KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ Võ Tiến Trung và cộng sự
Số 15(2024), 111-117 111 Tạp chí Khoa học và Công nghệ
TÍNH TOÁN CÁC CHỈ TIÊU ĐỘ TIN CẬY VÀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG LƯỚI ĐIỆN
PHÂN PHỐI BẰNG PHẦN MỀM PSS/ADEPT
Võ Tiến Trung1*, Nguyễn Minh Thư1, Phan Hồ Bắc2, Huỳnh Văn Anh3, Nguyễn Tuấn Anh4
1Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vinh
2Trường Cao đẳng Kỹ thuật Công – Nông nghiệp Quảng Bình
3Công ty Điện lực Thừa Thiên Huế
4Trường Đại học Đại Nam
*Tác giả liên hệ: votientrung.vut@gmail.com
TÓM TẮT
Bài viết này trình bày tổ hợp các biện pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện sử dụng các thiết
bị tự động, các thiết bị điều khiển xa như dao cách ly phân đoạn, recloser, các thiết bị cảnh báo sự
cố, sử dụng lưới điện cấu trúc mạch vòng kín vận hành hở. Trên cơ sở đó, đề xuất một số biện pháp
cụ thể cho lưới điện phân phối tại Huyện A Lưới - Thừa Thiên Huế. Việc tính toán được dựa trên
phần mềm PSS/ADEPT, các kết quả tính toán được phân tích, đánh giá khẳng định các giải pháp
được áp dụng đã mang lại hiệu quả tốt về độ tin cậy cung cấp điện, ngoài ra khi áp dụng các giải
pháp cũng làm giảm tổn thất điện năng cho lưới phân phối điện.
Từ khóa: độ tin cậy cung cấp điện, lưới điện phân phối mạch vòng, PSS/ADEPT, tổn thất điện
năng.
CALCULATION OF RELIABILITY INDICES AND POWER LOSS OF DISTRIBUTION
NETWORKS USING PSS/ADEPT SOFTWARE
ABSTRACT
This article presents a combination of measures to improve power supply reliability using
automatic devices, remote control devices such as segment disconnectors, reclosers, fault warning
devices, using the open-loop power distribution networks. Based on that, the propose some specific
measures for the distribution power grid in A Luoi District - Thua Thien Hue. The calculation is
performed in the PSS/ADEPT software, the calculation results are analyzed and evaluated to
confirm that the applied solutions have brought better power supply reliability, in addition, the
solutions also reduce power loss to the power distribution network.
Keywords: open-loop power distribution networks, power loss, PSS/ADEPT, reliability.
Ngày nh
ậ
n bài: 10/05/2024 Ngày nh
ậ
n bài s
ử
a: 20/07/2024 Ngày duy
ệ
t bài đăng: 25/11/2024
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Độ tin cậy là xác suất để hệ thống (hoặc
phần tử) hoàn thành nhiệm vụ yêu cầu trong
khoảng thời gian nhất định và trong điều kiện
vận hành nhất định. Như vậy độ tin cậy luôn
gắn với việc hoàn thành một nhiệm vụ cụ thể,
trong một thời gian nhất định và trong một
hoàn cảnh nhất định. Mức đo độ tin cậy luôn
gắn với việc hoàn thành nhiệm vụ trong
khoảng thời gian xác định và xác suất này
được gọi là độ tin cậy của hệ thống hay phần
tử. Độ tin cậy cung cấp điện (ĐTCCCĐ) được
hiểu là cung cấp điện một cách chắc chắn, an
toàn cho con người và thiết bị với chất lượng
điện năng, điện áp và tần số danh định trong
giới hạn cho phép.
Các chỉ tiêu độ tin cậy lưới điện phân
phối được đánh giá khi dùng 3 khái niệm cơ
KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ Võ Tiến Trung và cộng sự
Số 15(2024), 111-117 112 Tạp chí Khoa học và Công nghệ
bản, đó là cường độ mất điện trung bình (do
sự cố hoặc theo kế hoạch), thời gian mất điện
(sửa chữa) trung bình t, thời gian mất điện
hàng năm trung bình T của phụ tải (Trần
Bách, 2004; Nguyễn Hoàng Việt, 2002;
Okorie và cộng sự, 2015; Dương Hoà An,
2021).
Tuy nhiên, những giá trị này là giá trị
trung bình của phân phối xác suất, vì vậy đó
chỉ là những giá trị trung bình dài hạn. Mặc
dù 3 chỉ tiêu trên là quan trọng, nhưng không
đại diện một cách toàn diện để thể hiện độ tin
cậy của hệ thống. Để đánh giá được một cách
toàn diện về sự mất điện của hệ thống, người
ta còn đánh giá thêm các chỉ tiêu sau (Trần
Bách, 2004; Nguyễn Hoàng Việt, 2002;
Okorie và cộng sự, 2015):
- Tần suất mất điện trung bình của hệ
thống, SAIFI (System average interruption
frequency index):
i i
i
N
Tong so lan mat dien cua khach hang
SAIFI Tong so khach hang duoc phuc vu N
= =
(1)
- Tần suất mất điện trung bình của khách
hàng (KH), CAIFI (Customer average
interruption frequency index):
Tong so lan mat dien cua khach hang
CAIFI Tong so khach hang bi anh huong
=
- Thời gian mất điện trung bình của hệ
thống, SAIDI (System average interruption
duration index):
i i
i
T N
Tong thoi gian mat dien cua khach hang
SAIDI Tong so khachhang duoc phuc vu N
= =
(2)
- Thời gian mất điện trung bình của
khách hàng, CAIDI (Customer average
interruption duration index):
i i
i i
T N
Tong thoi gian mat dien cua khach hang
CAIDI Tong so lanmat dien cua khach hang N
= =
SAIDI
CAIDI SAIFI
=
(3)
Trong đó: i là cường độ mất điện; Ti là
thời gian mất điện trung bình hàng năm của
phụ tải; Ni là số khách hàng của nút phụ tải
thứ i.
2. GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY
CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
Các phương pháp để nâng cao độ tin cậy
cho lưới điện phân phối hiện nay như phương
pháp đồ thị giải tích, không gian trạng thái,
Monte - Carlo, phương pháp cây hỏng hóc
(Nguyễn Hoàng Việt, 2002; Okorie và cộng
sự, 2015; Dương Hoà An, 2021).
Có hai giải pháp chính: Giải pháp quản lý
vận hành và giải pháp đầu tư cải tạo tái cấu
trúc lưới điện.
Giải pháp quản lý vận hành: Căn cứ vào
thực trạng lưới điện phân phối cụ thể để nâng
cao hiệu quả vận hành, trong đó, tập trung
nâng cao chỉ tiêu ĐTCCCĐ và đảm bảo chỉ
tiêu chất lượng điện năng, ta cần thực hiện các
giải pháp cả về mặt tổ chức quản lý và kỹ
thuật.
- Tổ chức quản lý vận hành hợp lý.
- Giải pháp kỹ thuật: Để giảm sự cố cần
nâng cao chất lượng của thiết bị vận hành, sử
dụng các thiết bị có chất
lượng vận hành tốt và có tính tự động
hóa cao. Từng bước thay thế các thiết bị có
suất hư hỏng cao bằng các thiết bị có suất hư
hỏng thấp.
- Ứng dụng SCADA.
- Sửa chữa hotline: Từng bước nghiên
cứu, áp dụng giải pháp thi công sửa chữa điện
nóng trong điều hành sản xuất kinh doanh,
nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho khách
hàng; sửa chữa lưới điện, cũng như các hoạt
động bảo dưỡng, đấu nối, thay thế các thiết bị.
- Lắp đặt Hệ thống thiết bị cảnh báo sự
cố thông minh: Bên cạnh việc sử dụng các
biện pháp để giảm thiểu sự cố xảy ra, đối với
trường hợp sự cố đã xảy ra thì việc xác định
chính xác vị trí sự cố nhằm giảm thiểu tối đa
thời gian mất điện và số lượng khách mất điện
KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ Võ Tiến Trung và cộng sự
Số 15(2024), 111-117 113 Tạp chí Khoa học và Công nghệ
cũng là yêu cầu cần quan tâm. Do vậy, việc sử
dụng hệ thống thiết bị cảnh báo sự cố thông
minh trên tuyến trung thế (khi có sự cố xảy ra,
tại bộ phận trực ban sẽ có đèn cảnh báo và gửi
tín hiệu bằng tin nhắn về nhân viên quản lý
(theo cài đặt danh sách người nhận ban đầu)
nhằm khoanh vùng sự cố, xác định sự cố
nhanh chóng.
Giải pháp đầu tư: Phân đoạn đường dây
kết hợp nâng cao năng lực vận hành lưới điện.
Đây là giải pháp nâng cao hiệu quả quản lý
vận hành bằng cách phân chia lưới thành
những đoạn nhỏ kết hợp nâng cao năng lực
lưới điện vận hành để khi có công tác thì việc
cô lập được dễ dàng hơn. Thông thường có
hai loại phân đoạn như sau:
- Phân đoạn đường dây bán tự động được
thực hiện bởi cơ cấu dao cách ly, cầu chì tự
rơi hoặc các thiết bị thao tác bằng tay khác đặt
trên các nhánh rẽ. Khi có sự cố trên đoạn
đường dây nào đó, cơ cấu phân đoạn sẽ tách
đoạn đường dây này ra khỏi mạng điện chính,
đảm bảo cho các hộ dùng điện khác không bị
ảnh hưởng. Sau khi đã khắc phục sự cố, mạng
điện lại được đóng vào nguồn bằng tay. Cơ
cấu phân đoạn này cũng được sử dụng để cắt
điện khi sửa chữa định kỳ và kiểm tra thiết bị.
- Phân đoạn đường dây bằng cơ cấu tự
động thường được thực hiện bằng các máy
cắt, Recloser, dao cắt có tải có thể tự động
đóng cắt hoặc điều khiển từ xa. Khi mạng
điện có sự cố thì cơ cấu phân đoạn sẽ tách
nhanh các đoạn đường dây sự cố ra khỏi
mạng điện đảm bảo cung cấp điện liên tục cho
các hộ dùng điện ở các nhánh dây không bị sự
cố.
3. TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY VÀ TỔN
THẤT ĐIỆN NĂNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN
PHỐI BẰNG PHẦN MỀM PSS/ADEPT
3.1. Giới thiệu phần mềm PSS/ADEPT và
tính toán các chỉ tiêu độ tin cậy bằng phần
mềm PSS/ADEPT
Phần mềm PSS/ADEPT (The Power
System Simulator/Advanced Distribution
Engineering Productivity Tool) là công cụ
phân tích lưới điện phân phối với các chức
năng sau (Dương Hoà An, 2021): Bài toán
tính phân bố công suất (Load Flow - module
có sẵn); Bài toán CAPO (Optimal Capacitor
Placement), đặt tụ bù tối ưu; Bài toán tính
ngắn mạch (All Fault- module); Bài toán
TOPO (Tie Open Point Optimization), phân
tích điểm dừng tối ưu; Bài toán tính toán các
thông số của đường dây (Line Properties
Calculator); Bài toán phối hợp và bảo vệ
(Protection and Coordination); Bài toán phân
tích sóng hài (Harmonics); Bài toán phân tích
độ tin cậy trên lưới điện (DRA- Distribution
Reliability Analysis): Tính toán các thông số
độ tin cậy trên lưới điện như SAIFI, SAIDI,
CAIFI, CAIDI…
Bảng 1. Thanh ghi dữ liệu độ tin cậy
Thanh ghi dữ liệu độ tin cậy:
*R,
, RP, SWT, PSS, M
, S
*R
Cường độ sự cố của loại cấu trúc trên một đơn vị dài/năm
RP
Thời gian sửa chữa của loại cấu trúc
SWT
Thời gian chuyển mạch, dùng cho các
khóa
đóng cắt tính theo giờ
PSS
Xác suất mà các
khóa
đóng cắt sẽ chuyển mạch, tính theo %
M
Cường độ sự cố thoáng qua của loại cấu trúc trên một đơn vị dài/năm
S
Cường độ sự cố do bão của loại cấu trúc trên một đơn vị dài/năm
Nguồn: Dương Hoà An (2021)
KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ Võ Tiến Trung và cộng sự
Số 15(2024), 111-117 114 Tạp chí Khoa học và Công nghệ
Hình 1. Sơ đồ khối tính toán các chỉ tiêu độ tin cậy bằng phần mềm PSS/ADEPT
Nguồn: Dương Hoà An (2021)
3.2. Đề xuất giải pháp và tính toán cho lưới
điện phân phối cụ thể
Để tính toán độ tin cậy và tổn thất điện
năng (TTĐN), bài viết sử dụng thông số xuất
tuyến (XT) 471 TTG Bốt Đỏ thuộc Điện lực A
Lưới – Thừa Thiên Huế nhận điện lưới 35kV
từ trạm 220/110kV Huế 1 (Điện lực A Lưới,
2021).
TBA 220/110kV Huế 1 cấp điện cho
Điện lực A Lưới qua 01 xuất tuyến trung áp
chính 35kV Huế 1, cấp điện đến trạm biến áp
trung gian (TTG) 35/22kV Bốt Đỏ. Từ TTG
Bốt Đỏ cấp điện khu vực qua 02 xuất tuyến
trung thế 22kV phục vụ 100% nhu cầu địa bàn
huyện A Lưới.
XT 471 TTG Bốt Đỏ nhận điện từ thanh
cái của TTG Bốt Đỏ, Điện lực A Lưới quản lý
từ đầu cáp Rec 471 TTG Bốt Đỏ đến TTG
Hồng Thủy. Khối lượng xuất tuyến 471 TTG
Bốt Đỏ phần Điện lực A Lưới quản lý gồm:
112,65km đường dây trung áp 22kV, 79 Trạm
biến áp, 11 dao cách ly (DCL) phân đoạn, 06
dao cắt có tải (LBS) và 09 Recloser. XT 471
TTG Bốt Đỏ cấp điện cho các xã Sơn Thủy,
Hồng Thái, Quảng Nhâm, Hồng Kim, Trung
Sơn, Hồng Vân, Hồng Thủy và thị trấn A
Lưới.
Bảng 2. Tổng hợp khối lượng thiết bị bảo vệ, đóng cắt XT 471 TG Bốt Đỏ
Xu
ấ
t tuy
ế
n Recloser FCO
/LBFCO
DCL LBS
Xu
ấ
t tuy
ế
n 471 TTG B
ố
t Đ
ỏ
9 25 11 6
Nguồn: Điện lực A Lưới (2021)
Dựa vào tình hình thực hiện các chỉ tiêu
ĐTCCCĐ tại Điện lực A Lưới cho thấy, các
chỉ tiêu theo từng xuất tuyến phù hợp với so
sánh tình hình thực hiện của Đơn vị, các chỉ
số SAIDI, SAIFI tổng hợp không đạt kế
hoạch giao. Vì vậy, với đặc điểm lưới điện A
Lưới, khu vực có địa hình phức tạp, ảnh
hưởng của giông sét lớn, công tác điều tra sự
cố, bảo trì bảo dưỡng (BTBD) lưới điện gặp
khó khăn cũng như chất lượng công tác tổ
chức quản lý kiểm tra định kỳ chỉ đang trong
giai đoạn từng bước mang lại hiệu quả tối ưu
Tính toán các chỉ tiêu: SAIFI, SAIDI, CAIFI,
CAIDI
Xuất ra kết quả tính toán
Xây dựng sơ đồ kết lưới tính toán
Nhập thông số của các phần tử lưới
:
,
RP, SWT, PSS, M
, S
;
Thông số các nút tải: Pi, Qi;
Số lượng
khách
hàng tại nút i
KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ Võ Tiến Trung và cộng sự
Số 15(2024), 111-117 115 Tạp chí Khoa học và Công nghệ
tại Đơn vị. Trên cơ sở phân tích đó, đưa ra
giải pháp đầu tư và biện pháp nâng cao độ tin
cậy cung cấp điện hiệu quả cụ thể được đề
xuất cho Xuất tuyến 471 TTG Bốt Đỏ như sau
(Tập đoàn Điện lực Việt Nam, 2014; Bộ Công
Thương, 2019):
- Cải tạo, nâng tiết diện dây trục chính để
giảm tổn thất điện năng: Cải tạo, nắn tuyến,
nâng tiết diện đoạn đường dây vận hành lâu
năm từ AC-70 lên AC-120, kết hợp treo dây
chống sét và sửa chữa hệ thống chống sét trên
đoạn tuyến từ vị trí 180 đến TTG Hồng Thủy,
phân kỳ hoàn thành đến năm 2025.
- Bổ sung lắp đặt DCL tại vị trí 201, 515,
133 và 131/20 trên xuất tuyến.
- Bổ sung lắp đặt LBS tại vị trí 350, 468
và 46/30 trên xuất tuyến, mở điểm phân tuyến
tại VT350, lưới điện sẽ được nhận nguồn điện
từ 2 phía.
- Ưu tiên giải pháp lắp đặt bộ chuyển áp
dưới tải – Distribution Voltage Regulator tại
vị trí trạm TTG Hồng Thủy nhằm đảm bảo
cấp điện cho toàn bộ khu vực trong các
khoảng thời gian nhận nguồn từ lưới điện
Quảng Trị.
Cơ sở lựa chọn giải pháp:
- Khi chuyển phương thức vận hành cấp
điện từ Quảng Trị cấp cho XT 471 TTG Bốt
Đỏ, XT 472 TTG Bốt Đỏ thì dòng điện tại
đoàn đầu phân tuyến lên đến 102A, trong khi
đó tiết diện dây từ VT180 đến TTG Hồng
Thuỷ đang sử dụng dây AC-70.
- XT 471 TTG Bốt Đỏ có chiều dài
đường trục lớn, tuy nhiên thiết bị phân đoạn
trên lưới còn thấp và phân bổ chưa hợp lý,
dẫn đến công tác khôi phục lưới điện khó
khăn, chưa hiệu quả trong tính toán
ĐTCCCĐ.
- Đường dây 35kV Quảng Trị chuyển cấp
vận hành thành 22kV. Khi chuyển phương
thức cấp điện cho Điện lực A Lưới thì điện áp
tại TTG Hồng Thuỷ thấp (21 kV) dẫn đến
không đảm bảo chất lượng điện năng cho
khách hàng và tăng TTĐN cho lưới điện.
Kết quả tính toán bằng PSS/ADEPT như
Bảng 3.
Bảng 3. Kết quả tính toán độ tin cậy XT 471 TTG Bốt Đỏ
XT471 TTG B
ố
t
Đỏ
SAIFI (l
ầ
n) SAIDI (phút) CAIFI (l
ầ
n) CAIDI (phút)
Trư
ớ
c khi ti
ế
n hành gi
ả
i pháp
S
ự
c
ố
2,835 97,500 2,835 34,380
BTBD 4,278 136,080 4,278 31,800
T
ổ
ng c
ộ
ng 7,113 233,580 7,113 66,180
Sau khi áp d
ụ
ng các gi
ả
i pháp
S
ự
c
ố
1,745 48,120 1,745 27,540
BTBD 3,015 84,360 3,015 27,960
T
ổ
ng c
ộ
ng 4,760 132,480 4,760 55,500
Nguồn: Điện lực A Lưới (2021)
Bảng 4. Hiệu quả về chỉ tiêu SAIDI các xuất tuyến sau khi áp dụng giải pháp
Xu
ấ
t tuy
ế
n Ch
ỉ
tiêu SAIDI (phút/KH) Hi
ệ
u qu
ả
SAIDI
(phút/KH)
Trư
ớ
c
áp dụng
Sau
áp dụng
471 TTG B
ố
t Đ
ỏ
S
ự
c
ố
97,500 48,120 49,380
BTBD 136,080 84,360 51,720
Nguồn: Điện lực A Lưới (2021)