Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện có xét đến cường độ cắt cưỡng bức

Một trong những yếu tố quan trọng trong quản lý và vận hành hệ thống điện là đánh giá độ tin cậy của hệ thống nguồn, hệ thống nguồn kết hợp với hệ thống truyền tải, hệ thống truyền tải. Nhiệm vụ chính của việc đánh giá độ tin cậy hệ thống điện là ước tính khả năng sản xuất, vận chuyển và cung cấp điện năng của hệ thống.

ISSN: 1859-2171 TNU Journal of Science and Technology 195(02): 89 - 94 ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY HỆ THỐNG ĐIỆN CÓ XÉT ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CẮT CƯỠNG BỨC Trần Hữu Tính1*, Trần Nhựt Hiếu2, Võ Minh Thiện3 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh Công ty Điện Lực Bến Tre Trường Đại học Kỹ thuật Cơng nghệ Cần Thơ TĨM TẮT Một yếu tố quan trọng quản lý vận hành hệ thống điện đánh giá độ tin cậy hệ thống nguồn, hệ thống nguồn kết hợp với hệ thống truyền tải, hệ thống truyền tải Nhiệm vụ việc đánh giá độ tin cậy hệ thống điện ước tính khả sản xuất, vận chuyển cung cấp điện hệ thống Nghiên cứu sử dụng phương pháp Nodal Effective Load Model có xét đến cường độ cưỡng FOR (force outage rate) tổ máy phát, máy biến áp đường dây truyền tải để đánh giá số độ tin cậy hệ thống điện Công cụ sử dụng phần mềm TRANREL.FOR để đánh giá độ tin cậy theo tham số xác suất ngẫu nhiên chứng minh hệ thống điện cao áp thực tế với tổng số nút 24 Từ khoá: số độ tin cậy, cường độ cắt cưỡng bức, xác suất ngẫu nhiên, hệ số không sẵn sàng, tiêu thiếu nguồn Ngày nhận bài: 22/01/2019; Ngày hoàn thiện: 21/02/2019; Ngày duyệt đăng: 28/02/2019 RELIABILITY EVALUATION OF POWER SYSTEM CONSIDERING FORCE OUTAGE RATE Tran Huu Tinh1*, Tran Nhut Hieu2, Vo Minh Thien3 Ho Chi Minh city University of Technology and Education Ben Tre Electricity Company Can Tho University of Technology ABSTRACT In the management and operation of power systems, reliability evaluations of generation system, combined generation and transmission system, as well as transmission system are extremely essential The fundamental objective of reliability evaluation is to estimate the power supply and transfer capacities of power systems In this study, the Nodal Effective Load Model method is used for assessing the overall system reliability indices with the consideration of the force outage rate (FOR) of the generators, transformers, and transmission lines Moreover, the software TRANREL.FOR is ultilised as a simulation tool for the probabilistic reliability assessment and it is tested on a practical 24-bus power system Key words: reliability indices, force outage rate, probabilistic, unavailability, loss of load expectation Received: 22/01/2019 ; Revised: 21/02/2019 ; Approved: 28/02/2019 * Corresponding author: Tel: 0939505644, Email: tinhtrancm@gmail.com http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn 89 Trần Hữu Tính Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ĐHTN ĐẶT VẤN ĐỀ Hệ thống điện (HTĐ) hệ thống bao gồm nhà máy điện, đường dây truyền tải, máy biến áp, đường dây phân phối phần tử khác Nhiệm vụ HTĐ sản xuất cung cấp điện tới nơi tiêu thụ cách liên tục chất lượng với giá thành thấp Nhiệm vụ hệ thống truyền tải vận chuyển điện từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ với độ tin cậy cao Khi chuyển từ mơ hình hoạt động điện độc quyền sang thị trường điện cạnh tranh đánh giá độ tin cậy, ổn định hệ thống điện nâng cao chất lượng điện nhiệm vụ Chỉ số độ tin cậy (LOLP, LOLE, EENS, v.v…) chững số quan trọng nhà quản lý vận hành, thể [1]-[3] Hiện có nhiều phương pháp giải thuật để làm công cụ đánh giá độ tin cậy hệ thống điện Monte carlo simulation, phương pháp xác suất ngẫu nhiên, v.v…với nhiều phần mềm MECORE (Monte carlo Evaluation of Composite system Reliability) University of Saskatchewan (Canada) phát triển; TRELSS (Transmission Reliability Evaluation Large Scale System), CREAM (Composite Reliability Assessment by MonteCarlo) PRA (Probabilistic Reliability Assessment) EPRI (Electric Power Reserch Institute) and Southern Company Services Mỹ phát triển quản lý; METRIS tập đoàn EDF Pháp phát triển quản lý [3] Nghiên cứu sử dụng phương pháp Nodal Effective Load Model có xét đến cường độ cưỡng (FOR) tổ máy phát, máy biến áp đường dây truyền tải để đánh giá số độ tin cậy hệ thống điện ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY THEO XÁC SUẤT NGẪU NHIÊN Đánh giá độ tin cậy theo cấp độ I Cấp độ I hệ thống điện ý đến hệ thống nguồn điện Do đó, số độ tin cậy 90 195(02): 89 - 94 hệ thống điện cấp độ I hệ thống nguồn điện Có nhiều phương pháp để đánh giá độ tin cậy cấp độ I Hệ thống thực cấp độ I trình bày Hình 1(a) mơ thành hệ thống tương đương trình bày Hình 2(b) Điều tương đương với việc tăng thêm công suất Ci (MW) vào phụ tải với tỉ lệ cưỡng theo công thức (1) ~ ~ xL Ci [MW] Ci [MW] FORi  qi FORi  xL Ci [MW] x0 j (a) Hệ thống thực FORi  qi (b) Hệ thống tương đương Hình Hệ thống điện thực tế mơ tương đương cấp độ I xe  x L  NG x i 1 oi (1) Trong đó, xe: biến ngẫu nhiên phụ tải cộng thêm vào xL: biến ngẫu nhiên phụ tải có xoi: biến ngẫu nhiên xác suất phụ tải nguyên nhân FOR tổ máy thứ i (biến ngẫu nhiên giá trị tổ máy bị hỏng) NG: tổng số tổ máy có hệ thống điện Đường cong phụ tải tương đương HLI tính tốn theo cơng thức (2) sau: HLI  i ( xe )   HLI HLI  i 1 ( x e )  HLI f oi ( x oi )  i 1 ( x e  x oi ) HLI f oi ( x oi )dx (2) Trong đó,  tốn tử tích phân toàn đường cong phụ tải nối dài HLI  ( xe  x0i ) HLI ( xL ) HLI f 0i ( xoi ) hàm phân phối xác suất cường độ cắt cưỡng máy phát thứ i LP đại lượng phụ tải cực đại [MW] Chỉ số độ tin cậy cấp độ I LOLEHLI (Loss of load expectation) EENSHLI (Expected http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn Trần Hữu Tính Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN 195(02): 89 - 94 energy not served) tính sau: J số trạng thái hệ thống LOLEHLI  HLI  ( x) NS tổng số trạng thái hệ thống EENS HLI   IC  Lp IC HLI x  IC ( x)dx [hours/year] (3) Hệ thống truyền tải [MWh/year] (4) Trong đó, IC tổng cơng suất tổ máy phát [MW] Đánh giá độ tin cậy cấp độ II Cấp độ II tức đánh giá lúc hệ thống nguồn hệ thống truyền tải Các số độ tin cậy hệ thống điện mức độ II tiêu thiếu nguồn LOLE (loss of load expectation), thời gian cắt tải EDLC (Expected duration of load curtailments), tiêu thiếu nguồn EENS (Expected energy not supplied), số SI (Severity Index), số lượng độ tin cậy EIR (Energy Index of Reliability) Có nhiều máy phát, đường dây truyền tải cố định phân tích phân bố cơng suất, phân tích ngẫu nhiên, điều độ máy phát, phân tích tải đường dây truyền tải,… Hình trình bày hệ thống tương đương HLII CG1, CT1, q1, tương ứng công suất nguồn phát, công suất đường dây truyền tải, hệ số không sẵn sàng, NT số đường dây truyền tải, k số tải nhánh j trạng thái hệ thống [3] (a) k k (5) Trong đó, x biến ngẫu nhiên tải hữu ích hệ k e thống điện hợp điểm tải thứ k k x L biến ngẫu nhiên tải ban đầu điểm tải thứ k biến ngẫu nhiên xác suất tải gây x k osij SFEG điểm tải thứ k http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn k APi1 qi1 k k xL APi qi k k k xL k APij qij k k xL APiNS qiNS  k f osi ( xoj ) k APsij k q sij k xL (b) Tổng hợp giả thiết tương đương máy phát SFEG (Synthesized Fictitious Equivalent Generator) CG1 , Mơ hình tải cấp độ HLII xác định từ tổng hợp tải ban đầu xác suất tải gây không sẳn sàng máy phát đường dây truyền tải ký hiệu SFEG điểm tải hình 2c Mơ hình tải hữu ích ngẫu nhiên tính công thức (5): NS x  x  x k e k L j 1 k osij xL k Hệ thống thực tế Trans Hệ thống truyền tải System CG2 , CT1 , ql1  k xL CTNT , qlNT  k xoij CGi , k APsij k sij {q (c) Hệ thống tương đương Hình Hệ thống thực, hệ thống tương đương HLII Sau tải máy phát 1th đến i th hàm phân bố xác suất k i CMELDC (Composite power system Equivalent Load Duration Curve) điểm tải thứ k biểu diễn tính tốn theo cơng thức (6): k  i ( x e )  k  o ( x e )  k f osi ( x osi )   k  o ( x e  x osi ) k f osi ( x osi )dx osi (6) Trong đó, k  o biến đổi LDC điểm tải thứ k 91 Trần Hữu Tính Đtg f k osi Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ĐHTN cơng suất hỏng móc SFEG hoạt động nhiều máy phát đến i điểm tải th th Đánh giá độ tin cậy hệ thống truyền tải Đánh giá độ tin cậy xác suất ngẫu nhiên hệ thống truyền tải hiệu số số độ tin cậy hệ thống điện cấp độ II với số độ tin cậy hệ thống điện cấp độ I thể công thức sau: LOLETS  LOLEHLII  LOLEHLI (7) EENSTS  EENSHLII  EENSHLI (8) ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Thông số đầu vào đánh giá độ tin cậy lưới Bảng Thông số nguồn hệ thống điện cao áp ĐBSCL TT Nút 8 10 10 Số tổ máy 4 Công suất tổ máy [MW] 330 37,5 33 253 265 TT B us Số mạ ch 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1 2 2 3 5 10 10 10 12 10 13 9 10 11 12 13 13 1 1 2 1 1 1 1 92 Công suất đường dây [MW] 335 335 335 335 335 335 335 367 367 335 335 335 335 511 335 335 335 335 Bảng Thông số phụ tải ngày hệ thống điện cao áp 1 330 18 Công suất phụ tải [MW] 75 2 135 19 60 120 10 20 130 14 75 11 21 180 15 45 12 22 75 16 90 13 23 45 17 120 14 24 60 TT Bảng Thông số đường dây hệ thống điện cao áp ĐBSCL Bu s Nghiên cứu áp dụng lý thuyết cho lưới điện có mức điện áp từ 110kV đến 220kV hệ thống điện Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) thuộc cấp quản lý truyền tải điện Miền Tây Hằng số không sẵn sàn (FOR) phần tử thơng số đầu vào quan trọng để tính toán số độ tin cậy hệ thống điện Nghiên cứu sử dụng số FOR cho nhóm phần tử báo khoa học tạp chí IEEE [3]-[5] để làm sở tính tốn độ tin cậy hệ thống điện trình bày Bảng 1,2,3,4, FOR 0,08 0,02 0,02 0,05 0,05 FOR 0,0035 0,0035 0,0035 0,0035 0,0035 0,0035 0,0035 0,0035 0,0035 0,0035 0,0035 0,0035 0,0035 0,0035 0,0035 0,0035 0,0035 0,0035 195(02): 89 - 94 Nút Công suất phụ phụ tải TT tải [MW] Nút phụ tải Bảng Thông số trạm biến áp 220kV/110kV hệ thống điện cao áp ĐBSCL Tên trạm Công suất [MW] biến áp Bus - 17 2x125 0,0015 Bus - 16 2x125 0,0015 Bus - 15 2x125 0,0015 Bus - 14 2x250 0,0015 Bus - 18 2x125 0,0015 Bus - 19 1x125 0,0015 Bus - 20 2x125 0,0015 Bus - 21 1x250+1x125 0,0015 Bus 11 - 22 1x250 0,0015 10 Bus 12 - 23 1x125 0,0015 TT FOR Từ thơng số sơ đồ hình trình bày hệ thống điện cao áp từ cấp điện áp 110kV đến 220kV http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn Trần Hữu Tính Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ĐHTN 195(02): 89 - 94 Châu Ðốc BUS – 220kV Cây Lậy BUS – 220kV Vĩnh Long BUS - 220kV Ơ Mơn BUS – 220kV BUS14 – 110kV BUS 17 – 110kV Thốt Nốt BUS – 220kV BUS – 220kV BUS16 – 110kV BUS 18 -110kV Cao Lãnh BUS – 220kV BUS 15 -110kV Trà Nóc BUS – 220kV BUS 21 – 110kV BUS 19 – 110kV Rạch Giá BUS – 220kV BUS 20 – 110kV Cà Mau BUS 11 – 220kV Sóc Trăng BUS 13 -220kV NMÐ Cà Mau BUS 10 – 220kV Bạc Liêu BUS 12 – 220kV BUS 24 – 110kV BUS 22 – 110KV BUS 23 – 110kV Hình Sơ đồ hệ thống điện cao áp theo cấp quản lý truyền tải điện Miền Tây Kết đánh giá độ tin cậy Công cụ sử dụng để đánh giá phần mềm TRANREL.FOR Theo kinh nghiệm đánh giá chuyên gia đánh giá độ tin cậy hệ thống điện số EIR phải đạt 0,9999 Kết đánh giá số độ tin toàn hệ thống theo bảng đánh giá số độ tin cậy Bus phụ tải bảng Bảng Chỉ số độ tin cậy toàn hệ thống LOLESys EENSSys ELCSys EIRSys [Hrs/Day] [MWh/Day] [MW/Cur.Day] 2,02468 2232,32 1147,5 0,99872331 Bảng Chỉ số độ tin cậy Bus phụ tải Bus 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 LOLEBus [Hrs/Day] 2,02468 2,02468 2,02468 2,02468 2,02468 2,02468 2,02468 2,02468 2,02468 2,02468 2,02468 2,02468 2,02468 EENSBus [MWh/Day] 501,109 222,715 170,833 101,234 75,9256 136,666 189,814 94,9069 86,049 187,283 189,814 96,172 70,864 http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn SIBus [phút/năm] 33.255,37 36.129,31 31.176,84 29.560,18 36.950,34 33.255,37 34.640,98 27.712,7 31.407,89 34.640,98 23.093,99 28.082,15 34.487,03 ELCBus [MW/Cur.Day] 247,5 110 84,375 50 37,5 67,5 93,75 46,875 42,5 92,5 150 47,5 35 EIRBus 0,99939162 0,99881028 0,99853538 0,99830599 0,997489233 0,998418218 0,99875646 0,99815643 0,997903289 0,997903289 0,99875646 0,998194962 0,997266053 93 Trần Hữu Tính Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ĐHTN Từ số độ tin cậy nút hệ thống điện cao áp ĐBSCL theo cấp quản lý truyền tải điện Miền Tây cho ta thấy tất nút số EIR không đạt chuẩn theo nhà nghiên cứu độ tin cậy giới Cho nên hệ thống cần phải nâng cấp hay mở rộng thêm đường dây truyền tải KẾT LUẬN Nghiên cứu tập trung đánh giá phân tích số độ tin cậy hệ thống điện cao áp thuộc quyền quản lý truyền tải điện Miền Tây - - Vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long Áp dụng phương pháp đánh giá độ tin cậy xác suất ngẫu nhiên có xét đến cường độ cưỡng (FOR) đánh giá số độ tin cậy toàn hệ thống, nguồn phát, hệ thống truyền tải nút hệ thống điện Điều thể kết khả quan hệ thống nguồn phát hệ thống điện tốt không cần phải cải tạo hay phát triển thêm, có hệ thống truyền tải cần phải 94 195(02): 89 - 94 quy hoạch hay mở rộng thêm để đảm bảo cung cấp đủ điện cho khu vực TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Hoàng Việt (2004), Đánh độ tin cậy hệ thống điện, Nxb Đại Học Quốc Gia TPHCM R Billinton and R N Allan (1984), Reliability Evaluation of Power Systems, Plenum Press J S Choi, S R Kang, T T Tran, D H Jeon, S P Moon, J B Choo (2004), “Study on Probabilistic Reliability Evaluation considering Transmission System, TRELSS and TranRel” Korean Institute of Electrical Engineers, International Transactions on Power Engineering, Vol.4-A, No.1, January 2004 Hamoud G (1998), “Probabilistic assessment of interconnection assistance between power systems,” IEEE Transactions on PS, Vol 13, No 2, pp 535-542, May 1998 Yin C K., Mazumdar M (1989), “Reliability computations for interconnected generating systems via large deviation approximation,” IEEE Transactions on PS, Vol 4, No.1, pp 1-8, Feb 1989 http://jst.tnu.edu.vn; Email: jst@tnu.edu.vn ... cấp độ I Cấp độ I hệ thống điện ý đến hệ thống nguồn điện Do đó, số độ tin cậy 90 195(02): 89 - 94 hệ thống điện cấp độ I hệ thống nguồn điện Có nhiều phương pháp để đánh giá độ tin cậy cấp độ. .. Model có xét đến cường độ cưỡng (FOR) tổ máy phát, máy biến áp đường dây truyền tải để đánh giá số độ tin cậy hệ thống điện ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY THEO XÁC SUẤT NGẪU NHIÊN Đánh giá độ tin cậy theo... ngẫu nhiên có xét đến cường độ cưỡng (FOR) đánh giá số độ tin cậy toàn hệ thống, nguồn phát, hệ thống truyền tải nút hệ thống điện Điều thể kết khả quan hệ thống nguồn phát hệ thống điện tốt không