Tái cấu hình lưới điện phân phối nâng cao các chỉ số độ tin cậy cung cấp điện

TĨM TẮT
Bài Luận văn trình bày một phương pháp tái cấu hình lưới điện phân phối có
xét đến độ tin cậy cung cấp điện và sử dụng thuật toán bầy đàn (PSO) để xác định các
khóa điện mở trong lưới điện phân phối.
Ngày nay, trong q trình cơng nghiệp hóa, nhu cầu về độ liên tục cung cấp
điện càng được quan tâm. Nhiều khách hàng sẵn sàng trả các chi phí cao hơn để có
độ tin cậy cung cấp điện tốt hơn.
Vì vậy, trong quá trình cấu hình lại lưới điện phân phối phải nâng cao được độ
tin cậy cung cấp điện và đảm bảo được các yếu tố kỹ thuật trong vận hành. Việc nâng
cao độ tin cậy cung cấp điện cho hệ thống thể hiện qua việc cực tiểu chi phí vận hành
và chi phí ngừng cung cấp điện.
Hàm mục tiêu bài tốn là tính giá trị cực tiểu của chi phí vận hành và chi phí
ngừng cung cấp điện trong năm. Kết quả tính tốn đã chứng minh được lưới điện
phân phối được vận hành hình tia và thuật tốn PSO có khơng gian nghiệm lớn, độ
hội tụ nhanh và có thể áp dụng cho bài tốn tái cấu trúc lưới điện phân phối.
Thông qua các kết quả khảo sát trên lưới điện phân phối từ đơn giản đến phức
tạp đều cho thấy sau khi tái cấu trúc lưới thì chi phí vận hành và chi phí ngừng cung
cấp điện là nhỏ nhất và đảm bảo được sự cung cấp điện cho khách hàng. Điều này
cho thấy tính đúng đắn, hiệu quả của mục tiêu và giải thuật đề ra.


ABSTRACT
The thesis presents a distribution network reconfiguration method considered
of reliability and using Practicle Swarm Optimization (PSO) to commit the tiedswitches on distribution power system.
Nowaday, the demand of uninterrupted energization has a more and more
interest in the process of industrialization. Many customers are ready to pay higher
cost to have reliability energization.
Thus, in the distribution network reconfiguration process, the need of
improving reliability of power supply and ensure the technical elements on the
operation. Improving the reliability of power supply for the system represented by the
minimum operation costs and power interrupted costs.

The objective function of the problem is to minimize the value of operating
and power interrupted costs in year. The calculation results have demonstrated the
distribution grid with radial-structure operation and PSO algorithms have large
experimental space, fast convergence and can be applied to distribution network
reconfiguration problems.
As the analysis results from the simple to complex distribution networks, the
operated cost and outage costs of distribution networksare improved. This shows the
effectiveness and correctness of the proposed objectives and algorithm.


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ....................................................................................... 1
1.1. Đặt vấn đề ........................................................................................................1
1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................4
1.3. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu ...................................................................4
1.4. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................5
1.5. Điểm mới của luận văn ....................................................................................5
1.6. Giá trị thực tiễn của luận văn ...........................................................................5
1.7. Kết quả dự kiến ................................................................................................6
1.8. Tên và bố cục của đề tài ..................................................................................6
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ....... 7
2.1. Tổng quan về lưới phân phối ............................................................................7
2.1.1. Định nghĩa và phân loại..............................................................................7
2.1.2. Phần tử của lưới điện phân phối ................................................................8
2.1.3. Tiêu chuẩn chất lượng lưới phân phối.....................................................10
2.1.4. Đặc điểm của lưới điện phân phối ............................................................10
2.2. Độ tin cậy trong lưới điện phân phối .............................................................13
2.2.1. Các khái niệm về độ tin cậy ....................................................................13
2.2.2. Đặc điểm..................................................................................................15
2.3. Khái niệm về trạng thái và hỏng hóc của hệ thống điện................................16

2.4. Bài tốn độ tin cậy .........................................................................................16
2.5. Một số phương pháp đánh giá độ tin cậy.......................................................17
2.5.1. Phương pháp đồ thị - giải tích .................................................................17
2.5.2. Phương pháp không gian trạng thái.........................................................18


2.5.3. Phương pháp cây hỏng hóc .....................................................................19
2.5.4. Phương pháp đường tối thiểu ..................................................................19
2.5.5. Phương pháp cắt lát tối thiểu ....................................................................19
2.5.6. Phương pháp mô phỏng Monte-Carlo .....................................................19
2.6. Các chỉ số đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối theo tiêu chuẩn IEEE
1366 .......................................................................................................................20
2.6.1. Các chỉ số mất điện kéo dài ....................................................................20
2.6.2. Chỉ tiêu tần suất mất điện thoáng qua trung bình của hệ thống, MAIFI
(Momentary Average Interruption Frequency Index): .......................................22
2.6.3. Điều kiện áp dụng.....................................................................................23
2.7. Các nghiên cứu khoa học về bài toán tối ưu cấu trúc LĐPP ..........................24
2.7.1. Giới thiệu ..................................................................................................24
2.7.2. Giải thuật của Merlin và Back – kỹ thuật vịng kín .................................26
2.7.3. Giải thuật của Civanlar và các cộng sự – kỹ thuật đổi nhánh ..................28
2.7.4. Thuật toán di truyền – Genetic Algorithm (GA) ......................................30
2.7.5.

Giải thuật đàn kiến (Ant colony search – ACS) ...................................32

2.7.6.

Mạng thần kinh nhân tạo (Aritificial Neutral Network – ANN) ..........34

2.7.7.

Thuật toán bầy đàn (Practicle Swarm Optimization – PSO) ................35

2.7.8.

Thuật tốn tìm kiếm Tabu (Tabu Search – TS) ....................................36

2.7.9.

Thuật tốn mơ phỏng luyện kim (Simulated Annealing – SA) ............38

2.8.

Các nghiên cứu khoa học.............................................................................39

2.8.1. Phương pháp cây sự cố - Graph Tree .......................................................39
2.8.2. Mơ hình hóa dựa trên tỷ lệ sự cố và thời gian sửa chữa ..........................41
2.8.3 Mơ hình hóa cải tiến của Karin Alvehag và Lennart Söder .....................42
CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP ĐỀ XUẤT ........................................................... 45


3.1.

Giới thiệu .....................................................................................................45

3.2.

Các bài toán trong vận nâng cao độ tin cậy cung cấp điện .........................45

3.2.1. Bài toán tái cấu hình lưới cực tiểu chi phí vận hành: ..............................45

3.2.2.

Bài tốn tái cấu hình lưới điện giảm chi phí ngừng điện ......................48

3.2.3. Hàm mục tiêu của bài toán cực tiểu chi phí vận hành và chi phí ngừng
cung cấp điện ......................................................................................................50
3.3.

Giải thuật tối ưu PSO...................................................................................51

3.4.

Phương pháp đề xuất ...................................................................................55

CHƯƠNG 4 MÔ HÌNH MƠ PHỎNG KIỂM CHỨNG KẾT QUẢ.................. 59
4.1.

Sử dụng phần mềm Matlab ..........................................................................62

4.2.

Sử dụng phần mềm PSS/ADEPT kiểm chứng lại kết quả ...........................63

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN ....................................................................................... 66
5.1.

Kết luận........................................................................................................66

5.2.

Những hạn chế và đề xuất phát triển của đề tài ...........................................66

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 68


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ĐTC

: Độ tin cậy

LĐPP

: Lưới điện phân phối

EVN

: Tập đoàn Điện lực Việt Nam

HT

: Hệ thống

PT

: Phần tử

SCADA

: Supervisory Control And Data Acquisition

PSS/ADEPT : Power System Simulator/Advanced Distribution Engineering
Productivity Tool
IEEE

: Institute of Electrical and Electronic Enginneers.

GA

: Genetic Algorithm

ACS

: Ant colony search

ANN

: Aritificial Neutral Network

PSO

: Practicle Swarm Optimization

TS

: Tabu Search

SA

: Simulated Annealing

SAIFI

: System Average Interuption Frequency Index

SAIDI

: System Average Interuption Duration Index

CAIDI

: Customer Average Interuption Duration Index

ASAI

: Customer Service Availability Index

ENS

: Energy Not Supplieed

AENS

: Average Energy Not Supplieed

MAIFI

: Momentary Average Interruption Frequency Index


DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1. 1. Lưới điện phân phối ...................................................................................1
Hình 2. 1. Vị trí và vai trị của lưới điện phân phối ....................................................9
Hình 2. 2. Sơ đồ nguyên lý lưới điện phân phối điển hình .......................................11
Hình 2. 3. Sơ đồ khối hệ thống điện .........................................................................12
Hình 2. 4. Thiết bị báo sự cố trên lưới điện hình tia .................................................14
Hình 2. 5. Đường cong chi phí về phí tổn mất điện kỳ vọng ....................................16
Hình 2. 6. Sơ đồ nối tiếp và sơ đồ song song ............................................................17
Hình 2. 7. Sơ đồ hổn hợp ..........................................................................................18
Hình 2. 8. Mơ hình quản lý khách hàng theo phần tử cấp điện. ...............................24
Hình 2. 9. Giải thuật của MerLin và Back đã được Shirmohammadi chỉnh sửa. .....28
Hình 2. 10. Lưu đồ giải thuật của Civanlar và các cộng sự ......................................30
Hình 2. 11. Sơ đồ chung của phương pháp bầy đàn PSO .........................................36
Hình 2. 12: Mơ hình phân chia lưới phân phối .........................................................39
Hình 2. 13: Mơ hình hai trạng thái của thiết bị. ........................................................41
Hình 2. 14: Mơ hình theo gió và sét. .........................................................................43
Hình 3. 1. Sơ đồ đơn tuyến một phát tuyến. .............................................................46
Hình 3. 2. Đồ thị phụ tải lưới điện của một ngày trong năm. ...................................48
Hình 3. 3. Sơ đồ mạng một nguồn hai phụ tải ..........................................................48
Hình 3. 4. Sơ đồ mạng điện hai nguồn ......................................................................49
Hình 3. 5. Chuyển động của cá thể. ..........................................................................53
Hình 3. 6. Lưu đồ chung cho giải thuật PSO ............................................................55
Hình 3. 7. Tái cấu hình lưới điện giảm chi phí vận hành và chi phí ngừng điện. .....58
Hình 4. 1. Mạng điện 1 nguồn 33 nút .......................................................................59
Hình 4. 2. Độ hội tụ của PSO trong nhiều lần thực hiện ..........................................63
Hình 4. 3. Cấu trúc ban đầu.......................................................................................64
Hình 4. 4. Tái cấu hình lại .........................................................................................64


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2. 1. Thời gian ngừng điện của phụ tải trong một năm ...................................13

Bảng 4. 1. Thông số mạng 33 nút .............................................................................60
Bảng 4. 2. Thời gian sự cố của lưới điện 33 nút .......................................................62
Bảng 4. 3. Bảng so sánh giữa cấu hình ban đầu và cấu hình đề xuất (PSO) ............63
Bảng 4. 4. Bảng so sánh giữa cấu hình ban đầu và cấu hình đề xuất (PSS) .............65


CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU
1.1. Đặt vấn đề
Điện năng là một dạng hàng hóa đặt biệt và giữ vai trị quan trọng trong việc
đảm bảo sự ổn định và phát triển của Kinh tế xã hội, an ninh chính trị của mỗi quốc
gia. Nếu xét về mặt kinh tế, điện năng được cung cấp từ các Công ty Điện lực đến
khách hàng sử dụng điện phải có giá thành rẻ nhất, chất lượng điện phải đảm bảo tốt
nhất. Điều này có ý nghĩa quan trọng và quyết định đến sự tồn tại và phát triển của
các Công ty Điện lực Việt Nam khi tiến hành thị trường hóa ngành điện. Để thực hiện
được mục tiêu này thì các nhà khoa học đã khơng ngừng tìm kiếm và nghiên cứu để
đưa ra các giải pháp mới như tìm kiếm nguồn năng lượng mới như nguồn năng lượng
sạch, năng lượng tái tạo, thiết kế và xây dựng để vận hành lưới điện thơng minh.

Hình 1. 1. Lưới điện phân phối
Bảo đảm chất lượng điện năng để cung cấp dịch vụ điện với chất lượng ngày
càng cao, liên tục, an tồn và hiệu quả ln là mối quan tâm thường xuyên và cấp

Trang 1


thiết đối với Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN). Với định hướng phát triển ngành
điện theo hướng đa dạng hóa sở hữu, hình thành thị trường điện trong nước, trong đó
Nhà nước giữ độc quyền ở khâu truyền tải và chi phối trong khâu sản xuất và phân

phối điện, nâng cao chất lượng cung cấp điện là yếu tố quyết định hàng đầu đối với
các Công ty Điện lực khi tham gia vào thị trường bán buôn điện cạnh tranh.
Ngày nay, trong q trình cơng nghiệp hóa, nhu cầu về độ liên tục cung cấp
điện ngày càng được quan tâm. Nhiều khách hàng sẳn sàng trả các chi phí cao hơn để
có độ tin cậy cung cấp điện tốt hơn. Vì vậy, trong quá trình cấu hình lại lưới điện
phân phối phải nâng cao được độ tin cậy cung cấp điện và đảm bảo các yếu tố kỹ
thuật trong vận hành.
Với đặc thù lưới điện phân phối của Việt Nam, bài tốn tái cấu hình lưới điện
được đề xuất cho cơng tác vận hành nhằm đi tìm một cấu trúc tối ưu cho lưới điện
ứng với từng mục tiêu riêng lẻ hay cùng nhiều mục tiêu khác nhau. Trong mục đích
đi tìm cấu trúc tối ưu của lưới điện phân phối nhằm giảm chi phí vận hành và chi phí
ngừng cung cấp điện và được trình bày trong đề tài này. Tái cấu hình lưới là một
trong nhiều biện pháp thay đổi chế độ vận hành của lưới điện phân phối để đạt được
các mục tiêu như: giảm tổn thất công suất của lưới điện, cải thiện các hệ số tin cậy
của hệ thống, nâng cao khả năng tải của lưới điện hay cải thiện mức cân bằng pha
trên lưới điện phân phối…
Tuy nhiên, với lưới điện phân phối luôn được cải tạo, nâng cấp và hướng tới
thị trường điện cạnh tranh như ở nước ta thì các mục tiêu giảm tổn thất công suất của
lưới, cân bằng pha… trong nhiều trường hợp vận hành lại có thể khơng thật sự hiệu
quả so với mục tiêu nâng độ tin cậy cung cấp điện cho hệ thống thể hiện qua việc cực
tiểu của chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện.
Ngoài nguyên nhân gây mất điện do thiết bị hay lưới, theo thống kê, cịn có
ảnh hưởng của điều kiện môi trường bị ô nhiểm, biến đổi thời tiết theo mùa... Vì vây,
một trong những mục tiêu quan trọng hàng đầu của các Công ty Điện lực là giảm thời
gian ngừng điện do các yếu tố khách quan nêu trên khi thị trường điện bán lẻ được
triển khai.

Trang 2

Lưới điện phân phối là khâu cuối cùng của hệ thống điện, đưa điện năng trực
tiếp đến hộ tiêu dùng. 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. độ tin cậy của
lưới điện phân phối được đánh giá qua nhiều chỉ tiêu khác nhau, trong đó các chỉ tiêu
đánh giá độ tin cậy lưới điện phân phối theo tiêu chuẩn IEEE 1366 hiện nay được sử
dụng phổ biến trên thế giới.
Do đó, đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối bằng các chỉ tiêu theo tiêu
chuẩn IEEE 1366 đối với lưới điện phân phối cụ thể. Việc giảm chi phí vận hành và
chi phí ngừng cung cấp điện trong lưới điện phân phối sẽ mang lại nhiều lợi ích sau:
Về phía cơng ty Điện Lực:
-

Giảm giá thành điện năng do giảm được chi phí bồi thường thiệt hại cho khác
hàng khi ngừng cung cấp điện.

-

Tăng lợi nhuận cho công ty do tăng lượng điện cung cấp cho khách hàng.

-

Tạo ra khả năng cạnh tranh cao cho các Công ty Điện lực trong thị trường điện
đang ngày được thương mại hóa.

-

Ngồi ra, tái cấu hình lưới điện phân phối có xét đến độ tin cậy cung cấp điện sẽ
giảm được tổn hao công suất trên đường dây và giảm được chi phí vận hành.

Về phía khách hàng sử dụng điện:

-

Giảm được chi phí sản xuất, thiệt hai do việc ngừng cung cấp điện.

-

Đảm bảo được kế hoạch sản xuất, sinh hoạt và giải trí trong đời sống con người.
Đặc biệt là có thể tránh được những ảnh hưởng của việc ngừng cung cấp điện đến
con người như sức khỏe và đời sống con người.

Về mặt kinh tế điện:
-

Tạo ra một thị trường điện cạnh tranh lành mạnh.

-

Thúc đẩy sự phát triển nền kinh tế.

-

Tuy nhiên việc cực tiểu chi phí ngừng cung cấp điện hay đánh giá độ tin cậy và
cấu trúc lại lưới điện phân phối là một việc làm khó khăn, phức tạp và có độ chính
xác khơng cao vì những lý do sau:

Trang 3


-

Độ tin cậy của từng phần tử trong lưới điện là một hàm rời rạc và phân bố theo
thời gian.

-

Độ tin cậy của các phần tử trong lưới điện phụ thuộc vào các điều kiện tự nhiên,
vị trí địa lý, khí hậu của khu vực mà lưới điện phân phối đi qua.

-

Các số liệu phục vụ cho việc đánh giá độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân
phối là rất nhiều và được thu nhập lại bằng phương pháp thống kê.
Đối với lưới điện Việt Nam hiện nay thì việc đánh giá độ tin cậy của lưới điện gặp

nhiều khó khăn sau:
-

Thiết bị điện cịn cũ kỷ, lạc hậu và không đồng bộ.

-

Việc thu thập các số liệu trong quá trình vận hành chưa được chú trọng và lưu giữ
cẩn thận.

-

Các hệ thống điều khiển theo thời gian thực như SCADA còn chưa phát triển và
các thiết bị đóng cắt có tải chưa được trang bị nhiều nên việc có một cấu trúc lưới
điện vận hành ổn định và đáng tin cậy là một điều vô cùng cần thiết.

1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là lưới điện phân phối.
- Phạm vi nghiên cứu của đề tài là đánh giá độ tin cậy cung cấp điện của lưới
điện phân phối. Từ đó đưa ra cấu hình lưới hiệu quả cho từng trường hợp cụ thể cũng
như trường hợp lưới điện phân phối theo hàm mục tiêu.
1.3. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
Mục tiêu của luận văn là tìm ra một giải thuật phù hợp cho kết quả đáng tin
cậy trong việc tái cấu trúc điện phân phối có xét đến độ tin cậy cung cấp điện. Luận
văn này giúp chúng ta giải quyết các vấn đề sau:
-

Tìm hiểu các bài toán tái cấu trúc lưới phân phối và các giải thuật đã được áp

dụng.
-

Nghiên cứu về độ tin cậy cung cấp điện, các phương pháp đánh giá và những

yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối.
-

Xây dựng hàm mục tiêu và áp dụng giải thuật tối ưu để tìm ra cấu trúc tối ưu

cho hệ thống lưới điện phân phối nhằm nâng cao chỉ số độ tin cậy cung cấp điện.

Trang 4


-

Kiểm chứng trên một số lưới điện mẫu nhằm đánh giá tính đúng đắn của ý

tưởng đề xuất.
-

Đánh giá lại phương pháp thực hiện, đề xuất những hướng nghiên cứu mới

nhằm phát triển tốt hơn vấn đề cần quan tâm.
1.4. Phương pháp nghiên cứu
Các phương pháp nghiên cứu được triển khai trong chuyên đề này là:
-

Thu thập các thông tin tài liệu có liên quan đến chuyên đề nghiên cứu.

-

Trên cơ sở lý thuyết tính tốn độ tin cậy lưới điện phân phối và các chỉ tiêu độ

tin cậy lưới điện phân phối theo tiêu chuẩn IEEE-1366, xây dựng thuật toán đánh giá
độ tin cậy lưới điện phân phối và áp dụng tính tốn cho lưới điện phân phối huyện
Chợ Mới (sau này).
-

Mơ phỏng trên máy tính thơng qua phần mềm Mattlab, PSS/ADEPT phân tích

kết quả mơ phỏng và đưa ra nhận xét.
1.5. Điểm mới của luận văn
-

Xây dựng được hàm mục tiêu cho bài tốn tái cấu hình lưới phân phối có xét

đến độ tin cậy cung cấp điện.
-

Áp dụng giải thuật PSO kết hợp tiêu chuẩn IEEE-1366 để tìm ra cấu trúc lưới

điện phân phối tối ưu theo hàm mục tiêu đã xây dựng.
-

Đưa ra phương án vận hành tối ưu có thể có cho những trường hợp khác nhau

của lưới điện.
-

Tìm ra được cấu hình nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho hệ thống thể hiện

qua việc cực tiểu tổn thất và cực tiểu thời gian ngừng cung cấp điện trên phần mềm.
1.6. Giá trị thực tiễn của luận văn
-

Xây dựng giải thuật tái cấu hình lưới điện phân phối giảm chi phí vận hành và

chi phí ngừng cung cấp điện được chứng minh bằng lý thuyết lẫn kết quả mơ hình
tính tốn cho thấy một lưới điện có cấu trúc lưới đúng sẽ đưa ra cấu hình lưới điện là
tối ưu nhất có cực tiểu chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện.
-

Luận văn góp phần vào các nghiên cứu liên quan đến các bài tốn tái cấu hình

lưới điện phân phối.

Trang 5


-

Làm tài liệu tham khảo cho công tác nghiên cứu, vận hành lưới điện phân phối

tại đơn vị Điện lực.
1.7. Kết quả dự kiến
Xây dựng thuật tốn tính tốn độ tin cậy lưới điện phân phối và các chỉ tiêu
độ tin cậy lưới điện phân phối (cực tiểu chi phí vận hành và chi phí ngừng cấp điện).
1.8. Tên và bố cục của đề tài
Căn cứ vào mục tiêu, nhiệm vụ và phương pháp nghiên cứu, đề tài được đặt
tên như sau: “tái cấu hình lưới điện phân phối nâng cao các chỉ số độ tin cậy cung cấp
điện”. Bố cục luận văn chia làm 5 chương như sau:
Chương 1: GIỚI THIỆU
Chương 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY LƯỚI PHÂN PHỐI
Chương 3: PHƯƠNG PHÁP ĐỀ XUẤT
Chương 4: MƠ HÌNH MÔ PHỎNG KIỂM CHỨNG KẾT QUẢ
Chương 5: KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO

Trang 6


CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY
LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

2.1. Tổng quan về lưới phân phối
2.1.1. Định nghĩa và phân loại
Lưới phân phối điện là một bộ phận của hệ thống điện làm nhiệm vụ phân phối
điện năng từ các trạm trung gian, các trạm khu vực hay thanh cái của nhà máy điện
cấp điện cho phụ tải.
Nhiệm vụ của lưới phân phối là cấp điện cho phụ tải đảm bảo độ tin cậy cung
cấp điện và chất lượng điện năng trong giới hạn cho phép. Tuy nhiên do điều kiện
kinh tế và kỹ thuật, độ tin cậy của lưới phân phối cao hay thấp phụ thuộc vào yêu cầu
của phụ tải và chất lượng của lưới điện phân phối.
Lưới phân phối gồm lưới trung áp và lưới hạ áp. Cấp điện áp thường dùng
trong lưới phân phối trung áp là 6, 10, 15, 22 và 35kV. Cấp điện áp thường dùng
trong lưới phân phối hạ áp là 380/220V hay 220/110V.
Người ta thường phân loại lưới phân phối theo 3 dạng:
-

Theo đối tượng và địa bàn phục vụ: Gồm có lưới phân phối thành thị, lưới

phân phối nông thôn và lưới phân phối xí nghiệp.
-

Theo thiết bị dẫn điện: Gồm có lưới phân phối trên khơng và lưới phân

phối cáp ngầm.
-

Theo cấu trúc hình dáng: Gồm có lưới phân phối hở (hình tia) có phân

đoạn, khơng phân đoạn; Lưới phân phối kín vận hành hở và hệ thống phân phối điện.
Để làm cơ sở xây dựng cấu trúc lưới phân phối về mọi mặt cũng như trong
quy hoạch và vận hành người ta đưa ra các chỉ tiêu đánh giá chất lượng lưới phân

phối trên 3 lĩnh vực đó là sự phục vụ đối với khách hàng, ảnh hưởng tới môi trường
và hiệu quả kinh tế đối với các đơn vị cung cấp điện.
Các tiêu chuẩn đánh giá như sau:

Trang 7


-

Chất lượng điện áp.

-

Độ tin cậy cung cấp điện.

-

Hiệu quả kinh tế (giá thành tải điện nhỏ nhất).

-

Độ an toàn (an toàn cho người, thiết bị phân phối, nguy cơ hoả hoạn).

-

Ảnh hưởng đến môi trường (cảnh quan, môi sinh, ảnh hưởng đến đường

dây thông tin).
Trong các tiêu chuẩn trên, tiêu chuẩn thứ nhất và thứ hai liên quan trực tiếp
đến điện năng gọi chung là chất lượng phục vụ của lưới điện phân phối.

2.1.2. Phần tử của lưới điện phân phối
Các phần tử của lưới điện phân phối bao gồm:
-

Máy biến áp trung gian và máy biến áp phân phối.

-

Thiết bị dẫn điện: đường dây điện (dây dẫn và phụ kiện).

-

Thiết bị đóng cắt và bảo vệ: Máy cắt, dao cách ly, cầu chì, chống sét van,

áp tơ mát, hệ thống bảo vệ rơ le, giảm dòng ngắn mạch.
-

Thiết bị điều chỉnh điện áp: Thiết bị điều áp dưới tải, thiết bị thay đổi đầu

phân áp ngoài tải, tụ bù ngang, tụ bù dọc, thiết bị đối xứng hóa, thiết bị lọc sóng hài
bậc cao.
-

Thiết bị đo lường: Cơng tơ đo điện năng tác dụng, điện năng phản kháng,

đồng hồ đo điện áp và dòng điện, thiết bị truyền thông tin đo lường...
-

Thiết bị giảm tổn thất điện năng: Tụ bù.

-

Thiết bị nâng cao độ tin cậy: Thiết bị tự động đóng lại, thiết bị tự đóng

nguồn dự trữ, máy cắt hoặc dao cách ly phân đoạn, các khớp nối dễ tháo trên đường
dây, kháng điện hạn chế ngắn mạch...
-

Thiết bị điều khiển từ xa hoặc tự động: Máy tính điện tử, thiết bị đo xa,

thiết bị truyền, thu và xử lý thông tin, thiết bị điều khiển xa...
Mỗi phần tử trên lưới điện đều có các thơng số đặc trưng (công suất, điện áp
định mức, tiết diện dây dẫn, điện kháng, điện dung, dòng điện cho phép, tần số định
mức, khả năng đóng cắt...) được chọn trên cơ sở tính tốn kỹ thuật.

Trang 8


Những phần tử có dịng cơng suất đi qua (máy biến áp, dây dẫn, thiết bị đóng
cắt, máy biến dịng, tụ bù...) thì thơng số của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến thơng số
chế độ (điện áp, dịng điện, cơng suất) nên được dùng để tính tốn chế độ làm việc
của lưới điện phân phối.
Nói chung các phần tử chỉ có 2 trạng thái: Làm việc và khơng làm việc. Một
số ít phần tử có nhiều trạng thái như: Hệ thống điều áp, tụ bù có điều khiển, mỗi trạng
thái ứng với một khả năng làm việc.
Một số phần tử có thể thay đổi trạng thái trong khi mang điện (dưới tải) như:
Máy cắt, áp tô mát, các thiết bị điều chỉnh dưới tải. Một số khác có thể thay đổi khi
cắt điện như: Dao cách ly, đầu phân áp cố định. Máy biến áp và đường dây nhờ các
máy cắt có thể thay đổi trạng thái dưới tải. Nhờ các thiết bị phân đoạn, đường dây
điện được chia thành nhiều phần của hệ thống điện.

Không phải lúc nào các phần tử của lưới phân phối cũng tham gia vận hành,
một số phần tử có thể nghỉ vì lý do sự cố hoặc lý do kỹ thuật, kinh tế khác. Ví dụ tụ
bù có thể bị cắt lúc phụ tải thấp để giữ điện áp, một số phần tử lưới không làm việc
để lưới phân phối vận hành hở theo điều kiện tổn thất cơng suất nhỏ nhất.

Hình 2. 1. Vị trí và vai trị của lưới điện phân phối

Trang 9


Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống điện mơ tả vị trí và nhiệm vụ của lưới điện phân phối
trong hệ thống điện từ khâu phát điện, trạm biến áp tăng áp, truyền tải, trạm biến áp
trung gian, lưới điện phân phối và cuối cùng là lưới cung cấp điện.
2.1.3. Tiêu chuẩn chất lượng lưới phân phối
Hiện nay, nhiều nước trên thế giới đánh giá độ tin cậy lưới điện phân phối
thông qua các chỉ tiêu độ tin cậy theo tiêu chuẩn IEEE 1366: Luật về lưới điện phân
phối của Philipin; Luật về lưới điện phân phối của Úc; các nước như Mỹ, Thái Lan,
Malaysia... đều sử dụng các tiêu chuẩn này.
Ở nước ta, Bộ Công Thương đã ban hành Thông tư số 39/2015/TT-BCT ngày
18/11/2015 quy định hệ thống điện phân phối. Các tiêu chuẩn vận hành lưới phân
phối theo thông tư này cũng sử dụng các chỉ tiêu độ tin cậy theo tiêu chuẩn IEEE
1366. Hàng năm, Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) có trách nhiệm tống hợp các
tính toán độ tin cậy cho năm tiếp theo của các Đơn vị phân phối điện để trình Cục
Điều tiết điện lực xem xét, phê duyệt. Trên cơ sở các chỉ tiêu độ tin cậy lưới phân
phối do Cục Điều tiết Điện lực phê duyệt cho từng Đơn vị phân phối, các Đơn vị phân
phối tính tốn giá phân phối điện cho Đơn vị mình.
Yêu cầu đặt ra khi thiết kế, vận hành lưới điện phân phối là làm thế nào để
cung cấp năng lượng điện đến khách hàng liên tục, chất lượng và đảm bảo tính hợp
lý nhất về kinh tế của hệ thống và thiết bị. Các yêu cầu đó thể hiện trong các tiêu
chuẩn cụ thể sau: Tiêu chuẩn kỹ thuật, tiêu chuẩn độ tin cậy, tiêu chuẩn tổn thất điện

năng, tiêu chuẩn chất lượng dịch vụ.
Trong vận hành, lưới phân phối được đánh giá thường xuyên dựa trên tính tốn
các chỉ tiêu chất lượng. Từ đó thực hiện các biện pháp làm tăng chất lượng làm việc
của lưới phân phối hoặc kịp thời sửa chữa cải tạo lưới sao cho các chỉ tiêu chất lượng
không vượt ra khỏi giá trị cho phép. Các tiêu chuẩn chất lượng còn dùng để đánh giá
hiệu quả của hệ thống quản lý vận hành lưới phân phối như tổ chức sửa chữa định kỳ,
bảo quản thiết bị, khắc phục sự cố, dự trữ thiết bị…
2.1.4. Đặc điểm của lưới điện phân phối

Trang 10


Lưới phân phối có tầm quan trọng cũng như có ảnh hưởng lớn đến chỉ tiêu
kinh tế, kỹ thuật của hệ thống điện như:
-

Trực tiếp cấp điện và đảm bảo chất lượng điện năng cho phụ tải (chủ yếu

là điện áp).
-

Giữ vai trò rất quan trọng trong đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho phụ

tải. Thời gian ngừng cấp điện cho phụ tải trong một năm do các nguyên nhân khác
nhau được thống kê như sau:
Lưới điện phân phối bao gồm các TBA (Trạm biến áp) và đường dây tải điện,
trực tiếp cung cấp điện năng cho các hộ tiêu thụ. Lưới điện phân phối thực hiện nhiệm
vụ phân phối điện cho một địa phương (một thành phố, quận, huyện. . .) có bán kính
cung cấp điện nhỏ hơn 50 km, tuy nhiên thực tế hiện nay bán kính cấp điện có khu
vực có thể lên đến 100 km. Tổng chiều dài và số lượng máy biến áp chiếm tỷ lệ lớn

trong toàn hệ thống, số lượng lộ ra, nhánh rẽ lớn hơn 5 – 7 lần lưới điện truyền tải.
Đường dây tuy có bán kính cấp điện ngắn nhưng cấu trúc phức tạp.

Hình 2. 2. Sơ đồ nguyên lý lưới điện phân phối điển hình

Trang 11


Lưới điện phân phối nhận điện từ các các trạm phân phối khu vực gồm: Trạm
110/35-22-15-10-6 kV. Hiện nay lưới điện phân phối của Việt Nam đang quy dần về
cấp điện áp 22 kV, và một số cấp điện áp 35 kV. Hoặc một số trạm trung gian 35/2215-10-6 kV. Phương thức cung cấp điện của lưới điện phân phối: Phân phối theo một
cấp trung áp. Trạm phân phối có thể là các trạm nâng áp của các nhà máy điện phân
tán, hoặc trạm phân phối khu vực dạng CA/TA (110/35-22-15-10-6 kV)

Hình 2. 3. Sơ đồ khối hệ thống điện

Trang 12


Bảng 2. 1. Thời gian ngừng điện của phụ tải trong một năm
Phần tử hệ thống điện

Thời gian ngừng điện (phút) Tỷ lệ (%)

Hệ thống phát và truyền tải

02,8

02,9

Lưới điện phân phối trung áp

67,8

69,0

Lưới điện hạ áp

11,5

11,9

Tự khử hỏng hóc

15,7

16,2

Thời gian ngừng điện của lưới phân phối trung áp chiếm tỷ lệ cao nhất (69%),
đồng nghĩa lượng điện năng không cung cấp được cũng ít nhiều ảnh hưởng rất lớn
đến các hoạt động kinh tế xã hội.
-

Chi phí đầu tư xây dựng lưới phân phối chiếm tỷ lệ lớn khoảng 50% của

hệ thống điện (35% cho nguồn điện, 15% cho lưới hệ thống và lưới truyền tải).
-

Tổn thất điện năng trong lưới phân phối lớn gấp 2-3 lần lưới truyền tải và

chiếm (65-70) % tổn thất toàn hệ thống.
-

Lưới phân phối gần với người sử dụng điện do đó vấn đề an tồn điện cũng

rất quan trọng.
Tóm lại, do tầm quan trọng của lưới điện phân phối nên lưới phân phối được
quan tâm nhiều nhất trong quy hoạch cũng như vận hành. Các tiến bộ khoa học thường
được áp dụng vào việc điều khiển vận hành lưới phân phối trung áp. Sự quan tâm đến
lưới phân phối trung áp còn được thể hiện trong tỷ lệ rất lớn các công trình nghiên
cứu khoa học được cơng bố trên các tạp chí khoa học.
2.2. Độ tin cậy trong lưới điện phân phối
2.2.1. Các khái niệm về độ tin cậy
Độ tin cậy là xác suất để hệ thống (hoặc phần tử) hoàn thành nhiệm vụ yêu
cầu trong khoảng thời gian nhất định và trong điều kiện vận hành nhất định.
Như vậy độ tin cậy ln gắn với việc hồn thành một nhiệm vụ cụ thể, trong
một thời gian nhất định và trong một hồn cảnh nhất định.
Mức đo độ tin cậy ln gắn với việc hoàn thành nhiệm vụ trong khoảng thời
gian xác định và xác suất này được gọi là độ tin cậy của hệ thống hay phần tử.

Trang 13


Đối với hệ thống hay phần tử không phục hồi, xác suất là đại lượng thống kê,
do đó độ tin cậy là khái niệm có tính thống kê từ kinh nghiệm làm việc trong quá khứ
của hệ thống hay phần tử.
Đối với hệ thống hay phần tử phục hồi như hệ thống điện và các phần tử của
nó, khái niệm khoảng thời gian khơng có ý nghĩa bắt buộc, vì hệ thống làm việc liên
tục. Do đó độ tin cậy được đo bởi đại lượng thích hợp hơn, đó là độ sẵn sàng.
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. Độ sẵn sàng cũng là xác suất để hệ thống
ở trạng thái tốt trong thời điểm bất kỳ và được tính bằng tỷ số giữa thời gian hệ thống
ở trạng thái tốt và tổng thời gian hoạt động.
Ngược lại với độ sẵn sàng là độ khơng sẵn sàng, nó là xác suất để hệ thống
hoặc phần tử ở trạng thái hỏng.
Do độ tin cậy của hệ thống nguồn phát và truyền tải ảnh hưởng lớn đến an toàn
vận hành của hệ thống điện nên luôn được nhiều sự quan tâm và đầu tư hơn so với
độ tin cậy của lưới điện phân phối. Tuy nhiên, độ tin cậy của lưới điện phân phối lại
ảnh hưởng trực tiếp đến việc cung cấp điện cho khách hàng chính là mục đích cuối
cùng của việc kinh doanh điện năng.
Theo quy định của Bộ Công thương chỉ tiêu suất sự cố thoáng qua và kéo dài
đối với các loại sự cố đường dây và trạm biến áp. Sự cố thoáng qua được quy định
khi thời gian ngừng cấp điện do sự cố không quá 5 phút. Sự cố kéo dài được quy định
khi thời gian ngừng cấp điện do sự cố từ 5 phút trở lên.

Hình 2. 4. Thiết bị báo sự cố trên lưới điện hình tia

Trang 14


2.2.2. Đặc điểm
Mạng phân phối thường vận hành hình tia, khi một phần tử bị cắt ra dẫn đến
ngừng cung cấp điện cho phụ tải. để nhận biết tần suất ngừng cung cấp điện người ta
chỉ tính tổng cường độ hỏng hóc của tất cả các phần tử nối tiếp từ điểm nút cung cấp
nguồn đến nút phụ tải. Đối với mạng vận hành song song vịng hoặc lưới thì việc tính
tốn tần suất ngừng cung cấp điện gặp khó khăn hơn nhiều. Vấn đề chính cần quan
tâm về độ tin cậy trong mạng phân phối là khoảng thời gian mất điện, thời gian phục
hồi, phí tổn do ngừng cung cấp điện tăng khơng tuyến tính theo khoảng thời gian mất
điện. Hàm phân bố xắc suất của thời gian mất điện ảnh hưởng rất lớn đến phí tổn gây
ra. Lưu ý rằng thời gian phục hồi cung cấp điện phụ thuộc vào vị trí trong mạng điện,

do đó phí tổn ngừng cung cấp điện khác nhau đáng kể theo các vị trí khác nhau trong
mạng điện phân phối.
Việc tính tốn độ tin cậy trong mạng phân phối thường giả thiết nguồn cung
cấp có độ tin cậy tuyệt đối. Điều này khơng hồn tồn đúng thực tế, nguồn cung cấp
có thể bị mất điện. Trong trường hợp này cần thiết tính đến việc thay đổi nguồn cung
cấp. Phương pháp kỹ thuật tính tốn của mạng truyền tải có thể sử dụng cho mạng
phân phối.
Thiết kế và vận hành mạng điện như thế nào để cung cấp năng lượng điện đến
khách hàng liên tục, chất lượng và đảm bảo tính chất hợp lý nhất về kinh tế của hệ
thống và thiết bị. Cung cấp điện liên tục có nghĩa là phục vụ nhu cầu tiêu thụ điện
của khách hàng bao gồm sự an toàn cho người và thiết bị. Cung cấp chất lượng điện
liên quan đến yêu cầu về điện áp ổn định và thời hạn dao động tần số.
Để đảm bảo tin cậy cung cấp điện cho khách hàng, mạng điện phải có độ tin
cậy trong hệ thống để tránh những tình trạng cắt những phần tử gây nên mất điện,
dẫn đến tổn thất trong thương mại, dịch vụ và phúc lợi. Cần thiết tính chi phí để nâng
cao độ tin cậy cung cấp điện và phí tổn mất điện kỳ vọng.
Chi phí để nâng cao độ tin cậy được sử dụng như một yêu cầu hay một tiêu
chuẩn đánh giá tổng quát. Phân tích tính kinh tế của độ tin cậy hệ thống là một công

Trang 15


cụ quy hoạch hữu ích trong việc cải thiện độ tin cậy nhằm tìm giá trị hợp lý cần đầu
tư vào hệ thống.
Kinh nghiệm cho thấy rằng việc mất điện trong lưới điện phân phối là do sự
ảnh hưởng của các yếu tố tự nhên như: sét, mưa, gió... Những nguyên nhân khác là
do vật liệu xuống cấp, thiết bị hỏng hóc hoặc con người thao tác nhầm. Nguy hiểm
nhất là để mất điện kéo dài trên lưới phân phối do mưa bão, lốc xoáy. Trong nhiều
trường hợp việc phục hồi cung cấp điện rất khó khăn trong khu vực rộng lớn.

Hình 2. 5. Đường cong chi phí về phí tổn mất điện kỳ vọng
khi tăng độ tin cậy của hệ thống.
2.3. Khái niệm về trạng thái và hỏng hóc của hệ thống điện
Trạng thái và hỏng hóc của hệ thống điện: Trạng thái của hệ thống điện là tổ
hợp các trạng thái của tất cả các phần tử (PT) tạo nên nó. Nếu giả thiết các PT trong
hệ thống điện là độc lập thì xác suất trạng thái của hệ thống (HT) chính là tích xác
suất của các PT.
2.4. Bài toán độ tin cậy

Trang 16


Nội dung bài tốn giải tích độ tin cậy (ĐTC) là tính các chỉ tiêu ĐTC của một
bộ phận nào đó của hệ thống điện từ các thơng số ĐTC của các phụ tải của nó. Trong
đó, các chỉ tiêu ĐTC bao giờ cũng gắn liền với tiêu chuẩn hỏng hóc nào đó do người
phân tích ĐTC đặt ra (ví dụ như tiêu chuẩn ĐTC của lưới điện có thể là thời gian phụ
tải mất điện, điện áp thấp hơn giá trị cho phép…). Các yếu tố đầu vào chính là các
yếu tố ảnh hưởng ĐTC hệ thống điện. Việc tính đến tất cả các yếu tố là rất phức tạp
nên tùy theo từng phương pháp tính mà một số yếu tố được bỏ qua hoặc đơn giản
hóa.
2.5. Một số phương pháp đánh giá độ tin cậy
2.5.1. Phương pháp đồ thị - giải tích
Phương pháp này xây dựng mối quan hệ trực tiếp giữa ĐTC của hệ thống với
ĐTC của các PT đã biết thông qua việc lập sơ đồ ĐTC, áp dụng phương pháp giải
tích bằng đại số Boole và lý thuyết xác suất các tập hợp để tính toán ĐTC. Sơ đồ ĐTC
bao gồm nút và nhánh tạo thành mạng lưới nối liền nút nguồn và nút tải của sơ đồ.
Trạng thái hỏng của hệ thống là khi nút nguồn bị tách rời với nút tải do hỏng hóc PT.
Phương pháp này bao gồm việc lập sơ đồ độ tin cậy và áp dụng phương pháp
giải tích bằng đại số Boole, lý thuyết xác suất thống kê, tập hợp để tính tốn độ tin
cậy.

Sơ đồ độ tin cậy của hệ thống được xây dựng trên cơ sở phân tích ảnh hưởng
của hư hỏng phần tử đến hư hỏng hệ thống. Sơ đồ độ tin cậy bao gồm các nút (nguồn,
tải, trung gian) và các nhánh. Nút và nhánh tạo thành mạng lưới nối nút nguồn và nút
tải của sơ đồ. Trạng thái hoạt động của hệ thống là trạng thái có ít nhất một đường
nối từ nút nguồn đến nút tải. Khi nút nguồn và nút tải bị tách rời do hỏng các phần tử
thì hệ thống ở trạng thái hỏng. Các dạng sơ đồ độ tin cậy như sau:

Hình 2. 6. Sơ đồ nối tiếp và sơ đồ song song

Trang 17