BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------------------
NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
LỘ 471 E3.7 THÀNH PHỐ NAM ĐỊNH
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HỆ THỐNG ĐIỆN
Học viên thực hiện
: VŨ HUY MÃO
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học : TS. LÊ VIỆT TIẾN
Hà Nội – 10/2016
MỤC LỤC
MỤC LỤC .................................................................................................................. 1
LỜI CAM ĐOAN....................................................................................................... 3
LỜI CAM ƠN ............................................................................................................ 4
DANH MỤC CÁC BẢNG ......................................................................................... 5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ................................................................................... 6
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ............................................... 7
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 8
CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ
THỐNG ĐIỆN ......................................................................................................... 10
1.1 Các định nghĩa và khái niệm ..................................................................... 10
1.1.1 Hệ thống điện và các phần tử ................................................................... 10
2.3.1 Cấu trúc lưới phân phối và hoạt động của thiết bị phân đoạn .................. 44
2.3.2 Các chỉ tiêu độ tin cậy cần tính ................................................................. 46
2.3.3 Tính toán chỉ tiêu độ tin cậy của các đoạn lưới ....................................... 46
2.3.3.1
n ưới mẫu .................................................................................. 46
2.3.3.2 Xây dựng ma trận cấu trúc ưới............................................................. 48
2.3.3.3 Thuật toán giao diện .............................................................................. 51
2.3.3.4 Thuật toán tín toán độ tin cậy .............................................................. 52
2.4 Giới thiệu chƣơng trình tính toán độ tin cậy lƣới phân phối ................. 53
2.4.1 Giao diện c ương tr n ............................................................................. 53
2.4.2 Nhập dữ liệu mô tả cấu trúc ưới .............................................................. 54
2.4.3 Nhập thông số tính toán ............................................................................ 54
2.4.4 Nhập thông số phụ tải ............................................................................... 54
CHƢƠNG 3: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY CHO LƢỚI PHÂN PHỐI
LỘ 471 E3.7 THÀNH PHỐ NAM ĐỊNH ............................................................... 55
3.1. Bài toán quy hoạch phát triển lưới điện lộ 471 E3.1 ................................... 55
3.1.1 P ương án 1 .............................................................................................. 61
3.1.2 P ương án 2 .............................................................................................. 63
3.1.3 P ương án 3 .............................................................................................. 65
3.1.4 P ương án 4 .............................................................................................. 68
3.2. Tính toán định lượng các chỉ tiêu độ tin cậy ............................................... 70
3.2.1 P ương án 1 .............................................................................................. 70
3.2.2 P ương án 2 .............................................................................................. 71
3.2.3 P ương án 3 .............................................................................................. 72
3.2.4 P ương án 4 .............................................................................................. 73
3.3. Nhận xét đánh giá kết quả tính toán ............................................................ 75
CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN CHUNG ....................................................................... 77
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 78
PHỤ LỤC 1: CODE GIAO DIỆN .......................................................................... 79
PHỤ LỤC 2: CODE TÍNH TOÁN ......................................................................... 80
4
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1
Số liệu các nút và nhánh của sơ đồ cấu trúc ngược
Bảng 3.2
Các số liệu sơ đồ đẳng trị phương án 1
Bảng 3.3
Các số liệu sơ đồ đẳng trị phương án 2
Bảng 3.4
Các số liệu sơ đồ đẳng trị phương án 3
Bảng 3.5
Các số liệu sơ đồ đẳng trị phương án 4
Bảng 3.6
Tổng hợp kết quả tính toán độ tin cậy các phương án
Hình 2.1
Lưới phân phối hình tia
Hình 2.2
Ví dụ về lưới phân phối cấu trúc ngược
Hình 2.3
Ví dụ về đẳng trị lưới phân phối
Hình 2.4
Thuật toán tìm ma trận đường nối
Hình 1.1
ình 2.5
Hình 2.6
t
ơ đồ thuật toán giao diện
ơ đồ khối chương trình tính toán độ tin cậy
Hình 2.7
Giao diện của chương trình tính toán độ tin cậy
Hình 3.6
ơ đồ đẳng trị phương án 3
Hình 3.7
ơ đồ đánh số cấu trúc ngược phương án 3
Hình 3.8
ơ đồ đẳng trị phương án 4
Hình 3.9
Sơ đồ đánh số cấu trúc ngược phương án 4
Hình 3.10
Kết quả tính toán độ tin cậy phương án 2
Hình 3.11
Kết quả tính toán độ tin cậy phương án 3
Kết quả tính toán độ tin cậy phương án 4
Hình 3.12
6
NĐ C
Ngừng điện sự cố
MC
Máy cắt
TBA
Trạm biến áp
SC
Sự cố
TA/HA
Trung áp/ Hạ áp
TBPĐ
Thiết bị phân đoạn
TĐL
Tự đóng lại
TTSC
Các kết quả nghiên cứu trong đề tài có thể ứng dụng đối với việc đánh giá độ
tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối của Việt Nam nói chung và lộ 471
E3.7 Thành phố Nam Định.
8
Nội dung nghiên cứu
Trên cơ sở lý thuyết tính toán độ tin cậy lưới điện phân phối và các chỉ tiêu độ
tin cậy lưới phân phối, xây dựng thuật toán đánh giá độ tin cậy lưới điện phân phối
và áp dụng tính toán định lượng độ tin cậy cho lưới điện phân phối lộ 471 E3.7
Thành phố Nam Định.
Bố cục của luận văn
Ngoài phần mở đầu, tài liệu tham khảo và phụ lục trong luận văn có các
chương như sau:
Chương 1. Cơ sở lý thuyết đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện.
Chương 2. Phương pháp và công cụ đánh giá độ tin cậy cho lưới phân phối.
Chương 3. Áp dụng tính toán độ tin cậy cho lưới điện phân phối lộ 471 E3.7
Thành phố Nam Định.
Chương 4. Kết luận chung
9
CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY
CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN
1.1 Các định nghĩa và khái niệm
1.1.1 Hệ thống điện và các phần tử
Hệ thống là tập hợp các phần tử tương tác trong một cấu trúc nhất định
Đối với hệ thống (hay phần tử) phục hồi như hệ thống điện và các phần tử của
nó, khái niệm khoảng thời gian xác định không có ý nghĩa bắt buộc, vì hệ thống làm
việc liên tục. Do đó độ tin cậy được đo bởi một đại lượng thích hợp hơn, đó là độ
sẵn sàng.
Độ sẵn sàng là xác suất để hệ thống (hay phần tử) hoàn thành hoặc sẵn sàng
hoàn thành nhiệm vụ trong thời điểm bất kỳ.
Độ sẵn sàng cũng là xác suất để hệ thống ở trạng thái tốt trong thời điểm bất
kỳ và được tính bằng tỷ số giữa thời gian hệ thống ở trạng thái tốt với tổng thời gian
hoạt động. Ngược lại với độ sẵn sàng là độ không sẵn sàng, đó là xác suất để hệ
thống (hay phần tử) ở trạng thái hỏng.
Đối với hệ thống điện độ sẵn sàng (cũng được gọi chung là độ tin cậy) hoặc độ
không sẵn sàng chưa đủ để đánh giá độ tin cậy trong các bài toán cụ thể, do đó phải
sử dụng thêm nhiều chỉ tiêu khác cũng có tính xác suất.
1.1.3 Các chỉ tiêu đán giá độ tin cậy của hệ thống điện
Một số chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy hệ thống điện theo tiêu chuẩn IEEE 1366 [5]:
- SAIFI (System average interruption frequency index) là số lần mất điện trung
bình của hệ thống. Chỉ số SAIFI cho biết số lần mất điện trung bình trong một
năm trên mỗi phụ tải trong một khu vực.
SAIFI
ni
(số lần/phụ tải.năm)
NT
(1.1)
Trong đó: n i là số lần mất điện của phụ tải thứ i, NT là tổng số phụ tải.
- SAIDI (System average interruption duaration index) là thời gian mất điện trung
bình của hệ thống.
CAIDI
ri .Ni
Ni
SAIDI
(giờ/số lần mất điện)
SAIFI
(1.4)
Trong đó: ri là thời gian của mỗi lần mất điện, Ni là số lượng khách hàng bị mất
điện của mỗi lần mất điện duy trì.
- ASAI (Average service availability index) là độ sẵn sàng cấp điện trung bình của
hệ thống. Chỉ tiêu này cho biết thời gian mất điện trung bình mà khách hàng
được cấp điện trong một năm.
ASAI
NT .8760
ri .Ni
(%)
Ni .8760
(1.5)
Trong đó: ri là thời gian của mỗi lần mất điện, Ni là số lượng khách hàng bị mất
điện của mỗi lần mất điện duy trì, NT là tổng số khách hàng
- CTAIDI (Customer total average interruption duration index) là tổng thời gian
mất điện trung bình của khách hàng. CTAIDI bằng tông thời gian mất điện của
Li
LT
(1.8)
Trong đó Li : là công suất phụ tải mất điện, LT là tổng công suất phụ tải
- ASIDI (Average system interruption duration index) là chỉ tiêu thời gian mất
điện duy trì của hệ thống. ASIDI bằng tổng thời gian mất điện của phụ tải được
kết nối trên tổng công suất tải nối vào hệ thống.
ASIDI =
ri .Li
LT
(1.9)
- MAIFI (Momentary average interruption frequency index) là chỉ tiêu tần suất
mất điện thoáng qua của hệ thống. MAIFI bằng tổng số khách hàng mất điện
thoáng qua trên tổng số khách hàng được phục vụ.
MAIFI =
IMi .N mi
NT
(1.10)
Trong đó IMi : là số lần mất điện thoáng qua, N mi là số khách hàng mất điện
thoáng qua.
La(i) .ui
(1.12)
Ni
Trong đó, La(i) là công suất tải trung bình tại nút thứ i, u i là thời gian cắt điện hàng
năm.
- ACCI (Average customer curtailment index) là chỉ số mất điện khách hàng trung
bình. Chỉ tiêu này xác định sản lượng điện bị mất trung bình đối với một khách
hàng bị ảnh hưởng trong một năm.
ACCI =
La(i)
(1.13)
Ni
1.1.4 Trạng thái hỏng hóc của hệ thống điện
1.1.4.1 Trạng thái của phần tử
Phần tử của hệ thống điện có thể ở các trạng thái khác nhau phụ thuộc vào tình
trạng kỹ thuật và chức năng của chúng. Mỗi trạng thái kéo dài trong khoảng thời
gian nhất định [1].
Đặc trưng của trạng thái là: thời gian trạng thái, xác suất trạng thái và tần suất
trạng thái.
Tất cả các trạng thái có thể xảy ra của một phần tử tạo thành tập đủ các trạng
thái của phần tử.
Thiếu công suất
phát
Nút nguồn bị
cô lập
ỏng đường
dây
Độ dư thừa của
lưới giảm
Đường dây quá tải hoặc
điện áp nút không đạt
Nút tải bị
cô lập
Phụ tải mất điện
ệ thống điện
bị phân rã
ệ thống điện suy
sụp
ự cố lan rộng
Hình 1.1 Các trạng thái hỏng hóc của hệ thống điện
15
suất phát, độ dư thừa khả năng tải của lưới điện. Và chính sơ đồ quan hệ trạng thái
này cho thấy cần phải tác động thế nào để tăng độ tin cậy của hệ thống điện. Ví dụ
để tránh nguy cơ thiếu công suất phát do hỏng máy phát thì phải có dự trữ công suất
phát...
1.1.5 Độ tin cậy của các phần từ
Độ tin cậy của các phần tử là yếu tố quyết định độ tin cậy của hệ thống. Các
khái niệm cơ bản về độ tin cậy của phần tử cũng đúng cho hệ thống. Do đó nghiên
cứu kỹ những khái niệm cơ bản về độ tin cậy của phần tử là điều rất cần thiết.
16
1.1.5.1 Phần tử không phục hồi
Phần tử không phục hồi chỉ làm việc đến lần hỏng đầu tiên. Thời gian làm việc
của phần tử từ lúc bắt đầu hoạt động cho đến khi hỏng hay còn gọi là thời gian phục
vụ T là đại lưỡng ngẫu nhiên, vì thời điểm hỏng của phần tử là ngẫu nhiên không
biết trước [1].
Ta có hàm phân bố FT (t) :
FT (t)
P(T
P(T
(1.14)
t)
t) là xác suất để phần tử làm việc từ thời điểm 0 cho đến thời điểm bất
(1.16)
fT t .dt
0
fT t
dFT t
dt
(1.17)
Hàm phân bố và hàm mật độ là hai đặc trưng cơ bản của mỗi đại lượng ngẫu
nhiên. Bây giờ ta xét các đại lượng cơ bản khác đặc trưng cho độ tin cậy của phần
tử.
Độ tin cậy R(t)
Theo định nghĩa của độ tin cậy, hàm R(t) có dạng:
R(t) = P(T > t)
(1.18)
P(T > t) là xác suất để thời gian phục vụ lớn hơn t, cũng tức là hỏng hóc xảy ra
ở sau thời điểm t.
17
Suy ta ta có: R(t) 1 FT (t)
(1.19)
P t
t 0 t
lim
T
t
t/T
T
t
t/T
t
(1.20)
t là xác suất có điều kiện của hai sự kiện:
-
Phần tử hỏng trong khoảng (t, t +
-
Làm việc tốt đến t (sự kiện B).
18
Như vậy:
P t
T
t
P t
t/T
T
t
`
t
P T t
T
t
t
P t
d
1n R t
dt
fT t
R t
(1.25)
d
ln(R(t))
dt
t
Suy ra:
F'T t
R t
(1.26)
t
t dt
Hay là: R t
e
dt
R t dt
dt
0
0
t
19
(1.29)
Với
TLV
t
hằng số; R(t)
e t do đó:
1
(1.30)
Công thức này rất quan trọng cho quan hệ giữa thời gian làm việc và cường độ
hỏng hóc của các phần tử có luật phân bố mũ.
Với phần tử không phục hồi, độ tin cậy được mô tả nhờ
1.1.5.2 Mô hình cường độ hỏng hóc
định kỳ, độ tin cậy của phần tử trở lại giá trị ban đầu. Bảo dưỡng định kỳ làm cho
cường độ hỏng hóc có giá trị quanh một giá trị trung bình tb .
Khi xét khoảng thời gian dài, với các phần tử phục hồi có thể xem như
hằng số và bằng
tb để tính toán độ tin cậy.
λ(t)
λ(t)
λtb
I
0
II
III
Thời điểm bảo dưỡng
t
0
a)
b)
ình 1.3 Mô hình cường độ hỏng hóc
20
So với định nghĩa
(1.31)
t , ở đây không đòi hỏi điều kiện phần tử phải làm việc
tốt từ đầu cho đến t, mà chỉ cần ở thời điểm t nó đang làm việc, điều kiện này luôn
đúng vì phần tử luôn làm việc, khi hỏng hóc nó được phục hồi tức thời.
Tương tự như
khoảng (t, t +
t , đại lượng
(t) .∆t là xác suất để hỏng hóc xảy ra trong
t ).
Dưới đây thiết lập công thức tính
(t) :
Ta xét khoảng thời gian từ 0 đến t, trong đó phần tử có thể hỏng 1 lần, 2 lần…
đến k lần. Đặt f1(t) là mật độ xác suất của thời gian làm việc đến lần hỏng đầu tiên:
f1(t) fT (t)
f2(t) là phân bố xác suất của thời gian làm việc đến lần hỏng thứ 2… và f k (t)
là phân bố xác suất của thời gian làm việc đến lần hỏng thứ k.
Để tính f2(t), ta giả thiết lần hỏng đầu tiên xảy ra ở
làm việc từ lần hỏng thứ 1 đến lần hỏng thứ 2 là t
Xác suất chung để phần từ bị hỏng ở khoảng (t, t + ∆t) là tổng các khả năng
xảy ra hỏng hóc:
P (hỏng hóc trong khoảng ( t, t
t ))
k 1
Suy ra ta có:
t
k 1
Xét trường hợp fT
fk t
t
fk t
(1.33)
(1.34)
e t khi đó thời gian đến lần hỏng thứ k tuân theo luật
poisson:
tử không phục hồi chỉ cần một hàm phân bố thời gian là đủ). Để đánh giá về lượng
độ tin cậy của phần tử phục hồi cũng cần có hai đại lượng thay vì một đối với phần
tử không phục hồi.
22
Các đại lượng và chỉ tiêu cần thiết để mô tả hành vi của phần tử phục hồi gồm:
- Xác suất phần tử ở trạng thái làm việc (trạng thái tốt) ở thời điểm t (ở mỗi
thời điểm phần tử có thể ở một trong hai trạng thái: làm việc hoặc hỏng hóc) gọi là
xác suất trạng thái làm việc PLV (t) [1,6].
H
LV
a)
Trạng thái
LV
TL V
TL V
TL V
t
t .
TLV
(1.36)
Hệ số sẵn sàng:
23
A
-
TLV
TCK
TLV
(1.37)
TLV
Hệ số không sẵn sàng:
A 1 A
(1.38)
TLV
ĐK - cường độ bảo dưỡng định kỳ;
Phần tử có ba trạng thái: bình thường, tức là trạng thái tốt hay trạng thái làm
việc T; trạng thái bảo dưỡng định kỳ ĐK và trạng thái phục hồi sự cố (hỏng) H.
Ở đây ta chú ý rằng, khi phần tử đang bảo dưỡng định kỳ thì không thể xảy ra
hỏng, còn bảo dưỡng định kỳ không thể bắt đầu khi phần tử ở trạng thái hỏng.
24
Copyright: Tài liệu đại học ©