Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện

NGUYỄN QUANG THUẤN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGÀNH: HỆ THỐNG ĐIỆN HỆ THỐNG ĐIỆN ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY HỆ THỐNG ĐIỆN NGUYỄN QUANG THUẤN 2004 - 2006 Hà nội 2006 HÀ NỘI 2006 Nguyễn Quang Thuấn Luận văn tốt nghiệp MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU………………………………………………………… Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘ TIN CẬY………………… 1.1 Khái niệm hệ thống phần tử……………………………… 1.1.1 Hệ thống…………………………………………………………… 1.1.2 Phần tử………………………………………………………… 1.2 Độ tin cậy độ sẵn sàng………………………………………… 1.2.1 Độ tin cậy………………………………………………………… 1.2.2 Độ sẵn sàng……………………………………………………… 1.3 Những tiêu đặc trưng cho q trình hỏng hóc…………… 10 1.3.1 Xác suất làm việc tin cậy………………………………………… 10 1.3.2 Xác suất hỏng hóc………………………………………………… 10 1.3.3 Mật độ xác suất thời gian làm việc tin cậy 10 1.3.4 Hàm tốc độ hỏng hóc 11 1.3.5 Thời gian trung bình tới hỏng MTTF 12 1.3.6 Quan hệ hàm 13 1.4 Bảo dưỡng khả bảo dưỡng 14 1.4.1 Định nghĩa 14 1.4.2 Phân loại hình thức bảo dưỡng 15 1.5 Các luật phân bố hay gặp độ tin cậy 16 1.5.1 Phân bố nhị phân 16 1.5.2 Phân bố Poisson 17 1.5.3 Phân bố hàm mũ 19 1.5.4 Phân bố Weibull 20 1.5.5 Phân bố Rayleigh 21 1.5.6 Phân bố chuẩn 21 1.5.7 Phân bố chuẩn logarít 21 1.5.8 Phân bố Gamma 22 Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện Nguyễn Quang Thuấn Luận văn tốt nghiệp Chương PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐỘ TIN CẬY HTĐ 23 2.1 Phương pháp đồ thị giải tích 24 2.1.1 Sơ đồ độ tin cậy 24 2.1.2 Tính tốn độ tin cậy sơ đồ 26 2.2 Phương pháp không gian trạng thái 31 2.2.1 Trạng thái không gian trạng thái 31 2.2.2 Quá trình ngẫu nhiên Markov 31 2.2.3 Tần suất thời gian trạng thái 35 2.3 Phương pháp hỏng hóc 37 2.3.1 Khái quát chung 37 2.3.2 Phương pháp thành lập hỏng hóc 38 2.3.3 Phân tích hỏng hóc để tính tốn độ tin cậy 39 2.4 Phương pháp Monte-Carlo 41 2.4.1 Nội dung phương pháp Monte-Carlo 41 2.4.2 Mơ hình hố hoạt động phần tử 42 2.4.3 Tính tốn độ tin cậy HTĐ phương pháp Monte-Carlo 46 2.5 Kết luận 48 Chương ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY HTĐ PHỨC TẠP 51 3.1 Khái quát chung 51 3.2 Cơ sở đánh giá độ tin cậy hệ thống điện 57 3.2.1 Lựa chọn phương pháp đánh giá độ tin cậy HTĐ phức tạp 57 3.2.2 Mơ hình biến đổi trạng thái hệ thống điện 61 3.2.3 Đánh giá trạng thái……………………………………………… 64 3.2.4 Các tiêu đánh giá độ tin cậy hệ thống điện 67 3.3 Phương pháp đánh giá độ tin cậy hệ thống điện 69 Ví dụ áp dụng 71 3.4.1 Đặt toán 71 3.4.2 Kết phân tích 73 Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện Nguyễn Quang Thuấn Luận văn tốt nghiệp 3.5 Nâng cao ĐTC HTĐ sử dụng TCSC/SVC/TCPAR 78 3.5.1 Đặt vấn đề 78 3.5.2 Mô hình độ tin cậy TCSC, SVC TCPAR 80 3.5.3 Ứng dụng TCSC, SVC TCPAR ĐTC HTĐ 92 3.5.4 Ví dụ áp dụng 96 3.6 Kết luận 103 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………… 107 Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện Nguyễn Quang Thuấn Luận văn tốt nghiệp DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 Quan hệ hàm f(t), Q(t), R(t), λ(t) MTTF 14 Bảng 2.1 Ký hiệu định nghĩa cửa kiện lập hỏng hóc 39 Bảng 3.1 Cường độ hỏng hóc, sửa chữa máy phát máy biến áp…………………………………………………………………… 72 Bảng 3.2 Cường độ hỏng hóc, sửa chữa đường dây truyền tải………………………………………………………………… 72 Bảng 3.3 Xác suất phân bố thời gian cắt cố tc…………… 72 Bảng 3.4 Xác suất phân bố thời gian đóng trở lại tr………… 73 Bảng 3.5 Xác suất phân bố thời gian tồn cố tf……… 73 Bảng 3.6 MIOR trạng thái cố vĩnh cử thống qua…… 76 Bảng 3.7 Thơng tin thời gian đóng trở lại……………………… 77 Bảng 3.8 Số lượng tải nguyên nhân cố vĩnh cửu tạm thời………………………………………………………………………… 78 Bảng 3.9 Trạng thái đường dây với TCSC môđun……………………………………………………………………… 84 Bảng 3.10 Xác định trạng thái phần tử số ngẫu nhiên… 93 Bảng 3.11 Số liệu nhánh hệ thống điện lấy làm ví dụ…… 97 Bảng 3.12 Các cường độ chuyển đổi (lần/năm) mơ hình khơng gian trạng thái TCSC môđun………………… 97 Bảng 3.13 Ảnh hưởng việc đặt TCSC cải thiện độ tin cậy…… 98 Bảng 3.14 Giải pháp cho tập giới hạn nhiệt khác…………… 99 Bảng 3.15 Số liệu độ tin cậy SVC gồm TSC TCR 100 Bảng 3.16 Giải pháp cho SVC dung lượng nhỏ……………… 101 Bảng 3.17 Giải pháp cho SVC dung lượng lớn……………… 101 Bảng 3.18 Số liệu độ tin cậy biến đổi………………… 102 Bảng 3.19 Các giải pháp có đặt khơng đặt TCPAR……… 102 Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện Nguyễn Quang Thuấn Luận văn tốt nghiệp DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Trạng thái làm việc trạng thái hỏng phần tử…… Hình 1.2 Đường cong tốc độ hỏng hóc 12 Hình 1.3 Đồ thị hàm R(t) Q(t)…………………………………… 13 Hình 1.4 Phân loại hình thức bảo dưỡng 15 Hình 1.5 Hàm mật độ mũ với  = 20 Hình 1.6 Phân bố Weibull với  = 10  = 0,5; 21 Hình 2.1 Phân biệt sơ đồ điện sơ đồ độ tin cậy đường dây tải điện 25 Hình 2.2 Sơ đồ độ tin cậy hệ thống gồm phần tử nối tiếp 26 Hình 2.3 Sơ đồ độ tin cậy hệ thống gồm phần tử song song 28 Hình 2.4 Sơ đồ gồm m đường nối song song 29 Hình 2.5 Sơ đồ ghép nối lát cắt tối thiểu 30 Hình 2.6 Mơ hình khơng gian trạng thái 36 Hình 2.7 Cấu trúc tổng quát cố 38 Hình 2.8 Cây hỏng hóc gồm kiện bản, kiện trung gian 40 Hình 2.9 Lịch sử đồ phần tử trạng thái 43 Hình 2.10 Sơ đồ xác định cường độ chuyển trạng thái 44 Hình 2.11 Lịch sử đồ phần tử trạng thái 44 Hình 3.1 Mơ hình khơng gian trạng thái phần tử hai trạng thái 53 Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống điện đơn giản lấy làm ví dụ 54 Hình 3.3 Minh hoạ biến đổi thành phần dẫn đến biến đổi trạng thái hệ thống 61 Hình 3.4 Mơ hình biến đổi trạng thái máy phát điện 62 Hình 3.5 Mơ hình biến đổi trạng thái đường dây tải điện 62 Hình 3.6 Sơ đồ phân biệt cố vĩnh cửu tạm thời 65 Hình 3.7 Sơ đồ hệ thống điện gồm nút 71 Hình 3.8 Kết mơ EENS 74 Hình 3.9 Kết mô MLLDR1 75 Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện Nguyễn Quang Thuấn Luận văn tốt nghiệp Hình 3.10 Kết mô MLLDR2 75 Hình 3.11 Kết mơ Cov3…………………………………… 76 Hình 3.12 Sơ đồ cấu trúc TCSC gồm mơđun 80 Hình 3.13 Đường cong khả dịng điện phản kháng mơđun TCSC 81 Hình 3.14 Đường cong khả dịng điện phản kháng TCSC có mơđun với số lượng mơđun làm việc khác 81 Hình 3.15 Mơ hình ổn định TCSC đường dây ij 82 Hình 3.16 Mơ hình khơng gian trạng thái TCSC mơđun 83 Hình 3.17 Cấu trúc SVC điển hình gồm có ba TSC TCR 86 Hình 3.18 Sơ đồ SVC đặt đường dây ij 87 Hình 3.19 Mơ hình khơng gian trạng thái SVC gồm TSC TCR 88 Hình 3.20 Sơ đồ cấu trúc điển hình TCPAR 89 Hình 3.21 Mạch tương đương TCPAR lý tưởng lắp đặt đường dây ij 90 Hình 3.22 Mơ hình khơng gian trạng thái TCPAR với hai biến đổi 92 Hình 3.23 Sơ đồ hệ thống điện dùng làm ví dụ 96 Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện ... đổi trạng thái hệ thống điện 61 3.2.3 Đánh giá trạng thái……………………………………………… 64 3.2.4 Các tiêu đánh giá độ tin cậy hệ thống điện 67 3.3 Phương pháp đánh giá độ tin cậy hệ thống điện 69 Ví... 48 Chương ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY HTĐ PHỨC TẠP 51 3.1 Khái quát chung 51 3.2 Cơ sở đánh giá độ tin cậy hệ thống điện 57 3.2.1 Lựa chọn phương pháp đánh giá độ tin cậy HTĐ phức tạp... 22 Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện Nguyễn Quang Thuấn Luận văn tốt nghiệp Chương PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐỘ TIN CẬY HTĐ 23 2.1 Phương pháp đồ thị giải tích 24 2.1.1 Sơ đồ độ tin cậy