc biệt trong lĩnh vực phân phối điện năng, khi mà các Công ty Điện lực có quan hệ trực tiếp với khách hàng trong việc mua bán điện Những thiệt hại do mất điện không những là của khách hàng mà còn tác động trực tiếp vào quá trình sản xuất kinh doanh của các Công ty Điện lực Do vậy, cần thiết phải nâng cao độ tin cậy cung cấp điện mà trước hết là độ tin cậy của lưới điện phân phối

Trên cơ sở lý thuyết cơ bản về độ tin cậy cung cấp điện, các chỉ