Chương 2: Phụ tải điện pdf

Các tham số quan trong tham gia trong quá trình tính toán phụ tải là: - Công suất định mức là công suất thiết bị ứng với với các điều kiện chuẩn do nhà máy chế tạo ghi trên hộ chiếu của

Chương 2: Phụ tải điện

2.1 Đặc tính của phụ tải điện

2.1.1 Khái quát chung về phụ tải

Dữ kiện tối quan trọng của bài toán thiết kế cung cấp điện là phụ tảiđiện Việc xác định chính xác giá trị phụ tải cho phép lựa chọn đúng thiết

bị và sơ đồ cung cấp điện, đảm bảo tính kinh tế - kỹ thuật của hệ thốngcung cấp điện

Các nhân tố công suất, loại và vị trí của các thiết bị tiêu thụ cho phépxác định cấu trúc sơ đồ và các tham số của các phần tử hệ thống cung cấpđiện Thường trong dữ kiện bài toán thiết kế cho biết công suất đặt của cácthiết bị tiêu thụ điện, tuy nhiên sự đốt nóng các phần tử và các thiết bị điệncòn phụ thuộc cả vào chệ độ làm việc của các hộ dùng điệnn vì vậy cầnphải xem xét phụ tải theo cả dòng điện I, công suất tác dụng P, công suấtphản kháng Q và công suất toàn phần S

Việc lựa chọn các thiết bị, các phần tử của hệ thống cung cấp điệnđược thực hiện dựa trên kết quả tính toán phụ tải Sai số của bài toán xácđịnh phụ tải có thể dẫn đến việc lựa chọn sơ đồ thiếu chính xác, dẫn đếngiảm sút các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật của hệ thống cung cấp điện Nếu kếtquả tính toán lớn hơn so với giá trị thực thì sẽ dẫn đến sự lãng phí vốn đầu

tư, các thiết bị được lựa chọn không làm việc hết công suất, dẫn đến hiệuquả thấp; Nếu kết quả tính toán nhỏ hơn giá trị thực, thì sẽ dẫn đến sự làmviệc quá tải của các thiết bị, không sử dụng hết khả năng của các thiết bịcông nghệ, làm giảm năng suất, làm tăng tổn thất điện năng và giảm tuổithọ của các thiết bị điện Như vậy bài toán xác định phụ tải là giai đoạn tốiquan trọng của quá trình thiết kế cung cấp điện Tuy nhiên, việc xác địnhchính xác giá trị phụ tải là không thể, vì có rất nhiều nhân tố ảnh hưởng đếnchệ độ tiêu thụ điện, trong dó có cả các nhân tố tác động ngẫu nhiên Nhìnchung sai số cho phép của bài toán này khoảng  10%

Các tham số quan trong tham gia trong quá trình tính toán phụ tải là:

- Công suất định mức là công suất thiết bị ứng với với các điều kiện

chuẩn do nhà máy chế tạo ghi trên hộ chiếu của thiết bị Đối với động cơ

điện, công suất định mức ghi trên nhãn hiệu máy, chính là công suất cơ trêntrục cơ Đối với các thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại, khi tínhtoán, công suất định mức được quy về chế độ làm việc dài hạn ứng với hệ

số tiếp điện định mức n:

n- hệ số tiếp điện định mức

- Công suất tiêu thụ trung bình trong một khoảng thời gian xét t

được xác định từ biểu thức sau:

Công suất tiêu thụ trung bình đóng vai trò quan trọng trong việcphân tích chế độ, xác định phụ tải tính toán và tổn hao điện năng

- Công suất cực đại là công suất lớn nhất xuất hiện trong khoảng

thời gian xét Phân biệt hai loại công suất cực đại:

* Công suất cực đại ổn định (PM) là công suất tiêu thụ lớn nhất tác độngtrong khoảng thời gian không dưới 30 phút Đây là công suất để đánh giáchế độ làm việc và chọn thiết bị điện theo điều kiện đốt nóng cho phép

* Công suất cực đại đỉnh nhọn - Pđnh là công suất lớn nhất xuất hiện trong

khoảng thời gian ngắn (ví dụ như khi khởi động động cơ) Người ta căn cứvào giá trị phụ tải này để kiểm tra dao động điện áp, điều kiện tự khởi độngcủa động cơ, chọn dây chảy và tính dòng điện khởi động của rơle bảo vệ.Ngoài trị số của phụ tải đỉnh nhọn, người ta còn quan tâm đến số lần xuấthiện nó, nếu tần số xuất hiện càng lớn thì mức độ ảnh hưởng tới sự làmviệc bình thường của các thiết bị dùng điện khác trong mạng điện sẽ càngcao

- Công suất tính toán là công suất giả định lâu dài không đổi, tương

đương với phụ tải thực tế về mặt hiệu ứng nhiệt lớn nhất Các thiết bị điệnđược chọn theo công suất này sẽ đảm bảo được an toàn trong mọi trạng tháivận hành Trong thực tế công suất tính toán thường được lấy bằng côngsuất cực đại ổn định (Ptt=PM)

Việc phân loại phụ tải sẽ cho phép lựa chọn sơ đồ cung cấp điện phùhợp, đảm bảo cho các thiết bị làm việc tin cậy và hiệu quả Dưới góc độ tincậy cung cấp điện, phụ tải có thể được chia thành ba loại như sau

Phụ tải loại I: Là những phụ tải mà khi có sự cố ngừng cung cấp điện sẽ

dẫn đến: Nguy hiểm cho tính mạng con người; Phá hỏng thiết bị đắt tiền;Phá vỡ quy trình công nghệ sản xuất; Gây thiệt hại lớn cho nền kinh tếquốc dân; Gây ảnh hưởng không tốt về chính trị, ngoại giao

Phụ tải loại II: Là loại phụ tải mà khi có sự cố ngừng cung cấp điện sẽ

dẫn đến: Thiệt hại lớn về kinh tế do đình trệ sản xuất, phá hỏng thiết bị;Gây hư hỏng sản phẩm; Phá vỡ các hoạt động bình thường của đại đa sốcông chúng

Phụ tải loại III: Gồm tất cả các loại phụ tải không thuộc hai loại trên, tức

là phụ tải được thiết kế với độ tin cậy cung cấp điện không đòi hỏi cao lắm

2.1.2 Đặc tính của phụ tải

Đặc tính tĩnh (Static Load Characteristics) của phụ tải biểu thị mốiquan hệ phụ thuộc giữa công suất tiêu thụ và các tham số điện, tần số Đặctính này có thể biểu thị dưới các mô hình cơ bản là:

a) Mô hình hàm mũ (Exponential Models)

Đặc tính tĩnh của phụ tải dạng hàm mũ được biểu thị bởi các biểuthức:

f U

f

f U

U P

) ( ) (

0 0 0

f

f U

U Q

) ( ) (

0 0 0

U, U, f, f – các hệ số hồi quy, xác định từ các số liệu thống kê

Biểu thị dưới dạng đơn vị tương đối:

f U n n

f U

U P

P

) ( ) (

n n n

n

f U

U P

Q P Q

Hệ số công suất phản kháng tg = Qn/Pn có thể biểu thị như là hàm

số phụ thuộc vào hệ số phụ tải kpt:

n

k P

động lực của tải Ví dụ, cả máy lạnh có tỷ phần phụ tải động lực là 80% vàphụ tải không động lực là 20% Trên cơ sở các mô hình trên có thể xâydựng các đường đặc tính tiêu thụ điện của các thiết bị Đường đặc tính tĩnhcủa động cơ máy bơm được thể hiện trên hình 2.1

Bảng 2.1 Các tham số của mô hình phụ tải của một số thiết bị điện

-b) Mô hình dạng đa thức (Polynomial Models)

Mô hình biểu thị sự phụ tải của phụ tải vào điện áp và tần số dạng đathức được thể hiện như sau:

) 1

)(

* 2

* 1 0

* 2

* 1 0

f – độ lệch tần số so với giá trị quy định

c) Mô hình kết hợp hàm mũ và đa thức

Hình 2.1 Đặc tính tĩnh của phụ tải động cơ máy bơm

a – Phụ tải tác dụng ; b – Phụ tải phản kháng

Đôi khi hai mô hình trên được kết hợp với nhau để biểu thị quan hệphụ thuộc của phụ tải vào các tham số điện áp và tần số:

0

2 exp 1 exp

P P P

P poly  

0

2 exp 1 exp

Q Q

* 1

0 a U a U a

) 1

* 4 1 exp a U 1 D f

) 1

* 5 2 exp a U 2 D f

2.1.3 Biểu đồ phụ tải

Biểu đồ phụ tải phản ánh rõ nét đặc tính biến đổi của nó theo thờigian Biểu đồ phụ tải được xây dựng cho các thiết bị độc lập, cho nhómthiết bị hoặc cho xuất tuyến, thanh cái trạm biến áp v.v Dạng tiêu biểu nhấtcủa là biểu đồ phụ tải ngày đêm (biểu đồ phụ tải hàng ngày 24 tiếng) Trênhình 2.2 biểu thị dạng đặc trưng của biểu đồ phụ tải sản xuất (đường cong1) và biểu đồ phụ tải sinh hoạt (đường cong 2) Trên cơ sở phân tích biểu

đồ phụ tải ngày ta có thể dễ dàng nhận thấy phụ tải cực đại thường xuấthiện tại hai thời điểm ban ngày và ban đêm Phụ tải không chỉ thay đổi theothời gian trong ngày, mà còn thay đổi theo mùa, đối với vùng khí hậu nhiệtđới như ở nước ta, có thể phân biệt đồ thị phụ tải của hai mùa rõ rệt là mùa

hè và mùa đông

Khác với các nước ở vùng ôn

đới, nơi phụ tải ở mùa đông thường

lớn hơn phụ tải mùa hè, ở Việt Nam

do đặc thù của thời tiết nắng nóng

mùa hè, nên phụ tải ở mùa này cao

hơn nhiều so với phụ tải ở mùa

đông Theo số liệu thống kê ta có thể

coi đồ thị phụ tải ngày đặc trưng của

mùa hè là đồ thị đo vào tháng 7 và –

cho mùa đông là tháng 12 Căn cứ

vào đặc điểm biến đổi của phụ tải

gần theo chu kỳ hình sin, ta có thể

biểu thị sự phụ thuộc giữa phụ tải

của tháng bất kỳ thứ t trong năm

theo biểu thức:

2

cos 2

2

12 7 12

.

t a

P

ap – hệ số gia tăng phụ tải trung bình hàng năm

Như vậy, đối với mỗi điểm tải ta có thể xác định được đồ thị phụ tảicủa 12 tháng trên cơ sở giá trị phụ tải đo được trong 24 giờ Phương pháptrên cũng hoàn toàn có nghĩa đối với phụ tải phản kháng Khi đã có đồ thịphụ tải ta có thể dễ dàng xác định được các tham số cần thiết cho quá trìnhtính toán và phân tích mạng điện:

Giá trị phụ tải trung bình trong năm được xác định theo biểu thức:

2 24

1

i

i i tb

P P

Giá trị bình phương phụ tải trung bình:

) 3

2 3

( 192

7

2 7 2

i i

Bảng 2.2 Các tham số của đồ thị phụ tải của một số hộ dùng điện cơ bản.

Thiết bị gia dụng 62,32 5459 3402

Bảng 2.3 Giá tr i n n ng tiêu th trung bình trong sinh ho t tính trên ện năng tiêu thụ trung bình trong sinh hoạt tính trên đầu người ăng tiêu thụ trung bình trong sinh hoạt tính trên đầu người ụ trung bình trong sinh hoạt tính trên đầu người ạt tính trên đầu người ầu người u ng ười i dân

ng

ng

2.2 Các phương pháp tính toán phụ tải điện

Sự đa dạng của các điều kiện và đặc điểm của bài toán xác định phụtải ứng với các mục đích khác nhau dẫn đến nhiều phương pháp khác nhautrong việc tính toán phụ tải Mặc dù đã có rất nhiều nghiên cứu xây dựngcác phương pháp tính toán phụ tải, nhưng chưa thể nói được rằng bài toán

này đã hoàn toàn được giải quyết Sự khác nhau giữa các phương pháptrước hết là cơ sở mà các phương pháp dựa vào để đánh giá sự tiêu thụ điệnnăng, thứ hai là phương thức tiếp cận tính toán phụ tải và thủ tục hay thuậtgiải, tiếp đến là các dữ kiện cần thiết cho bài toán và độ tin cậy hay sai sốcủa phương pháp Do phụ tải điện mang đặc tính ngẫu nhiên, nên quá trìnhphân tích phụ tải thường dựa trên cơ sở lý thuyết xác suất thống kê, kết hợpvới đặc điểm công nghệ của các thiết bị tiêu thụ điện Nhìn chung tất cả cácphương pháp tính toán phụ tải điện có thể phân thành các nhóm sau:

2.2.1 Phương pháp phân tích

Các phương pháp phân tích về nguyên tắc dựa trên các đặc điểmcông nghệ của quá trình sản xuất và chế độ làm việc của các thiết bị điện cóxét đến các quy luật ngẫu nhiên của phụ tải Có rất nhiều nhân tố ảnhhưởng đến quá trình tiêu thụ điện, vì vậy quá trình phân tích phụ tải điệnhết sức phức tạp, việc xác định phụ tải tính toán với độ chính xác cao, đòihỏi nhiều dữ liệu và khối lượng tính toán lớn Để đơn giản hóa bài toán, cácphương pháp phân tích xác định phụ tải điện được áp dụng với một số giảthiết, mà có thể dẫn đến những sai số nhất định Nhóm các phương phápphân tích bao gồm:

2.2.1.1 Xác định phụ tải theo phương pháp hệ số đồng thời

Với đặc tính ngẫu nhiên, các hộ dùng điện không phải lúc nào cũngđược đóng trong mạng, mà ở từng thời điểm nhất định một số này đượcđóng, số khác lại được cắt ra Tính chất này của phụ tải được biểu thị bởi

hệ số đồng thời kđt Phụ tải tính toán được xác định theo biểu thức:

P

1

(2.22)Trong đó:

Pni – công suất định mức của thiết bị điện thứ i;

mạng

Giả sử trong nhóm n thiết bị ở thời điểm xét có m thụ điện được

đóng vào lưới thì hệ số đồng thời có thể xác định theo biểu thức:

m

i n đt

i

i

P

P k

1

m – số lượng thiết bị đang làm việc

n – tổng số thiết bị có trong nhóm

Đối với nhóm thụ điện đồng nhất (nhóm thiết bị có công suất và chệ

độ tiêu thụ điện giống nhau), hệ số đồng thời có thể xác định theo côngthức:

kỳ vọng toán M(m) = np

và phương sai D(m) = npq,

trong đó: p là xác suất đóng trung bình trong thời gian khảo sát;

q =1- p là xác suất không đóng của thiết bị

Khi số lượng n khá lớn có thể coi sự phân bố của phụ tải tuân theo quy luậtphân bố chuẩn, lúc đó xác suất đóng m thiết bị vào lưới được xác định theobiểu thức:

Chia hai vế của phương trình này cho n ta được

n

q p p

Đây là biểu thức cho phép xác định hệ số đồng thời theo các đặc tínhxác suất thống kê Để đơn giản cho việc thiết kế, người ta tính sẳn giá trịcủa hệ số đồng thời phụ thuộc vào số lượng thụ điện, ứng với một xác suấtđóng nhất định nào đó cho trong các sổ tay thiết kế Cần lưu ý là hệ số

đồng thời được xác định ứng với từng thời điểm cụ thể, thường là giờ caođiểm ban đêm và cao điểm ban ngày.

2.2.1.2 Xác định phụ tải theo phương pháp hệ số nhu cầu

Phụ tải tính toán được xác định theo biểu thức:

tt nc

P

P P

P

Trước hết ta xét nhóm thụ điện đồng nhất Theo lý thuyết xác suấtthống kê, công suất cực đại có thể biểu diễn thông qua các giá trị của tậpquan sát

n

1 i

sdi n sd

i

i

P

k P

ksdi – hệ số sử dụng của thiết bị thứ i

Đối với nhóm thụ điện đồng nhất thì

x n

x n D x

i i n

i

i i

2 2 2 1

2 1

1 ) ( 1 ) 1 ( )

Thay các giá trị tương ứng với một số biến đổi đơn giản ta được:

n P

k

i ni sd M

Thay  k v P tb (trong đó k là hệ số biến động của phụ tải) và chia 2 vế

(2.32) cho tổng công suất định mức Pni và sau một vài biến đổi ta được:

n

k k

hd

sd sd

nc

n

k k

ni

ni hd

- Xác định số lượng thiết bị n1 của nhóm này

- Tìm các giá trị tương đối

i ni

P

P P

95 , 0

n

P n

2.2.1.3 Xác định phụ tải theo phương pháp hệ số tham gia vào cực đại

Phụ tải tính toán được xác định theo biểu thức:

n

i tMi M

ktMi – hệ số tham gia vào cực đại của nhóm thiết bị thứ i

Hệ số tham gia vào cực đại là tỷ số giữa công suất tiêu thụ của thiết

bị hoặc nhóm thiết bị ở giờ cao điểm và công suất cực đại của chúng (hình2.3)

M

Mt tM

P

P

Pmt -Công suất tiêu thụ ở giờ cao điểm của hệ thống;

PM - Công suât cực đại của nhóm thiết bị

2.2.2 Phương pháp mô phỏng

Sự phức tạp và tính phi tuyến của các

bài toán cung cấp điện dẫn đến việc áp dụng

phương pháp mô phỏng các quá trình ngẫu nhiên Phương pháp này đượcxây dựng trên cơ sở kết hợp lý thuyết xác suất thống kê và phương phápluận của việc tính toán phụ tải Cơ sở của phương pháp là dựa trên quy luậtphân bố nhiệt độ đốt nóng dây dẫn gây ra bởi dòng điện phụ tải Do sựphức tạp của quá trình phân bố nhiệt, nên để đơn giản hóa cho việc xâydựng mô hình, cần đưa ra một số giả thiết sau:

- Nhiệt độ tại điểm bất kỳ của tiết diện mặt cắt dây dẫn coi như khôngđổi dọc theo chiều dài đường dây;

- Dây dẫn được coi là đồng nhất với nhiệt trở trong bằng không

Với những giả thiết như vậy phương trình cân bằng nhiệt đối với dâycáp ba pha đặt trần trong nhà được biểu thị theo biểu thức:

3I2 R0(1+.)d = C.d + A .dt, (2.41)Trong đó:

R0 – điện trở của dây dẫn ở nhiệt độ 20°С , С , ;

Từ biểu thức (2.41) ta nhận được phương trình quá nhiệt của dây dẫn

so với nhiệt độ của môi trường xung quanh là:

) (

3 ) 3

1

A

R I

A

R dt

d A

) (

0

0 I t A

R dt

d

) (

2 t I k dt

A R

Như vậy cùng với các giả thiết trên sẽ có hai đại lượng không phụthuộc vào nhiệt độ đốt nóng là hằng số thời gian đốt nóng và điện trở tácdụng Ở chế độ xác lập, khi nhiệt độ không thay đổi đáng kể, thì các giảthiết này sẽ không dẫn đến những sai số đáng kể Để tiện tính toán ta đặt:

t I t Z dt

t dZ

Hay áp dụng cho biểu đồ phụ tải nhóm P(t),

) ( ) ( )

t P t Z dt

t dZ

ZPT(t), (hoặc tính theo công suất ZPT(t)), tỷ lệ với nhiệt độ đốt nóng dây dẫn

và có thứ nguyên là bình phương phụ tải Các dữ kiện ban đầu để xácđịnh phụ tải tính toán là các quá trình thay đổi của phụ tải điện Để xâydựng mô hình phụ tải người ta áp dụng lý thuyết hàm ngẫu nhiên và thông

lượng xung (impulsive flux) Tính chu kỳ của sự biến đổi của phụ tải được

hình thành khi các thiết bị tiêu thụ làm việc với quá trình công nghệ nhấtđịnh Việc nghiên cứu biểu đồ phụ tải này có ý nghĩa lý thuyết rất lớn

Mô hình biểu đồ phụ tải độc lập ngẫu nhiên cần phải được cho trướccác đại lượng: Công suất tác dụng, hệ số sử dụng ksd=Ptb/Pn và hệ số mang

quy (HQ), thời gian trung bình của chu kỳ xét

Trong đó: Ptb – công suất tiêu thụ trung bình trung chu kỳ xét; P – công suất

Hệ số làm việc (hệ số đóng) klv= tlv/tck hay klv=ksd/kmt và hệ số khônglàm việc (hệ số cắt) kklv=1-klv chính là xác suất thiết bị ở trạng thái đóng vàtrạng thái cắt Đặc tính tác động xung của phụ tải được thể hiện với haicấp: xung của công suất P=ksd.Pn tác động trong thời gian tlv = ksd.tck/kmt vàđại lượng không tải P0 = 0 tác động trong thời gian t0= tck - tlv Hệ số hìnhdạng đồ thị, là tỷ số giữa công suất hiệu dụng và công suất trung bình

kf=Pe/Ptb, biểu thị sự không đồng đều của đồ thị phụ tải

Trong thực tế các thiết bị điện làm việc với một vài chu kỳ, nhưng khônghoàn toàn cứng nhắc.Vì vậy hàm hồi quy của phụ tải độc lập có thể biểu thịdưới dạng:

D p = Р2

n k sd (k mt – k sd ), (2.50)

ck sd mt sd

mt t k k k

k

) (

Biểu đồ nhóm của phụ tải

Đối với một nhóm gồm n thiết bị dùng điện với biểu đồ phụ tải chu

kỳ, thì tính chu kỳ của đồ thị sẽ bị trung hòa Bởi vậy hàm hồi quy của đồthị phụ tải nhóm được biểu thị dưới dạng:

k(t) = D P e -α|t| , (2.53)Trong đó:

Mô hình biểu đồ nhóm dạng hồi quy mũ cho phép có một dự trữ nhấtđịnh trong bài toán xác định phụ tải Xét quy luật phân bố tung độ của biểu

đồ nhóm, biểu thị phụ tải độc lập dưới dạng quá trình xung, áp dụng lýthuyết thực nghiệm lặp lại để tính phụ tải nhóm Số lượng thiết bị dùngđiện làm việc đồng thời và phụ tải nhóm với các đại lượng giống nhau củacác xung của tất cả các thiết bị coi là tuân theo quy luật phân bố nhị thức

Thường thì các giá trị xung của các thiết bị độc lập khác nhau, trong trườnghợp đó quy luật phân bố phụ tải được gọi là “liên hợp” Các kết quả nghiêncứu đã chứng minh là quy luật phân bố chuẩn của phụ tải có thể coi phùhợp đối với đường trục có trên 6 hộ dùng điện

Thuật toán của phương pháp mô phỏng xác định phụ tải gồm các bướcsau:

- Mô phỏng quần thể biểu đồ nhóm của dòng điện phụ tải I(t) hoặccông suất tác dụng P(t);





Trong đó:

h(t) = 1 – e-t/T– hàm quá độ của khâu quán tính

- Xác định hàm thống kê phân bố liều lượng hâm nóng theo tiết diệnquần thể ZT(t) (ZPT(t)), được lấy ứng với chế độ xác lập (sau khi tắt của quátrình quá độ đốt nóng dây dẫn tại thời điểm tck);

nguyên lý tin cậy thực tế theo hàm thống kê phân bố liều lượng hâm nóng

ZT(t), hoặc ZPT(t) (giá trị mà có thể tăng quá với xác suất 0,05)

tt Z

) (

.

Z    , Trong đó:

ZT.tt – liều lượng hâm nóng tính toán ;

ZТ.tb – giá trị trung bình của liều lượng hâm nóng;

zт – hệ số thống kê, phụ thuộc vào độ chính xác của phép tính

D(ZT) – phương sai của đại lượng ZTP

hằng số thời gian đốt nóng và bằng bình phương giá trị hiệu dụng của biểu

đồ nhóm, có thể là phụ tải tính toán bằng giá trị hiệu dụng Theo quy luật

theo biểu thức:

T

P D P T

P D Z

T

1

) ( 4 2 1

) ( 2 ) (

2 2





pháp mô phỏng theo quy luật phân bố liều lượng hâm nóng (trong thực tế

Thủ tục xác định phụ tải tính toán theo phương pháp liều lượng hâmnóng gồm các bước:

- Xác định giá trị trung bình của biểu đồ nhóm và liều lượng hâmnóng;

- Xác định tham số hồi quy tương đương của biểu đồ nhóm;

- Xác định phương sai liều lượng hâm nóng theo biểu thức (2.56);

- Xác định hệ số thống kê theo biểu thức:

- Xác định phụ tải tính toán theo biểu thức (2.56), coi zт=zтк

Để có thể nhận được biểu đồ nhóm của phụ tải cần mô phỏng nhiềubiểu đồ phụ tải tác dụng và phản kháng độc lập Biểu đồ nhóm của phụ tảitác dụng và phản kháng nhận được bằng cách cộng các biểu đồ độc lậptương ứng Theo biểu đồ nhóm của phụ tải tác dụng và phản kháng xácđịnh biểu đồ nhóm của công suất toàn phần

Phương pháp mô phỏng có độ chính xác cao, nhưng có nhược điểm

cơ bản của phương pháp này là khối lượng tính toán lớn, thời gian thựchiện tính toán lâu Nhìn chung phương pháp này chỉ áp dụng trong quátrình nghiên cứu

2.2.3 Phương pháp thực nghiệm

Các biểu thức thực nghiệm được xây dựng trên cơ sở kết quả khảosát ở một số mạng điện cụ thể Để xác định phụ tải theo các phương phápthực nghiệm đòi hỏi phải có các thông tin về đặc tính của các thiết bị tiêuthụ điện hoặc suất chi phí điện năng của một đơn vị sản phẩm Các phươngpháp cơ bản này bao gồm:

2.2.3.1 Phương pháp hệ số nhu cầu và hệ số đồng thời

Như đã biết, trong phương pháp hệ số nhu cầu phụ tải của mạng điệnđộng lực được xác định theo biểu thức:

Р tt =k nc Р ni =constР ni (2.59)Phụ tải của mạng điện sinh hoạt được xác định tương tự theo hệ số đồngthời:

Р tt =k đt Р ni =constР ni (2.60)Trong đó:

Р ni – tổng công suất đặt của nhóm thiết bị điện;

Pni – công suất định mức của thiết bị thứ i;

định trên cơ sở số liệu thống kê của các tập mẫu và cho trong các phụ lụcthiết kế mạng điện (xem bảng 1pl 4pl phần phụ lục) Cách xác định phụtải tính toán như vậy cho phép đơn giản hóa bài toán, tuy nhiên cũngthường dẫn đến sai số lớn Nhìn chung các phương pháp thực nghiệm được

áp dụng trong quá trình tính toán thiết kế sơ bộ

2.2.3.2 Phương pháp đa thức

Các kết quả khảo sát cho thấy giá trị phụ tải cực đại cục bộ của thiết

bị điện công suất lớn ở cùng một chế độ làm việc lớn hơn so với thiết bị cócông suất nhỏ, vì không chỉ phụ tải trung bình của nó lớn hơn, mà còn dogiá trị lớn của hệ số cực đại cục bộ Trên cơ sở đó các chuyên gia đã ápdụng đa thức thực nghiệm cho việc tính toán phụ tải dạng:

Р tt =с 1 Р n1 +сс 2 Р n2 +с +сс т Р n.т, (2.61)Trong đó:

Р n1 –công suất của n1 thiết bị lớn nhất;

P n2 –công suất của n2 lớn nhì và v.v;

P n.m – công suất của nn thiết bị nhỏ nhất

с 1, с 2, ,с т –các hệ số hồi quy, biểu thị chế độ tiêu thụ chung của tất cả cácthiết bị trong nhóm

Trong một số các trường hợp để đơn giản hóa bài toán, tất cả cácthiết bị điện chỉ chia thành hai nhóm và như vậy biểu thức xác định phụ tảitính toán chỉ gồm hai số hạng:

Р tt =bР n1 +сcР n2 (2.62)

Trong đó:

Р n1 –công suất của n1 thiết bị lớn nhất trong nhóm;

Р n2 –công suất của các thiết bị còn lại;

b, c – các hệ số hồi quy, biểu thị chế độ tiêu thụ chung của tất cả các thiết

bị trong nhóm

Nhược điểm cơ bản của các phương pháp thực nghiệm là hạn chếphạm vi ứng dụng, vì các phương pháp thực nghiệm chỉ có thể áp dụng chocác xí nghiệp được khảo sát Các phương pháp này không xét đến các quátrình hoàn thiện công nghệ của thiết bị

Ưu điểm của phương pháp thực nghiệm là đơn giản, khối lượng tínhtoán ít, có thể áp dụng các bảng biểu tính sẵn của các hệ số nhu cầu, hệ sốđồng thời v.v nên rất tiện cho các bài toán thiết kế sơ bộ

2.3 Trình tự xác định phụ tải tính toán

2.3.1 Sơ đồ tính toán phụ tải

Việc tính toán phụ tải bắt đầu từ cấp thấp đến cấp cao, theo sơ đồphả hệ của mạng điện (hình 2.5) Trước hết cần phân loại phụ tải theo từngnhóm tương đồng về đặc tính tiêu thụ điện (1), trên cơ sở kết quả xác địnhphụ tải của từng nhóm tiến hành tổng hợp phụ tải tại tủ phân phối (2), sau

đó tổng hợp phụ tải tại thanh cái trạm biến áp phân phối (4) rồi đến trạmbiến áp trung gian (5) và trạm biến áp vùng (6) v.v

Độ chính xác của bài toán phụ tải được xác định phụ thuộc vào yêucầu và đặc điểm của mạng điện và vào phương pháp áp dụng giải bài toán.Cần lưu ý là các thiết bị điện sử dụng trong bài toán là thiết bị chuẩn vớicác bước công suất 1,31,6 Ví dụ với bước 1,6 gam công suất sẽ là 1; 1,6;2,5; 4; 6,3; 10 v.v Thông thường độ chính xác ở các cấp dưới cao hơn ởcác cấp trên, tức là độ chính xác của bài toán phụ tải cao nhất ở mức thanhcái ngay ở đầu vào của các thiết bị dùng điện

35



TBA phân phối

TBA trung gian

HTĐ

M

5 6

2

M

3 4

7

1035kV 110kV

0,4kV

Hình 2.5 Sơ đồ phả hệ xác định phụ tải tính toán

của hệ thống cung cấp điện

1 – phụ tải của nhóm thiết bị dùng điện; 2 – phụ

tải của tủ phân phối cung cấp cho các nhóm thiết

bị; 3 – phụ tải trên thanh cái hạ áp của trạm biến

áp phân phối; 4 – phụ tải trên thanh cái cao áp

của trạm biến áp phân xưởng có xét đến tổn thất

trong máy biến áp; 5 – phụ tải trên thanh cái thứ

cấp của trạm biến áp trung gian có xét đến tổn

thất trên các đường dây phân phối; 6 – phụ tải

trên thanh cái sơ cấp của trạm biến áp trung gian

có xét đến tổn thất trong máy biến áp; 7 – phụ tải

trên thanh cái trạm biến áp hệ thống có xét đến

tổn thất trên các đường dây cung cấp.

Về nguyên tắc, phụ tải tính toán ở cấp sau được tổng hợp trên cơ sởkết quả tính toán phụ tải ở cấp trước đó có xét đến tổn thất trên các phần tửmạng điện Vì bài toán xác định phụ tải thường được tiến hành khi chưabiết các tham số của các phần tử mạng điện, nên tỷ lệ tổn thất có thể lấytrung bình là 10% Tuy nhiên, trong hàng loạt bài toán xác định phụ tải sơ

bộ, để đơn giản, người ta bỏ qua thành phần tổn thất

Phụ tải tính toán của các nhóm thiết bị được xác định theo cácphương pháp riêng:

- Nhóm phụ tải động lực: Pđl= kncP ni ;

- Nhóm phụ tải sinh hoạt:Psh= kđtP ni

Trong đó:

Pni – công suất định mức của phụ tải thứ i;

bảng 3.pl phần phụ lục;

kđt – hệ số đồng thời, phụ thuộc vào số hộ, lấy theo bảng 1.pl, hoặc theo biểu đồ hình 2.6

2.3.2 Phương pháp tổng hợp phụ tải giữa các nhóm

Việc tổng hợp phụ tải giữa các nhóm được thực

hiện theo nhiều phương pháp khác nhau, tùy từ trường hợp cụ thể có thểchọn phương pháp thích hợp nhất, dưới đây giới thiệu một số phương phápthông dụng:

a) Phương pháp số gia

Hình 2.6 Biểu đồ xác định hệ số đồng thời phụ thuộc vào số lượng căn hộ:

a) Đoạn đầu của biểu đồ (n=120); b) Đoạn sau của biểu đồ (n>20)

Phương pháp số gia được áp dụng thuận tiện khi các nhóm phụ tải cócác tính chất khác nhau Bảng số gia được xây dựng trên cơ sở phân tích,tính toán của hệ số đồng thời và hệ số sử dụng (cho sẵn trong các sổ taythiết kế) Phụ tải tổng hợp của 2 nhóm được xác định bằng cách cộng giá trịcủa phụ tải lớn với số gia của phụ tải bé.

P1-2 = Pmax + Pi

P = P2 + P1 nếu P1< P2

Pi- Số gia của công suất Pi, xác định theo bảng1.pl

Để tiện cho việc lập trình khi sử dụng vi tính, thay cho việc tra bảng

ta có thể sử dụng biểu thức

2 1 1

1 2

2 1 2

2 1

P P khi P k P

P P khi P

k P P

5 ( 0 , 04

Nhìn chung phương pháp này đơn giản, dễ tính và khá chính xác,nhưng cần lưu ý là phụ tải tổng hợp của hai nhóm phải được xác định ởcùng một thời điểm Trong trường hợp các phụ tải thành phần không ởcùng thời điểm thì cần tính tới hệ số tham gia vào cực đại của chúng

b) Phương pháp hệ số nhu cầu

Phụ tải tổng hợp của các nhóm thiết bị cũng có thể được xác địnhtheo biểu thức:

Với N là số nhóm và ksd. là hệ số sử dụng tổng hợp chung của nhóm.

Trong trường hợp không có số liệu cụ thể, thì giá trị của hệ số knc cóthể lấy một cách gần đúng, phụ thuộc vào số nhóm theo bảng 4.pl (phụlục)

c) Phương pháp hệ số tham gia vào cực đại

Phụ tải tổng hợp của các nhóm thiết bị (hoặc các điểm tải) được xácđịnh theo biểu thức:

n

i tMi M

Bảng 2.5 Hệ số tham gia vào cực đại của một số nhóm phụ tải đặc trưng

1

1

cos cos



Trong đó:

Ptt.i – công suất tính toán của nhóm thiết bị thứ i;

cosi – hệ số công suất của nhóm thiết bị thứ i

Công suất phản kháng và công suất toàn phần được xác định theo các biểuthức quen thuộc:

Qtt = Ptt.tgtb và

tb

tt tt

P S



cos



2.4 Dự báo nhu cầu phụ tải điện

Dự báo nhu cầu phụ tải điện là một trong những bài toán quan trọngtrong quy hoạch và phát triển hệ thống điện, kết quả của dự báo nhu cầu