Sử dụng hệ thống tự động hoá lưới điện phân phối (das) trong việc xây dựng lại cấu trúc lưới điện

Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học bách khoa hµ néi Luận văn thạc sĩ khoa học Sử dụng hệ thống Tự động hoá lưới điện phân phối (DAS) việc xây dựng lại cấu trúc lưới ĐIện ngành: Mạng hệ thống điện mà số: 02.06.07 Phạm Anh Tuân Người hướng dẫn khoa học: TS Đinh Quang Huy Hà nội 2005 LờI CAM ĐOAN Luận văn tác giả bắt đầu thực từ thức nhận đề tài Ngoài ra, để chuẩn bị cho việc nhận đề tài, tác giả đà có thời gian dài thu thập tài liệu từ sách, tạp chí, Internet, tài liệu EVN nơi tác giả công tác Dự án JICA-EVN Với đà đạt luận văn tác giả xin cam đoan sản phẩm tác giả thực hoàn thành Tác giả luận văn Phạm Anh Tuân Lời mở đầu Để hoàn thành luận văn này, nỗ lực học tập nghiên cứu thân, tác giả đà nhận nhiều quan tâm giúp đỡ từ bên Tác giả vô biết ơn hướng dẫn, đạo giúp đỡ tận tình thầy hướng dẫn khoa học Tiến sĩ Đinh Quang Huy suốt trình học tập làm Luận văn Tác giả muốn bày tỏ lòng biết ơn nhiệt tình giảng dạy, giúp đỡ góp ý khoa học quý báu toàn thể thầy cô Bộ môn Hệ thống điện suốt trình học tập làm luận văn giúp phần nâng cao chất lượng luận văn Xin trân thành cảm ơn Trung tâm Đào tạo sau Đại học, bạn cựu sinh viên Khoá 43 trường Đại học Bách khoa Hà nội, tập thể lớp Cao học Hệ thống điện Khoá 2003, Dự án JICA-EVN nơi tác giả công tác - đà tạo điều kiện giúp đỡ tác giả trình thực luận văn Xin trân thành cảm ơn chuyên gia Phòng Điều Độ Phòng Phương thức Trung tâm điều độ Hệ thống điện Quốc Gia, Công ty Điện lực Hà Nội đà tạo điều kiện nghiên cứu cung cấp tài liệu cần thiết cho tác giả Xin trân thành cảm ơn đồng nghiệp trước đà để lại cho tác giả kho tàng kiến thức Cuối cùng, tác giả vô biết ơn quan tâm, động viên gia đình, họ hàng bạn bè suốt thời gian qua Nhờ đó, tác giả có thêm nhiều thời gian nghị lực để hoàn thành luận văn Với đà đạt luận văn tác giả xin cam đoan sản phẩm tác giả thực hoàn thành Tuy nhiên hạn chế thông tin tầm hiểu biết, tác giả mong nhận quan tâm góp ý phê bình đồng nghiệp bạn đọc Xin chân thành cảm ơn Tác giả luận văn Phạm Anh Tuân Mục lục Trang Phần mở đầu 1- Giới thiệu 2- Mơc tiªu nhiệm vụ luận văn 3- Phạm vi nghiên cứu 4- Ph­¬ng pháp nghiên cứu 5- Giá trị thực tiễn luận văn PhÇn : giíi thiƯu hƯ thèng DAS – TÇm quan träng DAS – HÖ thèng DAS 2.1 Nguyên lý khôi phục cố sử dụng cầu dao tù ®éng 10 2.2 – So sánh hệ thốg DAS hệ thống tự động đóng lại 25 (Recloser) 2.3 Tiến trình xây dựng hÖ thèng DAS 29 2.4 Xây dựng hệ thống DAS giai đoạn (giai đoạn đầu) 36 2.5 Hệ thống thông tin thiết bị đầu cuối 39 2.6 Chức máy tÝnh 47 2.7 – KÕt luËn 51 Phần : Xây dựng thuật toán phần mềm Xác định phương án tái cấu trúc lưới Bài toán tái cấu tróc l­íi ®iƯn 52 3.1 Giới thiệu toán tái cấu trúc lưới điện 53 3.1.1 Các toán tái cấu trúc lưới điện 55 3.1.2 Bài toán tái cấu trúc l­íi sau sù cè 56 3.2 Một số giải thuật tái cấu trúc lưới 60 3.2.1 – Gi¶i thuËt tái cấu trúc lưới theo mục tiêu tối ưu hoá đối tượng 59 dòng tải nhánh 3.2.2 – Gi¶i thuật tái cấu trúc lưới theo phân tích số hàm mục 71 tiêu đối tượng đặc biệt 3.2.3 – Giải thuật tái cấu trúc lưới kết hợp đa mục tiêu chủ 87 đạo giảm số lần thao t¸c 3.3- KÕt luËn Kết b×nh luËn 95 Kết luận kiến nghị 103 Tài liệu tham kh¶o 104 Chương Tầm quan trọng DAS Tăng cường độ tin cậy cung cấp điện thực nhiều phương pháp khác nhau, sơ đồ hình 1-1(a) 1-1(b) biểu diễn nhân tố ảnh hưởng phương pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Trong đó, phát triển hồn thiện hệ thống tự động hố đóng vai trị quan trọng việc cải thiện nâng cao tiêu Trên thực tế, có nhiều mơ hình, cơng nghệ tự động hố triển khai lưới điện SCADA ( Supervisory Control and Data Acquisition System), DCS (Distributed Control System), DAS (Distribution Automation System) Trong hệ thống DAS triển khai nhiều mạng phân phối nước như: Nhật Bản, Trung Quốc, Thái Lan Hệ thống DAS hồn thiện khơng với nâng cao độ tin cậy cung cấp điện mà cịn tích hợp nhiều tính trội khác Cụ thể, sau số dẫn chứng tính DAS: Tăng độ tin cậy cung cấp điện: • Giảm thời gian lập phân đoạn cố (Nhanh chóng phát phân đoạn bị cố tự động cấp điện trở lại cho nguồn bị cố); • Nhanh chóng cung cấp điện cho phân đoạn bị cắt điện cố (Bổ xung phương tiện tự động tính toán để thay đổi nguồn cung cấp thiết bị chuyển mạch giám sát điều khiển từ xa); • Ngăn chặn hỏng hóc theo dây truyền thiết bị, trạm biến áp (thực tính tốn tự động trào lưu, q trình trao đổi cơng suất để nhận dạng tình trạng phần tử); • Tăng khả tổng hợp cập nhật liệu, trạng thái phần tử (tự giám sát trạng thái đường dây phần tử theo chu kỳ trường hợp cố) Tiết kiệm lao động: • Giảm số lượng công nhân vận hành thao tác thiết bị chuyển mạch; • Tiết kiệm nhân lực, giảm số cơng nhân trực tiếp giám sát đường dây; • Cải thiện môi trường làm việc (nâng cao độ an toàn, giảm thời gian làm việc vào ban đêm, thời tiết xấu ); • Tiết kiệm lao động việc lập kế hoạch công tác, phân phối phương tiện thiết bị làm việc đường dây phân phối Nâng cao hiệu cơng việc: • Nâng cao hệ số sẵn sàng thiết bị phân phối mạng lưới quản lý phân phối; • Giảm thiểu tổn thất điện lưới Để minh chứng rõ nét ưu điểm DAS việc đóng góp nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, sau thống kê so sánh khả thời gian tiếp tục cung cấp điện cho khách hàng sau cố trước sau triển khai hệ thống DAS năm 2001 theo trích dẫn từ báo cáo trình phát triển hệ thống DAS điện lực Kyushu – Nhật (Tài liệu DAS Dự án JICA-EVN) hỡnh 1-2(a) v 1-2(b) Hình 1-1(a) Sơ đồ biểu diễn biện pháp ngăn chặn cố sảy Ngăn chặn cố sảy Dùng thiết bị có độ bền cao Đối với sét Làm giảm độ dốc đầu sóng (Lắp đặt thu lôi, mỏ phóng) Tăng cường cách điện Đối với hư hại ô nhiễm môi trường Cải thiện đặc tính khả chống ô nhiễm bụi bẩn Va chạm, tiếp xúc với vật thể khác Dùng dây dẫn có bọc cách điện Tăng cường khả đối chọi với gió bÃo (tăng độ bền cột, lắp thêm dây néo, v.v) Đối với gió bÃo Ngăn chặn cố dây truyền Ngăn chặn cố đổ sụt lở đất đá Tăng cường công tác bảo dưỡng Củng cố phương tiện/ Thiết bị tuần tra, kiểm tra Hình 1-1(b) Sơ đồ biểu diễn phương pháp giảm thời gian điện Giảm thời gian điện (khôi phục nhanh cố) Tăng cường phương tiện thiết bị công tác vận hành Thiểu hoá phạm vi điện Hệ thống tự động phân phối điện Hệ thống kép Tăng cường phương tiện thiết bị công tác bảo dưỡng Lắp đặt thêm cầu dao tự động dọc đường dây Hệ thống kiểm tra phát cố Hệ thống khắc phục cố tạm thời Lắp đặt mạch vòng Lắp đặt lộ kép mà mạng SNW (Lắp đặt lưới điện cung cấp theo phương thức tập trung với nhiều đường dây phục vụ ra) Hệ thống, thiết bị kiểm tra, xác định điểm cố Máy phát điện di động, cáp nối tắt Sửa chữa nóng Nâng cao trình độ, kỹ thao tác công nhân công tác sửa chữa, khôi phục cố Hình 1-2(a): Hiệu DAS cố đường dây 25 phút Thời gian bắt đầu khôi phục lại cung cấp điện rút ngắn 25 phút Giảm số hộ bị gián đoạn cung cấp điện đà khôi phục lại nguồn điện Trước áp dụng DAS Số lượng khách hàng bị cắt sau cố Sau áp dụng DAS 55 phút Rút ngắn thời gian hoàn thành việc khôi phục cung cấp điện 52 phút Số lượng khách hàng phân đoạn bị cố Thời gian rút ngắn để khôi phục hoµn toµn lµ 30 phót 60 Thêi gian mÊt ®iƯn 90 91 (Bước 3) #1 #2 FA 20 FB FC 30→5 20 40→15 50 FA1 FA2 FB1 FC1 20 30→5 20 FA1 - FA1 - FB1 - FB1 - 10x 10○ 10 Còn lại phân đoạn k5 lộ cấp có khả cung cấp FC1, chọn để cung cấp điện cho phân đoạn k5 (Bước 4) #1 #2 FA 20 FB FC 20→10 15 50→40 FA1 FA2 FB1 FC1 20 20→10 FA1 - FA1 - FB1 - FB1 - FC1 Theo bước toàn phân đoạn cần cung cấp điện cung cấp đầy đủ công suất Kết lưới điện sau thực trình tái cung cấp điện mô tả lại sau: FA1 FB1 FC1 k1 k2 k3 k4 FA2 k5 S6 92 Hình 3.2.3.2 Sơ đồ phân chia khu vực cấp điện 93 Hình 3.2.3.3 Lược đồ tái cấu trúc theo phương pháp cân tải giảm số lần thao tác thiết bị chuyển mạch Tính tốn lại cơng suất yêu cầu phân đoạn công suất dự trữ lộ cấp Kiểm tra c ̣n phân đoạn chưa xét khơng? No Yes Tiến trình định I No Tiến trình định II No Tiến trình định III Tồn lộ cấp thoả mãn Yes Tồn phân đoạn thoả mãn Yes Tồn tuyến thoả mãn Yes No Tiến trình định IV Lặp lại Thực định I Thực định III Thực định II 94 Trong ký hiệu: ARL viết tắt (Available Route Load) hiểu số phân đoạn nằm đầu nguồn so với phân đoạn xét Tức nguồn điện muốn cung cấp điện cho phân đoạn xét cần phải có đủ cơng suất để cung cấp cho phân đoạn xét phân đoạn nằm đầu nguồn so với phân đoạn Ví dụ sơ đồ công suất dự trữ tuyến FA1 30A tuyến FB1 45A, phân đoạn K1 cung cấp cơng suất từ FA1 mà từ FB1 ARP viết tắt (Available Route Point) hiểu số lộ cấp có đủ cơng suất trữ đáp ứng đủ cho phân đoạn cần xét (trong có tính đến công suất cho phân đoạn đầu nguồn phân đoạn xét) Tiến trình định I: Nếu có nhiều phân đoạn có phương án cấp điện từ nguồn ta ưu tiên chọn nguồn cấp cho phân đoạn xa nhất, tức phân đoạn có ARL lớn Tiến trình định II: Tiến trình thực ưu tiên định cấp cho phân đoạn có ARP=1, đồng thời nguồn cấp có cơng suất dự trữ lớn Tiến trình định III: Để định phân đoạn có giá trị ARL lớn với ARP=1 Tiến trình định IV: Theo thứ tự ưu tiên đây, phân đoạn định (1) ưu tiên phân đoạn có ARP nhỏ (2) ưu tiên phân đoạn ARL lớn (3) ưu tiên phân đoạn có gắn thiết bị cầu dao tự động (4) ưu tiên lộ cấp thuộc chi nhánh địa bàn quản lý chi nhánh (5) ưu tiên lộ cấp phía có cơng suất dự trữ lớn 95 3.3 Kết luận Trên trình bày số giải thuật tái cấu trúc lưới bao hàm giải thuật sử dụng từ lâu giải thuật công bố Mỗi giải thuật trình bày có điểm mạnh điểm yếu riêng Nó phụ thuộc nhiều vào tình trạng kỹ thuật lưới điện Ví dụ lưới điện đại, thao tác chuyển mạch thực đơn giản lúc mục tiêu giảm số lần chuyển mạch lại thứ yếu Còn lưới điện chưa trang bị hệ thống chuyển mạch đại mục tiêu giảm số lần chuyển mạch lại quan trọng Để đánh giá giải thuật, phần luận văn xin trình bày số kết luận giải thuật dựa việc lập phần mềm tính tốn tái cấu trúc lưới với lưới điện mẫu Phần phụ lục Một số hình ảnh phần mềm tác giả phát triển Như phần luận văn trình bày, ngồi việc xây dựng thuật toán nhằm thực toán tái cấu trúc lưới, tác giả luận văn thực thêm phần lập trình để làm cơng cụ tính tốn so sánh kết Đây phần mềm tác giả số đồng nghiệp xây dựng nhiều năm, bao gồm nhiều chức tính tốn chế độ, tính tốn ngắn mạch, tính tốn tái cấu trúc (chọn phương thức vận hành) Phần mềm tính tốn kiểm chứng tính tốn chế độ ngắn mạch với lưới truyền tải toàn miền bắc thấy kết phù hợp Dựa nòng cốt tốn tính chế độ, phần mềm tích hợp thêm chức tính chọn phương án tái cấu trúc Kết tính tốn phần kết luận luận văn lấy từ phần mềm Sau đôi nét giới thiệu phần mềm: Phần mềm tích hợp tính bổ mà Window cho phép Main Menu, Popup Menu thao tác với chuột Drag and Drop, Zoom, Click, Double Click Ngồi ra, phần mềm trình xây dựng kiến trúc Multi Documents, kiến trúc giúp người sử dụng lúc thiết lập, quan sát hay điều khiển nhiều Lưới điện Để tiện dụng phần mềm cho phép dùng sở liệu để quản lý catalog thiết bị Chức tự động thiết lập cấu trúc lưới Chức cho phép ta tự động thiết lập cấu trúc thực Lưới điện đồ Với lưới điện thực tế ta nhập thơng tin phần tử lưới từ File số liệu ( *.mdb ; *.txt ; ) nhập trực tiếp, phần tử thông qua cơng cụ Form đặc trưng Phần mềm tự động thiết lập sơ đồ lưới điện theo bước Cơng việc thực đơn giản, dễ dàng tiện dụng mơ tả sau: Chức tính tốn chế độ xác lập Sau thiết lập phần Graph lưới để tính tốn chế độ xác lập ta nhấn nút Calculate Loadflown cửa sổ tính tốn sau: Cửa sổ cho phép ta lựa chọn phương pháp tính toán phương pháp lặp Gauss-Seidel lặp Newton-Raphson kết hợp hai phương pháp để tính hai phương pháp dùng ngày Ngồi ta lựa chọn độ xác, gia tốc hội tụ form số bước lặp tối đa tính tốn Chức tính tốn chế độ ngắn mạch Sau tính tốn chế độ xác lập ta tính tốn ngắn mạch ta có nhấn nút Calculate Short circuit chương trình xẽ tự tính chế độ xác lập để có thơng số xác lập trước cố Cửa sổ tính tốn ngắn mạch sau : Cửa sổ cho phép ta điểm ngắn mạch, dạng ngắn mạch tổng trở điểm ngắn mạch, thêm vào ta lựa chọn hai phương pháp tính tính tốn ngắn mạch dùng ma trận tổng dẫn ma trận tổng trở phương pháp có ưu điểm riêng tuỳ mục đích sử dụng ta sử dụng Chức tính tốn tái cấu trúc lưới (chọn phương thức vận hành) Chức cho phép tính tốn phương án tái cấu trúc lưới theo thuật toán khác : Thuật toán mở vịng nhánh có dịng tải nhỏ Thuật tốn mở vịng nhánh có số MLI nhỏ Thuật toán theo phương pháp cần tải giảm thiểu số lần thao tác thiết bị chuyển mạch Chức mô hoạt động hệ thống 5.1 Chức mơ dịng cơng suất Sử dụng chức ta nhấn phím tương ứng xẽ quan sát dễ dàng trào lưu công suất Hệ thống, biết công suất phản kháng hay tác dụng truyền từ đâu đến đâu 5.2 Chức mơ dịng khả tải đường dây Sử dụng chức cách nhấn phím tương ứng quan sát dễ dàng khả tải đường dây biết dường dây bị tải đường dây non tải 5.3 Chức mô tả hoạt động máy cắt Sử dụng đối tượng máy cắt ta dễ dàng thay đổi cấu trúc lưới điện phù hợp với trạng thái vận hành thực tế cho ta kết cách nhanh chóng Để đóng hay mở máy cắt dùng thao tác kích đúp chuột lên đối tượng máy cắt dùng Popup Menu ... khai hƯ thống tự 1995 Phát triển giới thiệu hệ thống tự động phân phối phụ động phân phối phụ tải dạng phân tải dạng phân tán sử dụng trạm làm việc giống tán máy tính Triển khai hệ thống tự 1996... lý khôi phục cố sử dụng cầu dao tự động 10 2.2 So sánh hệ thốg DAS hệ thống tự động đóng lại 25 (Recloser) 2.3 Tiến trình xây dựng hệ thống DAS 29 2.4 – X©y dựng hệ thống DAS giai đoạn... pháp giảm thời gian điện Giảm thời gian điện (khôi phục nhanh cố) Tăng cường phương tiện thiết bị công tác vận hành Thiểu hoá phạm vi điện Hệ thống tự động phân phối điện Hệ thống kép Tăng cường