Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện

NGUYỄN QUANG THUẤN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
NGÀNH: HỆ THỐNG ĐIỆN

HỆ THỐNG ĐIỆN

ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY
HỆ THỐNG ĐIỆN

NGUYỄN QUANG THUẤN

2004 - 2006
Hà nội
2006

HÀ NỘI 2006


Nguyễn Quang Thuấn

Luận văn tốt nghiệp

MỤC LỤC
Trang
LỜI NÓI ĐẦU………………………………………………………….....

5

Chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘ TIN CẬY…………………..

7

1.1. Khái niệm về hệ thống và phần tử……………………………….

7

1.1.1. Hệ thống……………………………………………………………

7

1.1.2. Phần tử…………………………………………………………......

7

1.2. Độ tin cậy và độ sẵn sàng………………………………………….

9

1.2.1. Độ tin cậy…………………………………………………………..

9

1.2.2. Độ sẵn sàng………………………………………………………..

9

1.3. Những chỉ tiêu đặc trưng cho quá trình hỏng hóc……………

10

1.3.1. Xác suất làm việc tin cậy…………………………………………

10

1.3.2. Xác suất hỏng hóc…………………………………………………

10

1.3.3. Mật độ xác suất của thời gian làm việc tin cậy.......................

10

1.3.4. Hàm tốc độ hỏng hóc...............................................................

11

1.3.5. Thời gian trung bình tới khi hỏng MTTF................................

12

1.3.6. Quan hệ giữa các hàm.............................................................

13

1.4. Bảo dưỡng và khả năng bảo dưỡng.........................................

14

1.4.1. Định nghĩa...............................................................................

14

1.4.2. Phân loại các hình thức bảo dưỡng........................................

15

1.5. Các luật phân bố hay gặp trong độ tin cậy...............................

16

1.5.1. Phân bố nhị phân....................................................................

16

1.5.2. Phân bố Poisson......................................................................

17

1.5.3. Phân bố hàm mũ......................................................................

19

1.5.4. Phân bố Weibull......................................................................

20

1.5.5. Phân bố Rayleigh....................................................................

21

1.5.6. Phân bố chuẩn.........................................................................

21

1.5.7. Phân bố chuẩn logarít.............................................................

21

1.5.8. Phân bố Gamma......................................................................

22

Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện


Nguyễn Quang Thuấn

Luận văn tốt nghiệp

Chương 2. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐỘ TIN CẬY HTĐ.......

23

2.1. Phương pháp đồ thị giải tích....................................................

24

2.1.1. Sơ đồ độ tin cậy.......................................................................

24

2.1.2. Tính tốn độ tin cậy của các sơ đồ.........................................

26

2.2. Phương pháp không gian trạng thái........................................

31

2.2.1. Trạng thái và khơng gian trạng thái.......................................

31

2.2.2. Q trình ngẫu nhiên Markov................................................

31

2.2.3. Tần suất và thời gian trạng thái.............................................

35

2.3. Phương pháp cây hỏng hóc......................................................

37

2.3.1. Khái quát chung......................................................................

37

2.3.2. Phương pháp thành lập cây hỏng hóc.....................................

38

2.3.3. Phân tích cây hỏng hóc để tính tốn độ tin cậy......................

39

2.4. Phương pháp Monte-Carlo.......................................................

41

2.4.1. Nội dung của phương pháp Monte-Carlo...............................

41

2.4.2. Mơ hình hố hoạt động của các phần tử.................................

42

2.4.3. Tính tốn độ tin cậy HTĐ bằng phương pháp Monte-Carlo...

46

2.5. Kết luận......................................................................................

48

Chương 3. ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY HTĐ PHỨC TẠP..................

51

3.1. Khái quát chung........................................................................

51

3.2. Cơ sở đánh giá độ tin cậy hệ thống điện..................................

57

3.2.1. Lựa chọn phương pháp đánh giá độ tin cậy HTĐ phức tạp....

57

3.2.2. Mơ hình biến đổi trạng thái của hệ thống điện.......................

61

3.2.3. Đánh giá trạng thái……………………………………………….

64

3.2.4. Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy hệ thống điện.......................

67

3.3. Phương pháp đánh giá độ tin cậy hệ thống điện.....................

69

3. 4. Ví dụ áp dụng............................................................................

71

3.4.1. Đặt bài tốn.............................................................................

71

3.4.2. Kết quả và phân tích................................................................

73

Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện


Nguyễn Quang Thuấn

Luận văn tốt nghiệp

3.5. Nâng cao ĐTC HTĐ bằng sử dụng TCSC/SVC/TCPAR.......

78

3.5.1 Đặt vấn đề................................................................................

78

3.5.2. Mơ hình độ tin cậy của TCSC, SVC và TCPAR......................

80

3.5.3. Ứng dụng TCSC, SVC và TCPAR trong ĐTC HTĐ................

92

3.5.4 Ví dụ áp dụng...........................................................................

96

3.6. Kết luận......................................................................................

103

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT.................................................................

105

TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………

107

Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện


Nguyễn Quang Thuấn

Luận văn tốt nghiệp

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 1.1. Quan hệ giữa các hàm f(t), Q(t), R(t), λ(t) và MTTF.......

14

Bảng 2.1. Ký hiệu và định nghĩa các cửa và các sự kiện khi lập
cây hỏng hóc......................................................................................

39

Bảng 3.1. Cường độ hỏng hóc, sửa chữa của máy phát và máy
biến áp……………………………………………………………………...

72

Bảng 3.2. Cường độ hỏng hóc, sửa chữa của các đường dây
truyền tải…………………………………………………………………...

72

Bảng 3.3 . Xác suất phân bố của thời gian cắt sự cố tc……………..

72

Bảng 3.4. Xác suất phân bố của thời gian đóng trở lại tr…………...

73

Bảng 3.5. Xác suất phân bố của thời gian tồn tại sự cố tf………......

73

Bảng 3.6. MIOR trong trạng thái sự cố vĩnh cử và thống qua……

76

Bảng 3.7. Thơng tin về thời gian đóng trở lại………………………...

77

Bảng 3.8. Số lượng mất tải do nguyên nhân sự cố vĩnh cửu và tạm
thời………………………………………………………………………….

78

Bảng 3.9. Trạng thái của một đường dây cùng với một TCSC 4
môđun………………………………………………………………………

84

Bảng 3.10. Xác định trạng thái phần tử bởi một số ngẫu nhiên…...

93

Bảng 3.11. Số liệu các nhánh của hệ thống điện lấy làm ví dụ…….

97

Bảng 3.12. Các cường độ chuyển đổi (lần/năm) của mơ hình
khơng gian trạng thái của một TCSC 4 mơđun…………………........

97

Bảng 3.13. Ảnh hưởng của việc đặt TCSC cải thiện độ tin cậy…….

98

Bảng 3.14. Giải pháp cho tập các giới hạn nhiệt khác……………...

99

Bảng 3.15. Số liệu độ tin cậy của SVC gồm một TSC và một TCR...

100

Bảng 3.16. Giải pháp cho một SVC dung lượng nhỏ………………..

101

Bảng 3.17. Giải pháp cho một SVC dung lượng lớn………………...

101

Bảng 3.18. Số liệu độ tin cậy của một bộ biến đổi…………………...

102

Bảng 3.19. Các giải pháp có đặt và không đặt một TCPAR………..

102

Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện


Nguyễn Quang Thuấn

Luận văn tốt nghiệp

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Trang

Hình 1.1. Trạng thái làm việc và trạng thái hỏng của phần tử…….

8

Hình 1.2. Đường cong tốc độ hỏng hóc............................................

12

Hình 1.3. Đồ thị hàm R(t) và Q(t)……………………………………...

13

Hình 1.4. Phân loại các hình thức bảo dưỡng..................................

15

Hình 1.5. Hàm mật độ mũ với  = 1.................................................

20

Hình 1.6. Phân bố Weibull với  = 10 và  = 0,5; 1 và 4..............

21

Hình 2.1. Phân biệt sơ đồ điện và sơ đồ độ tin cậy đường dây tải
điện....................................................................................................

25

Hình 2.2. Sơ đồ độ tin cậy hệ thống gồm các phần tử nối tiếp.........

26

Hình 2.3. Sơ đồ độ tin cậy hệ thống gồm các phần tử song song.....

28

Hình 2.4. Sơ đồ gồm m đường nối song song...................................

29

Hình 2.5. Sơ đồ ghép nối các lát cắt tối thiểu..................................

30

Hình 2.6. Mơ hình khơng gian trạng thái.........................................

36

Hình 2.7. Cấu trúc tổng quát của một cây sự cố..............................

38

Hình 2.8. Cây hỏng hóc gồm 4 sự kiện cơ bản, 2 sự kiện trung
gian....................................................................................................

40

Hình 2.9. Lịch sử đồ của phần tử 2 trạng thái..................................

43

Hình 2.10. Sơ đồ xác định cường độ chuyển trạng thái...................

44

Hình 2.11. Lịch sử đồ của phần tử 3 trạng thái................................

44

Hình 3.1. Mơ hình khơng gian trạng thái của phần tử hai trạng
thái.....................................................................................................

53

Hình 3.2. Sơ đồ hệ thống điện đơn giản lấy làm ví dụ.....................

54

Hình 3.3. Minh hoạ sự biến đổi của thành phần 2 dẫn đến sự biến
đổi trạng thái hệ thống......................................................................

61

Hình 3.4. Mơ hình biến đổi 2 trạng thái của máy phát điện.............

62

Hình 3.5. Mơ hình biến đổi 3 trạng thái của đường dây tải điện.....

62

Hình 3.6. Sơ đồ phân biệt sự cố vĩnh cửu và tạm thời......................

65

Hình 3.7. Sơ đồ hệ thống điện gồm 9 nút.........................................

71

Hình 3.8. Kết quả mơ phỏng EENS..................................................

74

Hình 3.9. Kết quả mơ phỏng MLLDR1.............................................

75

Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện


Nguyễn Quang Thuấn

Luận văn tốt nghiệp

Hình 3.10. Kết quả mơ phỏng MLLDR2...........................................

75

Hình 3.11. Kết quả mơ phỏng Cov3……………………………………

76

Hình 3.12. Sơ đồ cấu trúc của một TCSC gồm 4 mơđun..................

80

Hình 3.13. Đường cong khả năng dịng điện phản kháng của
mơđun TCSC......................................................................................

81

Hình 3.14. Đường cong khả năng dòng điện phản kháng của một
TCSC có 4 mơđun với số lượng các mơđun làm việc khác nhau......

81

Hình 3.15. Mơ hình ổn định của một TCSC trên đường dây ij.........

82

Hình 3.16. Mơ hình khơng gian trạng thái của một TCSC 4 mơđun

83

Hình 3.17. Cấu trúc một SVC điển hình gồm có ba TSC và một
TCR....................................................................................................

86

Hình 3.18. Sơ đồ SVC được đặt giữa đường dây ij..........................

87

Hình 3.19. Mơ hình khơng gian trạng thái của SVC gồm 1 TSC và
1 TCR.................................................................................................

88

Hình 3.20. Sơ đồ cấu trúc điển hình của một TCPAR......................

89

Hình 3.21. Mạch tương đương của một TCPAR lý tưởng được lắp
đặt trên đường dây ij.........................................................................

90

Hình 3.22. Mơ hình khơng gian trạng thái của một TCPAR với hai
bộ biến đổi.........................................................................................

92

Hình 3.23. Sơ đồ hệ thống điện dùng làm ví dụ................................

96

Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện