Nghiên cứu mối quan hệ giữa vốn đầu tư - độ tin cậy, đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện lưới trung áp

Nghiên cứu mối quan hệ giữa vốn đầu tư - độ tin cậy, đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện lưới trung áp

Bộ công THƯƠNG Tập đoàn điện lực việt nam

Viện năng lượng

Nghiên cứu mối quan hệ giữa vốn đầu tư-độ tin cậy đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy

cung cấp điện lưới điện trung áp

Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Đức Hạnh

7179 17/3/2009

Hà Nội, 11 – 2008

Mục lụcNội dung

Mục lục

Danh mục các chữ viết tắt

Mở đầu:

Chương I: Tổng quan về lưới điện phân phối trung áp

1.1 Giới thiệu tổng quan về lưới điện phân phối trung áp 1.2 Các thiết bị đóng cắt trong LĐPPTA

1.3 Phân tích một số cấu hình thường gặp của LĐPPTA 1.4 Kết luận chương I

Chương II: Đánh giá độ tin cậy của một số cấu hình lưới điện phân phối trung áp

3.3 Phương pháp giải quy hoạch phi tuyến xấp xỉ 3.4 Phương pháp giải bài toán

3.5 Giới thiệu chương trình tính toán 3.6 Kết luận chương III

Chương IV: Tính toán, so sánh các phương án nâng cao độ tin cậy dựa trên mối quan hệ giữa ĐTC-Vốn đầu tư cho một số lưới điện cụ thể

4.1 Đặt vấn đề

4.2 Các giả thiết tính toán

4.3 Tính toán cho các lưới điện cụ thể 4.4 Kết luận chương IV

Chương V: Đề xuất các giải pháp nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện lưới điện trung áp

Trang 1 2 3 - 5 7 14 18

19 19 27 35

36 38 41 45 50 53

54 54 56 60

5.1 Các giải pháp nâng cao ĐTC chung cho hệ thống cung cấp điện 5.2 Các giải pháp nâng cao ĐTC cho lưới điện phân phối

5.3 Đề xuất một số sơ đồ cung cấp điện điển hình cho các hộ phụ tải 5.4 Kết luận chương V

Kết luận kiến nghị rút ra từ đề tài Tài liệu tham khảo

Phụ lục: Bản in chương trình tính toán

61 64 70 75 76 78

81

Danh mục các chữ viết tắt

HTCCĐ LĐPPTA ĐTC MBA TBA Tu Ti TA TBĐC DCL CDPT TĐL TĐD MC DAS

SCADA

Hệ thống điện cung cấp điện Lưới điện phân phối trung áp Độ tin cậy

Máy biến áp Trạm biến áp Biến điện áp Biến dòng điện Trung áp

Thiết bị đóng cắt Dao cách ly Cầu dao phụ tải Tự động đóng lại

Tự động đóng nguồn dự phòng Máy cắt

Hệ thống phân phối điện tự động

Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu

Mở đầu

Các thập kỷ trước, đánh giá về độ tin cậy lưới trung áp ít được chú ý bằng đánh giá độ tin cậy nguồn điện, lưới truyền tải Lý do cơ bản là xây dựng các nhà máy điện đòi hỏi vốn đầu tư rất lớn và thiếu nguồn cũng như sự cố trên hệ thống truyền tải gây ảnh hưởng rất rộng đối với xã nền kinh tế - xã hội

Tuy nhiên việc phân tích các thống kê sự cố khách hàng cho thấy độ tin cậy của lưới trung áp ảnh hưởng nhiều nhất tới việc mất điện của khách hàng Ví dụ [13]: theo thống kê của công ty Điện lực ở Anh về thời gian mất điện trung bình hàng năm của lưới phân trung áp tỷ lệ 60,7% tổng cộng thời gian mất điện Mặt khác trong thời gian qua thiệt hại về kinh tế - xã hội là rất lớn do độ tin cậy lưới trung áp không đảm bảo ví dụ: Tại Mỹ, trong một năm thiệt hại do mất điện gây ra ước tính 50 tỷ USD Công ty Điện lực PG & E phải bồi thường cho công ty chế biến các sản phẩm nấm CMI với số tiền 5,5 triệu USD do độ tin cậy và chất lượng điện năng không đảm bảo theo hợp đồng (số liệu năm 1995)

Đối với các nước đã hình thành thị trường điện, khi việc mua bán điện được thực hiện theo đúng hợp đồng giữa bên mua và bên bán thì yêu cầu về độ tin cậy, chất lượng điện năng là một yêu cầu chính đáng và được những người làm công tác kinh doanh điện năng hết sức quan tâm

Cùng với việc gia tăng nhu cầu sử dụng điện, việc sử dụng các thiết bị điện có yêu cầu chất lượng điện năng cao ngày càng gia tăng Việc nghiên cứu các yếu tố tác động và các giải pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện là vấn đề hết sức cần thiết

Đề tài này bao gồm 5 chương

Chương 1: Tổng quan về lưới điện phân phối trung áp, trong đó tập trung đi sâu vào các vấn đề: Giới thiệu tổng quan về lưới điện phân phối trung áp trong lĩnh vực thiết kế, vận hành, giới thiệu các loại thiết bị đóng cắt, phân tích một số cấu hình thường gặp của lưới phân phối trung áp

Chương 2: Đánh giá độ tin cậy của một số cấu hình lưới điện phân phối bao gồm các vấn đề như: Tính toán kỳ vọng thiếu hụt điện năng, đánh giá độ tin cậy và tính toán kỳ vọng thiếu hụt điện năng của một số cấu hình lưới phân phối trung áp

Chương 3: Nghiên cứu mối quan hệ giữa vốn đầu tư-độ tin cậy, mô hình tính toán bao gồm các vấn đề như: Đưa ra phương pháp luận nghiên cứu mối quan hệ giữa vốn đầu tư-độ tin cậy, đề xuất mô hình tính toán và viết phần mềm chương trình tính toán để xác định vị trí, số lượng, loại thiết bị đóng cắt trên lưới điện để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

Chương 4: Dựa trên phương pháp đề xuất ở trên, tính toán, so sánh các phương án nâng cao độ tin cậy cho một số lưới điện cụ thể để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

Chương 5: Đề xuất các giải pháp nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Từ đó rút ra các kết luận và kiến nghị

Kết quả nghiên cứu của đề tài làm cơ sở xây dựng chương trình tính toán xác định vị trí, số lượng, loại thiết bị đóng cắt lắp đặt trên lưới phục vụ cho công tác quy hoạch, thiết kế vận hành hệ thống cung cấp điện và đề xuất các giải pháp để nâng cao độ tin cậy cho hệ thống cung cấp điện

Chương I: tổng quan về lưới điện phân phối trung áp 1.1 Giới thiệu tổng quan lưới điện phân phối trung áp

1.1.1 Đặc điểm của lưới điện phân phối trung áp

Lưới điện phân phối là lưới điện trực tiếp chuyển tải điện năng từ thanh góp hạ áp trạm biến áp khu vực đến các hộ tiêu thụ

Các dạng lưới điện trung áp thường gặp là lưới hình tia không phân đoạn, hình tia phân đoạn, mạch vòng phân đoạn

Thông thường lưới phân phối có số lượng các phần tử cao hơn nhiều so với các thành phần khác trong hệ thống điện nên xác suất sự cố cũng cao hơn nhiều, vì vậy để đảm bảo cung cấp điện cho khách hàng hầu hết các tuyến đường dây đều có mạch vòng liên kết với các đường dây, các nguồn kế cận Việc khôi phục cung cấp điện cho các hộ phụ tải sẽ giảm được rất nhiều thời gian bằng các thao tác đóng cắt tự động các thiết bị phân đoạn nằm trong mạch vòng Thời gian phục hồi cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ điện phụ thuộc vào khả năng tải của đường dây và nguồn dự phòng, vào khả năng tự động của các thiết bị phân đoạn

Lưới phân phối trung áp có đặc điểm là mỗi một đường dây phân phối thường có nhiều loại phụ tải khác nhau (phụ tải sinh hoạt, chiếu sáng công cộng, thương mại dịch vụ, nhà máy, phân xưởng sản xuất ) các loại phụ tải này phân bố một cách ngẫu nhiên không đồng đều trên các lộ đường dây và chúng có thời điểm sử dụng công suất lớn nhất khác nhau thay đổi trong ngày, trong tuần và trong mùa Vì thế trên các đường dây đồ thị phụ tải luôn thay đổi, không bằng phẳng có thể gây ra hiện tượng quá tải tạm thời và tăng suất tổn thất của các lộ đường dây trong lưới điện phân phối trung áp Sự ảnh hưởng này nặng nề nhất là với các cấu trúc lưới điện phân phối hình tia có một nguồn cung cấp, các lưới phân phối hình tia thường xuyên bị quá tải vào các thời gian phụ tải cực đại trong ngày và trong mùa, tổn thất công suất trên các đoạn đầu nguồn là rất lớn, hay xảy ra sự cố Ngoài ra sơ đồ lưới cung cấp điện hình tia còn có nhược điểm là độ tin cậy cung cấp điện thấp khi xảy ra sự cố trên một phần tử thì toàn bộ đường dây (nếu không được phân đoạn) sẽ mất điện, hoặc ít nhất thì các phần tử từ phân đoạn bị sự cố trở đi (theo hướng đi của dòng công suất) sẽ bị mất điện Để

khắc phục nhược điểm này người ta dùng sơ đồ lưới phân phối kín vận hành hở có nhiều thiết bị phân đoạn và nhiều nguồn cung cấp

1.1.2 Các lý do vận hành hở lưới điện phân phối

Vận hành hở sẽ giảm chi phí đầu tư cho các thiết bị do yêu cầu về khả năng chịu đựng dòng ngắn mạch trong mạch vòng lớn hơn so với các mạch hình tia Lưới phân phối là lưới trực tiếp truyền tải điện năng đến cho hộ tiêu thụ nên số lượng rất lớn, nếu vận hành kín thì hệ thống rơ le bảo vệ sẽ phức tạp hơn, thông thường phải dùng rơ le bảo vệ có hướng, vận hành và chỉnh định khó khăn do số lượng lớn Khi vận hành cấu trúc lưới hở hệ thống bảo vệ chỉ cần dùng rơ le quá dòng và bảo vệ chạm đất

Việc vận hành lưới điện phân phối hở bằng cách chọn điểm hợp lý để mở mạch vòng cũng rất đơn giản, các điều độ viên sẽ tính toán lựa chọn ra điểm mở mạch vòng có lợi nhất và sẽ ra lệnh đóng mở các thiết bị phân đoạn hiện có trên lưới để thay đổi cấu hình lưới, thay đổi dòng công suất đi trên các đường dây, chống quá tải cục bộ do phân bố dòng công suất không hợp lý, giảm tổn thất công suất, tổn thất điện áp v.v Tuy nhiên trong một số trường hợp điểm mở mạch vòng hợp lý tìm được nhờ tính toán lại rất xa so với điểm đặt thiết bị phân đoạn trong thực tế nên việc mở mạch vòng sẽ không đạt hiệu quả cao Do đó xuất phát từ vấn đề thực tế của việc lựa chọn điểm mở mạch vòng, bài toán lựa chọn điểm phân đoạn hợp lý trong lưới điện trung áp được chia thành hai loại: bài toán thiết kế và bài toán vận hành

1.1.3 Bài toán mở mạch vòng dưới góc độ thiết kế

Bài toán thiết kế sẽ cho ra các kết quả tính toán xác định vị trí đặt thiết bị phân đoạn với tần suất sử dụng lớn nhất Xuất phát từ thực tế vận hành thường xảy ra tình huống điểm mở mạch vòng tính toán thay đổi liên tục và xa các điểm có thiết bị phân đoạn, vì vậy trong quá trình thiết kế lưới phân phối trung áp mới, các số liệu về nhu cầu sử dụng công suất cực đại của phụ tải điển hình trong ngày, trong tuần, trong mùa thường rất được quan tâm để dự báo xác suất trạng thái thường gặp nhất của phụ tải, từ

phân đoạn sẽ được lựa chọn phù hợp để lắp đặt sao cho lợi ích kinh tế thu được là lớn nhất

1.1.4 Bài toán mở mạch vòng dưới góc độ vận hành

Trong vận hành lưới điện phân phối, mỗi khu vực khác nhau có phụ tải khác nhau, tính chất và nhu cầu sử dụng công suất của phụ tải cũng khác nhau Nhu cầu điện năng của các phụ tải cũng thay đổi theo giờ trong ngày và tuỳ theo đặc điểm của mỗi loại phụ tải, giờ sử dụng công suất lớn nhất của từng loại phụ tải trong ngày, trong tuần và trong mùa sẽ khác nhau Dưới góc độ vận hành, bài toán có điều kiện ban đầu là: số điểm đặt thiết bị phân đoạn, số thiết bị phân đoạn và loại thiết bị phân đoạn đã cho trước, vì thế bài toán vận hành là bài toán mà từ các số liệu hiện thời hoặc từ các số liệu thu thập được để dự báo nhu cầu công suất tiêu thụ của các phụ tải trong thời gian gần để tính toán lựa chọn ra các khoá điện có sẵn trên lưới sẽ được mở ra tạo thành mạch vòng hở theo các hàm mục tiêu đề ra

1.2 Các thiết bị phân đoạn trong lưới điện phân phối trung áp

Để phân đoạn lưới phân phối nâng cao độ tin cậy, giảm thời gian gián đoạn cung cấp điện ngoài các thiết bị cổ điển như DCL, cầu dao phụ tải, người ta còn sử dụng một số thiết bị tự động để làm thiết bị phân đoạn như máy cắt, dao cách ly tự động, tự

động đóng lại, tự động đóng nguồn dự phòng v.v

Việc quyết định sử dụng các thiết bị tự động cần phải xem xét từ nhiều khía cạnh của hệ thống cung cấp điện, phải phối hợp thoả hiệp nhiều mặt như chọn sơ đồ nối dây, chọn thiết bị, hình thức bảo vệ, trình độ vận hành và khai thác thiết bị tự động v.v với chi phí đầu tư tương ứng

1.2.1 Dao cách ly thường (DCL)

DCL thường có ưu điểm là giá thành rẻ, phù hợp cho lưới điện trên không, tuy nhiên nhược điểm là không đóng cắt có tải và không điều khiển từ xa được nên khi thao tác phải cắt điện đầu nguồn và thao tác dao cách ly tại chỗ Vì thế thời gian thao tác lâu, đặc biệt khi xảy ra sự cố trên đường dây, nếu không phát hiện được bằng mắt phải đóng/cắt thử từng dao cách ly để phân đoạn cách ly điểm sự cố sẽ mất rất nhiều

thời gian, phải đóng cắt máy cắt nhiều lần, giảm tuổi thọ của máy căt và giảm độ ổn định cung cấp điện

DCL thường được sử dụng những khu vực mật độ phụ tải không cao, lưới điện chủ yếu là đường dây trên không, đặc biệt là các vùng ngoại thành, nông thôn

1.2.2 Dao cách ly tự động (DCLTĐ)

DCLTĐ khác với DCL thường ở chỗ có thể điều khiển từ xa, khi xảy ra sự cố bằng thao tác đóng cắt từ xa có thể xác định và cách ly phân đoạn sự cố, ưu điểm này của DCLTĐ làm giảm thời gian tìm kiếm xác định sự cố và thời gian gián đoạn cung cấp điện

Tuy nhiên, do không đóng cắt có tải được nên khi chuyển tải, tái cấu hình lưới để cải thiện các thông số vận hành phải cắt nguồn cung cấp, gây ra tình trạng mất điện không cần thiết, làm giảm độ tin cậy và ổn định của hệ thống điện Trong lưới điện phân phối trung áp của Việt Nam DCLTĐ chưa được sử dụng rộng rãi

1.2.3 Cầu dao phụ tải (CDPT)

Cầu dao phụ tải (CDPT) là thiết bị đóng cắt có tải được sử dụng tương đối phổ biến hiện nay ở các khu vực các đô thị có lưới điện phân phối trung áp ngầm CDPT có thể đóng cắt có tải nên khi thao tác không cần phải cắt điện, tránh hiện tượng mất điện không cần thiết của các phụ tải khi phải đổi nguồn, san tải hoặc cắt điện một phần lưới điện để thao tác

Điểm hạn chế của CDPT là không kết hợp được với các điều khiển từ xa, các thiết bị bảo vệ nên thời gian thao tác cô lập sự cố lâu do phải thao tác tại chỗ Tuy nhiên với ưu điểm có khả năng đóng cắt có tải, giá thành thấp, trong các trường hợp ngừng điện kế hoạch, CDPT có ưu điểm hơn hẳn so với các thiết bị như DCL thường, DCLTĐ nhờ khả năng đóng cắt có tải nên được sử dụng rộng rãi ở các khu vực có mật độ phụ tải cao như Hà Nội, Hải Phòng

1.2.4 Thiết bị tự động đóng lại (recloser)

Thực chất recloser là khi một phần tử của hệ thống cung cấp điện tự động cắt ra, sau một thời gian xác định lại được đóng trở lại vào hệ thống (nếu như không bị cấm đóng lại) và nguyên nhân làm cho phần tử bị cắt ra không còn nữa thì phần tử đó có thể tiếp tục làm việc Thời gian đóng lại càng ngắn càng tốt, song thời gian đó phải đủ lớn để các rơle bảo vệ trở lại vị trí ban đầu và đảm bảo điều kiện khử ion tại điểm ngắn mạch Có như vậy khi thiết bị được đóng trở lại, hồ quang chỗ ngắn mạch không tiếp tục phát sinh Thông thường đối với mạng trung áp thời gian tự động đóng lại được lấy bằng 0,2s

Đối với đường dây trên không tỷ lệ sự cố thoáng qua rất cao như: phóng điện chuỗi sứ khi quá điện áp khí quyển, dây dẫn chạm nhau khi đung đưa hoặc lúc gió to, đường dây và thanh góp bị ngắn mạch bởi những vật khác nhau, đường dây và máy biến áp bị cắt ra do các thiết bị bảo vệ làm việc không chọn lọc v.v Vì vậy recloser có xác suất thành công cao, được sử dụng hiệu quả với các lưới phân phối trung áp trên không

Với việc sử dụng recloser các sự cố thoáng qua sẽ được khôi phục cung cấp điện trong thời gian tối thiểu, do đó thiệt hại kinh tế do ngừng cung cấp điện được giảm đáng kể Ngoài ra recloser còn tăng độ ổn định và độ tin cậy của hệ thống điện, việc lắp đặt, thao tác và vận hành recloser lại tương đối dễ dàng nên được sử dụng phổ biến trên lưới phân phối trung áp trên không ở Việt Nam

Tại đầu mỗi phân đoạn ta đặt một recloser Khi xảy ra sự cố trên phân đoạn nào đó, recloser ở phân đoạn đó sẽ tác động Nếu sự cố là thoáng qua nó sẽ bị loại trừ khi recloser đóng lại Nếu là sự cố duy trì, recloser sẽ tách hẳn phân đoạn đó Việc cung cấp điện được tiếp tục từ đầu nguồn đến phân đoạn nằm trước phân đoạn sự cố

Phương pháp này loại trừ sự cố nhanh hơn phương pháp sử dụng dao cách ly tự động nhưng đầu tư tốn kém hơn Do phải phối hợp bảo vệ giữa các recloser nên số recloser trên một lộ đường dây bị hạn chế

Trong tương lai, để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của hệ thống điện, ta phải áp dụng các biện pháp tự động hoá hiện đại như SCADA, hệ thống tự động trạm SAS hay hệ thống phân phối tự động DAS để nâng cao độ tin cậy của lưới, đảm bảo cung cấp chất lượng điện năng tốt nhất cho khách hàng

Hình 1.2: Sơ đồ sử dụng Recloser để loại trừ sự cố

1.2.5 Tự động đóng nguồn dự phòng (TĐD)

Một trong những biện pháp để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện là đặt các phần

Mỏy cắt Recloser Recloser

N

dự phòng TĐD hoặc các thiết bị dự phòng được sử dụng trong trường hợp thiệt hại do gián đoạn cung cấp điện cao hơn tiền thiết bị TĐD

TĐD của nguồn cung cấp và thiết bị đường dây, máy biến áp, máy phát, thanh góp, các phân đoạn và hệ thống thanh cái, động cơ điện thường xảy ra sau khi có bất kỳ dạng bảo vệ nào tác động hay máy cắt điện tự cắt ra Thời gian đóng dự phòng thường được chỉnh định trong khoảng 0,5 - 1,5s Nếu chỉnh định thời gian lớn hơn nữa thì các động cơ tự khởi động lại sẽ bị khó khăn

Tuy nhiên việc tự động hoá lưới điện phân phối trung áp chưa cao nên TĐD thường chỉ dùng tại các trạm truyền tải để đóng nguồn dự phòng cung cấp cho các thiết bị điều khiển, chiếu sáng sự cố Ngoài ra TĐD được lắp đặt để đóng nguồn dự phòng cho các thanh cái tại các trạm biến áp khi máy biến áp hoặc một trong các lộ đường dây cấp tới cho máy biến áp bị mất điện, TĐD sẽ tự động đóng nguồn từ các máy biến áp còn lại

Đối với lưới phân phối trung áp, TĐD hiện nay chỉ có thể lắp đặt tại đầu nguồn cho các lộ đường dây phân phối trung áp có yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện cao để khi xảy ra sự cố, thanh cái cấp nguồn cho lộ đường dây bị mất điện thì TĐD sẽ đóng nguồn dự phòng từ thanh cái khác không bị sự cố

1.2.6 Máy cắt (MC)

Trong trường hợp lưới phân phối trung áp được phân đoạn bằng máy cắt, khi một phần tử sự cố, máy cắt phân đoạn ở đầu phần tử sự cố sẽ tự cắt và cô lập phần tử sự cố Các phần tử trước phần tử sự cố hoàn toàn không bị ảnh hưởng Giải pháp phân đoạn làm tăng đáng kể độ tin cậy của lưới phân phối, giảm được tổn thất kinh tế do mất điện nhưng cần phải đầu tư vốn cho nên chỉ sử dụng khi lợi ích kinh tế thu được nhờ giảm thời gian gián đoạn cung cấp điện lớn hơn giá trị kinh tế đầu tư của máy cắt

Máy cắt điều khiển từ xa để đóng cắt các phân đoạn, khi phải ngừng điện kế hoạch hay sự cố, việc dùng máy cắt điều khiển từ xa có thể giúp cho điều độ viên điều

khiển việc đóng cắt phân đoạn lưới dừng điện kế hoạch, cô lập điểm sự cố một cách

nhanh chóng, giảm đáng kể thời gian so với thao tác tại chỗ Máy cắt điều khiển từ xa

còn có ưu điểm là có thể đóng cắt có tải nên việc chuyển tải giữa các đường dây để san tải trong những lúc phụ tải đỉnh, tránh quá tải các đường dây, giảm tổn thất điện áp và tổn thất công suất có thể thực hiện rất dễ dàng không cần phải ngừng điện đầu nguồn, độ tin cậy cung cấp điện và ổn định hệ thống điện rất cao

Tuy nhiên, mô hình dùng máy cắt điều khiển từ xa này chưa thể áp dụng vào lưới điện phân phối của Việt Nam tại thời điểm này khi hệ thống thông tin điều khiển từ xa còn chưa được áp dụng rộng rãi trong lưới điện phân phối, việc lắp đặt một máy cắt và hệ thống thông tin điều khiển ngoài trời là chưa khả thi và không kinh tế so với hiệu quả kinh tế thu được

Trong tương lai, với yêu cầu tự động hoá nâng cao độ tin cậy và ổn định lưới điện phân phối, khi hệ thống thông tin điều khiển từ xa phát triển hoàn thiện hơn thì việc lắp đặt máy cắt hoặc các thiết bị có khả năng điều khiển từ xa và khả năng đóng cắt có tải là một xu hướng để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, đảm bảo sự liên tục cung cấp điện và ổn định hệ thống điện

1.2.7 Das

DAS (Distribution Automation System) là hệ thống phân phối điện tự động điều hành bằng máy tính đã được Nhật Bản áp dụng hơn 30 năm Trong quá trình phát triển DAS liên tục được cải tiến, nâng cao hiệu suất phân phối điện DAS đã đưa hệ thống phân phối điện của Nhật Bản đạt hiệu quả cao nhất thế giới Hệ thống phân phối điện khu vực thành phố, thị xã nước ta có nhiều đặc điểm giống với hệ thống phân phối điện của Nhật như: mật độ dân cư đông, vấn đề đất đai khó giải quyết, đang trong quá trình chuyển dần từ nổi xuống ngầm,…do đó DAS sẽ rất thích hợp khi được áp dụng

Những ưu điểm nổi bật của DAS là:

- Phát hiện nhanh chóng, chính xác sự cố, giảm thời gian mất điện

- Giảm chi phí vận hành do tự động kiếm tìm và loại bỏ sự cố (không phải đi tìm kiếm và thao tác loại bỏ sự cố bằng tay), tự động quản lý, ghi số liệu vận hành, dữ liệu sự cố

- Nâng cao hiệu suất sử dụng thiết bị phân phối, tăng hiệu quả vận hành thiết bị - DAS là hệ thống mở, dễ dàng cho sự phát triển và kết nối với các hệ thống khác (như SCADA)

Với các ưu điểm trên, khi áp dụng DAS vào lưới điện phân phối, độ tin cậy của lưới sẽ tăng lên đáng kể

Một vấn đề khác không thể không đề cập đến là vốn đầu tư cho DAS không lớn, nằm trong khả năng của các công ty Điện lực

Lưới điện phân phối trung áp được phân đoạn bằng hệ thống tự động hoá DAS - Distribution Automation System - có các ưu điểm nổi trội so với các hệ thống lưới điện phân phối trung áp sử dụng các thiết bị phân đoạn nêu trên nhờ khả năng tự động hoá, giám sát và điều khiển từ xa

Hệ thống DAS cung cấp chức năng điều khiển và giám sát từ xa các dao cách ly phân đoạn tự động, phối hợp giữa các điểm phân đoạn trên lưới điện phân phối trung áp, nhờ đó cô lập được phân đoạn sự cố, khôi phục việc cung cấp điện năng cho phần còn lại của hệ thống không bị sự cố

Lưới điện phân phối trung áp sử dụng hệ thống DAS có thời gian cách ly sự cố và khôi phục cung cấp điện cho các phân đoạn không bị hỏng hóc rất nhỏ, thường từ vài giây đến vài phút do đó độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối trung áp phân đoạn bằng DAS rất cao

Thực tế, do chi phí đầu tư xây dựng hệ thống DAS khá cao cùng với hiện trạng lưới điện phân phối trung áp ở Việt Nam thường có tình trạng chắp vá, thiếu đồng bộ nên việc triển khai hệ thống DAS vẫn trong giai đoạn nghiên cứu khả thi Tuy nhiên, với sự phát triển của công nghệ và yêu cầu về chất lượng điện năng của các phụ tải ngày càng cao thì xu hướng lắp đặt hệ thống DAS là tất yếu

Các thiết bị chính của DAS bao gồm:

a Trung tâm điều khiển:

Trung tâm điều khiển (điều độ) bao gồm các thiết bị: + Bộ thu nhận xử lý thông tin (TCM)

+ Khối kết nối dữ liệu máy tính (CDL) + Bộ xử lý trung tâm (CPU)

+ Màn hình màu (CRT)

+ Máy in (PRN), bàn phím, bàn điều khiển

b Thiết bị thông tin liên lạc:

Thiết bị thông tin liên lạc nối RTU (thiết bị đầu cuối) về trung tâm như là cáp quang, sóng vô tuyến

c Thiết bị lắp đặt trên lưới, trạm trung gian:

+ Thiết bị lắp đặt trên lưới bao gồm: DCLTĐ, Rơ le phát hiện sự cố, máy biến áp cấp nguồn cho cho DCLTĐ

+ Thiết bị lắp đặt tại trạm trung gian bao gồm: Thiết bị chỉ thị vùng bị sự cố, thiết bị tự động đóng lại, máy cắt đường dây, thiết bị phát hiện điện áp và dòng điện tại trạm qua bộ biến đổi, thiết bị thu thập thông tin trạm và đường dây gửi tới trung tâm điều khiển

1.3 Phân tích một số cấu hình thường gặp của lưới phân phối trung áp

1.3.1 Lưới phân phối trung áp một nguồn không phân đoạn

Hình 1.3 Lưới phân phối trung áp một nguồn không phân đoạn

21

Tuy nhiên lưới phân phối một nguồn không phân đoạn có đặc điểm là độ tin cậy cung cấp điện thấp, đối với lưới phân phối một nguồn không phân đoạn, hỏng hóc bất kỳ phần tử nào trên lưới cũng gây mất điện trên toàn lưới, lưới phân phối một nguồn không phân đoạn được xem như là một phần tử do đó thường chỉ được thiết kế cấp điện cho các phụ tải trong phạm vi gần và có các yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện không cao

1.3.2 Lưới phân phối trung áp một nguồn phân đoạn bằng DCL

Hình 1.4 Lưới phân phối trung áp một nguồn phân đoạn (M) bằng DCL

Do đặc điểm của lưới phân phối một nguồn không phân đoạn được xem như là một phần tử nên độ tin cậy thấp, để tăng cường độ tin cậy cung cấp điện, lưới phân phối hình tia được phân thành nhiều đoạn bằng các thiết bị đóng cắt có thể là dao cách ly thường hoặc tự động, máy cắt tự đóng lại, máy cắt v.v

Lắp các thiết bị phân đoạn trong lưới phân phối sẽ làm giảm thời gian mất điện trên lưới, nếu xảy ra sự cố ở một phân đoạn nào đó máy cắt sẽ tác động tạm thời cắt toàn bộ lưới phân phối sau đó điểm sự cố sẽ được tìm kiếm và cô lập bằng các thiết bị phân đoạn Sau đó nguồn được đóng lại tiếp tục cấp điện cho phân đoạn nằm trước phân đoạn sự cố về phía nguồn

Như vậy, so với lưới phân phối một nguồn không phân đoạn, lưới phân phối một nguồn có phân đoạn khi xảy ra sự cố ở một phân đoạn nào đó thì phụ tải của phân đoạn sự cố và phụ tải của các phân đoạn được cấp điện qua phân đoạn sự cố (tức là nằm sau phân đoạn xảy ra sự cố tính theo chiều dòng công suất chạy từ nguồn) bị mất điện trong suốt thời gian tìm kiếm và sửa chữa phân đoạn sự cố Các phụ tải nằm trước phân đoạn sự cố về phía nguồn chỉ mất điện trong thời gian tìm kiếm và cô lập sự cố

L

MCA

Độ tin cậy của lưới có thiết bị phân đoạn tăng đáng kể so với lưới phân phối một nguồn không có thiết bị phân đoạn

Ngoài ra, độ tin cậy của lưới phân phối có thiết bị phân đoạn còn phụ thuộc vào chính thiết bị phân đoạn, với lưới phân phối trung áp có thiết bị phân đoạn bằng DCL thường, khi xảy ra sự cố thời gian gián đoạn cung cấp điện do tìm kiếm và thao tác lớn Thông thường khi xảy ra sự cố, thời gian tìm kiếm và cô lập sự cố khá lâu do phải thành lập nhóm công tác, tìm kiếm tại hiện trường và phải thao tác tại chỗ, đối với các thiết bị phân đoạn có khả năng điều khiển từ xa thì việc xác định, cách ly phân đoạn sự cố và khôi phục cung cấp điện cho các phân đoạn còn khả năng cung cấp điện nhanh hơn, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện do việc vận hành các thiết bị phân đoạn có thể thực hiện từ xa, giảm được thời gian đến hiện trường, thao tác tại chỗ

1.3.3 Lưới phân phối trung áp hai nguồn phân đoạn bằng DCL

Hình 1.5 Lưới phân phối trung áp hai nguồn phân đoạn (M) bằng DCL

Lưới phân phối một nguồn có phân đoạn đã nâng cao độ tin cậy cung cấp điện đáng kể so với lưới điện phân phối một nguồn không phân đoạn Tuy nhiên, do chỉ có một nguồn điện cung cấp nên khi xảy ra sự cố nguồn điện thì toàn bộ các phụ tải đều mất điện cho dù các thiết bị trên lưới điện vẫn có khả năng vận hành tốt do đó người ta sử dụng sơ đồ lưới phân phối mạch vòng do 2 hoặc nhiều nguồn cung cấp Thời gian khắc phục sự cố nguồn điện lớn hơn nhiều so với thời gian thao tác cô lập nguồn ra khỏi lưới điện, vậy khi xảy ra sự cố nguồn điện lưới mạch vòng có nhiều nguồn cung cấp sẽ khôi phục cung cấp điện nhanh hơn, độ tin cậy cung cấp điện cao hơn so với

IIILA

MC L

N

BMC

trong hai nguồn điện hoặc sự cố trên một phân đoạn thì các phụ tải thuộc các phân đoạn còn lại trên lưới chỉ mất điện trong thời gian tìm kiếm và cách ly sự cố

1.3.4 Lưới phân phối trung áp một nguồn phân đoạn bằng DAS

Hình 1.6 Lưới phân phối trung áp một nguồn phân đoạn (M) bằng DAS

Lưới điện phân phối điện một nguồn phân đoạn bằng DAS có những ưu điểm nổi bật như thiết kế và vận hành đơn giản, độ tin cậy cung cấp điện cao hơn do các thiết bị có khả năng tự động hoá cao, khi sự cố thời gian tìm kiếm và cách ly sự cố rất nhỏ, có thể coi bằng không

Tuy nhiên lưới phân phối một nguồn phân đoạn bằng DAS vẫn còn những nhược điểm của lưới điện phân phối một nguồn như khi hỏng hóc nguồn điện thì toàn bộ các phụ tải trên lưới cũng bị mất điện Khi hỏng hóc xảy ra trên một phân đoạn bất kỳ trên lưới điện thì không chỉ các phụ tải trên phân đoạn hỏng hóc bị mất điện mà các phụ tải thuộc các phân đoạn nằm phía sau cũng bị mất điện, do đó người ta thường dùng cấu hình lưới có hai hoặc nhiều nguồn điện cung cấp

1.3.5 Lưới phân phối trung áp hai nguồn phân đoạn bằng DAS

Hình 1.7 Lưới phân phối trung áp hai nguồn phân đoạn (M) bằng DAS

Lưới phân phối trung áp hai nguồn phân đoạn (M) bằng DAS tận dụng được hết các ưu điểm của các cấu hình lưới đã phân tích ở trên Thời gian tìm kiếm thao tác và cách ly sự cố rất nhỏ nên có thể coi bằng không, các phụ tải chỉ mất điện khi nằm trên

l

chính phân đoạn sự cố Các hỏng hóc khác đều được khắc phục nhanh chóng để khôi phục cung cấp điện

Khi xảy ra sự cố ở nguồn thì các phụ tải trên lưới sẽ được cung cấp điện từ nguồn còn lại, khi sự cố trên một phân đoạn bất kỳ thì phân đoạn sự cố sẽ được cách ly, các phân đoạn còn lại đều được cấp điện bình thường Do đặc điểm độ tin cậy cung cấp điện cao nên cấu hình lưới điện này thường được thiết kế cho các hộ phụ tải loại I, các phụ tải có yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện cao

Khi số lượng phân đoạn càng nhiều thì số lượng phụ tải mất điện khi xảy ra sự cố trên một phân đoạn càng nhỏ, tuy nhiên khi số lượng các thiết bị phân đoạn càng nhiều thì chi phí đầu tư càng lớn, không kinh tế

1.4 Kết luận chương I

Chương I đã giới thiệu tổng quan về cấu trúc lưới điện phân phối trong lĩnh vực quy hoạch, thiết kế, vận hành, giới thiệu các loại thiết bị phân đoạn, đóng cắt trên lưới, phân tích một số cấu hình thường gặp của lưới phân phối trung áp làm cơ sở cho việc đánh giá độ tin cậy của một số cấu hình lưới trung áp thường gặp

Chương II: đánh giá độ tin cậy của một số cấu hình lưới điện phân phối trung áp

2.1 Đặt vấn đề

Các phương pháp đánh giá độ tin cậy được liên tục phát triển, một số công trình nghiên cứu về độ tin cậy lưới điện đã được công bố và kiến nghị sử dụng điển hình như: Phương pháp đồ thị-giải tích sử dụng sơ đồ độ tin cậy, lý thuyết xác xuất các tập hợp, đại số Boole, lý thuyết Graph; Phương pháp không gian trạng thái trong đó có sử dụng quá trình ngẫu nhiên Markov; Phương pháp cây hỏng hóc xây dựng trên cơ sở lập cây hỏng hóc cho mối liên quan giữa hỏng hóc phần tử và hỏng hóc hệ thống, áp dụng đại số Boole; Phương pháp mô phỏng Monte-Carlo

Hệ thống cung cấp điện là hệ thống chứa rất nhiều phần tử Mỗi phần tử lại có thể có rất nhiều trạng thái tồn tại Vì vậy số trạng thái có thể có của hệ thống cung cấp điện rất lớn Do vậy đánh giá các chỉ tiêu độ tin cậy tổng hợp của hệ thống: Lượng thiếu hụt công suất đối với mỗi trạng thái thứ i ∆P(i), kỳ vọng thiếu hụt điện năng ∆E(i) và lượng thiệt hại đối với nền kinh tế quốc dân H(i) do cung cấp điện thiếu tin cậy gây nên

2.2 Tính toán kỳ vọng thiếu hụt điện năng trong lưới phân phối trung áp

Sự thiếu hụt điện năng xảy ra trong hệ thống điện ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau như sự giảm công suất nguồn điện, sai số dự báo phụ tải, trạng thái của lưới điện truyền tải và phân phối v.v

2.2.1 Tính toán kỳ vọng thiếu hụt điện năng bằng đồ thị phụ tải a Đồ thị phụ tải điện

Đồ thị phụ tải điện là đường cong đặc trưng cho quan hệ theo thời gian của công suất tiêu thụ của các phụ tải

Công suất tác dụng P, công suất phản kháng Q và dòng điện I là 3 đại lượng cơ bản dùng để biểu thị đồ thị phụ tải khi thiết kế và vận hành hệ thống cung cấp điện Sự thay đổi theo thời gian của công suất yêu cầu của các phụ tải có thể quan sát được nhờ các dụng cụ đo và dụng cụ tự ghi Thiết bị tự ghi liên tục sẽ ghi lại được sự biến đổi

của phụ tải theo thời gian Nếu đo theo các thời điểm với khoảng cách bằng nhau ta sẽ có đồ thị phụ tải dạng đường bậc thang

Người ta có thể phân ra các đồ thị phụ tải theo thời gian đo đạc, đồ thị phụ tải ngày, đồ thị phụ tải tháng, đồ thị phụ tải mùa, đồ thị phụ tải năm Hình dáng của các đồ thị phụ tải phụ thuộc vào đặc điểm tiêu thụ công suất của các loại phụ tải (phụ tải công nghiệp, chiếu sáng, sinh hoạt, nông nghiệp ), theo tình trạng làm việc của phụ tải (làm việc theo ca, theo ngày mùa đông, mùa hè ) Diện tích của đồ thị phụ tải ngày, tháng, năm được giới hạn bởi đường P = f(t) và trục hoành chính là điện năng tiêu thụ hàng ngày, tháng năm của phụ tải

Hình 2.1 Đồ thị phụ tải ngày theo thời gian

b Đồ thị phụ tải kéo dài

Ta có thể thấy điện năng tổng của phụ tải nhận được từ hệ thống, từ nhà máy điện được xác định dựa trên đồ thị phụ tải thì sẽ không phụ thuộc vào thời điểm xuất hiện các công suất phụ tải mà chỉ phụ thuộc vào độ lớn và thời gian xuất hiện công suất đó Vì thế ta có thể biến đổi đồ thị phụ tải về dạng đồ thị phụ tải thời gian kéo dài mà không thay đổi kết quả tính toán.

t1 t2 t3 t4 t3 t4 t2 t1t

a) b)

Hình 2.2 a) Đồ thị phụ tải ngày dạng bậc thang; b) Đồ thị phụ tải kéo dài

Từ đồ thị phụ tải kéo dài ta xác định đ−ợc các trị số xác suất ứng với mỗi giá trị công suất

p(Pi) =

Trong đó:

ti : thời gian kéo dài giá trị công suất Pi trên đồ thị phụ tải, [h]

T : Tổng thời gian xét, phụ thuộc vào từng loại đồ thị phụ tải (phụ tải ngày, tháng, năm), [h]

Vậy ta có thể coi phụ tải là một phần tử, phần tử này có nhiều trạng thái khác nhau Mỗi trạng thái đ−ợc đặc tr−ng bởi một nhu cầu công suất (PTi) và xác suất xảy ra trạng thái đó (pi), từ đó nhu cầu công suất của phụ tải có thể đ−ợc thể hiện qua dãy phân bố pi.PTi

1P [MW]

Hình 2.3 Đồ thị thể hiện dãy phân bố xác suất của phụ tải

c Xây dựng dẫy phân bố xác suất theo khả năng cung cấp công suất của lưới phân phối trung áp

Mỗi phần tử trong hệ thống điện có thể ở một trong hai trạng thái là trạng thái

làm việc bình thường, được đặc trưng bởi xác suất làm việc tin cậy ‘p’ và trạng thái

không làm việc (bao gồm cả hỏng hóc, dự phòng hoặc đang trong thời gian ngừng làm việc để duy tu bảo dưỡng), đặc trưng của trạng thái này là xác suất làm việc không sẵn

Hệ thống nối tiếp có khả năng cung cấp điện là:

Hệ thống phức tạp có khả năng cung cấp điện là:

SH=

min {SCi}

Trong đó:

SH khả năng tải của hệ thống điện

Si khả năng tải của phần tử thứ i trong hệ thống điện

SCikhả năng tải của phần tử tương đương Ci trong hệ thống điện L tập các phần tử tương đương trong hệ thống điện phức tạp

Ví dụ lưới phân phối đang xét ở trạng thái i, khả năng đảm bảo công suất cho

phụ tải là PTi và xác suất xuất hiện trạng thái i là pi Ta sẽ xây dựng được bảng xác suất khả năng đảm bảo công suất cho các phụ tải của một lưới phân phối ứng với mỗi lưới phân phối sẽ có một dãy pi(PTi) thể hiện khả năng đảm bảo công suất cho các phụ tải

Mỗi hệ thống điện cũng có một dãy PHi(pHi) thể hiện khả năng đảm bảo cung cấp công suất của hệ thống Biểu diễn hai dãy phân bố xác suất theo khả năng đảm bảo công suất của hệ thống PHi(pHi) và PTi(pTi) của phụ tải trên cùng một đồ thị Các trị số PHi(pHi) được vẽ thành các đường thẳng biểu thị mức đảm bảo công suất của hệ thống cung cấp điện

P (p )H2H1

(p )PH1

(p )PH3

P (p )Hi

(p )PHm

Hình 2.4 Đồ thị dãy phân bố xác suất của phụ tải và dãy xác suất đảm bảo công suất PHi(pHi)

Qua việc biểu diễn phối hợp hai dãy xác suất trên cùng một đồ thị ta có thể tìm thấy được đến mức PHi(pHi) nào đó thì hệ thống bắt đầu thiếu hụt công suất

Như vậy khả năng thiếu hụt công suất trong hệ thống chỉ xảy ra ở một trạng thái nào đó khi mà khả năng đảm bảo công suất PHi (tương ứng với xác suất pHi) nhỏ hơn nhu cầu phụ tải PTk (tương ứng với xác suất pPTk) Lượng thiếu hụt công suất:

Kỳ vọng thiếu hụt điện năng ∆A là giá trị trung bình của lượng thiếu hụt điện năng hàng ngày, hàng tháng, hàng năm Kỳ vọng thiếu hụt điện năng với khả năng đảm bảo công suất PHi và xác suất thiếu hụt điện năng pHi được tính như sau:

Trong đó Ti là thời gian kéo dài giá trị công suất PHiKỳ vọng thiếu hụt điện năng của hệ thống

d Tính toán kỳ vọng thiếu hụt điện năng theo thời đoạn

Dựa vào đồ thị phụ tải kéo dài ta xác định được kỳ vọng thiếu hụt điện năng trung bình, khi đó lượng thiếu hụt công suất không được xác định phụ thuộc vào thời điểm xuất hiện các công suất phụ tải mà chỉ phụ thuộc vào độ lớn và tổng thời gian xuất hiện công suất đó ( thời gian kéo dài) Để tính toán kỳ vọng thiếu hụt điện năng khi quan tâm đến thời điểm thiếu hụt công suất (ví dụ thiếu hụt công suất xảy ra trong dịp lễ tết, vào các giờ cao điểm khi đó thiệt hại sẽ nghiêm trọng) ta sử dụng đồ thị phụ tải ngày

Kỳ vọng thiếu hụt điện năng được tính theo công thức:

P (p )HmHi

(p )PHi

P (p )H3H1

P (p )H1

(p )PH2

P [MW]

0 t1

Dùng phương pháp đồ thị đưa các lưới điện phân phối trung áp về dạng các sơ đồ đẳng trị để tính toán độ tin cậy

Dùng công thức tính toán để biến đổi đẳng trị các nhánh tiếp và song song, các nhánh này sẽ được thay tế tương đương bằng các phần tử có cùng xác suất hỏng hóc và khả năng tải

Việc tính toán độ tin cậy của hệ thống điện phức tạp sẽ dễ dàng hơn bằng cách tính toán sơ đồ đẳng trị tương đương

Một số công thức hay dùng để tính toán kỳ vọng thiếu hụt điện năng trên lưới điện phân phối trung áp:

Thời gian ngừng điện sự cố trung bình trong một năm của phần tử i là:

Trong đó:

λSCi Cường độ hỏng hóc của phần tử “i” trong năm

TSCi Thời gian sửa chữa sự cố trung bình của phần tử “i” trong năm Thời gian ngừng điện kế hoạch trung bình trong một năm của phần tử i là:

Trong đó:

λCTi Cường độ ngừng điện công tác của phần tử “i” trong năm

TCTi Thời gian ngừng điện công tác trung bình của phần tử “i” trong năm

Trong thời gian ngừng điện sự cố người ta có thể kết hợp sửa chữa một số phần tử yếu trong hệ thống điện, tuy nhiên việc kết hợp này chỉ dùng để kết hợp sửa chữa một số phần tử đơn giản, không mất nhiều thời gian do phải hạn chế thời gian ngừng điện không kế hoạch

Thông thường người ta không cắt điện sửa chữa từng phần tử trên lưới mà thường kết hợp sửa chữa đồng thời nhiều phần tử trên lưới một lúc để giảm thời gian ngừng cung cấp điện, khi đó thời gian ngừng điện kế hoạch sẽ bằng thời gian ngừng điện kế hoạch của phần tử có thời gian ngừng điện lâu nhất

TNĐCT =

ni 1

2.3 Đánh giá độ tin cậy và tính toán kỳ vọng thiếu hụt điện năng của một số lưới phân phối trung áp thường gặp

Lưới phân phối trung áp thường gặp thường có các dạng lưới hình tia hở một nguồn có và không có thiết bị phân đoạn, lưới kín có hai hoặc nhiều nguồn cung cấp, vận hành hở bằng thiết bị phân đoạn Trong đó việc sử dụng các thiết bị phân đoạn khác nhau có ảnh hưởng lớn đến độ tin cậy cung cấp điện, tuỳ theo khả năng điều khiển từ xa, mức độ tự động Ta sẽ đi so sánh và tính toán kỳ vọng thiếu hụt điện năng của một số mô hình lưới cơ bản với các giả thiết như sau:

Các giả thiết cơ bản:

• Đường dây chỉ đặt máy cắt ở đầu xuất tuyến, đầu các nhánh rẽ có đặt dao cách ly

• Bỏ qua xác suất hỏng hóc đồng thời tại hai hoặc nhiều điểm trong lưới điện

• Không xét đến thiếu hụt điện năng cho các hộ tiêu thụ do sửa chữa định kỳ (giả thiết là giống nhau cho các mô hình được khảo sát)

• Xác suất hỏng hóc và kỳ vọng thiếu hụt điện năng được tính theo trị số trung bình của các thông số sau đây:

+ Cường độ (hay tần suất hỏng hóc: λ, lần/năm

+ Thời gian tìm kiếm và cách ly phần tử sự cố: T, giờ/lần + Thời gian sửa chữa và khắc phục sự cố: τ, giờ/lần + Công suất trung bình Pi của đồ thị phụ tải thứ i

Đẳng trị các đoạn lưới:

Trong thực tế, để tính toán đánh giá người ta thường đẳng trị các đoạn lưới liền nhau mà giữa chúng không có thiết bị phân đoạn thành một đoạn lưới có thiết bị phân đoạn

Độ dài đẳng trị của m đoạn lưới liền nhau thành đoạn lưới j là: lj = ∑

mi 1

li

Cường độ hỏng hóc của đoạn lưới i là

λi = λoi

, năm -1 λj = ∑

mi 1

λi

Thời gian phục hồi trung bình của đoạn lưới j là

toj =

Pmax j = ∑

mi 1

Pmax i

Tmax = ∑∑

2.3.1 Lưới phân phối trung áp một nguồn không phân đoạn

Hình 2.6 Lưới phân phối trung áp một nguồn không phân đoạn

Lưới phân phối trung áp một nguồn không phân đoạn được cấp từ nguồn (A) gồm một đường trục chính có chiều dài L không phân đoạn và các nhánh có chiều dài li, được đấu nối với đường trục chính qua dao cách ly

Khi xảy ra sự cố, hỏng hóc được phân biệt: trên đường trục (với chiều dài L) và trên đường nhánh rẽ i (với chiều dài li)

21

ThiÕu hôt ®iÖn n¨ng do háng hãc trªn ®−êng trôc:

Háng hãc trªn nh¸nh:

Háng hãc trªn c¸c nh¸nh i nèi víi ®−êng trôc qua dao c¸ch ly chØ g©y mÊt ®iÖn

toµn tuyÕn trong thêi gian t×m kiÕm vµ c¸ch ly sù cè, trong thêi gian söa ch÷a c¸c phô t¶i cßn l¹i vÉn cã ®iÖn

Sè lÇn háng hãc trªn nh¸nh li : λ.liThêi gian mÊt ®iÖn toµn tuyÕn: λ.li.T

ThiÕu hôt ®iÖn n¨ng toµn tuyÕn trong thêi gian t×m kiÕm sù cè trªn nh¸nh i:

ThiÕu hôt ®iÖn n¨ng cho hé tiªu thô i trong thêi gian söa ch÷a sù cè nh¸nh i:

ThiÕu hôt ®iÖn n¨ng do h− háng trªn tÊt c¶ c¸c nh¸nh:

Tæng thiÕu hôt ®iÖn n¨ng trung b×nh hµng n¨m cña l−íi ®iÖn lµ:

= ( ) ( )

=

2.3.2 L−íi ph©n phèi trung ¸p mét nguån cã ph©n ®o¹n b»ng DCL

H×nh 2.7 L−íi ph©n phèi trung ¸p mét nguån cã ph©n ®o¹n

L

MCA

Lưới phân phối trung áp một nguồn có phân đoạn được cấp từ nguồn (A), đường trục chính có chiều dài L được phân đoạn thành M đoạn có chiều dài mỗi đoạn là LX Các nhánh có chiều dài li, được đấu nối với đường trục chính qua dao cách ly

Hỏng hóc trên đường trục:

Khi xảy ra hỏng hóc trên đường trục, phần tử sự cố nằm trên đường trục của một phân đoạn do đó ta có thể cách ly phân đoạn sự cố bằng các thiết bị phân đoạn Các phần từ nằm phía trước các phân đoạn sự cố về phía nguồn sẽ chỉ mất điện trong thời gian tìm kiếm và cách ly sự cố, các phân đoạn phía sau phân đoạn sự cố tính theo chiều từ nguồn điện đến phân đoạn sự cố sẽ mất điện trong cả thời gian tìm kiếm và sửa chữa bằng với thời gian mất điện của phân đoạn sự cố

Thiếu hụt điện năng khi hư hỏng trên đường trục:

Hỏng hóc trên các nhánh:

Hỏng hóc trên các nhánh i thuộc phân đoạn X:

Khi xảy ra hỏng hóc trên các nhánh i thuộc phân đoạn X, toàn bộ lưới điện sẽ bị

mất điện trong thời gian tìm kiếm sự cố T, nhánh hỏng i bị mất điện trong thời gian tìm kiếm và sửa chữa sự cố (T + τ)

∆EN = ∑

][IM ( )i

Tổng thiếu hụt điện năng trung bình năm của lưới điện là:

∆E = ∆ET + ∆EN =

2.3.3 Lưới phân phối trung áp hai nguồn có phân đoạn bằng DCL

Hình 2.8 Lưới phân phối trung áp hai nguồn có phân đoạn

Lưới phân phối trung áp hai nguồn có phân đoạn, vận hành hở bằng cách thường mở một trong các thiết bị phân đoạn Xét phân đoạn được cấp điện từ nguồn (A) gồm một đường trục chính có chiều dài L được phân đoạn thành M đoạn có chiều dài mỗi đoạn là LX Các nhánh có chiều dài li, được đấu nối với đường trục chính qua dao cách ly Nguồn B có thể đáp ứng nhu cầu cung cấp điện năng khi nguồn A bị sự cố ngừng cung cấp điện

Hỏng hóc trên đường trục:

Khi xảy hỏng hóc trên đường trục thuộc một phân đoạn nào đó (xét trường hợp phân đoạn từ A → M, trường hợp từ B → M tương tự) thì cả đường trục đó mất điện trong thời gian tìm kiếm hỏng hóc T Sau khi tìm kiếm cách ly phân đoạn hỏng hóc, các phân đoạn còn lại sẽ được cấp điện bình thường từ nguồn A và B

Thiếu hụt điện năng trung bình năm do hỏng hóc trên đường trục:

IIILA

MC L

N

BMC

∆ET = ( ) ( )

Tæng thiÕu hôt ®iÖn n¨ng trung b×nh n¨m trªn c¸c nh¸nh lµ:

Tæng thiÕu hôt ®iÖn n¨ng trung b×nh n¨m trªn toµn l−íi lµ:

∆E = ∆ET + ∆EN

=

2.3.4 L−íi ph©n phèi trung ¸p mét nguån cã ph©n ®o¹n b»ng DAS

H×nh 2.9 L−íi ph©n phèi trung ¸p mét nguån ph©n ®o¹n (M) b»ng DAS

L−íi ph©n phèi trung ¸p mét nguån cã ph©n ®o¹n b»ng DAS, l−íi ph©n phèi

III

Hỏng hóc trên đường trục:

Khi phân đoạn bằng DAS, nếu hư hỏng trên đường trục thời gian tìm kiếm phân đoạn sự cố T ≈ 0, kỳ vọng thiếu hụt điện năng khi hư hỏng trên trục chủ yếu do thời gian sửa chữa sự cố τ quyết định

Thiếu hụt điện năng trung bình năm do hỏng hóc trên đường trục là:

iPlTPl τ

Tổng thiếu hụt điện năngtrung bình hằng năm của lưới điện là:

iPTlPl

2.3.5 Lưới phân phối trung áp hai nguồn có phân đoạn bằng DAS

Hình 2.10 Lưới phân phối trung áp hai nguồn phân đoạn (M) bằng DAS

Lưới phân phối trung áp hai nguồn có phân đoạn bằng DAS vận hành hở bằng thiết bị phân đoạn thường mở, xét phân đoạn được cấp từ nguồn A (phân đoạn cấp từ nguồn B tương tự) gồm một đường trục chính có chiều dài L được phân đoạn bằng DAS thành M đoạn có chiều dài mỗi đoạn là LX Các nhánh có chiều dài li, được đấu nối với đường trục chính qua dao cách ly Nguồn B có thể đáp ứng nhu cầu cung cấp điện năng khi nguồn A bị sự cố ngừng cung cấp điện

Hỏng hóc trên trục:

Khi phân đoạn bằng DAS, nếu hư hỏng trên đường trục thời gian tìm kiếm phân đoạn sự cố T ≈ 0, kỳ vọng thiếu hụt điện năng khi hư hỏng trên trục chủ yếu do thời gian sửa chữa sự cố τ quyết định

Thiếu hụt điện năng trung bình năm do hỏng hóc trên đường trục là:

Hỏng hóc trên các nhánh:

Khi hỏng hóc trên các nhánh li, thời gian cách ly phân đoạn sự cố rất nhỏ, các phụ tải trên phân đoạn có nhánh hỏng sẽ mất điện trong thời gian tìm kiếm sự cố T Riêng nhánh hỏng sẽ mất điện trong cả thời gian tìm kiếm và sửa chữa sự cố

Thiếu hụt điện năng trung bình năm do hỏng hóc thuộc các nhánh là:

l

Tổng thiếu hụt điện năng trung bình năm trên lưới là:

2.4 Kết luận chương II

Chương II đã giới thiệu các phương pháp tính toán kỳ vọng thiếu hụt điện năng lưới trung áp, trong đó đi sâu vào việc tính toán kỳ vọng thiếu hụt điện năng của một số cấu hình lưới trung áp thường gặp, làm cơ sở cho việc nghiên cứu mối quan hệ giữa vốn đầu tư-độ tin cậy lưới điện.

Chương III: Mối quan hệ giữa vốn đầu tư-độ tin cậy lưới điện, mô hình tính toán

3.1 Đặt vấn đề

Như đã đặt vấn đề ở phần mở đầu, mối quan hệ giữa vốn đầu tư-độ tin cậy lưới điện đã được nhiều tác giả quan tâm Nhóm nghiên cứu hệ thống điện của trường ĐH Saskatchewan- Canada đã thực hiện một cuộc điều tra đối với khách hàng năm 1980 thông qua các bảng câu hỏi và qua đó vẽ được một đường cong quan hệ giữa độ tin cậy và chi phí đầu tư, giá thành điện năng như sau:

Tổng chi phí xã hội

Chi phí của cty đIện lực

Độ tin cậy của hệ thống

Chi phí của cty đIện lực

Độ tin cậy của hệ thống

Độ tin cậy

Vốn đầu tư1

Hình 3.1: Mối quan hệ giữa chi phí và độ tin cậy

Hình trên cho thấy khi các công ty điện lực tăng thêm chi phí đầu tư thì độ tin cậy tăng lên Mặt khác thì độ tin cậy tăng làm cho chi phí của khách hàng do mất điện giảm đi Chi phí tổng cộng của xã hội do đó bằng tổng hai chi phí này Tại điểm chi phí xã hội thấp nhất ta có độ tin cậy tối ưu Như vậy chỉ số độ tin cậy không phải là cố định mà tuỳ thuộc vào điểm thấp nhất của chi phí xã hội Hệ thống điện ở một đất nước có nền sản xuất công nghiệp càng phát triển thì sẽ có chi phí do mất điện càng cao do vậy càng cần thiết phải có độ tin cậy tối ưu

tăng theo Việc đảm bảo độ tin cậy cho tất cả các hộ phụ tải ở mức độ cao là không khả thi và phi kinh tế

Một số khách hàng với tính chất ít quan trọng, do vậy đòi hỏi độ an toàn cung cấp điện ở mức thấp hơn, nếu cung cấp điện với mức an toàn cung cấp điện cao như phụ tải khác dẫn tới chi phí cao

Vấn đề nâng cao độ tin cậy cần được nghiên cứu trong mối quan hệ tổng thể giữa lợi ích của công ty cung cấp điện và khách hàng

Bài toán đặt ra là tìm độ tin cậy tối ưu theo tiêu chí kinh tế đảm bảo HTCCĐ đáp ứng yêu cầu tin cậy chấp nhận được với tổng chi phí đầu tư và chi phí thiệt hại thấp nhất

Phương pháp luận để giải bài toán này dựa trên việc xem xét lợi ích trên cơ sở hiệu quả hoạt động của công ty cung cấp điện Trong phương pháp này có những bài toán như:

+ Xem xét việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện dựa trên hàm Z đạt hiệu quả lớn nhất;

+ Xem xét việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện dựa trên thời gian thu hồi vốn nhanh nhất;

+ Chi phí biên của thiết bị bổ sung = Lợi ích biên của thiết bị bổ sung

Dựa trên các phương pháp trên, bài toán xác định vị trí, số lượng, loại thiết bị đóng cắt trên lưới điện được xem xét trong mối quan hệ tổng thể dựa trên việc xét hàm Z đạt hiệu quả lớn nhất của toàn lưới kết hợp với tiêu chí thời gian thu hồi vốn nhanh nhất để xác định loại thiết bị đóng cắt trên lưới để nâng cao độ tin cậy lưới điện

3.2 Mô tả bài toán 3.2.1 Mô tả bài toán

Xét trường hợp tổng quát, mạng điện gồm n nút, không kể nút thanh cái cung cấp

Mỗi nút đều có phụ tải, số thứ tự nút được đánh số liên tục từ 1 đến n, số thứ tự của nhánh được lấy theo số thứ tự nút cuối, tính theo hướng cấp từ nguồn

Đối với nút i, ký hiệu Sti =Pti + jQti

Đối với mỗi nhánh i, ký hiệu: - Tổng trở nhánh Zi =Ri + jXi

- Công suất truyền tải đến cuối đường dây Si =Pi + jQi

* Hiệu quả thu lại nhờ giảm thời gian ngừng cung cấp điện (B)

Khi lắp đặt thiết bị phân đoạn, kỳ vọng thiếu hụt điện năng ∆E sẽ giảm Các giá trị của ∆E, thời gian mất điện được tính toán như mô tả tại chương II

Gọi hàm Z∆E là chi phí thu lại được nhờ giảm được thời gian ngừng CCĐ

Z∆E = g0.(∆E0 - ∆En) [đồng] (3.1) ∆E0 : kỳ vọng thiếu hụt điện năng khi chưa có thiết bị phân đoạn (kWh)

∆En : kỳ vọng thiếu hụt điện năng khi có thiết bị phân đoạn (kWh)

g0 : giá mất điện do phải ngừng cung cấp điện (đ/kWh)

Z∆E = g(n), là một hàm rời rạc, phi tuyến

Giả thiết kỳ vọng thiếu hụt điện năng ∆E0 mỗi năm của lưới điện khi không đặt

các thiết bị phân đoạn trong thời gian dự kiến thu hồi vốn (m năm) của các thiết bị

phân đoạn là bằng nhau

Ta sẽ tính toán kỳ vọng thiếu hụt điện năng ∆En của lưới điện khi lắp đặt thiết bị

phân đoạn năm thứ i

Z = g.(∆E - ∆E)[đồng] (3.2)