Xác định tổn thất điện năng dựa trên mô phỏng- 123docz.net

IV. TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG

2.2Xác định tổn thất điện năng dựa trên mô phỏng

2. Các phương pháp tính tổn thất điện năng

2.2Xác định tổn thất điện năng dựa trên mô phỏng

Mặc dù cho kết quả khá chính xác, nhưng việc xác định TTĐN theo phương pháp đo lường trên thực tế rất khó thực hiện do đòi hỏi thông tin rất chi tiết liên quan đến TTĐN từ các hệ thống đo lường và giám sát. Khi xét một khu vực lưới điện rộng, lượng thông tin sẽ rất lớn và cần đầu tư lớn cho hệ thống đo lường và giám sát. Với các mục đích nghiên cứu không yêu cầu kết quả đánh giá với độ chính xác cao, việc đánh giá TTĐN có thể dựa trên mô phỏng và tính toán giải tích HTĐ. Có nhiều nguyên nhân gây TTĐN, tuy nhiên không có phương pháp mô phỏng nào đồng thời đánh giá TTĐN do nhiều nguyên nhân. Các phương pháp thường được áp dụng riêng với từng nguyên nhân sinh ra TTĐN. Bởi vậy, khi đánh giá TTĐN trong HTĐ, để kết quả đánh giá có ý nghĩa, cần chọn phương pháp mô phỏng để đánh giá TTĐN do các nguyên nhân gây ra TTĐN lớn nhất trên HTĐ. Với chức năng chính của HTĐ là truyền tải và phân phối điện năng với dòng điện và điện áp xoay chiều, ba pha, ở tần số cơ bản (50, 60Hz), thành phần TTĐN chính trên HTĐ là do hai đại lượng này gây ra. Chính vì vậy, các phương pháp mô phỏng trình bày sau đây sử dụng ba giả thiết tính toán chung sau.

- Chỉ đánh giá được TTĐN kỹ thuật, TTĐN trên đường dây và MBA. - Lưới điện ba pha đối xứng, không có biến dạng sóng dòng điện và điện áp.

- Thành phần tổn thất phụ thuộc điện áp là hằng số trong giới hạn độ lệch điện áp dài hạn cho phép.

Như vậy, đối với các TTĐN phụ thuộc điện áp, có thể tính toán như sau: - Đối với TTĐN không tải MBA trong một trạm biến áp:

Trong đó:

Số MBA trong Trạm biến áp : Tổn thất không tải của MBA

: Thời gian đóng điện cuả trạm biến áp (h) - Đối với TTĐN do vầng quang điện trên đường dây:

: Tổn thất vầng quang trên một đơn vị chiều dài đường dây (kW/km);

L: Chiều dài đường dây (km);

: Thời gian đường dây có điện áp (h).

Đối với thành phần tổn thất phụ thuộc dòng điện xoay chiều ba pha ở tần số cơ bản, công thức tổng quát xác định thành phần tổn thất này trên một phần tử trong HTĐ có dạng như sau:

=3R. =

Trong đó: St = : Công suất tải (kVA) chạy trên phần tử đang xét; Ut: Điện áp của phần tử (kV);

R: Điện trở của phần tử (Ω); T: Thời gian xác định tổn thất (h).

Các trị số Pt, Qt, St, Ut được tính toán từ mô phỏng tính toán giải tích lưới điện. Các phương pháp mô phỏng thực chất chỉ khác nhau ở cách tính thành phần TTĐN phụ thuộc dòng điện xoay chiều ba pha ở tần số cơ bản. Tùy theo mục đích tính toán, số liệu phụ tải và lưới điện mà có thể xác định thành phần tổn thất trên đây theo các phương pháp tính toán khác nhau.

 Tính toán tổn thất điện năng theo đồ thị phụ tải điển hình.

Phương pháp này đánh giá TTĐN dựa trên những trạng thái vận hành xác lập điển hình của một khu vực lưới điện nhất định.

Các giả thiết tính toán:

- Đối với lưới điện, giả thiết lưới điện chỉ vận hành ở một vài trạng thái xác lập điển hình. Ứng với mỗi trạng thái, giả thiết có đầy đủ số liệu về sơ đồ lưới điện, thông số các phần tử trên lưới.

- Đối với nguồn và phụ tải, giả thiết biết được số liệu ĐTPT điển hình của tất cả các mạch vào ra khỏi lưới điện. ĐTPT này là số liệu ghi được của phụ tải trong quá khứ.

Hình 1.5: Sơ đồ lưới điện với các điểm đo ĐTPT điển hình

Từ giả thiết có thể thấy rằng đối với lưới truyền tải, ĐTPT của các nhà máy điện và các mạch vào ra liên kết với các lưới điện khác nhìn chung thay đổi bất định. Hơn nữa, sơ đồ và thông số các phần tử (ví dụ các thiết bị FACTS) của lưới điện cũng thay đổi nhiều trong quá trình vận hành, đặc biệt trong thị trường điện. Bởi vậy, rất khó có thể đặc trưng sự vận hành của lưới truyền tải bởi một vài trạng thái vận hành điển hình. Tuy nhiên, đối với lưới phân phối, nhìn chung sơ đồ lưới điện và ĐTPT ít thay đổi khi xét trong một phạm vi lưới đủ nhỏ, do đó phương pháp này được trình bày cho đánh giá TTĐN trong lưới phân phối với cấu trúc một nguồn cấp.

Hình 1.6: Lýới trung áp và vị trí lấy ÐTPT ðiển hình

Hình trên mô tả một sơ đồ điển hình của một lưới điện trung áp, một nguồn cấp, trong đó số liệu ĐTPT của các mạch vào Png(t), Qng(t) (nguồn từ TBATG) và ra Pt(t), Qt(t), Pg(t), Qg(t) (phụ tải thứ cấp các TBAPP và truyền sang lưới lân cận).

Có các phương pháp xác định tổn thất điện năng theo đồ thị phụ tải điển hình đó là.

- Phương pháp tính toán TTĐN dựa trên đồ thị phụ tải điển hình của các nút tải.

Khi đó ta biết Pt(t), Qt(t), Pg(t), Qg(t). Nếu các ĐTPT có dạng bậc thang với m bậc thì ứng với mỗi khoảng thời gian ∆tk, công suất của tất cả các nút tải Ptk, Qtk và nút giao điện Pgk, Qgk đều xác định. Từ đó tính toán chế độ xác lập cho lưới điện và xác định công suất chạy trên tất cả các phần tử đường dây và MBA tương ứng với ∆tk đó. Việc tính toán chế độ xác lập có thể sử dụng một công cụ phần mềm phân tích HTĐ. Lặp lại việc tính toán chế độ xác lập này cho m bậc của ĐTPT. Từ đó, TTĐN của lưới điện đang xét được tính như sau:

ALi + ABj + A0Bj)

Trong đó:

nL và nB: Số nhánh đường dây và số nhánh MBA trên lưới phân phối đang xét. ALi: TTĐN của phần tử đường dây i được xác định với giả thiết Uk = Uđm. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

ALi = P2ik + Q2ik). tk

Với Ri: Điện trở đường dây i;

Pik2 và Qik2: Công suất tác dụng và công suất phản kháng (CSPK) chạy trên đường dây i được tính từ tính toán chế độ xác lập của lưới điện trong khoảng thời gian ∆tk của ĐTPT.

Formatted: Font: Times New Roman, Vietnamese, Subscript

Deleted: Pt(t), Qt(t), Pg(t), Qg(t)

Deleted: I

ABj: TTĐN có tải của phần tử MBA j

ABj = P2ik + Q2ik). tk

∆PNj: Tổn thất ngắn mạch của MBA j. SđmBj: Công suất định mức của MBA j;

Pjk và Qjk: CSTD và CSPK chạy qua MBA j được tính từ tính toán chế độ xác lập của lưới điện trong khoảng thời gian ∆tk của ĐTPT; ∆A0Bj: TTĐN không tải của phần tử MBA j được xác định như sau:

A0Bj = P0j.T0j ∆P0j: Tổn thất không tải của MBA j. T0j: Thời gian đóng điện của MBA j

- Phương pháp tính toán TTĐN dựa trên đồ thị phụ tải điển hình của nguồn.

Khi đó ta biết ĐTPT của nguồn Png(t). Ngoài ra, giả thiết ta biết được công suất lớn nhất Ptmax hoặc điện năng tiêu thụ At của các nút phụ tải cũng như của nút giao sang lưới lân cận Pgmax hoặc điện năng giao Ag.

Phương pháp này chấp nhận một giả thiết quan trọng là ĐTPT của các nút phụ tải và nguồn có dạng giống nhau. Ngoài ra, giả thiết hệ số cos của các phụ tải lấy giá trị trung bình (cos tb). Với các giả thiết này, ĐTPT của các nút tải và nút giao điện được xây dựng như sau.

Nếu biết Ptmax và Qtmax của nút tải, công suất tại thời gian ∆tk của một nút tải nào đó được tính như sau:

Ptk = Ptmax.mk

Qtk = Ptk. Tg tb

Trong đó:

mk: là hệ số hình dáng tương đối của thời gian ∆tk trên ĐTPT Png(t)

Formatted: Dutch (Netherlands), Subscript (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Formatted: Dutch (Netherlands), Subscript

Formatted: Font: Times New Roman, Dutch (Netherlands), Subscript

mk =

Png.k: Công suất nguồn ứng với ∆tk.

Nếu biết At tiêu thụ của nút phụ tải thì tính được Ptmax của phụ tải như sau:

Ptmax =

Trong đó: Tmax: Thời gian sử dụng công suất lớn nhất của phụ tải. Vì ĐTPT của phụ tải giống ĐTPT nguồn Png(t) nên:

Tmax = .

Như vậy, quá trình tính toán tổn thất được thực hiện như sau:

+ Ứng với một thời đoạn ∆tk cuả ĐTPT nguồn điển hình, xác định Ptk và Qtk, Pgk vàQgk. Gọi các giá trị này là xấp xỉ đầu P(n)tk; Q(n)tk; P(n)gk; Q(n)gk với (n=1).

+ Tính toán chế độ xác lập của lưới điện để tính công suất cấp từ nguồn. So sánh với của ĐTPT nguồn Png(t) và xác định sai số số. Cuối cùng thực hiện bước hiệu chỉnh lại giá trị công suất các nút phụ tải và nút giao Ptkvà Qtk, Pgk và Qgk. Chẳng hạn đối với nút tải h nào đó, việc hiệu chỉnh ở bước lặp thứ (n+1) sẽ là.

Trong đó hệ số hiệu chỉnh giá trị công suất các nút phụ tải được xác định theo trọng số các nút phụ tải như sau:

+ Lặp lại bước tính toán chế độ xác lập và kiểm tra giá trị sai số PSS cho đến khi đạt sai số chấp nhận cho trước. Mục đích của việc hiệu chỉnh nhằm phân phối công suất nguồn điện Png.k cho các nút phụ tải đáp ứng phù hợp với giá trị điện năng và công suất Png.k của nguồn. Lưu các giá trị công suất chạy trên các phần tử của sơ đồ ứng với khoảng thời gian ∆tk.

Formatted: Font: Times New Roman, Dutch (Netherlands), Subscript

Formatted: Dutch (Netherlands), Subscript

Formatted: Font: Times New Roman, Subscript

Formatted: Font: Times New Roman, Subscript (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Formatted: Font: Times New Roman,

+ Lặp lại quá trình tính toán trên với các thời đoạn ∆tk còn lại của ĐTPT của nguồn, ta sẽ tính được cho mỗi phần tử của lưới điện một bộ số liệu ĐTPT công suất chạy qua phần tử đó. Từ đó tính TTĐN của lưới điện.

- Phương pháp tính toán TTĐN dựa trên đường cong tổn thất.

Hình 1.7: Tính toán TTĐN sử dụng đường cong tổn thất

Đường cong tổn thất của một lưới điện là hàm biểu diễn quan hệ giữa tổn thất công suất trên lưới điện với công suất cấp vào lưới điện đó ( ). Mục đích xây dựng đường cong tổn thất là để tính toán nhanh TTĐN của một lưới điện theo công suất cấp cho lưới đó. Do đó, hàm này được xây dựng cho một lưới điện cụ thể. Tuy nhiên, việc xây dựng hàm này trong trường hợp tổng quát không có ý nghĩa vì tổn thất công suất phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố cả về cấu trúc lưới lẫn đặc điểm tiêu thụ của các phụ tải trong lưới.

Cùng một công suất cấp cho một lưới điện có thể gây ra tổn thất công suất của lưới điện rất khác nhau. Tuy vậy, với giả thiết tính toán của phương pháp tính toán TTĐN dựa trên ĐTPT điển hình của nguồn (tất cả các phụ tải có cùng hình dạng ĐTPT với nguồn), có thể xây dựng được đường cong tổn thất ứng với một cấu trúc lưới điện điển hình. Khi đó, đường cong tổn thất được xây dựng bằng cách cho tất cả các phụ tải trên lưới tăng đều (cùng một dạng ĐTPT) từ Ptmin đến Ptmax và tính toán chế độ xác lập của lưới điện để tính

Formatted: Font: Times New Roman, Subscript

tổng tổn thất công suất của lưới điện ∆P tương ứng. Hình dạng quan hệ giữa ∆P và Png có dạng gần như bậc 2. Từ đó, nếu biết ĐTPT của nguồn Png(t) thì có thể nhanh chóng xây dựng được đồ thị tổn thất theo phương pháp đồ thị như hình trên. Từ đó tính được TTĐN của toàn lưới điện.

- Tính toán TTĐN theo thời gian tổn thất công suất lớn nhất.

Ta có công thức tính thời gian tổn thất công suất lớn nhất

Trong đó là tổn thất công suất lớn nhất Đối với đường dây có 1 phụ tải ở cuối đường dây, ta có.

+ )

Trong đó: - là thời gian tổn thất công suất lớn nhất do công suất tác dụng gây ra.

- là thời gian tổn thất công suất lớn nhất do công suất phản kháng gây ra, chúng phụ thuộc vào đồ thị của phụ tải

Nếu giả thiết hình dạng đồ thị phụ tải giống nhau, cũng có nghĩa cos của phụ tải không đổi thì = = và có thể viết.

R. =

Formatted: Font: Times New Roman, Subscript

Và =

Đối với một lưới điện, trị số thời gian tổn thất công suất lớn nhất của lưới cũng có thể tính toán theo các công thức trên từ đồ thị phụ tải điển hình của lưới điện, tuy nhiên cách tính này có thể gặp sai số lớn vì những thành phần tổn thất không phụ thuộc dòng điện trên lưới điện.

Tham số thời gian tổn thất công suất lớn nhất là một đặc trưng cho tổn thất trong quy hoạch và thiết kế lưới điện. Giá trị τ được tính toán cho các loại đồ thị phụ tải có quy luật biến đổi ổn định, sau đó đưa vào các cẩm nang để sử dụng trong quy hoạch và thiết kế điện. Trị số τ có thể tra được từ các đặc trưng khác của phụ tải là thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax và hệ số công suất cosφ.

τ = f.(Tmax, cosφ)

Khi coi cosφ của phụ tải không đổi (ổn định), giá trị τ có thể được tính toán thống kê theo Tmax của đồ thị phụ tải, cho dưới dạng bảng (Ví dụ Bảng dưới đây), đường cong hoặc theo công thức kinh nghiệm và dùng cho các đường dây cấp điện cho phụ tải. Một số công thức thường được áp dụng là:

)2.8760 (h)

max + 0.7 (h)

Trong đó Tmax là thời gian sử dụng công suất lớn nhất.

Bảng 1.1: quan hệ giữa Tmax và τ

Tmax (h) Tmax (h) Tmax (h) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

4000 2500 5500 4000 7000 5900

4500 3000 6000 4600 7500 6600

Với việc tính thời gian tổn thất công suất chỉ dựa vào các đặc trưng thiết kế của phụ tải như Pmax, Tmax, hệ số cosφ trên đây, phương pháp tính toán TTĐN theo thời gian tổn thất công suất lớn nhất chỉ áp dụng được trong công tác quy hoạch và thiết kế khi số liệu về lưới điện và phụ tải rất thiếu. Phương pháp giải tích lưới điện cũng dựa trên công suất cực đại Pt max của phụ tải và hệ số đồng thời.

Xác định tổn thất điện năng dựa trên mô phỏng

Các chế độ của hệ thống điện

Hiện trạng hệ thống điện khu vực