Báo cáo Tóm tắt Nghiên cứu nâng cao hiệu quả chỉ báo đường đi sự cố (Fault Passage Indicator - FPI) nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối thông minh tại Thành phố Đà Nẵng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG BÁO CÁO TÓM TẮT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ CHỈ BÁO ĐƢỜNG ĐI SỰ CỐ (FAULT PASSAGE INDICATOR - FPI) NHẰM NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN CHO LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÔNG MINH TẠI THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG Mã số: B2016-DNA-49-TT Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Đinh Thành Việt Đà Nẵng, 10/2018 DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH 1. DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI TT Họ và tên Đơn vị công tác và lĩnh vực chuyên môn Nội dung nghiên cứu cụ thể đƣợc giao 1 PGS.TS Đinh Thành Việt Đại học Đà Nẵng, Kỹ thuật điện Chủ nhiệm đề tài. Định hướng và tổ chức nghiên cứu, quản lý tiến độ thực hiện đề tài; phân tích, đánh giá kết quả nghiên cứu. 4 Th.S. Võ Văn Phương Công ty TNHH MTV Điện lực Đà Nẵng, Kỹ thuật điện Thư ký đề tài. Nghiên cứu các công nghệ FPI và lựa chọn công nghệ phù hợp với tình hình thực tế ở Việt Nam. Xây dựng hàm mục tiêu, mô hình tính toán và xây dựng chương trình tính toán phân bố tối ưu các thiết bị FPI cho lưới điện phân phối thông minh. 2 ThS. Ngô Tấn Cư Công ty TNHH MTV Điện lực Đà Nẵng, Kỹ thuật điện Thành viên. Nghiên cứu triển khai ứng dụng kết quả đề tài vào thực tiễn. 3 KS. Hoàng Đăng Nam Công ty TNHH MTV Điện lực Đà Nẵng, Kỹ thuật điện Nghiên cứu đánh giá độ tin cậy cung cấp điện và triển khai phát triển lưới điện thông minh. 5 Th.S. Trương Nguyễn Quang Minh Công ty Điện lực Quảng Nam, Kỹ thuật điện Xây dựng hàm mục tiêu, mô hình tính toán và xây dựng chương trình tính toán phân bố tối ưu các thiết bị FPI cho lưới điện phân phối thông minh. 2. ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH Tên đơn vị trong và ngoài nƣớc Nội dung phối hợp nghiên cứu Họ và tên ngƣời đại diện đơn vị Công ty TNHH MTV Điện lực Đà Nẵng Cung cấp số liệu thực tế; triển khai ứng dụng kết quả nghiên cứu. ThS. Ngô Tấn Cư MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU .................................................................................................................................................1 1. Tính cấp thiết của đề tài ...............................................................................................................1 2. Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................................................................1 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...............................................................................................1 a) Đối tượng nghiên cứu ...........................................................................................................1 b) Phạm vi nghiên cứu ..............................................................................................................1 4. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................................................2 5. Bố cục đề tài ................................................................................................................................2 6. Tổng quan tài liệu nghiên cứu .....................................................................................................2 Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ LƢỚI ĐIỆN THÔNG MINH VÀ ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN ........................................................................................................................................................3 1.1. Tổng quan về lƣới điện thông minh ...............................................................................................3 1.1.1. Định nghĩa về lưới điện thông minh ......................................................................................3 1.1.2. Mục tiêu phát triển lưới điện thông minh ở Việt Nam ..........................................................3 a) Mục tiêu tổng quát ................................................................................................................3 b) Mục tiêu cụ thể .....................................................................................................................3 1.2. Tổng quan về độ tin cậy cung cấp điện .........................................................................................3 1.2.1. Khái niệm về độ tin cậy trong hệ thống điện .........................................................................3 1.2.2. Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện ...............................................................3 1.2.3. Các thông số của độ tin cậy ...................................................................................................3 a) Cường độ hỏng hóc của hệ thống (λ) ....................................................................................3 b) Cường độ phục hồi của hệ thống ( ) ....................................................................................3 c) Thời gian làm việc an toàn trung bình (Tlv) ..........................................................................3 d) Thời gian sửa chữa trung bình (TS) ......................................................................................3 e) Hệ số sẵn sàng (A) ................................................................................................................3 1.2.4. Một số phương pháp đánh giá độ tin cậy của các sơ đồ cung cấp điện .................................3 a) Phương pháp đồ thị giải tích ................................................................................................3 b) Phương pháp không gian trạng thái .....................................................................................3 c) Phương pháp cây hỏng hóc ..................................................................................................3 d) Phương pháp Monte-Carlo ...................................................................................................3 1.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy .....................................................................................3 1.3. Tính toán độ tin cậy cho lƣới điện phân phối ...............................................................................3 1.3.1. Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy lưới điện phân phối.............................................................3 a) Tần suất mất điện trung bình của hệ thống - SAIFI (System Average Interruption Frequency Index) ......................................................................................................................4 b) Thời gian mất điện trung bình của hệ thống - SAIDI (System Average Interruption Duration Index) .........................................................................................................................4 c) Tần suất mất điện trung bình thoáng qua của hệ thống - MAIFI (System Average Interruption Frequency Index) ..................................................................................................4 1.3.2. Các sơ đồ cơ bản dùng để tính toán độ tin cậy lưới điện phân phối ......................................4 d) Lưới điện hình tia không phân đoạn: ...................................................................................4 e) Lưới điện hình tia rẽ nhánh có bảo vệ bằng cầu chì ............................................................4 f) Lưới điện hình tia phân đoạn bằng các dao cách ly và rẽ nhánh có bảo vệ bằng cầu chì ....4 g) Lưới điện hình tia phân đoạn bằng máy cắt và rẽ nhánh có bảo vệ bằng cầu chì ...............4 h) Lưới điện phân phối kín vận hành hở ...................................................................................4 1.4. Kết luận ............................................................................................................................................4 Chƣơng 2. THUẬT TOÁN TỐI ƢU HÓA BẦY ĐÀN ĐỂ GIẢI BÀI TOÁN TỐI ƢU ĐA MỤC TIÊU ........................................................................................................................................................5 2.1. Tổng quát bài toán tối ƣu đa mục tiêu ..........................................................................................5 2.1.1. Tối ưu đa mục tiêu .................................................................................................................5 2.1.2. Tối ưu Pareto .........................................................................................................................5 a) Khái niệm Pareto ..................................................................................................................5 b) Sắp xếp nghiệm không trội (Non - Dominated sort) .............................................................5 2.2. Thuật toán tối ƣu hóa bầy đàn .......................................................................................................5 2.2.1. Giới thiệu về thuật toán tối ưu hóa bầy đàn ...........................................................................5 2.2.2. Sơ đồ khối thuật toán tối ưu hóa bầy đàn ..............................................................................6 2.3. Thuật toán tối ƣu hóa bầy đàn cho toán tối ƣu đa mục tiêu........................................................6 2.3.1. Giới thiệu ...............................................................................................................................6 2.3.2. Sơ đồ khối thuật toán bầy đàn cho bài toán tối ưu đa mục tiêu .............................................6 2.4. Kết luận ............................................................................................................................................8 Chƣơng 3. XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN ỨNG DỤNG HIỆU QUẢ CÔNG NGHỆ CHỈ BÁO ĐƢỜNG ĐI SỰ CỐ CHO LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÔNG MINH .............9 3.1. Công nghệ chỉ báo đƣờng đi sự cố (FPI) .......................................................................................9 3.1.1. Định nghĩa thiết bị chỉ thị sự cố ............................................................................................9 3.1.2. Nguyên tắc hoạt động của FPI ...............................................................................................9 3.1.3. Các chức năng của FPI ..........................................................................................................9 3.1.4. Phân loại các công nghệ FPI..................................................................................................9 a) Theo loại đường dây .............................................................................................................9 b) Theo vị trí lắp đặt FPI ..........................................................................................................9 c) Theo công nghệ sử dụng .......................................................................................................9 3.2. Mô hình thiết bị chỉ báo đƣờng đi sự cố trong lƣới điện phân phối và tác động của nó đến độ tin cậy cung cấp điện ..............................................................................................................................9 3.3. Mô hình tính toán độ tin cậy của lƣới điện phân phối .................................................................9 3.3.1. Cơ sở lý thuyết tính toán độ tin cậy của lưới điện phân phối ................................................9 3.3.2. Mô hình tính toán chỉ số SAIDI của lưới điện phân phối ......................................................9 a) Công thức tính toán ..............................................................................................................9 b) Xác định vùng mất điện do sự cố trên các đoạn đường dây ...............................................10 c) Xác định vùng mất điện do sự cố của TBPĐ gây ra ...........................................................10 3.4. Xây dựng các hàm mục tiêu .........................................................................................................10 3.4.1. Hàm mục tiêu kinh tế...........................................................................................................10 3.4.2. Hàm mục tiêu độ tin cậy ......................................................................................................10 3.4.3. Xác định các ràng buộc .......................................................................................................10 3.5. Xây dựng chƣơng trình tính toán ứng dụng hiệu quả công nghệ chỉ báo đƣờng đi sự cố cho lƣới điện phân phối ..............................................................................................................................10 3.5.1. Giải thích thuật toán của chương trình ................................................................................10 3.5.2. Xây dựng chương trình tính toán ứng dụng hiệu quả công nghệ chỉ báo đường đi sự cố cho lưới điện phân phối ........................................................................................................................11 a) Giao diện chương trình.......................................................................................................11 b) Sử dụng chương trình SmartFPI.........................................................................................11 3.6. Kết luận ..........................................................................................................................................11 Chƣơng 4. TÍNH TOÁN ỨNG DỤNG HIỆU QUẢ CÔNG NGHỆ CHỈ BÁO ĐƢỜNG ĐI SỰ CỐ CHO XUẤT TUYẾN 471 NGŨ HÀNH SƠN THUỘC LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG .............................................................................................................................................12 4.1. Tổng quan về lƣới điện phân phối thành phố Đà Nẵng .............................................................12 4.1.1. Đặc điểm lưới điện phân phối thành phố Đà Nẵng .............................................................12 4.1.2. Chế độ vận hành của lưới phân phối 22kV thành phố Đà Nẵng .........................................12 4.2. Tính toán ứng dụng hiệu quả công nghệ chỉ báo đƣờng đi sự cố cho xuất tuyến 471 Ngũ Hành Sơn thuộc lƣới điện phân phối thành phố Đà Nẵng ...............................................................12 4.2.1. Thông số chung của chương trình .......................................................................................12 a) Thông số kỹ thuật lưới điện ................................................................................................12 b) Thông số cấu trúc lưới điện xuất tuyến 471 Ngũ Hành Sơn:..............................................12 4.2.2. Kết quả thực hiện chương trình ...........................................................................................12 a) Giả thiết 1 ...........................................................................................................................12 b) Giả thiết 2 ...........................................................................................................................13 c) Giả thiết 3 ...........................................................................................................................14 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................................................15 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH M C CÁC B NG S hi u b ng Tên b ng Trang 1.1. Thông s n phân ph i 7 nhánh 13 1.2. B ng tính ch s tin c hình 1.5 14 1.3. B ng tính ch s tin c hình 1.6 15 1.4. B ng tính ch s tin c hình 1.7 16 1.5. B ng tính ch s tin c hình 1.8 17 1.6. B ng tính ch s tin c hình 1.9 18 4.1. B ng kê su t h ng hóc và th i gian s a ch a các ph n t n 54 4.2. Th i gian th c hi n chuy i 55 4.3. Thông s c n xu t tuy 56 4.4. B ng tính hi u qu i gi thi t 1 62 DANH M C CÁC HÌNH S hi u hình Tên hình Trang 1.1. Mô hình minh h n thông minh 4 1.2. Minh h a mô hình t ch c t ng th n thông minh Công n l ng 6 1.3. n i ti p 9 1.4. song song 9 1.5. n 12 1.6. hình tia có các nhánh r b o v b ng c u chì t 14 1.7. n b ng dao cách ly, các nhánh r b o v b ng c u chì t 15 1.8. n b ng máy c t, các nhánh r b o v b ng c u chì t 17 1.9. n phân ph i kín v n hành h 18 2.1. Hình v t p h p t c tiêu 21 2.2. Minh h a biên ch a nghi m không tr i và th h ng 22 2.3. Hình v minh h a thu t toán b 24 2.4. Không gian tìm ki m c a thu t toán b 26 2.5. V trí c a các ph n t sau m i l n l p 26 2.6. thu t toán t 28 2.7. nghi m khi b nh ngoài tr ng 30 2.8. nghi m khi nghi t trong các ph n t b nh ngoài 30 2.9. nghi m khi không có b t c ph n t nào trong b nh ngoài t 31 2.10. nghi m khi có ph n t trong b nh ngoài kém 31 2.11. kh i thu t toán b c tiêu 33 3.1. Mô hình tính toán khi l t FPI trên n 37 3.2. Mô hình ví d n phân ph i 32 nhánh 40 3.3. xây d tin c n phân ph i 41 3.4. Giao di 48 3.5. Giao di n nh p d li 50 3.6. K t qu trên giao di n khi tính toán ng d ng hi u qu công ngh ch c n phân ph i 52 S hi u hình Tên hình Trang 4.1. K t qu i các gi thi t 1 61 4.2. K t qu i các gi thi t 2 63 4.3. K t qu i các gi thi t 3 64 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT FPI: Fault Passage Indicator (thiết bị chỉ báo sự cố) SCADA: Supervisory, Control and Data Acquisition (hệ thống giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu). SAIDI: System Average Interuption Duration Index (chỉ số thời gian mất điện trung bình của lưới điện phân phối). SAIFI: System Average Interuption Frequency Index (chỉ số tần suất mất điện kéo dài trung bình của lưới điện phân phối). MAIFI: Momentary Average Interuption Frequency Index (chỉ số tần suất mất điện thoáng qua trung bình của lưới điện phân phối). PSO: Particle Swarm Optimization (tối ưu hóa bầy đàn). MOPSO: Multi-Objective Particle Swarm Optimization (tối ưu hóa bầy đàn đa mục tiêu). INFORMATION ON RESEARCH RESULTS 1. General information: Project title: Efficiency improvement of fault passage indicator in order to increase Danang power distribution system reliability Code number: B2016-DNA-49-TT Coordinator: Assoc.Prof.Dr. Dinh Thanh Viet Implementing institution: The University of Danang Duration: 24 months, from 12/2016 to 11/2018. 2. Objective(s): Propose solutions to improve the efficiency of the Fault Passage Indicator (FPI), improving the Danang power distribution system reliability. 3. Creativeness and innovativeness: At present, the development of Smart Grid in Vietnam should focus on promoting important work items such as increasing the reliability, increasing the efficiency of the power system, focusing on power distribution system. In order to achieve this, several solutions need to be implemented, including the use of FPI technology. However, cost of FPI equipment is quite high; and the question about the number and location to install in the distribution grid to achieve the highest efficiency has not been studied specifically. Excessive FPI installation can be a waste of investment, while too little installation may not be as effective. Installation in the most efficient way is also an issue to consider. These are new issues arising in the deployment of smart grid in Vietnam. This research has studied and proposed methods to solve the problem on the basis of optimization methods. The research presented the mathematical model based on set theory and logic, and the binding relationships of segmentation devices such as circuit breakers, isolators, fuses, distribution power system, etc. to calculate reliability. The authors have researched, applied Pareto Optimization Theory and a multi-objective particle swarm optimization algorithm to build a program based on Matlab, which is called SmartFPI. This program can become a t