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 – TÍNH TOÁN ĐỘ TIN C ẬY C ỦA L ƯỚI ĐIỆN PHÂN PH ỐI TRUNG ÁP Tr ươ ng Tu ấn Anh – (Tr ường Đại h ọc Kỹ thu ật công nghi ệp – ĐH Thái Nguyên) 1. ĐẶT V ẤN ĐỀ Lưới điện phân ph ối trung áp th ường có c ấp điện áp là 6, 10, 22, 35 kV, phân ph ối điện cho các tr ạm bi ến áp phân ph ối trung áp/ h ạ áp và ph ụ t ải trung áp. Các h ộ ph ụ t ải nh ận điện tr ực ti ếp thông qua các tr ạm bi ến áp phân ph ối, nên khi x ảy ra b ất k ỳ s ự c ố nào trong lưới điện và tr ạm bi ến áp phân ph ối đề u ảnh h ưởng tr ực ti ếp đế n các h ộ tiêu th ụ. Mặt khác s ự phát tri ển c ủa ph ụ t ải không ng ừng theo th ời gian và ngày càng đỏi h ỏi cao v ề ch ất l ượng n ăng l ượng và độ tin c ậy cung c ấp điện. Do đó ngay t ừ khâu thi ết k ế c ũng nh ư v ận hành hệ th ống điện c ần ph ải đặ c bi ệt quan tâm m ột cách tri ệt để , đả m b ảo sao cho có được các ph ươ ng án dự phòng h ợp lý và t ối ưu nh ất trong ch ế độ làm vi ệc bình th ường c ũng nh ư khi x ảy ra s ự c ố. Nh ư v ậy để nâng cao được độ tin c ậy và tính liên t ục cung c ấp điện c ũng nh ư dự phòng hợp lý, bài báo t ập trung ch ủ y ếu vào nghiên c ứu tính toán độ tin c ậy và xây d ựng ph ần m ềm tính toán độ tin c ậy c ủa l ưới điện phân ph ối trung áp, t ừ k ết qu ả tính toán được đề xu ất m ột s ố bi ện pháp nh ằm gi ảm b ớt thi ệt h ại v ề kinh t ế và th ời gian m ất điện đố i v ới h ộ ph ụ t ải. 2. TÍNH TOÁN ĐỘ TIN C ẬY C ỦA L ƯỚI ĐIỆN PHÂN PH ỐI Các ch ỉ tiêu v ề kinh t ế và k ỹ thu ật c ủa l ưới điện phân ph ối ph ụ thu ộc r ất nhi ều vào s ơ đồ nối dây. Do đó s ơ đồ n ối dây ph ải được ch ọn sao cho có chi phí là nh ỏ nh ất, đả m b ảo m ức độ tin cậy cung c ấp điện c ần thi ết và ch ất l ượng điện n ăng yêu c ầu c ủa các h ộ ph ụ t ải, thu ận ti ện và an toàn trong v ận hành, kh ả n ăng phát tri ển trong t ươ ng lai và ti ếp nh ận các ph ụ t ải m ới. Sơ đồ n ối dây c ủa l ưới điện phân ph ối có th ể s ử d ụng m ột trong các hình th ức n ối dây nh ư: hình tia, phân nhánh ho ặc m ạch vòng kín nh ưng trong quá trình v ận hành h ở m ạch. Nh ư vậy trong quá trình v ận hành l ưới điện phân ph ối ch ỉ được cung c ấp t ừ m ột ngu ồn, do đó tác gi ả đề c ập đế n tính toán độ tin c ậy c ủa l ưới phân ph ối trên máy tính được cung c ấp điện b ởi m ột ngu ồn trong tr ường h ợp ng ừng điện do s ự c ố [1,3,6]. 2.1. Đẳng tr ị các đoạn l ưới li ền nhau mà gi ữa chúng không có thi ết b ị phân đoạn thành m ột đoạn l ưới có thi ết b ị phân đoạn [1,6] m = - Độ dài đẳng tr ị c ủa m đoạn l ưới li ền nhau thành đoạn l ưới i là: li ∑l j j=1 - Tổng ph ụ t ải do đoạn l ưới i c ấp điện khi h ệ s ố đồ ng th ời b ằng 1: m = Pmax i ∑Pmax j ; Pmaxj : ph ụ t ải c ủa đoạn l ưới j j=1 m ∑Pmax j T. max j = i=1 - Th ời gian s ử d ụng công su ất l ớn nh ất: Tmax i Pmax i 84 T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4 (44) /N¨m 2007 – 2.2. Thu ật toán tính ma tr ận đường n ối [1,6] Đường n ối bao g ồm t ất c ả các đoạn l ưới n ối t ừ ngu ồn đế n t ừng nút ph ụ t ải và r ất c ần thi ết để tính độ tin c ậy c ủa l ưới phân ph ối. T ất c ả các đường n ối n ằm trong ma tr ận đường n ối của l ưới phân ph ối B(i,j), trong đó j là nút đích, i là đoạn l ưới c ủa l ưới phân ph ối. N ếu B(i,j) = 1 có ngh ĩa là đoạn l ưới i n ằm trên đường n ối đế n nút j, n ếu B(i,j) = 0 có ngh ĩa là đoạn l ưới i không nằm trên đường n ối đế n nút j. Ma tr ận B(i, j) r = j B(r , j) = 1 j = 0 1 Đúng j = j + 1 r1 = 0 B(j, j) = 1 r1 = N Đ(r) r = j 2.3. Tính toán ma tr ận ảnh h ưởng [1,2,6] 2.3.1. C ường độ h ỏng hóc và thời gian m ất điện c ủa m ột phân đoạn i * H ỏng hóc do b ản thân phân đoạn. * Do ảnh h ưởng c ủa các phân đoạn khác: - Ảnh h ưởng c ủa các phân đoạn phía tr ước phân đoạn đang xét v ề phía ngu ồn cung c ấp. Mỗi l ần c ắt điện phân đoạn này đều d ẫn đế n m ất điện phân đoạn đang xét và m ất cho đế n khi kh ắc ph ục xong s ự c ố. - Ảnh h ưởng c ủa các phân đoạn phía sau phân đoạn đang xét: + Thi ết b ị phân đoạn dùng dao cách ly: ảnh h ưởng là toàn ph ần v ề s ố l ần c ắt, còn th ời gian thì không toàn ph ần, phân đoạn xét được c ấp điện tr ở l ại sau th ời gian thao tác, ngh ĩa là ch ỉ mất điện trong th ời gian thao tác t ttK , th ời gian này ph ụ thu ộc vào m ức độ t ự độ ng hoá c ủa l ưới điện, nh ưng ng ắn h ơn nhi ều so v ới th ời gian s ửa ch ữa s ự c ố. + Thi ết b ị phân đoạn dùng máy c ắt: không ảnh h ưởng c ả v ề s ố l ần c ắt và th ời gian c ắt. - Ảnh h ưởng c ủa các phân đoạn không n ằm trên đường n ối: phân đoạn ngay sau phân đoạn trên đường n ối, ảnh h ưởng c ủa nó đế n phân đoạn trên đường n ối và c ũng là ảnh h ưởng đế n phân đoạn xét i. + Thi ết b ị phân đoạn dùng dao cách ly: tính toán tr ường h ợp có và không đặt thi ết b ị t ự động đóng l ại. + Thi ết b ị phân đoạn dùng máy c ắt: không ảnh h ưởng c ả v ề s ố l ần c ắt và th ời gian c ắt. 85 T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4 (44) /N¨m 2007 – 2.3.2. C ường độ h ỏng hóc và th ời gian m ất điện c ủa phân đoạn đẳ ng tr ị - Cường độ h ỏng hóc và th ời gian m ất điện c ủa phân đoạn i: Npd Npd λ = λ + λ = λ + i i0 l. i ∑ ji ; Tmdi i0 i t.l. sci ∑Tmdji j= j;1 ≠1 j= j;1 ≠1 Npd : t ổng s ố các phân đoạn. - Cường độ h ỏng hóc và th ời gian m ất điện trung bình c ủa m ột ph ụ t ải điện: Npd Npd λ ∑ i ∑Tmdi λ = i=1 = i=1 tb ; Tmdtb N pd N pd - Điện n ăng m ất c ủa phân đoạn i và t ổng điện năng m ất: T T.P. Npd = mdi i max i = A mdji ; A md ∑ ∑A mdi 8760 i=1 Ch ỉ tiêu độ tin c ậy c ủa đoạn l ưới j c ũng t ức là c ủa ph ụ t ải j (tr ạm phân ph ối j) đấ u vào đoạn l ưới, đó là t ổng c ủa c ột j trong hai ma tr ận ảnh h ưởng: SL(j) = SL Pj = ΣAS(i,j); th(j) = t hPj = ΣAH(i,j) 1 A(j) = t hPj . P max (j). T max (j). ; A= ΣA (j) 8760 Từ đó tính các ch ỉ tiêu trung bình c ủa toàn l ưới phân ph ối. 2.3.3. Thu ật toán tính các ma tr ận ảnh h ưởng Để l ập ma tr ận ảnh h ưởng ta xét t ừng c ột j c ủa ma tr ận B(i,j) b ắt đầ u t ừ j = 1 đế n j = N, với m ỗi c ột ta l ại xét t ừng i b ắt đầ u t ừ i = 1 đế n i = N. Có th ể x ảy ra các tr ường h ợp sau: - B(i,j) = 1: đoạn l ưới i n ằm trên đường n ối 0 - j, ta có: AS(i,j) = λ(i); AH(i,j) = λ(i). t 0(i) - B(i,j) = 0: đoạn l ưới i không n ằm trên đường n ối 0 - j, c ần tìm các đoạn l ưới n ằm gi ữa đoạn l ưới i và đoạn l ưới j, t ức là các đoạn a, b... Tr ước tiên ta tìm đoạn l ưới k đứ ng ngay tr ước đoạn l ưới i theo điều ki ện: NĐ(i) = NC(k) Sau đó xét B(k,j) n ếu: + B(k,j) = 1: đoạn l ưới k n ằm trên đường n ối 0 - j, ta có: AS(i,j) = λ(i). K(i) AH(i,j) = λ(i). K(i). t C(i) (*) + B(k,j) = 0: đoạn l ưới k không n ằm trên đường n ối 0 - j, vì v ậy: 86 T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4 (44) /N¨m 2007 – AS )j,k( AS )j,i( = K. ).i( λ )i( λ )k( AH )j,k( AH )j,i( = K. ).i( λ t).i( )i( (**) λ C (k).t C )k( Các công th ức (*) và (**) có tác d ụng gi ữ l ại trong AS(k,j) và AH(k,j) các K(a), K(b)... tức là mã thi ết b ị phân đoạn trên đường n ối gi ữa đoạn l ưới k và đoạn l ưới j ho ặc đoạn l ưới b ất kỳ trên đường n ối 0 - j. Theo thu ật toán này v ới cách đánh s ố nút và nhánh nh ư trên thì AS(k,j) AH(k,j) được tính tr ước AS(i,j) và AH(i,j) vì k < 1. 2.4. Tính toán các ch ỉ tiêu đánh giá độ tin c ậy l ưới phân ph ối - Số l ần c ắt điện trung bình n ăm c ủa m ột tr ạm bi ến áp phân ph ối: N1 ∑SL Pi = SL = i 1 tb N1 + SL Pi : s ố l ần c ắt điện tr ạm bi ến áp phân ph ối i trong m ột n ăm. + N1: s ố tr ạm phân ph ối thu ộc l ưới phân ph ối được tính. - Th ời gian c ắt điện trung bình cho m ột tr ạm phân ph ối trong m ột n ăm: N1 ∑t hPi = t = i 1 htb N1 + t hPi : th ời gian c ắt điện m ột tr ạm bi ến áp phân ph ối trong m ột n ăm. - Điện n ăng m ất c ủa toàn l ưới phân ph ối: N1 = A t ∑Ai i=1 3. XÂY D ỰNG PH ẦN M ỀM TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY C ỦA L ƯỚI ĐIỆN PHÂN PH ỐI TRUNG ÁP [4,5] - Giao di ện chính c ủa ch ươ ng trình: Từ giao di ện chính c ủa ch ươ ng trình cho, cho phép ng ười s ử d ụng l ựa ch ọn: + Ph ươ ng pháp vào s ố li ệu. + Tính toán độ tin c ậy c ủa l ưới phân ph ối c ủa các File s ố li ệu đã t ạo ho ặc File m ới. 87 T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4 (44) /N¨m 2007 – - Giao di ện nh ập s ố li ệu t ừ bàn phím: + Nh ập s ố nhánh. + Nh ập nút ngu ồn th ứ hai (n ếu có). + Sau khi nh ập các s ố li ệu vào b ảng tính, ki ểm tra l ại s ố li ệu xem nh ập có đúng hay không (báo l ỗi). + Cho phép ghi vào File để s ử d ụng cho các lần ti ếp theo. - Giao di ện xem và s ửa s ố li ệu: + Xem và s ửa các File s ố li ệu có s ẵn. + Ghi vào File c ũ ho ặc t ạo File m ới s ử d ụng các l ần ti ếp theo. - Giao di ện tính toán độ tin c ậy: + Đọc s ố li ệu t ừ File đã nh ập. + Tính toán độ tin c ậy c ủa l ưới phân ph ối khi có m ột ho ặc hai ngu ồn cung c ấp. + Ghi k ết qu ả m ới tính ho ặc xem l ại k ết qu ả đã tính toán. + T ổ ch ức in ấn k ết qu ả. 4. NÂNG CAO ĐỘ TIN C ẬY C ỦA L ƯỚI ĐIỆN PHÂN PH ỐI TRUNG ÁP - Tăng c ường kh ả n ăng d ự phòng b ằng s ơ đồ k ết dây: + S ơ đồ s ử d ụng đường dây kép. + S ơ đồ m ạng kín v ận hành h ở. + S ơ đồ l ưới có phân đoạn. 88 T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4 (44) /N¨m 2007 – - Tổ ch ức tìm và s ửa ch ữa nhanh s ự c ố. - Sử d ụng các thi ết b ị điện có độ tin c ậy cao. - Sử d ụng các thi ết b ị t ự độ ng, các thi ết b ị điều khi ển t ừ xa: TDL, TDN, SCADA... - Thay th ế tr ạm bi ến áp phân ph ối treo b ằng tr ạm bi ến áp ph ục h ồi nhanh [6]. - Đường dây trung áp s ử d ụng máy c ắt có t ự độ ng đóng l ặp l ại [6]: Reclosers M¸y c¾t Reclosers gåm 3 series: N, U v W 5. K ẾT LU ẬN Ch ươ ng trình được ứng d ụng để tính toán độ tin c ậy c ủa l ưới điện phân ph ối t ỉnh Thái Nguyên (v ới đường dây ch ưa được c ải t ạo và nâng c ấp) [6], t ừ k ết qu ả tính toán cho th ấy độ tin cậy còn th ấp do l ưới phân ph ối ch ủ y ếu là m ạch hình tia ho ặc phân nhánh có phân đoạn b ằng dao cách ly, thi ết b ị đóng c ắt và b ảo v ệ c ũ, công ngh ệ l ạc h ậu, độ tin c ậy th ấp, các tr ạm bi ến áp phân ph ối ch ủ y ếu là tr ạm treo d ẫn đế n th ời gian ng ừng điện trong n ăm do s ự c ố ho ặc b ảo dưỡng nhi ều, điện n ăng m ất do ng ừng điện t ươ ng đối l ớn, ch ưa đáp ứng được yêu c ầu cung c ấp điện cho các h ộ ph ụ t ải [6]. Từ đó tác gi ả đã đề xu ất m ột s ố gi ải pháp nâng cao độ tin c ậy c ủa l ưới điện phân ph ối tỉnh Thái Nguyên [6]. Bài báo ch ưa đề c ập đế n v ấn đề d ự tr ữ máy bi ến áp phân ph ối trong l ưới điện phân ph ối để nâng cao độ tin c ậy và gi ảm th ời gian m ất điện đố i v ới h ộ ph ụ t ải. TÓM T ẮT Bài báo trình bày ph ươ ng pháp nghiên c ứu tính toán độ tin c ậy c ủa l ưới điện phân ph ối trung áp. Áp d ụng ngôn ng ữ lập trình Delphi xây d ựng ph ần m ềm tính toán và đề xu ất m ột s ố gi ải pháp nâng cao độ tin c ậy c ủa l ưới điện phân ph ối. SUMM ARY This article presents a research method of calculating the confidence of electric medium voltage delivering network. It makes use of Delphi programming language to build a calculating software and raise some solutions to enhance the confidence of the delivering network. 89 T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4 (44) /N¨m 2007 – TÀI LI ỆU THAM KH ẢO [1]Tr ần Bách (2000) “Lưới điện và h ệ th ống điện”, T ập 1, 2 – Nxb Khoa h ọc và K ĩ thu ật ,Hà N ội [2]. Phan V ăn Khôi (1987) “Cơ s ở đánh giá độ tin c ậy” Nxb Khoa h ọc và K ĩ thu ật, Hà N ội. [3]. Bùi Ng ọc Th ư (2002) “Mạng l ưới cung c ấp và phân ph ối điện” - Nxb Khoa h ọc và K ĩ thu ật Hà N ội. [4]. Đỗ Xuân Khôi (1998) Tính toán phân tích h ệ th ống điện, Nxb Khoa h ọc và K ĩ thu ật, Hà N ội . [5]. Ngôn ng ữ l ập trình Delphi 5 , 6 , 7. Nxb Giáo d ục [6]. Nghiên c ứu tính toán độ tin c ậy c ủa l ưới điện phân ph ối , Lu ận v ăn t ốt nghi ệp th ạc sỹ n ăm 2007 - Trung tâm h ọc li ệu ĐHTN [7]. Electric Power Distribution System Engineering-Turan Gonen McGraw-Hill 1986. 90