Tính toán phân tích độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện và đánh giá hiệu quả của các thiết bị phân đoạn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP



PHẠM THỊ VƢƠNG





TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG
CUNG CẤP ĐIỆN VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA CÁC
THIẾT BỊ PHÂN ĐOẠN






Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số:60520202

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT










Thái Nguyên - 2014

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những vấn đề được trình bày trong bản luận văn này là
những nghiên cứu của riêng cá nhân tôi, có tham khảo một số tài liệu. Các số liệu và
kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng được công bố
trong bất kỳ một bản luận văn nào khác.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nếu có sử dụng lại kết quả của người khác.


Thái Nguyên, Ngày 20 tháng 05 năm 2014

Học viên

Phạm Thị Vƣơng






Luận văn thạc sĩ kỹ thuật i
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

MỤC LỤC

Trang
TRANG PHỤ BÌA……………………………………………………………
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC i
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU v
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ vii
MỞ ĐẦU 1
1.Mục đích nghiên cứu và lý do chọn đề tài 1
2. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi áp dụng 1
2.1. Đối 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 đề tài 2
3.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài 2
3.2. Tính thực tiễn của đề tài 2
4. Phương pháp nghiên cứu 2

5. Cấu trúc của luận văn 2
Chƣơng 1 .TỔNG QUAN CÁC CHỈ TIÊU TIN CẬY VÀ CÁC PHƢƠNG
PHÁP TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN NÓI CHUNG
VÀ ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN NÓI RIÊNG 4
1.1. Khái niệm chung về độ tin cậy của hệ thống điện 4
1.1.1. Hệ thống điện và các phần tử 4

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

1.1.2. Độ tin cậy của các phần tử hệ thống cung cấp điện 4
1.1.3. Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện 6
1.2. Các biện pháp nâng cao độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện 9
1.2.1. Đặc điểm của hệ thống điện về mặt độ tin cậy 9
1.2.2. Các biện pháp chung nâng cao độ tin cậy hệ thống điện 9
1.2.3. Các biện pháp thực hiện để nâng cao độ tin cậy hệ thống điện 9
1.2.4. Nghiên cứu biện pháp nâng cao ĐTC CCĐ trong phạm vi luận văn 11
1.3. Tổng quan về các phương pháp tính toán độ tin cậy cung cấp điện 11
1.3.1. Phương pháp không gian trạng thái 11
1.3.2. Phương pháp mô phỏng Monte - Carlo 11
1.3.3. Phương pháp đồ thị - giải tích 12
1.3.4. Phương pháp cây hỏng hóc. 12
Chƣơng 2. PHƢƠNG PHÁP ĐỒ THỊ - GIẢI TÍCH ĐỂ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN
CẬY CUNG CẤP ĐIỆN CỦA TỪNG NÚT PHỤ TẢI 14
2.1. Đặt vấn đề 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 15
2.2.3 Mô hình sơ đồ lưới điện theo ĐTC 17
2.2.4. Các ma trận cấu trúc 18
2.2.4.1. Ma trận liên hệ giữa các khu vực F (nxn) 18

2.2.4.2. Ma trận đường nối D(nxn) 18
2.2.4.3. Ma trận liên hệ giữa nguồn chính S với các khu vực khi có một khu vực bị sự
cố A
s
(nxn) 19
2.2.4.4. Ma trận ảnh hưởng thiết bị phân đoạn C(i, j) và R
pd
(i, j) 19

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

2.3. Tính toán độ tin cậy cung cấp điện 21
2.3.1. Lưới điện hình tia không có nguồn dự phòng 21
2.3.2. Lưới điện hình tia có nguồn dự phòng 22
2.4. Ví dụ ứng dụng tính toán độ tin cậy cung cấp điện 24
2.4.1. Sơ đồ và số liệu ban đầu 24
2.4.2. Tính toán độ tin cậy xét với các điều kiện khác nhau 27
2.4.2.1. Tính toán ĐTC không xét tới nguồn dự phòng 27
2.4.2.2. Tính toán ĐTC có xét tới các nguồn dự phòng 31
2.5. Kết luận chương 2 33
Chƣơng 3. TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY
CUNG CẤP ĐIỆN CHO CÁC PHỤ TẢI THUỘC LỘ 372 E6.8 THÁI
NGUYÊN 35
3.1. Đặc điểm tự nhiên, kinh tế xã hội 35
3.1.1. Đặc điểm tự nhiên: 35
3.1.2. Đặc điểm kinh tế xã hội 35
3.2. Đặc điểm lưới điện tỉnh Thái Nguyên 35
3.2.1. Đường dây 110kV: 35
3.2.2. Trạm 110kV 37
3.2.3. Lưới trung áp: 38

3.3. Giới thiệu một số chương trình tính toán chế độ xác lập 41
3.3.1. Phần mềm PSS/ADEPT. 41
3.3.2. Phần mềm PSS/E ( Power Sytem Simulato for Engineering) 41
3.3.3. Phần mềm CONUS: 42
3.3.4. Ứng dụng phần mềm CONUS tính toán chế độ xác lập lộ 372E6.8 43
3.3.4.1. Cơ sở tính toán 43

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

3.3.4.2. Các số liệu ban đầu (nhập vào chương trình CONUS) 43
3.3.4.3.Kết quả tính toán 51
3.4. Ứng dụng phương pháp đồ thị giải tích tính toán độ tin cậy cung cấp điện cho các
phụ tải thuộc xuất tuyến 372E6.8. 54
3.4.1. Cơ sở của phương pháp 54
3.4.2.Các số liệu tính toán khác 57
3.4.3. Tính toán độ tin cậy xét với các điều kiện khác nhau 57
3.5. Nghiên cứu ảnh hưởng lựa chọn vị trí đặt TBPĐ 70
3.5.1. Đặt vấn đề 70
3.5.2.Các số liệu tính toán 70
3.5.3. Tính toán độ tin cậy xét với các điều kiện khác nhau 73
3.6. Kết luận chương 3 85
KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

CCĐ
DCL
DCLTĐ
ĐDSCA
ĐTC
ĐTCCCĐ
HTĐ
HTCCĐ
LĐPP
MC
NMĐ
TBA
TBĐC
TBPĐ


: Cung cấp điện
: Dao cách ly
: Dao cách ly tự động

: Đường dây siêu cao áp
: Độ tin cậy
: Độ tin cậy cung cấp điện
: Hệ thống điện
: Hệ thống cung cấp điện
: Lưới điện phân phối
: Máy cắt
: Nhà máy điện
: Trạm biến áp
: Thiết bị đóng cắt
: Thiết bị phân đoạn












Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1. Các mức phụ tải, thời gian xuất hiện các mức phụ tải 27
Bảng 2.2. Tổng hợp kết quả tính toán ĐTC cho các khu vực và HTCCĐ 31
Bảng 2.3. Tổng hợp kết quả tính toán ĐTC cho các khu vực và HTCCĐ 33

Bảng 3.1: Số liệu nút phụ tải 43
Bảng 3.2: Số liệu nhánh 46
Bảng 3.3: Số liệu máy biến áp 49
Bảng 3.4. Điện áp các nút trên lưới 35 kV 51
Bảng 3.5. Điện áp các nút hạ áp 0,4 kV 52
Bảng 3.6.Thống kê dòng điện tính toán trên các nhánh 53
Bảng 3.7: Các mức phụ tải, thời gian xuất hiện các mức phụ tải 56
Bảng 3.8. Tổng hợp kết quả tính toán ĐTC 68
Bảng 3.9 : Các mức phụ tải, thời gian xuất hiện các mức phụ tải 72
Bảng 3.10. Tổng hợp kết quả tính toán ĐTC 84












Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 2.1.Nguồn dự phòng trong lưới điện phân phối 14
Hình 2.2. Sơ đồ HTCCĐ nghiên cứu 15
Hình 2.3. Đồ thị phụ tải ngày theo thời gian 16
Hình 2.4. Sơ đồ HTCCĐ với phân miền khu vực 17

Hình 2.5. Sơ đồ HTCCĐ hình tia 21
Hình 2.6. Lưới điện điều khiển tự động có nguồn dự phòng 23
Hình 2.7. Sơ đồ HTCCĐ với phân miền khu vực 25
Hình 2.8: Biểu đồ phụ tải các khu vực tính toán 26
Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý lộ 372E6.8 40
Hình 3.2. Nhập số liệu nút 45
Hình 3.3. Nhập số liệu nhánh 48
Hình 3.4. Nhập số liệu cho máy biến áp 50
Hình 3.5: Sơ đồ CCĐ với phân miền khu vực 55
Hình 3.6. Biểu đồ phụ tải các khu vực tính toán 55
Hình 3.7: Sơ đồ CCĐ với phân miền khu vực 70
Hình 3.8 .Biểu đồ phụ tải các khu vực tính toán 71

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

MỞ ĐẦU
1.Mục đích nghiên cứu và lý do chọn đề tài
Trong giai đoạn công nghiệp hóa và hiện đại hoá đất nước ta hiện nay, nhu cầu
điện năng trong tất cả các lĩnh vực công nghiệp, dịch vụ, sinh hoạt, nông
nghiệp luôn luôn không ngừng tăng lên và nó ngày càng đóng vai trò không thể
thiếu trong nên kinh tế quốc dân.
Nền kinh tế quốc dân ngày càng phát triển, tốc độ công nghiệp hóa tăng nhanh,
do đó ngày càng đòi hỏi nhiều năng lượng điện. Điều đó đặt ra cho hệ thống cung cấp
một nhiệm vụ khó khăn là vừa phải thỏa mãn lượng điện năng tiêu thụ, vừa phải đảm
bảo các tiêu chuẩn chất lượng điện năng pháp định và độ tin cậy hợp lý. Đó là một
nhiệm vụ hết sức khó khăn, trong đó việc nâng cao độ tin cậy ở lưới cung cấp điện có
ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng điện năng và chỉ tiêu kinh tế của toàn bộ hệ thống
cung cấp điện.
Độ tin cậy cung cấp điện (ĐTC CCĐ) là một trong những chỉ tiêu quan trọng để
đánh giá chất lượng điện năng. Nếu các chỉ tiêu về điện áp, tần số được đảm bảo

nhưng điện năng không được cung cấp liên tục thì không những không đưa lại hiệu
quả kinh tế mà còn gây thiệt hại, ảnh hướng lớn đến các hoạt động và an sinh xã hội.
Chính vì vậy ngành điện cần phải có phương pháp tính toán thích hợp để đánh giá độ
tin cậy cung cấp điện.
Với đề tài: “Tính toán phân tích độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện và
đánh giá hiệu quả của các thiết bị phân đoạn ” luận văn mong muốn đóng góp một
phần nhỏ những tìm tòi nghiên cứu của mình vào việc tính toán đánh giá độ tin cậy
cung cấp điện, nhằm đảm bảo yêu cầu sử dụng điện tin cậy cho từng hộ tiêu thụ điện.
2. Đối tƣợng nghiên cứu và phạm vi áp dụng
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu
Nghiên cứu lưới điện phân phối (LĐPP) có sơ đồ phức tạp (hình tia, lưới kín vận
hành hở), xét đến các nguồn dự phòng, các phương tiện đóng cắt tự động loại trừ
sự cố

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

2.2. Phạm vi áp dụng
Kết quả nghiên cứu nhằm áp dụng vào thực tế các LĐPP của Việt Nam.
2.3. Áp dụng cụ thể
Dự kiến áp dụng phương pháp nghiên cứu tính toán với lộ 372E6.8 thuộc sơ
đồ lưới điện của điện lực Thái nghuyên.
3. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài
3.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài
- Luận văn đi sâu nghiên cứu, phát triển phương pháp đồ thị giải tích tính ĐTC
CCĐ nhằm xét đến hiệu quả của các thiết bị đóng cắt tự động loại trừ nhanh sự cố,
nâng cao độ tin cậy cho hệ thống.
- Nghiên cứu, khai thác phần mềm CONUS để phân tích hiện trang LĐPP và
đánh giá độ tin cậy cung cấp điện cho một số sơ đồ thực tế.
3.2. Tính thực tiễn của đề tài
Các kết quả nghiên cứu trong đề tài có thể ứng dụng đối với việc đánh giá độ tin

cậy cung cấp điện cho từng hộ cụ thể của lưới điện phân phối Thành Phố Thái
Nguyên.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Kết hợp phương pháp nghiên cứu với tính toán kiểm tra cụ thể cho lưới điện thực
tế.
- Phương pháp giải tích kết hợp với phương pháp phân chia sơ đồ khu vực để tính
toán.
- So sánh định lượng hiệu quả nâng cao ĐTC CCĐ khi nâng cấp các dao cách li
(DCL) thành DCL tự động hoặc máy cắt (MC), lưới có và không có nguồn dự phòng,
từ đó đưa ra kết luận về hiệu quả các giải pháp nâng cao ĐTC cung cấp điện.
5. Cấu trúc của luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, luận văn gồm 3 chương:
Chƣơng 1: Tổng quan các chỉ tiêu tin cậy và các phương pháp tính toán độ tin cậy
của hệ thống điện nói chung và độ tin cậy cung cấp điện nói riêng.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Chƣơng 2: Phương pháp đồ thị - giải tích để đánh giá độ tin cậy cung cấp điện của
từng nút phụ tải.
Chƣơng 3: Tính toán chế độ xác lập và đánh giá độ tin cậy cung cấp điện cho các
phụ tải thuộc lộ 372E6.8 Thái Nguyên.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Chƣơng 1
TỔNG QUAN CÁC CHỈ TIÊU TIN CẬY VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP
TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN NÓI CHUNG VÀ
ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN NÓI RIÊNG
1.1. Khái niệm chung về độ tin cậy của hệ thống điện
1.1.1. Hệ thống điện và các phần tử
+ Hệ thống nói chung: là tập hợp các phần tử tương tác trong một cấu trúc
nhất định nhằm thực hiện một nhiệm vụ xác định, có sự điều khiển thống nhất trong
hoạt động. Bản thân các phần tử có thể có cấu trúc phức tạp, nếu xét riêng nó là một
hệ thống.

+ Hệ thống điện: là hệ thống trong đó các phần tử là đường dây tải điện, máy
phát điện, máy biến áp, thiết bị đóng cắt…Nhiệm vụ của hệ thống điện là sản xuất,
truyền tải và phân phối điện năng đến các hộ tiêu thụ ( khách hàng ). Điện năng phải
đảm bảo các tiêu chuẩn chất lượng điện năng pháp định và độ tin cậy hợp lý.
+Phần tử: là các bộ phận tạo thành hệ thống mà trong một quá trình nhất định,
được xem là một thực thể duy nhất không thể chia cắt được, đặc trưng bởi các thông
số độ tin cậy chung, chỉ phụ thuộc các yếu tố bên ngoài chứ không phụ thuộc vào cấu
trúc bên trong của phần tử. Vì bản thân phần tử cũng có thể có cấu trúc phức tạp, nếu
xét riêng nó là một hệ thống. Ví dụ, máy phát là một hệ thống phức tạp nếu xét riêng,
nhưng trong bài toán về độ tin cậy của hệ thống điện nó chỉ là một phần tử với các
thông số như cường độ hỏng hóc, thời gian phục hồi không đổi…
Ngoài ra người ta còn sử dụng khái niệm hệ thống cung cấp điện (HTCCĐ) để
chỉ tập hợp các phần tử nằm trong sơ đồ phần lưới điện cung cấp cho phụ tải một khu
vực. Khi đó lưới điện phân phối có thể hiểu là HTCCĐ địa phương.
1.1.2. Độ tin cậy của các phần tử hệ thống cung cấp điện
Độ tin cậy là xác suất làm việc tốt của một thiết bị trong một chu kỳ dưới các
điều kiện vận hành đã được thử nghiệm.
Độ tin cậy cung cấp điện là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất
lượng điện năng. Một HTCCĐ, mặc dù có các chỉ tiêu về tần số , điện áp…được đảm
bảo, nhưng điện năng không được cung cấp liên tục thì xẽ gây ra những thiệt hại to

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

hlv
lv
TT
T
B
lớn về kinh tế - xã hội. Chính vì vậy vấn đề độ tin cậy cung cấp điện cần phải được
quan tâm đúng mức trong thiết kế cũng như vận hành và cần phải tìm được cách để

nâng cao độ tin cậy cung cấp điện ngày càng tốt hơn.
Mặt khác độ tin cậy là chỉ tiêu then chốt trong sự phát triển kỹ thuật, đặc biệt là
khi xuất hiện hệ thống phức tạp nhằm hoàn thành những chức năng quan trọng trong
các lĩnh vực công nghiệp khác nhau.
Các phần tử của lưới điện như là: đường dây, máy biến áp, thiết bị đóng cắt mà
độ tin cậy của chúng cùng cách thức ghép nối chúng trong sơ đồ quyết định độ tin cậy
của lưới điện.
Các phần tử của HTCCĐ trong vận hành đều có thể bị hỏng bất ngờ. Khả năng
này được đặc trưng bởi cường độ hỏng hóc λ(t). Trong nghiên cứu ĐTC lưới điện,
thay cho giá trị thực phụ thuộc thời gian, người ta thường dùng giá trị trung bình của
λ và gọi là cường độ hỏng hóc trung bình của phần tử trong năm.
Ta có: λ = 1 / T
lv
(lần/năm),
Trong đó, T
lv
là thời gian trung bình của trạng thái làm việc tốt.
Các phần tử hỏng hóc có thể được sửa chữa, phục hồi lại sự làm việc bình
thường với hệ thống sau một thời gian. Khi đó phần tử được gọi là phần tử có phục
hồi.
Các phần tử của hệ thống điện là các phần tử có phục hồi. Khi bị hỏng, nó
được sửa chữa sau đó lại tiếp tục vận hành. Gọi thời gian sửa chữa sự cố là T
h
, ta có
cường độ phục hồi A như sau:

h
T
A
1

Như vậy phần tử có phục hồi chỉ ngừng làm việc trong thời gian sửa chữa. Để
thể hiện đặc tính này cần sử dụng một đại lượng mới và được gọi là độ sẵn sàng B.
Ta có:



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Độ sẵn sàng cũng chính là xác suất để phần tử ở trạng thái tốt, sẵn sàng phục vụ
trong thời điểm bất kỳ t.
Ngoài số lần ngừng làm việc do hỏng hóc, các phần tử lưới điện, trong năm còn
phải cắt điện một số lần để làm công tác bảo quản, sửa chữa hoặc xây dựng ( cắt theo
lịch ) và được đặc trưng bởi số lần ngừng điện trung bình năm λ
CT
và thời gian trung
bình 1 lần ngừng điện công tác T
CT
.
1.1.3. Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện
Đối với HTĐ nói chung và HTCCĐ nói riêng, độ tin cậy được xác định bởi số
lượng và thời gian xảy ra sự cố trong hệ thống.
Các chỉ tiêu độ tin cậy lưới điện phân phối được đánh giá khi dùng 3 khái
niệm cơ bản, đó là cường độ mất điện trung bình (do sự cố hoặc theo kế hoạch),
thời gian mất điện (sửa chữa) trung bình t, thời gian mất điện hàng năm trung bình
T
mđ
của phụ tải.
Tuy nhiên, những giá trị này không phải là giá trị quyết định mà là giá trị trung
bình của phân phối xác suất, vì vậy chúng chỉ là những giá trị trung bình dài hạn.

Mặc dù 3 chỉ tiêu trên là quan trọng, nhưng chúng không đại diện một cách toàn diện
để thể hiện độ tin cậy của hệ thống. Do đó người ta đưa ra hàng loạt các chỉ tiêu khác
nhau, liên quan đến các đại lượng cần quan tâm.
- Tần suất ngừng cung cấp điện trung bình của hệ thống ( System average
interruption frequency index - SAIFI)
Chỉ số SAIFI cho biết thông tin về tần suất trung bình các lần mất điện duy trì
trên mỗi khách hàng (KH) của một vùng cho trước, liên quan đến số lần mất điện của
một khách hàng dùng điện trong một năm.
SAIFI =
Tổng số khách hàng bị mất điện
=
i
ii
N
N.

Tổng số khách hàng
SAIFI (Số lần/phụ tải.năm)
Trong đó:
i
là cường độ mất điện
N
i
là số khách hàng ở nút phụ tải thứ i

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

- Thời gian mất điện trung bình của hệ thống ( System average interruption
duration index – SAIDI). Chỉ tiêu này xác định thời gian mất điện trung bình của
hệ thống trong một năm.

SAIDI =
Tổng thời gian mất điện của khách hàng
=
i
imdi
N
NT .

Tổng số khách hàng
SAIDI (giờ/phụ tải.năm)
Trong đó: T
mdi
là thời gian mất điện trung bình hàng năm.
N
i
là số khách hàng ở nút phụ tải thứ i.
- Thời gian mất điện trung bình của khách hàng
(Customer interruption duration index - CAIDI)
CAIDI =
Tổng thời gian mất điện của KH
=
ii
imdi
N
NT .

Tổng số khách hàng bị mất điện
Trong đó: T
mdi

là thời gian mất điện trung bình hàng năm.
N
i
là số khách hàng ở nút phụ tải thứ i.

i
là cường độ mất điện
Chỉ tiêu CAIDI cho biết thời gian mất điện trung bình trong một năm cho một
khách hàng dùng điện.

- Độ sẵn sàng cung cấp điện trung bình của hệ thống
( Average service availability index- ASAI )
ASAI =
Tổng thời gian KH được cấp điện
=
8760
8760
i
imdii
N
NTN

Tổng thời gian KH có nhu cầu
+ Độ không sẵn sàng cung cấp điện trung bình
(Average service unavailability index- ASUI)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


8760*

ASAI1ASUI
i
ii
N
NT

Chỉ tiêu này xác định mức độ sẵn sàng hay độ tin cậy (không sẵn sàng) của hệ
thống.
Tùy theo mục đích của bài toán, có thể lựa chọn các chỉ tiêu để đánh giá
ĐTCCCĐ cho phù hợp.
Để đánh giá độ tin cậy của HTCCĐ trong quản lí vận hành cần quan tâm tới
những chỉ tiêu chung, đặc trưng, thuận tiện áp dụng. Trong luận văn, lựa chọn các chỉ
tiêu để đánh giá ĐTC lưới điện phân phối như sau:
- Thời gian ngừng CCĐ cho các khách hàng trong năm (T
mđ
)
Ý nghĩa: là chỉ tiêu hướng tới phụ tải, chỉ thời gian mất điện trung bình của
khách hàng trong năm, đơn vị tính h/năm (tương tự như CAIDI).
+ Thời gian mất điện trung bình hệ thống (SAIDI).
+ Độ sẵn sàng cung cấp điện trung bình hệ thống (ASAI)
Các chỉ tiêu này giúp người lập quy hoạch, quản lí có thể đánh giá được độ tin
cậy CCĐ cho các khách hàng và so sánh với yêu cầu.
- Điện năng ngừng CCĐ ( E
mđ
)
Điện năng ngừng CCĐ được xem xét cho khách hàng và của toàn HTCCĐ.
+ Điện năng ngừng CCĐ cho các khách hàng:
Ý nghĩa: là chỉ số hướng tới phụ tải, chỉ điện năng bị mất do ngừng CCĐ đối với
khách hàng, đơn vị tính kWh/năm. Chỉ tiêu này giúp người lập quy hoạch, quản lí có
thể đánh giá được mức độ thiệt hại của các khách hàng do CCĐ kém tin cậy gây ra.

+ Điện năng ngừng CCĐ cho HTCCĐ:
Ý nghĩa: là chỉ số hướng tới HTCCĐ, chỉ điện năng ngừng CCĐ của HTCCĐ trong
năm, đơn vị tính kWh/năm. Chỉ tiêu này giúp người lập quy hoạch, quản lí có thể
đánh giá chung được ĐTC của toàn HTCCĐ về phương diện thỏa mãn nhu cầu điện
năng.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

1.2. Các biện pháp nâng cao độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện
1.2.1. Đặc điểm của hệ thống điện về mặt độ tin cậy
- HTĐ có nhiều phần tử, các phần tử rất đa dạng, có nhiều trạng thái làm việc
và có thể phục hồi được.
- Mối liên hệ giữa các phần tử trong HTĐ là phức tạp.
- Hệ thống điện có nhiều trạng thái làm việc, mỗi trạng thái tương ứng với mức
độ hoàn thành công việc khác nhau.
- Hệ thống điện là hệ thống có dự phòng về: công suất, năng lượng sơ cấp, số
phần tử và khả năng tải của chúng, sơ đồ nối dây.
1.2.2. Các biện pháp chung nâng cao độ tin cậy hệ thống điện
- Sử dụng hợp lý các loại dự trữ: công suất máy biến áp, khả năng tải của lưới
điện về phát nóng, dự trữ năng lượng sơ cấp, dự trữ công suất nguồn, về tổn thất điện
áp, về ổn định tĩnh và ổn định động, dự trữ thiết bị thay thế.
- Sử dụng các thiết bị bảo vệ, thiết bị điều khiển tự động và điều chỉnh chế độ
ngày càng hoàn thiện.
- Sử dụng các thiết bị điện có chất lượng cao, các thiết bị hiện đại, không phải
bảo quản định kỳ, có khả năng điều khiển từ xa.
- Tổ chức tốt hệ thống quản lý và vận hành.
- Không ngừng nâng cao khả năng vận hành của các cán bộ, kỹ sư, công nhân
vận hành.
1.2.3. Các biện pháp thực hiện để nâng cao độ tin cậy hệ thống điện
a. Nâng cao năng lực thông qua một số phần tử yếu

- Mỗi phần tử trong hệ thống điện đều có một khả năng truyền tải công suất
nhất định, để nâng cao năng lực của hệ thống điện thì ta cần phải nâng cao năng lực
phần tử yếu.
- Nếu phần tử “yếu” ở trong hệ thống điện là máy biến áp chẳng hạn, ta có thể
tăng khả năng truyền tải bằng cách nâng công suất của máy biến áp. Nếu đó là đường
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 điện là dao cách ly, aptomat hay
máy cắt thì biện pháp nâng cao năng lực của các phần tử này là chọn các thiết bị có

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

dòng cho phép cao hơn…
b. Hoàn thiện hệ thống quản lý
Trình độ và kinh nghiệm của nhân viên vận hành rất ảnh hưởng đến độ tin cậy
của hệ thống cung cấp điện. Nếu trình độ tốt và có kinh nghiệm họ có thể sử lý sự cố
rất nhanh.
c. Tăng mức độ dự phòng về cấu trúc
Để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, chẳng hạn theo chỉ tiêu giảm xác suất
hỏng hóc của hệ thống để tạo ra độ dôi dư về cấu trúc. Hệ thống điện có thêm những
phần tử gọi là hệ thống có dự phòng.
d. Sử dụng các thiết bị tự động trong lưới điện
Để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, đảm bảo cung cấp điện liên tục và an
toàn người ta sử dụng một số các thiết bị tự động như: tự động điều chỉnh điện áp ,tự
động đóng lại, tự động giảm tải sự cố theo tần số, tự động đóng dự trữ …
Như vậy việc quyết định sử dụng các thiết bị tự động cần phải xem xét mọi
khía cạnh của hệ thống điện và phải phối hợp với nhiều mặt như chọn sơ đồ nối
dây, chọn thiết bị, hình thức bảo vệ, trình độ vận hành và khai thác các thiết bị tự
động…
+ Sử dụng các thiết bị phân đoạn cách ly sự cố: Khi một phần tử bị sự cố, các
thiết bị đóng cắt gần nhất sẽ tác động, cách ly phần tử bị sự cố, thực hiện các thao tác

đổi nối và các phần tử còn lại không bị hỏng hóc có thể tiếp tục làm việc.
+ Tự động đóng dự phòng: Một trong những biện pháp để nâng cao độ tin cậy
cung cấp điện là đặt các phần tử dự phòng trong hệ thống điện. Để đưa phần tử dự
phòng vào làm việc nhanh chóng và an toàn thường đặt các thiết bị tự động đóng dự
phòng. Trong trường hợp này khi nguồn làm việc bị cắt ra thì thiết bị tự động đóng
dự phòng sẽ đóng nguồn cung cấp dự phòng.
+ Tự động điều chỉnh điện áp: Điện áp là một trong hai chỉ tiêu cơ bản của chất
lượng điện năng. Nếu đặt điện áp vào phụ tải không hoàn toàn đúng với điện áp định
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 động điều chỉnh
điện áp là một biện pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

+ Tự động đóng trở lại:Thực chất của tự đóng lại là khi một phần tử của hệ
thống cung cấp điện bị tự động ngắt ra, sau một thời gian xác định nào đó được
đóng trở lại vào điện áp (nếu như không bị cấm đóng 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 trở
lại.
1.2.4. Nghiên cứu biện pháp nâng cao ĐTC CCĐ trong phạm vi luận văn
Trong phạm vi luận văn, tác giả dùng biện pháp sử dụng thiết bị phân đoạn như
dao cách ly hoặc máy cắt được xem xét nghiên cứu để nâng cao độ tin cậy của hệ
thống cung cấp điện. Đối với lưới điện phân phối hiện tại, các thiết bị đóng cắt được
sử dụng phổ biến với mục đích cách ly sự cố, đảm bảo an toàn trong công tác vận
hành, bảo dưỡng thay thế thiết bị, do đó việc bố trí thiết bị đóng cắt nhằm mục đích
nâng cao độ tin cậy, giảm tổn thất điện năng do ngừng cung cấp điện sự cố hoặc
ngừng điện công tác chưa được chú ý xem xét.
1.3. Tổng quan về các phƣơng pháp tính toán độ tin cậy cung cấp điện
Tùy theo mục đích và phạm vi nghiên cứu, để tính toán ĐTC của HTĐ nói
chung và độ tin cậy cung cấp điện nói riêng mà người ta đã đưa ra các phương pháp

khác nhau. Có thể phân loại các phương pháp tính toán ĐTCCCĐ đó như sau:
1.3.1. Phƣơng pháp không gian trạng thái
Với phương pháp này, hệ thống được diễn tả bởi các trạng thái hoạt động và khả
năng chuyển giữa các trạng thái đó.Trạng thái hệ thống được xác định 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 định có thể áp dụng phương pháp quá trình
Markov một cách hiệu quả để tính xác suất trạng thái và tần suất trạng thái, từ đó tính
được các chỉ tiêu ĐTC của HTCCĐ.
Như vậy phương pháp không gian trạng thái chủ yếu được sử dụng trong bài
toán đánh giá độ tin cậy lưới điện truyền tải.
1.3.2. Phƣơng pháp mô phỏng Monte - Carlo
Phương pháp Monte Carlo mô phỏng hoạt động của các phần tử trong hệ thống
điện như một quá trình ngẫu nhiên. Nó tạo ra lịch sử hoạt động của phần tử và hệ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

thống một cách nhân tạo trên máy tính điện tử, sau đó sử dụng các phương pháp đánh
giá thống kê để phân tích, đánh giá và rút ra các kết luận ĐTC của các phần tử và hệ
thống điện.
Phương pháp này cho phép xét đến tác động vận hành tới các chỉ tiêu ĐTC, tuy
nhiên nhược điểm của phương pháp là cần nhiều thời gian, khối lượng tính toán lớn.
Trong ([9], [11]), [12] ) đã sử dụng phương pháp này để tính toán ĐTC.
Phương pháp Monte Carlo chủ yếu dùng để đánh giá độ tin cậy nguồn điện xét
đến đặc trưng xác suất dòng chảy ở các nhà máy thủy điện.
1.3.3. Phƣơng pháp đồ thị - giải tích
Phương pháp này bao gồm việc lập sơ đồ ĐTC và áp dụng phương pháp giải
tích bằng đại số Boole và lý thuyết xác suất các tập hợp để tính toán ĐTC.
Trong sơ đồ ĐTC bao gồm:
+ Các nút trong đó có nút nguồn, nút tải, nút trung gian;

+ Nhánh được thể hiện bằng các khối mô tả trạng thái tốt của các phần tử của
HTĐ.
Phương pháp đồ thị-giải tích áp dụng rất hiệu quả cho các bài toán độ tin cậy
lưới điện. Trong ([8], [10]) đã áp dụng khá hiệu quả phương pháp đồ thị - giải tích để
đánh giá ĐTC cho HTCCĐ có cấu trúc phức tạp.
1.3.4. Phƣơng pháp cây hỏng hóc.
Phương pháp cây hỏng hóc mô tả bằng đồ 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 đại số Boole. Cơ sở cuối cùng để tính toán là các hỏng hóc cơ bản của các
phần tử.
Phương pháp cây hỏng hóc cũng 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 đỉnh mà ta đang khảo sát.
Phương pháp cây hỏng hóc thích hợp với bài toán độ tin cậy của nhà máy
điện, sơ đồ bảo vệ, điều khiển
Qua đây ta thấy nhìn chung các phương pháp tính toán ĐTC của HTĐ phức tạp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

đều có những ưu, nhược điểm riêng của nó, do đó việc lựa chọn phương pháp tính
toán phụ thuộc vào nhiệm vụ và yêu cầu do bài toán đặt ra. Hơn nữa, trong những
điều kiện cụ thể người nghiên cứu luôn luôn phải vận dụng và phát triển phương pháp
ở mức độ nhất định trước khi áp dụng tính toán cho sơ đồ thực tế.
Trong luận văn này tác giả sẽ đi sâu tìm hiểu và áp dụng phương pháp đồ thị -
giải tích nhằm tính toán ĐTC của HTCCĐ. Đặc điểm của lưới điện này là có sơ đồ
hình tia và có thiết bị phân đoạn.
Các nội dung của phương pháp này được trình bầy riêng ở chương 2.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Chƣơng 2
PHƢƠNG PHÁP ĐỒ THỊ - GIẢI TÍCH ĐỂ ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY
CUNG CẤP ĐIỆN CỦA TỪNG NÚT PHỤ TẢI

2.1. Đặt vấn đề
Lĩnh vực nghiên cứu tính toán ĐTC đối với HTĐ bao hàm những nội dung rất
đa dạng, với những mục tiêu (bài toán) khác nhau: ĐTC nguồn điện, ĐTC lưới truyền
tải, ĐTC LĐPP, ĐTC hệ thống bảo vệ và điều khiển, ĐTC đảm bảo cung cấp điện
cho khách hàng
Thời gian gần đây ĐTC CCĐ ngày càng được quan tâm từ phía khách hàng.
Những khách hàng đặc biệt, có yêu cầu cao về chất lượng điện năng và ĐTC CCĐ
thường được cung cấp từ ít nhất hai nguồn theo sơ đồ lưới kín vận hành hở. Cũng có

thể sử dụng thêm nguồn dự phòng ,như hình 2.1.








Hình 2.1.Nguồn dự phòng trong lƣới điện phân phối
Tuy nhiên ĐTC CCĐ thực tế nhận được cho mỗi khách hàng không giống
nhau, phụ thuộc hàng loạt yếu tố như:
- Vị trí phụ tải (khách hàng) trên sơ đồ;
- Cấu trúc LĐPP, trong đó có các thiết bị phân đoạn;
- Giới hạn công suất hỗ trợ từ nguồn dự phòng là lưới điện lân cận và vị trí kết
nối của nguồn này sang lưới đang xét, ĐTC CCĐ của chính nguồn này tính đến điểm
kết nối.
- Thời điểm xảy ra sự cố (tương ứng với tổng phụ tải tiêu thụ lớn hay bé).
TC hạ áp
trạm 110 kV
1
2

3
4
5
9
10
11
16

12
23
20
S
1

6
7
8
13
14
15
17
18
19
21
22
24
25
26
27
28

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Như vậy, để đảm bảo ĐTC CCĐ cho mỗi khách hàng không thể không áp dụng một
giải pháp chung mà cần tính toán đánh giá định lượng hiệu quả của từng biện pháp và
lựa chọn thích hợp cho mỗi khách hàng. Nghiên cứu các phương pháp tính toán thích
hợp, cho phép xét đến hiệu quả của các giải pháp khác nhau đến ĐTC CCĐ là nội
dung vẫn đang được quan tâm nghiên cứu.

Luận văn tập trung nghiên cứu các vấn đề liên quan đến ĐTC CCĐ cho các hộ
phụ tải trong hệ thống cung cấp điện khu vực (thuộc LĐPP), do đó các nội dung tính
toán ĐTC cũng tập trung chủ yếu vào sơ đồ hình tia với cấu trúc kín vận hành hở.
2.2. Mô hình bài toán và cơ sở phƣơng pháp tính
2.2.1. Mô tả bài toán
Lưới điện được đưa vào xem xét, tính toán ĐTC CCĐ bao gồm: các khách hàng
(phụ tải), thanh cái cung cấp công suất vô cùng lớn, các nguồn điện dự phòng, các
thiết bị phân đoạn (TBPĐ) đặt tại một số vị trí trên các mạch đường dây (hình 2.2).









Hình 2.2. Sơ đồ HTCCĐ nghiên cứu
Bài toán đặt ra là: cho trước cấu trúc HTCCĐ, biểu đồ phụ tải, cường độ hỏng
hóc/phục hồi của các phần tử, thời gian thao tác của các TBPĐ , cần tính các chỉ
tiêu ĐTC cung cấp điện cho các phụ tải và các chỉ tiêu chung cho HTCCĐ.
2.2.2. Mô hình nguồn và phụ tải
a. Nguồn điện:
Các khách hàng có thể được cung cấp từ các NMĐ, trạm biến áp trung gian
110kV/22(35)kV, nguồn điện phân tán ( thủy điện nhỏ, diesel…). Nguồn điện được
25
26
27
28
TC hạ áp

trạm 110 kV
1
2

3
4
5
9
10
11
16
12
23
20
S
1

6
7
8
13
14
15
17
18
19
21
22
24

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

phân thành hai loại
- Nguồn chính, có công suất cung cấp không giới hạn (đủ cho nhu cầu phụ tải)
như NMĐ, trạm BA trung gian 110/22(35)kV, ký hiệu là S.
- Nguồn dự phòng có công suất hữu hạn hoặc không giới hạn, được ký hiệu là
S
k
(k- số hiệu nguồn). Các nguồn dự phòng cần được cho trị số giới hạn công suất,
ĐTC sẵn sàng làm việc, thời gian khởi động
b. Phụ tải
Xác xuất xảy ra sự cố phân bố đều theo thời gian nên về nguyên tắc, các tính toán
thiếu hụt công suất cần được thực hiện với toàn bộ thời gian theo biểu đồ phụ tải ngày tự
nhiên. Tuy nhiên, với mục đích xác định khoảng thời gian tổng bị thiếu công suất, có thể
tính toán gần đúng theo biểu đồ thời gian kéo dài. Hơn nữa, để thuận lợi quy ra chỉ tiêu
ĐTC năm, có thể xây dựng và tính toán trực tiếp theo biểu đồ phụ tải năm kéo dài, bằng
cách nhân thời gian (theo biểu đồ ngày) với số ngày trong năm.









Hình 2.3. Đồ thị phụ tải ngày theo thời gian
Từ biểu đồ phụ tải ngày kéo dài có thể xác định thêm một số thông số sau:
- Hệ số phụ tải trung bình:
24

)t(P
24
dt)t(P
24
1i
i
24
0
tb
;
- Hệ số phụ tải đỉnh với thời gian kéo dài τ:
mức 1
mức 2
mức 3
mức 4
mức 5
Đồ thị thời gian tự nhiên
Đồ thị thời gian kéo dài
P MW
P MW
t
24 h
24 h
τ
t