BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
DƯƠNG THỊ LOAN NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ðÁNH GIÁ ðỘ TIN
CẬY CUNG CẤP ðIỆN CỦA LƯỚI ðIỆN PHÂN PHỐI
CÓ NGUỒN DỰ PHÒNG 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
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 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………
iv
MỤC LỤC Lời cam ñoan ii
Lời cảm ơn iii
Mục lục iv
1.1.1 Hệ thống ñiện và các phần tử 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 CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO ðỘ TIN CẬY CỦA HTCCD 7
1.2.1 ðặc ñiểm của hệ thống ñiện về mặt ñộ tin cậy 7
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
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………
v
1.2.4 Biện pháp thực hiện nâng cao ñộ tin cậy trong phạm vi luận văn 11
1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ðTCCCð 11
1.3.1 Phương pháp ñồ thị-giải tích 11
1.3.2 Phương pháp không gian trạng thái 12
1.3.3 Phương pháp cây hỏng hóc 12
1.3.4 Phương pháp mô phỏng Monte Carlo 13
2.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 41
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN CHẾ ðỘ LÀM VIỆC BÌNH THƯỜNG VÀ
ðÁNH GIÁ ðỘ TIN CẬY CUNG CẤP ðIỆN CHO CÁC PHỤ
TẢI THUỘC LỘ 971 E11.3 THÀNH PHỐ THÁI BÌNH 43
3.1 ðặc ñiểm tự nhiên, kinh tế xã hội của Thành phố Thái Bình 43
3.1.1 ðặc ñiểm tự nhiên 43
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………
vi
3.1.2 ðặc ñiểm kinh tế xã hội 43
3.1.3 ðặc ñiểm lưới ñiện Thành phố Thái Bình 43
3.2 Ứng dụng phần mềm CONUS tính toán chế ñộ làm việc bình
thường 54
3.2.1 Cơ sở tính toán 54
3.2.2 Các số liệu ban ñầu 54
3.2.3 Kết quả tính toán 61
3.3 Ứng dụng phương pháp ñồ thị giải tích tính toán ñộ tin cậy cung
cấp ñiện cho lộ ñường dây 971E11.3 68
3-2 Số liệu nhánh 56
3-3 Số liệu các máy biến áp 60
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
ñặt 10 kV 64
3.6 ðiện áp các nút hạ áp 0,4 kV 65
3-7 Dòng ñiện chạy trên các nhánh của lưới khi thanh cái lưới cao áp
ñặt 10 kV 66
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 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………
viii
3.2 Nhập số liệu nút 56
3.3 Nhập số liệu nhánh 60
3.4 Nhập số liệu máy biến áp 61
3.5 Sơ ñồ CCð với phân miền khu vực 69
3.6 Biểu ñồ phụ tải các khu vực 69
3.7 Sơ ñồ CCð với phân miền khu vực xét tới nguồn dự phòng 75Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………
ix
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
ðTC : ðộ tin cậy
MC : Máy cắt
DCL : Dao cách ly
NMð : Nhà máy ñiện
TBA : Trạm biến áp
TBPð : Thiết bị phân ñoạn
2. ðỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG
2.1. ðối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu LðPP có sơ ñồ phức tạp bất kỳ (hình tia, lưới kín vận
hành hở).
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………
2
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.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………
3
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ðỘ TIN CẬY VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP
lv
TT
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 / t
lv
(lần/năm),
Trong ñó t
lv
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
T
h
, ta có cường ñộ phục hồi µ như sau:
h
T
1
=
∑
∑
i
ii
N
N.
λ
Trong ñó:
i
λ
là cường ñộ hỏng hóc; N
i
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 =
Tổng số khách hàng
=
∑
∑
i
iNDi
N
NT .
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.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………
6
e. ðộ sẵn sàng cung cấp ñiện trung bình của hệ thống
( Average service availability index- ASAI )
Tổng thời gian KH ñược cấp ñiện
ASAI =
Tổng thời gian KH có nhu cầu
=
∑
∑
∑
×
−×
8760
8760
i
iNDii
N
NTN
- 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)
7
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.
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
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………
9
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:
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
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………
11
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
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.
1.3.3. Phương pháp cây hỏng hóc
Cây hỏng hóc mô tả bằng ñồ thị quan hệ nhân quả giữa các dạng hỏng
hóc trong hệ thống, giữa hỏng hóc hệ thống và các hỏng hóc thành phần trên
cơ sở hàm ñại số Boole. Cơ sở cuối cùng ñể tính toán là các hỏng hóc cơ bản
của các phần tử.
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.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………
13
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
TCCC cn ủc cung cp t ớt nht 2 ngun theo s ủ li kớn vn hnh
h. Cng cú th s dng thờm d phũng l ngun ủin phõn tỏn, nh hỡnh 2.1.
1
2
13
12
14
11
10
5
9
trạ m 1 10k V
T C hạ á p
N g uồ n điện p hâ n tá n
3
4
76
8
K hác h hà ng đ ặ c b iệ t
L uới đ iệ n lâ n c ận
có k hả n ăn g cu n g
cấ p h ạ n c h ế
Hỡnh 2.1. Ngun d phũng trong li ủin phõn phi
Tuy nhiờn TC CC thc t nhn ủc cho mi khỏch hng khụng
ging nhau, ph thuc hng lot yu t:
- V trớ ph ti (khỏch hng) trờn s ủ;
- Cu trỳc LPP, trong ủú cú cỏc thit b phõn ủon;
- Gii hn cụng sut h tr t ngun d phũng l li ủin ủin lõn cn
v v trớ kt ni ca ngun ny sang li ủang xột, TCCC ca chớnh ngun
14
11
10
5
9
Nguån dù phßng 2
tr¹m 110kV
TC h¹ ¸p
Nguån dù phßng 1
3
4
76
8
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
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………
16
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
τ
Copyright: Tài liệu đại học ©