Phương pháp đường cong tổn thất

2.1.4. TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN

2.1.4.4. Phương pháp đường cong tổn thất

Để phân tích TTĐN trong điều kiện vận hành thì các phương pháp đơn giản đã nêu tỏ ra không thích hợp. Nhược điểm chủ yếu của các phương pháp này là:

- Sai số có thể lớn.

- Không phản ánh đặc điểm riêng của cấu trúc lưới cụ thể đang xét (đặc điểm này làm mất ý nghĩa khi nghiên cứu phân tích tổn thất)

- Không phản ánh các yêu tố về phương thức vận hành (do đó không cho phép tối ƣu hóa chế độ vận hành theo chỉ tiêu giảm tổn thất).

- Chứa ít thông tin trong kết quả.

Các phương pháp tính chính xác nhằm khắc phục các nhược điểm trên đồng thời cũng chú ý đến tính thuận tiện khi sử dụng, có thể chia làm hai nhóm các phương pháp tính chính xác:

- Tính trực tiếp: Thực chất là tính toán cụ thể bằng các chương trình tính TTĐN từng giờ theo biểu đồ phụ tải thực, thuộc về nhóm này là các phương pháp số, phương pháp phân tích phổ… Nhược điểm của phương pháp là đòi hỏi nhiều số liệu thống kê, khối lƣợng tính toán lớn, khó phân tích kết quả.

- Tính gián tiếp: Thực chất là xây dựng đặc trƣng các hàm tổn thất, dựa vào đó có thể tính tương đối đơn giản nhưng chính xác TTĐN. Ưu điểm của

phương pháp là đảm bảo độ chính xác cao, đồng thời chứa đựng nhiều thông tin, có thể ứng dụng hiệu quả khi nghiên cứu các biện pháp giảm tổn thất.

Để khắc phục các nhược điểm trên, ta sử dụng phương pháp đường cong tổn thất để xác định TTĐN. Nội dung phương pháp là xây dựng các đặc trưng cơ sở của hàm tổn thất, dựa vào đó có thể tính tương đối đơn giản nhưng chính xác tổn thất điện năng. Ưu điểm của phương pháp là tương đối đơn giản, bảo đảm độ chính xác cao, đồng thời chứa đựng nhiều thông tin có thể ứng dụng khi nghiên cứu các biện pháp giảm tổn thất.

2.1.4.4.2. Tính toán TTĐN bằng phương pháp đường cong tổn thất Ở trên đã trình bày phương pháp tính chính xác TTCS trong mạng lưới cung cấp điện, khi cho đầy đủ các thông số của các phần tử, phương pháp cho phép nhận đƣợc kết quả với độ chính xác cao trị số TTCS ứng với trị số công suất đã cho của phụ tải các nút. Về nguyên tắc có thể tính TTCS cho cả đồ thị phụ tải (theo từng giờ chẳng hạn, nếu coi công suất không đổi trong mỗi giờ) từ đó xác định TTĐN, tuy nhiên cách làm nhƣ vậy tồn nhiều thời gian mà vẫn mắc nhiều hạn chế:

- Trước hết trị số tổn thất chỉ có ý nghĩa với đúng đồ thị cụ thể đã tính toán, chưa thể nói gì về đặc trưng chung của lưới điện.

- Đồ thị phụ tải có đƣợc vốn chỉ là do đo đạc thống kê điển hình, nên tuy chính xác với một số liệu cụ thể (của biểu đồ đã cho) nhƣng lại ít ý nghĩa chính xác khi ứng dụng (vì ít khi lặp lại đúng một biểu đồ nhƣ vậy).

- Một hạn chế cơ bản khác là trong kết quả nhận đƣợc chứa đựng rất ít thông tin để người sử dụng có thể phân tích đánh giá các đặc trưng tổn thất của lưới, trừ khi tiến hành hàng loạt tính toán.

Thực chất của phương pháp đường cong tổn thất là tiến hành các tính toán trên cơ sở đồ thị phụ tải điển hình, có thể xây dựng đƣợc từ tính toán, đo đạc thực tế, từ đó xác định các đặc trưng riêng của lưới (dưới dạng đường cong hoặc các đại lƣợng tính toán).

2.1.4.4.3. Đường cong tổn thất công suất trong lưới điện cung cấp

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 đáng khá ổn định. Vì vây, một phương thức vận hành tương ứng với một cấu trúc, một phương án điều khiển đã lựa chọn thì các đặc trƣng tổn thất cũng có thể coi là xác định. Nói riêng, có thể xét đường cong quan hệ:

P = f(P) (2.32) Trong đó: - P: Tổng TTCS trong lưới.

- P: Tổng công suất thanh cái của mạng lưới cung cấp điện.

Đường cong (hình 2.3) 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 nhƣ sau:

Giả thiết biết dạng biểu đồ phụ tải và cos  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 P ứng với mỗi thời điểm của biểu đồ phụ tải (ví dụ theo giờ trong ngày). Kết quả nhận được cho phép xây dựng đường cong TTCS từ P của biểu đồ phụ tải thanh cái. Rõ ràng đường cong xây dựng được có tính xác định cao nếu thực tế cos 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 dạng có thể xác định đƣợc TTĐN tổng trong ngày thông qua biểu đồ tổng công suất thanh cái.

Trên hình 2.3 trình bày quá trình xây dựng biểu đồ TTCS và xác định TTĐN nhờ sử dụng đường cong tổn thất, 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

.

(2.33)

Hình 2.3: Xây dựng biểu đồ TTCS và xác định TTĐN sử dụng đường cong tổn thất.

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:

Pi PktPt

(2.34) Từ đó TTĐN đƣợc tính nhƣ sau:

 P P t dt  P P t

A

t

ti oi ti

oi    





  ( )  .

0 (2.35)

TTĐN trong một ngày (24h) sẽ là:

(2.36) với:

- A0: TTĐN không tải, không phụ thuộc vào sự biến đổi của phụ tải, phụ thuộc vào tổn hao không tải của các máy biến áp trong lưới là chính.

-At: TTĐN tải, phụ thuộc vào sự biến thiên công suất tiêu thụ của tải theo thời gian cũng như cấu trúc của lưới điện.

Tính 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 cos, phép tính khá đơn giản, nhƣng độ chính xác chỉ đủ cao khi dạng của biểu đồ phụ tải các nút và











 24

1 0

i

Ati

A A

cos 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 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.

2.1.4.4.4. Phương pháp tính toán để xây dựng đường cong tổn thất Từ những phân tích trên, ta thấy rằng để xây dựng được các đường cong tổn thất phải tiến hành tính toán phân bố công suất cho lưới cung cấp điện với nhiều giá trị khác nhau về công suất của phụ tải. Bằng cách cho giá trị công suất của các phụ tải thay đổi từ Pmin cho đến Pmax, giá trị Pmax ở đây là trị số công suất của các phụ tải sau khi đã tính toán với hệ số đồng thời, ứng với mỗi giá trị công suất ta phải tính toán phân bố, xác định trị số tổn thất.

Sau khi kết thúc quá trình tính toán, ta sẽ có đƣợc các cặp giá trị của Ptc và P, với các cặp giá trị này, ta xây dựng đường cong tổn thất cho lưới cung cấp điện có thể giải tích hóa đường cong bằng các phép xấp xỉ, tiệm cận, trên cơ sở đó xây dựng các công cụ thuận tiện dạng chương trình máy tính để phân tích TTĐN trong quá trình vận hành HTCCĐ.

2.1.4.4.5. Ứng dụng của đường cong tổn thất trong thiết kế, vận hành Phương pháp đường cong tổn thất khắc phục được một phần các nhược điểm của các phương pháp tính TTĐN đã nêu trên, đồng thời cũng chú ý tới tính thuận tiện khi sử dụng, ngoài việc xác định trực tiếp TTĐN, từ đường cong TTCS và biểu đồ phụ tải điển hình, còn có thể xác định đƣợc các đại lƣợng đặc trƣng sau đây:

- Trị số TTCS lớn nhất Pmax

- Thời gian TTCS lớn nhất (tính theo số giờ trong năm).

365

max

 

  P

 A

(2.37) - Tỷ lệ TTCS lớn nhất tính theo phần năm: P%min.

Hình 2.4: Đường cong tổn thất Hình 2.5: Họ các đường cong tổn thất Nếu xây dựng được các đường cong tổn thất thì có thể có được một công cụ rất hiệu quả để giải các bài toán khác nhau, liên quan đến tính kinh tế - kỹ thuật khi thiết kế, vận hành mạng lưới cung cấp điện. Đường cong xây dựng được có dạng như hình 2.4, tồn tại một tiếp tuyến từ góc tọa độ tới đường cong (tại điểm a), hệ số góc của tiếp tuyến thể hiện tỷ lệ tổn thất ít nhất có đƣợc đối với lưới cung cấp điện trong phương thức đang vận hành. Hiệu quả tối ưu này ứng với một miền hẹp của biểu đồ phụ tải (xung quanh công suất Pa).

Khi phụ tải thấp (dưới miền tối ưu), tỷ lệ tổn thất tăng do tổn hao không tải, còn khi phụ tải cao, tỷ lệ tổn thất cũng tăng do tải qua các trạm biến áp tăng và sụt áp quá lớn trên các đường dây. Như vậy phân tích biểu đồ phụ tải có thể dễ dàng đánh giá đƣợc tổn thất đang ở trạng thái nào. Khi đó ứng với mỗi trường hợp cách xử lý giảm tổn thất sẽ khác nhau, trường hợp đầu, tổn thất có thể giảm đƣợc bằng cách tối ƣu hóa số lƣợng có máy biến áp làm việc để giảm tổn thất không tải. Trường hợp sau, cần nghĩ đến các khả năng cải thiện cos đặt thêm thiết bị bù, nâng cao khả năng tải của các phần tử mạng điện, tối ƣu hóa sơ đồ vận hành mạng điện…

Để đánh giá hiệu quả các biến pháp kỹ thuật, có thể xem xét sự biến dạng của đường cong. Hiệu quả của biện pháp kỹ thuật phải được thể hiện là TTĐN ứng với tổn biểu đồ phụ tải thấp nhất (xác định theo phương pháp đã nêu). Khi thay đổi phương thức vận hành (phân loại lưới, chuyển đổi đầu phân áp các trạm, đóng cắt dung lượng bù…), có thể xây dựng được một họ các đường cong tổn thất (hình 2.5), sử dụng họ đường cong có thể xác định được thời điểm và phương án chuyển đổi phương thức vận hành hợp lý (về phương diện giảm tổn thất). Chẳng hạn, chuyển đổi phương thức vận hành theo các điểm phân chia công suất P1, P2 trên hình 2.5 có thể đảm bảo được TTCS luôn đi theo đường bao phía dưới của họ đường cong, khi đó tổng sẽ là nhỏ nhất.

Đường cong còn đặc biệt tiện lợi khi đánh giá hiệu quả các phương tiện bù, bởi vì các đường cong TTCS khi có và không có bù cho phép xác định độ giảm TTĐN tổng hàng năm, một chỉ tiêu chủ yếu so sánh hiệu quả kinh tế.

Vì vậy, tác giả chọn phương pháp này để tính toán TTĐN cho lưới điện phân phối trung áp TP Quảng Ngãi.