NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI, ÁP DỤNG NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG ÁP 22KV QUẬN HOÀN KIẾM, HÀ NỘI
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.21 MB, 100 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY
CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI, ÁP DỤNG NÂNG CAO
ĐỘ TIN CẬY CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG ÁP 22KV
QUẬN HOÀN KIẾM, HÀ NỘI
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT ĐIỆN - HỆ THỐNG ĐIỆN
Hà Nội - 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY
CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI, ÁP DỤNG NÂNG CAO
ĐỘ TIN CẬY CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG ÁP 22KV
QUẬN HOÀN KIẾM, HÀ NỘI
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT ĐIỆN - HỆ THỐNG ĐIỆN
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
Hà Nội - 2018
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN.......................................................................................................5
LỜI CẢM ƠN.............................................................................................................6
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT..............................................7
DANH MỤC CÁC BẢNG.........................................................................................8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ.....................................................................9
PHẦN MỞ ĐẦU.......................................................................................................11
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ YÊU CẦU ĐẢM BẢO ĐỘ TIN CẬY CUNG
CẤP ĐIỆN CHO LƯỚI PHÂN PHỐI VIỆT NAM.................................................14
1.1. Khái niệm độ tin cậy cung cấp điện..............................................................14
1.2. Mối quan hệ giữa độ tin cậy cung cấp điện và tính kinh tế...........................16
1.2.1. Độ tin cậy và tổn thất kinh tế do mất điện.............................................16
1.2.2. Bài toán tối ưu đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho lưới phân phối. .17
1.3. Các chỉ tiêu độ tin cậy của lưới điện phân phối............................................20
1.3.1. Tần suất mất điện trung bình của hệ thống SAIFI (System average
interruption frequency index)...................................................................................20
1.3.2. Thời gian mất điện trung bình của hệ thống SAIDI (System average
interruption duration index)......................................................................................21
1.3.3. Tần suất mất điện trung bình của khách hàng CAIFI (Customer average
interruption frequency index)...................................................................................21
1.3.4. Thời gian mất điện trung bình của khách hàng CAIDI (Customer
average interruption duration index).........................................................................22
1.3.5. Tần suất mất điện thống qua trung bình MAIFI (Momentary average
interruption frequency index)...................................................................................23
1.3.6. Độ sẵn sàng cung cấp điện trung bình ASAI (Average service
availability index).....................................................................................................23
1.4. Yêu cầu và các biện pháp nâng cao độ tin cậy cho lưới điện phân phối.......24
1.4.1. Các quy định của Bộ Công Thương về đảm bảo chỉ tiêu độ tin cậy cho
lưới điện phân phối...................................................................................................24
1.4.2. Trình tự phê duyệt tiêu chuẩn độ tin cậy hàng năm cho lưới điện phân
phối...........................................................................................................................24
1.4.3. Chế độ báo cáo tại các đơn vị điện lực..................................................25
1.5. Các biện pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối..25
1.6. Kết luận chương 1.........................................................................................28
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG CỤ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CHO
LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI........................................................................................30
2.1. Cấu trúc điển hình của lưới điện phân phối tại các đơn vị điện lực..............30
2.2. Thông số độ tin cậy phần tử..........................................................................32
2.3. Phương pháp tính độ tin cậy cho lưới điện phân phối...................................34
2.3.1. Lưới phân phối không phân đoạn..........................................................34
2.3.2. Lưới phân phối phân đoạn.....................................................................36
2.4. Cơng cụ tính tốn đánh giá độ tin cậy...........................................................38
2.4.1. Mô phỏng cấu trúc lưới phân phối và hoạt động của thiết bị phân đoạn
...................................................................................................................................38
2.4.2. Các chỉ tiêu độ tin cậy cần tính..............................................................40
2.4.3. Phương pháp tính chung chỉ tỉêu độ tin cậy của lưới phân phối được cấp
điện bởi một nguồn...................................................................................................41
2.4.4. Giới thiệu chương trình tính toán độ tin cậy lưới phân phối..................44
2.5. Kết luận chương 2.........................................................................................45
CHƯƠNG 3. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN
CẬY CHO LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP 22KV QUẬN HỒN KIẾM, HÀ NỘI.......46
3.1. Mơ tả bài tốn................................................................................................46
3.2. Số liệu và hiện trạng vận hành của xuất tuyến 22kV 479 E1.8 lưới điện quận
Hồn Kiếm................................................................................................................48
3.2.1. Mơ tả xuất tuyến 22kV 479 E1.8 lưới điện quận Hoàn Kiếm...............48
3.2.2. Thống kê số liệu ngừng điện xuất tuyến 22kV 479 E1.8 lưới điện quận
Hoàn Kiếm................................................................................................................54
3.3. Xác định số phân đoạn tối ưu........................................................................54
3
3.3.1. Phương án 1: Lưới không phân đoạn.....................................................54
3.3.2. Phương án 2: Lưới có 2 phân đoạn........................................................56
3.3.3. Phương án 3: Lưới 3 phân đoạn.............................................................59
3.3.4. Phương án 4: Lưới gồm 4 phân đoạn.....................................................62
3.3.5. Phương án 5: Lưới gồm 5 phân đoạn.....................................................65
3.3.6. Phương án 6: Lưới 6 phân đoạn.............................................................68
3.3.7. Phương án 7: Lưới 7 phân đoạn.............................................................72
3.3.8. Phương án 8: Lưới 8 phân đoạn.............................................................76
3.3.9. Số phân đoạn tối ưu................................................................................80
3.4. Đề xuất các phương án bổ sung nâng cao độ tin cậy trên cơ sở phân đoạn
lưới phân phối...........................................................................................................81
3.4.1. Sử dụng máy cắt làm thiết bị phân đoạn................................................81
3.4.2. So sánh tính kinh tế các phương án nâng cao độ tin cậy.......................83
3.4.3. Kết quả so sánh kinh tế..........................................................................83
3.4.4. Bổ sung thiết bị chỉ thị sự cố..................................................................86
3.4.5. Bổ sung thiết bị tự động đóng lại (recloser)...........................................87
3.5. Kết luận chương 3.........................................................................................87
KẾT LUẬN CHUNG...............................................................................................89
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................91
PHỤ LỤC 1: THỐNG KÊ ĐƯỜNG DÂY TRUNG ÁP 22KV CÔNG TY ĐIỆN
LỰC HOÀN KIẾM QUẢN LÝ 2016.......................................................................92
PHỤ LỤC 2. THỐNG KÊ SỰ CỐ TRUNG ÁP TÍNH ĐẾN HẾT 31/12/2016.......94
PHỤ LỤC 3: BÁO CÁO DUY TU, BẢO DƯỠNG, VỆ SINH VÀ THÍ NGHIỆM
ĐỊNH KỲ TBA NĂM 2016.....................................................................................98
4
LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan nội dung của luận văn tốt nghiệp này là cơng trình khoa
học thực sự của cá nhân, được thực hiện trên cơ sở tổng hợp và nghiên cứu lý
thuyết, kiến thức kinh điển, áp dụng vào thực tiễn và dưới sự hướng dẫn khoa học…
Các kết quả trong bản luận văn này hoàn tồn chưa được cơng bố trong bất kỳ
cơng trình nghiên cứu nào từ trước đến nay. Số liệu và trích dẫn đều được chỉ rõ
nguồn trong danh mục các tài liệu tham khảo.
Tác giả xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với nội dung của bản luân văn này.
Hà Nội, ngày …… tháng …… năm 2018
Tác giả luận văn
LỜI CẢM ƠN
5
Đi qua những năm tháng Bách Khoa, ta mới biết tuổi trẻ đáng trân trọng như thế
nào. Trân trọng, không hẳn là vì có những lúc khó khăn tưởng chừng như gục
ngã, khơng hẳn là vì ta biết mình trưởng thành đến đâu, mà đơn giản là vì ta đã làm
tất cả những điều đó cùng ai.
Cảm ơn Bách Khoa! Những năm tháng ấy, có lẽ chẳng đáng gì so với cuộc đời
nhưng có thể đã là tất cả của tuổi thanh xn. Khơng muốn biết Bách Khoa cho
mình bao nhiêu, lấy đi những gì, chỉ biết rằng tuổi trẻ có Bách Khoa và chắc chắn
sẽ không bao giờ quên điều đó.
Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình, sự u thương đến từ các thầy cơ
của Bộ môn Hệ thống Điện - Viện Điện, đặc biệt là thầy hướng dẫn khoa học của
em, … Em chúc thầy, cô luôn luôn mạnh khỏe, nhiệt huyết để dạy bảo các thế hệ
sinh viên, học viên tiếp theo thành tài.
Cuối cùng là lời cảm ơn đến các bạn lớp cao học 16B-KTĐ HTĐ. Cảm ơn vì đã
đi cùng nhau những năm tháng Bách Khoa, cùng nhau chia sẻ những niềm vui, nỗi
buồn. Ai rồi cũng có sự lựa chọn riêng, có một lối đi riêng, hy vọng sau này những
cảm xúc ấy sẽ đến với chúng ta một lần nữa. Chúc các bạn luôn thành công.
Xin trân trọng cảm ơn!
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
6
CCĐ
Cung cấp điện
CT
Công tác
DCL
Dao cách ly
ĐTC
Độ tin cậy
ĐTCCCĐ
Độ tin cậy cung cấp điện
HTĐ
Hệ thống điện
KD
Kéo dài
KH
Khách hàng
LĐPP
Lưới điện phân phối
MC
Máy cắt
NĐ
Ngừng điện
NĐCT
Ngừng điện công tác
NĐSC
Ngừng điện sự cố
SC
Sự cố
TA/HA
Trung áp / Hạ áp
TBA
Trạm biến áp
TBPĐ
Thiết bị phân đoạn
TĐL
Tự đóng lại
TQ
Thống qua
TTSC
Thao tác sự cố
DANH MỤC CÁC BẢNG
7
STT
Tên bảng
Trang
1
Bảng 3.1 Số liệu tính tốn lộ 479 E1.8
49
2
Bảng 3.2 Kết quả tính tốn chỉ số SAIDI các phương án phân
80
đoạn
3
4
5
Bảng 3.3 So sánh hiệu quả giảm SAIDI giữa các phương án
Bảng 3.4 So sánh với lưới điện 6 PĐ bằng DCL khi chưa có thiết
bị chỉ thị SC
Bảng 3.5 So sánh với lưới điện 6 PĐ bằng MC khi chưa có
recloser
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
8
80
86
87
ST
Tên hình
T
Trang
1
Hình 1.1 Các bài tốn đánh giá độ tin cậy trong hệ thống điện
15
2
Hình 1.2 Quan hệ giữa độ tin cậy và chi phí đầu tư
19
3
Hình 1.3 Độ tin cậy và chi phí tối ưu
19
4
Hình 2.1 Các cấu trúc điển hình của lưới phân phối
32
5
Hình 2.2 Mơ hình cường độ hỏng hóc
33
6
Hình 2.3 Lưới phân phối hình tia
34
7
Hình 2.4 Ví dụ về đẳng trị lưới phân phối
42
8
Hình 2.5 Chương trình tính tốn độ tin cậy của lưới điện phân phối
44
9
Hình 3.1 Sơ đồ các bước đánh giá cho lưới điện phân phối 22kV
quận Hồn Kiếm
48
10
Hình 3.2 Sơ đồ một sợi xuất tuyến lưới điện khảo sát (lộ 479 E1.8)
53
11
Hình 3.3 Sơ đồ đẳng trị phương án 1
55
12
Hình 3.4 Kết quả tính tốn độ tin cậy phương án lưới khơng phân
đoạn
56
13
Hình 3.5 Sơ đồ một sợi phương án 2
57
14
Hình 3.6 Sơ đồ đẳng trị phương án 2
58
15
Hình 3.7 Kết quả tính tốn độ tin cậy phương án lưới 2 phân đoạn
59
16
Hình 3.8 Sơ đồ một sợi phương án 3
60
17
Hình 3.9 Sơ đồ đẳng trị phương án 3
61
18
Hình 3.10 Kết quả tính tốn độ tin cậy phương án lưới 3 phân đoạn
62
19
Hình 3.11 Sơ đồ một sợi phương án 4
63
20
Hình 3.12 Sơ đồ đẳng trị phương án 4
64
21
Hình 3.13 Kết quả tính tốn độ tin cậy phương án lưới 4 phân đoạn
65
22
Hình 3.14 Sơ đồ một sợi phương án 5
66
23
Hình 3.15 Sơ đồ đẳng trị phương án 5
67
24
Hình 3.16 Kết quả tính tốn độ tin cậy phương án lưới 5 phân đoạn
68
25
Hình 3.17 Sơ đồ một sợi phương án 6
69
9
ST
Tên hình
T
Trang
26
Hình 3.18 Sơ đồ đẳng trị phương án 6
70
27
Hình 3.19 Kết quả tính tốn độ tin cậy phương án lưới 6 phân đoạn
72
28
Hình 3.20 Sơ đồ một sợi phương án 7
73
29
Hình 3.21 Sơ đồ đẳng trị phương án 7
74
30
Hình 3.22 Kết quả tính tốn độ tin cậy phương án lưới 7 phân đoạn
76
31
Hình 3.23 Sơ đồ một sợi phương án 8
77
32
Hình 3.24 Sơ đồ đẳng trị phương án 8
78
33
Hình 3.25 Kết quả tính tốn độ tin cậy phương án lưới 8 phân đoạn
80
34
Hình 3.26 Chỉ số SAIDI các phương án phân đoạn
81
35
Hình 3.27 Kết quả tính tốn ĐTC phương án sử dụng máy cắt làm
thiết bị phân đoạn
PHẦN MỞ ĐẦU
10
83
Lý do chọn đề tài
Cùng với sự phát triển kinh tế, hệ thống điện Việt Nam trong giai đoạn vừa qua
đã có những bước phát triển nhanh chóng cả về quy mô công suất và phạm vi cung
cấp điện. Lưới điện truyền tải và phân phối đã và đang phát triển rộng khắp bao phủ
khắp mọi miền đất nước. Khả năng cung cấp điện của hệ thống, trong đó có lưới
phân phối điện, ngày càng được cải thiện rõ rệt.
Tuy nhiên bên cạnh địi hỏi phát triển nhanh chóng về quy mơ và cấu trúc của
lưới phân phối điện thì các yêu cầu về chất lượng điện năng cũng như việc đảm bảo
độ tin cậy trong vận hành hệ thống điện đã được nâng cao và đặt ra các chỉ tiêu cụ
thể. Thông tư 39 của Bộ Công thương năm 2015 quy định về việc vận hành lưới
điện phân phối cũng đặt ra các yêu cầu cụ thể đối với chất lượng vận hành của lưới
điện phân phối ([1]). Trong đó việc tính tốn và đánh giá độ tin cậy trong vận hành
cũng như phát triển lưới phân phối điện vì thế cần được quan tâm đặc biệt hơn nữa.
Trong các quy hoạch và phát triển lưới điện hiện nay thì mới chỉ tập trung đến việc
đánh giá các tổn thất về mặt điện năng như tổn thất điện áp, tổn thất công suất mà
chưa chú trọng đến việc đánh giá tới mức độ và cường độ mất điện trong lưới phân
phối. Chính vì những lý do đó, đề tài của bản luận văn được chọn để nghiên cứu
hiệu quả của các biện pháp nâng cao độ tin cậy dựa trên số liệu và cấu trúc vận hành
thực tế của lưới điện phân phối Việt Nam.
Mục đích nghiên cứu của luận văn
Luận văn dự kiến tìm hiểu về các chỉ tiêu và phương pháp đánh giá độ tin cậy
cho lưới phân phối, thống kê và thu thập dữ liệu thực tế về sự cố và thời gian xử lý
của lưới điện phân phối quận Hồn Kiếm - Hà Nội, tính tốn phân tích và xây dựng
số liệu điển hình tương ứng. Từ đó đề xuất, xây dựng phương án tối ưu và đánh giá
hiệu quả kinh tế kỹ thuật của các phương án nâng cao độ tin cậy cho lưới điện phân
phối quận Hoàn Kiếm - Hà Nội.
Phạm vi và đối tượng nghiên cứu
11
Phạm vi nghiên cứu của luận văn là phương pháp phân tích đánh giá cũng như
các chỉ tiêu áp dụng cho nghiên cứu độ tin cậy của lưới điện phân phối tại Việt
Nam. Trong đó đối tượng nghiên cứu cụ thể là xuất tuyến lưới phân phối trung áp
(22kV) quận Hoàn Kiếm, thành phố Hà Nội với số liệu vận hành thực tế năm 2016.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Hiện tại trong các bài toán quy hoạch thiết kế lưới điện phân phối, các tiêu
chuẩn độ tin cậy cung cấp điện còn chưa được quan tâm đánh giá đúng mức. Việc
định lượng được độ tin cậy cho lưới phân phối sẽ đánh giá được chất lượng lưới
phân phối về mặt liên tục cung cấp điện cho phụ tải. Từ đó sẽ chọn lựa được các
phương án quy hoạch tối ưu nhất về cả mặt kỹ thuật và kinh tế, giảm thiểu phát sinh
các chi phí sau này để nâng cao khả năng vận hành của lưới.
Luận văn dự kiến tìm hiểu các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy cung cấp điện cho
lưới điện phân phối thực tế tại Việt Nam. Trên cơ sở chỉ tiêu phù hợp, luận văn dự
kiến áp dụng đánh giá độ tin cậy cho lưới phân phối thực tế. Từ đó tính tốn hiệu
quả kinh tế áp dụng các biện pháp nâng cao độ tin cậy cho lưới điện.
Nội dung nghiên cứu
Nhằm đạt được mục đích nghiên cứu trên, các nội dung sau đã được thực hiện
trong luận văn:
- Nghiên cứu tổng quan về yêu cầu và phương pháp đánh giá độ tin cậy cho lưới
điện phân phối.
- Thu thập, thống kê và tổng hợp số liệu thực về sự cố và thời gian xử lý của
lưới điện phân phối quận Hồn Kiếm - Hà Nội.
- Tính tốn phân tích và xây dựng số liệu điển hình tương ứng cho các chỉ số độ
tin cậy của lưới điện phân phối.
- Đề xuất, xây dựng phương án tối ưu và đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của
các phương án nâng cao độ tin cậy cho xuất tuyến lưới điện phân phối trung áp
22kV quận Hoàn Kiếm - Hà Nội.
Trên các cơ sở phạm vi nghiên cứu dự kiến, bản thuyết minh luận văn được chia
thành các nội dung như sau:
12
- Phần mở đầu.
- Chương 1. Tổng quan về yêu cầu đảm bảo Độ tin cậy cung cấp điện cho lưới
phân phối Việt Nam.
- Chương 2. Phương pháp và công cụ đánh giá độ tin cậy cho Lưới điện phân
phối.
- Chương 3. Đánh giá hiệu quả các biện pháp nâng cao độ tin cậy cho Lưới điện
Trung áp 22kV quận Hoàn Kiếm, Hà Nội.
- Kết luận chung.
13
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ YÊU CẦU ĐẢM BẢO ĐỘ TIN CẬY
CUNG CẤP ĐIỆN CHO LƯỚI PHÂN PHỐI VIỆT NAM
1.1. Khái niệm độ tin cậy cung cấp điện
Không chỉ hệ thống điện, khái niệm độ tin cậy được áp dụng cho bất kỳ một
phần tử hoặc hệ thống vận hành trên thực tế. Theo [2], khái niệm chung có tính chất
kinh điển về độ tin cậy vận hành của một hệ thống như sau: “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”.
Như vậy độ tin cậy ln gắn với việc hồn thành một nhiệm vụ cụ thể, trong
khoảng thời gian nhất định và trong hoàn cảnh nhất định. Trong đó có thể định
lượng được độ lớn của độ tin cậy như là xác suất hoàn thành nhiệm vụ trong khoảng
thời gian xác định. Xác suất này được gọi là độ tin cậy của hệ thống (hay phần tử).
Độ tin cậy là khái niệm có tính thống kê từ kinh nghiệm làm việc trong quá khứ
của hệ thống (hay phần tử).
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 khơng 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 tốn cụ thể, do đó phải
sử dụng thêm nhiều chỉ tiêu khác cũng có tính xác suất.
Các bài toán đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện được phân chia thành các bài
toán nhỏ theo cấu trúc như sau (theo [2]):
14
2
1
Phần nguồn
Phụ tải
Lưới phân phối
Lưới truyền tải
Hệ thống phát
3
Lưới điện
Hệ thống điện
Hình 1.1 Các bài tốn đánh giá độ tin cậy trong hệ thống điện
Như vậy bài toán đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện được chia làm bốn loại:
- Bài toán về độ tin cậy của hệ thống phát, chỉ xét riêng các nguồn điện;
- Bài toán về độ tin cậy của hệ thống điện, xét cả nguồn điện đến các nút tải hệ
thống do lưới hệ thống cung cấp điện;
- Bài toán về độ tin cậy của lưới truyền tải và lưới phân phối;
- Bài toán về độ tin cậy của phụ tải.
Bên cạnh đó, tùy theo mục đích khảo sát cụ thể, bài tốn độ tin cậy trong hệ
thống điện có thể được chia làm 2 nhóm là:
- Bài tốn quy hoạch, phục vụ quy hoạch phát triển hệ thống điện;
- Bài toán vận hành, phục vụ vận hành hệ thống điện.
Còn theo nội dung tính tốn phân tích, bài tốn đánh giá độ tin cậy có thể được
chia thành các loại sau:
- Bài tốn giải tích, nhằm mục đích tính tốn các chỉ tiêu độ tin cậy của hệ thống
điện có cấu trúc cho trước.
- Bài toán tổng hợp, nhằm xác định trực tiếp thơng số của một phân tử nào đó
trên cơ sở cho trước yêu cầu độ tin cậy và các thông số của các phần tử cịn lại. Bài
tốn tổng hợp trực tiếp rất phức tạp do đó chỉ có thể áp dụng trong những bài toán
nhỏ, hạn chế.
Các bài toán tổng hợp lớn cho nguồn điện và lưới điện vẫn phải dùng phương
pháp tổng hợp gián tiếp, tức là lập nhiều phương án rồi tính chỉ tiêu độ tin cậy bằng
phương pháp giải tích để so sánh, chọn phương án tối ưu.
Mỗi loại bài toán về độ tin cậy đều gồm có bài tốn quy hoạch và vận hành. Mỗi
bài tốn lại bao gồm loại giải tích và tổng hợp.
15
Bài tốn phân tích độ tin cậy có ý nghĩa rất quan trọng trong quy hoạch, thiết kế
cũng như vận hành hệ thống điện. Nội dung bài toán này là tính các chỉ tiêu độ tin
cậy của một bộ phận nào đó của hệ thống điện từ các thơng số độ tin cậy của các
phần tử của nó, ví dụ tính độ tin cậy của một trạm biến áp, một phần sơ đồ lưới
điện… Các chỉ tiêu độ tin cậy bao giờ cũng gắn liền với tiêu chuẩn hỏng hóc (hay
tiêu chuẩn hồn thành nhiệm vụ) nào đó do người phân tích độ tin cậy đặt ra.
Tuy nhiên các kết quả nói chung cũng vẫn sử dụng được trong quy hoạch cũng
như vận hành hệ thống điện.
Các giả thiết cũng khác nhau trong bài toán về độ tin cậy phục vụ quy hoạch
cũng như vận hành hệ thống điện. Bài toán về độ tin cậy phục vụ quy hoạch nhằm
xác định việc đưa thêm thiết bị mới, thay đổi cấu trúc hệ thống điện trong các năm
tiếp theo. Còn bài toán về độ tin cậy phục vụ vận hành nhằm kiểm nghiệm hoặc lựa
chọn sách lược vận hành hệ thống điện có sẵn. Hai loại bài tốn này có phần cơ bản
giống nhau, tức là mơ hình chung của hệ thống điện.
Trong nội dung luận văn này, bài toán được áp dụng là đánh giá định lượng độ
tin cậy theo cấu trúc của lưới điện phân phối nhằm phục vụ cho các tính tốn so
sánh kinh tế kỹ thuật trong quy hoạch (các phương án lưới điện chưa vận hành) trên
cơ sở cách tiếp cận xác suất mất điện cho phụ tải.
1.2. Mối quan hệ giữa độ tin cậy cung cấp điện và tính kinh tế
1.2.1. Độ tin cậy và tổn thất kinh tế do mất điện
Điện năng là động lực chính của tồn bộ nền kinh tế. Việc mất điện gây ảnh
hưởng lớn đến sinh hoạt và sản xuất, để lại nhiều hậu quả cho kinh tế xã hội. Mất
điện đặc biệt nghiêm trọng ở những nơi cần độ an tồn cơng cộng và mơi trường
cao như bệnh viện, nhà máy xử lý nước thải, hầm mỏ. Những nơi này thường có các
nguồn điện dự phịng như máy phát điện tuy nhiên việc mất nguồn điện chính vẫn
để lại hậu quả và thiệt hại đáng kể.
Theo hậu quả của mất điện, các phụ tải được chia làm 2 loại:
- Loại phụ tải mà sự mất điện gây ra các hậu quả mang tính chính trị - xã hội.
- Loại phụ tải mà sự mất điện gây ra hậu quả kinh tế.
16
Đối với loại trên, phụ tải cần được cấp điện với độ tin cậy cao nhất có thể. Cịn
đối với loại dưới là bài toán kinh tế - kỹ thuật trên cơ sở cân nhắc giữa vốn đầu tư
vào hệ thống điện và tổn thất kinh tế do mất điện.
Tổn thất kinh tế cho các cơ sở sản xuất, kinh doanh cụ thể. Đó là tổn thất kinh tế
mà các cơ sở này phải chịu khi mất điện đột ngột hay theo kế hoạch.
Khi mất điện đột ngột, sản phẩm sẽ bị hỏng, sản xuất bị ngừng trệ gây ra tổn thất
kinh tế. Tổn thất này có thể phụ thuộc số lần mất điện hoặc điện năng bị mất hoặc
đồng thời cả hai. Khi mất điện theo kế hoạch, tổn thất sẽ nhỏ hơn do cơ sở sản xuất
đã được chuẩn bị.
Tổn thất này được tính tốn cho từng loại xí nghiệp hoặc cơ sở kinh doanh cụ
thể để phục vụ việc thiết kế cung cấp điện cho các cơ sở này.
Tổn thất kinh tế nhìn từ quan điểm hệ thống điện. Tổn thất này được tính tốn từ
các tổn thất thật ở phụ tải và theo các quan điểm của hệ thống điện. Nó nhằm phục
vụ cơng việc thiết kế, quy hoạch hệ thống điện sao cho thỏa mãn được nhu cầu về
độ tin cậy của phụ tải, đồng thời đảm bảo hiệu quả kinh tế của hệ thống điện.
Tổn thất này được tính cho lưới phân phối, lưới truyền tải và nguồn điện một
cách riêng biệt. Nó cũng được tính cho từng loại phụ tải cho một lần mất điện, cho 1
kW hoặc 1kWh tổn thất và cũng được tính cho độ dài thời gian mất điện.
Tổn thất kinh tế do mất điện rất lớn, đồng thời về mặt chính trị - xã hội cũng địi
hỏi độ tin cậy cấp điện ngày càng cao, khiến cho hệ thống điện ngày càng phải hoàn
thiện về cấu trúc, cải tiến về vận hành để không ngừng nâng cao độ tin cậy. Ảnh
hưởng lớn nhất tới độ liên tục cung cấp điện cho khách hàng là lưới phân phối.
Tăng cường đảm bảo độ tin cậy cho khách hàng có thể làm giảm được những chi
phí xã hội và đưa lại lợi ích cho toàn bộ nền kinh tế quốc dân.
1.2.2. Bài toán tối ưu đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho lưới phân phối
Ngành điện nói chung và các cơng ty điện lực nói riêng ln mong đợi cung cấp
điện liên tục, có chất lượng cho khách hàng với giá cả hợp lý bằng việc sử dụng hệ
thống và trang bị sẵn có một cách kinh tế. Cung cấp điện liên tục được hiểu là cung
17
cấp điện một cách chắc chắn, an toàn cho con người và thiết bị với chất lượng điện
năng là điện áp và tần số trong giới hạn cho phép quanh giá trị danh định.
Giá của độ tin cậy được sử dụng cho để xem xét và đánh giá tỷ lệ tăng trưởng
của nó. Phân tích kinh tế độ tin cậy của hệ thống có thể là cơng cụ kế hoạch rất hữu
ích trong quyết định chi tiêu tài chính để cải thiện độ tin cậy bằng cách cung cấp
vốn đầu tư thêm cho hệ thống.
Trong môi trường cạnh tranh, các công ty điện lực sẽ phải chịu ngày càng nhiều
các ràng buộc về kinh tế, xã hội, chính trị, mơi trường nơi mà các công ty này đang
hoạt động. Các quyết định quy hoạch, đầu tư tài chính, vận hành, được đưa ra để
giúp cho các công ty này luôn duy trì và mở rộng phạm vi hoạt động trong một hệ
thống điện liên kết. Tăng cường độ tin cậy cung cấp điện là một trong những tiêu
chí về chất lượng phục vụ của các công ty điện lực. Giữa tăng độ tin cậy và chi phí
có một quan hệ tạo nên giá thành điện năng đảm bảo kinh doanh có lãi của các cơng
ty điện lực và sự chấp nhận được của khách hàng. Do vậy cần thiết phải đánh giá
quan hệ giữa chi phí - độ tin cậy - giá thành. Đánh giá chi phí độ tin cậy có thể giúp
đưa ra một số các chuẩn trong thực tế. Tuy nhiên việc tính tốn giá thành cho độ tin
cậy vẫn cịn hết sức khó khăn, mang tính chủ quan và đôi khi không thể đánh giá
một cách trực tiếp. Việc tính tốn thay thế được sử dụng rộng rãi để đánh giá những
thiệt hại của khách hàng dùng điện do bị sự cố. Chi phí do mất điện có thể coi là đại
diện cho giá thành độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện. Như vậy chi phí xã hội
cho chất lượng cung cấp điện và độ liên tục cung cấp điện có liên quan tới giá trị và
lợi nhuận xã hội của chất lượng và độ liên tục cung cấp điện.
Vấn đề chung của việc quy hoạch một hệ thống điện là việc lựa chọn một số các
phương án khác nhau để phát triển hệ thống dựa trên các chi phí của hệ thống. Rất
nhiều phương pháp đánh giá ảnh hưởng của sự cố cung cấp điện đối với khách
hàng. Thông qua các nghiên cứu ta có đường cong quan hệ giữa độ tin cậy và chi
phí đầu tư được thể hiện như (Hình 1.2):
18
1
0
Hình 1.2 Quan hệ giữa độ tin cậy và chi phí đầu tư
Như vậy độ tin cậy tiệm cận với giá trị độ tin cậy bằng 1 ở vốn bằng ∞. Nghĩa là
độ tin cậy càng cao thì chi phí đòi hỏi càng lớn. Nhưng chỉ đến một giá trị nhất
định, khi đó cho dù tăng thêm vốn đầu tư độ tin cậy cũng khơng tăng thêm bao
nhiêu, đó là vùng bão hồ của đường cong độ tin cậy.
Hình 1.3 Độ tin cậy và chi phí tối ưu
Hình 1.3 cho thấy khi tăng thêm chi phí đầu tư thì độ tin cậy tăng lên. Mặt khác
thì độ tin cậy tăng làm cho tổn thất kinh tế do mất điện giảm đi. Chi phí tổng cộng
do đó bằng tổng hai chi phí này. Tại điểm tổng chi phí thấp nhất ta có độ tin cậy tối
ưu. Như vậy chỉ số độ tin cậy không phải là cố định mà tuỳ thuộc vào điểm thấp
nhất của tổng chi phí. Hệ thống điện ở một đất nước có nền sản xuất cơng nghiệp
19
