Đánh giá độ tin cậy của hệ thống kết hợp nguồn và lưới điện truyền tải

Rất nhiều hệ thống điện có thời gian cắt điện trung bình của các hộ tiêu thụ chỉ khoảng vài giờ một năm, điều này cho thấy độ sẵn sàng cung cấp điện của hệ thống đó rất cao.. Đồ thị tính

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là luận văn của riêng tôi Các kết quả tính toán trong luận văn này là do tôi tự thực hiện một cách trung thực và chưa từng được nêu

ra trong bất kỳ bản luận văn nào khác

Hà Nội, tháng 09 năm 2013

Tác giả luận văn

Nguyễn Phương An

LỜI MỞ ĐẦU

Ở Việt Nam ta hiện nay, thị trường điện đang từng bước được hình thành và phát triển nhanh chóng Cùng với đó, yêu cầu chung về chất lượng điện năng của hệ thống điện cũng được nâng cao hơn Trong số các yếu tố của chất lượng điện năng, yếu tố độ tin cậy có vị trí quan trọng hàng đầu, ảnh hưởng mạnh mẽ đến khả năng cạnh tranh của các công ty tham gia thị trường điện Chính vì thế, yếu tố độ tin cậy hệ thống điện đang ngày càng được quan tâm nhiều hơn, đặc biệt trong công tác thiết kế, lập quy hoạch và vận hành lưới điện

Tuy nhiên, đối với các hệ thống điện có số lượng phần tử rất lớn, cấu trúc phức tạp như hệ thống điện Việt Nam thì việc đánh giá độ tin cậy hoàn toàn không dễ dàng và phải sử dụng các phương pháp chuyên biệt có khối lượng tính toán lớn và trải qua nhiều bước Các phương pháp này được chia làm hai nhóm chính là các phương pháp phân tích và các phương pháp mô phỏng Luận văn từng bước nghiên cứu các chỉ tiêu độ tin cậy hệ thống điện, các phương pháp phân tích đánh giá độ tin cậy của những hệ thống phức tạp và các phương pháp phân tích lưới điện, từ dó tổng hợp thành phương pháp phân tích đánh giá độ tin cậy của hệ thống kết hợp nguồn và lưới điện truyền tải

Sau đó, áp dụng tính toán trên lưới điện mẫu RBTS (Roy billinton reliability test system) và cho ra các kết quả xác định

Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo trong bộ môn Hệ thống Điện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và đặc biệt là GS TSKH Trần Đình Long đã hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ tận tình trong thời gian qua để tác giả hoàn thành tốt luận này

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU ii

CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi

CÁC HÌNH VẼ vii

CÁC BẢNG BIỂU ix

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG ĐỘ TIN CẬY HỆ THỐNG ĐIỆN 1

I.1 Độ tin cậy: 1

I.2 Độ tin cậy của hệ thống điện 2

I.3 Phân cấp cấu trúc hệ thống điện phục vụ đánh giá ĐTC 4

I.4 Các phương pháp đánh giá độ tin cậy HTNVL 6

I.5 Phạm vi luận văn 7

CHƯƠNG II: CÁC CHỈ TIÊU ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 9

II.1 Các chỉ tiêu độ tin cậy của nguồn điện 9

II.2 Các chỉ tiêu độ tin cậy của HTNVL 15

II.2.1 Các chỉ tiêu theo năm tính toán cho các nút phụ tải 15

II.2.2 Các chỉ tiêu theo năm tính toán cho toàn hệ thống 18

II.3 Các chỉ tiêu độ tin cậy của lưới điện phân phối 20

II.3.1 Ký hiệu các thông số liên quan 21

II.3.2 Các chỉ tiêu mất điện kéo dài: 22

II.3.3 Các chỉ tiêu độ tin cậy dựa trên công suất phụ tải 24

II.3.4 Các chỉ tiêu mất điện thoáng qua 25

II.3.5 Các chỉ tiêu dựa trên điện năng thiếu hụt 26

II.4 Các chỉ tiêu độ tin cậy của lưới điện truyền tải 27

CHƯƠNG III: CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY

CỦA HTNVL 29

III.1 Các phương pháp phân tích độ tin cậy HTNVL 29

III.1.1 Phương pháp lát cắt hẹp (Minimal cut set method) 29

III.1.2 Phương pháp không gian trạng thái (State space method) 31

III.1.3 Phương pháp liệt kê trạng thái (Contigency enumeration method) 37

III.2 Các phương pháp phân tích hệ thống điện 42

III.2.1 Phương pháp Newton – Raphson 42

III.2.2 Phương pháp Newton – Raphson tách biến (Newton-Raphson : Pθ-QU Decoupling) 48

III.2.3 Phương pháp trào lưu công suất 1 chiều (DC Power Flow) 51

III.3 Xử lý sự cố: 52

III.4 Mô hình các phần tử trong HTĐ 53

III.4.1 Mô hình phần tử phục hồi trong hệ thống điện 53

III.4.2 Độ tin cậy của các phần tử trong hệ thống điện 55

III.4.3 Mô hình phụ tải điện 55

CHƯƠNG IV: ÁP DỤNG ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CHO LƯỚI ĐIỆN MẪU 57

IV.1 Mô hình lưới điện mẫu phục vụ tính toán độ tin cậy 57

IV.2 Tính toán các chỉ tiêu độ tin cậy nguồn điện: 60

IV.3 Tính toán các chỉ tiêu độ tin cậy HTĐ mẫu theo tiêu chí N-1: 65

IV.3.1 Tính toán độ tin cậy của các đường dây: 65

IV.3.2 Phân tích chế độ vận hành bình thường của lưới điện 65

IV.3.3 Phân tích chế độ sự cố đường dây số 1 hoặc số 6 67

IV.3.4 Phân tích chế độ sự cố đường dây số 2 hoặc số 7 70

IV.3.5 Phân tích chế độ sự cố đường dây số 3 71

IV.3.6 Phân tích chế độ sự cố đường dây số 4 72

IV.3.7 Phân tích chế độ sự cố đường dây số 5 73

IV.3.8 Phân tích chế độ sự cố đường dây số 8 74

IV.3.9 Phân tích chế độ sự cố đường dây số 9 75

IV.3.10 Phân tích chế độ sự cố máy phát G2 76

IV.3.11 Phân tích chế độ sự cố máy phát G7 77

IV.4 Đánh giá độ tin cậy cho từng phụ tải và toàn lưới điện 78

IV.4.1 Đánh giá độ tin cậy cho phụ tải thanh cái số 3 78

IV.4.2 Đánh giá độ tin cậy cho phụ tải thanh cái số 6 79

IV.4.3 Đánh giá chỉ tiêu toàn lưới điện 80

IV.5 Tổng hợp kết quả 82

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO x

PHỤ LỤC 01: 1

THÔNG SỐ ĐỘ TIN CẬY CỦA CÁC PHẦN TỪ TRONG HTĐ 1

CÁC HÌNH VẼ

Hình I.1 Hai yếu tố của độ tin cậy hệ thống điện 3

Hình I.2 Phân cấp cấu trúc hệ thống điện 5

Hình II.1 Sơ đồ phân loại các chỉ tiêu độ tin cậy nguồn điện 10

Hình II.2 Đồ thị tính toán điện năng thiếu hụt 13

Hình III.1 Sơ đồ phân loại các phương pháp phổ biến trong tính xác suất sự cố hệ thống điện kết hợp 29

Hình III.2 Quá trình chuyển dịch của hệ thống 33

Hình III.3 Mô hình Markov 2 phần tử 37

Hình III.4 Các bước tính toán độ tin cậy bằng phương pháp liệt kê trạng thái 40

Hình III.5 Sơ đồ khối phần mềm tính toán độ tin cậy HTNVL 41

Hình III.6 Chu trình làm việc – hỏng hóc của phần tử phục hồi 54

Hình III.7 Đường tuyến tính hóa đồ thị phụ tải 56

Hình IV.1 Sơ đồ lưới điện RBTS 58

Hình IV.2 Kết quả tính trào lưu công suất - hệ thống đầy đủ 66

Hình IV.3 Kết quả tính trào lưu công suất – điều chỉnh điện áp thanh cái 1 67 Hình IV.4 Kết quả tính trào lưu công suất – Sự cố đường dây số 1(số 6) 68

Hình IV.5 Kết quả tính trào lưu công suất – Giảm công suất phụ tải thanh cái 3 69

Hình IV.6 Kết quả tính trào lưu công suất – Sự cố đường dây số 2(số 7) 70

Hình IV.7 Kết quả tính trào lưu công suất – Sự cố đường dây số 3 71

Hình IV.8 Kết quả tính trào lưu công suất – Sự cố đường dây số 4 72

Hình IV.9 Kết quả tính trào lưu công suất – Sự cố đường dây số 5 73

Hình IV.10 Kết quả tính trào lưu công suất – Sự cố đường dây số 8 74

Hình IV.11 Kết quả tính trào lưu công suất – Sự cố đường dây số 9 75

Hình IV.12 Kết quả tính trào lưu công suất – Sự cố máy phát G2 76

Hình IV.13 Kết quả tính trào lưu công suất – Sự cố máy phát G7 77

CÁC BẢNG BIỂU

Bảng II.2.1 Các chỉ tiêu năm tính toán cho nút phụ tải 15

Bảng II.2.2 Các chỉ tiêu năm tính toán cho toàn hệ thống 18

Bảng III.1.2 Bảng trạng thái mô hình hai phần tử 36

Bảng III.3.1 Các biện pháp khắc phục sự cố thường gặp 53

Bảng IV.1.1 Bảng thông số các nút mô hình RBTS: 57

Bảng IV.1.2 Bảng thông số các đường dây mô hình RBTS: 58

Bảng IV.1.3 Bảng thông số các máy phát trong mô hình RBTS: 59

Bảng IV.1.4 Mô hình đặc tuyến phụ tải lưới điện mẫu 59

Bảng IV.2.1 Kết quả tính toán độ sẵn sàng của từng máy phát 61

Bảng IV.2.2 Kết quả tính toán độ tin cậy nguồn điện đối với từng trạng thái N-2 62

Bảng IV.2.3 Kết quả tính toán độ tin cậy nguồn điện với tiêu chí N-2 63

Bảng IV.2.4 Tổng hợp số lượng trạng thái đối với từng tiêu chí N-x 63

Bảng IV.2.5 Kết quả tính toán độ tin cậy nguồn điện với từng tiêu chí N-x 64 Bảng IV.3.1 Kết quả tính toán độ sẵn sàng của các đường dây 65

Bảng IV.5.1 Tổng hợp chỉ tiêu trung bình năm cho các nút phụ tải: 82

Bảng IV.5.2 Tổng hợp chỉ tiêu trung bình năm cho toàn lưới điện 82

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG ĐỘ TIN CẬY HỆ

THỐNG ĐIỆN

I.1 Độ tin cậy:

Độ tin cậy (Reliability) là một thuật ngữ có nghĩa rất rộng và được áp dụng

trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật khác nhau như công nghệ thông tin, điện tử, kỹ thuật điện, chế tạo máy… ĐTC có nhiều cách định nghĩa khác nhau, nhìn chung ĐTC được dùng để chỉ khả năng của một hệ thống hoặc một đối tượng

có thể thực hiện đúng chức năng yêu cầu đặt ra cho nó hay không Giá trị của ĐTC thường được xác định dựa trên kinh nghiệm thực tế về lịch sử hoạt động của hệ thống hoặc đối tượng được khảo sát, từ đó dùng để đánh giá khả năng hoạt động của chúng trong tương lai

Định nghĩa về “Độ tin cậy” được sử dụng phổ biến trong kỹ thuật được phát

biểu như sau:

- Độ tin cậy là một đặc tính của thiết bị hoặc hệ thống thể hiện xác suất thiết bị hoặc hệ thống đó thực hiện đúng và đầy đủ chức năng yêu cầu trong một khoảng thời gian xác định và trong một điều kiện làm việc xác định [3]

Biểu diễn toán học độ tin cậy của phần tử E trong khoảng thời gian t như sau: ( ) ]] (I.1) ĐTC có thể đo đạc và tính toán được bằng phương pháp xác suất thông qua việc xác định xác suất làm việc tin cậy của đối tượng Thông thường, một thiết bị hoặc hệ thống được coi là làm việc tin cậy nếu như thiết bị hoặc hệ thống đó không gặp sự cố trong suốt thời gian làm việc của chúng Dù sao, đại đa số các thiết bị trong suốt quá trình vận hành, tại một thời điểm nào đó

sẽ có hỏng hóc hoặc cần phải bảo dưỡng và được đưa ra sửa chữa, bảo dưỡng sau đó lại được đưa vào vận hành, như vậy trong thời gian sửa chữa, bảo dưỡng thiết bị sẽ không thể làm việc được như bình thường Trong những

trường hợp này, một thông số phù hợp hơn để xác định tính chất tin cậy của

thiết bị đó là “độ sẵn sàng” (availability) của thiết bị

- Độ sẵn sàng của một thiết bị có khả năng sửa chữa hoặc bảo dưỡng là

tỉ lệ thời gian mà thiết bị đó vận hành hoặc sẵn sàng vận hành trên tổng thời gian vận hành dự kiến của thiết bị [3]

Biểu diễn toán học độ sẵn sàng của phần tử E trong khoảng thời gian t như sau:

( ) ] (I.2) Ngược lại với độ sẵn sàng của thiết bị là độ không sẵn sàng U(t) (còn gọi là FOR – Forced Outage Rate)

( ) ] (I.3) Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của thiết bị đều là các chỉ tiêu xác suất và không cung cấp một kết quả tất định Chúng chỉ xác định trạng thái trung bình

đã diễn ra trong quá khứ hoặc các khả năng có thể xảy ra trong tương lai của một thiết bị Các chỉ tiêu độ tin cậy cùng với các ảnh hưởng kinh tế cũng như các ràng buộc khác được dùng để so sánh, quyết định việc quy hoạch, thiết kế

và vận hành hệ thống hoặc thiết bị nào đó

I.2 Độ tin cậy của hệ thống điện

Độ tin cậy hệ thống điện là “Xác suất hệ thống điện giữ ở một trạng thái vận hành nhất định trong một khoảng thời gian xác định dưới điều kiện vận hành xác lập mà không có sự cố nào, đồng thời đáp ứng đầy đủ các yêu cầu đặt ra của các phụ tải” Với định nghĩa trên, khái niệm về độ tin cậy hệ thống điện

rất rộng và bao hàm tất cả các khía cạnh ảnh hưởng đến khả năng hệ thống điện thỏa mãn đầy đủ các yêu cầu của hộ tiêu thụ điện Tính chất tin cậy hệ thống điện có thể được chia làm hai yếu tố chính là tính đáp ứng và tính an toàn như trong Hình I.1

Hình I.1 Hai yếu tố của độ tin cậy hệ thống điện

Tính đáp ứng đánh giá hệ thống ở trạng thái tĩnh, không xét tới các nhiễu loạn xảy ra trong hệ thống Tính đáp ứng xem xét đến toàn bộ thiết bị trong hệ thống để đảm bảo thỏa mãn mọi yêu cầu cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ điện Chúng bao gồm: các thiết bị cần thiết để sản xuất đủ nhu cầu điện năng cần thiết và hệ thống truyền tải, phân phối phù hợp để truyền tải điện năng đến các hộ tiêu thụ với chất lượng cho phép và phải có khả năng giữ được trạng thái vận hành này một cách đảm bảo trong suốt thời gian yêu cầu Đối với các hệ thống nguồn điện, tính đáp ứng của hệ thống nguồn không chỉ xét đến công suất lắp máy của máy phát mà cả thời gian phát công suất tối đa hàng năm (điện năng sản xuất tối đa hàng năm của nhà máy) Trong hệ thống điện, các thiết bị điện lớn như máy phát, máy biến áp, đường dây tải điện đều

có các kế hoạch bảo dưỡng định kỳ, khi đó các thiết bị phải dừng làm việc và tách ra khỏi lưới điện Do đó việc đánh giá tính đáp ứng của hệ thống điện cũng cần xét tới trạng thái hệ thống khi có các phần tử không làm việc

Ở khía cạnh khác, tính an toàn của hệ thống xét đến khả năng hệ thống chống chọi được với các biến động và nhiễu loạn phát sinh trên trong hệ thống Các nhiễu loạn xảy ra có thể là nhiễu loạn cục bộ, nhiễu loạn diện rộng hoặc nhiễu loạn do mất một phần tử như máy phát điện, đường dây truyền tải hoặc máy biến áp truyền tải Đối với nguồn điện, độ an toàn phát điện là khả năng máy phát có thể chịu được các yếu tố bất thường liên quan đến tần số, điện áp tại bất kỳ thời điểm nào trong suốt thời gian phát điện Độ an toàn là một chỉ số

Độ tin cậy hệ thống điện (System Reliability)

Tính đáp ứng của hệ thống

(System Adequacy)

Tính an toàn của hệ thống (System Security)

động chỉ khả năng phản ứng của hệ thống với các sự kiện không lường trước được Do đó tính an toàn của hệ thống cần được đánh giá và phân tích ở cả hai trạng thái động và tĩnh

Tính đáp ứng và an toàn cùng với nhau tạo thành nội dung đầy đủ về độ tin cậy của hệ thống điện, thể hiện khả năng cung cấp năng lượng điện đảm bảo

về số lượng và chất lượng tới các hộ tiêu thụ điện

I.3 Phân cấp cấu trúc hệ thống điện phục vụ đánh giá ĐTC

Ngày nay, hệ thống điện tại các nước phát triển thường rất lớn, có tính tích hợp cao và vô cùng phức tạp Số lượng các phần tử trong hệ thống điện rất nhiều và quan hệ chặt chẽ với nhau Điều này làm cho việc đánh giá độ tin cậy chung toàn hệ thống là rất khó khăn, đòi hỏi phải có các công cụ toán học rất mạnh và phức tạp Các mô hình đánh giá chi tiết lại gần như không hiệu quả do chúng rất khó thực hiện và đỏi hỏi thời gian tính toán rất dài Hơn nữa, kết quả tính toán đạt được có số lượng rất lớn các số liệu mà việc tận dụng hết chúng cũng không thật cần thiết

Dựa trên các đặc tính của hệ thống điện, để thuận tiện việc đánh giá tính đáp ứng của hệ thống, người ta chia hệ thống thành ba khối chức năng là: khối nguồn điện, khối truyền tải và khối phân phối Các khối chức năng có thể được đánh giá độ tin cậy một cách độc lập hoặc kết hợp Việc đánh giá này sẽ thuận tiện hơn nhờ việc thiết lập các giả thiết tính toán phù hợp và linh động hơn trong việc lựa chọn các chỉ tiêu sự cố Các khối chức năng có thể kết hợp với nhau để tạo thành một tổ hợp cấp cao hơn thể hiện mức độ hoạt động lớn hơn của hệ thống Các tổ hợp khác nhau để tính toán độ tin cậy có thể được chia thành ba cấp như trong hình I.2 [3]

Các phân cấp là:

 Cấp 1(HLI): Bao gồm các tổ máy phát điện và các thiết bị liên quan Khi đánh giá độ tin cậy tại cấp này, người ta xem xét khả năng hệ thống nguồn điện có thể cung cấp đủ công suất và điện năng yêu cầu của phụ tải hay không

Hình I.2 Phân cấp cấu trúc hệ thống điện

 Cấp 2(HL2): Bao gồm các thiết bị ở cấp 1 và các thiết bị truyền tải điện Cấp này không chỉ xem xét khả năng phát điện mà cả khả năng truyền tải công suất từ nguồn điện đến các nút phụ tải Hệ thống điện ở

cấp HL2 còn được gọi là “Hệ thống kết hợp nguồn và lưới điện truyền tải”

 Cấp 3(HL3): Bao gồm toàn bộ các thiết bị trong hệ thống điện từ phát điện, truyền tải đến phân phối điện Cấp này xem xét các yếu tố độ tin cậy của toàn bộ thiết bị trong hệ thống kể cả độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ

Khi đánh giá độ tin cậy của một hệ thống điện ta thường đánh giá bởi một hoặc nhiều chỉ tiêu khác nhau, từ đó xác định kỳ vọng hoạt động tin cậy của

hệ thống và cụ thể hóa bằng các tiêu chuẩn, các giá trị giới hạn cho phép cho mỗi chỉ tiêu

Một số điểm quan trọng cần lưu ý khi đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện:

Lưới phân phối Lưới truyền tải Nguồn điện

HL3 HL2 HL1

 Mức độ tin cậy thực tế cho từng hộ tiêu thụ sẽ thay đổi từ địa điểm này sang địa điểm khác Các khối chức năng khác nhau có thể sẽ có mức độ ĐTC khác nhau

 Khi thiết kế, lập quy hoạch HTĐ, chúng ta nên thiết kế các phần tử trong hệ thống điện có độ tin cậy phù hợp với từng loại phần tử mà không cần quá chú trọng vào việc nâng cao độ tin cậy của một phần tử riêng lẻ Vì nếu một bộ phận có độ tin cậy C cao được nối với các bộ phận khác có độ tin cậy rất thấp thì độ tin cậy chung của cả dây chuyền cung cấp điện vẫn là rất thấp

 Trong thị trường điện cạnh tranh, cơ chế xác định giá điện và phí truyền tải cho hệ thống truyền tải và phân phối phải xét đến độ tin cậy của các thiết bị trong hệ thống

I.4 Các phương pháp đánh giá độ tin cậy HTNVL

Các hệ thống kết hợp nguồn và lưới truyền tải chính là một ví dụ điển hình về

hệ thống tin cậy Rất nhiều hệ thống điện có thời gian cắt điện trung bình của các hộ tiêu thụ chỉ khoảng vài giờ một năm, điều này cho thấy độ sẵn sàng cung cấp điện của hệ thống đó rất cao Thông thường, để tăng được độ sẵn sàng ở mức cao như vậy cần giảm thiểu khả năng hộ tiêu thụ bị mất điện bằng các hệ thống có cấu hình dự phòng kép Trong thời kỳ đầu, việc đảm bảo độ tin cậy trong hệ thống chỉ được thực hiện nhờ kinh nghiệm hoặc dựa trên các tiêu chuẩn, quy tắc chung Tuy nhiên, khi hệ thống điện càng phát triển hơn, phức tạp hơn thì càng có nhiều kỹ thuật tính toán chính xác được áp dụng Những kỹ thuật đầu tiên dựa trên các chỉ tiêu tiền định, phổ biến là: hệ số dự phòng công suất đỉnh và dự phòng phát công suất trong các trường hợp sự cố N-1, N-2 Một khuyết điểm lớn của các thông số tiền định là nó không tính tới tính chất ngẫu nhiên của các sự cố trong hệ thống Thực tế, những sự kiện xuất hiện một cách ngẫu nhiên hay có xác suất lại rất rễ nhận biết như: dừng máy bắt buộc của các máy phát, sự cố đường dây trên không, sự thay đổi nhu cầu phụ tải… Từ đó, những phương pháp xác suất được phát triển và cung

cấp những thông tin có ích hơn được sử dụng để thiết kế và lập quy hoạch hệ thống

Có 2 phương pháp xác suất chính dùng trong tính toán các chỉ tiêu ĐTC của

hệ thống điện là phương pháp phân tích (analytical) và phương pháp mô phỏng (simulation) Monte Carlo Phương pháp phân tích mô hình hóa hệ

thống bằng các mô hình toán học và dùng các công cụ giải tích để tính toán các chỉ tiêu ĐTC từ mô hình đó Phương pháp mô phỏng Monte Carlo ước lượng các chỉ tiêu độ tin cậy bằng cách mô phỏng thực tế hoạt động mang tính ngẫu nhiên của hệ thống Dù sử dụng phương pháp nào thì những chỉ tiêu thu được chỉ chính xác khi chúng ta mô phỏng chính xác hệ thống

Những nghiên cứu ĐTC được thực hiện nhằm 2 mục đích: đánh giá tính tin cậy trong dài hạn để lập quy hoạch phát triển hệ thống và đánh giá độ tin cậy trong ngắn hạn (hàng ngày) phục vụ vận hành hệ thống

I.5 Phạm vi luận văn

Nội dung của luận văn được giới thiệu trong 5 chương như sau:

Chương I: Giới thiệu chung về khái niệm độ tin cậy và độ tin cậy của hệ

thống điện Đồng thời giới thiệu sơ lược các phương pháp phổ biến để đánh giá độ tin cậy của HTNVL

Chương II: Liệt kê các chỉ tiêu độ tin cậy của hệ thống điện bao gồm các chỉ

tiêu ĐTC lưới điện phân phối, chỉ tiêu ĐTC lưới điện truyền tải, chỉ tiêu ĐTC

hệ thống nguồn điện và chỉ tiêu ĐTC của HTNVL

Chương III: Đề xuất các phương pháp tính toán được sử dụng trong việc phân

tích độ tin cậy hệ thống điện Nội dung chương này được chia làm ba phần chính như sau:

- Các phương pháp phân tích độ tin cậy hệ thống điện: Phương pháp lát cắt hẹp, phương pháp không gian trạng thái và phương pháp liệt kê trạng thái

- Các phương pháp phân tích hệ thống điện: Phương pháp Rapshon, phương pháp Newton – Rapshon thu gọn và phương pháp TLCS một chiều

Newton Các phương pháp xử lý khi có sự cố

- Mô hình các phần tử trong tính toán độ tin cậy

Chương IV: Áp dụng các lý thuyết phương pháp liệt kê trạng thái đã được

trình bày trong chương III để tính toán cho một HTNVL cụ thể Lưới điện được lựa chọn ở đây là lưới điện mẫu tính toán độ tin cậy của Roy – Billinton (RBTS)

Kết luận và kiến nghị: Nêu các kết luận chung về các nghiên cứu trong luận

văn và các đề xuất hướng nghiên cứu nâng cao

CHƯƠNG II: CÁC CHỈ TIÊU ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ

THỐNG ĐIỆN

Có rất nhiều các chỉ tiêu khác nhau để đánh giá độ tin cậy hệ thống điện Các chỉ tiêu này thường được chia làm ba nhóm chính tương ứng với ba phân cấp đánh giá độ tin cậy hệ thống điện là: các chỉ tiêu độ tin cậy của lưới phân phối, các chỉ tiêu độ tin cậy hệ thống nguồn điện và các chỉ tiêu độ tin cậy cho HTNVL

II.1 Các chỉ tiêu độ tin cậy của nguồn điện

Các nguồn điện là một trong những bộ phận quan trọng nhất của mỗi hệ thống điện Nếu các máy phát làm việc thiếu tin cậy sẽ có ảnh hưởng rất lớn đến toàn hệ thống Do đó, các chỉ tiêu đánh giá ĐTC hệ thống nguồn điện cũng là những chỉ tiêu quan trọng thường xuyên được áp dụng trong thực tế Các chỉ tiêu này thường tập trung vào việc đánh giá hệ thống nguồn có đủ khả năng cung cấp lượng công suất hoặc điện năng cần thiết để thỏa mãn nhu cầu của toàn bộ phụ tải

Các chỉ tiêu ĐTC được chia thành hai nhóm chính là các chỉ tiêu tất định và các chỉ tiêu xác suất Sơ đồ phân loại các chỉ tiêu nguồn điện được thể hiện trong hình Hình II.1

(1) Hệ số dự phòng công suất đỉnh

Hệ số dự phòng công suất đỉnh (reserve margin) thể hiện tỉ lệ dự trữ tổng

công suất máy phát trên công suất phụ tải đỉnh của hệ thống hàng năm Đây là một chỉ tiêu tất định dùng để đánh giá khả năng dự trữ nguồn điện

so với hệ số dự phòng công suất đỉnh, khi sự cố một tổ máy phát bất kỳ trong

hệ thống thì nguồn cung cấp từ các tổ máy còn lại vẫn đủ đáp ứng nhu cầu phụ tải

Hình II.1 Sơ đồ phân loại các chỉ tiêu độ tin cậy nguồn điện

(3) Chỉ tiêu xác xuất thiếu hụt công suất (LOLP)

Việc thiếu hụt công suất xuất hiện khi công suất phụ tải vượt quá khả năng

phát công suất tối đa của các nguồn điện Khi đó, chỉ tiêu LOLP (Loss of load probability) được sử dụng và được định nghĩa là xác suất công suất phụ tải

vượt quá công suất sẵn sàng của hệ thống nguồn điện, với giả thiết phụ tải đỉnh là cố định Chỉ tiêu LOLP là một chỉ tiêu xác suất giúp xác định mức dự phòng công suất cần thiết của hệ thống nguồn điện Chỉ tiêu này là một trong những chỉ tiêu được áp dụng rộng rãi nhất để đánh giá độ tin cậy của hệ thống nguồn điện và là căn cứ để quy hoạch nguồn điện LOLP còn thể hiện giá trị thống kê lượng phần trăm số giờ hoặc ngày trong một khoảng thời gian khảo sát nhất định khi mà công suất yêu cầu không được đáp ứng đủ do có xác suất hỏng các máy phát, khoảng thời gian khảo sát thường là một năm LOLP là tổ hợp của hai xác suất như sau:

ĐTC Hệ thống nguồn điện

Đánh giá tính tương thích của

HT

Cách tiếp cận tiền định

Dự phòng đỉnh Sự cố máy phát lớn nhất

Cách tiếp cận xác suất

Mô Phỏng Monte Carlo

Phương pháp phân tích

Xác suất/ kz vọng thiếu hụt công suất

Xác suất/ kz vọng thiếu hụt điện năng

Tần suất và thời gian kéo dài System Security

Assessment

∑ ] ]

Trong đó:

Gi là những mức công suất nhất định mà hệ thống có thể phát được Công thức tính toán cụ thể là:

Trong đó:

SPi: Xác suất hệ thống ở trạng thái thiếu hụt công suất thứ i

PGi: Xác suất hệ thống bị thiếu hụt lượng công suất Gi

ti%: thời gian duy trì của trạng thái thiếu hụt công suất Gi tính theo phần trăm

(4) Kỳ vọng thiếu hụt công suất (LOLE)

Chỉ tiêu LOLE (Loss of load expectation) là một chỉ tiêu tương tự như LOLP

tuy nhiên thay vì tính bằng đơn vị phần trăm như LOLP, LOLE được tính bằng đơn vị thời gian thường là h/năm LOLE là một chỉ tiêu được dùng phổ biến hơn LOLP Thông thường giới hạn LOLE cho một hệ thống nguồn là 10h/năm, ở một số nước Châu Âu, giới hạn này là 4 đến 8 h/năm

LOLE có thể tính qua LOLP bằng công thức sau:

(5) Kỳ vọng thiếu hụt điện năng (LOEE)

Chỉ tiêu LOEE (Loss of energy expectation) thể hiện xác suất kỳ vọng bị thiếu

hụt điện năng của hệ thống nguồn điện đối với điện năng yêu cầu của phụ tải LOEE có đơn vị là MWh/năm và được tính như sau:

LOEE tính theo đơn vị % còn được gọi là Xác suất thiếu hụt điện năng

(LOEP – Loss of energy probability)

Điện năng thiếu hụt Ei được xác định theo đường cong phụ tải kéo dài trong trường hợp công suất phát nhỏ hơn công suất yêu cầu, như Hình II.2

Căn cứ vào hình vẽ có thể tính được Ei và ET như sau:

∫

(II.8) Trong đó:

L: Công suất phụ tải xác định bằng đường cong phụ tải kéo dài

Ci: Tổng công suất nguồn điện ở trạng thái thiếu hụt công suất thứ i

(6) Các chỉ tiêu Kỳ vọng công suất không được cung cấp / Kỳ vọng điện năng không được cung cấp (EPNS/EENS)

Các chỉ tiêu EPNS (Expected Power Not Supplied –MW) và EENS (Expected Energy Not Supplied – MWh) tuy chưa được sử dụng nhiều như chỉ số LOLE,

nhưng lại rất được quan tâm gần đây do nó phản ánh sát thực hơn các nguy cơ của hệ thống Việc các nguồn năng lượng sơ cấp ngày càng khan hiếm và các quy định về môi trường ngày càng ngặt nghèo khiến điện năng bị giới hạn mạnh càng khiến cho người ta quan tâm đến các chỉ số này hơn

Hình II.2 Đồ thị tính toán điện năng thiếu hụt

(7) Các chỉ tiêu tần suất và thời gian kéo dài (LOLF, LOLD)

Việc tính các chỉ tiêu tần suất và thời gian kéo dài phức tạp hơn so với tính LOLE và LOEE, nhưng lại thích hợp hơn để đánh giá khả năng tĩnh của hệ thống nguồn điện, đặc biệt là khi đánh giá độ tin cậy cho các phụ tải điện Các chỉ tiêu này đánh giá được việc dừng máy do sự cố hay hay do sửa chữa

LOLF ( Loss Of Load Frequency) và LOLD (Loss Of Load Duration) được tính toán bằng phương pháp FAD (the Frequency And Duration), phương

pháp này áp dụng phương pháp không gian trạng thái để tạo nên một tập hợp các phần tử của hệ thống ở một thời điểm FAD sử dụng các thông số suất chuyển dịch µ và λ của các tổ máy phát, trong đó λ là suất chuyển dịch từ trạng thái hoạt động (up) sang trạng thái dừng (down), µ là suất chuyển dịch

từ trạng thái dừng sang trạng thái hoạt động Mỗi tập hợp gồm các tổ máy ở chế độ chạy và dừng khác nhau sẽ tạo ra một trạng thái công suất phát khác nhau của hệ thống Quá trình phân tích FAD được mô tả như sau:

- Các công suất phát Cj và xác suất Pj của mỗi trạng thái được tính toán dựa trên phân bố công suất dừng máy của hệ thống

- Tần suất bắt gặp trạng thái j, là Fj được tính bằng kỳ vọng số lần bắt gặp trạng thái j đi vào (hoặc đi ra) trên một đơn vị thời gian (khảo sát trong một thời gian dài)

- Tần suất của trạng thái j là:

trong đó: λj+ là suất chuyển dịch trạng thái từ trạng thái j sang trạng thái

có công suất cao hơn, λj- là suất chuyển dịch trạng thái từ trạng thái j sang trạng thái có công suất thấp hơn

- Thời gian kéo dài trung bình của trạng thái j là Tj được tính từ công thức:

Pj = FjxTj Khi đó chỉ tiêu tần suất thiếu tải LOLF được tính như sau:

Trong đó fj: phần thuộc Fj mà quá trình chuyển đổi không đi qua ranh giới

giữa trạng thái thiếu tải và không thiếu tải

Chỉ tiêu thời gian thiếu tải LOLD được tính như sau:

II.2 Các chỉ tiêu độ tin cậy của HTNVL

Các chỉ tiêu độ tin cậy là một trong những số liệu quan trọng để đánh giá tính đáp ứng của lưới điện kết hợp Cả hai nhóm chỉ tiêu nút phụ tải và chỉ tiêu hệ thống đều được dùng để đánh giá tính đáp ứng của lưới điện Các chỉ tiêu nút phụ tải đánh giá độ tin cậy cho từng nút phụ tải trong khi các chỉ tiêu hệ thống lại đánh giá chung tổng thể toàn hệ thống [3] Hai nhóm chỉ tiêu này có chức năng khác nhau nhưng liên quan mật thiết và bổ sung cho nhau Các nhóm chỉ tiêu này được tính toán dựa trên giả định phụ tải là cố định Do đó chúng thường được tính trên thông số dữ liệu hàng năm nên thường được coi là chỉ tiêu theo năm tính toán Các chỉ tiêu theo năm tính toán được tính ở thời điểm phụ tải đỉnh thường cao hơn nhiều so với chỉ tiêu từng năm

II.2.1 Các chỉ tiêu theo năm tính toán cho các nút phụ tải

Bảng II.2.1 Các chỉ tiêu năm tính toán cho nút phụ tải

- Qk: Xác suất sự cố (Probability of failure)

- Fk: Kỳ vọng tần suất sự cố (Expected frequency of failure)

- ENVV: Kỳ vọng số lần vi phạm điện áp (Expected number of voltage violations)

- ENLC: Kỳ vọng số lần thiếu hụt tải (Expected number of load curtailments)

- ELC: Kỳ vọng thiếu hụt công suất (Expected load curtailments)

- EENS: Kỳ vọng thiếu hụt điện năng (Expected energy not supplied)

- EDLC: Kỳ vọng thời gian thiếu hụt tải (Expected duration of load curtailment)

- MLC: Phụ tải thiếu hụt tối đa (Maximum load curtailed)

- MEC: Điện năng thiếu hụt tối đa (Maximum energy curtailed)

- MDLC: Thời gian tối đa thiếu hụt công suất tải (Maximum duration of load curtailment)

(III) Giá trị trung bình (Average values)

- ALC: Phụ tải thiếu hụt trung bình (Average load curtailed)

- AENS: Điện năng thiếu hụt trung bình (Average energy not supplied)

- ADC: Thời gian trung bình thiếu hụt công suất tải (Average duration of curtailment)

(IV) Giá trị do mất điện thanh cái (Bus isolation values)

- ENLC: Kỳ vọng số lần thiếu hụt công suất (Expected number of load curtailment)

- ELC: Kỳ vọng phụ tải thiếu hụt (Expected load curtailed)

- EENS : Kỳ vọng thiếu hụt điện năng - (Expected Energy not supplied)

- EDLC: Kỳ vọng thời gian thiếu hụt tải (Expected duration of load curtailed)

(1) Xác suất sự cố (Q k ):

Trong đó j: trạng thái sự cố trong hệ thống

SPj: Xác suất xuất hiện trạng thái j

Pkj: Xác suất phụ tải tại nút k vượt quá phụ tải tối đa có thể cung cấp tại nút đó trong thời gian xảy ra trạng thái j

Trong đó jV:Tất cả các trạng thái có sự vi phạm điện áp tại nút k

(4) Kỳ vọng số lần thiếu hụt tải (ENLC):

∑

Trong đó: jx: Tất cả các trạng thái dẫn đến quá tải đường dây có thể gây ra

thiếu hụt phụ tải tại nút k khi cắt đường dây

jy: Tất cả các trạng thái gây cắt điện nút k

(5) Kỳ vọng thiếu hụt công suất (ELC)

(7) Kỳ vọng thời gian thiếu hụt phụ tải (EDLC)

(8) Phụ tải thiếu hụt tối đa (MLC)

(12) Điện năng thiếu hụt trung bình (AENS)

II.2.2 Các chỉ tiêu theo năm tính toán cho toàn hệ thống

Bảng II.2.2 Các chỉ tiêu năm tính toán cho toàn hệ thống

(I) Giá trị cơ bản (Basic values)

- BPII: Chỉ số gián đoạn công suất (Bulk power interruption index)

- BPSAC: Công suất cung cấp thiếu hụt trung bình (Bulk power supply average MW curtailment)

- BPECI: Chỉ số điện năng thiếu hụt (Bulk power energy curtailment index)

- MBPECI:Chỉ số điện năng thiếu hụt hiệu chỉnh (Modified bulk power energy curtailment index)

(II) Giá trị trung bình (Average values)

- ANCP: Số lần trung bình thiếu hụt công suất / nút tải (Average number

of curtailments /load point)

- ALCP: Thiếu hụt công suất trung bình / nút tải (Average load curtailed /load point)

- AECP: Thiếu hụt điện năng trung bình/nút tải(Average energy curtailed /load point)

- ADLCP: Thời gian thiếu hụt công suất trung bình / nút tải (Average duration of load curtailment / load point)

(III) Giá trị tối đa (Maximum values)

- MSLC: Công suất thiếu hụt tối đa trong mọi trường hợp sự cố (Maximum system load curtailed under any contingency condition)

- MSENS: Điện năng thiếu hụt tối đa trong mọi trường hợp sự cố (Maximum system energy not supplied under any contingency condition)

(1) Chỉ số gián đoạn công suất (BPII)

∑ ∑ ( ) (II.33) Trong đó PT: Công suất phụ tải đỉnh trong năm

(2) Công suất cung cấp thiếu hụt trong bình (BPSAC)

(5) Số lần trung bình thiếu hụt công suất / nút tải (ANCP)

II.3 Các chỉ tiêu độ tin cậy của lưới điện phân phối

Ngày nay, cùng với sự phát triển của thị trường điện cạnh tranh, các chỉ tiêu ĐTC của lưới điện phân phối ngày càng được quan tâm nhiều hơn và có ý nghĩa thực tiễn cao hơn Các chỉ số này là một trong những vấn đề quan tâm hàng đầu của các công ty truyền tải điện cũng như các công ty mua bán điện

và cũng là thước đo chất lượng phục vụ của các công ty này Do đó, các chỉ tiêu độ tin cậy của lưới điện phân phối đã được tiêu chuẩn hóa thành tiêu chuẩn như IEEE Std 1366 – 2003 Bảng IV.5.2 [15] Phần tiếp theo liệt kê chỉ tiêu đang được sử dụng phổ biến nhất hiện nay

II.3.1 Ký hiệu các thông số liên quan

Các thông số sau đƣợc coi là các thông số đầu vào để tính toán các chỉ tiêu độ tin cậy phân phối điện:

i : thứ tự một sự kiện mất điện

E = Sự kiện mất điện

k = Số lần mất điện của một hộ tiêu thụ suốt thời gian nghiên cứu

ri = Thời gian phục hồi của mỗi lần mất điện

Ei = Năng lƣợng thiếu hụt tới các hộ tiêu thụ lần mất điện thứ i

ET = Tổng điện năng yêu cầu của phụ tải trong thời gian khảo sát

CI = Số hộ tiêu thụ bị mất điện

CMI = Thời gian hộ tiêu thụ bị mất điện (phút)

IMi = Số lƣợt mất điện tạm thời

IME = Số sự kiện mất điện tạm thời

Ni = Số hộ tiêu thụ bị mất điện trong lần mất điện kéo dài thứ i trong

thời gian nghiên cứu

Nmi = Số lƣợng hộ tiêu thụ bị mất điện trong lần mất điện thoáng qua

thứ i trong thời gian nghiên cứu

NT = Tổng số hộ tiêu thụ trong hệ thống

Li = Công suất phụ tải bị thiếu hụt cho lần mất điện thứ i (kVA)

LT = Tổng công suất phụ tải yêu cầu của các hộ tiêu thụ (kVA)

CN = Tổng số hộ tiêu thụ đã từng bị ít nhất một lần mất điện kéo dài

trong thời gian nghiên cứu

dài trong thời gian nghiên cứu

II.3.2 Các chỉ tiêu mất điện kéo dài:

(1) Chỉ tiêu tần suất mất điện trung bình của hệ thống (SAIFI)

Chỉ tiêu SAIFI (System average interupstion frequency index) chỉ ra tần suất

(số lần) trung bình hộ tiêu thụ điện bị ít nhất một lần mất điện kéo dài tính trong một khoảng thời gian nhất định Chỉ tiêu này đƣợc tính nhƣ sau:

Công thức tính toán cụ thể:

(2) Chỉ tiêu thời gian mất điện trung bình của hệ thống (SAIDI)

Chỉ tiêu SAIDI (System average interruption duration index) chỉ ra thời gian

bị mất điện trung bình của mỗi hộ tiêu thụ trong một khoảng thời gian nhất định Chỉ tiêu này có đơn vị là giờ mất điện hoặc phút mất điện và đƣợc tính nhƣ sau:

Công thức tính toán cụ thể:

(3) Chỉ tiêu thời gian mất điện trung bình của hộ tiêu thụ điện (CAIDI)

Chỉ tiêu CAIDI (Customer average interruption duration index) chỉ ra thời

gian trung bình cần thiết để cấp điện trở lại sau khi mất điện Chỉ tiêu này đƣợc tính nhƣ sau:

Chỉ tiêu CTAIDI (Customer total average interruption duration index) chỉ ra

thời gian trung bình cần thiết để cấp điện trở lại sau khi mất điện Chỉ tiêu này đƣợc tính nhƣ sau:

Công thức tính toán cụ thể:

∑

(5) Chỉ tiêu tần suất mất điện trung bình của hộ tiêu thụ điện (CAIFI)

Chỉ tiêu CAIFI (Customer average interruption frequency index) chỉ ra tần

suất trung bình mất điện kéo dài của các hộ tiêu thụ đã từng bị mất điện Chỉ tiêu này đƣợc tính nhƣ sau:

Công thức tính toán cụ thể:

∑

(6) Chỉ tiêu tỉ lệ thời gian sẵn sàng cung cấp điện trung bình (ASAI)

Chỉ tiêu ASAI (Average service avaibility index) tỉ lệ thời gian hộ tiêu thụ sẽ

đƣợc cung cấp điện trong khoảng thời gian nghiên cứu Chỉ tiêu này đƣợc tính nhƣ sau:

Công thức tính toán cụ thể:

( ) ∑

( ) (II.48)

Ghi chú: Số giờ của một năm thường là 8760h, của một năm nhuận là 8784h

(7) Chỉ tiêu tỉ lệ thời gian mất điện trung bình (ASUI)

Chỉ tiêu ASUI (Average service Unavaibility index) tỉ lệ thời gian hộ tiêu thụ

sẽ không được cung cấp điện trong khoảng thời gian nghiên cứu Chỉ tiêu này được tính như sau:

Công thức tính toán cụ thể:

( ) (II.49)

(8) Tỉ lệ hộ tiêu thụ bị mất điện nhiều lần (CEMIn)

Chỉ tiêu CEMIn (Customer experiencing multiple interruptions ) chỉ ra tỉ lệ số

hộ tiêu thụ bị mất điện kéo dài nhiều hơn n lần trên tổng số hộ tiêu thụ Chỉ tiêu này được tính như sau:

Công thức tính toán cụ thể:

II.3.3 Các chỉ tiêu độ tin cậy dựa trên công suất phụ tải

(1) Tần suất mất điện trung bình của hệ thống (ASIFI)

Việc tính toán chỉ tiêu ASIFI (Average system interruption frequency index)

dựa trên công suất tải nhiều hơn là dựa trên ảnh hưởng đến hộ tiêu thụ ASIFI đôi khi được sử dụng để đánh giá hoạt động của lưới phân phối có ít hộ tiêu thụ nhưng công suất tiêu thụ rất lớn, thường là các hộ tiêu thụ công nghiệp

Đối với lưới phân phối có phụ tải phân bố đều ASIFI sẽ giống như SAIFI Chỉ tiêu này được tính như sau:

( )

( )Công thức tính toán cụ thể:

(2) Thời gian mất điện trung bình của hệ thống (ASIDI)

Việc tính toán chỉ tiêu ASIDI (Average system interruption duration index)

dựa trên công suất tải nhiều hơn là dựa trên ảnh hưởng đến hộ tiêu thụ ASIDI được sử dụng rất hạn chế và có một số tính chất tương tự như ASIFI Chỉ tiêu này được tính như sau:

( )

( )Công thức tính toán cụ thể:

II.3.4 Các chỉ tiêu mất điện thoáng qua

(1) Tần suất mất điện thoáng qua trung bình (MAIFI)

Chỉ tiêu MAIFI (Momentary average system interruption frequency index) thể

hiện tần suất trung bình mất điện thoáng qua của hệ thống Chỉ tiêu này được tính như sau:

Công thức tính toán cụ thể:

(2) Tần suất mất điện thoáng qua trung bình theo sự kiện (MAIFI E )

Chỉ tiêu MAIFIE thể hiện tần suất trung bình xảy ra sự kiện mất điện thoáng qua của hệ thống Chỉ tiêu này đƣợc tính nhƣ sau:

Công thức tính toán cụ thể:

Ghi chú: Một sự kiện mất điện thoáng qua gồm một hay nhiều lần mất điện

thoáng qua riêng lẻ trong một khoảng thời gian nhất định Khoảng thời gian này do hệ thống cần để phục hồi lại chế độ ổn định từ khi bắt đầu có sự cố

(3) Tỉ lệ hộ tiêu thụ bị mất điện nhiều lần (CEMSMIn)

Chỉ tiêu CEMSMIn (Customer experiencing multiple sustained interruption and momentary interruption ) chỉ ra tỉ lệ số hộ tiêu thụ bị mất điện kéo dài

hoặc mất điện ngắn hạn nhiều hơn n lần trên tổng số hộ tiêu thụ Chỉ tiêu này đƣợc tính nhƣ sau:

Công thức tính toán cụ thể:

II.3.5 Các chỉ tiêu dựa trên điện năng thiếu hụt

(1) Điện năng thiếu hụt (ENS)

Thông số ENS (Energy not supplied) thể hiện tổng lƣợng điện năng đã không

cung cấp đƣợc cho các hộ tiêu thụ do mất điện ENS có đơn vị là MWh và đƣợc tính nhƣ sau:

]

Công thức tính toán cụ thể:

(2) Điện năng thiếu hụt trung bình (AENS)

Chỉ tiêu AENS (Average Energy not supply) thể hiện điện năng trung bình

không được cung cấp cho các hộ tiêu thụ trong mỗi lần sự cố mất điện AENS

có đơn vị là MWh và được tính như sau:

Công thức tính toán cụ thể:

(3) Tỉ lệ thiếu hụt điện năng trung bình của hộ tiêu thụ (ACCI)

Chỉ tiêu ACCI (Average Customer Curtailment Index) thể hiện điện năng

thiếu hụt trung bình của các hộ tiêu thụ trong một khoảng thời gian khảo sát

Công thức tính toán cụ thể:

II.4 Các chỉ tiêu độ tin cậy của lưới điện truyền tải

(1) Thời gian mất điện trung bình (AIT)

Chỉ tiêu AIT (Average interruption time) được dùng trong lưới điện truyền

tải, thể hiện thời gian mất điện trung bình trên lượng công suất cung cấp Chỉ tiêu này tương tự như chỉ tiêu ASIDI được dùng trong lưới phân phối Chỉ tiêu này thường có đơn vị được tính bằng phút/năm Hệ số 60 dùng để quy đổi giờ ra phút

∑ (II.59)

(2) Tần suất mất điện trung bình (AIF)

Chỉ tiêu AIF (Average interruption frequency) dùng để đo số lần mất điện

trung bình hàng năm trên lượng công suất cung cấp Chỉ tiêu này tương tự như chỉ tiêu ASIFI được dùng trong lưới phân phối

(3) Thời gian mất điện trung bình (AID)

Chỉ tiêu AID (Average interruption duration) được dùng để đo thời gian trung

bình của mỗi lần mất điện kéo dài trên lưới truyền tải Chỉ số này thường được đo bằng phút

∑ ∑ ∑ (II.61)

CHƯƠNG III:CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN ĐÁNH GIÁ

ĐỘ TIN CẬY CỦA HTNVL

III.1 Các phương pháp phân tích độ tin cậy HTNVL

Có nhiều phương pháp khác nhau để tính toán độ tin cậy trong HTNVL Các phương pháp này được chia thành hai nhóm chính là các phương pháp phân tích và phương pháp mô phỏng, sơ dồ phân loại các phương pháp được thể hiện như trong Hình III.1 Phạm vi luận văn này chỉ đề cập đến các phương pháp phân tích

Các phương pháp phân tích độ tin cậy HTNVL phổ biến nhất hiện nay là Phương pháp lát cắt hẹp, phương pháp không gian trạng thái và phương pháp liệt kê trạng thái [26]

Hình III.1 Sơ đồ các phương pháp thông dụng trong tính xác suất sự cố hệ thống

điện kết hợp

III.1.1 Phương pháp lát cắt hẹp (Minimal cut set method)

Phương pháp lát cắt hẹp là phương pháp hữu hiệu để tính toán độ tin cậy cho một nút phụ tải xác định trong hệ thống Phương pháp này tiết kiệm được thời gian tính toán bằng cách tập trung vào các trạng thái của sự cố lưới điện có

Độ Tin Cậy HTNVL

Phương pháp phân tích

Phương pháp Không gian trạng thái

Phương pháp

lát cắt hẹp

Phương pháp liệt kê trạng thái

Phương pháp

mô phỏng

Phương pháp Monte - Carlo

liên quan trực tiếp đến nút phụ tải cần xét chứ không tính toán trên toàn lưới điện

“Lát cắt” được định nghĩa là tập hợp các phần tử trong hệ thống sao cho nếu tất cả các phần tử đó bị lỗi sẽ dẫn đến mất điện nút phụ tải cần xét Một lát cắt hẹp là lát cắt mà không tồn tại một lát cắt khác gồm tập con các phần tử của lát cắt đó Quan hệ logic của các phần tử trong một lát cắt được mô tả đấu song song với nhau, khi tất cả phần tử bị sự cố mới gây sự cố cho nút tải

Quan hệ logic giữa các lát cắt khác nhau là quan hệ nối tiếp, nếu một lát cắt bị

sự cố sẽ dẫn đến sự cố nút tải

Độ không sẵn sàng cho nút tải D có m lát cắt được thể hiện ở phương trình sau:

( ) ( ) ( ) ( )]

( ) ( ) ( )]

( ) ( )

(III.1)

Trong đó P(Ci): Xác suất hỏng hóc của lát cắt thứ Ci

CiCj: là tập hợp tất cả các phần tử thuộc hai lát cắt Ci,Cj Khi đó:

( ) ∏

( )

(III.2) Trong đó UiD: Xác suất phần tử i nằm trong trạng thái hỏng hóc

μi: Cường độ sửa chữa của phần tử i, μi=1/ ri Tần suất sự cố của nút tải D được tính theo công thức sau:

( ) ( ) ( ) ] ( ) ( )

( ) ( ) ]

( ) ( )

III.1.2 Phương pháp không gian trạng thái (State space method)

Phương pháp không gian trạng thái được sử dụng rộng rãi trong đánh giá độ tin cậy các hệ thống kỹ thuật Phương pháp này dựa trên mô hình toán học quá trình Markov Quá trình Markov là một quá trình biến đổi được vận hành theo các luật xác suất mô hình hóa các quá trình thực tế ngẫu nhiên