Phương pháp tính tổn thất điện năng trên lưới trung áp theo dòng điện trung bình bình phương

Bằng cách vận dụng lý thuyết xác suất thống kê và căn cứ vào điều kiện cụ thể của lưới điện, dưới đây trình bày phương pháp tính toán tổn thất điện năng nhằm đáp ứng yêu cầu thuận tiện [r]

PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRÊN LƯỚI TRUNG ÁP THEO DỊNG ĐIỆN TRUNG BÌNH BÌNH PHƯƠNG

Nguyễn Ngọc Kính, Ngơ Quang Ước Khoa Cơ điện, Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Email: nnkinh@vnua.edu.vn, nquoc@vnua.edu.vn

Ngày gửi bài: 13.05.2014 Ngày chấp nhận: 18.07.2014

TÓM TẮT

Nội dung báo trình bày phương pháp tính tốn tổn thất điện lưới điện trung áp theo dòng điện trung bình bình phương Mặc dù tổn thất điện lưới điện có nhiều tác giả nghiên cứu đề xuất phương pháp tính gần vận dụng phương pháp vào điều kiện cụ thể lưới điện trung áp nước ta bất cập Bằng cách vận dụng lý thuyết xác suất thống kê vào điều kiện cụ thể lưới điện, trình bày phương pháp tính tốn tổn thất điện nhằm đáp ứng yêu cầu thuận tiện việc thu thập liệu tính tốn đảm bảo độ xác cho phép

Từ khố: Dịng trung bình bình phương (I2tbbp), dịng điện trung bình (itb), phương sai dịng điện ()

Method Calculating Energy Losses for Medium Voltage Grid Base on R.M.S Current ABSTRACT

The article presented the method of energy loss calculation for the medium voltage transmission grid based on root mean-square current Although the energy loss for the medium voltage transmission grid has been studied by many authors and proposed approximate calculation methods, it is inadequate for the application of such methods for concrete condition of the medium voltage grid in our country By using statistical probability theory and the concrete condition of the medium voltage grid, the energy loss calculation method prốped semed to be conveniently and accurate in collecting data required

Keywords: Average current (itb), r.m.s current (I2tbbp), variance of electric current ()

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Khác với thiết kế lưới điện, tính tổn thất điện lưới điện vận hành người ta yêu cầu phải chọn phương pháp tính cho việc thu thập liệu đơn giản, độ xác cao xét đến đầy đủ yếu tố lưới điện

Cơ sở tính tốn tổn thất điện đoạn đường dây trung áp theo biểu thức:

 

 

t

o dt i r

A 3 .103

= 3rI2 max.10

-3 = 3r 10-3



 

n i

i i t

i

1

= 3rI2 tbbp t10

-3 (kWh)

Trong đó:

r điện trở đoạn đường dây ();

i, Imax dòng điện dòng điện cực đại truyền tải đường dây (A);

 thời gian hao tổn công suất cực đại (h);

ti khoảng thời gian ứng với giá trị dịng điện ii khơng đổi (h);

Itbbp dịng điện trung bình bình phương (A)

dàng, đơn giản với kết tính tốn tin cậy tương đối xác Dịng điện phụ tải truyền tải lưới điện trung áp biến đổi thường xuyên, liên tục theo quy luật ngẫu nhiên Các phương pháp áp dụng thực tế tính tốn lưới điện phương pháp giải tích, phương pháp tính theo số đo đếm cơng tơ (căn số đo công tơ đặt đầu nguồn phụ tải), tính theo Pmax , tính tổn thất cách tra họ đường cong tổn thất P = f(P) lập hàm tổn thất P cho lưới điện cụ thể để tính tốn, tính theo dịng điện cực đại đầu đường dây điện trở đẳng trị,… Có thể nói phương pháp tính chủ yếu dựa vào giá trị cực đại dịng phụ tải, tổn thất cơng suất phụ tải cực đại thời gian tổn thất công suất cực đại  Tuy nhiên phương pháp áp dụng vào thực tế nảy sinh mâu thuẫn việc đơn giản thuận tiện việc thu thập liệu để tính tốn với độ xác phương pháp Việc xác định xác giá trị Imax, Pmax,

Pmax  đoạn đường dây trạm biến áp lưới điện trung áp phân nhánh có nhiều nhánh, nhiều nút, nhiều trạm biến áp tiêu thụ công việc khó thực Sai số phương pháp tính ngồi việc phụ thuộc vào thiết bị đo có trạm cịn phụ thuộc nhiều vào thời điểm thu thập liệu, kích thước tệp liệu, sai số đo đếm thu thập, phương pháp xử lý liệu thu thập… Phương pháp xác định tổn thất điện theo dịng trung bình bình phương chưa nhiều tác giả nghiên cứu để đưa cách tính tốn xác phù hợp với lưới điện

2 CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP Trên sở lý thuyết tính tốn tổn thất điện năng, ta xây dựng phương pháp tính tốn tổn thất dựa vào giá trị điện trở đường dây (r) dòng điện trung bình bình phương (Itbbp) thời gian vận hành (t) lưới điện Nếu ta coi dòng điện truyền tải đường dây dịng điện trung bình bình phương (Itbbp) khơng đổi suốt thời gian vận hành tổn thất lượng đoạn đường dây dễ dàng tính:

A = 3rI2

tbbp t10-3

(kWh) với Itbbp = 

t

dt i t 0

2 1

= t I2 

max

Các thông số r, t hoàn toàn xác định được, vấn đề đặt tìm cách xác định xác thuận tiện giá trị Itbbp

Theo Đặng Ngọc Dinh cs (1981), Trần Quang Khánh (2000), ta coi dòng điện phụ tải biến đổi theo quy luật ngẫu nhiên tuân theo luật phân bố chuẩn (Gauss) với hàm mật độ có dạng:

f(i) =

2 2

) (

2

1 

 

tb

i i

e

 

với - < i < +

Trong

- itb giá trị trung bình dịng điện thời gian t: itb =  

  

n i

i i t

t i t idt

t 0

1 1

-  độ lệch chuẩn (phương sai) dòng điện, theo lý thuyết xác suất thống kê

D(i) = 2

=  

t

tb dt

i i t 0

2 ) ( 1

= 

t

dt i t 0

2 1

- 

t tbidt

i t 02 1

+ 

t tbdt

i t 0

2 1

Có thể coi itb giá trị khơng đổi theo thời gian, ta có:

2=



t

dt i t 0

2 1

- 

t tb idt

t i

0 2

+ 

t tb dt

t i

0

= I2

tbbp– 2i

tb + i

tb = I

tbbp– i

tb Vậy I2

tbbp = 2 + i2

tb Để tính dịng I2

tbbp ta phải tìm cách xác định giá trị 2 i2

3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Xác định giá trị itb

Trong mạng điện trung áp, gần giả thiết coi điện áp điểm lấy theo giá trị trung bình gần lấy điện áp định mức Hệ số công suất cos phụ tải cao, thay đổi giới hạn hẹp ta coi không đổi Gọi Ar, Ap lượng tác dụng phản kháng, xác định từ công tơ đo đếm lượng tiêu thụ lắp đặt trạm biến áp

Ar = 

t

Pdt

0

= 3Utbcos

t

idt

0

= 3Utbitb cos t Ap = 

t

Qdt

0

= 3Utbsin

t

idt

0

= 3Utbitb sin t

2

p

r A

A  = ( 3Utbitb cos t)2

+ ( 3Utbitb sin t)2 = ( 3U

tbitb t) 2

Xác định dịng điện trung bình

itb = 2

3 1

p r tb

A A t

U 

 2

3 1

p r dm

A A t

U 

3.2 Xác định giá trị 

Để tính xác xuất p(i1<i<i2) với i tuân theo luật phân bố chuẩn, i1 i2 trị số cho trước; theo tính chất hàm mật độ

p(i1<i<i2) = 

2

1

) (

i

i

di i

f = e di

tb i i i

i

2 2

1

2 ) (

2

1 

 

 

 Đổi biến tích phân, thay x=



tb

i i

; suy i = x+itb di = dx

Cận tích phân mới: i = i1 x1 =



tb

i i1

;

i = i2 x2 =



tb

i i2 

;

Theo công thức Newton-Lainit: p(i1<i<i2) = e dx

x

x x

 

2

1

2

2 1



= e dx

x x

  



2

2 2

1



- e dx

x x

  



1

2 2

1

 = F(x2) – F(x1) Hàm

2

x

e khơng có ngun hàm dạng hàm sơ cấp, ta tra theo bảng tính sẵn dựa phương pháp đặc biệt Ví dụ phân tích dạng chuỗi luỹ thừa với (t) =

dx e

t x

  



2

2 1



Vậy p(i1<i<i2) = (x2) - (x1) = ( )



 i itb

-

) (

  i itb

với lưu ý (-x) =1- (x)

Khi i tuân theo luật phân bố chuẩn, ta lấy trị số i1 = itb - 3 i2 = itb + 3 thì:

p(i1<i<i2) = 

  



  

 

 (itb 3 ) itb

-

   



  

 

 (itb 3 ) itb

= (3) - (-3) = 2(3) =0,9973

Xác xuất dịng điệu nằm ngồi khoảng coi không xảy

i1 = itb - 3 i  itb + 3 = i2

Ta coi i1 giá trị dịng điện cực tiểu (imin), i2 giá trị dòng điện cực đại (imax)

Vậy imax – imin = 6  =

6 ) (imaximin

;D(i) =

2 =

36 ) (imax imin

Trong tính tốn tổn thất điện lộ trung áp phân nhánh phức tạp, việc thu thập số liệu để xây dựng đồ thị tải trạm biến áp gặp khó khăn, ta phân nhóm trạm biến áp có tính chất tải giống nhau, xây dựng đồ thị tải điển hình cho nhóm phụ tải đo đếm xác định giá trị imax imin trạm điển hình làm tính tốn cho trạm tương tự Theo phương pháp tính này, giá trị dịng điện cực đại cực tiểu ảnh hưởng đến phương sai dịng điện Vì thực tế, q trình thu thập giá trị dịng cực đại cực tiểu có gặp sai số lớn ảnh hưởng khơng nhiều đến độ xác phương pháp

3.3 Áp dụng tính tốn lưới điện nhiều phụ tải

Xét sơ đồ lưới điện phân nhánh trung áp hình vẽ

Phụ tải lưới trung áp trạm biến áp Dịng phụ tải dịng trung bình ij phía cao áp trạm xác định dựa vào số công tơ hữu công (Ar) cơng tơ vơ cơng (Ap) phía hạ áp trạm biến áp, tỷ số biến áp thời gian vận hành trạm

j tbj

pj rj j

tk U

A A i

3

2



 

j dm

pj rj

tk U

A A

3

2



với

kj =

dmh dmc

kt pa

U U U U



Dịng trung bình bình phương phía cao áp máy biến áp thứ j

i2 tbbpj = i

2 j + 

2 j với 

2

j = 2 max

36 ) (

j j j

k i

i 

* Đối với đoạn nhánh có máy biến áp dịng trung bình bình phương nhánh dịng truyền tải đoạn nhánh đó:

Ta có: i2

tbbpj = I2 tbbpi

Dịng điện trung bình (Ii) dịng trung bình bình phương (Itbbpi) truyền tải đoạn đường dây 6:

I5 = ie; 5 = e; I6 = ig; 6 = g; i2

tbbpe = i2

e + 2e = I2

tbbp5 = I2

5 + 25; i2 tbbpg = i2

g + 2 g = I2

tbbp6 = I2 + 2

6;

* Đối với đoạn đường trục cấp điện cho số nhánh:

Trên đoạn 4, dòng truyền tải tổng dòng điện (dòng truyền tải đoạn đường dây 6, đoạn đường dây dòng điện phụ tải trạm biến áp d) Theo lý thuyết xác suất, phương sai tổng n đại lượng ngẫu nhiên độc lập tổng phương sai thành phần kỳ vọng toán tổng đại lượng ngẫu nhiên độc lập tổng kỳ vọng toán thành phần

I4 = id + I5 +I6; 2 = 2

d + 2 + 2

6; I2 tbbp4 = I2

4 + 2 4; Tương tự:

I2 = ib + I4 +I3; 

2 = 

b + 

4 + 

3; I

tbbp2 = I2

2 + 

2;

I1 = ia + I2; 21 = 2a + 22; I2 tbbp1 = I2

1 + 21; Căn dịng trung bình bình phương đoạn tính được, ta tính tổn thất điện đoạn mạng tổn thất điện đường dây:

Add = I rit n

i tbbpi



1

10-3 (kWh)

Tổn thất điện máy biến áp:Aba = AFe + ACu

Aba = (

 

m j

j

P

1

0 + 3





m j

bj tbbpjR

i

1

3

10 ) t (kWh)

e I6

I5 I4 I3 I1

ia

ig ie id

ic ib

g d

a b

Điện trở cuộn dây máy biến áp xác

địnhRbj =

2

10



dm dm kj

S U P

();

Trong đó:

- n số đoạn đường dây lưới trung áp; - m số trạm biến áp tiêu thụ mạng trung áp;

- ri điện trở đoạn đường dây thứ i;

P0j, Pkj tổn thất công suất tác dụng không tải ngắn mạch máy biến áp thứ j tra bảng tra cứu;

Udm điện áp định mức phía sơ cấp máy biến áp tiêu thụ

Tổn thất điện toàn mạng:

Add = (3 i

n i

tbbpir

I 

1

10-3

+ 

 

m j

j

P

1

0 + 





m j

bj tbbpjR

i

1

3

10 ) t (kWh) với:

n số đoạn đường dây mạng trung áp; m số trạm biến áp tiêu thụ có mạng; I2

tbbpi dịng điện trung bình bình phương đoạn đường dây;

i2

tbbpj dịng điện trung bình bình phương máy biến áp

3.4 So sánh, đánh giá kết tính tốn (Tác giả đề nghị phạm vi báo giới hạn nghiên cứu mức độ lý thuyết đề xuất phương pháp tính; phần so sánh, đánh giá kết tính toán áp dụng cho lưới cụ thể làm trình bày báo dài, đề nghị trình bày nội dung nghiên cứu tiếp sau

4 KẾT LUẬN

Với phương pháp tính tốn dựa vào dịng điện trung bình bình phương (xác định thơng

qua cơng tơ đo đếm thu thập đặt trạm biến áp) thời gian vận hành lưới điện làm cho phương pháp tính trở nên thuận tiện, đơn giản Phương pháp khắc phục khó khăn cần xây dựng xác đồ thị phụ tải trạm biến áp để tính trị số thời gian tổn thất công suất cực đại đoạn đường dây nhánh j đoạn đường trục i tính tốn tổn thất điện

Để thuận tiện đơn giản cho phương pháp tính trên, với lộ trung áp cụ thể ta xây dựng cách tính theo dịng điện trung bình bình phương đầu lộ trạm biến áp trung gian (xác định thông qua công tơ tổng đặt lộ trung áp cần xét) điện trở đẳng trị toàn mạng Phương pháp dựa sở dịng điện trung bình bình phương ta coi tồn mạng trung áp có trị số điện trở gọi điện trở đẳng trị tương đương với mạng thực tổn thất công suất Giá trị điện trở đẳng trị toàn mạng giá trị quy ước xác định thông qua giá trị thu thập từ đường dây trạm biến áp tiêu thụ thời điểm khảo sát

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Đặng Ngọc Dinh, Nguyễn Hữu Khái, Trần Bách (1981) Hệ thống điện, tập 1, Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp

Đặng Ngọc Dinh, Ngô Hồng Quang, Trần Bách, Trịnh Hùng Thám (1981) Hệ thống điện, tập 2, Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp

Nguyễn Ngọc Kính (2000) Xác định phương pháp tính tổn thất điện lưới điện nơng nghiệp, Luận văn thạc sỹ KHKT

Trần Quang Khánh (1994) Xác định hao tổn công suất mạng điện phân phối, Tạp chí Năng lượng, 9: 46-52 Trần Quang Khánh (2000) Phân tích tối ưu hóa chế

www.hua.edu.vn