CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI, TỔN THẤT CÔNG SUẤT VÀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG
1.7. Các phương pháp xác định tổn thất điện năng
Giả sử quy luật biến thiên của dòng điện như Hình 1.3a và 1.3b, hệ tọa độ I-t.
Chia trục hoành (t) thành n đoạn bằng nhau với độ dài ∆t. Như vậy việc xác định TTĐN được thay bằng việc tính diện tích các hình chữ nhật (Hình 1.3a) hay hình thang (Hình 1.3b).
Biểu thức dưới dấu tích phân trong trường hợp thứ nhất sẽ bằng:
t n I
t t I dt
I
T
o
n t n
t t
t . . .
1 2 1
2
2 (1.13)
Hình 1.3: a. Đồ thị phụ tải chữ nhật hóa Hình 1.3:b. Đồ thị phụ tải hình thang hóa
Trường hợp thứ hai:
1
1 2 2
2
2 2
. 2
n
t t n
o T
o
t n
dt t (1.14)
Khi I0 = In công thức (1.14) sẽ nhận được dạng (1.13)
Theo phương pháp này TTĐN [kWh] được xác định theo công thức:
3 1
2.10 .
3
n
t
It
n R t
A (1.15)
Hoặc:
1 3 1
2 2
2
0 2 .10
.2 3
n
t t
n I
I n I
R t
A (1.16)
Trong đó thứ nguyên của I [A], S[kVA], U[kV]
Phương pháp tích phân đồ thị có độ chính xác cao, nhưng khó thực hiện.
Khi tính toán thực tế không sử dụng đồ thị phụ tải năm mà sử dụng đồ thị phụ tải ngày đặc trưng. Việc tính toán TTĐN không đảm bảo được chính xác vì trong hệ thống luôn có sự thay đổi thường xuyên và không thường xuyên của những ngày khảo sát [1].
1.7.2. Phương pháp thời gian tổn thất công suất lớn nhất:
a. Phương pháp τ:
Đây là một trong các phương pháp đơn giản và sử dụng thuận tiện nhất. Trong các trạng thái, ta chọn trạng thái có tổn thất công suất lơn nhất, và ta tính tổn thất công suất ở trạng thái này gọi là ∆Pmax. Tổn thất điện năng trong một năm bằng tích số của ∆Pmax với thời gian tổn thất công suất lớn nhất .
Thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax là thời gian mà hộ tiêu thụ là việc với phụ tải cực đại Pmax thì điện năng nó tiêu thụ bằng điện năng tiêu thụ thực tế trong năm[2].
8760
0 max
maxT P dt
P
A t (1.17)
Trong đó:
max 8760
0 2
max P
dt P T
t
(h)
(1.18)
Thời gian TTCS lớn nhất τ: là thời gian mà trong đó nếu mạng điện liên tục tải một lượng công suất lớn nhất Pmax (hay Imax) thì sẽ gây TTĐN trong mạng điện vừa đúng bằng TTĐN thực tế của mạng điện sau một năm vận hành.
. .
...
.
.1 2 2 max
1t P t P t P
P
A n n
8760
0 2 2
max 3
3RI R Itdt
(1.19)
Trong đó:
2 max 8760
0 2
I dt
It (1.20 )
Giá trị τ phụ thuộc vào đồ thị phụ tải và tính chất hộ tiêu dùng điện.
Để xác định người ta thường áp dụng các công thức sau:
- Công thức kinh điển:
8760 ) 10 124
, 0
( Tmax 4 2 (1.21)
- Công thức Valander:
2 max max
87 8760 , 8760 0
T
T (1.22)
- Công thức Kenzevits:
max min
max min max
max
max 1
2 1 8760
. 8760
P P P
T P
T T (1.23)
- Để nâng cao độ chính xác khi thời gian tính toán bé ta dùng công thức:
2
max min
max min max
max
max 1
1 2
2 P
P P
P T
T T T T
T
(1.24)
Tra đường cong = f(Tmax, cos ), các đường cong này đã được tính toán với một số biểu đồ điển hình của phụ tải, với những Tmax, cos khác nhau (thắp sáng, phụ tải công nghiệp, phụ tải sinh hoạt, …). Trong đó quy ước là cos suốt năm không thay đổi, điện trở đường dây không phụ thuộc vào nhiệt độ.
- Các công thức để xác định τ đều là gần đúng, lấy theo thực nghiệm và tiệm cận hoá, và nhất là xác định được dựa trên cơ sở lưới điển hình, có cấu trúc tiêu chuẩn. Với lưới điện Việt Nam sẽ không phù hợp. Ngoài ra nhận thấy rằng, cơ sở để xác định lại là Tmax và cos cũng rất bất định. Cos trong lưới rất không đồng nhất nên chỉ có thể chấp nhận trị số trung bình. Còn Tmax = A/Pmax lại càng bị phụ thuộc nhiều vào cách lấy mẫu thống kê[2].
b. Phương pháp p và q [2]:
Thời gian tổn thất công suất lớn nhất được tách ra làm hai phần p và q. Phương pháp này làm chính xác hơn trị số tổn thất điện năng cần tìm, nhưng phải có thêm thông tin về đồ thị của công suất phản kháng Q.
q q p
p P
P
A . . (1.25)
∆Pp, ∆Pq là thành phần tổn thất công suất tác dụng do P và do Q gây ra.
p và q làthời gian tổn thất do công suất tác dụng và công suất phản kháng đi qua
1.7.3. Phương pháp đường cong tổn thất[11]
Hoạt động của hệ thống cung cấp điện ít nhiều mang tính ngẫu nhiên và bất định. Tuy nhiên tính quy luật và có điều khiển vẫn là chủ đạo. Chẳng hạn đồ thị phụ tải mang tính ngẫu nhiên nhưng hình dáng khá ổn định. Vì vậy, một phương thức vận hành tương ứng với một cấu trúc, một phương án điều khiển đã lựa chọn thì các đặc trưng tổn thất cũng có thể coi là xác định. Nói riêng, có thể xét đường cong quan hệ: ∆P∑ = f(P∑)
Trong đó:
∆P∑: Tổng TTCS trong lưới.
P∑: Tổng công suất thanh cái của mạng lưới cung cấp điện.
Đường conng tổn thất có thể xây dựng bằng đo đạc hoặc tính toán. Tuy nhiên phép đo thực tế rất phức tạp, bởi đòi hỏi phải xác định đồng thời trị số công suất của
tất cả các nút phụ tải và nguồn cung cấp. Bằng tính toán, đường cong có thể xây dựng như sau:
Giả thiết biết dạng biểu đồ phụ tải và cosφ của tất cả các nút (hoặc nhóm nút) phụ tải. Coi thanh cái cung cấp là nút cân bằng, tính toán phân bố dòng và xác định TTCS tổng ΔPΣ ứng với mỗi thời điểm của biểu đồ phụ tải (ví dụ theo giờ trong ngày). Kết quả nhận được cho phép xây dựng đoạn đường cong TTCS từ PΣmin đến PΣmax của biểu đồ phụ tải thanh cái. Rõ ràng đường cong xây dựng được có tính xác định cao nếu thực tế cosφ và tỷ lệ công suất giữa các nút ít thay đổi. Đây là giả thiết duy nhất và có thể chấp nhận được với phương pháp xây dựng đường cong tổn thất.
Khi cấu trúc lưới và phương thức vận hành thay đổi, một họ đường cong tương ứng cần được xây dựng.
Với một cấu trúc lưới và một phương thức vận hành hoàn toàn xác định (khi đó sẽ tồn tại một đường cong tổn thất duy nhất) dễ dàng có thể xác định được TTĐN tổng trong ngày thông qua biểu đồ tổng công suất thanh cái. Diện tích của biểu đồ TTCS chính là TTĐN và có thể tính theo phương pháp tích phân đồ thị:
n
i
i
i t
P A
1
. (1.26) Hoặc có thể xác định TTĐN bằng phương pháp tính toán. Do TTCS gồm có 2 thành phần là tổn thất tải và tổn thất không tải, tại mỗi thời điểm vận hành ta có biểu thức xác định TTCS :
ΔPi = ΔPkt +ΔPt (1.27) Từ đó TTĐN được tính như sau:
t P P
dt t P P
A oi ti
t
o
ti
oi . .
TTĐN trong 1 ngày (24h) sẽ là:
24 o i
ti
o A
A A
(1.29)
ΔA0: TTĐN không tải, không phụ thuộc vào sự biến động của phụ tải, phụ thuộc vào tổn hao không tải của các máy biến áp trong lưới là chính.
ΔAt: TTĐN tải, phụ thuộc vào sự biến thiên công suất tiêu thụ của tải theo thời gian cũng như cấu trúc của lưới điện.
Độ chính xác của đường cong hay nói đúng hơn là độ phù hợp của đường cong với thực tế phụ thuộc vào mức độ đầy đủ của các thông tin có được. Chẳng hạn, khi không có biểu đồ phụ tải các nút mà chỉ biết phân bố phụ tải các nút ở một vài thời điểm quan sát. Khi có đường cong vẫn có thể xây dựng được bằng cách
thay đổi tỷ lệ công suất các nút và giữ nguyên cosφ phép tính khá đơn giản, nhưng độ chính xác chỉ đủ cao khi dạng của biểu đồ phụ tải các nút và cosφ ít thay đổi.
Sự quan sát thống kê lâu năm tại một lưới cung cấp điện có thể cho phép chính xác hóa dần đường cong tổn thất xây dựng cho lưới. Cần lưu ý rằng điểm khởi đầu của đường cong tổn thất không đi qua gốc tọa độ, bởi vì ngay cả khi không tải trong lưới điện đã tồn tại một lượng tổn hao không tải nhất định.
Hình 1.4. Xác định TTĐN bằng đường cong tổn thất 1.7.4. Phương pháp dòng điện trung bình bình phương[10]
Itb là dòng điện quy ước có giá trị không đổi chạy trên đường dây trong suốt thời gian T và gây nên lượng TTĐN ∆A bằng lượng TTĐN do dòng điện biến thiên thực tế gây ra.
T RI dt RI
A tb
T
o
t 3 .
3 2 2 (1.30)
Với thời gian một năm ta có:
8760
0 2
) ( 2
dt I I
T t tb
(1.31)
Dòng điện Itb có thể xác địnhđược nếu biết đồ thị phụ tải năm theo thời gian t. Nếu đồ thị phụ tải dưới dạng công suất thì
t U R A Stn2. .
2 (1.32)
Trong đó:
R: Điện trở tác dụng của đường dây [Ω]
t: Thời gian tính toán [h]
Giá trị Itb có thể tính gần đúng theo công thức kinh nghiệm Dalesxky:
Itb = Imax(0,12 + Tmax.10-4) (1.33) Hoặc theo dòng điện cực đại và thời gian TTCS cực đại τ:
max max
I T
Itbbp (1.34)
Giá trị các đại lượng τ, Tmax được xác định phụ thuộc vào tính chất phụ tải hoặc qua các số liệu thống kê. Phương pháp này chỉ đúng khi chúng ta xác định được chính xác các giá trị trên.
1.7.5. Phương pháp xác định điện năng tiêu thụ.
Theo [10], lượng điện năng tiêu thụ trong khoảng thời gian t được xác định trên cơ sở đồ thị phụ tải năm của chúng. Diện tích giới hạn bởi trục tung và đường cong P(t) của đồ thị xác định điện năng tiêu thụ trong khoảng thời gian t, ta có.
T tdt P A
0
(1.35)
Theo [2], trị số TTĐN trong bất kỳ một phần tử nào của mạng điện đều phụ thuộc vào tính chất và sự thay đổi của phụ tải trong thời gian khảo sát. Trong thời gian khảo sát t, nếu phụ tải của mạng điện không thay đổi và có tổn thất công suất tác dụng là ∆P thì tổn thất điện năng sẽ bằng:
∆A = ∆P.t (1.36)
Nhưng thực tế, phụ tải của đường dây luôn luôn thay đổi theo thời gian, vì vậy phải dùng phương pháp tích phân để tính TTĐN
t
dt P A
0 (1.37)
1.7.6. Phương pháp sử dụng phần mềm ứng dụng.
Hiện nay có rất nhiều phần mềm để tính toán các chế độ trong hệ thống điện như: PSS/ADEPT, PSS/E, POWERWORLD, CONUS, ETAP... các phần mềm đều có nhiều chức năng và phạm vi ứng dụng của mỗi phần mềm khác nhau. Phần mềm PSS/ADEPT áp dụng cho lưới điện cao thế đến hạ thế với số lượng nút không giới hạn và đã được sử dụng tính toán cho lưới phân phối khá phổ biến. Hiện nay các Công ty Điện lực nói chung và Công ty Điện lực Lâm Đồng nói riêng đang sử dụng phần mềm PSS/ADEPT để tính toán tổn thất công suất, tính toán bù...Phần mềm
PSS/ADEPT giúp phân tích và tính toán lưới phân phối. Trong đó, tính toán và hiển thị các thông số về dòng (I), công suất (P, Q) của từng tuyến dây, đánh giá tình trạng mang tải của tuyến đường dây thông qua chức năng Load Flow Analysis (phân bố công suất). Cho biết các thông số về tổn thất công suất của từng tuyến đường dây để từ đó có phương án bù công suất phản kháng nhằm làm giảm tổn thất công suất của từng tuyến thông qua chức năng CAPO.
1.7.7. Phương pháp tính theo quy định của EVN.
Do đặc thù của lưới điện phân phối có khối lượng đường dây và trạm biến áp phụ tải lớn, công suất phụ tải biến đổi liên tục theo thời gian nên trong phạm vi sai số cho phép trong công tác quản lý vận hành và quản lý kinh doanh điện năng. Tập đoàn Điện lực Việt Nam sử dụng thống nhất phương pháp tính tổn thất điện năng như sau:
24
o i
ti
o A
A
A = ΔP0.T +ΔPMax .T.Kđt (1.38)
Trong đó:
- ΔA: Tổn thất điện năng trong giai đoạn đang xét (kWh).
- ΔP0: Tổn thất công suất không tải (kW).
- ΔPmax: Tổn thất công suất tại thời điểm công suất cực đại của lưới điện (kW).
- T: Thời gian tính toán của giai đoạn xem xét TTĐN (giờ).
- Kđt: Hệ số đồ thị phụ tải ảnh hưởng đến TTĐN trong giai đoạn tính toán.
24
1
2
max 24
) 1
( x
S
Kđt Si (1.39)