Giáo Trình Cung Cấp Điện

Trong thành phần thiết kế cải tạo hệ thống cung cấp điện bao gồm các vấn đề phân tích hiệntrạng mạng điện, tính toán phụ tải và cân bằng công suất, xác định vị trí của trạm biến áp vàtrạ

nó chi phối hầu như toàn bộ nền kinh tế quốc dân Thêm vào đó, nhu cầu điện năng khôngngừng gia tăng, đòi hỏi hệ thống điện không ngừng phát triển theo thời gian và không gian.Đồng thời các yêu cầu về chất lượng và độ tin cậy đối với hệ thống điện cũng ngày càngnghiêm ngặt hơn.

Hệ thống điện là tập hợp các trang thiết bị biến đổi, truyền tải và phân phối điện năng,đòi hỏi chi phí rất lớn về thiết bị và vốn đầu tư Trong thành phần giá thành của các sản phẩmcông nghiệp giá trị điện năng chiếm một tỷ lệ rất đáng kể, ví dụ trong ngành sản xuất nhôm cótới 50 ÷ 60% giá trị sản phẩm thuộc về điện năng Việc thiết kế xây dựng hệ thống cung cấpđiện hợp lý sẽ góp phần là giảm giá thành sản phẩm, nâng cao hiệu quả kinh tế của các xínghiệp và nâng cao tính cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường Các vấn đề thiết kế và vậnhành hệ thống điện phải được nhìn nhận từ chính từ góc đó

Thiết kế hệ thống cung cấp điện trong điều kiện kinh tế thị trường đòi hỏi sự nhạy béntrong việc lựa chọn thiết bị và các phương án Bài toán phân tích so sánh các phương án cần cónhiều thông tin kinh tế, kỹ thuật liên quan đến phương án lựa chọn Với sự phát triển khoa học-

kỹ thuật có rất nhiều công nghệ, thiết bị mới được áp dụng trong sản xuất, một loại thiết bị nhấtđịnh có thể được sản xuất bởi nhiều hãng khác nhau với các đặc tính kinh tế-kỹ thuật khácnhau Việc lựa chọn thiết bị phù hợp với điều kiện cụ thể không những đòi hỏi người thiết kếphải có sự am hiểu về thiết bị, mà còn phải có kinh nghiệm thực tế Đó là yêu cầu hết sức khókhăn đối với những người mới bắt đầu Những người ‘non gan” khi thiết kế thường chỉ chútrọng đến yêu cầu kỹ thuật, điều đó có thể dẫn đến sự kém hiệu quả của phương án lựa chọn.Các phương án lựa chọn không chỉ đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật mà còn phải có hiệu quảkinh tế cao

Các giai đoạn vòng đời của dự án bao gồm toàn bộ quá trình thay đổi: sự hình thành ýtưởng (đặt vấn đề, nhiệm vụ), phương tiện thực hiện (giải các bài toán), các giai đoạn thực hiện,các kết quả đạt được và sự kết thúc dự án (quyết toán và giải pháp phát triển – dự án mới) Nhưvậy, để dự án được thực hiện thuận lợi, cần phải có sự điều khiển nó Để thực hiện điều đó cầnphải phân chia dự án thành các tiểu hệ thống phả hệ và các bộ phận cấu thành Cấu trúc của dự

án bao gồm: Các cấu thành sản phẩm dự án, các giai đoạn của vòng đời dự án, các phần tử cấutrúc tổ chức

1.2 Quá trình hình thành dự án cung cấp điện

Dự án cung cấp điện có thể là xây dựng hệ thống cung cấp điện mới, cũng có thể là cảitạo phát triển hệ thống đã có Cũng giống như bất cứ một dự án nào khác, dự án cung cấp điệnđược bắt đầu từ nhu cầu thực tế Khi đã được sự đồng ý của các cấp có thẩm quyền, sẽ tiến hànhchuẩn bị các tư liệu cần thiết để thực hiện các giai đoạn tiếp theo Quá trình hình thành dự áncung cấp điện bao gồm nhiều giai đoạn: Nghiên cứu tiền khả thi, thiết kế sơ bộ, thiết kế chi tiết,thực thi dự án Nếu dự án được thực hiện theo yêu cầu về chính trị, xã hội thì bỏ qua giai đoạnnghiên cứu tiền khả thi

1.2.1 Nghiên cứu tiền khả thi

Trước khi đưa ra quyết định về sự thực hiện dự án, cần xem xét dưới các góc độ khácnhau trong suốt cả vòng đời của nó Muốn vậy trước hết cần tiến hành nghiên cứu tiền khả thi,bao gồm các phân tích về kỹ thuật, thương mại, tài chính, kinh tế, tổ chức, xã hội và môi trường.Mục đích cơ bản của các phân tích này là đánh giá khả năng thực thi dự án trên cơ sở xác định

sơ bộ hiệu quả kinh tế và tính khả thi tài chính Việc nghiên cứu tiền khả thi được thực hiệnngay sau khi đề xuất về dự án được chấp nhận Để bước đầu có thể đánh giá một cách tổng thểtiềm năng của dự án, các số liệu được đưa ra trong dự án được xem xét trong dải biến thiên thực

tế của từng thông số với mục đích là ước tính sức hấp dẫn của dự án cũng như khả năng tiếnhành các bước tiếp theo Trong giai đoạn nghiên cứu tiền khả thi cần tiến hành giải quyết cácvấn đề sau:

- Thu thập thông tin và các dữ liệu cần thiết, liên quan đến sự thực hiện dự án;

- Phân tích sơ bộ các phương án cạnh tranh và lựa chọn phương án khả thi cho việc nghiêncứu chi tiết;

- Đánh giá khối lượng và hiệu quả đầu tư, xác định phương pháp và cơ cấu tài chính, đảmbảo vòng đời hoạt động tối đa của dự án

Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu sơ bộ về đầu tư dự án, tiến hành thiết lập các văn bản

có tính pháp lý về yêu cầu vốn đầu tư để gửi đến các tổ chức và cá nhân có liên quan Sau khiquá trình thương thảo kết thúc thành công, cần tiến hành thiết lập cơ cấu các thành viên thamgia dự án

Thường thì các số liệu ở bước này còn mang tính ngẫu nhiên với sự bất định cao, dảibiên thiên của các tham số khá rộng, việc đánh giá dự án mang tính xác suất Trong một tìnhhuống nhất định cần xác định kỳ vọng toán hiệu quả, nếu giá trị này tỏ ra hấp dẫn thì sẽ tiếnhành các bước xem xét tiếp theo

1.2.2 Nghiên cứu khả thi

Nhiệm vụ chính của giai đoạn này là chính xác hoá lại các chỉ tiêu, tham số chính của

dự án để chứng tỏ rằng dự án sẽ thành công Ở giai đoạn này cần phân tích một cách chi tiết cácchỉ tiêu có ảnh hưởng quyết định để rút ra kết luận một cách chắc chắn tính khả thi của dự án.Việc nghiên cứu khả thi đòi hỏi phải có số liệu tương đối đầy đủ và tin cậy Vấn đề thu thậpthông tin và xử lý số liệu là những bài toán bước đầu hết sức cần thiết đối với mỗi dự án

1.2.2.1 Điều tra số liệu:

Thông tin là "nguyên liệu" tối cấn thiết cho dự án công trình điện Thông tin được thuthập từ các nguồn khác nhau như:

+ Các dự án phát triển kinh tế.

+ Các tài liệu, sổ tay thiết kế, tính toán

+ Số liệu lưu trữ về sản xuất và tiêu thụ điện năng

n - số phần tử tối thiểu cần khảo sát (kích thước mẫu)

kν - hệ số biến động, xác định theo biểu thức:

M(x), σ(x) - kỳ vọng toán và độ lệch chuẩn của tham số x cần khảo sát;

s - sai số tương đối cho phép;

β - bội số tản, phụ thuộc vào độ tin cậy tính toán có thể lấy giá trị trong khoảng 1,5÷2,5

Số liệu sau khi thu thập, được trình bày dưới dạng bảng biểu theo nguyên tắc thống kê

1.2.2.2 Xử lý số liệu:

a) Đánh giá sai số.

Có 3 loại sai số có thể mắc phải trong quá trình thu thập số liệu là: sai số thô, sai số hệthống và sai số ngẫu nhiên

* Sai số thô: Trong khi đo đếm đôi khi ta gặp những kết quả sai khác nhiều so với các số

liệu bên cạnh Cần phải nghĩ ngay là có thể đó là sai số thô do những sai lầm, sơ suất trongquá trình thu thập số liệu gây ra Coi đó là giá trị nghi ngờ, ta cần phải kiểm tra để loại trừnhững nghi ngờ đã xuất hiện

Giả thiết sự phân bố xác suất của chuỗi số liệu tuân theo quy luật chuẩn, lúc đó theo quytắc "ba xích ma" ta có:

Xmax= M(x) + 3σ (x)

Xmin= M(x) - 3σ (x) (1.3)

So sánh giá trị nghi ngờ với các giá trị Xmax, Xmin nếu xn.ng < Xmin hoặc xn.ng > Xmax thì ta

có thể gạt bỏ ra khỏi dãy số liệu cần xử lý

* Sai số hệ thống: Do những nguyên nhân không thể khắc phục được mà ở mỗi phép đo

đều có chứa một sai số nhất định gọi là sai số hệ thống Đây là sai số có thể dự đoán trướcđược một khi đã biết quy luật biến thiên của các trị số trong các điều kiện đo cụ thể Do đó

có thể dùng các biện pháp khác nhau để loại trừ sai số hệ thống Chẳng hạn kiểm tra sai số hệthống bằng thiết bị đo chính xác hơn

* Sai số ngẫu nhiên: Trong quá trình đo đếm có thể có rất nhiều nguyên nhân không

thể lường trước dẫn đến những sai số của phép đo, mà người ta gọi là sai số ngẫu nhiên Sai

số này phụ thuộc vào phương sai của đại lượng đo và có thể hiệu chỉnh theo biểu thức

n

s βσ(x)

Trong số các loại sai số có thể phân biệt 2 dạng sai số là sai số tĩnh và sai số động Sai

số tỉnh suất hiện đối với các phép đo một đại lượng không đổi theo thời gian, còn sai số độngxuất hiện khi phép đo được thực hiện đối với tham số biến đổi theo thời gian Sai số độngcàng lớn nếu thời gian của phép đo càng dài Để phân tích sai số động có thể áp dụng hiệpphương sai, giả thiết là trong thời gian đo kỳ vọng toán của đại lượng đo không đổi

b) Xác định các đại lượng đặc trưng của tập mẫu.

- Kỳ vọng toán hay giá trị trung bình

x n X x M

1

1 )

Trong đó: xi - Giá trị quan sát thứ i

- Phương sai tập mẫu

n

x M x x

=

2))((

- Độ lệch trung bình bình phương

) ( )

)(

x M

1.2.3 Đánh giá hiện trạng mạng điện

Trong trường hợp dự án cung cấp điện được tiến hành tại các khu vực đang có lướiđiện, thì trước hết cần có những nghiên cứu đánh giá hiện trạng mạng điện Việc đánh giá hiệntrạng mạng điện được tiến hành với những bài toán cơ bản sau:

1.2.3.1 Đánh giá nguồn điện:

Phân tích và đánh giá tiềm năng của nguồn điện có thể khai thác ở địa phương như:nhiệt năng, thuỷ năng, phong năng vv Đối với mạng điện được cung cấp từ lưới quốc gia thìnguồn điện là các trạm trung gian và mạng cung cấp Cần phân tích đánh giá khả năng phát triểncủa trạm biến áp trung gian để đáp ứng cho nhu cầu phát triển của mạng điện vùng

1.2.3.2 Đánh giá khả năng mang tải của mạng điện

1) Khả năng mang tải của các trạm biến áp

Hệ số mang tải trung bình của các trạm biến áp được xác định theo biểu thức:

n

tb mt

S

S

Stb, Sn - công suất trung bình và công suất định mức của máy biến áp

Công suất trung bình được xác định theo biểu thức:

ϕ cos

T

A

Stb =Trong đó:

A – điện năng truyền tải qua máy biến áp trong khoảng thời gian khảo sát T;

cosϕ - hệ số công suất trung bình của phụ tải

Nếu hệ số mang tải nằm trong khoảng kmt < 0,45 thì máy biến áp được coi là non tải,trong khoảng 0,5 ≤ kmt ≤ 0,75 thì máy biến áp được coi là mang tải bình thường, còn trongkhoảng > 0,8 thì có thể coi là máy đầy tải

2)Khả năng mang tải của đường dây

Trước hết cần xác định mật độ dòng điện thực tế trên các đường dây:

F

I

I - Dòng điện chạy trong dây dẫn A;

F - Tiết diện dây dẫn mm2

So sánh giá trị mật độ dòng điện thực tế với giá trị mật độ dòng điện kinh tế để đánh giámức độ mang tải của đường dây

3) Bán kính hiệu dụng của lưới phân phối

Bán kính hiệu dụng của mạng điện phân phối được xác định theo biểu thức:

j k

U U r

x

cp hd

3

10

ρ

∆

Trong đó:

∆Ucp - hao tổn điện áp cho phép trên mạng điện, %;

U - điện áp định mức của mạng điện, kV;

ρ - điện trở suất của vật liệu làm dây dẫn, Ω.mm2/km;

j – mật độ dòng điện, A/mm2 của mạng điện, xác định theo biểu thức:

n i i i

l

l j j

1

1

ji, li – mật độ dòng điện và chiều dài đoạn dây thứ i;

kx – hệ số, phụ thuộc vào dây dẫn và hệ số công suất của phụ tải, xác định theo biểu thức:

ϕ

ϕ sin cos

cosϕ - hệ số công suất trung bình của phụ tải

4) Số lượng trạm biến áp tiêu thụ

Số lượng tối ưu của trạm biến áp tiêu thụ phụ thuộc vào mật độ các điểm tải trong khuvực quy hoạch điện và các tham số kinh tế-kỹ thuật của mạng điện, có thể xác định theo biểuthức:

3

0 2

) (

10 U Z U p m

b k

S N

d cf

kt

γ

∆

S - công suất của mạng điện, kVA;

k - hệ số tính tới địa hình vùng quy hoạch;

b - suất vốn đầu tư thay đổi của đường dây đ/km,mm2;

m - suất vốn đầu tư cố định của trạm biến áp, đ đ/trạm;

Z - số lộ ra của trạm biến áp;

γd- điện dẫn của kim loại làm dây dẫn;

P0 - Mật độ công suất của đường dây, kW/km

5) Đánh giá chất lượng điện

Chất lượng điện được đánh giá dựa trên số liệu quan sát về sự thay đổi các tham số chế

độ ở các nút khác nhau trong mạng điện Chất lượng điện được đánh giá theo các chỉ tiêu độlệch tần số, độ lệch điện áp, độ dao động điện áp, độ hình sin và độ đối xứng của điện áp vàdòng điện Các chỉ tiêu chất lượng điện phải nằm trong giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn quyđịnh

6) Đánh giá độ tin cậy của mạng điện

Độ tin cậy được đánh giá dưới góc độ an toàn và dưới góc độ cung cấp điện trên cơ sởkhảo sát trạng thái của từng thiết bị và phân tử độc lập của mạng điện Xác định số lần và thờigian mất điện trong năm Độ tin cậy cung cấp điện được đánh giá ứng với yêu cầu của các loạiphụ tải Trên cơ sở các số liệu tính toán đánh giá hiện trạng mạng điện sẽ có những nhận xét vàkết luận thích hợp đối với sự thực thi dự án

1.2.4 Thiết kế chi tiết

Khi luận chứng kinh tế của nghiên cứu khả thi được khẳng định, các tham số cơ bản đãđược xem xét cần tiến hành thiết kế chi tiết và cụ thể Xác định rõ khối lượng vốn đầu tư, trangthiết bị, nguồn nhân lực v.v Ở đây mọi vấn đề của dự án đều phải được làm sáng tỏ: các nguồnlực phải được xác định một cách chắc chắn, nhiệm vụ của từng bộ phận, từng đơn vị phải đượcphân công cụ thể; quá trình thực hiện của từng công việc, từng giai đoạn được hoạch định rõràng và chi tiết vv Tóm lại, mọi dữ kiện ở giai đoạn trước cần được cụ thể hoá một cách chínhxác, những bất hợp lý phát hiện ra cần được xử lý và hoàn chỉnh

1.2.5 Thực thi dự án

Nếu tất cả các giai đoạn của dự án đã chứng tỏ khả năng thực thi và thoả mãn yêu cầu

về tính kinh tế kỹ thuật thì sẽ triển khai quá trình thương thảo về các điều kiện tài chính, nhânlực và thiết bị Quá trình này được kết thúc bởi các hợp đồng về điều kiện tài chính, thương mại,

về cung cấp thiết bị (thông qua đấu thầu), hợp đồng lao động và các hợp đồng tư vấn

Trong giai đoạn thực hiện dự án thiết kế phát triển mạng điện chỉ tiến hành đánh giá hiệu quảkinh tế Quá trình so sánh kinh tế của mạng điện được đặc trưng bởi các giai đoạn sau:

1) Nghiên cứu sự cần thiết trang bị mạng điện:

- Sự cần thiết phải kết nối các phần tử chính;

- Sự cần thiết nâng cao độ tin cậy cung cấp điện;

- Nâng cao tính kinh tế của hệ thống điện do việc cải thiện chế độ làm việc để giảm tổn thấtđiện năng

2) Lựa chọn các giải pháp kỹ thuật hiệu quả nhất;

3) Đánh giá hiệu quả kinh tế của giải pháp lựa chọn

1.3 Một số yêu cầu cơ bản đối với thiết kế cung cấp điện

- Thiết kế cần tính đến khả năng áp dụng các phương tiện, thiết bị hiện đại và các phươngpháp xây dựng, vận hành hiệu quả nhất Các phương án áp dụng cần phải có sự so sánh kinh tế -

kỹ thuật

- Trong các đồ án thiết kế cung cấp điện chỉ xét đến các thiết bị được sản xuất tại các nhàmáy theo các tiêu chuẩn

- Để xét đến độ tin cậy cung cấp điện, phụ tải điện được phân thành 3 loại: I, II và III

- Thiết kế cung cấp điện phải tính cho phụ tải dự báo trong chu kỳ tính toán Các phần tử sơ

đồ được chọn ứng với sự phát triển của phụ tải mà không cần đến sự cải tạo mạng điện Cácđường dây được chọn ứng với phụ tải dự báo toàn phần còn trạm biến áp có thể được chọn với

sự nâng cấp theo giai đoạn công suất máy biến áp

- Việc tính toán phụ tải phải xét đến các hệ số đồng thời và hệ số tham gia vào cực đại

- Các tham số của tất cả các thiết bị điện phải phù hợp với các tham số của mạng điện cung cấpcho chúng ở mọi chế độ

- Các thiết bị điện và vật liệu phải có khả năng chịu sự tác động của môi trường Các thiết bịphải được chọn phù hợp với các tiêu chuẩn quy định Khi lựa chọn các phương án cần ưu tiêncho các phương án có áp dụng các thiết bị và công nghệ tiên tiến và các thiết bị hợp bộ

- Việc lựa chọn các phần tử mạng điện cần xét đến sự thuận tiện trong vận hành, sửa chữa vàthay thế thiết bị

Việc lựa chọn các phần tử cơ bản của sơ đồ để đánh giá chi phí của các phương án thiết lập

sơ đồ cung cấp điện Xác định một cách sơ bộ các tham số của các phần tử, mà sẽ được hiệuchỉnh trong quá trình thiết kế chi tiết Khi so sánh các phương án chỉ cần xét đến các phần tửchính là đường dây và trạm biến áp

1.4 Thủ tục thực hiện đề án thiết kế

1.4.1 Thông tin cần thiết ban đầu

a) Các dữ kiện về phụ tải:

- Phụ tải tính toán PM;

- Thời gian sử dụng công suất cực đại, TM;

- Khoảng cách từ nguồn cung cấp đến trung tâm tải, Lcc;

- Vị trí địa lý của đối tượng cung cấp điện

b) Các điều kiện tính toán, các tiêu chuẩn, định mức kỹ thuật

c) Các thông tin khác cần thiết cho quá trình giải các bài toán như: đơn giá thiết bị, giá điện, tỷ

lệ khấu hao, tỷ lệ lãi suất v.v

1.4.2 Cơ cấu của đồ án thiết kế cung cấp điện bao gồm

Đồ án thiết kế cung cấp điện bao gồm:

• Dữ kiện ban đầu;

• Bản thuyết minh;

• Các tính toán và sơ đồ mặt bằng mạng điện và các tủ phân phối;

• Kết quả tính toán nhu cầu phụ tải điện;

• Tính toán và sơ đồ mặt bằng hệ thống nối đất;

• Sơ đồ mặt bằng phân bố các tuyến dây (cáp) và thiết bị;

• Tính toán và sơ đồ cung cấp điện sự cố;

• Bảng tổng hợp thiết bị điện;

• Bảng hạch toán công trình

Trong thành phần thiết kế cải tạo hệ thống cung cấp điện bao gồm các vấn đề phân tích hiệntrạng mạng điện, tính toán phụ tải và cân bằng công suất, xác định vị trí của trạm biến áp vàtrạm phân phối, vạch tuyến đường dây và cáp

Các bản vẽ: sơ đồ mặt bằng với mạng điện thiết kế có chỉ rõ mã hiệu của các thiết bị, cáctham số của sơ đồ và thiết bị; Các sơ đồ của các phương án so sánh; Sơ đồ cấu trúc và sơ đồnguyên lý của trạm biến áp; Các bảng biểu số liệu khỏa sát và tính toán; Bảng liệt kê thiết bị vàhạch toán giá thành

Trên sơ đồ mạng điện cần chỉ rõ các thiết bị bảo vệ, đo lường, điều khiển, tín hiệu v.v

1.5 Phương pháp trình bày báo cáo khoa học và thuyết minh thiết kế

1.5.1 Cấu trúc của báo cáo

Báo cáo khoa học và thuyết minh thiết kế (sau đây gọi tắt là báo cáo) là văn bản trìnhbày các kết quả nghiên cứu và tính toán thiết kế Nội dung của bản báo cáo khoa học nói chung

và bản thuyết minh thiết kế nói riêng thường bao gồm ba phần chính là: Mở đầu, nội dung vàkết luận

Phần mở đầu cần được trình bày ngắn gọn, nhưng phải đầy đủ những thông tin cần thiếtnhằm khái quát hóa tính thời sự, cấp thiết của dự án thiết kế, lý do thực hiện đề án, cơ sở luậnchứng, mục đích, yêu cầu và phạm vi của đề án Những thông tin về hiệu quả của đề án cũngnhư sản phẩm đạt được cũng rất cần được thể hiện trong phần mở đầu Như vậy có thể nhậnthấy phần mở đầu, thực chất lại được viết sau khi đã hoàn thành dự án

Phần nội dung, cũng là phần chính của báo cáo, bao gồm các mục: cơ sở lý thuyếtchung (luận cứ lý thuyết), các vấn đề cần giải quyết (có thể trình bày theo từng chương), các kếtquả nghiên cứu và tính toán Cuối mỗi chương, mục lớn cần có nhận xét của tác giả Trong quátrình thực hiện đề án nhiều khi ta phải đứng trước sự lựa chọn, ví dụ lựa chọn phương pháp tínhtoán, lựa chọn phương án thực hiện v.v vì vậy cần phải có những phân tích hợp lý để khẳngđịnh cách lựa chọn là đúng đắn

Phần kết luận và kiến nghị bao gồm các nội dung: các kết quả tổng thể, các kiến nghịrút ra từ các kết quả nghiên cứu Trong phần kết luận phải thể hiện được sản phẩm thực của đề

án, vì vậy không nên tập hợp tất cả, mà chỉ trình bày những kết quả nổi bật nhất, khác biệt sovới những gì đã biết từ trước đến nay, tránh bàn luận, phân tích dài dòng, chỉ kết luận những nộidung được thực hiện trong đề án một cách ngắn gọn nhất Phần kết luận phải được trình bày saocho người đọc thấy được hiệu quả và sự thành công của dự án

Phần kiến nghị thường nêu lên những gì mà đề án chưa thể hoàn thiện được như mongmuốn, những gợi ý tiếp tục phát triển dự án và đề xuất áp dụng những kết quả đạt được trongthực tế

Một phần không thể thiếu đối với báo cáo là danh mục tài liệu tham khảo Vấn đề là ởchỗ các nghiên cứu, tính toán được thực hiện trong dự án là dựa trên cơ sở kế thừa các kiến thứccủa những người đi trước Các phương pháp, số liệu mà tác giả áp dụng phải được chỉ rõ nguồntài liệu bằng cách ghi số thứ tự của tài liệu tham khảo trong ngoặc vuông, ví dụ hệ số đồng thời

kđt=0,8 [1], có nghĩa là hệ số này được lấy từ tài liệu thứ nhất trong danh mục tài liệu tham khảo

Phần mục lục có thể đặt ở đầu hoặc cuối của báo cáo Trong phần mục lục không cầnbiểu thị quá chi tiết mà chỉ cần các chương mục chính

1.5.2 Phương pháp trình bày

1) Phần văn bản

Phần văn bản được trình bày bằng văn phong kỹ thuật Khác với văn phong dùng trongkhoa học xã hội, nơi thường dùng các loại từ trừu tượng, khái quát, chung chung, văn phong kỹthuật rất ngắn gọn, rõ ràng và chính xác Cần có sự thống nhất trong trình bày các thuật ngữkhoa học Để tăng tính khách quan, khoa học, trong văn bản thường sử dụng các câu vô nhânxưng, có chủ ngữ phiếm chỉ Ví dụ: Dễ dàng nhận thấy rằng …; Vấn đề đặt ra là …; Như đã biết

… v.v

Cách sử dụng câu ở thể bị động cho phép biểu thị dễ dàng vấn đề cần trình bày Ví dụ thay

vì nói “Chúng tôi thực hiện thí nghiệm trong điều kiện trong môi trường ẩm ướt”, nên nói là

“Thí nghiệm được thực hiện hiện trong môi trường ẩm ướt” Đối với những câu danh xưngthường trong báo cáo được sử dụng đại từ ngôi thứ nhất số nhiều để chỉ tác giả, như: ta, chúng

ta, chúng tôi Trong nhiều trường hợp cũng có thể dùng đại từ ngôi thứ ba “người ta” Cáchdùng từ như vậy thể hiện sự khiêm tốn của tác giả và cho phép khách quan hóa vấn đề

Để đảm bảo tính logic và liên tục của báo cáo, các từ liên kết được áp dụng như: tómlại, như đã trình bày, nói cách khác, như đã biết, theo như, vấn đề tiếp theo là, bây giờ ta xét v.v

Các công thức cần có số hiệu và được trình bày ở giữa trang giấy (cách đều hai lề) Các

số hiệu cho phép gọi lại công thức khi cần mà không cần nhắc lại Các ký hiệu trong biểu thứccần phải được giải thích đầy đủ ở lần gặp đầu tiên Khi thực hiện một phép tính, trước hết cầnviết biểu thức, sau đó điền các giá trị của các đại lượng vào các vị trí tương ứng và trình bày kếtquả tìm được Nếu có nhiều phép tính giống nhau thì không cần phải lặp lại, mà chỉ cần ghi tínhtoán tương tự và kết quả thể hiện dưới dạng bảng biểu

Đầu đề các chương mục và tiểu mục của văn bản cần phải được thống nhất kiểu chữphong chữ và quy cách trong suốt báo cáo Các mục cấp một được để ở đầu trang, không nên đểcác đề mục ở cuối trang Thứ tự các mục và tiểu mục thường được trình bày bằng chữa Ả rập

theo kiểu sơ đồ phả hệ: mục cha, con, cháu v.v ví dụ: 3; 3.1; 3.1.1 Tuy nhiên số thế hệ khôngnên quá nhiều (≤ 4).

* Viết tắt và thuật ngữ có gốc nước ngoài: Các thuật ngữ viết tắt là những từ hay cụm từ

được lặp lại nhiều lần, thuật ngữ cần viết tắt được viết đầy đủ khi xuất hiện lần đầu tiên và ngaysau đó đặt kí hiệu tắt trong ngoặc đơn, tuy nhiên không nên lạm dụng viết tắt Không được viếttắt ở các đầu mục

Đối với thuật ngữ hay cụm từ có nguồn gốc nước ngoài thì phiên âm theo quy định.Trong những trường hợp còn tranh luận về phiên âm thì có thể để nguyên văn đối với các ngônngữ có nguồn gốc latinh, ngoại trừ các ngôn ngữ bằng chữ tượng hình

* Trích dẫn trong báo cáo: Các thông tin kèm theo phần trích dẫn phải bảo đảm các yếu

tố để người đọc có thể tìm được tài liệu gốc khi cần Các trích dẫn phải kèm theo dấu [ ], ví dụGlazunop M.V [23] cho rằng Số 23 ở ví dụ trên là thứ tự tài liệu trong danh mục tài liệu tham

khảo có sử dụng Trường hợp cả số tài liệu và số trang của tài liệu thì ghi kết hợp như sau: [23,

tr 114÷116] nghĩa là trang tham khảo là 114÷116 ở tài liệu 23 Khi dùng nhiều tài liệu cho mộtnội dung trích dẫn thì ghi các tài liệu cách nhau một dấu phẩy, ví dụ: “ nội dung trích ”[4],[15], [27]

2) Bảng biểu và hình vẽ

Bảng biểu là cách thể hiện các kết quả ngắn gọn và hiệu quả Bảng biểu cần phải quyhoạch sao cho đơn giản và rõ ràng nhất Số hiệu và tên của bảng biểu được trình bày ở phía trên,các chú thích được trình bày ở phía dưới.Vị trí của bảng biểu được thể hiện ở giữa trang giấy

Lượng thông tin do các biểu đồ, hình vẽ đem lại nhiều hơn so với cách mô tả bằng bảngbiểu và càng nhiều hơn so với văn bản biểu đồ và hình vẽ cho phép thể hiện mối liên hệ trựcquan giữa các yếu tố của một hệ thống hoặc một quá trình Thông thường hình vẽ được trìnhbày ở giữa trang, tuy nhiên trong một số trường hợp hình vẽ cũng có thể được trình bày ở sát lềtrái hoặc lề phải Hình vẽ phải có số hiệu, tên và chú thích Khác với bảng biểu, tên của hình vẽđược trình bày ở phía dưới Các bản vẽ kỹ thuật phải được trình bày theo đúng các quy định nhưnét vẽ, kiểu chữ, cách trình bày, khung tên v.v

3) Tài liệu tham khảo

Tài liệu tham khảo là phần không thể thiếu đối với một công trình nghiên cứu, thiết kế Chỉnên đưa vào danh mục tài liệu tham khảo khi có sử dụng các thông tin trong báo cáo Các thôngtin cơ bản của một tài liệu tham khảo là: Tên tác giả; Tên tài liệu; Cơ quan công bố: NXB, Tạpchí ; Địa danh NXB; Năm công bố tài liệu Gần đây theo quy định mới về cách trình bày báocáo tốt nghiệp, thông tin về năm công bố tài liệu để ngay sau tên tác giả

Tài liệu tham khảo nên được trình bày theo khối ngôn ngữ (tiếng Anh, Pháp, Nga, Việt v.v.)

và theo vần ABC ở từng khối tiếng Không phiên âm tài liệu nước ngoài, kể cả tài liệu có gốc

từ Latinh Chữ cái dùng để xếp thứ tự căn cứ vào tên nếu là người Việt Nam và họ nếu là ngườinước ngoài

1.6 Ví dụ và bài tập

Ví dụ 1.1 Số liệu thống kê về phụ tải cho thấy kỳ vọng toán của phụ tải là M(P)=Ptb= 86,5

kW, độ lệch trung bình bình phương σP = 7,75 kW Hỏi cần phải có kích thước mẫu (số lầnlấy số liệu) là bao nhiêu để đảm bảo sai số không quá 5%, tức là s = 0,05; Cho hệ số tản β = 2

Giải: Trước hết ta xác định hệ số biến động

75 ,

09 , 0 2

Như vậy cần phải lấy số liệu ít nhất 13 lần

Ví dụ 1.2 Số liệu thống kê về đại lượng X với 9 lần đo như sau:

x n X x

M

1

1)

9

3538294036332837

=

2))((

)

=

x M

s

k

075 , 0

118 , 0 2

Ví dụ 1.3 Chỉ số công tơ tổng tại thanh cái trạm biến áp phân phối công suất đặt là 250 kVA

cho biết điện năng A=3160 kWh trong một ngày đêm (T=24h), hệ số công suất của phụ tải làcosϕ = 0,87 Hãy đánh giá mức độ mang tải trung bình của máy biến áp

Giải: Trước hết ta xác định công suất trung bình theo biểu thức

ϕ cos

T

A

87 , 0 24

34 ,

S

S k

Giá trị của hệ số mang tải nằm trong khoảng: 0,5 < 0,605 < 0,75, như vậy có thể nhậnthấy máy biến áp có mức độ mang tải bình thường

Ví dụ 1.4 Hãy xác định bán kính hiệu dụng của mạng điện hạ áp U=0,38 kV, biết giá trị điện

cho phép là ∆Ucp=7,5%, dây dẫn bằng nhôm có điện trở suất trung bình là r0 = 0,64 và x0= 0,35Ω/km, mật độ dòng điện trung bình của đường dây là j=1,1 A/mm2, hệ số công suất trung bình

là cosϕ = 0,85

Giải: Trước hết ta xác định hệ số kx:

ϕ

ϕ sin cos

35 , 0 85 ,

=Đối với dây nhôm ta lấy ρ = 31,5 Ω.mm2/km

Bán kính hiệu dụng của mạng điện sẽ là:

j k

U U r

x

cp hd

3

10

ρ

∆

1,1.14,1.5,31.3

5,7.38,0.10

=

=

Bài tập 1.1 Số liệu thống kê về phụ tải cho thấy kỳ vọng toán của phụ tải là M(P)=Ptb= 125,7

kW, độ lệch trung bình bình phương σP = 13,58 kW Hỏi cần phải có kích thước mẫu (số lầnlấy số liệu) là bao nhiêu để đảm bảo sai số không quá 7%, tức là s = 0,07; Cho hệ số tản β = 2

Bài tập 1.2 Số liệu thống kê về đại lượng P với 12 lần đo như sau:

154,

7 175,3

146,

8 157,3 182,4 170

Để đảm bảo sai số không vượt quá 7,5%, thì cần phải lấy số liệu ít nhất bao nhiêu lần? Lấy β=2

Bài tập 1.3 Chỉ số công tơ tổng tại thanh cái trạm biến áp phân phối công suất đặt là 250 kVA

cho biết điện năng A=6785 kWh trong một ngày đêm (T=24h), hệ số công suất của phụ tải làcosϕ = 0,82 Hãy đánh giá mức độ mang tải trung bình của máy biến áp

Bài tập 1.4 Hãy xác định bán kính hiệu dụng của mạng điện hạ áp U=22 kV, biết giá trị điện

cho phép là ∆Ucp=7,5%, dây dẫn bằng nhôm có điện trở suất trung bình là r0 = 0,33 và x0= 0,38Ω/km, mật độ dòng điện trung bình của đường dây là j=1,12 A/mm2, hệ số công suất trung bình

là cosϕ = 0,84

Tóm tắt chương 1

Quá trình hình thành dự án cung cấp điện gồm các bước: Nghiên cứu tiền khả thi;

Nghiên cứu khả thi; thiết kế chi tiết và thực thi dự án

Kích thước tập mẫu phụ thuộc vào độ tinn cậy tính toán,hệ số biến động và sai số cho phép:

S

S

k = ;Bán kính hiệu dụng của mạng điện phân phối được xác định theo biểu thức:

j k

U U r

x

cp hd

3

10

).(

b k

S N

d cf

kt

γ

∆

=

Câu hỏi ôn tập

1 Hãy cho biết các quá trình hình thành một dự án cung cấp điện

2 Hãy cho biết những yêu cầu cơ bản của thiết kế cung cấp điện

3 Hãy cho biết những thủ tục cơ bản của thiết kế cung cấp điện

4 Hãy cho biết những nguyên tắc cơ bản của việc trình bày báo cáo khoa học và thuyếtminh thiết kế

BChương 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 tải điện Việc xácđịnh chính xác giá trị phụ tải cho phép lựa chọn đúng thiết bị và sơ đồ cung cấp điện, đảm bảotính kinh tế - kỹ thuật của hệ thống cung cấp điện

Các nhân tố công suất, loại và vị trí của các thiết bị tiêu thụ cho phép xác định cấu trúc

sơ đồ và các tham số của các phần tử hệ thống cung cấp điện Thường trong dữ kiện bài toán

thiết kế cho biết công suất đặt của các thiết bị tiêu thụ điện, tuy nhiên sự đốt nóng các phần tử

và các thiết bị điện còn phụ thuộc cả vào chệ độ làm việc của các hộ dùng điệnn vì vậy cần phảixem xét phụ tải theo cả dòng điện I, công suất tác dụng P, công suất phản kháng Q và công suấttoàn phần S

Việc lựa chọn các thiết bị, các phần tử của hệ thống cung cấp điện được thực hiện dựatrên kết quả tính toán phụ tải Sai số của bài toán xác định phụ tải có thể dẫn đến việc lựa chọn

sơ đồ thiếu chính xác, dẫn đến giảm sút các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật của hệ thống cung cấpđiện Nếu kết quả tính toán lớn hơn so với giá trị thực thì sẽ dẫn đến sự lãng phí vốn đầu tư, cácthiết bị được lựa chọn không làm việc hết công suất, dẫn đến hiệu quả thấp; Nếu kết quả tínhtoán nhỏ hơn giá trị thực, thì sẽ dẫn đến sự làm việc quá tải của các thiết bị, không sử dụng hếtkhả năng của các thiết bị công nghệ, làm giảm năng suất, làm tăng tổn thất điện năng và giảmtuổi thọ của các thiết bị điện Như vậy bài toán xác định phụ tải là giai đoạn tối quan trọng củaquá trình thiết kế cung cấp điện Tuy nhiên, việc xác định chính xác giá trị phụ tải là không thể,

vì có rất nhiều nhân tố ảnh hưởng đến chệ độ tiêu thụ điện, trong dó có cả các nhân tố tác độngngẫu nhiên Nhìn chung 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 nhãnhiệu máy, chính là công suất cơ trên trục cơ Đối với các thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặplại, khi tính toán, công suất định mức được quy về chế độ làm việc dài hạn ứng với hệ số tiếpđiện định mức εn:

Ar- điện năng tác dụng và phản kháng tiêu thụ trong khoảng thời gian t

Công suất tiêu thụ trung bình đóng vai trò quan trọng trong việc phân tích chế độ, xácđịnh 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 động trong khoảng thời giankhông dưới 30 phút Đây là công suất để đánh giá chế độ làm việc và chọn thiết bị điện theođiều 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 cứ vào giá trị phụ tải này để kiểm tra daođộng điện áp, điều kiện tự khởi động của động cơ, chọn dây chảy và tính dòng điện khởi độngcủa rơle bảo vệ Ngoài trị số của phụ tải đỉnh nhọn, người ta còn quan tâm đến số lần xuất hiện

nó, nếu tần số xuất hiện càng lớn thì mức độ ảnh hưởng tới sự làm việc bình thường của cácthiết bị dùng điện khác trong mạng điện sẽ càng cao.

- 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 điện được chọn theo công suất này sẽ đảmbảo được an toàn trong mọi trạng thái vận hành Trong thực tế công suất tính toán thường đượclấy bằng công suất cực đại ổn định (Ptt=PM)

Việc phân loại phụ tải sẽ cho phép lựa chọn sơ đồ cung cấp điện phù hợp, đảm bảo chocác thiết bị làm việc tin cậy và hiệu quả Dưới góc độ tin cậy cung cấp điện, phụ tải có thể đượcchia 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; Gâythiệt hại lớn cho nền kinh tế quốc 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 độngbình thường của đại đa số công 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

2.1.2.1 Đặc tính tĩnh của phụ tải

Đặc tính tĩnh (Static Load Characteristics) của phụ tải biểu thị mối quan hệ phụ thuộcgiữa công suất tiêu thụ và các tham số điện, tần số Đặc tính này có thể biểu thị dưới các môhình cơ bản là:

a) Mô hình hàm mũ (Exponential Models)

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

f U f

f U

U P

P ( )α ( )α

0 0 0

f

f U

U Q

Q ( )β ( )β

0 0 0

Trong đó:

P, Q – công suất tác dụng và phản kháng tiêu thụ bởi thiết bị điện;

U, f – giá trị điện áp và tần số

Pn, Qn, Un, fn –các tham số tiêu chuẩn (coi là tham số định mức) của thiết bị điện;

αU, βU, αf, βf – 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

n n n

n

f U

U P

Q P Q

Hệ số công suất phản kháng tgϕ = Qn/Pn có thể biểu thị như là hàm số phụ thuộc vào hệ

n

k P

tỷ phần phụ tải động lực của tải Ví dụ, cả máy lạnh có tỷ phần phụ tải động lực là 80% và phụtải không động lực là 20% Trên cơ sở các mô hình trên có thể xây dựng các đường đặc tính tiêuthụ điện của các thiết bị Đường đặc tính tĩnh của 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 đa thức được thể hiệnnhư sau:

) 1

)(

* 2

* 1 0

* 2

* 1 0

Dp – hệ số suy giảm công suất tác dụng do ảnh hưởng của tần số;

Dq – hệ số suy giảm công suất phản kháng do ảnh hưởng của tần số;

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

*

P

P P P

P poly + +

0

2 exp 1 exp

Q Q Q

* 1

a

) 1

* 4 1

) 1

* 5 2

biến áp v.v Dạng tiêu biểu nhất của là biểu đồ phụ tải ngày đêm (biểu đồ phụ tải hàng ngày 24tiếng) Trên hình 2.2 biểu thị dạng đặc trưng của biểu đồ phụ tải sản xuất (đường cong 1) vàbiểu đồ phụ tải sinh hoạt (đường cong 2) Trên cơ sở phân tích biểu đồ phụ tải ngày ta có thể dễdàng nhận thấy phụ tải cực đại thường xuất hiện tại hai thời điểm ban ngày và ban đêm Phụ tảikhông chỉ thay đổi theo thời gian trong ngày, mà còn thay đổi theo mùa, đối với vùng khí hậunhiệt đới như ở nước ta, có thể phân biệt đồ thị phụ tải của hai mùa rõ rệt là mùa hè và mùađông.

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

.cos2

2

12 7 12

+

Trong đó:

Pi7 và Pi12 – phụ tải giờ thứ i tương ứng ở tháng 7 (mùa hè) và tháng 12 (mùa đông)

Giá trị phụ tải giờ thứ i ở tháng thứ t trong năm có xét đến sự gia tăng công suất (độnghọc phát triển của phụ tải) được biểu thị:

]12)1(1[

.

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 tải của 12 tháng trên

cơ sở giá trị phụ tải đo được trong 24 giờ Phương pháp trên cũng hoàn toàn có nghĩa đối vớiphụ tải phản kháng Khi đã có đồ thị phụ tải ta có thể dễ dàng xác định được các tham số cầnthiết cho quá trình tính toán và phân tích mạng điện:

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

∑

=

+

= 241

12 7224

1

i

i i tb

P P

Giá trị bình phương phụ tải trung bình:

)32

3(192

1 24 1

24 1

24 1

2 12 12

7 2

7

++

=

i i

i i

Thời gian sử dụng công suất cực đại:

TM = 8760.Ptb.10-2; (2.19)Thời gian tổn thất cực đại:

Hình 2.2 Biểu đồ phụ tải ngày

2 10

Bảng 2.3 Giá trị điện năng tiêu thụ trung bình trong sinh hoạt tính trên đầu người dân

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 phụ tải ứng với các mụcđích khác nhau dẫn đến nhiều phương pháp khác nhau trong việc tính toán phụ tải Mặc dù đã

có rất nhiều nghiên cứu xây dựng các phương pháp tính toán phụ tải, nhưng chưa thể nói đượcrằng bài toán này đã hoàn toàn được giải quyết Sự khác nhau giữa các phương pháp trước hết là

cơ sở mà các phương pháp dựa vào để đánh giá sự tiêu thụ điện năng, thứ hai là phương thứctiếp cận tính toán phụ tải và thủ tục hay thuật giải, tiếp đến là các dữ kiện cần thiết cho bài toán

và độ tin cậy hay sai số của phương pháp Do phụ tải điện mang đặc tính ngẫu nhiên, nên quátrình phân tích phụ tải thường dựa trên cơ sở lý thuyết xác suất thống kê, kết hợp với đặc điểmcông nghệ của các thiết bị tiêu thụ điện Nhìn chung tất cả các phương pháp tính toán phụ tảiđiện 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 điểm công nghệ của quátrình sản xuất và chế độ làm việc của các thiết bị điện có xét đến các quy luật ngẫu nhiên củaphụ tải Có rất nhiều nhân tố ảnh hưởng đến quá trình tiêu thụ điện, vì vậy quá trình phân tíchphụ tải điện hết sức phức tạp, việc xác định phụ tải tính toán với độ chính xác cao, đòi hỏi nhiều

dữ liệu và khối lượng tính toán lớn Để đơn giản hóa bài toán, các phương pháp phân tích xácđịnh phụ tải điện được áp dụng với một số giả thiết, mà có thể dẫn đến những sai số nhất định.Nhóm các phương pháp phân 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 cũng được đóng trongmạng, mà ở từng thời điểm nhất định một số này được đóng, số khác lại được cắt ra Tính chấtnày của phụ tải được biểu thị bởi hệ số đồng thời kđt Phụ tải tính toán được xác định theo biểuthức:

∑

=

= n

i ni đt

tt k P P

1

(2.22)Trong đó:

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

kđt – hệ số đồng thời, phụ thuộc vào số lượng thiết bị tiêu thụ điện trong 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

Trong thực tế các thụ điện đóng vào lưới một cách ngẫu nhiên Cho nên việc xác định

hệ số đồng thời chỉ có thể dựa trên quan điểm xác suất thống kê Với các đặc số:

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 luật phân bố chuẩn, lúc

đó xác suất đóng m thiết bị vào lưới được xác định theo biểu thức:

m = np + βt npq;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 tính xác suất thống kê

Để đơn giản cho việc thiết kế, người ta tính sẳn giá trị của hệ số đồng thời phụ thuộc vào sốlượng thụ điện, ứng với một xác suất đóng nhất định nào đó cho trong các sổ tay thiết kế Cầnlưu ý là hệ số đồng thời được xác định ứng với từng thời điểm cụ thể, thường là giờ cao điểmban 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:

∑=

i ni nc

P

P P

σ - Độ lệch tiêu chuẩn hay độ lệch trung bình bình phương của tập tổng quát;

Giá trị công suất trung bình được xác định theo biểu thức:

= Σ

i n sd

sd

i

iP

kP

ksdi – hệ số sử dụng của thiết bị thứ i

Đối với nhóm thụ điện đồng nhất thì

x n

X

1

1 nên ta có thể viết :

n

n n x D n

x n D x

2 1

1)(

1)

1()

i ni sd M

σ β+

nc

n

k k

Σ

−+

ni

ni hd

k = nhỏ hơn các giá trị kb cho trong bảng

2.4, ứng với hệ số sử dụng tổng hợp, thì có thể lấy giá trị nhq= n

Bảng 2.4 Điều kiện để xác định nhd

Trong trường hợp ksd ∑ < 0,2 thì cần tiến hành xác định nhd theo một phương pháp riêng như sau:

- Phân riêng các thiết bị có công suất lớn hơn một phần hai công suất của thiết bị lớn nhất trongnhóm,

- Xác định số lượng thiết bị n1 của nhóm này

- Xác định tổng công suất định mức của nhóm n1 thiết bị

- Tìm các giá trị tương đối

n

i ni

P

P P

95 , 0

n

P n

P

nhd

−

− +

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:

∑−

1

n

i tMi M

tt

Trong đó:

Рtt M – giá trị phụ tải tính toán lớn nhất trong các nhóm thiết bị được cung cấp từ tủ phân phối;

Р tt.i, – giá trị phụ tải tính toán của nhóm thứ i (trừ nhóm lớn nhất);

n – số nhóm tải

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 (hình 2.3)

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 được xây dựng trên cơ sởkết hợp lý thuyết xác suất thống kê và phương pháp luận của việc tính toán phụ tải Cơ sở củaphương pháp là dựa trên quy luật phân bố nhiệt độ đốt nóng dây dẫn gây ra bởi dòng điện phụtải Do sự phức tạp của quá trình phân bố nhiệt, nên để đơn giản hóa cho việc xây dựng môhình, cần đưa ra một số giả thiết sau:

- Nhiệt độ tại điểm bất kỳ của tiết diện mặt cắt dây dẫn coi như không đổi dọc theo chiềudài 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 dây cáp ba pha đặt trầntrong nhà được biểu thị theo biểu thức:

3I2 R0(1+αθ.θ)dθ = C.dθ + A θ.dt, (2.41)Trong đó:

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

1

A

R I

A

R dt

d A

Các kết quả khảo sát cho thấy sự gia tăng của hệ số truyền nhiệt trung hòa sự gia tăng đồngthời của điện trở R=R0(1+αθ θ) Bởi vậy trong phương trình (2.42) với sai số cho phép đối vớidòng điện tính toán I có thể coi αθ ≈ 0 và A ≈ const = A0 Khi đó biểu thức (2.42) có dạng:

)(

0

0I t A

R dt

d

)(

2 t I k dt

không thay đổi đáng kể, thì các giả thiết này sẽ không dẫn đến những sai số đáng kể Để tiệntính 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

Đại lượng ZT(t) được gọi là liều lượng hâm nóng tính theo dòng ZPT(t), (hoặc tính theocông 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 xác định phụ tải tính toán là các quá trình thay đổi của phụ tảiđiện Để xây dựng 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 nhất định Việc nghiên cứu biểu đồ phụ tải này có ýnghĩa lý thuyết rất lớn

Mô hình biểu đồ phụ tải độc lập ngẫu nhiên cần phải được cho trước các đại lượng:Công suất tác dụng, hệ số sử dụng ksd=Ptb/Pn và hệ số mang tải kmt=P/Pn, hệ số công suất phảnkháng tgϕ, dạng và tham số của hàm hồi 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 tiêu thụ trung bìnhtrong thời gian đóng điện, Pn – công suất định mức của thiết bị

Hệ số làm việc (hệ số đóng) klv= tlv/tck hay klv=ksd/kmt và hệ số không làm việc (hệ số cắt)

kklv=1-klv chính là xác suất thiết bị ở trạng thái đóng và trạng thái cắt Đặc tính tác động xungcủa phụ tải được thể hiện với hai cấp: xung của công suất P=ksd.Pn tác động trong thời gian tlv =

ksd.tck/kmt và đại lượng không tải P0 = 0 tác động trong thời gian t0= tck - tlv Hệ số hình dạng đồthị, là tỷ số giữa công suất hiệu dụng và công suất trung bình kf=Pe/Ptb, biểu thị sự không đồngđều của đồ thị phụ tải

Trong thực tế các thiết bị điện làm việc với một vài chu kỳ, nhưng không hoàn toàn cứngnhắc.Vì vậy hàm hồi quy của phụ tải độc lập có thể biểu thị dưới dạng:

k(t) = Dp e-α|t| cos ωοτ, (2.49)Trong đó:

D p –phương sai của đồ thị phụ tải độc lập;

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 kỳcủa đồ thị sẽ bị trung hòa Bởi vậy hàm hồi quy của đồ thị phụ tải nhóm được biểu thị dướidạng:

k(t) = D P e -α|t| , (2.53)Trong đó:

D Р – phương sai của đồ thị nhóm

Mô hình biểu đồ nhóm dạng hồi quy mũ cho phép có một dự trữ nhất định trong bàitoán xác định phụ tải Xét quy luật phân bố tung độ của biểu đồ nhóm, biểu thị phụ tải độc lậpdưới dạng quá trình xung, áp dụng lý thuyết thực nghiệm lặp lại để tính phụ tải nhóm Số lượngthiết bị dùng điện làm việc đồng thời và phụ tải nhóm với các đại lượng giống nhau của cácxung của tất cả các thiết bị coi là tuân theo quy luật phân bố nhị thức Thường thì các giá trịxung của các thiết bị độc lập khác nhau, trong trường hợp đó quy luật phân bố phụ tải được gọi

là “liên hợp” Các kết quả nghiên cứu đã chứng minh là quy luật phân bố chuẩn của phụ tải cóthể coi phù hợp đối với đường trục có trên 6 hộ dùng điện

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

- Mô phỏng quần thể biểu đồ nhóm của dòng điện phụ tải I(t) hoặc công suất tác dụngP(t);

- Tính toán liều lượng hâm nóng ZT(t) hoặc (ZPT(t)) theo tích phân Dumel:

ξξ

ξ h t d I

t h I t Z

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 diện quần thể ZT(t)(ZPT(t)), được lấy ứng với chế độ xác lập (sau khi tắt của quá trình quá độ đốt nóng dây dẫn tạithời điểm tck);

- Xác định giá trị cực đại tính toán của liều lượng hâm nóng ZT(t) hoặc (ZPT(t)) với giátrị xác suất giới hạn Ex cho trước tương ứng với nguyên lý tin cậy thực tế theo hàm thống kêphân bố liều lượng hâm nóng ZT(t), hoặc ZPT(t) (giá trị mà có thể tăng quá với xác suất 0,05)

F(ZT.tt) = 1 - Ex hoặc F(ZPT.tt) = 1 - Ex ; (2.55)

- Xác định phụ tải tính toán theo dòng điện I tt = Z .tt hoặc theo công suất P tt= Z PT.tt

Biểu thức xác định phụ tải tính toán có dạng:

tt TP

)(.

.tt Z T tb ZT D Z T

Trong đó:

ZT.tt – liều lượng hâm nóng tính toán ;

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

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

D(ZT) – phương sai của đại lượng ZTP

Giá trị trung bình của liều lượng hâm nóng ZT.tb không phụ thuộc vào hằng số thời gianđốt nóng và bằng bình phương giá trị hiệu dụng của biểu đồ nhóm, có thể là phụ tải tính toánbằng giá trị hiệu dụng Theo quy luật phân phối chuẩn, phương sai của liều lượng hâm nóngD(ZT) được xác định theo biểu thức:

T

P D P T

P D Z

T

.1

)(.4.21

)(2)(

2 2

- 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:

βzт=-0,3+1,9.kf; (2.58)

- Xác định phụ tải tính toán theo biểu thức (2.56), coi βzт=βzтк

Để có thể nhận được biểu đồ nhóm của phụ tải cần mô phỏng nhiều biểu đồ phụ tải tácdụng và phản kháng độc lập Biểu đồ nhóm của phụ tải tác dụng và phản kháng nhận được bằngcách cộng các biểu đồ độc lập tương ứng Theo biểu đồ nhóm của phụ tải tác dụng và phảnkháng xác định biểu đồ nhóm của công suất toàn phần

Phương pháp mô phỏng có độ chính xác cao, nhưng có nhược điểm cơ bản của phươngpháp này là khối lượng tính toán lớn, thời gian thực hiện tính toán lâu Nhìn chung phương phápnày chỉ áp dụng trong quá trình nghiên cứu

2.2.3 Phương pháp thực nghiệm

Các biểu thức thực nghiệm được xây dựng trên cơ sở kết quả khảo sát ở một số mạngđiện cụ thể Để xác định phụ tải theo các phương pháp thực nghiệm đòi hỏi phải có các thôngtin về đặc tính của các thiết bị tiêu thụ điện hoặc suất chi phí điện năng của một đơn vị sảnphẩm Các phương pháp 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 điện động lực được xácđịnh theo biểu thức:

Р tt =k ncΣР ni =constΣР ni (2.59)Phụ tải của mạng điện sinh hoạt được xác định tương tự theo hệ số đồng thời:

Р tt =k đtΣР ni =constΣР ni (2.60)Trong đó:

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

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

Khác với phương pháp phân tích, ở đây các hệ số nhu cầu k nc và hệ số đồng thời k đt

được coi là hằng số Giá trị của các hệ số này được xác định trên cơ sở số liệu thống kê của cáctập mẫu và cho trong các phụ lục thiết kế mạng điện (xem bảng 1pl ÷4pl phần phụ lục) Cáchxác định phụ tải tính toán như vậy cho phép đơn giản hóa bài toán, tuy nhiên cũng thường dẫnđến sai số lớn Nhìn chung các phương pháp thực nghiệm được áp dụng trong quá trình tínhtoán 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 suấtlớn ở cùng một chế độ làm việc lớn hơn so với thiết bị có công suất nhỏ, vì không chỉ phụ tảitrung bình của nó lớn hơn, mà còn do giá trị lớn của hệ số cực đại cục bộ Trên cơ sở đó cácchuyên gia đã áp dụng đa thức thực nghiệm cho việc tính toán phụ tải dạng:

Р tt =с 1 Р n1 +с 2 Р n2 + +с 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 các thiết bị trong nhóm

Trong một số các trường hợp để đơn giản hóa bài toán, tất cả các thiết bị điện chỉ chiathành hai nhóm và như vậy biểu thức xác định phụ tải tính toán chỉ gồm hai số hạng:

Р tt =bР n1 +cР 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 chế phạm vi ứng dụng, vìcác phương pháp thực nghiệm chỉ có thể áp dụng cho các xí nghiệp được khảo sát Các phươngpháp này không xét đến các quá trình hoàn thiện công nghệ của thiết bị

Ưu điểm của phương pháp thực nghiệm là đơn giản, khối lượng tính toán ít, có thể ápdụng các bảng biểu tính sẵn của các hệ số nhu cầu, hệ số đồng thời v.v nên rất tiện cho các bàitoán 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 đồ phả hệ của mạng điện(hình 2.5) Trước hết cần phân loại phụ tải theo từng nhóm tương đồng về đặc tính tiêu thụ điện

(1), trên cơ sở kết quả xác định phụ tải của từng nhóm tiến hành tổng hợp phụ tải tại tủ phânphối (2), sau đó tổng hợp phụ tải tại thanh cái trạm biến áp phân phối (4) rồi đến trạm biến áptrung gian (5) và trạm biến áp vùng (6) v.v.

Độ chính xác của bài toán phụ tải được xác định phụ thuộc vào yêu cầu và đặc điểm củamạng điện và vào phương pháp áp dụng giải bài toán Cần lưu ý là các thiết bị điện sử dụngtrong bài toán là thiết bị chuẩn với các bước công suất 1,3÷1,6 Ví dụ với bước 1,6 gam côngsuất sẽ là 1; 1,6; 2,5; 4; 6,3; 10 v.v Thông thường độ chính xác ở các cấp dưới cao hơn ở cáccấp trên, tức là độ chính xác của bài toán phụ tải cao nhất ở mức thanh cái ngay ở đầu vào củacác thiết bị dùng điện

Về nguyên tắc, phụ tải tính toán ở cấp sau được tổng hợp trên cơ sở kết quả tính toánphụ tải ở cấp trước đó có xét đến tổn thất trên các phần tử mạng điện Vì bài toán xác định phụtải thường được tiến hành khi chưa biết các tham số của các phần tử mạng điện, nên tỷ lệ tổnthất có thể lấy trung bình là 10% Tuy nhiên, trong hàng loạt bài toán xác định phụ tải sơ bộ, đểđơn giản, người ta bỏ qua thành phần tổn thất

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

- Nhóm phụ tải động lực: Pđl= kncΣP ni ;

- Nhóm phụ tải sinh hoạt: Psh= kđtΣP ni

Trong đó:

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

knc – hệ số nhu cầu của nhóm phụ tải động lực, có thể lấy theo bảng 2.pl ÷ bảng 3.pl phần phụlục;

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

∼

TBA phân phối

TBA trung gianHTĐ

M

56

1 2

M

34

7

10÷35kV110kV

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

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 thể chọn phương phápthích hợp nhất, dưới đây giới thiệu một số phương pháp thông dụng:

a) Phương pháp số gia

Phương pháp số gia được áp dụng thuận tiện khi các nhóm phụ tải có các tính chất khácnhau Bảng số gia được xây dựng trên cơ sở phân tích, tính toán của hệ số đồng thời và hệ số sửdụng (cho sẵn trong các sổ tay thiết kế) Phụ tải tổng hợp của 2 nhóm được xác định bằng cáchcộng giá trị của phụ tải lớn với số gia của phụ tải bé

P1-2 = Pmax + ∆Pi

PΣ = P1 + ∆P2 nếu P1 >P2 (2.63)

PΣ = 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 dụngbiểu thức

2 1 1

1 2

2 1 2

2 1

P P khi P k P

P P khi P k P P

( 0 , 04−

= i

i

P

k ; đối với mạng điện cao áp;

Cần lưu ý là cách ghép các cặp nhóm cũng có thể ảnh hưởng đến kết quả tính toán.Trong trường hợp đã biết sơ đồ mạng điện thì trình tự tính toán được thực hiện từng cặp từ ngọntrở về thanh cái trạm biến áp Nếu chưa biết sơ đồ thì tiến hành tổng hợp phụ tải bắt đầu từ cặpnhóm bé nhất

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

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)

b) Phương pháp hệ số nhu cầu

Phụ tải tổng hợp của các nhóm thiết bị cũng có thể được xác định theo 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 Σ có thể lấy một cáchgần đúng, phụ thuộc vào số nhóm theo bảng 4.pl (phụ lục)

c) Phương pháp hệ số tham gia vào cực đại

Phụ tải tổng hợp của các nhóm thiết bị (hoặc các điểm tải) được xác định theo biểuthức:

∑−

1

n

i tMi M

tt

Trong đó:

Рtt M – giá trị phụ tải tính toán lớn nhất trong các nhóm thiết bị được cung cấp từ tủ phân phối;

Р tt.i, – giá trị phụ tải tính toán của nhóm thứ i (trừ nhóm lớn nhất);

n – số nhóm tải;

ktMi – hệ số tham gia vào cực đại của nhóm thiết bị thứ i, phụ thuộc vào tính chất của phụ tải vàthời điểm cực đại, có thể xác định theo bảng 2,5 sau:

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

n i

i tt tb

i

i

P P

1

1

coscos

ϕ

Trong đó:

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

cosϕi – hệ số công suất của nhóm thiết bị thứ i

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

Qtt Σ = Ptt Σ.tgϕtb và

tb

tt tt

P S

ϕ

cos

Σ

2.4 Dự báo nhu cầu phụ tải điện

Dự báo nhu cầu phụ tải điện là một trong những bài toán quan trọng trong quy hoạch vàphát triển hệ thống điện, kết quả của dự báo nhu cầu điện có ảnh hưởng rất lớn đến các tham số

kinh tế - kỹ thuật của mạng điện và đến tiến trình phát triển hệ thống điện Có nhiều cách tiếpcận về dự báo phụ tải là dựa vào hệ số phát triển hoặc dựa vào các mô hình kinh tế lượng hoặc

mô hình phân tích kinh tế - kỹ thuật Bản chất của mô hình kinh tế lượng là dựa trên mối liên hệcủa các nhân tố giá và thu nhập hoặc các thông số của hoạt động kinh tế khác với nhu cầu nănglượng Gần đây một cách tiếp cận mới đã được đề xuất là mô hình dự báo dựa vào kỹ thuật trítuệ nhân tạo Sơ đồ các phương pháp dự báo nhu cầu phụ tải điện được thể hiện trên hình 2.7

2.4.1 Dự báo phụ tải dựa trên hệ số phát triển

Thông thường khi thiết kế mạng điện, phụ tải được tính ở năm cuối của chu kỳ tínhtoán, bởi vậy nếu các dữ kiện về phụ tải được cho ứng với thời điểm hiện tại, thì cần phải hiệuchỉnh để có giá trị dự báo ở cuối chu kỳ Giá trị dự báo của phụ tải được xác định theo cácphương pháp khác nhau tùy thuộc vào các dữ liệu thu thập được Trong những trường hợpkhông đủ thông tin, thì có thể xác định giá trị phụ tải dự báo theo biểu thức:

Pt = kpt.PM (2.70)Trong đó:

Pt – giá trị công suất dự báo năm thứ t, kW;

PM – giá trị công suất tính toán năm hiện tại, kW;

kpt – hệ số phát triển của phụ tải trong tương lai, có thể xác định phụ thuộc vào số liệu thống kêtheo các phương pháp khác nhau:

1) Xác định hệ số phát triển theo số liệu về điện năng tiêu thụ

Hệ số phát triển của phụ tải trong tương lai, có thể xác định theo biểu thức:

A

A A k

(2.71)

Hình 2.7 Sơ đồ phân loại các phương pháp dự báo nhu cầu phụ tải điện

Phương pháp dự báo phụ tải

Chuyên gia Kinh tế lượng Kinh tế kỹ thuật

Mạng neuron nhân tạo

Đàn hồi Ngoại suy Tương quan MEDEE-S MAED

Trong đó:

At0 – điện năng tiêu thụ thực tế ở năm xuất phát t0;

Ann.t – điện năng dự báo của phụ tải vùng ở năm thứ t;

Amv.t – điện năng của các điểm tải lớn được đưa vào trong khoảng thời gian từ năm t0 đến năm t;

kT – hệ số tính đến sự tăng trưởng của thời gian sử dụng công suất cực đại, có thể lấy giá trịnhau sau:

pt k t mv t nn T pt

A A

A A A k k

0

.

Ak.pt – điện năng tiêu thụ của các điểm tải không có khả năng phát triển

Trong những trường hợp không đủ thông tin, thì hệ số phát triển phụ tải có thể lấy gầnđúng phụ thuộc vào đặc tính của các loại phụ tải theo bảng 2.6 sau:

Bảng 2.6 Hệ số phát triển trung bình của một số loại phụ tải

2) Xác định hệ số phát triển theo số liệu về vốn đầu tư trang thiết bị

Theo phương pháp này có thể dựa trên mức độ trang bị hiện tại và kế hoạch phát triểnsản xuất tương lai của xí nghiệp để dự báo nhu cầu điện năng Phụ tải trong năm thứ t xác địnhtheo biểu thức: Pt=kα.P0

kα - Hệ số phụ thuộc vào mức độ trang bị đầu tư

0 1)1(

)1(

t h

t t

αt , αh – suất gia tăng tương đối của vốn đầu tư trong tương lai và hiện tại

Vt , Vh , V0 – vốn đầu tư trong năm dự báo thứ t, năm cơ sở và ở năm đầu của chu kỳ tínhtoán vừa qua;

t1 , t0 – thời gian của chu kỳ sắp tới và chu kỳ trước

t h

t t

Po – công suất tính toán ở năm đầu chu kỳ vừa qua

Phương pháp dự báo phụ tải theo hệ số phát triển có ưu điểm là đơn giản, nhưng thường

có sai số lớn, vì vậy chỉ áp dụng trong trường hợp quy hoạch sơ bộ

2.4.2 Mô hình kinh tế lượng

Các mô hình kinh tế lượng được sử dụng rộng rãi trong dự báo nhu cầu năng lượng.Tuy nhiên, giả định gốc của cách tiếp cận này là mối liên hệ giữa thu nhập, giá và nhu cầu nănglượng tồn tại trong quá khứ sẽ tiếp tục giữ vững trong tương lai Cấu trúc cơ bản của nhu cầunăng lượng không được phân tích và năng lực dự báo của mô hình sẽ bị phá vỡ khi cấu trúc cơbản thay đổi Thực tế cho thấy, môi quan hệ giữa năng lượng, thu nhập và giá năng lượng có thểthay đổi đáng kể trong tương lai khi mà những thay đổi quan trọng trong cấu trúc công nghệ củanhu cầu năng lượng và phản ứng của người tiêu dùng xảy ra

Các mô hình kinh tế lượng được áp dụng với nhiều dạng khác nhau, dưới đây là một số mô hình

cơ bản:

2.4.2.1 Phương pháp hệ số đàn hồi

Phương pháp hệ số đàn hồi (elastic) là phương pháp dự báo phụ tải dựa vào mức tăngtrưởng của các ngành kinh tế Nhu cầu điện năng A được xác định lần lượt cho các năm kể từnăm thứ t+1 (năm t là năm được chọn làm cơ sở) theo biểu thức :

) 1

λE – hệ số đàn hồi, được xác định cho một giai đoạn phát triển (5÷10 năm), xác định theo biểuthức :

a* và y* - tỷ lệ tăng trưởng trung bình của điện năng và GDP

1 ) (

1

t

n t

A

A a

1 ) (

1

t

n t

G

G y

n – số năm quan sát

At và At+n – phụ tải năm thứ t và năm thứ t+n

Gt và Gt+n – GDP của năm thứ t và n năm sau đó

Dạng chung nhất của phương trình kinh tế lượng được sử dụng trong các nghiên cứunăng lượng dựa trên hàm số sản xuất Cobb-Douglas:

et

etg B a

A = E α −β (2.76)Trong đó:

A – nhu cầu điện năng;

B – thu nhập;

g – giá năng lượng;

aE– hệ số hồi quy;

αet– đàn hồi nhu cầu năng lượng;

βet– đàn hồi giá điện

Đàn hồi nhu cầu điện năng biểu thị nhu cầu năng lượng thay đổi do sự thay đổi giá nănglượng và thu nhập trong mô hình kinh tế lượng Giá trị này có thể được xác định như sau:

B B A A B

δA%, δB% – suất tăng tương đối điện năng và GDP;

∆A; ∆B – tăng trưởng trung bình điện năng và thu nhập trong giai đoạn xét

Xác định tương tự đối với đàn hồi giá điện:

g g A A g

∆g - tăng trưởng trung bình giá điện trong giai đoạn xét

Một ứng dụng quan trọng của mô hình kinh tế lượng là sử dụng dự báo hiệu quả sửdụng năng lượng Tuy nhiên, dự báo này dựa trên sự phát triển của các dịch vụ năng lượng Nếucấu trúc công nghệ của nhu cầu năng lượng giữ nguyên không thay đổi, bao gồm cả hiệu quả sửdụng năng lượng cuối cùng, dẫn đến dự báo tăng trưởng sử dụng năng lượng đồng nhất với tăngtrưởng dịch vụ năng lượng Kiểu dự báo này cũng dẫn đến như là kịch bản đóng băng hiệu quả(frozen-efficiency)

Các mô hình kinh tế lượng có ưu điểm là yêu cầu dữ liệu không nhiều và dựa trên lýthuyết thống kê Thường chúng được sử dụng cho tất cả các nhóm hộ sử dụng năng lượng màkhông cần xét tới cấu trúc công nghệ sử dụng năng lượng Vì vậy, chúng được sử dụng khá rộngrãi

2.4.2.2 Mô hình kinh tế lượng sử dụng phương pháp ngoại suy

Nội dung của phương pháp này là nghiên cứu diễn biến của phụ tải trong các năm quákhứ tương đối ổn định và tìm ra quy luật biến đổi của phụ tải phụ thuộc vào thời gian, từ đó sửdụng mô hình tìm được để ngoại suy cho giai đoạn dự báo Các mô hình dự báo được xác địnhtrên cơ sở phân tích tương quan hồi quy Tùy thuộc vào sự diễn biến của phụ tải trong các nămquá khứ, có thể tồn tại một số dạng mô hình dự báo cơ bản sau đây:

a Hàm tuyến tính

Mô hình tuyến tính biểu thị sự biến đổi của phụ tải P theo thời gian t có dạng:

Pt = a.t + b (2.78)Trong đó:

a và b là các hệ số hối quy, được xác định theo phương pháp bình phương cực tiểu, là nghiệmcủa hệ phương trình sau:

a ∑n ti2 + b∑ti = ∑Pi ti

- Đối với hệ số a dùng lệnh: “ index(linest(Pđ:Pc,tđ:tc),2)”

- Đối với hệ số b dùng lệnh: “ index(linest(Pđ:Pc,tđ:tc),1)”

Trong đó:

tđ, tc – tọa độ các ô năm đầu và năm cuối của thời gian lấy số liệu;

Pđ, Pc – tọa độ các ô phụ tải năm đầu và năm cuối của dãy số liệu

Mô hình dự báo tuyến tính cũng có thể được biểu thị dưới dạng:

Pt = Po + P0,α.(t-t0) = P0[1+.αP.(t-t0)] (2.79)Trong đó: P0 - Phụ tải năm cơ sở t0 ; αP - suất tăng phụ tải trung bình hàng năm:

n

i P

α

α = Σ ;

αi - tỷ lệ tăng phụ tải năm thứ i so với năm trước

Suất tăng trung bình cũng có thể xác định theo biểu thức :

100 ).

1 ) (

%

1

−

= t c−t đ đ

c P

P

P

αTrong đó:

tđ, tc – năm đầu và năm cuối của dãy số liệu;

Pđ, Pc – phụ tải ở năm đầu và năm cuối của dãy số liệu

b Hàm Parabol

Mô hình Parabol, hay còn gọi là mô hình bậc hai được biểu thị dưới dạng:

Pt = a.t2 + bt + c (2.80)Các hệ số hồi quy a, b, c được xác định theo điều kiện bình phương cực tiểu với hệ phươngtrình:

+ b ∑ti2

+ c ∑ti = ∑tiPi a∑ti2

Trong đó: P0 - Phụ tải của năm cơ sở ; αP - Suất gia tăng phụ tải hàng năm.

Nếu đặt hệ số C = (1+αP) thì hàm mũ (2.69) có thể biểu diễn dưới dạng ngắn gọn sau:

Pt = P0C t (2.82)Trong nhiều trường hợp hàm mũ cũng có thể biểu thị dưới dạng:

Pt = A.eat (2.83)Trong đó : A và a là các hệ số được xác định từ số liệu thống kê

i i

=

=

1α

e Mô hình đường cong chữ S

Tồn tại một số mô hình biến dạng của mô hình logistic mà người ta thường gọi là môhình dự báo đường cong chữ S:

at t

e m

Phương pháp ngoại suy là một trong những phương pháp được ứng dụng nhiều donhững ưu điểm là phản ánh khá chính xác quá trình phát triển của phụ tải ổn định, có thể đánhgiá mức độ tin cậy của hàm xu thể dễ dàng Tuy nhiên theo phương pháp này cần phải có lượngthông tin đủ lớn, quá trình khảo sát quá khứ và quá trình phát triển trong tương lai phải tươngđối ổn định Để nâng cao độ chính xác cần phải dự báo riêng cho từng thành phần của phụ tảirồi sau đó mới tổng hợp theo các phương pháp tính toán thông dụng

Hàm dự báo được xây dựng trên cơ sở số liệu thống kê của những tập mẫu và đánh giámức độ chặt chẽ bằng hệ số tương quan tuyến tính:

t P

t P

) ( 1

Y y

X x R

r1

2nrt

2.4.2.3 Phương pháp tương quan

Phân tích tương quan hồi quy là xác định sự liên quan định lượng giữa hai biến ngẫunhiên Y và X, kết quả của phân tích hồi quy được dùng cho dự báo khi một trong các biến, bằngcách nào đó, được xác định trong tương lai Hồi quy đơn được dùng để xem xét mối liên hệtuyến tính giữa hai biến X và Y, trong đó X được xem là biến độc lập (ảnh hưởng đến biến Y),còn Y là biến phụ thuộc (chịu ảnh hưởng bởi biến X)

Thực chất nhu cầu điện không chỉ liên quan đến một, mà có liên quan đến rất nhiều yếu

tố, như: Thu nhập quốc gia (NI – National Income); Dân số (POP – population); Tổng sản phẩmnội địa (GDP – Gross of Domestic Production); Chỉ số giá tiêu dùng (CPI – Consumer PriceIndex) v.v , vì vậy trong thực tế người ta thường sử dụng phương pháp tương quan hồi quy bội[3] để giải quyết vấn đề này Quan hệ giữa nhu cầu điện Y với các nhân tố xi được thể hiện dướimột số dạng chính sau:

ax x x

a

2 1 0

= (2.91)

k k p

x a a

2 2 1 1

2.4.3 Mô hình phân tích kinh tế-kỹ thuật

2.4.3.1 Phương pháp luận tổng quát của mô hình phân tích kinh tế - kỹ thuật

Các mô hình dự báo phân tích kinh tế - kỹ thuật chi tiết hơn nhiều so với mô hình kinh

tế lượng, mặc dù công thức tính toán của chúng hoàn toàn đơn giản

Cách tiếp cận phân tích kinh tế - kỹ thuật đã chú ý xem xét cả về quy mô và cấu trúccông nghệ của dịch vụ năng lượng Nhu cầu năng lượng cho mỗi hoạt động là sản phẩm của 2yếu tố: mức độ hoạt động (dịch vụ năng lượng) và cường độ năng lượng (năng lượng sử dụngtrên 1 đơn vị dịch vụ năng lượng) Hơn nữa, tổng nhu cầu năng lượng quốc gia hoặc từng thànhphần bị tác động bởi sự thay đổi cấu trúc của nhu cầu năng lượng Hầu hết những phân tíchnăng lượng từ dưới lên (bottom-up) hàm chứa sự pha trộn các dịch vụ năng lượng và các hoạtđộng (cấu trúc của nhu cầu năng lượng)

Mức độ của hoạt động năng lượng phụ thuộc vào các nhân tố như dân số, thu nhập vàtổng sản phẩm quốc nội Mức độ của cường độ năng lượng phụ thuộc vào hiệu quả sử dụng

năng lượng bao gồm cả khía cạnh công nghệ và vận hành Phép tổng các mức độ của 2 nhân tốcủa các hoạt động trên cho tổng nhu cầu năng lượng:

Euse =

1

*

n i

Qi Ii

=

∑ (2.93)Với: Qi: Số lượng dịch vụ năng lượng i; Ii: Cường độ năng lượng đối với dịch vụ năng lượng i

Cường độ năng lượng Ii có thể giảm do thay đổi công nghệ có hiệu suất năng lượng caohơn, không tác động tới mức độ của dịch vụ năng lượng Sử dụng năng lượng cũng có thể giảmbởi thay đổi tập quán sử dụng các thiết bị sử dụng năng lượng cuối cùng, vì vậy giảm sử dụngnăng lượng hàng năm Nếu sự giảm này đạt được do giảm sử dụng lãng phí hoặc không cầnthiết (ví dụ thông qua hoàn thiện công nghệ điều khiển) nó có thể được xem như cải thiện hiệusuất (giảm Ii) Tuy nhiên, nếu sự giảm xuất phát từ người tiêu dùng như giảm mức chiếu sáng,giảm nhiệt độ nước tắm sẽ được xem như giảm mức độ dịch vụ năng lượng (giảm Qi)

Số lượng của các dịch vụ năng lượng Qi phụ thuộc vào một số nhân tố bao gồm: dân số,tổng số các hộ tiêu thụ và phạm vi sử dụng của mỗi một dịch vụ

Ở đây : Qi = số lượng dịch vụ năng lượng i

Ni = số khách hàng thích ứng với dịch vụ năng lượng i

Pi = Tổng các khách hàng của dịch vụ năng lượng i

Mi = Phạm vi sử dụng của dịch vụ năng lượng i

Tham số Ni có thể là hộ gia đình, toà nhà thương mại hoặc hộ công nghiệp Yêu cầu chủyếu để xác định là nó phù hợp với nhóm thuộc biến P

Giá trị Pi đơn giản chỉ là phần đóng góp của các khách hàng sử dụng dịch vụ nănglượng i

Thông số Mi phụ thuộc vào phân tích kinh tế - kỹ thuật Đối với phân tích kinh tế - kỹthuật công nghiệp, dạng đơn giản của nó là tấn sản phẩm, đối với thương mại Mi biểu thị tổngdịch vụ và mức độ dịch vụ được cung cấp, ví dụ lumen (lux) trên m2 được chiếu sáng, nó có thểđược thay thế bởi số giờ được chiếu sáng hay số giờ có độ sáng lux đã cho

2.4.3.2 Mô hình MEDEE-S

MEDEE-S (Model for Energy Demand Evaluation) là mô hình dự báo nhu cầu nănglượng dùng cho dự báo dài hạn (từ 15÷20 năm) Đây là loại mô hình dạng phân tích kinh tế – kỹthuật, trong đó quá trình tiến hành nhằm nhận dạng các nhân tố kinh tế, dân số, xã hội và kỹthuật tác động đến sự phát triển về nhu cầu năng lượng, từ đó đánh giá và mô phỏng sự tiếntriển của chúng trong thời gian dự báo hoặc là thông qua các tính toán trực tiếp từ mô hình hoặc

là việc thông qua xây dựng các kịch bản

Các cơ cấu đánh giá nhu cầu năng lượng của mô hình xuất phát từ việc phân tích hệthống tiêu hao năng lượng các module đồng nhất, cụ thể là:

- Số lượng và cấu trúc nhu cầu năng lượng của khu vực sinh hoạt được đánh giá và phânbiệt theo vùng địa lý (nông thôn, thành thị, ),theo tầng lớp xã hội, theo thu nhập, theo nghềnghiệp xã hội, Đối với một tầng lớp xã hội, nhu cầu năng lượng được xác định theo từng loạinhu cầu sử dụng (đun nấu, thắp sáng, )

- Đánh giá nhu cầu năng lượng khu vực công nghiệp cũng được tiến hành theo ngành(luyện kim, giấy, xi măng, ) và theo loại công nghệ cũng như loại sử dụng (sử dụng nhiệt, sửdụng chuyên dụng, )

- Nhu cầu năng lượng của khu vực nông nghiệp có thể được đánh giá một cách tổngquát theo ngành, theo dạng sử dụng hoặc cũng có thể phân tích theo ngành và theo dạng thiết bị

sử dụng

- Trong lĩnh vực giao thông vận tải, quá trình phân tích được tiến hành theo vận tải hànghoá vận tải hành khách trong đó có xét đến tính da dạng về các phương tiện vận tải trong cácnước đang phát triển

Về mặt cấu trúc, mô hình MEDEE-S gồm một mô hình cơ sở được tính toán tự độngtheo 5 ngành kinh tế (công nghiệp, nông nghiệp, sinh hoạt, dịch vụ và vận tải ) và một loại các

mô hình con là những tính toán chi tiết mà khi áp dụng chúng ta có thể lựa chọn hoạc không,tuỳ theo đặc điểm của quốc gia được nghiên cứu, theo mức độ chi tiết của nguồn dự trữ có thểthu nhập được Điều này tạo cho mô hình một khả năng thích cao trong quá trình ứng dụng

Những ưu điểm của mô hình

- Mô hình đưa ra một phác hoạ dễ hiểu về nhu cầu năng lượng bằng việc chỉ rõ các biếnđiều khiển nhu cầu này, vì thế có thể điều khiển sự phát triển nhu cầu này bằng các chính sáchnăng lượng

- Mô hình có thể được dùng để thành lập bảng cân bằng năng lượng ở mức độ tiêu thụnăng lượng cuối cùng

- Mô hình có thể lượng hoá những thay đổi của nền kinh tế xã hội thông qua sự thay đổicủa nhu cầu năng lượng

- Các thông tin cần thiết dễ dàng được nhận ra Vì vậy việc thu thập, xử lý số liệu vàthông tin cần thiết cũng dễ dàng

2.4.3.2 Mô hình MAED (Model for Analysis of the Energy Demand)

Mô hình MAED được sử dụng cho mục đích dự báo nhu cầu năng lượng Mô hìnhMAED được xây dựng trên cơ sở rút gọn mô hình MEDEE-S Cấu trúc chung của mô hìnhMAED bao gồm 3 Module (hình 2.8):

+ Module 1: ED “Energy Demand” sử dụng để tính toán nhu cầu năng lượng cuối cùng theodạng và theo các ngành kinh tế cho từng năm trong chu kỳ nghiên cứu

+ Module 2: HEPD “Hourly Electric Power Demand” sử dụng để biến đổi nhu cầu điệnnăng hàng năm của từng hộ tiêu thụ chính thành nhu cầu theo giờ đặt lên hệ thống điện.+ Module 3: LDC “Load Duration Curve” sử dụng để sắp xếp nhu cầu theo giờ của hệthống điện theo thứ tự giảm dần và xây dựng thành "đường cong phụ tải"

Module 3LDC

Module 1

ED Điện năng Năng

lượng cuối cùngCác dạng năng lượng

WASPModel