Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện có xét đến cường độ cắt cưỡng bức

TÓM TẮT

Một trong những yếu tố quan trọng trong quản lý và vận hành hệ thống điện là đánh giá độ tin cậy

của hệ thống nguồn, hệ thống nguồn kết hợp với hệ thống truyền tải, hệ thống truyền tải. Nhiệm vụ

chính của việc đánh giá độ tin cậy hệ thống điện là ước tính khả năng sản xuất, vận chuyển và

cung cấp điện năng của hệ thống. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp Nodal Effective Load

Model có xét đến cường độ cưỡng bức FOR (force outage rate) của tổ máy phát, máy biến áp và

đường dây truyền tải để đánh giá các chỉ số độ tin cậy của hệ thống điện. Công cụ sử dụng là phần

mềm TRANREL.FOR để đánh giá độ tin cậy theo các tham số xác suất ngẫu nhiên và được chứng

minh trên hệ thống điện cao áp thực tế với tổng số nút 24.

pdf 6 trang yennguyen 1380
Bạn đang xem tài liệu "Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện có xét đến cường độ cắt cưỡng bức", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

Tóm tắt nội dung tài liệu: Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện có xét đến cường độ cắt cưỡng bức

Đánh giá độ tin cậy hệ thống điện có xét đến cường độ cắt cưỡng bức
ISSN: 1859-2171 TNU Journal of Science and Technology 195(02): 89 - 94 
 Email: jst@tnu.edu.vn 89 
ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY HỆ THỐNG ĐIỆN CÓ XÉT 
ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CẮT CƯỠNG BỨC 
Trần Hữu Tính1*, Trần Nhựt Hiếu2, Võ Minh Thiện3 
1Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh 
2Công ty Điện Lực Bến Tre 
3Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ Cần Thơ 
TÓM TẮT 
Một trong những yếu tố quan trọng trong quản lý và vận hành hệ thống điện là đánh giá độ tin cậy 
của hệ thống nguồn, hệ thống nguồn kết hợp với hệ thống truyền tải, hệ thống truyền tải. Nhiệm vụ 
chính của việc đánh giá độ tin cậy hệ thống điện là ước tính khả năng sản xuất, vận chuyển và 
cung cấp điện năng của hệ thống. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp Nodal Effective Load 
Model có xét đến cường độ cưỡng bức FOR (force outage rate) của tổ máy phát, máy biến áp và 
đường dây truyền tải để đánh giá các chỉ số độ tin cậy của hệ thống điện. Công cụ sử dụng là phần 
mềm TRANREL.FOR để đánh giá độ tin cậy theo các tham số xác suất ngẫu nhiên và được chứng 
minh trên hệ thống điện cao áp thực tế với tổng số nút 24. 
Từ khoá: chỉ số độ tin cậy, cường độ cắt cưỡng bức, xác suất ngẫu nhiên, hệ số không sẵn sàng, 
chỉ tiêu thiếu nguồn 
Ngày nhận bài: 22/01/2019; Ngày hoàn thiện: 21/02/2019; Ngày duyệt đăng: 28/02/2019 
RELIABILITY EVALUATION OF POWER SYSTEM 
CONSIDERING FORCE OUTAGE RATE 
 Tran Huu Tinh
1*
, Tran Nhut Hieu
2
, Vo Minh Thien
3 
1Ho Chi Minh city University of Technology and Education 
2Ben Tre Electricity Company 
3Can Tho University of Technology 
ABSTRACT 
In the management and operation of power systems, reliability evaluations of generation system, 
combined generation and transmission system, as well as transmission system are extremely 
essential. The fundamental objective of reliability evaluation is to estimate the power supply and 
transfer capacities of power systems. In this study, the Nodal Effective Load Model method is used 
for assessing the overall system reliability indices with the consideration of the force outage rate 
(FOR) of the generators, transformers, and transmission lines. Moreover, the software 
TRANREL.FOR is ultilised as a simulation tool for the probabilistic reliability assessment and it is 
tested on a practical 24-bus power system. 
Key words: reliability indices, force outage rate, probabilistic, unavailability, loss of load expectation 
Received: 22/01/2019 ; Revised: 21/02/2019 ; Approved: 28/02/2019 
* Corresponding author: Tel: 0939505644, Email: tinhtrancm@gmail.com
Trần Hữu Tính và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN 195(02): 89 - 94 
 Email: jst@tnu.edu.vn 90 
ĐẶT VẤN ĐỀ 
Hệ thống điện (HTĐ) là một hệ thống bao 
gồm nhà máy điện, đường dây truyền tải, máy 
biến áp, đường dây phân phối và các phần tử 
khác. Nhiệm vụ cơ bản của HTĐ là sản xuất 
và cung cấp điện năng tới nơi tiêu thụ một 
cách liên tục và chất lượng với giá thành thấp 
nhất. Nhiệm vụ cơ bản của hệ thống truyền tải 
là vận chuyển điện năng từ nơi sản xuất đến 
nơi tiêu thụ với độ tin cậy cao nhất. 
Khi chuyển từ mô hình hoạt động điện độc 
quyền sang thị trường điện cạnh tranh thì 
đánh giá độ tin cậy, ổn định của hệ thống điện 
và nâng cao chất lượng điện năng là một 
trong những nhiệm vụ chính. Chỉ số độ tin 
cậy (LOLP, LOLE, EENS, v.v) là chững 
chỉ số rất quan trọng đối với nhà quản lý và 
vận hành, được thể hiện [1]-[3]. Hiện tại có 
rất nhiều phương pháp và giải thuật để làm 
công cụ đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện 
như Monte carlo simulation, phương pháp 
xác suất ngẫu nhiên, v.vvới nhiều phần 
mềm MECORE (Monte carlo Evaluation of 
Composite system Reliability) do University 
of Saskatchewan (Canada) phát triển; 
TRELSS (Transmission Reliability 
Evaluation Large Scale System), CREAM 
(Composite Reliability Assessment by Monte-
Carlo) và PRA (Probabilistic Reliability 
Assessment) do EPRI (Electric Power 
Reserch Institute) and Southern Company 
Services của Mỹ phát triển và quản lý; 
METRIS do tập đoàn EDF của Pháp phát 
triển và quản lý [3]. Nghiên cứu này sử dụng 
phương pháp Nodal Effective Load Model có 
xét đến cường độ cưỡng bức (FOR) của tổ 
máy phát, máy biến áp và đường dây truyền 
tải để đánh giá các chỉ số độ tin cậy của hệ 
thống điện. 
ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY THEO XÁC 
SUẤT NGẪU NHIÊN 
Đánh giá độ tin cậy theo cấp độ I 
Cấp độ I của hệ thống điện là chỉ chú ý đến hệ 
thống nguồn điện. Do đó, chỉ số độ tin cậy 
của hệ thống điện cấp độ I chính là của hệ 
thống nguồn điện. Có nhiều phương pháp để 
đánh giá độ tin cậy ở cấp độ I. Hệ thống thực 
cấp độ I như trình bày ở Hình 1(a) có thể 
được mô phỏng thành hệ thống tương đương 
như trình bày ở Hình 2(b). Điều này tương 
đương với việc tăng thêm công suất Ci (MW) 
vào phụ tải với cùng tỉ lệ cưỡng bức theo 
công thức (1). 
~ Lx
]MW[ iC
ii qFOR 
~
]MW[ iC
0 iFOR
jx0
]MW[ iC
ii qFOR 
Lx
(a) Hệ thống thực (b) Hệ thống tương đương 
Hình 1. Hệ thống điện thực tế và mô phỏng tương 
đương ở cấp độ I 

NG
i
oie xxx L
1
 (1) 
Trong đó, 
xe: biến ngẫu nhiên của phụ tải cộng thêm vào 
xL: biến ngẫu nhiên của phụ tải đã có 
xoi: biến ngẫu nhiên của xác suất phụ tải là 
nguyên nhân bởi FOR tổ máy thứ i (biến 
ngẫu nhiên là giá trị bất kỳ một tổ máy nào bị 
hỏng) 
NG: tổng số tổ máy có trong hệ thống điện 
Đường cong phụ tải tương đương của HLI có 
thể được tính toán theo công thức (2) như sau: 
  
 
dxxfxx
xfxx
oioiHLIoieiHLI
oioiHLIeiHLIeiHLI
)()(
)()()(
1
1
 (2) 
Trong đó, 
 toán tử tích phân toàn bộ đường cong phụ 
tải nối dài 
)()( 00 LHLIieHLI xxx   
)(0 oiiHLI xf là hàm phân phối xác suất của 
cường độ cắt cưỡng bức của máy phát thứ i 
 LP là đại lượng phụ tải cực đại [MW] 
Chỉ số độ tin cậy cấp độ I là LOLEHLI (Loss 
of load expectation) và EENSHLI (Expected 
Trần Hữu Tính và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN 195(02): 89 - 94 
 Email: jst@tnu.edu.vn 91 
energy not served) được tính như sau: 
ICxHLIHLI
xLOLE
 )( [hours/year] (3) 
 
LpIC
IC
HLIHLI dxxEENS )( [MWh/year] (4) 
Trong đó, 
IC là tổng công suất của các tổ máy phát [MW] 
Đánh giá độ tin cậy cấp độ II 
Cấp độ II tức là đánh giá cùng lúc hệ thống 
nguồn và hệ thống truyền tải. Các chỉ số độ 
tin cậy hệ thống điện mức độ II là chỉ tiêu 
thiếu nguồn LOLE (loss of load expectation), 
thời gian cắt tải EDLC (Expected duration of 
load curtailments), chỉ tiêu thiếu nguồn EENS 
(Expected energy not supplied), chỉ số SI 
(Severity Index), chỉ số năng lượng độ tin cậy 
EIR (Energy Index of Reliability). Có nhiều 
máy phát, đường dây truyền tải được cố định 
trong phân tích phân bố công suất, phân tích 
sự ngẫu nhiên, điều độ máy phát, phân tích 
quá tải trên đường dây truyền tải, Hình 2 
trình bày hệ thống tương đương ở HLII. CG1, 
CT1, q1, tương ứng là công suất nguồn phát, 
công suất đường dây truyền tải, hệ số không 
sẵn sàng, NT là số đường dây truyền tải, k là 
chỉ số tải tại các nhánh và j các trạng thái của 
hệ thống [3]. 
Mô hình tải cấp độ HLII có thể xác định từ 
tổng hợp tải ban đầu và xác suất tải gây ra bởi 
sự không sẳn sàng của máy phát và đường 
dây truyền tải và ký hiệu như SFEG ở mỗi 
điểm tải như hình 2c. Mô hình tải hữu ích 
ngẫu nhiên và có thể tính như công thức (5): 

NS
j
osijxkL
x
ke
x
k 1
 (5) 
Trong đó, 
exk
 biến ngẫu nhiên tải hữu ích trong hệ 
thống điện hợp nhất ở điểm tải thứ k 
L
x
k
 biến ngẫu nhiên của tải ban đầu ở điểm 
tải thứ k 
osijxk
 biến ngẫu nhiên của xác suất tải gây ra 
bởi SFEG ở điểm tải thứ k 
J số trạng thái của hệ thống 
NS tổng số trạng thái của hệ thống 
Hệ thống 
truyền tải
(a) Hệ thống thực tế 
)(
ojosik
xf
Lk
x
Lk
x
Lk
x
Lk
x
Lk
x

1
1
ik
ik
q
AP
2
2
ik
ik
q
AP
ijk
ijk
q
AP
iNSk
iNSk
q
AP
sijk
sijk
q
AP
(b) Tổng hợp giả thiết tương đương máy phát 
SFEG (Synthesized Fictitious Equivalent 
Generator) 
Lk
x
oijk
x {
Trans.
System
0,
1
CG
0,
2
CG
0,
i
CG
0, 1
1
 lqCT
0, lNT
NT
qCT
sijk
sijk
q
AP
Hệ thống 
truyền tải
(c) Hệ thống tương đương 
Hình 2. Hệ thống thực, hệ thống tương đương HLII 
Sau tải các máy phát 1th đến i th hàm phân bố 
xác suất 
ik của CMELDC (Composite 
power system Equivalent Load Duration 
Curve) ở điểm tải thứ k có thể biểu diễn tính 
toán theo công thức (6): 
    osiosiosikosieokosiosikeokeik dxxfxxxfxx )()()()()(
 (6) 
Trong đó, 
ok
 biến đổi LDC ở điểm tải thứ k 
Trần Hữu Tính và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN 195(02): 89 - 94 
 Email: jst@tnu.edu.vn 92 
osifk
 công suất hỏng móc của SFEG hoạt 
động bởi nhiều máy phát 1th đến ith ở điểm tải. 
Đánh giá độ tin cậy của hệ thống truyền tải 
Đánh giá độ tin cậy xác suất ngẫu nhiên của 
hệ thống truyền tải là hiệu số giữa chỉ số độ 
tin cậy của hệ thống điện cấp độ II với chỉ số 
độ tin cậy của hệ thống điện cấp độ I được thể 
hiện công thức sau: 
HLIHLIITS LOLELOLELOLE (7) 
HLIHLIITS EENSEENSEENS (8) 
ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 
Thông số đầu vào đánh giá độ tin cậy lưới 
Bảng 1. Thông số nguồn của hệ thống điện cao áp 
ĐBSCL 
TT 
Nút 
thanh 
cái 
Số tổ 
máy 
Công suất 
tổ máy 
[MW] 
 FOR 
1 2 1 330 0,08 
2 8 4 37,5 0,02 
3 8 1 33 0,02 
4 10 4 253 0,05 
5 10 2 265 0,05 
Bảng 2. Thông số đường dây hệ thống điện cao 
áp ĐBSCL 
TT 
Bu
s 
B
us 
Số 
mạ
ch 
Công suất 
đường 
dây 
[MW] 
 FOR 
1 1 2 2 335 0,0035 
2 1 6 1 335 0,0035 
3 1 7 1 335 0,0035 
4 2 5 1 335 0,0035 
5 2 8 1 335 0,0035 
6 2 10 2 335 0,0035 
7 2 13 1 335 0,0035 
8 3 4 2 367 0,0035 
9 3 5 2 367 0,0035 
10 3 9 1 335 0,0035 
11 5 9 1 335 0,0035 
12 5 7 1 335 0,0035 
13 8 9 1 335 0,0035 
14 9 10 3 511 0,0035 
15 10 11 1 335 0,0035 
16 10 12 1 335 0,0035 
17 10 13 1 335 0,0035 
18 12 13 1 335 0,0035 
Nghiên cứu này sẽ áp dụng lý thuyết cho lưới 
điện có mức điện áp từ 110kV đến 220kV của 
hệ thống điện Đồng Bằng Sông Cửu Long 
(ĐBSCL) thuộc cấp quản lý của truyền tải 
điện Miền Tây. Hằng số không sẵn sàn (FOR) 
của các phần tử là thông số đầu vào rất quan 
trọng để tính toán các chỉ số độ tin cậy của hệ 
thống điện. Nghiên cứu này sử dụng hằng số 
FOR cho từng nhóm phần tử trên các bài báo 
khoa học trên tạp chí IEEE [3]-[5] để làm cơ 
sở tính toán độ tin cậy của hệ thống điện như 
trình bày tại Bảng 1,2,3,4, 5. 
Bảng 3. Thông số phụ tải ngày hệ thống điện cao 
áp hiện tại 
TT 
Nút 
phụ 
tải 
Công suất 
phụ tải 
[MW] 
TT 
Nút 
 phụ 
tải 
Công 
suất 
phụ tải 
[MW] 
1 1 330 8 18 75 
2 2 135 9 19 60 
3 4 120 10 20 130 
4 14 75 11 21 180 
5 15 45 12 22 75 
6 16 90 13 23 45 
7 17 120 14 24 60 
Bảng 4. Thông số trạm biến áp 220kV/110kV của 
hệ thống điện cao áp ĐBSCL 
TT 
Tên trạm 
biến áp 
Công suất [MW] 
 FOR 
1 Bus 1 - 17 2x125 0,0015 
2 Bus 2 - 16 2x125 0,0015 
3 Bus 5 - 15 2x125 0,0015 
4 Bus 3 - 14 2x250 0,0015 
5 Bus 6 - 18 2x125 0,0015 
6 Bus 7 - 19 1x125 0,0015 
7 Bus 8 - 20 2x125 0,0015 
8 Bus 9 - 21 1x250+1x125 0,0015 
9 Bus 11 - 22 1x250 0,0015 
10 Bus 12 - 23 1x125 0,0015 
Từ các thông số trên sơ đồ hình 3 sẽ trình bày 
hệ thống điện cao áp từ cấp điện áp 110kV 
đến 220kV. 
Trần Hữu Tính và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN 195(02): 89 - 94 
 Email: jst@tnu.edu.vn 93 
BUS 24 – 110kV
Cây Lậy
Ô Môn
Thốt Nốt
Châu Ðốc 
Cao Lãnh 
Trà Nóc
Vĩnh Long 
NMÐ Cà Mau
Cà Mau 
Rạch Giá 
Bạc Liêu 
Sóc Trăng
BUS 1 – 220kV
BUS 2 – 220kV
BUS 3 – 220kV
BUS 4 – 220kV BUS 5 – 220kV
BUS 6 - 220kV
BUS 7 – 220kV
BUS 8 – 220kV
BUS 9 – 220kV 
BUS 10 – 220kV
BUS 11 – 220kV
BUS 12 – 220kV
BUS 14 – 110kV
BUS 15 -110kV
BUS 16 – 110kV
BUS 17 – 110kV 
BUS 18 -110kV
BUS 19 – 110kV
BUS 20 – 110kV
BUS 21 – 110kV
BUS 22 – 110KV
BUS 23 – 110kV
BUS 13 -220kV
Hình 3. Sơ đồ hệ thống điện cao áp theo cấp quản lý của truyền tải điện Miền Tây 
Kết quả đánh giá độ tin cậy 
Công cụ sử dụng để đánh giá này là phần 
mềm TRANREL.FOR. Theo kinh nghiệm 
đánh giá của các chuyên gia đánh giá độ tin 
cậy hệ thống điện thì chỉ số EIR phải đạt 
0,9999. Kết quả đánh giá chỉ số độ tin của 
toàn hệ thống theo bảng 5 và đánh giá được 
chỉ số độ tin cậy các Bus phụ tải tại bảng 6. 
Bảng 5. Chỉ số độ tin cậy của toàn hệ thống 
LOLESys 
[Hrs/Day] 
EENSSys 
[MWh/Day] 
ELCSys 
[MW/Cur.Day] 
EIRSys 
2,02468 2232,32 1147,5 0,99872331 
Bảng 6. Chỉ số độ tin cậy các Bus phụ tải 
Bus LOLEBus 
[Hrs/Day] 
EENSBus 
[MWh/Day] 
SIBus 
[phút/năm] 
ELCBus 
[MW/Cur.Day] 
EIRBus 
1 2,02468 501,109 33.255,37 247,5 0,99939162 
2 2,02468 222,715 36.129,31 110 0,99881028 
4 2,02468 170,833 31.176,84 84,375 0,99853538 
14 2,02468 101,234 29.560,18 50 0,99830599 
15 2,02468 75,9256 36.950,34 37,5 0,997489233 
16 2,02468 136,666 33.255,37 67,5 0,998418218 
17 2,02468 189,814 34.640,98 93,75 0,99875646 
18 2,02468 94,9069 27.712,7 46,875 0,99815643 
19 2,02468 86,049 31.407,89 42,5 0,997903289 
20 2,02468 187,283 34.640,98 92,5 0,997903289 
21 2,02468 189,814 23.093,99 150 0,99875646 
22 2,02468 96,172 28.082,15 47,5 0,998194962 
23 2,02468 70,864 34.487,03 35 0,997266053 
Trần Hữu Tính và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ĐHTN 195(02): 89 - 94 
 Email: jst@tnu.edu.vn 94 
Từ chỉ số độ tin cậy tại các nút của hệ thống 
điện cao áp ĐBSCL theo cấp quản lý của 
truyền tải điện Miền Tây cho ta thấy tại tất cả 
các nút này chỉ số EIR là không đạt chuẩn 
theo các nhà nghiên cứu về độ tin cậy trên thế 
giới. Cho nên hệ thống cần phải nâng cấp hay 
mở rộng thêm đường dây truyền tải. 
KẾT LUẬN 
Nghiên cứu này tập trung đánh giá và phân 
tích các chỉ số độ tin cậy của hệ thống điện 
cao áp thuộc quyền quản lý của truyền tải 
điện Miền Tây - - Vùng Đồng Bằng Sông 
Cửu Long. Áp dụng phương pháp đánh giá độ 
tin cậy xác suất ngẫu nhiên có xét đến cường 
độ cưỡng bức (FOR) đã đánh giá được chỉ số 
độ tin cậy của toàn hệ thống, tại nguồn phát, 
hệ thống truyền tải và tại các nút của hệ thống 
điện. Điều này thể hiện kết quả rất khả quan 
về hệ thống nguồn phát của hệ thống điện là 
rất tốt không cần phải cải tạo hay phát triển 
thêm, chỉ có hệ thống truyền tải là cần phải 
quy hoạch hay mở rộng thêm để đảm bảo 
cung cấp đủ điện năng cho khu vực. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Nguyễn Hoàng Việt (2004), Đánh độ tin cậy 
trong hệ thống điện, Nxb Đại Học Quốc Gia 
TPHCM. 
2. R. Billinton and R. N. Allan (1984), Reliability 
Evaluation of Power Systems, Plenum Press. 
3. J. S. Choi, S. R. Kang, T. T. Tran, D. H. Jeon, 
S. P. Moon, J. B. Choo (2004), “Study on 
Probabilistic Reliability Evaluation considering 
Transmission System, TRELSS and TranRel” 
Korean Institute of Electrical Engineers, 
International Transactions on Power Engineering, 
Vol.4-A, No.1, January 2004. 
4. Hamoud G. (1998), “Probabilistic assessment of 
interconnection assistance between power 
systems,” IEEE Transactions on PS, Vol. 13, No. 
2, pp. 535-542, May 1998. 
5. Yin C. K., Mazumdar M. (1989), “Reliability 
computations for interconnected generating systems 
via large deviation approximation,” IEEE 
Transactions on PS, Vol. 4, No.1, pp. 1-8, Feb. 1989. 

File đính kèm:

  • pdfdanh_gia_do_tin_cay_he_thong_dien_co_xet_den_cuong_do_cat_cu.pdf