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 Mơ 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 không 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 không 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 không 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 mô EENS 74 Hình 3.9 Kết mơ 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 Nguyễn Quang Thuấn -5- Luận văn tốt nghiệp LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần đây, ngành cơng nghiệp có bước tiến đáng kể Chất lượng sản phẩm ngày đặt điều kiện cốt yếu cho tồn tại, phát triển hội nhập doanh nghiệp Các tiêu chuẩn/ Quy phạm sốt xét lại theo xu hướng có kể đến độ tin cậy Những sản phẩm động cơ, máy, thiết bị trình sản xuất khí hố tự động hố, máy tính điện tử, người máy, kết cấu cơng trình mặt đất biển, phương tiện giao thông vận tải viễn thông, thiết bị bay không gian, quan nhân tạo thay phận thể người vật phẩm tiêu dùng hàng ngày, đảm nhận nhiệm vụ chức ngày cao đứng trước yêu cầu hồn thiện khơng ngừng đặc tính làm việc chúng Những sản phẩm kỹ thuật thường bao gồm số lớn phần tử điện Sự hư hỏng phần tử khơng gây thiệt hại riêng cho dây chuyền sản xuất, mà gây thiệt hại cho toàn ngành Trong trường hợp định, sản phẩm thiếu tin cậy trực tiếp gián tiếp gây tai hoạ cho tính mạng nhiều người, chí đe doạ uy tín an toàn hay nhiều quốc gia Việc thu thập xử lý thông tin chất lượng, xác định độ tin cậy sản phẩm giai đoạn thiết kế, đánh giá tiêu độ tin cậy chúng giai đoạn khai thác, đề chiến lược bảo dưỡng sửa chữa, quy mô sản xuất chế tạo nước hay nhập ngoại thiết bị, phụ tùng dự trữ thay thế… nâng cao khả làm việc sản phẩm kỹ thuật điều kiện định vấn đề cấp bách cần giải quyết, nhằm nâng cao suất, chất lượng hiệu sản xuất Đặc biệt, ngành điện giới nước ta trải qua trình cấu tổ chức lại Mục đích thay đổi cấu lại làm thúc đẩy mạnh mẽ cạnh tranh, giảm giá thành cải thiện chất lượng phục vụ cho khách hàng Cấu trúc đặt yêu cầu độ tin cậy hệ thống Độ tin cậy hệ thống điện theo xu hướng bao gồm hai thành phần bản, tính đáp ứng độ an toàn Về mặt cấu trúc thời gian, độ tin cậy hệ thống điện chia thành độ tin cậy ngắn hạn độ tin cậy dài hạn Độ tin cậy ngắn hạn quan tâm nhiều vấn đề an toàn Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện Nguyễn Quang Thuấn Luận văn tốt nghiệp -6- độ tin cậy dài hạn tập trung vào vấn đề khả đáp ứng nhu cầu điện Các phương pháp kỹ thuật luận văn nhằm vào vài vấn đề độ an toàn liên quan đến độ tin cậy ngắn hạn vài vấn đề đáp ứng nhu cầu cung cấp điện liên quan đến độ tin cậy dài hạn hệ thống điện Với nhận thức trên, chọn đề tài: “Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện” làm luận văn tốt nghiệp Nội dung đề tài chia thành chương: Chương Cơ sở lý thuyết độ tin cậy Chương Các phương pháp phân tích độ tin cậy hệ thống điện Chương Đánh giá dài hạn độ tin cậy hệ thống điện phức tạp Cuối kết luận đề xuất Trong trình học tập trường Đại học Bách Khoa Hà Nội q trình thực luận văn tốt nghiệp, tơi ln nhận dạy bảo giúp đỡ nhiệt tình thày cô giáo môn Hệ thống điện, Khoa điện nhà trường Đặc biệt, xin chân thành cảm ơn PGS TS Lê Văn Doanh định hướng hướng dẫn suốt trình thực luận văn Cuối cùng, gửi lời cảm ơn tới đồng nghiệp Trung tâm đào tạo bảo dưỡng công nghiệp thuộc Đại học Bách Khoa Hà Nội Bộ môn Hệ thống điện, Khoa điện, trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội ủng hộ, giúp đỡ chân thành trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Mặc dù có nhiều cố gắng tìm tịi, nghiên cứu, song kiến thức hạn chế chắn luận văn tốt nghiệp tơi cịn nhiều thiếu sót, tơi mong nhận quan tâm bảo thày cô giáo Xin chân thành cảm ơn! Hà nội, ngày 19 tháng 10 năm 2006 HỌC VIÊN Nguyễn Quang Thuấn Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện Nguyễn Quang Thuấn -7- Luận văn tốt nghiệp Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘ TIN CẬY Để đánh giá độ tin cậy hệ thống thiết bị cần xuất phát từ khái niệm Chương nêu khái niệm chung tiêu thường dùng để đánh giá độ tin cậy 1.1 KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG VÀ PHẦN TỬ 1.1.1 Hệ thống Hệ thống tập hợp phần tử tương tác cấu trúc định nhằm thực nhiệm vụ xác định, có điều khiển thống hoạt động tiến tới phát triển [1] 1.1.2 Phần tử Phần tử phận cấu thành hệ thống mà trình định, xem tổng thể không chia cắt được, đặc trưng thông số độ tin cậy chung, phụ thuộc yếu tố bên ngồi mơi trường khơng phụ thuộc vào cấu trúc bên phần tử Bản thân phần tử có cấu trúc phức tạp, xét riêng hệ thống Độ tin cậy phần tử yếu tố định đến độ tin cậy hệ thống Các khái niệm độ tin cậy phần tử cho hệ thống, nghiên cứu kỹ khái niệm độ tin cậy phần tử điều cần thiết Phần tử chia thành hai loại: Phần tử không phục hồi phần tử phục hồi a Phần tử không phục hồi: Phần tử không phục hồi làm việc đến lần hư hỏng Thời gian làm việc phần tử từ lúc bắt đầu hoạt động hỏng (còn gọi thời gian phục vụ T) đại lượng ngẫu nhiên, thời điểm hỏng phần tử ngẫu nhiên trước b Phần tử phục hồi: Phần tử phục hồi phần tử làm việc đến hư hỏng, sau thời gian sửa chữa τ ≥ lại hoạt động (làm việc) trở lại bình thường Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện Nguyễn Quang Thuấn Luận văn tốt nghiệp - 95 - Pli Pdi  Qli Qdi (3.33) Uimin ≤ Ui ≤ Uimax (3.34) P2ij ≤ Q2ij ≤ S2ijmax ij  1, , nb  (3.35) X CTS  X max , X  (3.36) X CTS  X max , X blocked   X bypass , X  (3.37) QSVCmin ≤ QSVC ≤ QSVCmax (3.38) PSVC = αmin ≤ α ≤ αmax (3.39) Trong đó: n, nb số nút số nhánh riêng biệt Pgi, Qgi công suất tác dụng, phản kháng máy phát nút i Pgimax, Pgimin giá trị giới hạn Pgi Qgimax, Qgimin giá trị giới hạn Qgi Pli, Qli tải tác dụng phản kháng nút i (sau đóng nhanh máy phát) Pdi, Qdi nhu cầu tải tác dụng, phản kháng nút i Pij, Qij tải tác dụng, phản kháng truyền đường dây ij Sijmax công suất giới hạn đường dây ij Ui độ lớn điện áp nút i Ui min, Ui max giới hạn điện áp nút i Hàm mục tiêu sử dụng để giảm mức tối thiểu cắt tải toàn hệ thống Công thức (3.30) - (3.35) bất đẳng thức theo cân công suất giới hạn nhiệt (giống OPF thông thường nêu mục 3.2) Công thức (3.36) (3.37) miêu tả kết TCSC thu sở hình 3.13 3.14 Cơng thức (3.36) trạng thái hai môđun nhiều môđun làm việc Và (3.37) cho trường hợp có mơđun làm việc (Ghi chú: Xmax, Xblocked giới hạn phạm vi điện dung, Xmin, Xbypassed giới hạn phạm vi điện cảm) Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện Nguyễn Quang Thuấn - 96 - Luận văn tốt nghiệp Giả thiết mơ hình trạng thái miêu tả mục 3.5.2 (d) sử dụng để miêu tả đường dây TCSC môđun Công thức (3.36) sử dụng đường dây TCSC trạng thái i, nhiều mơđun tốt đường dây tốt Nếu trạng thái ii, (3.37) ứng dụng Với trạng thái iii iv, OPF sử dụng giống trường hợp khơng có TCSC Cơng thức (3.38) (3.39) miêu tả góp phần SVC TCPAR riêng rẽ Cần phải ý giới hạn thấp cao (3.38) (3.39) có quan hệ trạng thái SVC TCPAR, mà đề cập mục 3.5.2.2 3.5.2.3 So với OPF thông thường, công thức có nhiều biến điều khiển liên quan tới: TCSC, SVC TCPAR Điều có nghĩa hệ thống điều khiển linh hoạt trình vận hành Do vậy, cắt tải mong chờ giảm bớt TCSC, SVC TCPAR Nói cách khác, mức độ tin cậy tăng lên 3.5.4 Ví dụ áp dụng Vẫn sử dụng sơ đồ hệ thống điện gồm nút vẽ lại hình 3.23 cho tiện theo dõi để sử dụng khảo sát ảnh hưởng việc thực một: TCSC, SVC TCPAR đến độ tin cậy hệ thống điện phức tạp ~ ~ ~ Hình 3.23 Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện Nguyễn Quang Thuấn Luận văn tốt nghiệp - 97 - Bảng 3.11 liệt kê vài số liệu liên quan đến toán đánh giá độ tin cậy hệ thống điện có thêm thiết bị TCSC, SVC TCPAR [20] Bảng 3.11 Số liệu nhánh hệ thống điện lấy làm ví dụ Nhánh Điện trở đơn vị, r0 (Ω/km) Điện kháng đơn vị, x0 (Ω/km) Tổng trở đơn vị, z0 (Ω/km) Giới hạn công suất (MW) 1-4 0,0000 0,0576 0,0000 300 4-6 0,0170 0,0920 0,1580 300 6-9 0,0390 0,1700 0,3580 300 3-9 0,0000 0,0586 0,0000 300 8-9 0,0119 0,1008 0,2090 300 7-8 0,0085 0,0720 0,1490 300 2-7 0,0000 0,0625 0,0000 300 5-7 0,0320 0,1610 0,3060 300 4-5 0,0100 0,0850 0,1760 300 Các nút 5, nút tải Các tải có giá trị tương ứng riêng biệt 200+j80, 120+j40 130+j45 (MVA) 3.5.4.1 TCSC a Số liệu độ tin cậy TCSC: TCSC sử dụng bao gồm môđun Các cường độ chuyển đổi (lần/năm) mơ hình khơng gian trạng thái TCSC môđun liệt kê bảng 3.12 [30] Bảng 3.12 ρ12 = 0,0028 ρ21 = 0,0154 ρ15 = 0,0005 ρ61 = 0,0333 ρ16 = 0,0004 ρ23 = 0,0021 ρ32 = 0,0308 ρ25 = 0,0005 ρ62 = 0,0333 ρ26 = 0,0004 ρ34 = 0,0014 ρ43 = 0,0462 ρ35 = 0,0005 ρ63 = 0,0333 ρ36 = 0,0004 ρ46 = 0,0007 ρ56 = 8584,8 ρ45 = 0,0005 ρ64 = 0,0949 ρ46 = 0,0004 Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện Nguyễn Quang Thuấn Luận văn tốt nghiệp - 98 - Các thơng số (3.36) (3.37), ví dụ giới hạn điện kháng TCSC số khác môđun thời điểm làm việc theo [30]: * [-0,5X; 0,5X] (có mơđun nhiều làm việc) * [−0,5X; −0,15X ]  [0,1X; 0.5X ] (một môđun làm việc) Với X điện kháng đường dây có đặt TCSC Dưới đây, cố gắng xếp riêng để nghiên cứu ảnh hưởng tác dụng TCSC đến độ tin cậy hệ thống b Ảnh hưởng việc đặt TCSC: Bằng trực giác, ta thấy việc đặt TCSC khu vực khác nhau, tất nhiên có tác dụng khác độ tin cậy hệ thống Dưới đánh giá việc đặt TCSC đường dây khác cố gắng vị trí đặt tối ưu TCSC (đường dây nên đặt đường dây không nên đặt hệ thống) Chỉ tiêu độ tin cậy sử dụng EENS toàn hệ thống Bảng 3.13 Ảnh hưởng việc đặt TCSC cải thiện độ tin cậy Tình trạng đặt TCSC EENS (MWh/năm) Cải thiện độ tin cậy (%) Không đặt TCSC 17524,8390 Đặt đường dây 6-9 9002,0219 48,63 Đặt đường dây 7-8 17278,9508 1,40 Đặt đường dây 5-7 12209,4087 30,33 Đặt đường dây 4-5 15692,5075 10,46 Bảng 3.13 làm sáng tỏ TCSC cải thiện độ tin cậy hệ thống cải thiện lớn với vị trí đặt TCSC đường dây hệ thống Ví dụ, TCSC đặt đường dây 7-8, cải thiện EENS 1.40% Do việc đặt TCSC đường dây không cần thiết Tuy nhiên, thay đổi TCSC tới đường dây 6-9, cải thiện EENS lên đến 48.63% Rõ ràng, đặt TCSC vào đường dây điều mong đợi Lý cho thấy khác lớn có liên quan đến nhiều hệ số Thứ nhất, chúng Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện Nguyễn Quang Thuấn - 99 - Luận văn tốt nghiệp ta nhìn thơng số tải Tải nút lớn (200MW) Khi TCSC đặt gần nút tải lớn, đường dây tương ứng truyền cơng suất nhiều khơng có TCSC TCSC đặt ngẫu nhiên vị trí khác Vì gia tăng độ tin cậy trở lên rõ ràng Đó lý kết tốt TCSC đặt đường dây 5-7 đường dây 4-5 Nhưng tăng đáng kể TCSC đặt đường dây 6-9, điện kháng TCSC kết hợp tốt với điện kháng đường dây (đường dây 6-9 có điện kháng lớn nhất) Tiếp theo đường dây 5-7 đường dây 4-5 Điều có nghĩa khả truyền tải cơng suất nâng cao đặt TCSC đường dây 6-9 5-7, tức độ tin cậy hệ thống cải thiện đáng kể hai trường hợp đặt TCSC vào hai đường dây Tất nhiên, TCSC cải thiện khả truyền tải đường dây 4-5 đặt Nhưng chỗ tắc nghẽn đường dây có điện kháng lớn làm cho không truyền tải nhiều công suất Bởi ảnh hưởng tải đáng kể TCSC đặt đường dây 4-5 Từ phân tích trên, thấy việc tìm miền tối ưu TCSC phức tạp ảnh hưởng xác định thực tế nhiều hệ số đồ thị topo hệ thống mẫu tải Theo trường hợp nghiên cứu chúng ta, để cải thiện tốt độ tin cậy, đặt TCSC đường dây có điện kháng lớn gần chỗ tải lớn c Ảnh hưởng giới hạn nhiệt: Bảng 3.14 Giải pháp cho tập giới hạn nhiệt khác EENS (MWh/năm) Cải thiện độ tin cậy (%) Không đặt TCSC 25832,2272 Đặt đường dây 6-9 16586,5314 35,79 Đặt đường dây 7-8 25603,6706 0,88 Đặt đường dây 5-7 24097,1527 6,72 Đặt đường dây 4-5 25277,2764 2,15 Tình trạng đặt TCSC Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện Nguyễn Quang Thuấn - 100 - Luận văn tốt nghiệp Trong trường hợp này, ta thay đổi giới hạn nhiệt tất đường dây từ 300MVA xuống 200MVA, hy vọng việc cải thiện EENS giảm Từ bảng 3.14, ta thấy EENS tăng lên Điều hợp lý giới hạn nhiệt giảm So sánh với kết bảng 3.13, thấy gia tăng EENS bảng 3.14 nhỏ Đây điều mong đợi Mặc dù TCSC tăng khả truyền tải, thực tế khả truyền tải cưỡng giới hạn nhiệt Do đó, kết trở lên thấp giới hạn nhiệt giảm tới giới hạn Điều có đặt TCSC vài đường dây khơng cần thiết giới hạn nhiệt nhỏ Từ bảng 3.13 3.14 ta thấy rằng, ảnh hưởng giới hạn nhiệt đáng kể TCSC đặt gần nút tải lớn đường dây 5-7 đường dây 4-5 Ví dụ, giới hạn nhiệt đường dây 5-7 300MVA, tăng độ tin cậy 30,33% Khi giới hạn nhiệt giảm xuống 200MVA, tăng độ tin cậy 6,72% 3.5.4.2 SVC SVC sử dụng bao gồm TSC TCR Bảng 3.15 cho số liệu độ tin cậy SVC Bảng 3.15 Số liệu độ tin cậy SVC gồm TSC TCR SVC gồm TSC TCR Cường độ hỏng hóc λ Cường độ phục hồi µ (hỏng hóc/năm) (hỏng hóc/năm) TSC 0,0005 0,0210 TCR 0,0005 0,0210 Vẫn sử dụng hệ thống gồm nút điều kiện giống trường hợp TCSC, mục 3.5.4.1 (b) Trường hợp thứ nhất, ta giả thiết dung lượng SVC [-100, 100] MVAR Sau đó, trường hợp thứ hai, ta tăng dung lượng SVC đến [-200, 200] MVAR Trong hai trường Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện Nguyễn Quang Thuấn - 101 - Luận văn tốt nghiệp hợp này, mô so sánh hướng tới hệ thống có khơng có SVC Các kết chi tiết cho bảng 3.16 3.17 Bảng 3.16 Giải pháp cho SVC dung lượng nhỏ EENS Cải thiện độ tin cậy (MWh/năm) (%) Không đặt SVC 17524,8390 Đặt đường dây 6-9 8271,6347 52,80 Đặt đường dây 7-8 8072,6094 53,94 Đặt đường dây 5-7 7736,2841 55,86 Đặt đường dây 4-5 8267,6683 52,82 Tình trạng đặt SVC Bảng 3.17 Giải pháp cho SVC dung lượng lớn EENS Cải thiện độ tin cậy (MWh/năm) (%) Không đặt SVC 17524,8390 Đặt đường dây 6-9 8222,3364 53,08 Đặt đường dây 7-8 8008,9859 54,30 Đặt đường dây 5-7 7640,3292 56,40 Đặt đường dây 4-5 8249,5967 52,93 Tình trạng đặt SVC Trong trường hợp phải so sánh ảnh hưởng SVC với TCSC, SVC đặt đường dây truyền tải TCSC Theo kết hai bảng trên, ta thấy rằng: * SVC tăng đáng kể độ tin cậy hệ thống ảnh hưởng lớn ảnh hưởng TCSC Như biết, SVC cung cấp cơng suất phản kháng cho hệ thống Tác động to lớn SVC đến độ tin cậy cho thấy đầu tư công suất phản kháng cách hiệu làm tăng chức độ tin cậy hệ thống điện gồm nút * Với hệ thống nút, vị trí đặt SVC nói chung khơng ảnh hưởng nhiều đến việc cải thiện độ tin cậy Sự cải thiện lớn xảy SVC đặt Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện Nguyễn Quang Thuấn Luận văn tốt nghiệp - 102 - đường dây 5-7 Chú ý nút có cơng suất tác dụng lớn Dựa điều thực tế cho thấy SVC cung cấp cơng suất phản kháng, chắn đặt SVC cạnh tải công suất phản kháng lớn hợp lý để cải thiện độ tin cậy * Dung lượng SVC tăng gấp đôi không cải thiện nhiều mức độ độ tin cậy Như biết, dung lượng SVC lớn giá thành cao Điều địi hỏi cần phải điều tra nghiên cứu đầy đủ hiệu kinh tế việc tăng độ tin cậy dung lượng SVC tạo 3.5.4.3 TCPAR TCPAR sử dụng có hai sub-converters Bảng 3.18 cho số liệu độ tin cậy biến đổi Bảng 3.18 Số liệu độ tin cậy biến đổi Bộ biến đổi Cường độ hỏng hóc λ Cường độ phục hồi µ (hỏng hóc/năm) (hỏng/năm) 0,0004 0,0300 Giả thiết giới hạn góc pha lớn TCPAR [− 30o, 30o] Bảng 3.19 mô tả kết TCPAR đặt đường dây khác hệ thống điện nút nêu Bảng 3.19 Các giải pháp có đặt khơng đặt TCPAR Tình trạng đặt TCPAR EENS (MWh/năm) Cải thiện độ tin cậy (%) Không đặt SVC 17524,8390 Đặt đường dây 6-9 17480,5355 0,25 Đặt đường dây 7-8 17480,5438 0,25 Đặt đường dây 5-7 17481,0248 0,25 Đặt đường dây 4-5 17482,4044 0,24 Từ bảng ta thấy, lắp đặt TCPAR vào hệ thống nút lấy làm ví dụ gần không cải thiện độ tin cậy hệ thống Trong TCSC SVC Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện Nguyễn Quang Thuấn - 103 - Luận văn tốt nghiệp có ảnh hưởng đáng kể đến cải thiện độ tin cậy hệ thống Như biết, ba loại thiết bị FACTS nhắm vào điều khiển khác nhau: TCPAR tác động góc pha, SVC cung cấp cơng suất phản kháng, TCSC điều chỉnh điện kháng Nghiên cứu trường hợp hệ thống nút cho ta thấy thiết bị FACTS tác động đến độ tin cậy lớn nhỏ khác Song hiểu biết tình trạng yếu hệ thống giúp tối ưu hố việc sử dụng thành phần FACTS Ví dụ, hệ thống thiếu công suất phản kháng, SVC trở thành ứng cử viên tốt để nâng cao độ tin cậy Mặt khác, nghiên cứu tác động của FACTS độ tin cậy giúp việc vận hành quy hoạch tối ưu hệ thống điện phức tạp Cuối mong muốn rằng, phương pháp đánh giá độ độ tin cậy cho TCSC, SVC TCPAR mở rộng để phân tích ảnh hưởng thành phần FACTS khác thiết bị khác việc đánh giá độ tin cậy hệ thống điện phức tạp 3.6 KẾT LUẬN Chương giới thiệu phương pháp tính xác suất độ tin cậy dài hạn hệ thống điện phức tạp theo tính đáp ứng độ an tồn Phương pháp dựa mơ hình biến đổi trạng thái gần theo dãy Monte-Carlo Để xét ảnh hưởng cố vĩnh cửu tạm thời, mơ hình biến đổi trạng thái cho đường dây phát triển Hai tiêu độ ổn định liên quan đến độ ổn định tạm thời giới thiệu để mô tả tồn diện q trình động cố Nghiên cứu áp dụng hệ thống nút cho thấy tính an tồn động có ảnh hưởng đáng kể đến độ tin cậy hệ thống, tính đáp ứng ảnh hưởng nhiều đến độ tin cậy hệ thống điện so với tính an tồn Chương nghiên cứu tác động FACTS gồm TCSC, SVC TCPAR độ tin cậy hệ thống điện phức tạp Việc nghiên cứu tóm lược sau: Trước tiên, ta xây dựng mô hình độ tin cậy điều kiện cấu trúc nguyên lý hoạt động thiết bị, ta lập Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện Nguyễn Quang Thuấn - 104 - Luận văn tốt nghiệp sơ đồ tương đương trạng thái ổn định, từ áp dụng thiết bị để nghiên cứu độ tin cậy với thủ tục như: lựa chọn trạng thái đánh giá trạng thái Các trường hợp nghiên cứu hệ thống điện nút cho thấy rõ ràng ba thiết bị FACTS kể cải thiện độ tin cậy hệ thống điện Và ảnh hưởng có quan hệ chặt chẽ tới hệ số đặc tính điều khiển thiết bị, cấu trúc hệ thống mẫu tải Sau cùng, luận văn đưa phương pháp để xây dựng mơ hình độ tin cậy TCSC, SVC TCPAR; đồng thời đưa phân tích ảnh hưởng chúng đến độ tin cậy hệ thống điện phức tạp Điều ứng dụng tốt cho thiết bị khác Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện Nguyễn Quang Thuấn - 105 - Luận văn tốt nghiệp KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT TÓM TẮT CÁC ĐÓNG GÓP NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN Luận văn tổng hợp giới thiệu khái niệm phương pháp cần thiết liên quan đến nghiên cứu, đánh giá độ tin cậy hệ thống thiết điện Luận văn giới thiệu phương pháp tính tốn, phân tích đánh giá độ tin cậy hệ thống điện, đặc biệt quan điểm đánh giá độ tin cậy hệ thống điện phức tạp nghiên cứu áp dụng hệ thống điện nút Từ rút nhận xét kết luận quan trọng phát triển, áp dụng hiệu việc nâng cao độ tin cậy hệ thống thực tế Cụ thể đóng góp luận văn tổng kết đây:  Bằng việc sử dụng lấy mẫu gần trạng thái chuyển đổi hệ thống, phương pháp mô dãy Monte-Carlo, phát triển phương pháp đánh giá xác suất độ tin cậy dài hạn hệ thống điện phức tạp hai phương diện: tính đáp ứng an tồn Một mơ hình chuyển đổi độ tin cậy ba trạng thái phát triển cho đường dây truyền tải bao gồm ảnh hưởng cố vĩnh cửu cố thoáng qua Phản ánh bật quy trình hệ thống theo cố, biến đổi ngẫu nhiên với phân bố xác suất vận dụng Nghiên cứu đưa rõ ràng an tồn dẫn đến thiếu điện cho tải, vấn đề chủ yếu độ tin cậy dài hạn khả đáp ứng nhu cầu tải  Đề xuất sử dụng FACTS thay việc xây dựng đường dây truyền tải nhà máy điện để cải thiện độ tin cậy hệ thống điện phức tạp chưa thực cần thiết So với xây dựng thêm nhiều nhà máy phát điện đường dây truyền tải, việc sử dụng FACTS dễ dàng thực nhiều Trong chờ đợi xây dựng thêm nhà máy đường dây truyền tải, FACTS coi biện pháp hiệu việc nâng cao độ tin cậy hệ thống điện cách điều kiển thông số điện kháng, điện áp góc pha trơn nhanh chóng Phương pháp với kỹ thuật công nghệ cho phép nghiên cứu ảnh hưởng FACTS Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện Nguyễn Quang Thuấn - 106 - Luận văn tốt nghiệp TCSC, SVC TCPAR hệ thống điện phức tạp ứng dụng cho thiết bị khác dễ dàng PHƯƠNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Luận văn đề cập đến vấn đề quan trọng phối hợp độ tin cậy ngắn hạn dài hạn hệ thống điện Để áp dụng thực tế cần nghiên cứu, phát triển Có thể phát triển trường hợp đây:  Điều khiển trình phức tạp nhằm vào trì vận hành an tồn hệ thống khía cạnh chủ yếu phân tích độ tin cậy ngắn hạn Nghiên cứu chưa quan tâm đến yếu tố ngẫu nhiên phương pháp áp dụng cho yếu tố bất ngờ Để hoàn thiện đánh giá độ tin cậy ngắn hạn, cần đưa vào tính tốn yếu tố ngẫu nhiên  Nghiên cứu luận văn an toàn động đánh giá độ tin cậy dài hạn hệ thống điện phức tạp có liên quan đến ổn định động Để mơ tả xác quy luật tự nhiên vấn đề ổn định, nên bao gồm ổn định điện áp  Sự nghiên cứu tác động FACTS độ tin cậy hệ thống điện phức tạp tập trung vào trạng thái tĩnh, FACTS sử dụng cho hệ thống điện trạng thái tĩnh tốt trạng thái động Tuy nhiên thuộc tính động FACTS cần khảo sát tỷ mỉ cho ứng dụng tổng quát việc cải thiện độ tin cậy  Đối với ngành điện Việt Nam, nghiên cứu để lựa chọn mơ hình thị trường điện cạnh tranh vào năm tới [9] Vì để đảm bảo độ tin cậy vận hành tối ưu hệ thống, từ cần xem xét đến cơng nghệ FACTS ứng dụng hệ thống điện nước ta  Trong tình hình thị trường điện nước ta chuyển từ độc quyền sang thị trường cạnh tranh, cần nghiên cứu phương thức quản lý điều khiển thị trường theo hướng đấu giá nhanh dựa biến đổi nhanh lượng suốt trình hoạt động hệ thống Sự điều khiển hoạt động phức tạp nghiên cứu áp dụng loại trừ tắc nghẽn, xung đột đường dây đảm bảo độ tin cậy hệ thống Các phương pháp xác định vấn đề liên quan đến đặc điểm độ tin cậy ngắn hạn Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện Nguyễn Quang Thuấn - 107 - Luận văn tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Bách Lưới điện hệ thống điện NXB khoa học kỹ thuật, 2000 [2] Lê Văn Doanh Bảo dưỡng thử nghiệm phần tử hệ thống điện NXB khoa học kỹ thuật, 2005 [3] Phan Văn Khôi Cơ sở đánh giá độ tin cậy [4] Trần Đình Long Lý thuyết hệ thống NXB khoa học kỹ thuật, 2003 [5] Hội điện lực Việt Nam Tạp chí điện & Đời sống số 58, 59, 61, 63 năm 2003 - 2004 [6] Charles E Ebeling An Introduction to Reliability and maintainability engineering The McGraw-Hill companies, INC 1997 [7] W R Blischke and D N P Murthy Case Studies in Reliability and Maintenance, ISBN 0-471-41373-9 © 2003 John Wiley and Sons, Inc [8] Electric power engineering education Probability Distributions for Reliability [9] Internets Aralia -workshop [10] North America Electric Reliability Council “Reliability Assessment 2001-2010 the Reliability of Bulk Electric Systems in North America,” Report, NERC, Princeton, NJ, Oct 2001 [11] A D Patton and C Singh “The Impact of Restructuring Policy Changes on Power Grid Reliability,” Report, Department of Electrical Engineering, Texas A&M University, 1998 Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện Nguyễn Quang Thuấn - 108 - Luận văn tốt nghiệp [12] J D McCalley, V Vittal, and N Abi-Samra “An Overview of Risk Based Security Assessment,” Proc of the 1999 [13] R Billinton, L Salvaderi, J D McCalley, H Chao, T Seitz, et.al “Reliability Issues in Today’s Electric Power Utility Environment,” IEEE Trans Power Systems, Vol 12, No 4, pp 1708-1714, Nov 1997 [14] C Singh “Electric Power System Reliability”, Department of Electrical Engineering, Texas A&M University, 2001 [15] R Billinton and E Khan “A Security Based Approach to Composite Power System Evaluation,” IEEE Trans Power Systems, Vol 7, No 1, pp 65-72, Feb 1992 [16] Y G Paithankar Transmission Network Protection, Marcel Dekker, New York, NY, 1997 [17] R Billinton and S Aboreshaid “Stochastic Modelling of High-speed Reclosing in Probabilistic Transient Stability Studies,” Proc of IEE-Generation, Transmission and Distribution, Vol 142, No.4, pp 350-354, July 1995 [18] Yishan Li Short-term and long-term reliability studies in deregulated power systems, December 2005 [19] R Billinton and W Li Reliability Assessment of Electric Power Systems Using Monte Carlo Methods, Plenum Press, New York, NY, 1994 [20] P M Anderson and A A Fouad Power System Control and Stability, IEEE Press, New York, NY, 1994 [21] J R Arce, M D Iiic, and F F Garces “Two New Methods to Assess Short-term Transmission Reliability,” Proc of the 2001 IEEE/PES Summer Meeting, Vancouver, British Columbia, Canada, Vol.1, pp 503-509, July 2001 Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện Nguyễn Quang Thuấn - 109 - Luận văn tốt nghiệp [22] J J Paserba, N W Miller, E V Larsen, and Richard J Piwko “A Thyristor Controlled Series Compensation Model for Power System Stability Analysis,” IEEE Trans Power Delivery, July 1995 [23] E V Larsen, K Clark, S A Miske, and J Urbanek “Characteristics and Rating Considerations of Thyristor Controlled Series Compensation,” IEEE Trans Power Delivery, Vol 9, No.2, pp 992-1000, April 1994 [24] X Zhou and J Liang “Overview of Control Schemes for TCSC to Enhance the Stability of Power Systems,” Proc of IEE-Generation, Transmission and Distribution, Vol 146, No.2, pp 125-130, Mar 1999 [25] G M Huang and T Zhu “TCSC as a Transient Voltage Stabilizing Controller”, Proc of the 2001 [26] G M Huang and P Yan “The Impacts of TCSC and SVC on Power System Load Curtailments,” Proc of the 2001 IEEE/PES Summer Meeting, Vancouver, British Columbia, Canada, Vol 1, pp 33 –37, July 2001 [27] M R Iravani and D Maratukulam “Review of Semiconductor-controlled (Static) Phase Shifters for Power Systems Applications,” IEEE Trans Power Systems, Vol.9, No.4, pp 18331839, Nov 1994 [28] E Acha, V G Agelidis, O Anaya, and T Miller Power Electronic Control in Electrical Systems, Newnes, Woburn, MA, 2002 [29] R Billinton, M Fotuhi-Firuzabad, S O Faried, and S Aboreshaid “Impact of Unified Power Flow Controllers on Power System Reliability,” IEEE Trans Power Systems, Vol 15, pp 410-415, Feb 2000 [30] N G Hingorani “FACTS Technology and Opportunities,” IEE Colloquium on FACTS, Vol 5, pp 4/1-4/10, Jan 1994 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... cầu độ tin cậy hệ thống Độ tin cậy hệ thống điện theo xu hướng bao gồm hai thành phần bản, tính đáp ứng độ an toàn Về mặt cấu trúc thời gian, độ tin cậy hệ thống điện chia thành độ tin cậy ngắn... phục hồi [1] Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện Nguyễn Quang Thuấn -9- Luận văn tốt nghiệp 1.2 ĐỘ TIN CẬY VÀ ĐỘ SẴN SÀNG 2.2.1 Độ tin cậy (Realiability) Độ tin cậy xác suất để hệ thống (hoặc phần