2.3.1. Bài toỏn độ tin cậy
Theo cấu trỳc, bài toỏn độ tin cậy của hệ thống điện được chia thành:
− Bài toỏn độ tin cậy của hệ thống phỏt: chỉ xột riờng cỏc nguồn điện.
− Bài toỏn độ tin cậy của hệ thống điện: xột cả nguồn điện đến cỏc nỳt tải hệ thống do lưới hệ thống cung cấp điện.
− Bài toỏn về độ tin cậy của lưới truyền tải và lưới phõn phối.
− Bài toỏn về độ tin cậy của phụ tải.
Theo mục đớch, bài toỏn độ tin cậy chia thành:
− Bài toỏn quy hoạch: phục vụ quy hoạch phỏt triển hệ thống điện.
− Bài toỏn vận hành: phục vụ vận hành hệ thống điện.
Hỡnh 2.4. Cấu trỳc độ tin cậy của hệ thống điện
Theo nội dung, bài toỏn độ tin cậy chia làm:
− Bài toỏn giải tớch: tớnh toỏn cỏc chỉ tiờu độ tin cậy của hệ thống điện cú cấu trỳc cho trước.
− Bài toỏn tổng hợp: xỏc định trực tiếp thụng số của một phần tử bất kỳ nếu cho trước yờu cầu độ tin cậy và cỏc thụng số của cỏc phần tử cũn lại. Bài toỏn tổng hợp trực tiếp rất phức tạp nờn chỉ cú thể ỏp dụng trong những bài toỏn nhỏ, hạn chế.
1 2 3 4
Nguồn điện L-ới hệ thống L-ới truyền tải L-ới phân phối Phụ tải
Hệ thống phát
Bài toỏn tổng hợp lớn cho nguồn điện và lưới điện phải dựng phương phỏp tổng hợp giỏn tiếp: lập nhiều phương ỏn rồi tớnh chỉ tiờu độ tin cậy bằng phương phỏp giải tớch để so sỏnh, chọn phương ỏn tối ưu.
Mỗi loại bài toỏn về độ tin cậy đều gồm cú bài toỏn quy hoạch và vận hành. Mặt khỏc lại bao gồm loại bài toỏn giải tớch và tổng hợp.
Bài toỏn phõn tớch độ tin cậy cú ý nghĩa rất quan trọng trong quy hoạch, thiết kế cũng như vận hành hệ thống điện. Nội dung của bài toỏn là tớnh cỏc chỉ tiờu độ tin cậy của một bộ phận nào đú của hệ thống điện từ cỏc thụng số độ tin cậy của cỏc phần tử của nú. Cỏc chỉ tiờu độ tin cậy bao giờ cũng gắn liền với cỏc tiờu chuẩn hỏng húc hay tiờu chuẩn hoàn thành nhiệm vụ do người phõn tớch độ tin cậy đặt ra: tiờu chuẩn hỏng húc của lưới điện cú thể là phụ tải mất điện, điện ỏp thấp hơn giỏ trị cho phộp, dõy dẫn quỏ tải…
2.3.2. Cỏc phương phỏp nghiờn cứu độ tin cậy của hệ thống điện
Phương phỏp đồ thị giải tớch: Giải tớch sử dụng sơ đồ độ tin cậy, lý thuyết xỏc suất cỏc tập hợp, đại số Boole, lý thuyết Graph. Phương phỏp này phối hợp với phương phỏp khụng gian trạng thỏi ỏp dụng rất cú hiệu quả cho bài toỏn độ tin cậy của lưới điện.
Phương phỏp khụng gian trạng thỏi: Sử dụng quỏ trỡnh ngẫu nhiờn Markov. Phương phỏp này được sử dụng trong bài toỏn độ tin cậy của nguồn điện.
Phương phỏp cõy hỏng húc: Lập cõy hỏng húc cho mối liờn quan giữa hỏng
húc phần tử và hỏng húc hệ thống, ỏp dụng đại số Boole. Thớch hợp tớnh toỏn độ tin cậy của cỏc nhà mỏy điện.
Phương phỏp mụ phỏng Monte - Carlo: Xột đến nhiều yếu tố và cú xột đến
tỏc động vận hành đến chỉ tiờu độ tin cậy. Sử dụng chủ yếu cho giải tớch độ tin cậy của hệ thống điện.
Mỗi phương phỏp cú những ưu nhược điểm và phạm vi ỏp dụng riờng, phương phỏp khụng gian trạng thỏi phối hợp với phương phỏp đồ thị giải tớch ỏp
hỏng húc thớch hợp với độ tin cậy của cỏc nhà mỏy điện. Trong bài toỏn về độ tin cậy của nguồn điện, phương phỏp chủ yếu được dựng là phương phỏp khụng gian trạng thỏi.
2.4. Cỏc chỉ số đỏnh giỏ độ tin cậy của hệ thống điện
Cỏc chỉ tiờu ĐTC HTĐ được đỏnh giỏ khi dựng 3 khỏi niệm cơ bản, đú là cường độ mất điện trung bỡnh l năm (do sự cố hoặc theo kế hoạch), thời gian mất điện (sửa chữa) trung bỡnh t, thời gian mất điện hàng năm trung bỡnh T của phụ tải.
Tuy nhiờn, những giỏ trị này khụng phải là giỏ trị quyết định mà là giỏ trị trung bỡnh của phõn phối xỏc suất, vỡ vậy chỳng chỉ là những giỏ trị trung bỡnh dài hạn. Mặc dự 3 chỉ tiờu trờn là quan trọng, nhưng chỳng khụng đại diện một cỏch toàn diện để thể hiện ĐTC của hệ thống. Chẳng hạn cỏc chỉ tiờu trờn được đỏnh giỏ khụng thể hiện được tương ứng với 1 khỏch hàng hay 100 khỏch hàng, tải trung bỡnh tại điểm đỏnh giỏ là 10kW hay 10MW. Để đỏnh giỏ được một cỏch toàn diện về sự mất điện của hệ thống, người ta cũn đỏnh giỏ thờm cỏc chỉ tiờu sau:
2.4.1. Cỏc chỉ số hướng tới khỏch hàng
2.4.1.1. Tần suất mất điện trung bỡnh của hệ thống SAIFI ( System average interruption frequency index) interruption frequency index)
SAIFI = Tổng số khỏch hàng bị mất điện = i. i i N NI N NC Tổng số khỏch hàng được phục vụ Trong đú i là xỏc suất sự cố
NC là tổng số phụ tải khỏch hàng nối vào điểm i
Chỉ số SAIFI cho biết số lần mất điện trung bỡnh trong một năm cho một khỏch hàng dựng điện.
2.4.1.2. Thời gian mất điện trung bỡnh của hệ thống SAIDI( System average interruption duration index) interruption duration index)
SAIDI =
Tổng thời gian mất điện của khỏch hàng
= i. i i r N TI N NC Tổng số khỏch hàng (2.27) (2.28)
Trong đú ri là thời gian mất điện hàng năm
Ni là tổng số phụ tải khỏch hàng nối vào điểm i
2.4.1.3. Tần suất mất điện trung bỡnh của khỏch hàng CAIFI ( Customer average interruption frequency index) average interruption frequency index)
CAIFI =
Tổng số khỏch hàng bị mất điện Tổng số khỏch hàng bị ảnh hưởng
Chỉ số này khỏc với SAIFI ở phần mẫu số. Chỉ số này rất cú ớch khi so sỏnh giữa cỏc năm với nhau, khi mà khụng phải tất cả khỏch hàng bị ảnh hưởng và nhiều khỏch hàng vẫn được cung cấp điện. Giỏ trị CAIFI rất tiện lợi khi xột theo thời gian của một hệ thống phõn phối cụ thể.
Khi ỏp dụng cỏc chỉ số này cỏc khỏch hàng bị ảnh hưởng chỉ được tớnh một lần bất kể số lần mất điện mà khỏch hàng này phải chịu trong năm.
2.4.1.4. Thời gian mất điện trung bỡnh của khỏch hàng CAIDI ( Customer interruption duration index) interruption duration index)
CAIDI =
Tổng thời gian mất điện của khỏch hàng
= . AIF i i i i r N SAIDI N S I Tổng số khỏch hàng bị mất điện
Chỉ số CAIDI cho biết thời gian mất điện trung bỡnh trong một năm cho một khỏch hàng dựng điện.
2.4.1.5. Độ sẵn sàng cung cấp điện trung bỡnh ASAI ( Average service availability index)
ASAI =
Tổng thời gian khỏch hàng được cấp điện
= .8760 .8760 i i i i N r N N Tổng thời gian khỏch hàng cú nhu cầu
Độ khụng sẵn sàng cung cấp điện trung bỡnh ASUI (Average service unavailability index) ASUI = 1- ASAI
(2.30)
(2.31) (2.29)
ASUI =
Tổng thời gian khỏch hàng khụng được cấp điện = 8760 i i i r N N Tổng thời gian khỏch hàng cú nhu cầu
2.4.1.6. ĐTC IOR(Index of reliability)
IOR =
8760- SAIDI 8760
2.4.2. Cỏc chỉ số hướng tới phụ tải và nguồn cấp
Một trong cỏc thụng số quan trọng cần thiết để đỏnh giỏ “Cỏc chỉ số hướng tới phụ tải và nguồn cấp” là phụ tải trung bỡnh tại thanh cỏi phụ tải.
Phụ tải trung bỡnh La được xỏc định La= Lpf Với Lp : Phụ tải đỉnh ; f: Hệ số phụ tải
t Lp La Ed Hỡnh 2.5. Xỏc định phụ tải trung bỡnh La La =
Tổng nhu cầu điện năng trong giai đoạn xột =
t Ed
Thời gian xột
2.4.2.1. Lượng điện năng khụng được cấp ENS (Energy not supplied index)
ENS = Tổng điện năng khụng được cấp từ hệ thống = La(i)Ui
Trong đú : La(i) là phụ tải trung bỡnh nối vào điểm i
(2.32)
(2.33)
(2.34)
(2.35)
2.4.2.2. Lượng điện năng trung bỡnh khụng được cấp AENS ( Averge Energy not supplied index) supplied index)
AENS =
Tổng điện năng khụng được cấp
= i i i a N N L (). Tổng số khỏch hàng được phục vụ
2.4.2.3. Giới hạn điện năng cấp trung bỡnh cho khỏch hàng ACCI ( Averge customer curtailment index) customer curtailment index)
ACCI =
Tổng điện năng khụng được cấp
= i i i a N N L (). Tổng số khỏch hàng bị ảnh hưởng
Chỉ số này khỏc với AENS giống như CAIDI khỏc với SAIFI. Nú rất cú ớch cho việc giỏm sỏt những thay đổi về lượng điện năng khụng được cấp trung bỡnh giữa năm này với năm khỏc.
2.4.3. Áp dụng cỏc chỉ tiờu trong thực tế
Bảng thống kờ dưới đõy cho thấy mức độ ỏp dụng cỏc chỉ tiờu trờn trong thực tế.
Hỡnh 2.6. Tỷ lệ ỏp dụng cỏc chỉ yờu độ tin cậy trong thực tế
Cú 4 chỉ tiờu được dựng nhiều nhất : SAIDI – SAIFI – CAIDI – ASAI.
(2.37)
Cỏc chỉ tiờu độ tin cậy trờn được tiờu chuẩn húa khi ỏp dụng cho quy hoạch lưới phõn phối điện, vớ dụ:
a. ASAI ≥ 9998, SAIFI < 1, CAIDI < 2h
b. ASAI ≥ 99975 cho thành phố, ASAI ≥ 99973 cho nụng thụn, CAIDI < 270 phỳt, SAIDI < 187 phỳt.
c. SAIFI = 0,75 cho nhà ở; 0,6 cho thương mại, SAIDI = 65 phỳt cho nhà ở, 45 phỳt cho thương mại, SAIDI = 1, SAIFI = 80 phỳt cho cỏc cửa hàng lớn.
Cỏc hệ thống điện khỏc nhau cú cỏc chỉ tiờu độ tin cậy khỏc nhau căn cứ vào tỡnh hỡnh địa phương, trờn cơ sở phõn tớch kinh tế cụ thể.
2.5. Tớnh toỏn độ tin cậy của LPP
2.5.1. ĐTC LPP hỡnh tia khụng phõn đoạn
Hỡnh 2.7. ĐTC LPP hỡnh tia khụng phõn đoạn
Đối với lưới này bất kỳ hỏng húc tại vị trớ nào cũng gõy ra ngừng điện toàn LPP. Vỡ vậy, toàn bộ LPP được xem như là một phần tử.
− Cường độ ngừng điện sự cố của LPP : 0. 100
SC
L
− Cường độ ngừng điện tổng là: ND SCCT
− Thời gian ngừng điện do sự cố trong một năm: TNDSC SC.TSC
− Thời gian ngừng điện cụng tỏc: TNDCT CT.TCT
− Tổng thời gian ngừng điện TND TNDSC TNDCT
(2) 2 (3) 3 (4) 4 1 (1) Pmax1 Tmax1 Pmax2 Tmax2 Pmax3 Tmax3 Pmax4 Tmax4 (2.39) (2.40) (2.41) (2.42) (2.43)
Trong đú: + 0: Cường độ hỏng húc cho 100 km. + L : Độ dài LPP
+ CT: Cường độ ngừng điện cụng tỏc. + TSC: Thời gian sửa chữa sự cố.
+ TCT: Thời gian trung bỡnh một lần ngừng điện cụng tỏc.
− Cụng suất và thời gian sử dụng cụng suất lớn nhất của toàn LPP : PmaxPmaxi i max i max i max max P T . P T − Điện năng mất do sự cố là: 8760 T . P . T A NDSC max max SC
− Điện năng mất do ngừng điện cụng tỏc là:
8760 T . P . T A NDCT max max CT 2.5.2. ĐTC LPP hỡnh tia phõn đoạn
Để tăng cường ĐTC, LPP hỡnh tia được phõn thành nhiều đoạn bằng thiết bị đúng cắt: DCL hoặc MC được điều khiển bằng tay tại chỗ hoặc điều khiển từ xa.
Phõn đoạn bằng MC: MC sẽ đảm bảo cắt tự động khi xảy ra sự cố trờn cỏc đoạn lưới ở phớa sau nú. Do đú cú tỏc dụng bảo vệ hoàn toàn đoạn lưới phớa trước nú khụng bị cắt điện. Như vậy làm cho sự cố ở cỏc đoạn lưới phớa sau khụng ảnh hưởng đến đoạn lưới phớa trước cả về số lần và thời gian mất điện.
Phõn đoạn bằng DCL: Nếu xảy ra sự cố ở một phõn đoạn nào đú MC đầu nguồn sẽ cắt tạm thời toàn bộ LPP. DCL phõn đoạn được cắt ra cụ lập phần tử bị sự cố với nguồn. Sau đú nguồn được đúng lại tiếp tục cấp điện cho cỏc phõn đoạn nằm trước phõn đoạn sự cố về phớa nguồn.
Như vậy khi xảy ra sự cố trờn đoạn lưới đặt DCL, thỡ tất cả cỏc đoạn lưới phớa trước nú cho đến DCL gần nhất sẽ chịu ảnh hưởng toàn phần về số lần mất (2.44) (2.45)
(2.46)
điện, cũn thời gian sự cố thỡ chỳng sẽ mất điện trong thời gian từ lỳc xảy ra sự cố cho đến khi cụ lập xong sự cố và đúng trở lại MC, thời gian này gọi là thời gian thao tỏc .
Đối với mọi đoạn lưới, dự đặt DCL hay MC thỡ ảnh hưởng của đoạn lưới phớa trước đến cỏc đoạn lưới phớa sau là toàn phần, nghĩa là đoạn lưới phớa sau chịu số lần mất điện và thời gian mất điện như đoạn lưới phớa trước khi trờn đoạn lưới phớa trước xảy ra sự cố.
Hỡnh 2.8. ĐTC LPP hỡnh tia cú phõn đoạn bằng DCL
Sử dụng giải phỏp phõn đoạn làm tăng đỏng kể ĐTC của LPP, giảm được tổn thất kinh tế do mất điện nhưng cần phải đầu tư vốn. Do đú phõn đoạn là một bài toỏn tối ưu, trong đú cần tỡm số lượng, vị trớ đặt và loại thiết bị phõn phối sử dụng sao cho cú được hiệu quả kinh tế cao nhất.
Để tớnh toỏn ĐTC của LPP phõn đoạn, trước tiờn cần đẳng trị cỏc đoạn lưới thành đoạn lưới chỉ cú một phụ tải và cỏc thụng số ĐTC đẳng trị của cỏc đoạn lưới:
Hỡnh 2.9. Đẳng trị cỏc đoạn lưới cú cựng ĐTC 1 2 3 4 Pmax1 Tmax1 Pmax2 Tmax2 Pmax3 Tmax3 Pmax4 Tmax4 TBPĐ
Thiết bị phân đoạn
PmaxII TmaxII PmaxI
TmaxI
ĐTC của đoạn lưới I
Những nguyờn nhõn dẫn đến ngừng cung cấp điện cú thể do bản thõn đoạn lưới I bị hỏng hoặc do ảnh hưởng của sự cố trờn đoạn lưới sau.
Đoạn I cú cường độ ngừng điện là I’ và thời gian ngừng điện năm là TI’. Ảnh hưởng của sự cố trờn cỏc đoạn lưới sau đoạn I phụ thuộc vào thiết bị phõn đoạn:
− Phõn đoạn bằng MC: đoạn II hoàn toàn khụng ảnh hưởng đến đoạn I.
II-I = 0; TII-I = 0
− Phõn đoạn bằng DCL: sự cố trờn đoạn II làm ngừng điện đoạn I trong thời gian thao tỏc cụ lập sự cố Ttt, ta cú: II-I = II’; TII-I = Ttt
Tổng số lần ngừng điện và thời gian ngừng điện của đoạn lưới I:
I = ’I + II -I; TI = T’I + TII -I
ĐTC của đoạn lưới II
Những nguyờn nhõn dẫn đến ngừng cung cấp điện cú thể do bản thõn đoạn lưới II bị hỏng hoặc do ảnh hưởng của sự cố trờn đoạn lưới trước nú và sau nú.
Đoạn II cú cường độ hỏng húc là II’ và thời gian ngừng điện năm là TII’. Ảnh hưởng của đoạn lưới I đến đoạn lưới II là toàn phần khụng phụ thuộc vào thiết bị phõn đoạn, chịu cường độ hỏng húc và thời gian ngừng cung cấp điện của đoạn I: I-II = I’ ; TI-II = TI’
Tổng số lần ngừng cung cấp điện và tổng thời gian ngừng cung cấp điện của đoạn lưới II: II = II’ + I’ ; TII = TII’ + TI’
Như vậy, ta thấy cỏc đoạn lưới phớa sau chịu ảnh hưởng toàn phần của cỏc đoạn lưới phớa trước, cũn cỏc đoạn lưới phớa trước chỉ chịu ảnh hưởng khụng toàn phần của cỏc đoạn lưới phớa sau, ảnh hưởng này phụ thuộc vào loại thiết bị phõn đoạn.
Trong tớnh toỏn bỏ qua hỏng húc của thiết bị phõn đoạn và sử dụng thiết bị phõn đoạn khụng phải bảo dưỡng định kỳ.
2.5.3. ĐTC LPP kớn vận hành hở
Đối với lưới phõn phối kớn vận hành hở gồm nhiều nguồn và nhiều đường dõy phõn đoạn tạo thành lưới kớn nhưng khi vận hành thỡ một số mỏy cắt phõn đoạn sẽ cắt ra để tạo thành lưới hở. Khi một đoạn lưới ngừng cung cấp điện thỡ chỉ phụ tải ở đoạn lưới đú mất điện, cũn cỏc đoạn lưới khỏc chỉ tạm ngừng điện trong thời gian ngắn để thao tỏc, sau đú lại được cấp điện trở lại nếu khả năng tải của lưới đủ.
Lưới phõn phối kớn vận hành hở cú độ tin cậy được nõng lờn rất nhiều, đặc biệt là khi cỏc thao tỏc thiết bị đúng cắt và phõn đoạn được điều khiển từ xa hoặc tự động. Tớnh toỏn độ tin cậy của lưới phõn phối kớn vận hành hở khỏ phức tạp, phải sử dụng cỏc mụ hỡnh tớnh toỏn lưới điện phức tạp và phải dựng mỏy tớnh điện tử.