Tính toán độ tin cậy của lưới điện phân phối trung áp

T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ
-
Sè 4
(44)
/
N¨m 2007
–

84

TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG ÁP

Trương Tuấn Anh – (Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp – ĐH Thái Nguyên)
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Lưới điện phân phối trung áp thường có cấp điện áp là 6, 10, 22, 35 kV, phân phối
điện cho các trạm biến áp phân phối trung áp/ hạ áp và phụ tải trung áp. Các hộ phụ tải nhận
điện trực tiếp thông qua các trạm biến áp phân phối, nên khi xảy ra bất kỳ sự cố nào trong
lưới điện và trạm biến áp phân phối đều ảnh hưởng trực tiếp đến các hộ tiêu thụ.
Mặt khác sự phát triển của phụ tải không ngừng theo thời gian và ngày càng đỏi hỏi cao về
chất lượng năng lượng và độ tin cậy cung cấp điện. Do đó ngay từ khâu thiết kế cũng như vận hành
hệ thống điện cần phải đặc biệt quan tâm một cách triệt để, đảm bảo sao cho có được các phương án
dự phòng hợp lý và tối ưu nhất trong chế độ làm việc bình thường cũng như khi xảy ra sự cố.
Như vậy để nâng cao được độ tin cậy và tính liên tục cung cấp điện cũng như dự phòng
hợp lý, bài báo tập trung chủ yếu vào nghiên cứu tính toán độ tin cậy và xây dựng phần mềm
tính toán độ tin cậy của lưới điện phân phối trung áp, từ kết quả tính toán được đề xuất một số
biện pháp nhằm giảm bớt thiệt hại về kinh tế và thời gian mất điện đối với hộ phụ tải.
2. TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
Các chỉ tiêu về kinh tế và kỹ thuật của lưới điện phân phối phụ thuộc rất nhiều vào sơ đồ
nối dây. Do đó sơ đồ nối dây phải được chọn sao cho có chi phí là nhỏ nhất, đảm bảo mức độ tin
cậy cung cấp điện cần thiết và chất lượng điện năng yêu cầu của các hộ phụ tải, thuận tiện và an
toàn trong vận hành, khả năng phát triển trong tương lai và tiếp nhận các phụ tải mới.

Sơ đồ nối dây của lưới điện phân phối có thể sử dụng một trong các hình thức nối dây
như: hình tia, phân nhánh hoặc mạch vòng kín nhưng trong quá trình vận hành hở mạch. Như
vậy trong quá trình vận hành lưới điện phân phối chỉ được cung cấp từ một nguồn, do đó tác giả
đề cập đến tính toán độ tin cậy của lưới phân phối trên máy tính được cung cấp điện bởi một
nguồn trong trường hợp ngừng điện do sự cố [1,3,6].
2.1. Đẳng trị các đoạn lưới liền nhau mà giữa chúng không có thiết bị phân đoạn
thành một đoạn lưới có thiết bị phân đoạn [1,6]
- Độ dài đẳng trị của m đoạn lưới liền nhau thành đoạn lưới i là:
∑
=
=
m
1j
ji
ll

- Tổng phụ tải do đoạn lưới i cấp điện khi hệ số đồng thời bằng 1:
∑
=
=
m
1j
jmaximax
PP
; P
maxj
: phụ tải của đoạn lưới j
- Thời gian sử dụng công suất lớn nhất:
imax
m

1i
jmaxjmax
imax
P
T.P
T
∑
=
=


T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ
-
Sè 4
(44)
/
N¨m 2007
–

85
2.2. Thuật toán tính ma trận đường nối [1,6]
Đường nối bao gồm tất cả các đoạn lưới nối từ nguồn đến từng nút phụ tải và rất cần
thiết để tính độ tin cậy của lưới phân phối. Tất cả các đường nối nằm trong ma trận đường nối
của lưới phân phối B(i,j), trong đó j là nút đích, i là đoạn lưới của lưới phân phối. Nếu B(i,j) = 1
có nghĩa là đoạn lưới i nằm trên đường nối đến nút j, nếu B(i,j) = 0 có nghĩa là đoạn lưới i không
nằm trên đường nối đến nút j.

2.3. Tính toán ma trận ảnh hưởng [1,2,6]
2.3.1. Cường độ hỏng hóc và thời gian mất điện của một phân đoạn i
* Hỏng hóc do bản thân phân đoạn.
* Do ảnh hưởng của các phân đoạn khác:
- Ảnh hưởng của các phân đoạn phía trước phân đoạn đang xét về phía nguồn cung cấp.
Mỗi lần cắt điện phân đoạn này đều dẫn đến mất điện phân đoạn đang xét và mất cho đến khi
khắc phục xong sự cố.
- Ảnh hưởng của các phân đoạn phía sau phân đoạn đang xét:
+ Thiết bị phân đoạn dùng dao cách ly: ảnh hưởng là toàn phần về số lần cắt, còn thời
gian thì không toàn phần, phân đoạn xét được cấp điện trở lại sau thời gian thao tác, nghĩa là chỉ
mất điện trong thời gian thao tác t
ttK
, thời gian này phụ thuộc vào mức độ tự động hoá của lưới
điện, nhưng ngắn hơn nhiều so với thời gian sửa chữa sự cố.
+ Thiết bị phân đoạn dùng máy cắt: không ảnh hưởng cả về số lần cắt và thời gian cắt.
- Ảnh hưởng của các phân đoạn không nằm trên đường nối: phân đoạn ngay sau phân
đoạn trên đường nối, ảnh hưởng của nó đến phân đoạn trên đường nối và cũng là ảnh hưởng đến
phân đoạn xét i.
+ Thiết bị phân đoạn dùng dao cách ly: tính toán trường hợp có và không đặt thiết bị tự
động đóng lại.
+ Thiết bị phân đoạn dùng máy cắt: không ảnh hưởng cả về số lần cắt và thời gian cắt.
Ma trận B(i, j)
j = 0

j = j + 1
B(j, j) = 1
r = j
r = j
B(r
1
, j) = 1
r
1
= 0
r
1
= NĐ(r)
Đúng

T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ
-
Sè 4
(44)
/
N¨m 2007
–

86

2.3.2. Cường độ hỏng hóc và thời gian mất điện của phân đoạn đẳng trị
- Cường độ hỏng hóc và thời gian mất điện của phân đoạn i:
∑
≠=
λ+λ=λ

Npd
1j;1j
jiii0i
l.
;
∑
≠=
+λ=
Npd
1j;1j
mdjisciii0mdi
Tt.l.T

N
pd
: tổng số các phân đoạn.
- Cường độ hỏng hóc và thời gian mất điện trung bình của một phụ tải điện:
pd
Npd
1i
i
tb
N
∑
=
λ
=λ
;
pd
Npd

1i
mdi
mdtb
N
T
T
∑
=
=

- Điện năng mất của phân đoạn i và tổng điện năng mất:
8760
T.P.T
A
imaximdi
mdji
=
;
∑
=
∑
=
Npd
1i
mdimd
AA

Chỉ tiêu độ tin cậy của đoạn lưới j cũng tức là của phụ tải j (trạm phân phối j) đấu vào
đoạn lưới, đó là tổng của cột j trong hai ma trận ảnh hưởng:
SL(j) = SL

Pj
= ΣAS(i,j); t
h
(j) = t
hPj
= ΣAH(i,j)
A(j) = t
hPj
. P
max
(j). T
max
(j).
8760
1
; A= ΣA (j)
Từ đó tính các chỉ tiêu trung bình của toàn lưới phân phối.
2.3.3. Thuật toán tính các ma trận ảnh hưởng
Để lập ma trận ảnh hưởng ta xét từng cột j của ma trận B(i,j) bắt đầu từ j = 1 đến j = N,
với mỗi cột ta lại xét từng i bắt đầu từ i = 1 đến i = N. Có thể xảy ra các trường hợp sau:
- B(i,j) = 1: đoạn lưới i nằm trên đường nối 0 - j, ta có:
AS(i,j) = λ(i); AH(i,j) = λ(i). t
0
(i)
- B(i,j) = 0: đoạn lưới i không nằm trên đường nối 0 - j, cần tìm các đoạn lưới nằm giữa
đoạn lưới i và đoạn lưới j, tức là các đoạn a, b...
Trước tiên ta tìm đoạn lưới k đứng ngay trước đoạn lưới i theo điều kiện:
NĐ(i) = NC(k)
Sau đó xét B(k,j) nếu:
+ B(k,j) = 1: đoạn lưới k nằm trên đường nối 0 - j, ta có:

AS(i,j) = λ(i). K(i)
AH(i,j) = λ(i). K(i). t
C
(i) (*)
+ B(k,j) = 0: đoạn lưới k không nằm trên đường nối 0 - j, vì vậy:
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ
-
Sè 4
(44)
/
N¨m 2007
–

87
)i().i(K.
)k(
)j,k(AS
)j,i(AS λ
λ
=

)i(t).i().i(K.
)k(t).k(
)j,k(AH
)j,i(AH
C
C
λ
λ
=

(**)
Các công thức (*) và (**) có tác dụng giữ lại trong AS(k,j) và AH(k,j) các K(a), K(b)...
tức là mã thiết bị phân đoạn trên đường nối giữa đoạn lưới k và đoạn lưới j hoặc đoạn lưới bất
kỳ trên đường nối 0 - j.
Theo thuật toán này với cách đánh số nút và nhánh như trên thì AS(k,j) AH(k,j) được
tính trước AS(i,j) và AH(i,j) vì k < 1.
2.4. Tính toán các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy lưới phân phối
- Số lần cắt điện trung bình năm của một trạm biến áp phân phối:
1N
SL
SL
1N
1i
Pi
tb
∑
=
=

+ SL
Pi
: số lần cắt điện trạm biến áp phân phối i trong một năm.
+ N1: số trạm phân phối thuộc lưới phân phối được tính.
- Thời gian cắt điện trung bình cho một trạm phân phối trong một năm:
1N
t
t
1N
1i
hPi

htb
∑
=
=

+ t
hPi
: thời gian cắt điện một trạm biến áp phân phối trong một năm.
- Điện năng mất của toàn lưới phân phối:
∑
=
=
1N
1i
it
AA

3. XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN
PHỐI TRUNG ÁP [4,5]

- Giao diện chính của chương trình:
Từ giao diện chính của chương trình cho,
cho phép người sử dụng lựa chọn:
+ Phương pháp vào số liệu.
+ Tính toán độ tin cậy của lưới phân phối của
các File số liệu đã tạo hoặc File mới.
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ
-
Sè 4
(44)

/
N¨m 2007
–

88

- Giao diện nhập số liệu từ bàn phím:
+ Nhập số nhánh.
+ Nhập nút nguồn thứ hai (nếu có).
+ Sau khi nhập các số liệu vào bảng tính,
kiểm tra lại số liệu xem nhập có đúng hay không
(báo lỗi).
+ Cho phép ghi vào File để sử dụng cho các
lần tiếp theo.

- Giao diện xem và sửa số liệu:
+ Xem và sửa các File số liệu có sẵn.
+ Ghi vào File cũ hoặc tạo File mới sử dụng
các lần tiếp theo.





- Giao diện tính toán độ tin cậy:
+ Đọc số liệu từ File đã nhập.
+ Tính toán độ tin cậy của lưới phân phối
khi có một hoặc hai nguồn cung cấp.
+ Ghi kết quả mới tính hoặc xem lại kết
quả đã tính toán.

+ Tổ chức in ấn kết quả.


4. NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG ÁP
- Tăng cường khả năng dự phòng bằng sơ đồ kết dây:
+ Sơ đồ sử dụng đường dây kép.
+ Sơ đồ mạng kín vận hành hở.
+ Sơ đồ lưới có phân đoạn.