Tài liệu Nghiên cứu xây dựng chương trình tính toán độ tin cậy hệ thống điện phân phối có xét đến bảo quản định kỳ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ NGUYỄN QUỐC HUY NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY HỆ THỐNG ĐIỆN PHÂN PHỐI CÓ XÉT ĐẾN BẢO QUẢN ĐỊNH KỲ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2017 1 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ NGUYỄN QUỐC HUY NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY HỆ THỐNG ĐIỆN PHÂN PHỐI CÓ XÉT ĐẾN BẢO QUẢN ĐỊNH KỲ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60 52 02 02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. TRẦN TẤN VINH Đà Nẵng, Năm 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận văn Lê Nguyễn Quốc Huy ii TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY HỆ THỐNG ĐIỆN PHÂN PHỐI CÓ XÉT ĐẾN BẢO QUẢN ĐỊNH KỲ Học viên : Lê Nguyễn Quốc Huy Mã số: 60520202 Khóa: K33 Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt - Đánh giá đ tin cậy là m t c ng việc quan trọng của các đ n vị quản l hệ thống điện ph n phối Trong thực tế vận hành m t điện phụ tải o cắt điện để phục vụ c ng tác ảo quản định k các đường y thiết ị chiếm khoảng 8 tổng thời gian m t điện của hệ thống điện ph n phối Tuy nhiên Mo ule DRA PSS/ADEPT chỉ tính được đ tin cậy hệ thống điện ph n phối hình tia mà kh ng ph n tích được đầy đủ các trạng thái đổi nối trong s đồ hệ thống điện ph n phối mạch vòng kín Luận văn ứng ụng phần mềm Matla và phư ng pháp kh ng gian trạng thái để nghiên cứu x y ựng chư ng trình tính toán đ tin cậy hệ thống điện ph n phối đối v i c u tr c lư i hình tia hay mạch vòng kín – vận hành hở c x t đến các thao tác đổi nối của các thiết ị ph n đoạn khi sự cố các phần t và ảo quản định k các đường y thiết ị Kết quả tính toán là c sở để đánh giá ph n tích khả năng tin cậy cung c p điện nhằm đưa ra giải pháp tối ưu để n ng cao đ tin cậy đặc iệt ch trọng đến giảm thời gian m t điện trong c ng tác ảo quản định k Từ khóa – hệ thống điện ph n phối; đ tin cậy; phư ng pháp kh ng gian trạng thái; sự cố; ảo quản định k RESEARCH ON PROGRAMMING RELIABLE CALCULATION PROGRAM FOR POWER DISTRIBUTION SYSTEM WITH PERIODICAL MAINTENANCE Abstract - Reliability evaluation is an important part of power distribution system management. In operation, power outtage of the load due to power cut to do the periodical maintenance of the power lines, equipments accounted for about 80% of the total power outtage time of the distribution system. However, the DRA PSS/ADEPT Module only calculates the reliability of the grid system without fully analyzing the switching states in the circuit diagram of the closed loop power distribution system. This thesis uses Matlab application and state space method to study the program of calculating the reliability for the distribution power system with the grid structure or closed circuit - open operation, taking into account switching operations of segmentation devices when malfunctioning elements and periodical maintenance of lines and equipments. The results of the calculation are the basis for assessing and analyzing the reliability of the electricity supply, in order to provide the optimum solution to improve reliability, especially to reduce the time of power cut-off in the periodical maintenance. Key words - power distribution systems; reliability; state-space method; fault; periodical maintenance. iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i MỤC LỤC .................................................................................................................. ii TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN ............................................................................ iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .............................................. vii DANH MỤC CÁC BẢNG..................................................................................... viii DANH MỤC CÁC HÌNH ..........................................................................................x MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 1 L o chọn đề tài .................................................................................................1 2 Mục đích và mục tiêu nghiên cứu của đề tài .......................................................2 3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .......................................................................2 4 Phư ng pháp nghiên cứu .....................................................................................3 5 Tên đề tài .............................................................................................................3 6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................................................3 7 C u tr c của luận văn ..........................................................................................3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐTC HỆ THỐNG ĐIỆN PHÂN PHỐI .................4 1.1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN PHÂN PHỐI .........................................4 1 1 1 Gi i thiệu chung về hệ thống điện ph n phối ...............................................4 1 1 2 Vận hành hệ thống điện ph n phối ................................................................4 1.2. TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN PHÂN PHỐI ........7 1 2 1 Hệ thống điện và các phần t [2], [6] ...............................................................7 1 2 2 Đ tin cậy [2], [6] ..............................................................................................8 1.3. CÁC CHỈ TIÊU ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN PHÂN PHỐI ............8 1 3 1 Các yếu tố ảnh hưởng đến đ tin cậy [2] ......................................................11 1 3 2 Các giải pháp n ng cao đ tin cậy của hệ thống điện ph n phối [2] ............12 1 3 2 1 Về mặt đ tin cậy hệ thống điện c các đặc điểm sau .........................12 1 3 2 2 Các iện pháp n ng cao đ tin cậy của hệ thống điện .........................12 1.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐTC HTĐ PHÂN PHỐI [2], [6], [10] .........13 1 4 1 Phư ng pháp c u tr c nối tiếp - song song .................................................13 1 4 2 Phư ng pháp c y hỏng h c .........................................................................13 1 4 3 Phư ng pháp đường và lát cắt tối thiểu ......................................................14 1 4 3 1 Phư ng pháp đường tối thiểu ...............................................................14 1 4 3 2 Phư ng pháp lát cắt tối thiểu ...............................................................14 1 4 4 Phư ng pháp trạng thái ...............................................................................14 1 4 4 1 Trạng thái và kh ng gian trạng thái .....................................................14 1 4 4 2 Quá trình ngẫu nhiên Markov ..............................................................15 1 4 5 Lựa chọn phư ng pháp................................................................................17 1.5. KẾT LUẬN ........................................................................................................18 iv CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY HỆ THỐNG ĐIỆN PHÂN PHỐI CÓ XÉT ĐẾN BẢO QUẢN ĐỊNH KỲ BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRẠNG THÁI .......19 2.1. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TRẠNG THÁI ĐỂ TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY [2], [6], [10] ............................................................................................................19 2 1 1 M hình trạng thái các phần t khi sự cố ....................................................19 2 1 1 1 M hình hai trạng thái ..........................................................................19 2 1 1 2 M hình 3 trạng thái của phần t .........................................................20 2 1 2 Tần su t và thời gian trạng thái ...................................................................21 2 1 3 M hình trạng thái các phần t khi x t sự cố xếp chồng ............................23 2 1 3 1 M hình trạng thái của phần t khi x t c ng tác BQĐK .....................24 2 1 3 2 M hình trạng thái của hệ thống điện ph n phối c x t đến ảo ư ng định k của các nh m phần t ...........................................................................25 2 1 4 Kế hoạch h a c ng tác ảo quản định k ....................................................26 2.1.4.1. Tổ chức c ng tác ảo quản định k .....................................................26 2 1 4 2 Tính toán đ tin cậy khi ảo quản định k các nh m phần t .............26 2 1 5 Hợp nh t trạng thái ......................................................................................27 2 1 6 Ph n tích ảnh hưởng hỏng h c các phần t đến đ tin cậy cung c p điện của các n t phụ tải .................................................................................................29 2 1 7 Phư ng pháp tính toán đ tin cậy ằng phư ng pháp trạng thái [2], [7], [10]...29 2 1 7 1 Tính toán đ tin cậy lư i ph n phối hình tia ........................................29 2 1 7 2 Tính toán đ tin cậy lư i ph n phối mạch vòng kín vận hành hở .......30 2.2. VÍ DỤ TÍNH TOÁN ..........................................................................................31 2 2 1 Số liệu đầu vào ............................................................................................32 2 2 1 1 Số liệu các nhánh đường y ...............................................................32 2 2 1 2 Số liệu các n t phụ tải ..........................................................................32 2 2 1 3 Số liệu đ tin cậy của các nhánh đường y ........................................33 2 2 2 Tính toán lư i điện hình tia kh ng x t BQĐK ...........................................33 2 2 3 Tính toán lư i điện hình tia x t BQĐK ......................................................39 2.2.4. Tính toán lư i điện mạch vòng vận hành hở kh ng x t BQĐK .................43 2.3. KẾT LUẬN ........................................................................................................47 CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY HỆ THỐNG ĐIỆN PHÂN PHỐI ......................................................48 3.1. THUẬT TOÁN TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY [7], [10] ..........................................48 3 1 1 Thuật toán hệ thống điện ph n phối hình tia ...............................................48 3 1 1 1 Dữ liệu tính toán...................................................................................49 3 1 1 2 Th ng số c u tr c lư i điện..................................................................50 3 1 1 3 Th ng số đ tin cậy của các phần t ....................................................51 3 1 1 4 Tìm đường nối từ phụ tải đến nguồn điện [2], [7] ...................................52 3 1 1 5 Vùng ảo vệ và vùng s a chữa các phần t [7] .....................................53 v 3 1 1 6 Ph n loại trạng thái ..............................................................................54 3 1 2 Thuật toán đối v i hệ thống điện ạng mạch vòng .....................................54 3.2. CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN ......................................................................55 3 2 1 Chư ng trình tính toán ................................................................................55 3 2 2 Giải thích chư ng trình Matla ...................................................................55 3.2.2.1. File TruyxuatdulieuPSSADEPT.m ......................................................55 3.2.2.2. File ReadDataFileExcel.m ...................................................................55 3.2.2.3. File Thutuctimduongnoiluoihinhtia.m .................................................55 3.2.2.4. File Vungbaovebac1.m ........................................................................55 3.2.2.5. File TimvungcatdienDCL1.m ..............................................................56 3.2.2.6. File Phanloaitrangthai.m ......................................................................56 3 2 2 7 Tính toán đ tin cậy .............................................................................56 3 2 2 8 Lưu kết quả ..........................................................................................56 3 2 3 Giao iện và tiện ích của chư ng trình .......................................................57 3 2 4 Tính toán kiểm chứng .................................................................................57 3 2 4 1 Kết quả tính toán lư i điện hình tia kh ng x t BQĐK ........................58 3 2 4 2 Kết quả tính toán lư i điện hình tia x t BQĐK ...................................59 3 2 4 3 Kết quả tính toán lư i điện mạch vòng vận hành hở kh ng x t BQĐK ...........................................................................................................................61 3 2 4 4 Đánh giá ...............................................................................................63 3.3. KẾT LUẬN ........................................................................................................63 CHƯƠNG 4. ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ NHA TRANG ..................................................................................................64 4.1. LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ NHA TRANG.................................64 4.1.1. S lược lư i điện ph n phối Nha Trang ......................................................64 4 1 2 Phư ng thức vận hành tuyến 471-479-E27.................................................65 4.2. TÍNH TOÁN LƯỚI ĐIỆN KHÔNG XÉT BẢO QUẢN ĐỊNH KỲ.................66 4 2 1 Lư i điện ph n phối hình tia .......................................................................66 4 2 1 1 Trường hợp kh ng đặt ao cách ly ......................................................66 4 2 1 2 Trường hợp đặt ao cách ly .................................................................67 4 2 2 Lư i điện ph n phối mạch vòng vận hành hở .............................................67 4.3. TÍNH TOÁN LƯỚI ĐIỆN CÓ XÉT BẢO QUẢN ĐỊNH KỲ .........................67 4 3 1 Lư i điện ph n phối hình tia .......................................................................67 4 3 1 1 Trường hợp kh ng đặt ao cách ly ......................................................67 4 3 1 2 Trường hợp đặt ao cách ly .................................................................68 4 3 2 Lư i điện ph n phối mạch vòng vận hành hở .............................................68 4.4. PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ ...........................................................................68 4 4 1 Bảng tổng hợp số liệu..................................................................................68 4 4 2 Nhận x t ......................................................................................................69 vi 4.5. KẾT LUẬN ........................................................................................................70 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................71 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................73 PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN. vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Các ký hiệu: Các chữ viết tắt: ĐTC Đ tin cậy EVNCPC Tổng c ng ty Điện lực Miền Trung KH Khách hàng HTĐ Hệ thống điện LPP Lư i điện ph n phối BQĐK Bảo quản định k TSTT Tần su t trạng thái TGTT Thời gian trạng thái XSTT Xác su t trạng thái TTT Trạng thái tốt TTH Trạng thái hỏng MC Máy cắt DCL Dao cách ly PSS/APEPT Phần mềm tính toán lư i điện ph n phối PT Phụ tải viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2 1 C ng thức tính xác su t trạng thái và cường đ hỏng h c .......................24 Bảng 2 2 Số liệu đầu vào nhánh đường y.............................................................32 Bảng 2 3 Số liệu đầu vào n t phụ tải .......................................................................32 Bảng 2 4 Vùng ảo vệ của các phần t ....................................................................33 Bảng 2 5 Vùng s a chữa sự cố các phần t .............................................................34 Bảng 2 6 Đường nối từ các phụ tải đến nguồn.........................................................34 Bảng 2 7 Kết quả ph n tích các trạng thái ...............................................................35 Bảng 2 8 Kết quả các th ng số trạng thái ................................................................36 Bảng 2 9 Kết quả các chỉ tiêu đ tin cậy phụ tải PT8 ..............................................37 Bảng 2 1 Kết quả các chỉ tiêu đ tin cậy các n t phụ tải .......................................38 Bảng 2 11 Vùng cắt điện của các phần t ................................................................39 Bảng 2 12 Vùng s a chữa sự cố BQĐK các phần t ..............................................39 Bảng 2 13 Đường nối từ phụ tải đến nguồn .............................................................40 Bảng 2 14 Kết quả ph n tích các trạng thái .............................................................40 Bảng 2 15 Kết quả các th ng số trạng thái ..............................................................41 Bảng 2 16 Kết quả các chỉ tiêu đ tin cậy các n t phụ tải .......................................42 Bảng 2 17 Kết quả đường nối của phụ tải đến nguồn 2 ...........................................44 Bảng 2 18 Kết quả ph n tích các trạng thái .............................................................44 Bảng 2 19 Kết quả các th ng số trạng thái ..............................................................45 Bảng 2 2 Kết quả các chỉ tiêu đ tin cậy các n t phụ tải .......................................46 Bảng 3 1 Kết quả các chỉ tiêu về đ tin cậy của hệ thống .......................................58 Bảng 3 2 Các chỉ tiêu đ tin cậy của các n t phụ tải ...............................................58 Bảng 3 3 Th ng số trạng thái R phần t loại 1 .......................................................58 Bảng 3 4 Th ng số trạng thái R phần t loại 2 .......................................................59 Bảng 3 5 Th ng số trạng thái S phần t loại 2 .........................................................59 Bảng 3 6 Kết quả các chỉ tiêu về đ tin cậy của hệ thống .......................................59 Bảng 3 7 Các chỉ tiêu đ tin cậy của các n t phụ tải ...............................................60 Bảng 3 8 Th ng số trạng thái R phần t loại 1 .......................................................60 Bảng 3 9 Th ng số trạng thái R phần t loại 2 .......................................................60 Bảng 3 1 Th ng số trạng thái S phần t loại 2 .......................................................61 Bảng 3 11 Kết quả các chỉ tiêu về đ tin cậy của hệ thống .....................................61 Bảng 3.12. Các chỉ tiêu đ tin cậy của các n t phụ tải .............................................61 Bảng 3 13 Th ng số trạng thái R phần t loại 1 .....................................................62 Bảng 3 14 Th ng số trạng thái R phần t loại 2 .....................................................62 Bảng 3 15 Th ng số trạng thái S phần t loại 2 .......................................................62 Bảng 4 1 Th ng số kỹ thuật của các trạm 11 kV ....................................................64 Bảng 4 2 Th ng số kỹ thuật của các xu t tuyến trung áp ........................................65 ix Bảng 4 3 Kết quả các chỉ tiêu về đ tin cậy của hệ thống .......................................67 Bảng 4 4 Kết quả các chỉ tiêu về đ tin cậy của hệ thống .......................................67 Bảng 4 5 Kết quả các chỉ tiêu về đ tin cậy của hệ thống .......................................67 Bảng 4 6 Kết quả các chỉ tiêu về đ tin cậy của hệ thống .......................................68 Bảng 4 7 Kết quả các chỉ tiêu về đ tin cậy của hệ thống .......................................68 Bảng 4 8 Kết quả các chỉ tiêu về đ tin cậy của hệ thống .......................................68 Bảng 4 9. Bảng so sánh các chỉ tiêu ĐTC LPP hình tia ............................................69 Bảng 4 10. Bảng so sánh các chỉ tiêu ĐTC LPP hình mạch vòng ............................69 Bảng 4 11 Kết quả các chỉ tiêu về đ tin cậy của hệ thống .....................................70 x DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1 1 Lư i điện ph n phối hình tia c đặt MC và DCL ph n đoạn [7]..................5 Hình 1 2 Lư i điện ph n phối mạch vòng kín vận hành hở [8] ..................................6 Hình 2 1. M hình hai trạng thái của phần t ...........................................................20 Hình 2 2. M hình 3 trạng thái của phần t c x t đổi nối .......................................20 Hình 2 3. S đồ minh họa tần su t và thời gian trạng thái ........................................21 Hình 2 4 M hình a trạng thái của 2 phần t khi x t đến sự cố xếp chồng ...........23 Hình 2 5. M hình trạng thái của phần t khi x t BQĐK .........................................24 Hình 2 6 M hình trạng thái của hệ thống n phần t c x t đến ảo quản định k 25 Hình 2 7. Hợp nh t các trạng thái .............................................................................28 Hình 2 8. S đồ trạng thái của hệ thống ....................................................................29 Hình 2 9. S đồ lư i điện ph n phối .........................................................................32 Hình 3 1 S đồ thuật toán tính toán đ tin cậy hệ thống điện ph n phối .................49 Hình 3 2 Trình tự truy xu t ữ liệu từ PSS/APEPT .................................................50 Hình 3.3. Các th ng số đ tin cậy của các phần t ...................................................51 Hình 3 4 Thuật toán tìm ma trận đường nối .............................................................52 Hình 3 5 S đồ thuật toán xác định vùng ảo vệ của các phần t ...........................53 Hình 3 6 Giao iện chư ng trình tính toán đ tin cậy .............................................57 Hình 4 1 S đồ nguyên l tuyến 471-479-E27 ........................................................66 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Những năm qua nền kinh tế nư c ta không ngừng phát triển đời sống xã h i được nâng cao, nhu cầu s dụng điện ngày càng tăng đòi hỏi ch t lượng điện năng ngày càng cao yêu cầu c p điện liên tục an toàn và tin cậy lu n là mối quan t m thường xuyên và c p thiết đối v i ngành điện Trong đ hệ thống điện ph n phối là kh u cuối cùng của hệ thống điện (HTĐ), đưa điện năng trực tiếp đến khách hàng s ụng điện Vì vậy tính liên tục cung c p điện cho phụ tải c mối quan hệ mật thiết và phụ thu c trực tiếp vào đ tin cậy của lư i điện ph n phối (LPP). Nâng cao đ tin cậy (ĐTC) cung c p điện trên lư i điện được hiểu là giảm số lần m t điện và thời gian m t điện cho khách hàng trong t k trường hợp nào như o sự cố (l o khách quan) hoặc o c ng tác ảo quản định k (l o chủ quan) Nhằm n ng cao ch t lượng phục vụ khách hàng của ngành điện đồng thời nâng cao c ng tác quản l vận hành và kinh oanh của đ n vị ph n phối điện Tập đoàn Điện lực Việt Nam lu n giám sát sát sao các chỉ số đ tin cậy cung c p điện đã giao cho Tổng c ng ty Điện lực miền Trung (EVNCPC) hoàn thành mục tiêu ngắn hạn trong năm 2 17 cụ thể: MAIFI 3,5 lần/năm, SAIDI 1.283 phút/kh năm, SAIFI 11,98 lần/năm và l trình n ng cao ĐTC đến cuối năm 2 2 phải hoàn thành mục tiêu: MAIFI 2 15 lần/năm SAIDI 4 2 ph t/kh năm, SAIFI 8,73 lần/năm. Đứng trư c những yêu cầu ức thiết trên việc tính toán chính xác các chỉ tiêu ĐTC hệ thống điện để các phận tham mưu ph n tích đánh giá nguyên nh n và đưa ra các giải pháp khắc phục là hết sức cần thiết Hiện tại phần mềm chuyên ùng PSS/ADEPT [3] được EVNCPC trang ị cho các C ng ty Điện lực trực thu c s ụng để tính toán các chế đ vận hành tính toán tổn th t cũng như đ tin cậy của LPP Tuy nhiên trong ph n tích tính toán đ tin cậy Mo ule DRA PSS/ADEPT chỉ tính được đ tin cậy lư i điện ph n phối hình tia mà kh ng ph n tích được đầy đủ các trạng thái đổi nối trong s đồ lư i điện ph n phối khi c mạch vòng kín kh ng tính được đến tính an toàn của các thiết ị trên đường y và chỉ tính được m t số chỉ tiêu theo tiêu chuẩn IEEE-1366. V n đề đặc iệt lưu t m là trong thực tế vận hành cho th y m t điện phụ tải o cắt điện để c ng tác ảo quản định k (BQĐK) các đường y thiết ị chiếm khoảng 8 tổng thời gian m t điện của LPP Nhưng phiên ản PSS/ADEPT đang được Công ty cổ phần Điện lực Khánh Hòa s ụng chưa thể tính được các tình trạng m t điện này Xu t phát từ những l o trên việc Nghiên cứu xây dựng chương trình tính toán độ tin cậy hệ thống điện phân phối có xét đến bảo quản định kỳ là r t cần thiết 2 Luận văn ứng ụng phần mềm Matlab [1] để x y ựng chư ng trình tính toán đ tin cậy lư i điện ph n phối đối v i c u tr c lư i hình tia hay mạch vòng kín – vận hành hở c x t đến các thao tác đổi nối của các thiết ị ph n đoạn khi sự cố các phần t và BQĐK các đường y thiết ị trên LPP Các chỉ tiêu đ tin cậy của các xu t tuyến hệ thống điện ph n phối được tính theo tiêu chuẩn IEEE-1366, của các n t phụ tải là xác su t tần su t thời gian m t điện và điện năng ngừng cung c p hằng năm Chư ng trình tính toán c kết hợp v i phần mềm PSS/ADEPT để truy xu t các ữ liệu liên quan đến s đồ lư i điện ph n phối, nhằm tận ụng ữ liệu s n c của các C ng ty điện lực đã x y ựng và đang quản l Kết quả tính toán là c sở để đánh giá ph n tích khả năng tin cậy cung c p điện nhằm đưa ra giải pháp tối ưu để n ng cao ĐTC đặc iệt ch trọng đến giảm thời gian m t điện trong c ng tác BQĐK ứng ụng tại LPP thành phố Nha Trang và mở r ng cho các khu vực khác. 2. Mục đ ch và mục tiêu nghiên cứu của đề tài Mục đích nghiên cứu Luận văn x y ựng c ng cụ để tính toán đ tin cậy của lư i điện ph n phối g p phần n ng cao hiệu quả vận hành lư i điện và n ng cao ch t lượng phục vụ giảm thiểu cường đ và thời gian m t điện cho các khách hàng s ụng điện Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu các phư ng pháp để lựa chọn phư ng pháp hợp l tính toán các chỉ tiêu đ tin cậy hệ thống điện ph n phối c x t đến c ng tác BQĐK các phần t từ đ x y ựng thuật toán làm c sở cho việc lập trình Nghiên cứu x y ựng chư ng trình tính toán ĐTC của hệ thống điện phân phối hình tia và mạch vòng, c giao iện ễ s ụng và cho ph p lưu trữ các ữ liệu kết quả tính toán để người s ụng ễ àng ph n tích đánh giá Áp ụng để tính toán và đánh giá đ tin cậy LPP thành phố Nha Trang trên c sở các số liệu thống kê từ thực tế vận hành đã x y ựng trong phần mềm PSS/ADEPT. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Lư i điện ph n phối Các chỉ tiêu đánh giá đ tin cậy hệ thống điện ph n phối Các phư ng pháp tính toán và đánh giá đ tin cậy Thuật toán tối ưu của phần mềm ứng ụng MATLAB-SIMULINK ựa trên c sở ữ liệu thực tế vận hành. Phạm vi nghiên cứu: Lư i điện ph n phối 3 Phần mềm ứng ụng MATLAB-SIMULINK trên c sở m t thuật toán tối ưu được chọn để tiến hành ph n tích tính toán và đưa ra các giải pháp n ng cao các chỉ tiêu đ tin cậy 4. Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu l thuyết và ùng phần mềm ứng ụng MATLAB-SIMULINK để x y ựng chư ng trình tính toán đ tin cậy trong hệ thống điện ph n phối c u tr c hình tia và mạch vòng vận hành hở Tính toán để kiểm chứng kết quả chư ng trình được x y ựng Thu thập số liệu thực tế để áp ụng tính toán và đánh giá các chỉ tiêu đ tin cậy hệ thống điện ph n phối Thành phố Nha Trang 5. Tên đề tài “Nghiên cứu xây dựng chương trình tính toán độ tin cậy hệ thống điện phân phối có xét đến bảo quản định kỳ”. 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài “Đảm ảo cung c p đủ điện phục vụ phát triển kinh tế - xã h i và đời sống nh n n v i ch t lượng và đ tin cậy ngày càng cao” là nhiệm vụ được Tập đoàn Điện lực Việt Nam đặt trọng t m từ nay đến năm 2 2 và tạo tiền đề cho giai đoạn tiếp theo thể hiện rõ trong chỉ thị 989/CT-EVN ban hành ngày 18/3/2016. Đề tài đặt trọng t m nghiên cứu phư ng pháp tính toán đánh giá đ tin cậy hệ thống điện ph n phối nhằm đưa ra các giải pháp n ng cao đ tin cậy cung c p điện g p phần quan trọng trong c ng tác sản xu t kinh oanh của C ng ty từ kh u lập kế hoạch BQĐK đến tối ưu hoá chi phí đầu tư giảm giá thành điện năng 7. Cấu trúc của luận văn Mở đầu. Chư ng 1: Tổng quan về đ tin cậy hệ thống điện ph n phối Chư ng 2: Tính toán đ tin cậy hệ thống điện ph n phối c x t đến ảo quản định k ằng phư ng pháp trạng thái. Chư ng 3: X y ựng thuật toán và chư ng trình tính toán đ tin cậy hệ thống điện ph n phối Chư ng 4: Áp ụng tính toán cho lư i điện ph n phối Thành phố Nha Trang. Kết luận và kiến nghị. 4 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY HỆ THỐNG ĐIỆN PHÂN PHỐI 1.1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN PHÂN PHỐI 1.1.1. Giới thiệu chung về hệ thống điện ph n phối Hệ thống điện ph n phối là HTĐ ao gồm lư i điện ph n phối và các nhà máy điện đ u nối vào LPP, c nhiệm vụ ph n phối điện năng từ các trạm iến áp trung gian đến các khách hàng trực tiếp s ụng điện LPP là phần lư i điện ao gồm các đường y và trạm điện c c p điện áp đến 110kV, các c p điện áp anh định trong hệ thống điện ph n phối ao gồm 11 kV 35kV, 22kV, 15kV, 10kV, 6kV và 0,4kV. Lư i điện ph n phối c thể s ụng kết c u đường y trên kh ng hay cáp ngầm LPP đường y trên kh ng được s ụng phổ iến ở các khu vực kh ng ị hạn chế về mỹ quan điều kiện an toàn nhờ các ưu điểm c ản về giá thành tìm kiếm điểm sự cố thuận lợi trong việc phát triển các phụ tải m i trên tuyến LPP cáp ngầm được s ụng ở các khu vực đ thị c yêu cầu cao về mỹ quan hành lang an toàn phụ tải trên tuyến tập trung và ổn định nhược điểm giá thành cao kh tìm điểm sự cố và kh khăn trong việc đ u nối cáp để phát triển các phụ tải m i trên tuyến. 1.1.2. Vận hành hệ thống điện ph n phối Theo th ng tư Quy định quy trình điều đ hệ thống điện quốc gia o B C ng Thư ng an hành ngày 5 tháng 11 năm 2 14 C p Điều đ ph n phối c trách nhiệm chỉ huy điều khiển hệ thống điện ph n phối thu c quyền điều khiển nhằm đảm ảo hệ thống điện vận hành an toàn tin cậy ổn định ch t lượng và kinh tế [4]. Mục 2 Điều 6 th ng tư Quy định quy trình x l sự cố trong hệ thống điện quốc gia o B C ng thư ng an hành ngày 19 tháng 9 năm 2 14 quy định rõ kh ng kết lư i vận hành ở chế đ mạch vòng trên LPP trừ các trường hợp phải kh p vòng để chuyển tải hoặc đổi nguồn c p nhằm n ng cao đ tin cậy cung c p điện nhưng phải đảm ảo kh ng g y mở r ng sự cố [5]. LPP thường c s đồ c u tr c hình tia như Hình 1.1, các xu t tuyến nhận điện từ các trạm iến áp trung gian cung c p đến phụ tải ằng các đường y trên kh ng hoặc cáp ngầm và được ảo vệ ằng máy cắt điện V i c u tr c lư i điện như Hình 1.1 máy cắt MC1 được s ụng để ảo vệ toàn đường y MC2 ảo vệ nhánh rẽ sau đường y (7) các ao cách ly CL1 CL2 CL3 ùng để ph n đoạn c lập các phần t phía sau khi c sự cố hoặc thực hiện c ng tác BQĐK. X t m t số trường hợp thao tác chuyển đổi kết lư i trong vận hành: 5 PT6 200 CL3 9 7 (6) PT5 300 PT7 180 8 6 (5) 12 2 (11) CL1 (2) (1) MC1 PT4 150 MC2 CL2 TBA PT8 150 PT3 200 (7) PT2 200 11 (10) (9) (8) PT1 250 10 3 (3) 4 (4) 5 1 Hình 1.1. Lưới điện phân phối hình tia có đặt MC và DCL phân đoạn [7] Khi c sự cố hoặc c ng tác các thiết ị sau ao cách ly CL2 nh n viên vận hành cắt máy cắt MC1 cắt ao cách ly CL2 để c lập các thiết ị cần c ng tác sau đ đ ng máy cắt MC1 c p điện lại cho các phụ tải trư c ao cách ly CL2 tư ng tự đối v i trường hợp các thiết ị sau ao ách ly CL1. Trong các tình huống này, các phụ tải khác phải m t điện trong khoảng thời gian để thao tác ao cách ly g y ảnh hưởng đến khách hàng đặc iệt là các phụ tải ưu tiên quan trọng Để khắc phục tình trạng trên ta x t trường hợp nhánh rẽ sau máy cắt MC2 khi cần c lập các thiết ị sau ao cách ly CL3 nh n viên vận hành cắt máy cắt MC2 cắt ao cách ly CL3 đ ng lại máy cắt MC2 c p điện các phụ tải trư c ao cách ly CL3 Như vậy khi c máy cắt MC2 các phụ tải trư c máy cắt MC2 kh ng m t điện khi cần c lập các thiết ị sau máy cắt MC2 điều này hạn chế được khu vực m t điện trong thời gian thao tác ao cách ly Khi c sự cố hoặc c ng tác ảo trì ảo ư ng đường y (8) nh n viên vận hành cắt MC1 c lập đường y (8) g y m t điện toàn phụ tải trên tuyến trong trường hợp này nh n viên vận hành kh ng thể cắt MC2 để àn giao c ng tác vì kh ng đảm ảo điều kiện khoảng hở tr ng th y theo quy định o đ để hạn chế m t điện thoáng qua cho các phụ tải trư c máy cắt MC2 cần lắp ổ sung ao cách ly tại máy cắt MC2 Ngoài ra để tăng cường ĐTC cung c p điện các đường y trục chính hoặc các nhánh rẽ (tu thu c vị trí địa l ) được x y ựng tạo thành các mạch vòng liên lạc v i các đường y khác Các đường y này c thể được c p điện từ chính trạm iến áp trung gian đ hay trạm iến áp trung gian kế cận như Hình 1.2. X t m t số trường hợp thao tác chuyển đổi kết lư i trong vận hành: 6 PT7 18 CL9 CL8 17 PT10 PT9 24 20 19 16 B 22 MC2 23 N.O CL10 PT8 21 CL15 32 PT5 CL7 13 26 14 PT11 12 PT4 10 25 30 PT14 PT15 15 9 CL11 CL14 31 CL12 CL6 PT6 27 9 CL4 ` A (8) 3 MC1 2 1 CL1 4 PT1 CL5 (10) 5 CL2 6 PT2 N.O CL3 PT3 CL13 8 7 29 PT13 28 PT12 Hình 1.2. Lưới điện phân phối mạch vòng kín vận hành hở [8] Chế đ kết lư i c ản: Trạm iến áp A c p điện cho các phụ tải PT1 PT2 PT3 PT5 PT6 PT4 PT7 PT8 và PT9 Trạm iến áp B c p điện cho các phụ tải PT1 PT11 PT12 PT13 PT14 và PT5 các xu t tuyến liên lạc v i nhau qua các ao cách ly thường mở CL3 và CL1 Giả s tiết iện các đường y liên lạc đảm ảo truyền tải c ng su t khi cần c p điện từ trạm iến A đến MC2 và ngược lại Khi xảy ra sự cố hoặc c c ng tác trên đường y (15) nh n viên vận hành cắt máy cắt MC1 cắt ao cách ly CL7 CL9 đ ng lại máy cắt MC1 c p điện đến ao cách ly CL7 cắt máy cắt MC2 đ ng ao cách ly liên lạc CL1 đ ng máy cắt MC2 c p điện đến đầu ao cách ly CL9 Như vậy các phụ tải sau ao cách ly CL9 được c p điện từ trạm iến áp B Khi xảy ra sự cố hoặc c c ng tác trên đường y (4) nh n viên vận hành cắt máy cắt MC1 cắt ao cách ly CL1 CL4 CL2 đ ng lại máy cắt MC1 c p điện đến ao cách ly CL1 cắt máy cắt MC2 đ ng ao cách ly liên lạc CL1 CL3 đ ng máy cắt MC2 c p điện đến đầu ao cách ly CL4 và CL2 Như vậy toàn phụ tải các phụ tải trạm iến áp A đều được c p điện trừ phụ tải PT2 ị c lập Tư ng tự cho m t số trường hợp khác đối v i đường y từ trạm iến áp B Qua đ ĐTC cung c p điện cho phụ tải được n ng cao so v i trường hợp LPP hình tia tuy nhiên qua hai trường hợp trên các phụ tải vẫn phải m t điện trong thời gian nh n viên vận hành i chuyển thao tác các ao cách ly làm tăng chỉ số m t điện trung ình thoáng qua của khách hàng 7 Để n ng cao ĐTC cung c p điện cho phụ tải trên các đường y trục chính thường lắp các thiết ị ph n đoạn như: thiết ị tự đ ng lại (Automatic Circuit Recloser) ao cắt c tải (Loa Break Switch) kèm ao cách ly Các nhánh rẽ thường lắp các thiết ị đ ng cắt kèm ảo vệ đ n giản như: cầu chì tự r i (Fuse Cut Out) hay cầu chì tự r i kết hợp cắt tải (Loa Break Fuse Cut Out) Các thiết ị trên được kết nối SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) về trung tâm điều khiển gi p nh n viên vận hành điều khiển từ xa giảm tối đa thời gian i chuyển thao tác Đánh giá lại trường hợp trên khi đặt ổ sung các ao cắt c tải tại các vị trí ao cách ly như sau: Khi c c ng tác trên đường y (15) nh n viên vận hành tại trung t m điều khiển kiểm tra th ng số hệ thống đảm ảo điều điện đ ng kh p vòng hai xu t tuyến (nếu lư i điện chưa được đầu tư hệ thống SCADA đ n vị quản l vận hành ố trí các nh m thao tác hợp l để giảm thiểu thời gian đ ng cắt thiết ị) tại dao cách ly liên lạc CL1 đ ng từ xa CL1 và ao cắt c tải CLT1 sau đ cắt ao cắt c tải CLT7 và CL7 CLT9 và CL9 c lập đoạn đường y (15) Như vậy các phụ tải trên tuyến kh ng ị m t điện thoáng qua đảm ảo được c p điện liên tục n ng cao đ tin cậy cung c p điện cho khách hàng 1.2. TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN PHÂN PHỐI 1.2.1. Hệ thống điện và các phần tử [2], [6] Hệ thống là tập hợp những phần t tư ng tác trong m t c u trúc nh t định nhằm thực hiện m t nhiệm vụ xác định, có sự điều khiển thống nh t hoạt đ ng cũng như sự phát triển. Trong HTĐ các phần t là máy phát điện, máy iến áp đường dây,… nhiệm vụ là sản xu t và truyền tải phân phối điện năng đến các h tiêu thụ Điện năng phải đảm ảo các chỉ tiêu ch t lượng pháp định như điện áp, tần số và đ tin cậy hợp lý. HTĐ phải được phát triển m t cách tối ưu và vận hành v i hiệu quả kinh tế cao nh t. Về mặt đ tin cậy, HTĐ là m t hệ phức tạp, thể hiện ở các điểm: Số lượng các phần t r t l n. C u tr c phức tạp R ng l n trong kh ng gian Phát triển kh ng ngừng theo thời gian Hoạt đ ng phức tạp Vì vậy HTĐ thường được quản l ph n c p để c thể quản l triển cũng như vận hành m t cách hiệu quả điều khiển phát HTĐ là hệ thống phục hồi các phần t của n c thể ị hỏng sau khi được phục hồi lại đưa vào hoạt đ ng 8 1.2.2. Độ tin cậy [2], [6] ĐTC là chỉ tiêu then chốt trong sự phát triển kỹ thuật đặc iệt là khi xu t hiện những hệ thống phức tạp nhằm hoàn thành những chức năng quan trọng trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau. ĐTC của phần t hoặc cả hệ thống được đánh giá m t cách định lượng ựa trên hai yếu tố c ản: tính làm việc an toàn và tính s a chữa được. Độ tin cậy là xác suất để hệ thống hoặc phần tử hoàn thành triệt để nhiệm vụ yêu cầu trong khoảng thời gian nhất định và trong điều kiện vận hành nhất định. Đối v i hệ thống điện, ĐTC được đánh giá thông qua khả năng cung c p điện liên tục và đảm ảo ch t lượng điện năng. HTĐ là hệ thống phục hồi, nên khái niệm về khoảng thời gian xác định không còn mang ý nghĩa ắt u c vì hệ thống làm việc liên tục. Do vậy đ tin cậy được đo ởi m t đại lượng thích hợp h n, đ là đ s n 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. Đ s n sàng cũng là xác su t để hệ thống ở trạng thái tốt trong thời điểm t k và được tính ằng tỉ số giữa thời gian hệ thống ở trạng thái tốt và tổng thời gian hoạt đ ng. Ngược lại v i đ s n sàng là đ không s n sàng đ là xác su t để hệ thống hay phần t ở trạng thái hỏng. Đối v i hệ thống điện đ s n sàng (gọi chung là đ tin cậy) hoặc đ không s n sàng chưa đủ để đánh giá đ tin cậy trong các bài toán cụ thể, do đ phải s ụng thêm nhiều chỉ tiêu khác cũng có tính xác su t để đánh giá. 1.3. CÁC CHỈ TIÊU ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN PHÂN PHỐI Các chỉ tiêu đ tin cậy hệ thống điện ph n phối ao gồm: Xác su t thiếu điện cho phụ tải: đ là xác su t c ng su t phụ tải l n h n c ng su t nguồn điện Xác su t thiếu điện trong thời gian phụ tải cực đại Điện năng thiếu (hay điện năng m t) cho phụ tải đ là k vọng điện năng phụ tải ị cắt o hỏng h c hệ thống trong m t năm Thiệt hại kinh tế tính ằng tiền o m t điện Thời gian m t điện trung ình cho m t phụ tải trong m t năm Số lần m t điện trung ình cho m t phụ tải trong m t năm [2]. Tuy nhiên để đánh giá được m t cách toàn iện về sự m t điện của hệ thống hiện nay nhiều nư c trên thế gi i đánh giá đ tin cậy lư i điện ph n phối qua các chỉ tiêu được quy định ởi tiêu chuẩn IEEE 1366 [9] như về tần su t m t điện trung ình của hệ thống (SAIFI) chỉ số thời gian m t điện trung ình của hệ thống