Luận văn thạc sĩ tính toán độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện và đánh giá hiệu quả của nguồn dự phòng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN DUY HƯNG ́ TÍNH TỐN ĐỢTIN CẬY CỦA HỆTHÔNG CUNG CÂP ĐIÊN ĐÁNH GIÁHIÊỤ QUẢ CỦA NGUỒN DỰPHÒNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN ̃ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYÊN QUÂN NHU THÁI NGUYÊN - 2016 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN DUY HƯNG ́ TÍNH TỐN ĐỢ TIN CẬY CỦA HỆTHƠNG CUNG CẤP ĐIÊN ̀ ĐÁNH GIÁHIỆU QUẢCỦA NGUÔN DỰPHÒNG Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã ngành: 60520202 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KHOA CHUYÊN MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PHÒNG ĐÀO TẠO THÁI NGUYÊN - 2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung luận văn riêng hướng dẫn khoa học TS Nguyễn Quân Nhu Các nội dung nghiên cứu, đăcc̣ biêṭkết đề tài trung thực chưa cơng bố hình thức trước Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá tác giả thu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần tài liệu tham khảo Nếu phát có gian lận tơi xin hồn toàn chịu trách nhiệm nội dung luận văn Thái Nguyên, Ngày tháng năm 2016 Học viên Nguyễn Duy Hưng LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn hướng dẫn nhiệt tình TS Nguyễn Quân Nhu, giảng viên Bộ môn Hệ thống điện, Trường đại học kỹ thuật công nghiêpc̣ Thái Nguyên - Người chịu trách nhiệm hướng dẫn tơi hồn thành luận văn Từ đáy lịng mình, tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy cô tham gia giảng dạy khóa họ chuyên nghành kỹthuâṭđiêṇ, tạo điều kiện thuận lợi giúp tơi hồn thành khóa học Tôi xin gửi lời cảm ơn tới cán hành khoa Điện Phịng Đào tạo sau đại học giúp đỡ q trình học tập trường Lời cuối cùng, tơi chân thành cảm ơn động viên gia đình vàđồng nghiêp,c̣ người tạo điều kiện nhiều cho suốt chặng đường học tập qua Nguyễn Duy Hưng DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU LĐPP : Lưới điện phân phối HTĐ : Hệ thống điện CCĐ : Cung cấp điện MC : Máy cắt DCL : Dao cách ly DCLTĐ : Dao cách ly tự động HTCCĐ : Hệ thống cung cấp điện TBĐC : Thiết bị đóng cắt TBPĐ : Thiết bị phân đoạn ĐTC : Độ tin cậy ĐTCCCĐ : Độ tin cậy cung cấp điện NMĐ : Nhà máy điện TBA : Trạm biến áp MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU Mục đích nghiên cứu lý chọ Đối tượng nghiên cứu lý ch 2.1 2.2 2.3 Đối tượng nghiên Phạm vi áp dụng Áp dụng cụ thể Ý nghĩa khoa học tính thực tiễn 3.1 3.2 Ý nghĩa khoa học củ Tính thực tiễn đề Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 Tổng quan độ tin cậy 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.2 Các số đ Các số đ Một số Hệ thống điện phầ 1.3 Độ tin cậy phần 1.4 Các tiêu đánh giá độ CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THỊ - GIẢI TÍCH TÍNH TỐN ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI 2.1 Đặt vấn đề 2.2 Mơ hình tốn s 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 Mô tả to Mơ hình ng Mơ hình sơ Các ma trận 2.3 Tính tốn độ tin cậy cung cấp điện 28 2.3.1 Lưới điện hình tia khơng nguồn dự phịng 28 2.3.2 Lưới điện hình tia có nguồn dự phòng [9] 30 2.3.3 Thời gian ngừng điện công tác 31 2.4 Ví dụ ứng dụng tính toán độ tin cậy cung cấp điện 32 2.4.1 Sơ đồ số liệu ban đầu 32 2.4.2 Tính tốn độ tin cậy xét với điều kiện khác 35 2.5 Thuật tốn tính ĐTCCCĐ 40 2.6 Kết luận chương 42 CHƯƠNG 49 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN HUYỆN ĐẦM HÀ 49 TÍNH TỐN CHẾ ĐỘ XÁC LẬP VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CUNG CẤP ĐIỆN CHO CÁC PHỤ TẢI THUỘC LỘ 373 E5.6 49 3.1 Đặc điểm tự nhiên, kinh tế - xã hội huyện Đầm Hà 49 3.1.1 Về địa lý 49 3.1.2 Khí hậu, thời tiết: 50 3.1.3 Giao thông vận tải: 50 3.1.4 Hiện trạng kinh tế xã hội: 50 3.2 Đặc điểm lưới điện Tỉnh Quảng Ninh 51 3.2.1 Phụ tải khu vực cấp điện: .51 3.2.2 Lưới điện 110kV 52 3.2.3 Lưới điện trung áp (35kV-22kV-10kV-6kV) 52 3.3 Ứng dụng phần mềm tính tốn chế độ xác lập lộ 373E5.6 53 3.3.1 Phần mềm PSS/ADEPT 53 3.3.2 Phần mềm PSS/E ( Power Sytem Simulato for Engineering) 54 3.3.3 Ứng dụng phần mềm Phần mềm PSS/ADEPT tính tốn chế độ xác lập lộ 373E5.6 .54 3.3.4 Kết tính tốn 58 CHƯƠNG 60 ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THỊ GIẢI TÍCH ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN CHO CÁC PHỤ TẢI CỦA LỘ 373E5.6 THUỘC LƯỚI ĐIỆN HUYỆN ĐẦM HÀ 60 4.1 Đặt vấn đề 60 4.2.Các số liệu tính tốn khác 64 4.3 Tính tốn độ tin cậy lộ 373E5.6 xét đến hiệu sử dụng nguồn dự phòng: 65 4.3.1 Trường hợp sử dụng TBPĐ Dao cách ly thường 65 4.3.2 Trường hợp sử dụng TBPĐ Dao cách ly tự động 72 4.5 Kết luận chương kiến nghị 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO .82 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1 Nguồn dự phịng lưới điện phân phối 21 Hình 2.2 Sơ đồ HTCCĐ nghiên cứu 22 Hình 2.3 Đồ thị phụ tải ngày theo thời gian 24 Hình 2.4 Sơ đồ HTCCĐ với phân miền khu vực 25 Hình 2.5 Sơ đồ HTCCĐ hình tia 29 Hình 2.6 Lưới điện điều khiển tự động có nguồn dự phịng 30 Hình 2.7 Sơ đồ HTCCĐ nghiên cứu 33 Hình 2.8: Biểu đồ phụ tải khu vực tính tốn 34 Hình 2.9: Giao diện phần mềm 43 Hình 2.10: Vào số liệu bàn phím 44 Hình 2.11: Xem sửa số liệu 44 Hình 2.12: Đọc số liệu để tính tốn 44 Hình 2.13: Kết tính 45 Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý lộ 373E5.63.3 Ứng dụng phần mềm tính tốn chế độ xác lập lộ 373E5.6 53 Hình 3.2: Sơ đồ lưới vẽ PSS 55 Hình 3.3: Thông số máy biến áp 56 Hình 3.4: Thơng số cơng suất phụ tải công suất Ptt, Qtt .57 Hình 3.5: Thơng số đầu vào đường dây 57 Hình 3.6: Kết in 58 Hình 4.1 Sơ đồ kết nối lộ 373E5.6 với 27 trạm phân phối cung cấp cho phụ tải 60 Hình 4.2: Sơ đồ CCĐ với phân miền khu vực 62 Hình 4.3: Biểu đồ phụ tải khu vực 63 Hình 4.4: Xem sửa số liệu 66 Hình 4.5: Đọc số liệu để tính toán 67 Hình 4.6: Kết tính 66 Hình 4.7: Xem sửa số liệu 73 Hình 4.8: Đọc số liệu tính tốn 72 Hình 4.9: Kết tính tốn 75 Hình 4.10: Biểu đồ tính tốn thời gian điện sử dụng DCL thường 80 Hình 4.11: Biểu đồ tính tốn thời gian điện sử dụng DCL tự động (máy cắt) 81 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Các mức phụ tải, thời gian xuất mức phụ tải 34 Bảng 2.2 Tổng hợp kết tính toán ĐTC cho khu vực HTCCĐ 37 Bảng 2.3 Tổng hợp kết tính tốn ĐTC cho khu vực HTCCĐ 39 Bảng 3.1: Chỉ tiêu ĐTCCCĐ 51 Bảng 3.4 Điện áp nút lưới 35 kV 58 Bảng 3.5 thống kê dịng điện tính tốn nhánh, so sánh với dòng điện cực đại cho phép theo điều kiện phát nóng 59 Bảng 4.2 Tổng hợp kết tính tốn độ tin cậy 79 21 31 42 1* 2* 3* 4* ******************************************** KET QUA TINH DO TIN CAY lưới điện nguồn File số liệu: DCL THUONG.dat File kết quả: out.tex Ghi : Khơng có nguồn số nút ban đầu: số nút sau đẳng trị: Tên nhánh nhóm đẳng trị: nhánh: 1= * nhánh: 2= * nhánh: 3= * nhánh: 4= * i nd 10 21 31 42 Kết độ tin cậy: nuttai T mat dien(h) DN mat(kWh) Tổng điện thoi gian mat-h: Tổng điện so lan mat dien-1/nam: Tổng điện mất-kWh: Thời gian điện trung bình năm cho nút tải -h: Số lần điện trung bình năm cho nút tải -1/năm: Kết trung gian Matran duong noi:B(i,j)= 1 1 0 0 Matran anh huong thoi gian mat dien:ah(i,j)= 1.20 0.24 0.30 0.80 2.54 Matran anh huong so lan mat dien:as(i,j)= 0.200 0.200 0.240 0.240 0.300 0.300 0.800 0.800 1.540 1.540 -KET QUA TINH DO TIN CAY lưới điện nguồn Nút đăng nguồn dự phòng: Số nút sau đẳng trị: Tên nhánh nhóm đẳng trị: nhánh: 1= 1*nhánh: 2= 2*nhánh: 3= 3*nhánh: 4= 4* i nd nc 1 2 3 4 Kết độ tin cậy nuttai T mat dien(h) DN mat(kWh) Solan MD(1/nam) Tổng điện thoi gian mat-h: Tổng điện so lan mat dien-1/nam: Tổng điện mất-kWh: Thời gian điện trung bình cho nút tải đẳng trị-h: 1.92 Thời gian điện trung bình cho nút tải gốc-h: 1.92 Số lần điện trung bình cho nút tải -1/năm 1.54 -Kết tính trung gian Ma trận đường nối B(i,j)= 1 1 1 0 0 0 Ma trận ảnh hưởng thời gian điện :ah(i,j)= 0.200 0.200 0.200 0.200 0.240 0.240 0.240 0.240 0.300 0.300 1.800 0.300 0.800 0.800 0.800 0.800 1.540 1.540 3.040 1.540 Ma trận ảnh hưởng số lần điện :as(i,j)= 4.3.2 Trường hợp sử dụng TBPĐ Dao cách ly tự động Thực tế khu vực lưới xét liên kết để nhận điện từ xuất tuyến nguồn dư pc̣ hòng qua DCL (luôn mở) Để nghiên cứu hiệu nâng cao ĐTC nguồn dự phòng ta giả thiết thay DCL máy cắt đóng tự động khu vực nguồn Áp dụng phần mền tính tốn: 1- Số liệu nhập vào từ bàn phím thơng số lưới hình 4.1: Số liệu trước tính tốn xem, sửa cho xác Hình 4.7: Xem sửa số liệu 2- Đọc số liệu: Hình 4.8: Đọc số liệu tính tốn 3- Kết tính tốn: FILE SO LIEU : KV 2-3-4 DCL TD.dat so nhanh so lieu nhanh i ND file số liệu lưới điện: KV 2-3-4 DCL TD.dat/ 2: i nd nc 1 2 1* 2* 3* 4* ******************************************** KET QUA TINH DO TIN CAY lưới điện nguồn File số liệu: KV 2-3-4 DCL TD.dat File kết quả: out.tex Ghi : Khơng có nguồn số nút ban đầu: số nút sau đẳng trị: Tên nhánh nhóm đẳng trị: nhánh: 1= * nhánh: 2= * nhánh: 3= * nhánh: 4= * i nd nuttai T mat dien(h) DN mat(kWh) Solan MD(1/nam) Tổng điện thoi gian mat-h: Tổng điện so lan mat dien-1/nam: Tổng điện mất-kWh: Thời gian điện trung bình năm cho nút tải -h: 3.57 Số lần điện trung bình năm cho nút tải -1/năm: 0.59 Kết tính trung gian Matran duong noi:B(i,j)= 1 1 0 0 Matran anh huong thoi gian mat dien:ah(i,j)= 1.20 0.00 0.00 0.00 1.20 Matran anh huong so lan mat dien:as(i,j)= 0.200 0.200 0.000 0.240 0.000 0.000 0.000 0.000 0.200 0.440 -KE QUA TINH DO TIN CAY lưới điện nguồn Nút đăng nguồn dự phòng: Số nút ban đầu: Số nút sau đẳng tr:̃ Tên nhánh nhăm đẳng tr̃: nhánh: 1= 1*nhánh: 2= 2*nhánh: 3= 3*nhánh: 4= 4* i nd 3 4 Kết độ tin cậy nuttai Tổng điện thoi gian mat-h: Tổng điện so lan mat dien-1/nam: Tổng điện mất-kWh: Thời gian điện trung bình cho nút tải đẳng tr-̃h: 1.69 Thời gian điện trung bình cho nút tải gốc-h: 1.69 Số lần điện trung bình cho nút tải -1/năm 1.31 -Kết tính trung gian Ma trận ảnh hưởng số lần điện :as(i,j)= 0.200 0.200 0.200 0.200 0.240 0.240 0.240 0.240 0.000 0.000 0.300 0.000 0.800 0.800 0.800 0.800 1.240 1.240 1.540 1.240 -Bảng 4.2 Tổng hợp kết tính tốn độ tin cậy STT SỐ LIỆU TÍNH TOÁN Tổng thời gian điệnTNĐ(h/năm) Tổng số lần điện Tổng điện mất- ANĐ (103kWh/năm) Thời gian điện trung bình -SAIFI-(h/năm) Sốlần điện trung binh điện trung bình h̀ –SAIDI-(lần/1 năm) Chú thích: - Series 1: Thời gian điện có nguồn - Series 2: Thời gian điện có nguồn dự phịng Hình 4.10: Biểu đồ tính tốn thời gian điện sử dụng DCL thường Chú thích: - Series 1: Thời gian điện có nguồn - Series 2: Thời gian điện có nguồn dự phịng Hình 4.11: Biểu đồ tính tốn thời gian điện sử dụng DCL tự động (máy cắt) 4.5 Kết luận chương kiến nghị Với yêu cầu chất lượng CCĐ ngày cao, việc tính tốn đánh giá ĐTCCCĐ cho HTCCĐ cần thiết, nhằm đảm bảo yêu cầu cung cấp điêṇ cho khách hàng điạ bàn tinhh̉ Quảng Ninh Mơ hình HTCCĐ theo khu vực (có độ tin cậy) thích hợp với lưới điện trung áp để xây dựng phương pháp tính toán ĐTCCCĐ Trên sở thiết lập ma trận cấu trúc ma trận ảnh hưởng TBPĐ tính tốn tiêu ĐTCCCĐ thơng qua quan hệ giải tích Kết tính tốn cụ thể sơ đồlưới điêṇ Đầm Hàtinhh̉ Quảng Ninh cho thấy cho thấy: - Khi có nguồn dự phịng ĐTCCCĐ lơ đc̣ ường dây 373 E5.6 cải thiện đáng kể Khi sử dụng thiết bị phân đoạn tự động (máy cắt) thời gian điêṇ trung binhh̀ khu vưcc̣ giảm nhiều nhiều so với DCL thông thường - Những khu vực nối trực tiếp vào nguồn dự phòng, mức độ cải thiện độ tin cậy tăng lên rõ rệt so với khu vực khác Thuật toán xác định ĐTCCCĐ lựa chọn đề xuất luận văn có ưu điểm trội tính rõ ràng, mềm dẻo dễ ứng dụng thực tế Kết tính tốn cụ thể cho lộ đường dây 373 E5.6 thuộc khu vực Công ty Điện lực Quảng Ninh cho thấy ĐTC phùhơpc̣ với tình hình vâṇ hành thưcc̣ tế Qua đóthểáp dụng rơngc̣ raĩ phương tính vào lơ c̣đường dây trung áp điạ bàn tỉnh Quảng Ninh TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Bách (2004), Lưới điện hệ thống điện, tập I, II, III, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội [2] Đặng Ngọc Dinh, Trần Bách, Ngô Hồng Quang, Trịnh Hùng Thám (1981), Hệ thống điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội… [3] Bản dịch (1981), Những phương pháp toán học lý thuyết độ tin cậy, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội [4] Lã Văn Út (2001), Phân tích điều khiển ổn định hệ thống điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội [5] GS.TS Lã Văn Út, Tính tốn phân tích chế độ hệ thống điện, Bài giảng SĐH ngành Điện (HCN Thái Nguyên, ĐH Mỏ Địa Chất, ĐHNN Hà Nội) [6] Trần Bách (2004), Lưới điện hệ thống điện, tập I, II, III, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội [7] B.Steciuk, J.R.Redmon (1996), Voltage sag analysis peaks customer service, IEEE Computer Applications in Power,pp.48-51 [8] P.Heine and M.Lehtonen (2003), Voltage Sag Distributino Caused by power System faults, IEEE Trans, on Power System, vol.18, no4, pp 1367-1373 [9] Elena Fumagalli, Jason W.Black, Ingo Vogelsang, Marija (2004), Quanlity of service provision in electric power distribution systems through reliability insurance, IEEE Trans Power Syst., vol 19,no3, pp.1286 ... nghành điện khách hàng Với đề tài: ? ?Tính tốn độ tin cậy hệ thống cung cấp điện đánh giá hiệu ng̀n dự phịng ” luận văn mong muốn đóng góp phần nhỏ tìm hiểu vào việc tính tốn đánh giá độ tin cậy cung. .. tin cậy 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.2 Các số đ Các số đ Một số Hệ thống điện phầ 1.3 Độ tin cậy phần 1.4 Các tiêu đánh giá độ CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THỊ - GIẢI TÍCH TÍNH TỐN ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN CỦA... quan độ tin cậy Độ tin cậy cung cấp điện lưới điện phân phối hiểu khả hệ thống cung cấp đầy đủ liên tục điện cho hộ tiêu thụ với chất lượng điện (Điện áp tần số) đảm bảo (đúng quy định) Để đánh giá