nghiên cứu phương pháp đánh giá độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối có nguồn dự phòng

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

HÀ NỘI - 2012
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

ii

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng
ñược công bố trong bất kỳ một bản luận văn nào khác.
Tôi xin cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này
ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ
nguồn gốc.
Hà Nội, ngày tháng năm 2012
Người cam ñoan



Dương Thị Loan
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

iii

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian thực hiện luận văn, ñến nay ñề tài “Nghiên cứu phương
pháp ñánh giá ñộ tin cậy cung cấp ñiện của lưới ñiện phân phối có nguồn dự
phòng.” ñã ñược hoàn thành. Trong thời gian thực hiện ñề tài tôi ñã nhận ñược
rất nhiều sự giúp ñỡ quý báu của các cá nhân, tập thể trong và ngoài trường.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến thầy giáo GS.TS Lã Văn Út hiện

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

Danh mục các bảng biểu vii

Danh mục các hình vẽ và ñồ thị viii

Danh mục các chữ viết tắt và ký hiệu ix

MỞ ðẦU 1

1 MỤC ðÍCH NGHIÊN CỨU VÀ LÝ DO CHỌN ðỀ TÀI 1

2 ðỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG 1

2.1 ðối tượng nghiên cứu 1

2.2 Phạm vi áp dụng 2

2.3 Áp dụng cụ thể 2

3 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ðỀ TÀI 2

3.1 Ý nghĩa khoa học của ñề tài 2

3.2 Tính thực tiễn của ñề tài 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ðỘ TIN CẬY VÀ CÁC PHƯƠNG
PHÁP TÍNH TOÁN ðỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ðIỆN 3

1.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ðỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ðIỆN 3

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

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP ðỒ THỊ - GIẢI TÍCH TÍNH TOÁN ðỘ
TIN CẬY CUNG CẤP ðIỆN CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI 14

2.1 ðẶT VẤN ðỀ 14

2.2 MÔ HÌNH BÀI TOÁN VÀ CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP TÍNH 15

2.2.1 Mô tả bài toán 15

2.2.2 Mô hình nguồn và phụ tải 16

2.2.3 Mô hình sơ ñồ lưới ñiện theo ðTC 17

2.2.4 Các ma trận cấu trúc 18

2.3 TÍNH TOÁN ðỘ TIN CẬY CUNG CẤP ðIỆN 22

2.3.1 Lưới ñiện hình tia không nguồn dự phòng 22

2.3.2 Lưới ñiện hình tia có nguồn dự phòng 23

2.4 VÍ DỤ ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN ðỘ TIN CẬY CUNG CẤP ðIỆN 31

2.4.1 Sơ ñồ và số liệu ban ñầu 31

2.4.2 Tính toán ñộ tin cậy xét với các ñiều kiện khác nhau 33

2.5 THUẬT TOÁN TÍNH ðTCCCð 38

2.6 MÔ PHỎNG LƯỚI ðIỆN TRÊN MÁY TÍNH 40

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

3.3.1 Cơ sở của phương pháp 68

3.3.2 Các số liệu tính toán khác 70

3.3.3 Tính toán ñộ tin cậy xét với các ñiều kiện khác nhau 71

3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 79

KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

vii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU


STT Tên bảng Trang

2.1 Các mức phụ tải, thời gian xuất hiện các mức phụ tải 32

2.2 Tổng hợp kết quả tính toán ðTC cho các khu vực và HTCCð 36

2.3 Tổng hợp kết quả tính toán ðTC cho các khu vực và HTCCð 38

3.1 Số liệu nút phụ tải 54

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

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ðỒ THỊ

STT Tên hình Trang

2.1 Nguồn dự phòng trong lưới ñiện phân phối 14

2.2 Sơ ñồ HTCCð nghiên cứu 15

2.3 ðồ thị phụ tải ngày theo thời gian 16

2.4 Sơ ñồ HTCCð với phân miền khu vực 17

2.5 Sơ ñồ HTCCð hình tia 22

2.6 Lưới ñiện ñiều khiển tự ñộng có nguồn dự phòng 24

2.7 Quan hệ giữa L
k,i,j
(t) và P
k,i,j
(t) 27

2.8 Lượng công suất, thời gian không ñược cấp từ nguồn dự phòng
cho khu vực xét 28

2.9 Biểu ñồ phụ tải các khu vực tính toán 32

3.1 Sơ ñồ nguyên lý lộ 971E11.3 Error! Bookmark not defined.

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 75


Trường 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

ðTCCCð : ðộ tin cậy cung cấp ñiện
KH : Khách hàng


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

1

MỞ ðẦU

1. MỤC ðÍCH NGHIÊN CỨU VÀ LÝ DO CHỌN ðỀ TÀI
Nền kinh tế quốc dân ngày càng phát triển, tốc ñộ công nghiệp hóa tăng
nhanh, do ñó ngày càng ñòi hỏi nhiều năng lượng ñiện. ðiều ñó ñặt ra cho hệ
thống cung cấp một nhiệm vụ khó khăn là vừa phải thỏa mãn lượng ñiện năng
tiêu thụ, vừa phải ñảm bảo các tiêu chuẩn chất lượng ñiện năng pháp ñịnh và
ñộ tin cậy hợp lý. Hệ thống ñiện phải ñược phát triển tối ưu và vận hành với
hiệu quả kinh tế cao nhất. ðó là một nhiệm vụ hết sức khó khăn, trong ñó việc
nâng cao ñộ tin cậy ở lưới phân phối có ảnh hưởng ñáng kể ñến chất lượng
ñiện năng và chỉ tiêu kinh tế của toàn bộ hệ thống cung cấp ñiện.
ðộ tin cậy cung cấp ñiện là một trong những chỉ tiêu quan trọng ñể ñánh
giá chất lượng ñiện năng. Rõ ràng nếu các chỉ tiêu về ñiện áp, tần số … ñược
ñảm bảo nhưng ñiện năng không ñược cung cấp liên tục thì một hệ thống ñiện
như vậy không những không ñưa lại hiệu quả kinh tế mà còn gây thiệt hại lớn
cho nền kinh tế quốc dân. Chính vì vậy vấn ñề ñộ tin cậy cung cấp ñiện phải
ñược xét tới trong giai ñoạn thiết kế cũng như vận hành và phải áp dụng nhiều
biện pháp ñể giải quyết vấn ñề ñó
Với ñề tài: “Nghiên cứu phương pháp ñánh giá ñộ tin cậy cung cấp
ñiện của lưới ñiện phân phối có nguồn dự phòng” luận văn mong muốn
ñóng góp một phần nhỏ những tìm tòi nghiên cứu của mình vào việc tính toán
ñộ tin cậy cung cấp ñiện, xác ñịnh các chỉ tiêu ñộ tin cậy cho các hộ phụ tải.

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

TÍNH TOÁN ðỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ðIỆN

1.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ðỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ðIỆN
1.1.1 Hệ thống ñiện và các phần tử
- Hệ thống nói chung: là tập hợp các phần tử tương tác trong một cấu
trúc nhất ñịnh nhằm thực hiện một nhiệm vụ xác ñịnh, có sự ñiều khiển thống
nhất trong hoạt ñộng. Bản thân các phần tử có thể có cấu trúc phức tạp, nếu
xét riêng nó là một hệ thống.
- Phần tử: là các bộ phận tạo thành hệ thống mà trong một quá trình
nhất ñịnh, ñược xem là một thực thể duy nhất không thể chia cắt ñược, ñặc
trưng bởi các thông số ñộ tin cậy chung, chỉ phụ thuộc các yếu tố bên ngoài
chứ không phụ thuộc và cấu trúc bên trong của phần tử.
- Hệ thống ñiện: là hệ thống trong ñó các phần tử là máy phát ñiện, máy
biến áp, ñường dây tải ñiện…Nhiệm vụ của hệ thống ñiện là sản xuất, truyền
tải và phân phối ñiện năng ñến các hộ tiêu thụ. ðiện năng phải ñảm bảo các
tiêu chuẩn chất lượng ñiện năng pháp ñịnh và ñộ tin cậy hợp lý. Hệ thống
ñiện phải ñược phát triển tối ưu và vận hành với hiệu quả kinh tế cao nhất.
Người ta còn sử dụng khái niệm hệ thống cung cấp ñiện (HTCCð) ñể
chỉ tập hợp các phần tử nằm trong sơ ñồ phần lưới ñiện cung cấp cho phụ tải
một khu vực. Khi ñó lưới ñiện phân phối có thể hiểu là HTCCð ñịa phương.
Các khái niệm này chỉ có ý nghĩa tương ñối (không hoàn toàn chính xác).
1.1.2 ðộ tin cậy của các phần tử hệ thống cung cấp ñiện
Các phần tử của lưới ñiện như là: ñường dây, máy biến áp, TBðC . . .
mà ñộ tin cậy của chúng cùng cách thức ghép nối chúng trong sơ ñồ quyết
ñịnh ñộ tin cậy của lưới ñiện.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

4

hlv

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
=

µ

Như vậy phần tử có phục hồi chỉ ngừng làm việc trong thời gian sửa
chữa. ðể thể hiện ñặc tính này cần sử dụng một ñại lượng mới và ñược gọi là
ñộ sẵn sàng A.
Ta có:

ðộ sẵn sàng cũng chính là xác suất ñể phần tử ở trạng thái tốt, sẵn sàng
phục vụ trong thời ñiểm bất kỳ t.
Ngoài số lần ngừng làm việc do hỏng hóc, các phần tử lưới ñiện, trong
năm còn phải cắt ñiện một số lần ñể làm công tác bảo quản và ñược ñặc trưng
bởi số lần ngừng ñiện trung bình năm λ
CT
và thời gian trung bình 1 lần ngừng
ñiện công tác T
CT
.
1.1.3 Các chỉ số (index) ñánh giá ñộ tin cậy của hệ thống cung cấp ñiện
ðối với HTð nói chung và HTCCð nói riêng, người ta ñưa ra hàng loạt
các chỉ số khác nhau, liên quan ñến các ñại lượng cần quan tâm:
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

5

a. Tần suất mất ñiện trung bình hệ thống
( System average interruption frequency index-SAIFI)
Tổng số khách hàng bị mất ñiện
SAIFI =
Tổng số khách hàng
=

∑
∑
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 .

Trong ñó: T
NDi
là thời gian mất ñiện.
c. Thời gian mất ñiện trung bình của khách hàng
(Customer interruption duration index-CAIDI)
Tổng thời gian mất ñiện của KH
CAIDI =
Tổng số khách hàng bị mất ñiện
=
∑
∑
ii
ii
N
NU
λ
.

Trong ñó: U
i
là thời gian mất ñiện của sự kiện i . Chỉ số CAIDI cho biết
thời gian mất ñiện trung bình trong một năm cho một khách hàng dùng ñiện.
d. Thời gian mất ñiện trung bình một vụ
( Customer average interruption frequency index-CAIFI)
Tổng số khách hàng bị mất ñiện
CAIFI =
Tổng số khách hàng bị ảnh hưởng

Chỉ số này khác với SAIFI ở phần mẫu số. Chỉ số này rất có ích khi so
sánh giữa các năm với nhau, khi mà không phải tất cả khách hàng bị ảnh

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)

Kỳ vọng ñiện năng thiếu hụt EUE là ñiện năng thiếu hụt kỳ vọng trong
khoảng thời gian xét. Kỳ vọng ñiện năng thiếu hụt có thể tính ñược bằng công
thức như sau:
EUE =
iia
UL
∑
)(

Trong ñó: L
a(i)
là phụ tải trung bình nối vào ñiểm i
Tùy theo mục ñích của bài toán, có thể lựa chọn các chỉ tiêu ñể ñánh giá
ðTCCCð cho phù hợp.
ðể ñánh giá ñộ tin cậy của HTCCð trong quản lí vận hành cần quan tâm
tới những chỉ số chung, ñặc trưng, thuận tiện áp dụng. Trong luận văn, lựa
chọn các chỉ số ñể ñánh giá ðTC lưới ñiện phân phối sau:
- Thời gian ngừng CCð cho các khách hàng trong năm (T
Nð
)
Ý nghĩa: là chỉ số hướng tới phụ tải, chỉ thời gian mất ñiện trung bình
của khách hàng trong năm, ñơn vị tính h/năm (tương tự như CAIDI).
- Thời gian mất ñiện trung bình hệ thống (SAIDI).
- ðộ sẵn sàng cung cấp ñiện trung bình hệ thống (ASAI)
Các chỉ số này giúp người lập quy hoạch, quản lí có thể ñánh giá ñược
ñộ tin cậy CCð cho các khách hàng và so sánh với yêu cầu.
- ðiện năng ngừng CCð (A
Nð
)
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

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.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

8

1.2.2. Các biện pháp chung nâng cao ñộ tin cậy hệ thống ñiện
- Sử dụng hợp lý các loại dự trữ: dự trữ năng lượng sơ cấp, dự trữ công
suất nguồn, công suất máy biến áp, khả năng tải của lưới ñiện về phát nóng,
về tổn thất ñiện áp, về ổn ñịnh tĩnh và ổn ñịnh ñộng, dự trữ thiết bị thay thế.
- Hoàn thiện cấu trúc lưới ñiện làm cho chúng trở nên linh hoạt, có ñộ
dự trữ cao và có khả năng thích ứng nhanh với mọi tình huống vận hành.
- Sử dụng các thiết bị bảo vệ, thiết bị ñiều khiển tự ñộng và ñiều chỉnh
chế ñộ ngày càng hoàn thiện.
- Sử dụng các thiết bị ñiện có chất lượng cao.
- Tổ chức tốt hệ thống quản lý, vận hành.
- Không ngừng nâng cao khả năng vận hành của cán bộ, kỹ sư, công
nhân vận hành.
1.2.3. Các biện pháp thực hiện ñể nâng cao ñộ tin cậy hệ thống ñiện
a. Nâng cao năng lực thông qua một số phần tử yếu
- Mỗi phần tử trong hệ thống có một khả năng truyền tải công suất nhất
ñịnh, ñể nâng cao năng lực của hệ thống thì ta cần nâng cao năng lực phần tử
có khả năng tải thấp (phần tử yếu).
- Nếu phần tử “yếu” ở trong hệ thống là máy biến áp chẳng hạn, ta có
thể tăng khả năng truyền tải bằng cách nâng công suất của máy biến áp. Nếu
ñó là ñường dây thì ta tăng khả năng truyền tải bằng cách tăng tiết diện dây
dẫn hoặc mắc thêm lộ song song. Trường hợp phần tử “yếu” trong hệ thống là
máy cắt, dao cách ly hay aptomat, biện pháp nâng cao năng lực thông qua của
các phần tử này là chọn các thiết bị có dòng cho phép cao hơn…
b. Tăng mức ñộ dự phòng về cấu trúc
ðể tăng cường ñộ tin cậy cung cấp ñiện, chẳng hạn theo chỉ tiêu giảm
xác suất hỏng hóc của hệ thống ñể tạo ra ñộ dôi dư về cấu trúc. Hệ thống có

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:

- Dự phòng mang tải:
Phần tử dự phòng làm việc trong cùng một chế
ñộ với phần tử chính không phụ thuộc vào thời ñiểm ñưa phần tử dự phòng
vào làm việc.
- Dự phòng mang tải nhẹ:
Các phần tử dự phòng trước khi ñược ñưa
vào thay thế cho phần tử chính có mang tải, nhưng tải này yếu hơn tải của các
phần tử chính. ðộ tin cậy của phần tử dự phòng ở trạng thái mang tải nhẹ này
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

10

có ñộ tin cậy cao hơn ñộ tin cậy của phần tử chính.
- Dự phòng không mang tải:
Các phần tử dự phòng ñược tách ra khỏi
hệ thống cho ñến khi ñược ñưa và thay thế cho phần tử chính.
* Nhận xét: Có thể nhận thấy rằng khi dự phòng cố ñịnh các dự phòng
ñều mang tải, còn khi dự phòng bằng phương pháp thay thế thì các phần tử dự
phòng có thể ở một trong ba trạng thái mang tải ñã xét trên ñây.
ðể tăng ñộ tin cậy của hệ thống có thể tổ chức dự phòng chung cho toàn
hệ thống hoặc dự phòng riêng cho từng phần tử trong hệ thống. ðộ tin cậy của
hệ thống có dự phòng phụ thuộc vào số phần tử dự phòng m ñối với một phần
tử công tác. Số m gọi là bội số dự phòng.
c. Sử dụng các thiết bị tự ñộng trong lưới ñiện
ðể nâng cao ñộ tin cậy, ñảm bảo cung cấp ñiện liên tục và an toàn người
ta sử dụng một số các thiết bị tự ñộng như: tự ñộng ñóng lại, tự ñộng ñóng dự
trữ, tự ñộng giảm tải sự cố theo tần số, tự ñộng ñiều chỉnh ñiện áp…
Việc quyết ñịnh sử dụng các thiết bị tự ñộng cần phải xem xét mọi
khía cạnh của hệ thống và phải phối hợp với nhiều mặt như chọn sơ ñồ
nối dây, chọn thiết bị, hình thức bải vệ, trình ñộ vận hành và khai thác các

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

của chất lượng ñiện năng. Nếu ñặt ñiện áp vào phụ tải không hoàn toàn ñúng
với ñiện áp ñịnh mức của phụ tải yêu cầu thì ít hay nhiều tình trạng làm việc
của thiết bị sẽ trở nên không tốt, làm giảm tuổi thọ, tăng xác suất hỏng thiết
bị, vì vậy tự ñộng ñiều chỉnh ñiện áp là một biện pháp nâng cao ñộ tin cậy
cung cấp ñiện.
1.2.4 Biện pháp thực hiện nâng cao ñộ tin cậy trong phạm vi luận văn
Trong phạm vi luận văn, biện pháp sử dụng thiết bị phân ñoạn như dao
cách ly ñược xem xét nghiên cứu ñể nâng cao ñộ tin cậy của lưới ñiện phân
phối. ðối với lưới ñiện phân phối hiện tại, các thiết bị ñóng cắt ñược sử dụng
phổ biến với mục ñích cách ly sự cố, ñảm bảo công tác vận hành, duy tu, bảo
dưỡng thay thế thiết bị, việc bố trí thiết bị ñóng cắt nhằm mục ñích nâng cao
ñộ tin cậy, giảm tổn thất ñiện năng do ngừng ñiện sự cố hoặc ngừng ñiện công
tác chưa ñược chú ý xem xét.
1.3 TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ðTCCCð
Các phương pháp phổ biến ñể tính toán ðTC [4], [6], [7], [8], [13], [14],
[15[, [16[, [17]…
1.3.1. Phương pháp ñồ thị-giải tích
Phương pháp này bao gồm việc lập sơ ñồ ðTC và áp dụng phương
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

12

pháp giải tích bằng ñại số Boole và lý thuyết xác suất các tập hợp ñể tính
toán ðTC.
Sơ ñồ ðTC bao gồm:
- Các nút trong ñó có nút nguồn, nút tải, nút trung gian;
- Nhánh ñược thể hiện bằng các khối mô tả trạng thái tốt của các phần tử.
Phương pháp ñồ thị-giải tích áp dụng rất hiệu quả cho các bài toán ñộ tin
cậy lưới ñiện. Trong ([13], [14 ]) ñã áp dụng khá hiệu quả phương pháp ñồ thị
- giải tích ñể ñánh giá ðTC cho HTCCð có cấu trúc phức tạp.

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

phần tử và hệ thống.
Phương pháp này cho phép xét ñến tác ñộng vận hành tới các chỉ tiêu
ðTC, tuy nhiên nhược ñiểm của phương pháp này cần nhiều thời gian, khối
lượng tính toán lớn. Trong ([15], [16]) ñã sử dụng phương pháp này ñể tính
toán ðTC.
Nhìn chung các phương pháp tính toán ðTC của HTð phức tạp ñều có
những ưu nhược ñiểm, việc lựa chọn phương pháp tính toán phụ thuộc vào
nhiệm vụ và yêu cầu do bài toán ñặt ra. Hơn nữa, trong những ñiều kiện cụ
thể người nghiên cứu luôn luôn phải vận dụng và phát triển phương pháp ở
mức ñộ nhất ñịnh trước khi áp dụng tính toán cho sơ ñồ thực tế.
Luận văn ñi sâu tìm hiểu và áp dụng phương pháp ñồ thị - giải tích nhằm
tính toán ðTC của lưới ñiện phân phối. ðặc ñiểm của lưới ñiện này là có sơ
ñồ hình tia nhưng có thể là lưới kín vận hành hở và có nguồn dự phòng.
Các nội dung này ñược trình bầy riêng thành chương 2.





Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s khoa hc k thut

14

CHNG 2
PHNG PHP TH - GII TCH TNH TON TIN
CY CUNG CP IN CA LI PHN PHI

2.1 T VN
TCCC ngy cng ủc quan tõm, ủc bit l t phớa khỏch hng.
Nhng khỏch hng ủc bit, cú yờu cu cao v cht lng ủin nng v

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

ny tớnh ủn ủim kt ni;
- Gii hn cung cp ca ngun ủin phõn tỏn, thi gian khi ủng
ca nú;
- Thi ủim xy ra s c (tng ng vi tng ph ti tiờu th ln
hay bộ)
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………

15

Nghiên cứu phương pháp tính toán ðTCCCð cho mỗi khách hàng và
ñánh giá chung cho toàn lưới, xét ñến các yếu tố nêu trên là nội dung của
chương này.
Cũng cần nói thêm là, lĩnh vực nghiên cứu tính toán ðTC ñối với HTð
bao hàm những nội dung rất ña dạng, với những mục tiêu (bài toán) khác
nhau: ðTC nguồn ñiện, ðTC lưới truyền tải, ðTC LðPP, ðTC hệ thống bảo
vệ và ñiều khiển, ðTC ñảm bảo cung cấp ñiện cho khách hàng Luận văn
quan tâm chủ yếu các vấn ñề liên quan ñến bài toán ðTC của lưới ñiện phân
phối, do ñó các nội dung tính toán ðTC cũng tập trung chủ yếu vào sơ ñồ
hình tia với cấu trúc kín vận hành hở và ñặc biệt quan tâm ñến ðTC cung cấp
ñiện cho khách hàng (phụ tải ñiện).
2.2 MÔ HÌNH BÀI TOÁN VÀ CƠ SỞ PHƯƠNG PHÁP TÍNH
2.2.1 Mô tả bài toán
Lưới ñiện ñược ñưa vào xem xét, tính toán ðTCCCð bao gồm: các
khách hàng (phụ tải), thanh cái cung cấp công suất vô cùng lớn, các nguồn
ñiện dự phòng. Các thiết bị phân ñoạn (TBPð) ñặt tại một số vị trí trên các
mạch ñường dây.
1
2
13
12

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

phân thành 2 loại:
- Nguồn có thể coi là công suất không giới hạn như NMð, trạm BA
trung gian 110/22(35)kV, ký hiệu là S.
- Nguồn dự phòng có công suất hữu hạn và ñược ký hiệu là Sgh. Các
nguồn dạng này cần ñược biết giới hạn công suất, ðTC sẵn sàng, thời gian
khởi ñộng
b. Phụ tải
Do xác xuất xảy ra sự cố phân bố ñều theo thời gian nên các tính toán so
sánh công suất cần ñược thực hiện với toàn bộ thời gian theo biểu ñồ phụ tải ngày
tự nhiên. Tuy nhiên, với mục ñích xác ñịnh khoảng thời gian tổng bị thiếu công
suất, có thể tính toán gần ñúng theo biểu ñồ thời gian kéo dài của biểu ñồ phụ tải
ngày. Hơn nữa, ñể quy ra chỉ tiêu ðTC năm, cũng có thể xây dựng biểu ñồ công
suất phụ tải năm tương ñương, bằng cách nhân thời gian với số ngày trong năm.
P(MW)
t
P
0
24h
T
P
max
min
max


Hình 2.3. ðồ thị phụ tải ngày theo thời gian
τ
α
tb
α

τ