Tổng quan nghiên cứu

Độ tin cậy cung cấp điện là yếu tố then chốt đảm bảo sự ổn định và liên tục trong việc cung cấp điện năng cho các hộ tiêu thụ, đặc biệt trong bối cảnh phát triển kinh tế xã hội ngày càng cao. Theo ước tính, chỉ tiêu SAIDI (thời gian mất điện trung bình của khách hàng) được đặt mục tiêu đạt 552 phút đến năm 2020 nhằm nâng cao chất lượng điện năng tại các khu vực lưới điện tỉnh Quảng Ninh. Luận văn tập trung nghiên cứu tính toán độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện, đặc biệt là lưới điện phân phối (LĐPP) có sơ đồ phức tạp như hình tia, lưới kín vận hành hở, xét đến các nguồn dự phòng và thiết bị đóng cắt tự động nhằm loại trừ sự cố nhanh chóng.

Phạm vi nghiên cứu được giới hạn tại lưới điện phân phối thuộc huyện Đầm Hà, tỉnh Quảng Ninh, với thời gian khảo sát và tính toán dựa trên biểu đồ phụ tải ngày và năm, cùng các thông số vận hành thực tế của hệ thống. Mục tiêu cụ thể là đánh giá độ tin cậy cung cấp điện cho từng khu vực phụ tải, xác định hiệu quả của nguồn dự phòng và thiết bị đóng cắt tự động trong việc giảm thiểu thời gian và tần suất mất điện.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc làm cơ sở cho các kế hoạch đầu tư, cải tạo lưới điện nhằm nâng cao độ tin cậy, giảm tổn thất điện năng (mục tiêu ≤ 5% đến năm 2020), đồng thời góp phần phát triển kinh tế xã hội địa phương và nâng cao uy tín ngành điện đối với khách hàng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết độ tin cậy hệ thống điện: Độ tin cậy được định nghĩa là xác suất hệ thống hoặc phần tử hoàn thành nhiệm vụ trong khoảng thời gian nhất định. Các phần tử như máy phát, đường dây, máy cắt có cường độ hỏng hóc λ (lần/năm) và thời gian phục hồi trung bình τ (giờ).
  • Chỉ số đánh giá độ tin cậy cung cấp điện: Áp dụng các chỉ số chuẩn của IEEE như SAIFI, SAIDI, CAIDI, CAIFI, ASAI để đánh giá tần suất và thời gian mất điện trung bình của khách hàng.
  • Mô hình đồ thị giải tích: Sử dụng ma trận cấu trúc (D, S, As, Ak) và ma trận ảnh hưởng thiết bị phân đoạn (C, Rpd) để mô phỏng sơ đồ lưới điện phân phối, phân chia thành các khu vực có độ tin cậy khác nhau, xét đến ảnh hưởng của các thiết bị đóng cắt tự động và nguồn dự phòng.
  • Mô hình nguồn và phụ tải: Phân loại nguồn điện thành nguồn công suất không giới hạn (như nhà máy điện, trạm biến áp 110kV) và nguồn dự phòng có công suất hữu hạn, kết hợp với biểu đồ phụ tải ngày và năm để tính toán điện năng ngừng cung cấp.

Các khái niệm chính bao gồm: độ tin cậy phần tử, thời gian ngừng cung cấp điện (TNĐ), điện năng ngừng cung cấp (ANĐ), thời gian ngừng điện công tác, và các chỉ số đánh giá độ tin cậy cung cấp điện.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Số liệu thu thập từ lưới điện phân phối huyện Đầm Hà, tỉnh Quảng Ninh, bao gồm chiều dài các đoạn dây, cường độ hỏng hóc, thời gian sửa chữa, biểu đồ phụ tải ngày và năm, thông số thiết bị đóng cắt và nguồn dự phòng.
  • Phương pháp phân tích: Kết hợp phương pháp giải tích và mô hình đồ thị để tính toán độ tin cậy cung cấp điện. Thiết lập các ma trận cấu trúc và ma trận ảnh hưởng thiết bị phân đoạn để mô phỏng các trạng thái sự cố và phục hồi.
  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2016, với các bước chính gồm thu thập số liệu, xây dựng mô hình, tính toán độ tin cậy bằng phần mềm chuyên dụng (PSS/ADEPT), phân tích kết quả và đề xuất giải pháp.
  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Lưới điện phân phối gồm 27 hộ phụ tải, phân chia thành 4 khu vực chính, được lựa chọn dựa trên sơ đồ lưới điện thực tế và đặc điểm vận hành của hệ thống.

Phương pháp nghiên cứu đảm bảo tính chính xác và khả năng ứng dụng thực tiễn cao, đồng thời cho phép so sánh hiệu quả của các thiết bị đóng cắt và nguồn dự phòng trong việc nâng cao độ tin cậy.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của thiết bị đóng cắt tự động (DCLTĐ) so với dao cách ly thường (DCL):
    • Khi sử dụng DCLTĐ, điện năng ngừng cung cấp giảm từ 655.847 kWh/năm xuống còn khoảng 573.000 kWh/năm, tương đương giảm khoảng 12,6%.
    • Thời gian mất điện trung bình cho một nút tải giảm từ 5,56 giờ xuống còn 1,36 giờ/năm, giảm hơn 75%.
  2. Hiệu quả của nguồn dự phòng trong lưới điện hình tia:
    • Có nguồn dự phòng làm giảm điện năng ngừng cung cấp từ 506.647 kWh/năm xuống còn 368.000 kWh/năm, giảm khoảng 27,3%.
    • Thời gian mất điện trung bình cho một nút tải giảm từ 20,4 giờ xuống còn 14,88 giờ/năm ở khu vực 2, tương tự các khu vực khác cũng có mức giảm từ 13,7% đến 31,7%.
  3. Phân tích theo khu vực phụ tải:
    • Khu vực gần nguồn dự phòng có mức cải thiện độ tin cậy rõ rệt hơn các khu vực khác. Ví dụ, khu vực 4 có điện năng ngừng cung cấp giảm từ 148.596 kWh xuống còn 110.260 kWh khi sử dụng DCLTĐ và nguồn dự phòng.
  4. Tác động của thời gian thao tác thiết bị phân đoạn:
    • Thời gian thao tác dao cách ly thường là 1 giờ/lần sự cố, trong khi dao cách ly tự động và máy cắt chỉ mất khoảng 0,25 giờ/lần thao tác công tác, giúp giảm đáng kể thời gian mất điện tạm thời.

Thảo luận kết quả

Kết quả tính toán cho thấy việc nâng cấp thiết bị đóng cắt từ dao cách ly thường sang dao cách ly tự động hoặc máy cắt mang lại hiệu quả rõ rệt trong việc giảm thời gian và điện năng mất do ngừng cung cấp điện. Điều này phù hợp với các nghiên cứu trong ngành điện cho thấy tự động hóa lưới điện phân phối giúp nâng cao độ tin cậy và giảm thiểu thiệt hại do mất điện.

Nguồn dự phòng đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện độ tin cậy, đặc biệt khi các nguồn này có công suất đủ lớn và được kết nối hợp lý với các khu vực phụ tải. Việc sử dụng ma trận cấu trúc và ma trận ảnh hưởng thiết bị phân đoạn giúp mô phỏng chính xác các trạng thái sự cố và phục hồi, từ đó đưa ra các chỉ số đánh giá cụ thể cho từng khu vực.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ phụ tải theo thời gian, bảng tổng hợp điện năng ngừng cung cấp và thời gian mất điện trung bình cho từng khu vực, giúp trực quan hóa hiệu quả của các giải pháp nâng cao độ tin cậy.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Nâng cấp thiết bị đóng cắt tự động (DCLTĐ hoặc máy cắt) cho các khu vực lưới điện phân phối
    • Mục tiêu: Giảm thời gian mất điện trung bình ít nhất 30% trong vòng 2 năm.
    • Chủ thể thực hiện: Công ty Điện lực Quảng Ninh phối hợp với các nhà thầu thiết bị.
  2. Tăng cường lắp đặt và khai thác nguồn dự phòng có công suất phù hợp
    • Mục tiêu: Giảm điện năng ngừng cung cấp ít nhất 20% trong 3 năm tới.
    • Chủ thể thực hiện: Ban quản lý dự án đầu tư ngành điện và các đơn vị vận hành lưới điện.
  3. Xây dựng và áp dụng phần mềm tính toán độ tin cậy cung cấp điện dựa trên mô hình đồ thị giải tích
    • Mục tiêu: Hỗ trợ đánh giá chính xác và kịp thời các chỉ số độ tin cậy, phục vụ công tác quản lý vận hành.
    • Chủ thể thực hiện: Trung tâm nghiên cứu và phát triển công nghệ ngành điện.
  4. Tổ chức đào tạo nâng cao năng lực cho cán bộ vận hành về quản lý và xử lý sự cố lưới điện phân phối
    • Mục tiêu: Rút ngắn thời gian thao tác xử lý sự cố, nâng cao hiệu quả vận hành trong 1 năm.
    • Chủ thể thực hiện: Công ty Điện lực, phối hợp với các trường đại học kỹ thuật.
  5. Thường xuyên cập nhật và kiểm tra số liệu vận hành, biểu đồ phụ tải để điều chỉnh kế hoạch vận hành và đầu tư phù hợp
    • Mục tiêu: Đảm bảo tính chính xác của các mô hình tính toán và dự báo độ tin cậy.
    • Chủ thể thực hiện: Phòng Kỹ thuật và Quản lý vận hành lưới điện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các kỹ sư và cán bộ vận hành lưới điện phân phối
    • Lợi ích: Áp dụng phương pháp tính toán độ tin cậy để đánh giá và cải thiện chất lượng cung cấp điện tại địa phương.
    • Use case: Lập kế hoạch bảo trì, nâng cấp thiết bị và xử lý sự cố nhanh chóng.
  2. Nhà quản lý và hoạch định chính sách ngành điện
    • Lợi ích: Cơ sở khoa học để xây dựng các tiêu chuẩn, chỉ tiêu vận hành và đầu tư phát triển lưới điện.
    • Use case: Đánh giá hiệu quả các dự án đầu tư nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.
  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật điện
    • Lợi ích: Tài liệu tham khảo về mô hình, phương pháp tính toán và ứng dụng phần mềm trong nghiên cứu độ tin cậy hệ thống điện.
    • Use case: Phát triển các đề tài nghiên cứu tiếp theo hoặc ứng dụng trong giảng dạy.
  4. Các nhà thầu và nhà cung cấp thiết bị điện
    • Lợi ích: Hiểu rõ yêu cầu kỹ thuật và hiệu quả của các thiết bị đóng cắt tự động, nguồn dự phòng trong nâng cao độ tin cậy.
    • Use case: Tư vấn, thiết kế và cung cấp giải pháp phù hợp cho các dự án lưới điện phân phối.

Câu hỏi thường gặp

  1. Độ tin cậy cung cấp điện được đánh giá bằng những chỉ số nào?
    Độ tin cậy thường được đánh giá qua các chỉ số như SAIFI (tần suất mất điện trung bình), SAIDI (thời gian mất điện trung bình), CAIDI (thời gian phục hồi trung bình), và ASAI (tỉ lệ sẵn sàng cung cấp điện). Ví dụ, SAIDI thể hiện tổng thời gian mất điện trung bình của khách hàng trong một năm, giúp đánh giá chất lượng dịch vụ điện.

  2. Tại sao việc sử dụng thiết bị đóng cắt tự động lại quan trọng?
    Thiết bị đóng cắt tự động giúp rút ngắn thời gian thao tác xử lý sự cố, giảm thời gian mất điện tạm thời và điện năng ngừng cung cấp. Nghiên cứu cho thấy sử dụng dao cách ly tự động hoặc máy cắt có thể giảm thời gian mất điện trung bình cho một nút tải từ 5,56 giờ xuống còn 1,36 giờ/năm.

  3. Nguồn dự phòng có ảnh hưởng như thế nào đến độ tin cậy cung cấp điện?
    Nguồn dự phòng cung cấp khả năng cấp điện trở lại nhanh chóng cho các khu vực bị sự cố, giảm thiểu thời gian và phạm vi mất điện. Kết quả nghiên cứu cho thấy có nguồn dự phòng làm giảm điện năng ngừng cung cấp khoảng 27,3% so với trường hợp không có nguồn dự phòng.

  4. Phương pháp tính toán độ tin cậy dựa trên mô hình đồ thị có ưu điểm gì?
    Phương pháp này cho phép mô phỏng chính xác cấu trúc lưới điện, các trạng thái sự cố và phục hồi, đồng thời dễ dàng mở rộng cho các sơ đồ phức tạp với nhiều nguồn dự phòng và thiết bị đóng cắt. Nó cũng hỗ trợ xây dựng các ma trận cấu trúc và ảnh hưởng giúp tính toán nhanh chóng và chính xác.

  5. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế vận hành lưới điện?
    Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để lập kế hoạch nâng cấp thiết bị, bố trí nguồn dự phòng hợp lý, xây dựng phần mềm hỗ trợ quản lý vận hành và đào tạo nhân lực. Ví dụ, Công ty Điện lực có thể sử dụng phần mềm tính toán độ tin cậy để đánh giá hiệu quả các giải pháp cải tạo lưới điện và giảm thiểu thiệt hại do mất điện.

Kết luận

  • Luận văn đã xây dựng và áp dụng thành công mô hình đồ thị giải tích để tính toán độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối có sơ đồ phức tạp, xét đến nguồn dự phòng và thiết bị đóng cắt tự động.
  • Việc sử dụng thiết bị đóng cắt tự động và nguồn dự phòng giúp giảm đáng kể thời gian mất điện và điện năng ngừng cung cấp, nâng cao chất lượng dịch vụ điện.
  • Phần mềm tính toán độ tin cậy được phát triển hỗ trợ hiệu quả cho công tác quản lý vận hành và lập kế hoạch đầu tư cải tạo lưới điện.
  • Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng thực tế cho lưới điện phân phối tỉnh Quảng Ninh, đặc biệt tại huyện Đầm Hà, góp phần phát triển kinh tế xã hội địa phương.
  • Đề xuất các giải pháp nâng cấp thiết bị, tăng cường nguồn dự phòng và đào tạo nhân lực nhằm tiếp tục nâng cao độ tin cậy cung cấp điện trong thời gian tới.

Hành động tiếp theo: Khuyến khích các đơn vị quản lý lưới điện áp dụng mô hình và phần mềm tính toán để đánh giá và cải thiện độ tin cậy, đồng thời triển khai các giải pháp kỹ thuật đã đề xuất nhằm đảm bảo cung cấp điện ổn định, liên tục cho khách hàng.