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

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
,

LÊ NGUYỄN QUỐC HUY

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG
CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY HỆ
THỐNG ĐIỆN PHÂN PHỐI CÓ XÉT ĐẾN BẢO
QUẢN ĐỊNH KỲ

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 60 52 02 02

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2017


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS. TRẦN TẤN VINH

Phản biện 1: TS. TRẦN VINH TỊNH

Phản biện 2: TS. LÊ CAO QUYỀN

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc
sĩ kỹ thuật, chuyên ngành kỹ thuật điện họp tại Trường Đại học Bách
khoa Đà Nẵng vào ngày 07 tháng 10 năm 2017

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học
Bách khoa
- Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Hệ thống điện phân phối là khâu cuối cùng của hệ thống điện
(HTĐ), đưa điện năng trực tiếp đến khách hàng sử dụng điện. Vì vậy
tính liên tục cung cấp điện cho phụ tải có mối quan hệ mật thiết và
phụ thuộc trực tiếp vào độ tin cậy của lưới điện phân phối (LPP).
Nâng cao độ tin cậy (ĐTC) cung cấp điện trên lưới điện được hiểu là
giảm số lần mất điện và thời gian mất điện cho khách hàng trong bất
kỳ trường hợp nào như do sự cố (lý do khách quan) hoặc do công tác
bảo quản định kỳ (lý do chủ quan).
Nhằm nâng cao chất lượng phục vụ khách hàng của ngành điện,
đồng thời nâng cao công tác quản lý vận hành và kinh doanh của đơn
vị phân phối điện, Tập đoàn Điện lực Việt Nam luôn giám sát sát sao
các chỉ số độ tin cậy cung cấp điện, đã giao cho Tổng công ty Điện lực
miền Trung (EVNCPC) hoàn thành mục tiêu ngắn hạn trong năm
2017 cụ thể: MAIFI 3,5 lần/năm, SAIDI 1.283 phút/kh.năm, SAIFI
11,98 lần/năm và lộ trình nâng cao ĐTC đến cuối năm 2020 phải hoàn
thành mục tiêu: MAIFI 2,15 lần/năm, SAIDI 402 phút/kh.năm, SAIFI
8,73 lần/năm.
Đứng trước những yêu cầu bức thiết trên, việc tính toán chính
xác các chỉ tiêu ĐTC hệ thống điện để các bộ phận tham mưu phân

tích, đánh giá nguyên nhân và đưa ra các giải pháp khắc phục là hết
sức cần thiết.
Hiện tại, phần mềm chuyên dùng PSS/ADEPT được EVNCPC
trang bị cho các Công ty Điện lực trực thuộc sử dụng để tính toán các
chế độ vận hành, tính toán tổn thất cũng như độ tin cậy của LPP. Tuy
nhiên, trong phân tích tính toán độ tin cậy Module DRA PSS/ADEPT
chỉ tính được độ tin cậy lưới điện phân phối hình tia mà không phân
tích được đầy đủ các trạng thái đổi nối trong sơ đồ lưới điện phân phối
khi có mạch vòng kín, không tính được đến tính an toàn của các thiết
bị trên đường dây và chỉ tính được một số chỉ tiêu theo tiêu chuẩn


2

IEEE-1366. Vấn đề đặc biệt lưu tâm là trong thực tế vận hành cho
thấy mất điện phụ tải do cắt điện để công tác bảo quản định kỳ
(BQĐK) các đường dây, thiết bị chiếm khoảng 80% tổng thời gian
mất điện của LPP. Nhưng phiên bản PSS/ADEPT đang được Công ty
cổ phần Điện lực Khánh Hòa sử dụng chưa thể tính được các tình
trạng mất điện này.
Xuất phát từ những lý do trên, việc Nghiên cứu xây dựng
chương trình tính toán độ tin cậy hệ thống điện phân phối có xét đến
bảo quản định kỳ là rất cần thiết.
Luận văn ứng dụng phần mềm Matlab để xây dựng chương
trình tính toán độ tin cậy lưới điện phân phối đối với cấu trúc lưới
hình tia hay mạch vòng kín – vận hành hở, có xét đến các thao tác đổi
nối của các thiết bị phân đoạn khi sự cố các phần tử và BQĐK các
đường dây, thiết bị trên LPP. Các chỉ tiêu độ tin cậy của các xuất
tuyến, hệ thống điện phân phối được tính theo tiêu chuẩn IEEE-1366,
của các nút phụ tải là xác suất, tần suất, thời gian mất điện và điện

năng ngừng cung cấp hằng năm. Chương trình tính toán có kết hợp
với phần mềm PSS/ADEPT để truy xuất các dữ liệu liên quan đến sơ
đồ lưới điện phân phối, nhằm tận dụng dữ liệu sẵn có của các Công ty
điện lực đã xây dựng và đang quản lý.
Kết quả tính toán là cơ sở để đánh giá, phân tích khả năng tin cậy
cung cấp điện, nhằm đưa ra giải pháp tối ưu để nâng cao ĐTC, đặc biệt
chú trọng đến giảm thời gian mất điện trong công tác BQĐK, ứng dụng
tại LPP thành phố Nha Trang và mở rộng cho các khu vực khác.
2. Mục đích và mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Mục đích nghiên cứu
Luận văn xây dựng công cụ để tính toán độ tin cậy của lưới điện
phân phối, góp phần nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện và nâng
cao chất lượng phục vụ, giảm thiểu cường độ và thời gian mất điện
cho các khách hàng sử dụng điện.
Mục tiêu nghiên cứu


3

Nghiên cứu các phương pháp để lựa chọn phương pháp hợp lý
tính toán các chỉ tiêu độ tin cậy hệ thống điện phân phối, có xét đến
công tác BQĐK các phần tử, từ đó xây dựng thuật toán làm cơ sở cho
việc lập trình.
Nghiên cứu xây dựng chương trình tính toán ĐTC của hệ thống
điện phân phối hình tia và mạch vòng, có giao diện dễ sử dụng và cho
phép lưu trữ các dữ liệu, kết quả tính toán để người sử dụng dễ dàng
phân tích đánh giá.
Áp dụng để tính toán và đánh giá độ tin cậy LPP thành phố Nha
Trang trên cơ sở các số liệu thống kê từ thực tế vận hành đã xây dựng
trong phần mềm PSS/ADEPT.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu
Lưới điện phân phối. Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy hệ thống
điện phân phối. Các phương pháp tính toán và đánh giá độ tin cậy.
Thuật toán tối ưu của phần mềm ứng dụng Matlab dựa trên cơ sở dữ
liệu thực tế vận hành.
Phạm vi nghiên cứu:
Lưới điện phân phối. Phần mềm ứng dụng Matlab trên cơ sở
một thuật toán tối ưu được chọn để tiến hành phân tích, tính toán và
đưa ra các giải pháp nâng cao các chỉ tiêu độ tin cậy.
4. Phương pháp nghiên cứu
5. Tên đề tài
“Nghiên cứu xây dựng chương trình tính toán độ tin cậy hệ
thống điện phân phối có xét đến bảo quản định kỳ”.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
7. Cấu trúc của luận văn
Mở đầu.
Chương 1: Tổng quan về độ tin cậy hệ thống điện phân phối.
Chương 2: Tính toán độ tin cậy hệ thống điện phân phối có xét
đến bảo quản định kỳ bằng phương pháp trạng thái.


4

Chương 3: Xây dựng thuật toán và chương trình tính toán độ
tin cậy hệ thống điện phân phối.
Chương 4: Áp dụng tính toán cho lưới điện phân phối Thành
phố Nha Trang.
Kết luận và kiến nghị.
CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY HỆ THỐNG ĐIỆN PHÂN PHỐI
1.1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN PHÂN PHỐI
1.1.1. Giới thiệu chung về hệ thống điện phân phối
Hệ thống điện phân phối là HTĐ bao gồm lưới điện phân phối
và các nhà máy điện đấu nối vào LPP, có nhiệm vụ phân phối điện
năng từ các trạm biến áp trung gian đến các khách hàng trực tiếp sử
dụng điện.
1.1.2. Vận hành hệ thống điện phân phối
Cấp Điều độ phân phối có trách nhiệm chỉ huy điều khiển hệ
thống điện phân phối thuộc quyền điều khiển nhằm đảm bảo hệ thống
điện vận hành an toàn, tin cậy, ổn định, chất lượng và kinh tế. Không
vận hành kết lưới ở chế độ mạch vòng trên LPP, trừ các trường hợp
phải khép vòng để chuyển tải hoặc đổi nguồn cấp nhằm nâng cao độ
tin cậy cung cấp điện nhưng phải đảm bảo không gây mở rộng sự cố.
1.2. TỔNG QUAN VỀ ĐTC CỦA HTĐ PHÂN PHỐI
1.2.1. Hệ thống điện và các phần tử
1.2.2. Độ tin cậy
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.
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.
1.3. CÁC CHỈ TIÊU ĐTC CỦA HTĐ PHÂN PHỐI
Để đánh giá được một cách toàn diện về sự mất điện của hệ


5

thống, hiện nay nhiều nước trên thế giới đánh giá độ tin cậy lưới điện
phân phối qua các chỉ tiêu được quy định bởi tiêu chuẩn IEEE 1366,

một số chỉ tiêu tính toán như sau:
Chỉ số tần suất mất điện trung bình của hệ thống SAIFI:

SAIFI

Ni
NT

CI
NT

(1/năm)

(1.1)

Chỉ số thời gian mất điện trung bình của hệ thống SAIDI:

SAIDI

ri Ni
NT

CM i
NT

(phút)

(1.2)

Chỉ số thời gian mất điện trung bình của khách hàng CAIDI:

CAIDI

ri N i
Ni

SAIDI
SAIFI

(phút)

(1.3)

1.3.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy
1.3.2. Các giải pháp nâng cao ĐTC của hệ thống điện phân phối
1.3.2.1. Về mặt độ tin cậy hệ thống điện có các đặc điểm sau
1.3.2.2. Các biện pháp nâng cao độ tin cậy của hệ thống điện
1.4. Các phương pháp tính toán đTC hệ thống điện phân phối
1.4.1. Phương pháp cấu trúc nối tiếp - song song
1.4.2. Phương pháp cây hỏng hóc
1.4.3. Phương pháp đường và lát cắt tối thiểu
1.4.3.1. Phương pháp đường tối thiểu
1.4.3.2. Phương pháp lát cắt tối thiểu
1.4.4. Phương pháp trạng thái
1.4.4.1. Trạng thái và không gian trạng thái
Trong 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

6

hệ thống. Phần tử có thể có nhiều trạng thái khác nhau như: trạng thái
tốt, trạng thái hỏng, trạng thái bảo dưỡng định kỳ... Do đó mỗi sự thay
đổi trạng thái của phần tử đều làm cho hệ thống chuyển sang một
trạng thái mới. Tất cả các trạng thái có thể của hệ thống tạo thành
không gian trạng thái. Hệ thống luôn ở một trong các trạng thái này.
Do đó, tổng xác suất trạng thái bằng 1.
Ưu thế của phương pháp không gian trạng thái là có thể xét các
phần tử có nhiều trạng thái khác nhau và với các giả thiết nhất định có
thể áp dụng quá trình Markov.
1.4.4.2. Quá trình ngẫu nhiên Markov
a. Khái quát chung
Quá trình ngẫu nhiên Markov là mô hình toán học diễn tả quá
trình ngẫu nhiên trong đó phần tử hoặc hệ thống liên tiếp chuyển từ
trạng thái này sang trạng thái khác trong không gian trạng thái.
b. Quá trình Markov rời rạc trong không gian và rời rạc theo
thời gian (Xích Markov)
c. Quá trình Markov rời rạc trong không gian và liên tục theo
thời gian
1.4.5. Lựa chọn phương pháp
Để tính độ tin cậy thường sử dụng phương pháp cấu trúc nối
tiếp hoặc song song các phần tử, nghĩa là chỉ xét đến hai quá trình
chuyển trạng thái là sự cố và phục hồi của các phần tử. Tuy nhiên
trong vận hành, các phần tử có thể có nhiều hơn hai trạng thái, khi đó
không thể dùng phương pháp cấu trúc để đánh giá độ tin cậy của lưới
điện phân phối.
Tính toán đánh giá độ tin cậy của một xuất tuyến lớn hay một
hệ thống phân phối là bài toán phức tạp. Tính phức tạp của bài toán độ

tin cậy lưới phân phối do hệ thống có quá nhiều phần tử, nhiều trạng
thái, chế độ làm việc, phương thức vận hành thay đổi phức tạp.
Việc sử dụng phương pháp trên để tính toán độ tin cậy một lưới
điện phân phối đòi hỏi người phân tích thực hiện một khối lượng tính


7

toán lớn, phức tạp, do đó cần phải có sự hỗ trợ của máy tính với các
phần mềm chuyên dùng trong quản lý lưới điện phân phối.
Từ cơ sở lý luận trên, luận văn sử dụng phương pháp không
gian trạng thái có xét đến bảo quản định kỳ và ngôn ngữ lập trình
Matlab để xây dựng chương trình tính toán độ tin cậy hệ thống điện
phân phối.
1.5. KẾT LUẬN
CHƯƠNG 2
TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY HỆ THỐNG ĐIỆN PHÂN PHỐI
CÓ XÉT ĐẾN BẢO QUẢN ĐỊNH KỲ
BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRẠNG THÁI
2.1. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP TRẠNG THÁI ĐỂ
TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY
2.1.1. Mô hình trạng thái các phần tử khi sự cố
2.1.1.1. Mô hình hai trạng thái
2.1.1.2. Mô hình 3 trạng thái của phần tử
Đối với những phần tử này thì mô hình gồm ba trạng thái như
Hình 2.2. Từ trạng thái làm việc bình thường (N), nếu có sự cố thì
phần tử sẽ chuyển về trạng thái đổi nối (ký hiệu S) với cường độ
chuyển trạng thái là và sau khi đổi nối xong thì phần tử sẽ chuyển về
trạng thái R là trạng thái phần tử đang được sửa chữa sự cố, cường độ
chuyển trạng thái là S.

Sau khi sửa chữa xong,
phần tử chuyển về trạng thái ban
đầu N với cường độ chuyển trạng
thái (gọi là cường độ phục hồi) là
S
N
R
. Quan hệ giữa cường độ và thời
gian trạng thái các trạng thái như
Hình 2.2. Mô hình 3 trạng thái
sau:
của phần tử có xét đổi nối


8

1 T
; S
λ

TN

1

1
μ

; TR

S

(2.2)

2.1.2. Tần suất và thời gian trạng thái
2.1.3. Mô hình trạng thái các phần tử khi xét sự cố xếp chồng
2.1.3.1. Mô hình trạng thái của phần tử khi xét công tác BQĐK
2.1.3.2. Mô hình trạng thái của hệ thống điện phân phối, có xét đến
bảo dưỡng định kỳ của các nhóm phần tử
Xét hệ thống điện phân phối có n phần tử, gồm các phần tử như
đường dây, máy biến áp, thiết bị bù, thiết bị đóng cắt…các phần tử
trong quá trình làm việc có thể chuyển từ trạng thái này sang trạng
thái khác. Như vậy vào một thời điểm nhất định, hệ thống sẽ ở một
trạng thái nào đó do trạng thái của các phần tử trong hệ thống quyết
định. Mỗi trạng thái của hệ thống có thể là trạng thái tốt (ký hiệu là
TTT) là trạng thái phụ tải có điện hoặc trạng thái hỏng (TTH) là trạng
thái phụ tải mất điện. Sơ đồ trạng thái của hệ thống n phần tử như
Hình 2.6.
Xác suất các trạng thái của các phần tử thứ i:
PRi = iTRiPN
PSi = iTSiPN

(2.16)

PMi = MiTMiPN
Vì tổng xác suất của tập đủ các trạng thái phải bằng 1, nên:

PRi +

PN +
n

PN+

PSi +

λ i (TSi TRi )PN +

i 1

PMi
m

=1

λ Mi TMi PN =1

i 1

1

PN =

n

1
i 1

λ i (TSi

m

TRi )
i 1

λ Mi TMi


9

1R

1S

1M

2R

2S

N
2M

nR

nS

iM

Hình 2.6. Mô hình trạng thái của hệ thống n phần tử, có xét BQĐK
Từ đó tính được xác suất các trạng thái Si, Ri, Mi của từng phần

tử thứ i. Bằng cách phân tích ảnh hưởng hỏng hóc của các phần tử đến
hệ thống, có thể định ra các trạng thái tốt (có điện) và trạng thái hỏng
(mất điện) trong các trạng thái đổi nối Si, trạng thái sửa chữa Ri, trạng
thái bảo dưỡng định kỳ Mi. Hợp nhất các trạng thái hỏng và tốt thành
các trạng thái tốt (TTT) và trạng thái hỏng (TTH) của hệ thống. Chi
tiết phương pháp hợp nhất trạng thái được trình bày ở mục 2.1.5, từ đó
tính được xác suất mất điện của hệ thống:


10

PH =

(PSi PRi PMi )

(2.17)

i TTH

Và xác suất trạng thái có điện của hệ thống:
PT = 1 - PH

(2.18)

2.1.4. Kế hoạch hóa công tác bảo quản định kỳ
2.1.4.1. Tổ chức công tác bảo quản định kỳ
2.1.4.2. Tính toán độ tin cậy khi BQĐK các nhóm phần tử
2.1.5. Hợp nhất trạng thái
2.1.6. Phân tích ảnh hưởng hỏng hóc các phần tử đến độ tin cậy
cung cấp điện của các nút phụ tải

2.1.7. Phương pháp tính toán ĐTC bằng phương pháp trạng thái
2.1.7.1. Tính toán độ tin cậy lưới phân phối hình tia
2.1.7.2. Tính toán độ tin cậy lưới phân phối mạch vòng kín vận
hành hở
Tính toán độ tin cậy lưới phân phối kín vận hành hở khá phức
tạp. Các bước tính toán về cơ bản giống như lưới hình tia, tuy nhiên
cần lưu ý một số vấn đề sau:
Vận hành lưới phân phối mạch vòng:
Ở chế độ vận hành cơ bản, mạch vòng kín được cung cấp từ
một hoặc nhiều nguồn độc lập và vận hành ở dạng hở, nghĩa là vận
hành như lưới hình tia. Mạch vòng được hình thành có nhiều dao cách
ly phân đoạn, việc chọn dao cách ly nào mở (để hở mạch vòng) trong
thực tế có thể được tính toán bằng module TOPO (tìm điểm mở tối
ưu) trong phần mềm PSS/ADEPT.
Khi một phần tử trong lưới điện bị sự cố hoặc cắt điện để công
tác BQĐK, nhân viên vận hành phải thao tác một số dao cách ly và
đóng lại mạch vòng để khôi phục việc cung cấp điện cho một số phụ
tải đã bị mất điện. Thực tế, việc khép mạch vòng được thực hiện theo
nguyên tắc sau:
Khi xảy ra sự cố một hoặc hai đoạn lưới đồng thời nào đó, đầu


11

tiên phải tìm xem sẽ thao tác như thế nào để có một sơ đồ lưới điện
sau sự cố tốt nhất theo thứ tự ưu tiên các chỉ tiêu sau:
Không có phân đoạn nào quá tải.
Chất lượng điện áp đảm bảo.
Số lượng thao tác ít.
Nếu sơ đồ vận hành sau sự cố mà có đoạn lưới nào đó bị quá tải

hay điện áp ở nút nào đó thấp dưới tiêu chuẩn thì tiến hành giảm đều
công suất phụ tải lưới phân phối cho đến khi hết quá tải hoặc điện áp
đạt mức cho phép. Công suất giảm đi chính là công suất bị mất do sự
cố. Biết xác suất sự cố và công suất mất sẽ tính được các chỉ tiêu độ
tin cậy cần thiết.
Đối với cắt điện công tác hay bảo trì bảo dưỡng cũng được tính
tương tự.
Như vậy, cần phân tích xây dựng phương thức thao tác các
mạch vòng khi sự cố ngẫu nhiên hoặc cắt điện kế hoạch các phần tử.
Theo phương thức này, sẽ biết được trạng thái làm việc (đóng hay mở)
của các dao cách ly phân đoạn. Từ đó sẽ xác định được vùng cắt điện,
thường sẽ nhỏ hơn so với vận hành lưới hình tia.
Đường nối:
Vì mạch vòng được cung cấp từ một nguồn từ hai đầu hoặc
nhiều nguồn riêng biệt, nên đường nối từ một nút phụ tải đến nguồn
có thể có từ hai hoặc nhiều đường. Vì vậy trong bài toán tính độ tin
cậy cho mạch vòng cần phải phân tích ảnh hưởng hỏng hóc các phần
tử đến tất cả các đường nối. Phụ tải sẽ mất điện nếu không có đường
nối nào liền mạch.
2.2. VÍ DỤ TÍNH TOÁN


12

2.2.1. Số liệu đầu vào
2.2.1.1. Số liệu các nhánh đường dây
2.2.1.2. Số liệu các nút phụ tải
2.2.1.3. Số liệu độ tin cậy của các nhánh đường dây
2.2.2. Tính toán lưới điện hình tia không xét BQĐK
2.2.3. Tính toán lưới điện hình tia xét BQĐK

2.2.4. Tính toán lưới điện mạch vòng vận hành hở không xét
BQĐK
2.3. KẾT LUẬN


13

CHƯƠNG 3
XÂY DỰNG THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH TÍNH
TOÁN ĐỘ TIN CẬY HỆ THỐNG ĐIỆN PHÂN PHỐI
3.1. THUẬT TOÁN TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY
3.1.1. Thuật toán hệ thống điện phân phối hình tia
Xác định các đường nối từ phụ
tải đến nguồn điện

Đọc dữ liệu
- Cấu trúc LPP; Số phụ tải NL;
Số phần tử Npt
- Dữ liệu ĐTC các phần tử

Xác định vùng bảo vệ và vùng
sửa chữa của các phần tử

Tính các chỉ tiêu ĐTC của hệ
thống phân phối

Đ

Phụ tải: pt = 1

S
pt <= NL ?

Phần tử: j = 1

Phân tích ảnh hưởng hỏng hóc
của các phần tử.
Phân loại các trạng thái

pt = pt + 1

j=j+1

j <= Npt ?

Đ

Hợp nhất các trạng thái và tính
các chỉ tiêu ĐTC của nút phụ
tải

Tính xác suất, tần suất, thời
gian các trạng thái jS, jR của
phần tử thứ j

Hình 3.1. Sơ đồ thuật toán tính toán ĐTC HTĐ phân phối
Sơ đồ lưới phân phối dạng hình tia là dạng sơ đồ đơn giản, các
phụ tải chỉ được cấp điện từ một nguồn cung cấp. Nếu không đặt các

14

dao cách ly phân đoạn trên lưới điện, thì khi sự cố hoặc có BQĐK một
phần tử bất kỳ sẽ làm cho toàn bộ lưới sẽ mất điện. Trái lại, nếu có đặt
dao cách ly phân đoạn thì sau khi máy cắt đầu tuyến cắt do bảo vệ rơ
le hoặc do thao tác cắt máy cắt, có thể cắt dao cách ly phân đoạn và
đóng lại máy cắt, phục hồi việc cung cấp điện cho một số phụ tải. Sơ
đồ thuật toán được trình bày trên Hình 3.1.
3.1.1.1. Dữ liệu tính toán
3.1.1.2. Thông số cấu trúc lưới điện
3.1.1.3. Thông số độ tin cậy của các phần tử
3.1.1.4. Tìm đường nối từ phụ tải đến nguồn điện
3.1.1.5. Vùng bảo vệ và vùng sửa chữa các phần tử
Vùng bảo vệ của một phần tử được định nghĩa là tập hợp các
nhánh phần tử của lưới điện bị cắt ra (mất điện) do máy cắt bảo vệ của
phần tử đó cắt ra dưới tác động của bảo vệ rơle khi phần tử bị sự cố.
Vì vậy, vùng bảo vệ được xác định theo thuật toán được trình bày ở
Hình 3.5
Vùng sửa chữa của các phần tử được định nghĩa là tập hợp các
nhánh phần tử của hệ thống bị cắt ra sau khi cắt dao cách ly phân đoạn
như đã trình bày ở Chương 2. Vì vậy vùng này thực chất là tập hợp
các nhánh phần tử nằm sau dao cách ly phân đoạn và có thể được tính
toán bằng thuật toán Hình 3.5 như đối với vùng bảo vệ, mà ở đây máy
cắt được thay bằng dao cách ly phân đoạn cắt tiếp theo sau máy cắt
điện.


15

St

art
Đọc dữ liệu cấu trúc LPP; Số
phần tử Npt Vị trí đặt MC

In kết quả

S
i < = Npt?

i=1

Đ

Xác định nhánh j có đặt MC
cắt sự cố nhánh i

vungbaove = [nhánh j]
tapnhanh = [nhánh j]
sonh = số phần tử của tapnhanh

i=i+1

S

sonh > 0 ?
Đ

Cập nhật tapnhanh và sonh
tapnhanh={tapnhanh nhanhmoi}

k=1

k < = sonh?

S

Đ
Tìm các nhánh nối vào sau nhánh
K của tập nhánh chưa xét (IK)

nhanhmoi = {nhanhmoi nhanhk}
vungbaove = {vungbaove IK}

k=k+1

Hình 3.5. Sơ đồ thuật toán xác định vùng bảo vệ của các phần tử


16

3.1.1.6. Phân loại trạng thái
3.1.2. Thuật toán đối với hệ thống điện dạng mạch vòng
3.2. CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN
3.2.1. Chương trình tính toán
Chương trình tính toán có thể được áp dụng cho hệ thống điện
có cấu trúc hình tia cũng như có cấu trúc mạch vòng, có thể xét đến
các phương án lắp đặt và vận hành các thiết bị phân đoạn trên hệ
thống khi có sự cố một phần tử bất kỳ. Chương trình cũng cho phép
tính toán đối với trường hợp có xét đến mất điện do công tác/bảo quản
định kỳ các phần tử trên lưới điện.

3.2.2. Giải thích chương trình Matlab
3.2.2.1. File TruyxuatdulieuPSSADEPT.m
3.2.2.2. File ReadDataFileExcel.m
3.2.2.3. File Thutuctimduongnoiluoihinhtia.m
3.2.2.4. File Vungbaovebac1.m
3.2.2.5. File TimvungcatdienDCL1.m
3.2.2.6. File Phanloaitrangthai.m
3.2.2.7. Tính toán độ tin cậy
3.2.2.8. Lưu kết quả
3.2.3. Giao diện và tiện ích của chương trình
Giao diện được thiết kế để người sử dụng có thể tùy chọn cấu
trúc lưới điện hình tia hay mạch vòng, lựa chọn cách đọc các file dữ
liệu cấu trúc lưới điện, có xét đến các dao phân đoạn hoặc BQĐK hay
không….Sau khi tính toán, sẽ hiển thị các chỉ tiêu độ tin cậy chính
như SAIFI, SAIDI, CAIDI, Amđ.
Khi chạy chương trình tính toán, ngoài việc tùy chọn trên các
menu, còn xuất hiện các hộp thoại để người dùng có thể:
Nhập/hiệu chỉnh các thông số độ tin cậy cho các phần tử.
Có thể xét lắp đặt thêm máy cắt điện trên các xuất tuyến.
Có thể xét lắp đặt thêm các thiết bị phân đoạn.


17

Có thể cho phép lưu các kết quả tính toán dưới dạng các file
excel, giúp người dùng có thể dễ dàng phân tích các kết quả tính toán
độ tin cậy cho từng nút phụ tải, cũng như từng xuất tuyến, hệ thống
con trong xuất tuyến.
3.2.4. Tính toán kiểm chứng
3.2.4.1. Kết quả tính toán lưới điện hình tia không xét BQĐK

3.2.4.2. Kết quả tính toán lưới điện hình tia xét BQĐK
3.2.4.3. Kết quả tính toán lưới điện mạch vòng vận hành hở không
xét BQĐK
Bảng 3.11. Kết quả các chỉ tiêu về độ tin cậy của hệ thống
Xuất
SAIFI
SAIDI
CAIDI
Amđ
tuyến
(1/năm.kh)
(phút/kh) (phút/kh) (kWh/năm)
3,08
197,58
64,10
886,88
MC1
3.2.4.4. Đánh giá
Kết quả tính toán các chỉ tiêu ĐTC của hệ thống từ chương
trình Matlab mới xây dựng hoàn toàn phù hợp với kết quả tính thủ
công trong chương 2.
3.3. KẾT LUẬN


18

CHƯƠNG 4
ÁP DỤNG TÍNH TOÁN CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
THÀNH PHỐ NHA TRANG

4.1. LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ NHA TRANG
4.1.1. Sơ lược lưới điện phân phối Nha Trang
4.1.2. Phương thức vận hành tuyến 471-479-E27
4.2. TÍNH TOÁN LƯỚI ĐIỆN KHÔNG XÉT BQĐK
4.2.1. Lưới điện phân phối hình tia
4.2.1.1. Trường hợp không đặt dao cách ly
Khi không đặt các dao cách ly trên đường dây, các phần tử chỉ
có hai trạng thái là trạng thái bình thường (ký hiệu N) và sửa chữa sự
cố (ký hiệu R).
Kết quả các chỉ tiêu về ĐTC của hệ thống được trình bày ở
Bảng 4.3:
Bảng 4.3. Kết quả các chỉ tiêu về độ tin cậy của hệ thống
Xuất tuyến

SAIFI
SAIDI
(1/năm.kh) (phút/kh)

CAIDI
(phút/kh)

Amđ
(kWh/năm)

471 – E27

1,477020

179,640525 121,623596 3.030,164900

479 – E27

1,549535

188,342542 121,547788 2.481,984931

4.2.1.2. Trường hợp đặt dao cách ly
Trường hợp trên các xuất tuyến có đặt dao cách ly phân đoạn tại
các vị trí như thông số đầu vào, thì ngoài các phần tử hai trạng thái
còn có các phần tử ba trạng thái do quá trình đổi nối. Kết quả các chỉ
tiêu về ĐTC của hệ thống được trình bày trong Bảng 4.4:


19

Bảng 4.4. Kết quả các chỉ tiêu về độ tin cậy của hệ thống
Xuất tuyến

SAIFI
SAIDI
(1/năm.kh) (phút/kh)

CAIDI
(phút/kh)

Amđ
(kWh/năm)

471 – E27

1,476953 127,593379 86,389590 2.440,569144

479 – E27

1,549464 172,658149 111,430901 2.436,563393

4.2.2. Lưới điện phân phối mạch vòng vận hành hở
Bảng 4.5. Kết quả các chỉ tiêu về độ tin cậy của hệ thống
Xuất tuyến

SAIFI
SAIDI
(1/năm.kh) (phút/kh)

CAIDI
(phút/kh)

Amđ
(kWh/năm)

471 – E27

1,476953 127,593379 86,389590 2.440,569144

479 – E27

1,549464 172,658149 111,430901 2.436,563393

4.3. TÍNH TOÁN LƯỚI ĐIỆN CÓ XÉT BẢO QUẢN ĐỊNH KỲ
4.3.1. Lưới điện phân phối hình tia

4.3.1.1. Trường hợp không đặt dao cách ly
Bảng 4.6. Kết quả các chỉ tiêu về độ tin cậy của hệ thống
Xuất tuyến

SAIFI
SAIDI
(1/năm.kh) (phút/kh)

CAIDI
(phút/kh)

Amđ
(kWh/năm)

471 – E27

8,746441 1.390,4221 158,970047 23.453,552637

479 – E27

8,120067 1.349,3546 166,175294 17.781,844419

4.3.1.2. Trường hợp đặt dao cách ly
Bảng 4.7. Kết quả các chỉ tiêu về độ tin cậy của hệ thống
Xuất tuyến

SAIFI
SAIDI
(1/năm.kh) (phút/kh)

CAIDI
(phút/kh)

Amđ
(kWh/năm)

471 – E27

6,569600 897,313815 136,585769 17.284,949694

479 – E27

7,295829

1.135,9875 155,703702 15.931,605794


20

4.3.2. Lưới điện phân phối mạch vòng vận hành hở
Bảng 4.8. Kết quả các chỉ tiêu về độ tin cậy của hệ thống
Xuất tuyến

SAIFI
SAIDI
(1/năm.kh) (phút/kh)

CAIDI
(phút/kh)

Amđ
(kWh/năm)

471 – E27

6,569600 897,313815 136,585769 17.284,949694

479 – E27

7,295829

1.135,9875 155,703702 15.931,605794

4.4. PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ
4.4.1. Bảng tổng hợp số liệu
4.4.2. Nhận xét
Các chỉ tiêu độ tin cậy của các xuất tuyến trong trường hợp đặt
dao cách ly phân đoạn đường dây đều giảm so với trường hợp không
đặt dao cách ly. Số lượng dao cách ly phân đoạn lắp đặt trên đường
dây ảnh hưởng đáng kể đến các chỉ tiêu độ tin cậy.
Khi có BQĐK các chỉ số độ tin cậy tăng lên đáng kể (chỉ số
SAIDI tăng 60%).
Từ các bảng số liệu cho thấy việc lắp đặt cầu dao liên lạc tại vị
trí N7127-2. không hiệu quả.
Để có cơ sở phân tích, đánh giá so sánh các trường hợp trên với
các phương án khác, chương trình tính toán được thiết kế hỗ trợ người
dùng có thể tăng cường thêm các thiết bị phân đoạn, liên lạc trên lưới
mà không cần truy xuất dữ liệu từ chương trình PSS/ADEPT hoặc có
thể bố trí thiết bị đóng vòng tại bất kỳ vị trí nào trên hệ thống.
Luận văn tính toán các chỉ số độ tin cậy xuất tuyến 471-E27

trong trường hợp lắp thêm dao cách ly tại vị trí N7115 và đóng vòng
tại cầu dao liên lạc N7127-2 (I), hoặc đóng vòng tại vị trí N7165 (II),
kết quả như sau:


21

Bảng 4.11. Kết quả các chỉ tiêu về độ tin cậy của hệ thống
Xuất tuyến

SAIFI
SAIDI
CAIDI
Amđ
(1/năm.kh) (phút/kh) (phút/kh) (kWh/năm)

I

4,1628

452,91

108,8

11.098

II

2,7739

147,35

53,119

3.101,4

Kết quả các chỉ số độ tin cậy trong Bảng 4.11 cho thấy việc
đóng vòng tại N7165 đạt hiệu quả cao nhất.
4.5. KẾT LUẬN


22

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
ĐTC cung cấp điện là một trong các chỉ tiêu hàng đầu, ngày
càng được khách hàng cũng như ngành điện quan tâm. Thiệt hại do
mất điện không những tác động trực tiếp đến khách hàng mà còn ảnh
hưởng đến quá trình sản xuất kinh doanh của các Công ty Điện lực.
Nâng cao độ tin cậy cung cấp điện là nhiệm vụ được Tập đoàn
Điện lực Việt Nam đặt trọng tâm từ nay đến năm 2020 và tạo tiền đề
cho giai đoạn tiếp theo.
Đứng trước những yêu cầu bức thiết trên, các Công ty Điện lực
phải tích cực đưa ra kế hoạch và các phương án cải thiện chất lượng
cung ứng điện, đồng thời tác động tích cực đến ý thức trách nhiệm của
đội ngũ cán bộ công nhân viên làm công tác quản lý kỹ thuật vận hành
hệ thống điện.
Xuất phát từ những lý do trên, việc Nghiên cứu xây dựng
chương trình tính toán độ tin cậy hệ thống điện phân phối có xét đến
bảo quản định kỳ là cần thiết, nhằm xây dựng một công cụ tính toán
các chỉ tiêu độ tin cậy hệ thống điện phân phối với cấu trúc hình tia

hoặc mạch vòng; giúp bộ phận tham mưu có thể tính toán, phân tích,
đánh giá nguyên nhân và đề xuất các giải pháp khắc phục nâng cao độ
tin cậy cung cấp điện, đặc biệt là giảm thiểu thiệt hại do công tác bảo
quản định kỳ.
Từ lý thuyết cơ bản và các tài liệu tham khảo, luận văn đã khái
quát các định nghĩa cơ bản về độ tin cậy, chỉ tiêu độ tin cậy hệ thống
điện phân phối, trình bày sơ lược ảnh hưởng công tác chỉ huy vận
hành, cấu trúc lưới điện phân phối đến các chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp
điện. Trên cơ sở phân tích các ưu nhược điểm của từng phương pháp
tính toán độ tin cậy, các phần mềm tính toán tác giả đã lựa chọn
phương pháp không gian trạng thái và ngôn ngữ lập trình Matlab để
xây dựng chương trình tính toán độ tin cậy hệ thống điện phân phối.
Việc nghiên cứu, phân tích các mô hình trạng thái có thể có trong vận


23

hành (đặc biệt mô hình trạng thái của phần tử khi xét công tác bảo
quản định kỳ), xây dựng được sơ đồ trạng thái của hệ thống đối với
mỗi nút phụ tải, phân tích hỏng hóc của từng phần tử và phương pháp
tính toán độ tin cậy bằng phương pháp trạng thái là cơ sở nền tảng để
xây dựng các thuật toán và chương trình tính toán.
Cơ sở dữ liệu đầu vào của chương trình bao gồm các thông số
cấu trúc sơ đồ hệ thống điện phân phối và các chỉ tiêu độ tin cậy các
phần tử. Với cấu trúc phức tạp của hệ thống điện phân phối, công việc
nhập thông số trực tiếp vào chương trình đòi hỏi thời gian thực hiện
khá lớn. Vì vậy để tiết kiệm thời gian và tận dụng cơ sở dữ liệu đã có
tại các Công ty Điện lực, luận văn đã xây dựng chương trình con truy
xuất dữ liệu cấu trúc lưới điện từ chương trình PSS/ADEPT.
Giao diện chương trình được thiết kế đơn giản thân thiện người

sử dụng, khi chạy chương trình tính toán, ngoài việc tùy chọn trên các
menu, còn xuất hiện các hộp thoại để người dùng có thể:
Nhập/hiệu chỉnh các thông số độ tin cậy cho các phần tử; số
liệu khách hàng thực tế được truy xuất từ chương trình chăm sóc
khách hàng của Tổng Công ty Điện lực Miền Trung;
Lắp đặt thêm các thiết bị phân đoạn máy cắt, dao cách ly… trên
tuyến;
Cho phép lưu các kết quả tính toán dưới dạng các file excel,
giúp người dùng có thể dễ dàng phân tích các kết quả tính toán độ tin
cậy cho từng nút phụ tải, cũng như từng xuất tuyến, hệ thống con
trong xuất tuyến;
Chương trình tính toán độ tin cậy cho lưới điện phân phối hình
tia và mạch vòng vận hành hở trong các trường hợp có hoặc không có
thiết bị phân đoạn, bao gồm không hoặc có bảo quản định kỳ được
kiểm chứng cho thấy hoàn toàn phù hợp so với phương pháp tính thủ
công. Luận văn đã áp dụng tính toán thực tế cho hai xuất tuyến tại
Điện lực Trung Tâm Nha Trang ở chế độ vận hành hình tia và mạch
vòng vận hành hở.