Phân tích độ tin cậy lưới điện trung áp mạch vòng dựa trên phương pháp cây sự cố trạng thái động và mạng Bayes

a lưới phân phối 
Sơ đồ cây sự cố phụ tải LP3 như Hình 4 được chuyển 
hóa dưới dạng mạng Bayes như Hình 7. 
Trong Hình 7, tầng thứ nhất là các đường dây và máy 
biến áp, không có các điểm phụ (kết nối liên hệ), xác suất 
điều kiện là các xác suất tiên nghiệm. L1D1A và L5T3L4 
là các nút trung gian giới thiệu để làm giảm sự phân bố xác 
suất có điều kiện. L1D1A có nghĩa là đường dây L1 sự cố, 
dao cách li D1 mở, nguồn điện dự phòng A được đưa vào 
sử dụng. Nút L1D1A chỉ ảnh hưởng đến điểm tải phía sau 
nó. Mô hình mạng Bayes của cây sự cố ở các điểm tải khác 
cũng tiến hành tương tự. 
Hình 7. Mô tả mạng Bayes của điểm phụ tải LP3 
Tiến hành phân tích độ tin cậy đường dây F1, trên hệ 
thống nêu rõ có dao cách li hay không, có nguồn dự phòng 
không, có máy cắt bảo vệ nhánh và nguồn dự phòng các 
nhánh hay không, sẽ có 6 loại kết nối điểm như Bảng 1. 
Bảng 1. Các loại hình kết nối (C - có, K - không) 
Phương thức kết nối 1 2 3 4 5 6 
Dao cách li C K K C C K 
Bảo vệ đầu nhánh C K C K C C 
Nguồn dự phòng C K K C C C 
Máy biến áp dự phòng K K K K C K 
Bằng phương pháp tương tự, tiến hành phân tích cây sự 
cố ở các điểm phụ tải khác, sau đó tập hợp lại thành cây sự 
cố. Có 6 trường hợp kết nối khác nhau của các điểm, mỗi 
loại đều có kết cấu mạng Bayes khác nhau. Nhưng đã phân 
tích và đạt được khi đầu vào và đầu ra số liệu là như nhau, 
thì mạng Bayes là thống nhất, chỉ khác nhau khi đối chiếu 
xác suất điều kiện của các bộ phận là khác nhau [6], sơ đồ 
mạng Bayes đường dây F1 như Hình 8. 
Hình 8. Mô tả mạng Bayes cho đường dây F1, sơ đồ hệ thống RBTS Bus2 (phương thức kết nối 1) 
Trong Hình 8, mạng Bayes được thể hiện: tầng một là 
các điểm thể hiện đường dây từ L1 đến L11, phần tử máy 
biến áp từ T1 đến T7. Xác suất hoạt động bình thường của 
các đường dây (phần tử) trong điều kiện bảo trì theo kế 
hoạch là: 
P(Li = 1) = 1- (Li(𝜆𝑖𝛾𝑖 + 𝜆′𝑖𝛾′𝑖)/8760) (1) 
Trong đó: Li là độ dài đường dây 
𝜆𝑖 và 𝜆′𝑖 là xác suất sự cố bình quân trong năm và kế 
hoạch sửa chữa trong năm của đường dây. 
𝛾𝑖 và 𝛾′𝑖 là thời gian phục hồi bình quân và thời gian 
sửa chữa kế hoạch của đường dây. 
Bài báo dựa trên đường dây kết nối theo phương thức 
1, máy biến áp không có dự phòng, chỉ có thể sửa chữa. 
Nếu theo phương thức kết nối 5, máy biến áp có dự phòng, 
xác suất làm việc bình thường là: 
P(Ti = 1) = 1- ((𝜆𝑖𝛾𝑝 + 𝜆′𝑖𝛾𝑝)/8760) ( 2) 
L5 T3 L4 
L5T3L4 
L1D1 A 
L1D1A 
LP3 
L7D2 L10D3 
L2 T1 L1 T2 L3 L5 T3 L4 T4 L6 L8 T5 L7 L9 T6 L10 L11 T7 
L2T1L1 L1T2L3 L5T3L4 L4T4L6 L8T5L7 L7L9T6 L10L11T7 
L1D1A L4D1 L4D2A L7D2 L7D3A L10D3 
LP1 LP2 LP3 LP4 LP5 LP6 LP7 
SYSTEM 
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 7(128).2018 59 
Trong đó: 𝜆𝑖 và 𝜆′𝑖 là xác suất sự cố bình quân năm của 
máy biến áp và kế hoạch sửa chữa bình quân năm. 
𝛾𝑝 là thời gian phải thay máy biến áp. 
Lớp thứ hai là một nút trung gian được giới thiệu để tạo 
thuận lợi cho tính toán xác suất có điều kiện, giữa các điểm 
hàm logic quan hệ là hàm “và”. 
Lớp thứ 3 xem xét đầy đủ ảnh hưởng của dao cách li và 
nguồn điện dự phòng. Điểm L1D1A thể hiện khi đường 
dây L1 phát sinh sự cố thì các phụ tải sau đường dây L1 
gặp sự cố. Trong thời gian đó, xét đến sử dụng nguồn dự 
phòng, chỉ cần mở dao cách li D1, các điểm phụ tải được 
cấp điện, L1D1A chỉ ảnh hưởng đến các nút phía sau nó, 
xác suất có điều kiện được thể hiện: 
P(L1D1A=1) = 1 – (L1𝜆1𝛾𝐴/ 8760) (3) 
Trong đó: 𝛾𝐴 giá trị lấy trong max{𝑡𝐷, 𝑡𝐴}, tD là thời 
gian thao tác đóng cắt của dao cách li, tA là thời gian chuyển 
đổi nguồn dự phòng. 
Sau khi đường dây L4 sự cố, chỉ cần mở dao cách li D1, 
chỉ những phụ tải trước nó mới được hồi phục cấp điện, xác 
suất phân bố có điều kiện được thể hiện: 
P(L4D1=1) = 1 – (L4𝜆4𝛾1/ 8760) (4) 
Trong đó: L4 là độ dài của đường dây, 𝜆4 là xác suất sự 
cố bình quân năm, 𝛾1 là thời gian thao tác của dao cách li 
D1. Lớp thứ tư là các điểm phụ tải, lớp thứ năm là hệ thống 
các điểm kết nối [7, 8]. 
Sau khi xây dựng mạng Bayes sẽ xác định được phân 
bố xác suất có điều kiện và chỉ số độ tin cậy của hệ thống 
bằng phép suy luận mạng Bayes. Đối với tính không xác 
định của hệ thống phân phối điện, giả sử xác suất sự cố của 
đường dây 11 kV thay đổi trong phạm vi là 5%, xác suất 
sự cố vĩnh cửu của máy biến áp trong phạm vi 3%. Không 
xét đến sự dịch chuyển phụ tải, sử dụng một số công thức 
tính toán trong [1], ta có chỉ tiêu độ tin cậy của đường dây 
F1 như Bảng 2. 
Bảng 2. Chỉ tiêu khoảng về độ tin cậy 
Giới hạn trên và dưới MIN MAX 
SAIFI (lần/số hộ. a) 0,2359 0,2601 
SAIDI (h/số hộ. a) 3,497 3,739 
CAIDI (h/số hộ mất điện. a) 14,377 14,826 
ASAI 0,999573 0,999601 
Theo Bảng 1, đường dây F1 có 6 phương thức kết nối 
khác nhau, dựa vào các phương thức kết nối khác nhau, 
tiến hành tính toán khả năng cấp điện trung bình, kết quả 
như Bảng 3. 
Bảng 3. Kết quả đối chiếu độ tin cậy của hệ thống 
Phương thức 
kết nối 
ASAI 
(Xác suất khả năng cung cấp điện bình quân) 
Kết quả tài liệu [9] Kết quả của bài viết 
1 0,999587 0,998539 
2 0,997305 0,986257 
3 0,999524 0,999523 
4 0,999189 0,998235 
5 0,999912 0,998862 
6 0,998888 0,997305 
Cùng các điều kiện như nhau, thì kết quả từ tài liệu [9] 
và kết quả tính toán từ bài báo gần như nhau, thể hiện 
phương pháp tính theo bài báo có tính tin cậy cao. Đồng 
thời, thông qua so sánh cùng kết cấu mạng, do các phương 
thức kết nối khác nhau, nên chỉ tiêu độ tin cậy cũng khác 
nhau. Theo phương thức kết nối 2 thì độ tin cậy khá thấp, 
nên có thể một số biện pháp như thêm dao cách li, thêm 
máy cắt bảo vệ phân nhánh, thêm nguồn dự phòng để tăng 
độ tin cậy cấp điện cho hệ thống. 
Trong Bảng 3 ta thấy, nếu không xét đến nguồn dự 
phòng trong các tình huống sự cố, thì khả năng cung cấp 
điện cho kết quả như tài liệu [9]. Tuy nhiên, nguồn điện dự 
phòng không phải khi nào cũng tin cậy, nếu xét đến xác 
suất sự cố của nguồn điện dự phòng thì kết quả khả năng 
cung cấp điện của bài báo so với tài liệu [9] là thấp, phù 
hợp với thực tế. 
Đối với đường dây F1, phương thức kết nối 2, giả thiết 
hệ thống có khả năng cấp điện bình quân (Asai) là 1, trong 
trường hợp vận hành bình thường, thì các phần tử có xác 
suất làm việc là Bảng 4. 
Bảng 4. Xác suất làm việc của các phần tử trong trường hợp 
hệ thống làm việc bình thường 
Tham 
số 
Phần tử trong hệ thống 
L1 L2 L3 L4 L5 L6 
Xác suất 
điều kiện 
0,999 
992 
0,999 
983 
0,999 
980 
0,999 
984 
0,999 
980 
0,999 
978 
Tham số 
Phần tử trong hệ thống 
L7 L8 L9 L10 L11 T1 
Xác suất 
điều kiện 
0,999 
978 
0,999 
970 
0,999 
973 
0,999 
982 
0,999 
971 
0,999 
988 
Tham số 
Phần tử trong hệ thống 
T2 T3 T4 T5 T6 T7 
Xác suất 
điều kiện 
0,999 
988 
0,999 
988 
0,999 
983 
0,999 
983 
0,999 
983 
0,999 
983 
Từ Bảng 4 có thể thấy, khả năng cấp điện bình quân của 
hệ thống là 1, thì xác suất điều kiện của các phần tử gồm 
đường dây L1, máy biến áp T1, T2, T3 có giá trị lớn nhất. 
Cũng có thể nói, các phần tử trong tình trạng vận hành bình 
thường, xác suất hệ thống vận hành bình thường là cao nhất, 
và đó là những phần tử ảnh hưởng nhất đến độ tin cậy của 
hệ thống. Vì nó ảnh hưởng đến độ tin cậy là lớn nhất, do đó, 
để nâng cao độ tin cậy cấp điện của hệ thống, trước tiên cần 
nâng cao độ tin cậy của các phần tử quan trọng. Tức là, thực 
hiện ngược mạng Bayes, tìm ra các điểm yếu trong hệ thống, 
có lợi để đề cao độ tin cậy cấp điện cho hệ thống. 
3. Kết luận 
Đối với lưới trung áp mạch vòng, có phần tử dự phòng 
thì phân tích độ tin cậy phức tạp hơn nhiều so với lưới hình 
tia. Tác giả lấy bối cảnh lưới trung áp Việt Nam tại các 
thành phố đang vận hành theo phương thức mạch vòng – 
vận hành hở để nghiên cứu độ tin cậy. Sử dụng kết hợp 
phương pháp cây sự cố trạng thái động và mạng Bayes, bài 
báo mô tả quá trình phân tích xây dựng các tình huống sự 
cố, thấy rõ phương pháp trực quan, dễ dàng tiếp cận. Tuy 
nhiên, để có kết quả đối chứng với phương pháp, tác giả đã 
sử dụng đường dây F1 sơ đồ IEEE RBTS Bus2 để tính toán. 
Trước tiên xác định đỉnh sự kiện, xây dựng cây sự cố, sau 
đó mô hình hóa theo mạng Bayes, cuối cùng là phân tích 
60 Lê Xuân Sanh 
độ tin cậy. Kết quả của bài báo cho thấy phương pháp thực 
hiện đáng tin cậy. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Lê Xuân Sanh, “Phân tích độ tin cậy lưới điện trung áp sử dụng 
phương pháp cây sự cố”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Năng 
lượng, Số 15, 2018, trang 1-9. 
[2] M. Cepin, B. Mavko, “A Dynamic Fault Tree”, Reliab. Eng. Syst. 
Safe., Vol. 75, 2002, pp. 83-91. 
[3] O. Yevkin, “An Efficient Approximate Markov Chain Method in 
Dynamic Fault Tree Analysis”, Qual. Reliab. Eng. Int., Vol. 32, 
2016, pp. 1509-1520. 
[4] Zefang Zhou, Zheng Liu, Bo Zeng, Yu Pang, Liping He, 
“Application of the Interval Arithmetic in Reliability Analysis of 
Distribution System”, Proceedings of the 2012 International 
Conference on Quality, Reliability, Risk, Maintenance and Safety 
Engineering (ICQR2MSE), Chengdu, 2012, pp. 221-223. 
[5] G. P. Cooper., “The Computation Complexity of Probabilistic 
Inference Using Bayesian Networks”, Artificial Intelligence, 42(2), 
1990, pp. 393-405. 
[6] Zhiqiang LI, Junyuan GU, Tingxue xu, Linyu FU, Jin AN, Qi DONG, 
Reliability Analysis of Complex System Based on Dynamic Fault Tree 
and Dynamic Bayesian Network, The Second International 
Conference on Reliability Systems Engineering (ICRSE 2017). 
[7] Renyan Jiang, Introduction to Quality and Reliability Engineering, 
Beijing Science Press, 1, 2015. 
[8] Michael Pecht, C. K. Kailash, Reliability Engineering, Electronic 
Industry Press, 2011. 
[9] R. N. Allan, R. Billinton, I. Sjarief, et al., “A Reliability Test System 
for Education Purposes: Basic Distribution System Data and Results”, 
IEEE Transations on Power System, 6(2), 1991, pp. 813-820. 
(BBT nhận bài: 26/4/2018, hoàn tất thủ tục phản biện: 10/7/2018)