Tính toán độ tin cậy của lưới điện phân phối trung áp

T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(44)/N¨m 2007 –<br /> <br /> TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG ÁP<br /> Trương Tuấn Anh – (Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp – ĐH Thái Nguyên)<br /> <br /> 1. ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Lưới điện phân phối trung áp thường có cấp điện áp là 6, 10, 22, 35 kV, phân phối<br /> điện cho các trạm biến áp phân phối trung áp/ hạ áp và phụ tải trung áp. Các hộ phụ tải nhận<br /> điện trực tiếp thông qua các trạm biến áp phân phối, nên khi xảy ra bất kỳ sự cố nào trong<br /> lưới điện và trạm biến áp phân phối đều ảnh hưởng trực tiếp đến các hộ tiêu thụ.<br /> Mặt khác sự phát triển của phụ tải không ngừng theo thời gian và ngày càng đỏi hỏi cao về<br /> chất lượng năng lượng và độ tin cậy cung cấp điện. Do đó ngay từ khâu thiết kế cũng như vận hành<br /> hệ thống điện cần phải đặc biệt quan tâm một cách triệt để, đảm bảo sao cho có được các phương án<br /> dự phòng hợp lý và tối ưu nhất trong chế độ làm việc bình thường cũng như khi xảy ra sự cố.<br /> Như vậy để nâng cao được độ tin cậy và tính liên tục cung cấp điện cũng như dự phòng<br /> hợp lý, bài báo tập trung chủ yếu vào nghiên cứu tính toán độ tin cậy và xây dựng phần mềm<br /> tính toán độ tin cậy của lưới điện phân phối trung áp, từ kết quả tính toán được đề xuất một số<br /> biện pháp nhằm giảm bớt thiệt hại về kinh tế và thời gian mất điện đối với hộ phụ tải.<br /> 2. TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI<br /> Các chỉ tiêu về kinh tế và kỹ thuật của lưới điện phân phối phụ thuộc rất nhiều vào sơ đồ<br /> nối dây. Do đó sơ đồ nối dây phải được chọn sao cho có chi phí là nhỏ nhất, đảm bảo mức độ tin<br /> cậy cung cấp điện cần thiết và chất lượng điện năng yêu cầu của các hộ phụ tải, thuận tiện và an<br /> toàn trong vận hành, khả năng phát triển trong tương lai và tiếp nhận các phụ tải mới.<br /> Sơ đồ nối dây của lưới điện phân phối có thể sử dụng một trong các hình thức nối dây<br /> như: hình tia, phân nhánh hoặc mạch vòng kín nhưng trong quá trình vận hành hở mạch. Như<br /> vậy trong quá trình vận hành lưới điện phân phối chỉ được cung cấp từ một nguồn, do đó tác giả<br /> đề cập đến tính toán độ tin cậy của lưới phân phối trên máy tính được cung cấp điện bởi một<br /> nguồn trong trường hợp ngừng điện do sự cố [1,3,6].<br /> 2.1. Đẳng trị các đoạn lưới liền nhau mà giữa chúng không có thiết bị phân đoạn<br /> thành một đoạn lưới có thiết bị phân đoạn [1,6]<br /> m<br /> <br /> - Độ dài đẳng trị của m đoạn lưới liền nhau thành đoạn lưới i là: l i = ∑ l j<br /> j=1<br /> <br /> - Tổng phụ tải do đoạn lưới i cấp điện khi hệ số đồng thời bằng 1:<br /> m<br /> <br /> Pmax i = ∑ Pmax j ;<br /> <br /> Pmaxj: phụ tải của đoạn lưới j<br /> <br /> j=1<br /> <br /> m<br /> <br /> - Thời gian sử dụng công suất lớn nhất:<br /> <br /> 84<br /> <br /> Tmax i =<br /> <br /> ∑ Pmax j .Tmax j<br /> i =1<br /> <br /> Pmax i<br /> <br /> T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(44)/N¨m 2007 –<br /> <br /> 2.2. Thuật toán tính ma trận đường nối [1,6]<br /> Đường nối bao gồm tất cả các đoạn lưới nối từ nguồn đến từng nút phụ tải và rất cần<br /> thiết để tính độ tin cậy của lưới phân phối. Tất cả các đường nối nằm trong ma trận đường nối<br /> của lưới phân phối B(i,j), trong đó j là nút đích, i là đoạn lưới của lưới phân phối. Nếu B(i,j) = 1<br /> có nghĩa là đoạn lưới i nằm trên đường nối đến nút j, nếu B(i,j) = 0 có nghĩa là đoạn lưới i không<br /> nằm trên đường nối đến nút j.<br /> r=j<br /> <br /> Ma trận B(i, j)<br /> <br /> B(r1, j) = 1<br /> <br /> j=0<br /> j=j+1<br /> B(j, j) = 1<br /> <br /> Đúng<br /> <br /> r1 = 0<br /> r1 = NĐ(r)<br /> <br /> r=j<br /> 2.3. Tính toán ma trận ảnh hưởng [1,2,6]<br /> 2.3.1. Cường độ hỏng hóc và thời gian mất điện của một phân đoạn i<br /> * Hỏng hóc do bản thân phân đoạn.<br /> * Do ảnh hưởng của các phân đoạn khác:<br /> - Ảnh hưởng của các phân đoạn phía trước phân đoạn đang xét về phía nguồn cung cấp.<br /> Mỗi lần cắt điện phân đoạn này đều dẫn đến mất điện phân đoạn đang xét và mất cho đến khi<br /> khắc phục xong sự cố.<br /> - Ảnh hưởng của các phân đoạn phía sau phân đoạn đang xét:<br /> + Thiết bị phân đoạn dùng dao cách ly: ảnh hưởng là toàn phần về số lần cắt, còn thời<br /> gian thì không toàn phần, phân đoạn xét được cấp điện trở lại sau thời gian thao tác, nghĩa là chỉ<br /> mất điện trong thời gian thao tác tttK, thời gian này phụ thuộc vào mức độ tự động hoá của lưới<br /> điện, nhưng ngắn hơn nhiều so với thời gian sửa chữa sự cố.<br /> + Thiết bị phân đoạn dùng máy cắt: không ảnh hưởng cả về số lần cắt và thời gian cắt.<br /> - Ảnh hưởng của các phân đoạn không nằm trên đường nối: phân đoạn ngay sau phân<br /> đoạn trên đường nối, ảnh hưởng của nó đến phân đoạn trên đường nối và cũng là ảnh hưởng đến<br /> phân đoạn xét i.<br /> + Thiết bị phân đoạn dùng dao cách ly: tính toán trường hợp có và không đặt thiết bị tự<br /> động đóng lại.<br /> + Thiết bị phân đoạn dùng máy cắt: không ảnh hưởng cả về số lần cắt và thời gian cắt.<br /> 85<br /> <br /> T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(44)/N¨m 2007 –<br /> <br /> 2.3.2. Cường độ hỏng hóc và thời gian mất điện của phân đoạn đẳng trị<br /> - Cường độ hỏng hóc và thời gian mất điện của phân đoạn i:<br /> <br /> λ i = λ 0i .l i +<br /> <br /> Npd<br /> <br /> ∑ λ ji ;<br /> <br /> Tmdi = λ 0i .l i .t sci +<br /> <br /> j=1; j≠1<br /> <br /> Npd<br /> <br /> ∑ Tmdji<br /> <br /> j=1; j≠1<br /> <br /> Npd: tổng số các phân đoạn.<br /> - Cường độ hỏng hóc và thời gian mất điện trung bình của một phụ tải điện:<br /> Npd<br /> <br /> Npd<br /> <br /> λ tb =<br /> <br /> ∑ λi<br /> i =1<br /> <br /> N pd<br /> <br /> Tmdtb =<br /> <br /> ;<br /> <br /> ∑ Tmdi<br /> i =1<br /> <br /> N pd<br /> <br /> - Điện năng mất của phân đoạn i và tổng điện năng mất:<br /> <br /> A mdji =<br /> <br /> Tmdi .Pi .Tmax i<br /> ;<br /> 8760<br /> <br /> Npd<br /> <br /> A md ∑ = ∑ A mdi<br /> i =1<br /> <br /> Chỉ tiêu độ tin cậy của đoạn lưới j cũng tức là của phụ tải j (trạm phân phối j) đấu vào<br /> đoạn lưới, đó là tổng của cột j trong hai ma trận ảnh hưởng:<br /> SL(j) = SLPj = ΣAS(i,j);<br /> <br /> th(j) = thPj = ΣAH(i,j)<br /> <br /> A(j) = thPj. Pmax(j). Tmax(j).<br /> <br /> 1<br /> ;<br /> 8760<br /> <br /> A= ΣA (j)<br /> <br /> Từ đó tính các chỉ tiêu trung bình của toàn lưới phân phối.<br /> 2.3.3. Thuật toán tính các ma trận ảnh hưởng<br /> Để lập ma trận ảnh hưởng ta xét từng cột j của ma trận B(i,j) bắt đầu từ j = 1 đến j = N,<br /> với mỗi cột ta lại xét từng i bắt đầu từ i = 1 đến i = N. Có thể xảy ra các trường hợp sau:<br /> - B(i,j) = 1: đoạn lưới i nằm trên đường nối 0 - j, ta có:<br /> AS(i,j) = λ(i);<br /> <br /> AH(i,j) = λ(i). t0(i)<br /> <br /> - B(i,j) = 0: đoạn lưới i không nằm trên đường nối 0 - j, cần tìm các đoạn lưới nằm giữa<br /> đoạn lưới i và đoạn lưới j, tức là các đoạn a, b...<br /> Trước tiên ta tìm đoạn lưới k đứng ngay trước đoạn lưới i theo điều kiện:<br /> NĐ(i) = NC(k)<br /> Sau đó xét B(k,j) nếu:<br /> + B(k,j) = 1: đoạn lưới k nằm trên đường nối 0 - j, ta có:<br /> AS(i,j) = λ(i). K(i)<br /> AH(i,j) = λ(i). K(i). tC(i)<br /> <br /> (*)<br /> <br /> + B(k,j) = 0: đoạn lưới k không nằm trên đường nối 0 - j, vì vậy:<br /> 86<br /> <br /> T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(44)/N¨m 2007 –<br /> <br /> AS(i, j) =<br /> <br /> AS(k , j)<br /> .K (i).λ (i)<br /> λ(k )<br /> <br /> AH(i, j) =<br /> <br /> AH(k , j)<br /> .K (i).λ(i).t C (i)<br /> λ (k ).t C (k )<br /> <br /> (**)<br /> <br /> Các công thức (*) và (**) có tác dụng giữ lại trong AS(k,j) và AH(k,j) các K(a), K(b)...<br /> tức là mã thiết bị phân đoạn trên đường nối giữa đoạn lưới k và đoạn lưới j hoặc đoạn lưới bất<br /> kỳ trên đường nối 0 - j.<br /> Theo thuật toán này với cách đánh số nút và nhánh như trên thì AS(k,j) AH(k,j) được<br /> tính trước AS(i,j) và AH(i,j) vì k < 1.<br /> 2.4. Tính toán các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy lưới phân phối<br /> - Số lần cắt điện trung bình năm của một trạm biến áp phân phối:<br /> N1<br /> <br /> SL tb =<br /> <br /> ∑ SL Pi<br /> i =1<br /> <br /> N1<br /> <br /> + SLPi: số lần cắt điện trạm biến áp phân phối i trong một năm.<br /> + N1: số trạm phân phối thuộc lưới phân phối được tính.<br /> - Thời gian cắt điện trung bình cho một trạm phân phối trong một năm:<br /> N1<br /> <br /> t htb =<br /> <br /> ∑ t hPi<br /> i =1<br /> <br /> N1<br /> <br /> + thPi: thời gian cắt điện một trạm biến áp phân phối trong một năm.<br /> - Điện năng mất của toàn lưới phân phối:<br /> N1<br /> <br /> At = ∑ Ai<br /> i =1<br /> <br /> 3. XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN<br /> PHỐI TRUNG ÁP [4,5]<br /> - Giao diện chính của chương trình:<br /> Từ giao diện chính của chương trình cho,<br /> cho phép người sử dụng lựa chọn:<br /> + Phương pháp vào số liệu.<br /> + Tính toán độ tin cậy của lưới phân phối của<br /> các File số liệu đã tạo hoặc File mới.<br /> 87<br /> <br /> T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(44)/N¨m 2007 –<br /> <br /> - Giao diện nhập số liệu từ bàn phím:<br /> + Nhập số nhánh.<br /> + Nhập nút nguồn thứ hai (nếu có).<br /> + Sau khi nhập các số liệu vào bảng tính,<br /> kiểm tra lại số liệu xem nhập có đúng hay không<br /> (báo lỗi).<br /> + Cho phép ghi vào File để sử dụng cho các<br /> lần tiếp theo.<br /> - Giao diện xem và sửa số liệu:<br /> + Xem và sửa các File số liệu có sẵn.<br /> + Ghi vào File cũ hoặc tạo File mới sử dụng<br /> các lần tiếp theo.<br /> <br /> - Giao diện tính toán độ tin cậy:<br /> + Đọc số liệu từ File đã nhập.<br /> + Tính toán độ tin cậy của lưới phân phối<br /> khi có một hoặc hai nguồn cung cấp.<br /> + Ghi kết quả mới tính hoặc xem lại kết<br /> quả đã tính toán.<br /> + Tổ chức in ấn kết quả.<br /> <br /> 4. NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG ÁP<br /> - Tăng cường khả năng dự phòng bằng sơ đồ kết dây:<br /> + Sơ đồ sử dụng đường dây kép.<br /> + Sơ đồ mạng kín vận hành hở.<br /> + Sơ đồ lưới có phân đoạn.<br /> 88<br /> <br />