Ảnh hưởng của nguồn phân tán tới độ tin cậy cung cấp điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN VIỆT ANH ẢNH HƢỞNG CỦA NGUỒN PHÂN TÁN TỚI ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN CHUYÊN NGÀNH: HỆ THỐNG ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HỆ THỐNG ĐIỆN NGƢỜI HƢỚNG DẪN: TS LÊ VIỆT TIẾN Hà Nội – 2015 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU CHƢƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Hệ thống điện 1.1.1 Đặc điểm hoạt động hệ thống điện 10 1.1.2 Nhiệm vụ tổ chức hệ thống vận hành 11 1.1.3 Độ tin cậy cung cấp điện 13 1.2 Đánh giá độ tin cậy cung cấp điện .15 1.3 Nguồn điện phân tán 16 CHƢƠNG II 17 ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN KHI CÓ NGUỒN PHÂN TÁN 17 2.1 Nguồn phân tán .17 2.1.1 Các loại nguồn phân tán 18 2.1.2 Vận hành nguồn phân tán 22 2.1.3 Vị trí đặt nguồn phân tán 23 2.1.4 Ảnh hưởng nguồn phân tán .23 2.2 Đánh giá độ tin cậy .24 2.2.1 Phương pháp phân tích 25 2.2.2 Phương pháp mô Monte Carlo 26 2.2.3 Độ tin cậy hệ thống độ tin cậy nút tải 26 2.3 Mô hình hóa hệ thống phân phối 27 2.3.1 Mô hình hóa thiết bị 30 2.3.2 Mô hình hóa hệ thống .33 2.3.3 Cấu trúc hệ thống hình tia 33 2.4 Áp dụng phƣơng pháp phân tích đánh giá hệ thống 35 2.5 Áp dụng phƣơng pháp mô Monte Carlo 41 2.5.1 Lịch sử hoạt động nhân tạo 42 2.5.2 Phản ứng hệ thống .43 2.5.3 Sự điều chỉnh hệ thống .44 2.5.4 Nguồn phân tán 45 2.5.5 Đánh giá độ tin cậy 45 CHƢƠNG III 47 ÁP DỤNG CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VÀ MONTE CARLO TÍNH TOÁN CÁC CHỈ SỐ ĐỘ TIN CẬY CỦA LƢỚI KHI CÓ SỰ KẾT NỐI VỚI NGUỒN PHÂN TÁN 47 3.1 Lƣới 34 nút IEEE 48 3.2 Kết từ phƣơng pháp phân tích .50 3.3 Kết từ phƣơng pháp Monte Carlo .54 3.4 So sánh hai phƣơng pháp .57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59 Kết luận 59 Kiến nghị .59 Tài liệu tham khảo 61 Phụ Lục 62 LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan nội dung viết luận văn công trình tác giả tổng hợp nghiên cứu hướng dẫn TS Lê Việt Tiến, chép bất hợp pháp từ luận văn người khác Nếu sai tác giả xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Hà Nội, ngày 15 tháng 10 năm 2015 Tác giả luận văn Nguyễn Việt Anh DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Giá trị đỉnh, trung bình số lượng khách hàng nút tải 29 Bảng 2.2 Cường độ hỏng hóc ngừng điện kế hoạch 32 Bảng 2.3 Thời gian phục hồi cố trung bình 32 Bảng 3.1 Thông tin số lượng khách hàng nút thuộc lưới 48 Bảng 3.2 Thông số đường dây 49 Bảng 3.3 Kết từ phương pháp phân tích 52 Bảng 3.4 Kết từ phương pháp phân tích với cường độ hỏng hóc ngẫu nhiên 52 Bảng 3.5 So sánh kết sử dụng hai phương pháp phân tích MonteCarlo 58 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ điển hình trạm phân phối 10 Hình 1.2 Sơ đồ phân cấp hệ thống điều độ 13 Hình 2.1 Trữ lượng ước tính nguyên liệu hóa thạch 17 Hình 2.2 Biểu đồ dự đoán nhu cầu sử dụng điện .18 Hình 2.3 Cánh đồng gió Bình Thuận .19 Hình 2.4 Các pin mặt trời 22 Hình 2.5 Hệ thống dùng để đánh giá điều chỉnh lại từ sơ đồ 34 nút IEEE 29 Hình 2.6 Đồ thị thể cường độ hỏng hóc thiết bị 31 Hình 2.7 Lần theo nút để cô lập vùng cố 34 Hình 2.8 Cô lập vùng cố theo khu vực 35 Hình 2.9 Phản ứng hệ thống phẩn tử số gặp cố 37 Hình 2.10 Phản ứng hệ thống thiết bị số 67 gặp cố 40 Hình 2.11 Lịch sử hoạt động thiết bị 43 Hình 2.12 Phản ứng hệ thống thiết bị số 3,28 40 gặp cố 44 Hình 3.1 Sơ đồ lưới 34 nút IEEE .48 Hình 3.2 Lưu đồ thuật toán cho phương pháp phân tích 51 Hình 3.3 Lưu đồ thuật toán cho phương pháp phân tích với cường độ hỏng hóc ngẫu nhiên 53 Hình 3.4 Lưu đồ thuật toán cho phương pháp Monte Carlo 55 Hình 3.5 Chỉ số SAIFI trường hợp .56 Hình 3.6 Chỉ số SAIDI trường hợp .57 MỞ ĐẦU 1.Lý chọn đề tài Điện dạng lượng có ảnh hưởng lớn đến sản xuất, sinh hoạt toàn xã hội Ngày xã hội phát triển kéo theo nhu cầu tiêu thụ điện gia tăng, độ tin cậy cung cấp điện phải nâng cao để phù hợp với nhu cầu Tuy nhiên lượng cung ứng điện (chủ yếu từ thuỷ điện nhiệt điện) không phát triển kịp Điều khiến cho hệ thống tình trạng thiếu điện cung cấp cho phụ tải Để cải thiện việc này, vấn đề đặt phải phát triển hệ thống nguồn lượng điện khác lượng hoá thạch ngày cạn kiệt Việc sử dụng nguồn điện chỗ (thuỷ điện nhỏ, cực nhỏ, pin mặt trời, gió ) huy động để chiếm tỷ trọng đáng kể hệ thống nguồn cấp Thêm vào nguồn phân tán ngày áp dụng nhiều hệ thống lưới phân phối vì: - Nguồn lượng hoá thạch ngày cạn kiệt ý thức bảo vệ môi trường người dân ngày tăng lên - Nhu cầu phụ tải phát triển nhanh việc xây dựng nguồn phát truyền thống công suất lớn cần nhiều thời gian - Nhà cung cấp sử dụng nguồn phân tán để giảm áp lực đầu tư tái tạo lưới điện, giảm chi phí nhiên liệu, chi phí vận hành - Khách hàng sử dụng nguồn phân tán để giảm bớt gánh nặng công suất vào cao điểm, giảm tổn hao mạng, cải thiện chất lượng điện năng, tăng cường độ tin cậy thân thiện với môi trường Nhận thấy xu hướng sử dụng nguồn phân tán thiết yếu nên tác giả chọn đề tài “Ảnh hưởng nguồn phân tán tới độ tin cậy cung cấp điện” 2.Lịch sử nghiên cứu Hiện với xu phát triển xã hội, nhu cầu sử dụng điện xã hội ngày tăng cao Bên cạnh gia tăng phụ tải, yêu cầu chất lượng điện, dịch vụ cung cấp điện đòi hỏi cao Trong độ tin cậy cung cấp điện tiêu quang trọng để đánh giá chất lượng phục vụ khách hàng nghành điện Do việc nâng cao độ tin cậy cung câp điện vấn đề quan tâm Khi mà nguồn nhiên liệu hóa thạch dần càn kiệt, việc cải tạo nâng cấp hệ thống cung cấp điện cũ gặp nhiều khó khăn, việc nghiên cứu đưa vào sử dụng nguồn điện phân tán nhằm tăng độ tin cậy cung cấp điện giải pháp 3.Mục đích nghiên cứu Luận văn tập trung vào việc nghiên cứu “Ảnh hưởng nguồn phân tán tới độ tin cậy cung cấp điện” nhằm đánh giá độ tin cậy hệ thống phân phối thay đổi có nguồn phân tán tích hợp vào lưới, cụ thể so sánh số độ tin cậy lưới : thời gian gián đoạn cung cấp điện cho phụ tải (SAIFI), thời gian điện trung bình hệ thống (SAIDI) có nguồn phân tán hệ thống Và đối tượng đưa vào để áp dụng tính toán luận văn sơ đồ biến thể tử lưới IEEE 34 nút 4.Nội dung luận văn gồm phần sau: Chương I Giới thiệu chung Chương II Đánh giá độ tin cậy cung cấp điện có nguồn phân tán Chương III Áp dụng phương pháp phân tích Monte Carlo tính toán số độ tin cậy lưới có kêt nối với nguồn phân tán Kết luận kiến nghị Phƣơng pháp nghiên cứu Luận văn sử dụng hai phương pháp là: phân tích Monte Carlo để tính toán số độ tin cậy SAIFI SAIDI hệ thống có nguồn phân tán Các bước tính toán, đưa kết thực thông qua phần mềm MATLAB Luận văn hoàn thành hướng dẫn tận tình thầy giáo hướng dẫn - TS Lê Việt Tiến, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo hướng dẫn với thầy cô thuộc Bộ môn Hệ thống điện Viện Điện - Đại học Bách khoa Hà Nội giúp đỡ, tạo điều kiện để tác giá hoàn thành luận văn Mặc dù thân cố gắng, song khả thời gian có giới hạn, nên luận văn không tránh khỏi thiếu sót Mong nhận góp ý từ thầy cô bạn để luận văn hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn ! CHƢƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Hệ thống điện Hệ thống điện đóng vai trò quan trọng phát triển kinh tế quốc gia sở hạ tầng quan trọng kinh tế quốc dân Nó có vai trò sản xuất, truyền tải, phân phối cung cấp điện nhằm đảm bảo trì cho hoạt động sản xuất, sinh hoạt Điện không đóng vai trò lớn kinh tế, mà ảnh hưởng tới lối sống khách hàng Những hoạt động thường ngày quốc gia bị trì hoãn nguồn điện Hệ thống điện bao gồm nhà máy điện, trạm biến áp, đường dây tải điện thiết bị khác ( thiết bị điều khiển, tụ bù, thiết bị bảo vệ…) nối liền với thành hệ thống làm nhiệm vụ sản xuất, truyền tải phân phối điện Điện sản xuất từ thủy loại nguyên liệu sơ cấp (than đá, dầu, khí đốt, nguyên liệu hạt nhân…) nhà máy điện (thủy điện, nhiệt điện, điện nguyên tử…) Từ nhà máy điện, điện tải nới tiêu thụ với đường dây cao áp (110 500 kV) Đến trạm biến áp địa phương khu vực, điện áp giảm xuống để đưa đến trạm biến áp phân phối máy biến áp khách hàng đường dây trung áp có cấp điện áp - 10 - 22 - 35 kV Qua trạm phân phối hạ áp điện áp hạ xuống 0.4kV cung cấp trực tiếp tới hộ tiêu thụ Hình 1.1 sơ đồ trạm phân phối Tài liệu tham khảo Trần Bách (2008), Lưới Điện Hệ Thống Điện - Tập 1, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Trần Bách (2008), Lưới Điện Hệ Thống Điện - Tập 2, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Richard E.Brown (2009), Electric Power Distribution Reliability-second edition, CRC Press, Boca Raton Nura Nubee Sabir (2008), The effect of Distributed Generation on Distribution System Reliability- Master of Science Thesis, The University os Tennessee, Knoxville 61 Phụ Lục Mathlab code sử dụng luận văn : %Thiết lập số khách hàng nút tải; customer=[0;0;0;0;0; 10;0;0;0;0; 0;68;0;30;0; 0;0;33;0;0; 0;5;0;34;0; 0;0;0;15;0; 0;0;16;0;0; 0;0;3;0;0;0; 0;0;23;0;10; 0;0;11;0;0; 2.5;0;0;0;17; 0;0;0;7; 0; 0;0;8;0;0;0;0;0]'; %Tính tổng số lượng khách hàng t_cust=0; for n=1:length(customer) t_cust=t_cust +customer(n); end %MTTR & FR (thiết liệu số liệu thời gian sửa chữa trung bình cường độ hỏng hóc thiết bị); MTTR=[0;0;5;6;2 ;8;7;6;0;2; 62 4;4;5;3;6; 4;8;7;2;0; 6;6;4;1;2; 4;2;3;6;5; 3;4;5;2;0; 4;6;8;6;3; 7;5;2;6;3; 4;2;3;4;0; 6;3;7;4;2; 5;6;3;4;6; 0;4;2;1;6; 5;3;0;0]'; fr=[0;0.0;0.015;0.06;0.09; 0.018;0.017;0.036;0;0.02; 0.014;0.014;0.035;0.03;0.06; 0.09;0.08;0.027;0.02;0.0; 0.026;0.06;0.07;0.011;0.02; 0.034;0.012; 0.03;0.016;0.025; 0.03;0.04;0.05;0.032;0.0; 0.04;0.036;0.038;0.056;0.063; 0.017;0.025;0.032;0.016;0.033; 0.057;0.042;0.03;0.014;0.0; 0.036;0.022;0.025;0.036;0.033; 0.024;0.006;0.004;0.024;0.032; 0.0;0.006;0.045;0.063;0.054; 0.088;0.079;0.0;0]'; % no big failure rate of 0.27*100=27 fr=fr*100; 63 %Thiết lập thời gian time=8760; %Thiết lập vị trí máy cắt breaker=zeros(1,length(Customer)); breaker(2)=1; breaker(9)=1; breaker(20)=1; breaker(50)=1; breaker(61)=1; breaker(68)=1; %Xac dinh vi tri cac nut tai F1=[0;0;0;0;0; 1;0;0;0;0; 0;1;0;1;0; 0;0;1;0;0; 0;1;0;1;0; 0;0;0;1;0; 0;0;1;0;0; 0;0;1;0;0; 0;0;0;1;0; 1;0;0;1;0; 0;1;0;0;0; 1;0;0;0;1; 0;0;0;1;0; 0;0;0;0]'; LF=find(F1==1); 64 %Lấy biểu đồ phụ tải có sẵn tỉ lệ thành 16 biểu đồ phụ tải tương ứng cho 16 nút tải [load1] = xlsread('C:\Users\VietAnh\Desktop\Load_4Areas','c2:f8761'); load1(:,1)=load1(:,1)*.1; for t=1:length(load1(1,:)) num(:,t)=load1(:,t)/2; end round(num); load=[load1 num]; for t=1:length(load1(1,:)) num1(:,t)=load1(:,t)/3; end round(num1); load=[load1 num num1]; for t=1:length(load1(1,:)) num2(:,t)=load1(:,t)/4; end round(num2); load=[load1 num num1 num2]; load(1:length(LF)); for s=1:length(load(1,:)) t(s)=mean(load(:,s)); end for s=1:length(load(1,:)) y(s)=mean(load(:,s)); end avg=t; peak=max(load(:,:)); 65 %Tìm giá trị trung bình đỉnh nút tải for s=1:length(load(1,:)) avg(s)=mean(load(:,s)); end avg; peak=max(load(:,:)); %Vẽ đồ thị phụ tải figure(1) plot([1:time],load) % Xác định số lượng khác hàng bị ảnh hưởng có thiết bị gặp cố trường hợp nguồn phân tán điều chỉnh phục hồi eff_cust=zeros(1,length(Customer)); eff_cust(3:8)=sum(customer(1:35)); eff_cust(10:19)=sum(customer(10:35)); eff_cust(21:34)=sum(customer(21:35)); eff_cust(36:49)=sum(customer(36:49)); eff_cust(51:60)=sum(customer(36:60)); eff_cust(62:67)=sum(customer(36:69)); % Xác định số lượng khác hàng bị ảnh hưởng có thiết bị gặp cố trường hợp nguồn phân tán có điều chỉnh phục hồi eff_cust_reconfig=zeros(1,length(Customer)); eff_cust_reconfig(3:8)=sum(customer(1:20)); eff_cust_reconfig(10:19)=sum(customer(10:20)); eff_cust_reconfig(21:34)=sum(customer(21:35)); eff_cust_reconfig(36:49)=sum(customer(36:49)); eff_cust_reconfig(51:60)=sum(customer(36:60)); 66 eff_cust_reconfig(62:67)=sum(customer(36:69)); % Xác định số lượng khác hàng bị ảnh hưởng có thiết bị gặp cố trường hợp có nguồn phân tán điều chỉnh phục hồi eff_cust_DG=zeros(1,length(Customer)); eff_cust_DG(3:8)=sum(customer(1:8)); eff_cust_DG(10:19)=sum(customer(10:26)); eff_cust_DG(21:34)=sum(customer(21:26)); eff_cust_DG(36:49)=sum(customer(36:49)); eff_cust_DG(51:60)=sum(customer(51:60)); eff_cust_DG(62:67)=sum(customer(62:69)); %Tính toán SAIFI & SAIDI trường hợp nguồn phân tán điều chỉnh phục hồi for g=1:length(Customer) SAIFI_A(g)=fr(g)*eff_cust(g); SAIDI_A(g)=fr(g)*MTTR(g)*eff_cust(g); end % Tính toán SAIFI & SAIDI trường hợp có điều chỉnh phục hồi nguồn phân tán for g=1:length(Customer) SAIFI_reconfig_A(g)=fr(g)*eff_cust_reconfig(g); SAIDI_reconfig_A(g)=fr(g)*MTTR(g)*eff_cust_reconfig(g); end % Tính toán SAIFI & SAIDI trường hợp có điều chỉnh phục hồi có nguồn phân tán 67 for g=1:length(Customer) SAIFI_A_DG(g)=fr(g)*eff_cust_DG(g); SAIDI_A_DG(g)=fr(g)*MTTR(g)*eff_cust_DG(g); end disp('Phương phap phan tich') SAIFI_A1=sum(SAIFI_A)/t_cust/10; SAIFI_reconfig_A1=sum(SAIFI_reconfig_A)/t_cust/10; SAIFI_A1_DG=sum(SAIFI_A_DG)/t_cust/10; SAIDI_A1=sum(SAIDI_A)/t_cust/10; SAIDI_reconfig_A1=sum(SAIDI_reconfig_A)/t_cust/10; SAIDI_A1_DG=sum(SAIDI_A_DG)/t_cust/10; SAIFI1 =['Chi so SAIFI = ',num2str(SAIFI_A1)]; disp(SAIFI1) SAIFI2 =['Chi so SAIFI co dieu chinh = ',num2str(SAIFI_reconfig_A1)]; disp(SAIFI2) SAIFI3 =['Chi so SAIFI co DG = ',num2str(SAIFI_A1_DG)]; disp(SAIFI3) SAIDI1 =['Chi so SAIDI = ',num2str(SAIDI_A1)]; disp(SAIDI1) SAIDI2 =['Chi so SAIDI co dieu chinh = ',num2str(SAIDI_reconfig_A1)]; disp(SAIDI2) SAIDI3 =['Chi so SAIDI co DG = ',num2str(SAIDI_A1_DG)]; disp(SAIDI3) %tinh toan SAIFI/SAIDI voi tuan suat loi ngau nhien for i=1:69; frn(i)=rand(1); end 68 frn(1)=0; frn(2)=0; frn(9)=0; frn(20)=0; frn(35)=0; frn(50)=0; frn(61)=0; frn(68)=0; frn(69)=0; %Tính toán SAIFI & SAIDI trường hợp nguồn phân tán điều chỉnh phục hồi for g=1:length(Customer) SAIFI_An(g)=frn(g)*eff_cust(g); SAIDI_An(g)=frn(g)*MTTR(g)*eff_cust(g); end % Tính toán SAIFI & SAIDI trường hợp có điều chỉnh phục hồi nguồn phân tán for g=1:length(Customer) SAIFI_reconfig_An(g)=frn(g)*eff_cust_reconfig(g); SAIDI_reconfig_An(g)=frn(g)*MTTR(g)*eff_cust_reconfig(g); end % Tính toán SAIFI & SAIDI trường hợp có điều chỉnh phục hồi có nguồn phân tán for g=1:length(Customer) SAIFI_A_DGn(g)=frn(g)*eff_cust_DG(g); SAIDI_A_DGn(g)=frn(g)*MTTR(g)*eff_cust_DG(g); 69 end disp('Ket qua tu Phuong phap phan tich voi xac suat loi ngau nhien') SAIFI_A1n=sum(SAIFI_An)/t_cust; SAIFI_reconfig_A1n=sum(SAIFI_reconfig_An)/t_cust; SAIFI_A1_DGn=sum(SAIFI_A_DGn)/t_cust; SAIDI_A1n=sum(SAIDI_An)/t_cust; SAIDI_reconfig_A1n=sum(SAIDI_reconfig_An)/t_cust; SAIDI_A1_DGn=sum(SAIDI_A_DGn)/t_cust; SAIFI1n =['Chi so SAIFI = ',num2str(SAIFI_A1n)]; disp(SAIFI1n) SAIFI2n =['Chi so SAIFI co dieu chinh = ',num2str(SAIFI_reconfig_A1n)]; disp(SAIFI2n) SAIFI3n =['Chi so SAIFI co DG = ',num2str(SAIFI_A1_DGn)]; disp(SAIFI3n) SAIDI1n =['Chi so SAIDI = ',num2str(SAIDI_A1n)]; disp(SAIDI1n) SAIDI2n =['Chi so SAIDI co dieu chinh = ',num2str(SAIDI_reconfig_A1n)]; disp(SAIDI2n) SAIDI3n =['Chi so SAIDI co DG = ',num2str(SAIDI_A1_DGn)]; disp(SAIDI3n) %%>>>>Tính toán theo phương pháp Monte carlo