Chương 4: Tính toán tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng cung cấp điện

• Ví dụ: Dựa theo đồ thị phụ tải ngày đêm mùa đông và mùa hè cho trên hình 3a và 3b, xây dựng đồ thị phụ tải năm của công suất tác dụng theo khoảng thời gian.. 4.3.1 Tính tổn thất điện[r]

Trang 1

Chương 4 Tính toán tổn thất công suất và tổn

thất điện năng trong mạng cung cấp

điện

09/2015

Trang 2

4.1 Ý nghĩa của vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng

trong mạng cung cấp điện

• Quá trình truyền tải điện năng:

Nhà máy điện → truyền tải và phân phối (sử dụng dây dẫn và máy biến áp) → Hộ tiêu thụ điện

• Nguồn gốc của tổn thất điện năng: Tổn thất trên dây dẫn và máy

biến áp (ΔP, ΔQ) Điện năng tổn thất (ΔA) sinh nhiệt làm nóng dây dẫn và máy biến áp → không mang lại bất kỳ hiệu quả nào

• Mạng điện nhỏ: ΔP và ΔA không đáng kể.

• Hệ thống điện lớn: tổn thất đáng kể, khoảng 10% ÷ 15% công suất

truyền tải

• Hệ quả:

- ΔP và ΔA → Vốn đầu tư nguồn phát cao → Chi phí nhiên liệu lớn

→ Giá bán điện cao → Không có lợi cho phát triển kinh tế và phục

vụ dân sinh

Trang 3

4.1 Ý nghĩa của vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng

trong mạng cung cấp điện

- ΔQ → Không đủ công suất phản kháng cho hộ dùng điện → Trang

bị thêm thiết bị phát công suất phản kháng → Chi phí đầu tư cao → Giá bán điện cao

• Kết luận: Nghiên cứu vấn đề tổn thất điện năng là rất quan trọng và

bức bách đối với người thiết kế cũng như người quản lý vận hành lưới điện

Trang 4

4.2 Tổn thất công suất (ΔP, ΔQ)

4.2.1 Tổn thất công suất trên đường dây của mạng điện

4.2.1.1 Trường hợp đường dây có một phụ tải

4.2.1.2 Trường hợp đường dây có nhiều phụ tải

4.2.1.3 Tổn thất công suất trên dường dây có phụ tải phân bố đều4.2.2 Tổn thất công suất trong máy biến áp

4.2.2.1 Tổn thất công suất trong máy biến áp hai dây quấn

4.2.2.2 Tổn thất công suất trong máy biến áp ba cuộn dây và máy biến áp tự ngẫu

Trang 5

4.2.1 Tổn thất công suất trên đường dây của mạng điện

4.2.1.1 Trường hợp đường dây có một phụ tải

• ΔP trên đường dây dẫn điện xoay chiều ba pha:

• ΔQ trên đường dây dẫn điện xoay chiều ba pha:

I – dòng điện toàn phần chạy trên đường dây.

U – điện áp dây.

R, X – điện trở và điện kháng của đường dây.

RU

Q

PR

I3

Q

PX

I3

Trang 6

4.2.1.2 Trường hợp đường dây có nhiều phụ tải

• Tính toán tổn thất công suất trên đường dây có 2 phụ tải:

- Tổn thất công suất trên đường dây của đoạn 2:

2 2

c

2 c

2 c 2

2 2

c

2 c

U

Q

PQ

và

rU

Trang 7

Vậy

- Công suất ở đầu đoạn đường dây 2 bằng:

- Công suất tại điểm cuối đoạn 1 là:

- Tổn thất công suất trên đường dây của đoạn 1 bằng:

Vậy

2 2

 

' 2

S

' 2

' 2 2

c 2

' 2 b

' 2

"

1 2

và

rU

 

Trang 8

- Tổn thất công suất dọc đường dây từ A đến C bằng:

- Trong mạng địa phương có thể coi , khi đó:

Trang 9

4.2.1.3 Tổn thất công suất trên đường dây có phụ tải phân bố đều

• Dòng điện phụ tải tổng (hình 2a):

i – dòng điện trên 1 đơn vị chiều dài (A/m) – một nguyên tố chiều dài

L – chiều dài toàn bộ đường dây (m)

I L

.i id

Trang 10

4.2.1.3 Tổn thất công suất trên đường dây có phụ tải phân bố đều

• Tổn thất công suất 3 pha trên một nguyên tố chiều dài cách đầu

đường dây sẽ bằng:

• Tổn thất công suất trên toàn bộ đường dây:

• Tôn thất công suất trong đường dây có phụ tải tập trung (hình 2b):

• ΔP trên đường dây có phụ tải phân bố đều chỉ bằng 1/3 ΔP trên

đường dây có phụ tải tập trung (cùng I và L)

P  2 0



d



Trang 11

4.2.2 Tổn thất công suất trong máy biến áp

4.2.2.1 Tổn thất công suất trong máy biến áp hai dây quấn

a Phần không đổi

• Tổn thất sắt trong máy biến áp (MBA) (ΔSFe):

ΔPFe = ΔP0 – tổn thất công suất tác dụng lúc MBA không tải Trị số

này được tra ở bảng do nhà sản xuất cho.

ΔQFe – tổn thất gây từ trong lõi sắt:

I0 – dòng điện không tải.

Sđm – công suất định mức của MBA.

Fe Fe

Trang 12

b Phần thay đổi

• Đây là tổn thất trên cuộn dây của MBA (tổn thất đồng ΔSCu):

• Khi phụ tải MBA là định mức:

- Tổn thất công suất tác dụng trong cuộn dây MBA bằng tổn thất

công suất tác dụng lúc làm thí nghiệm ngắn mạch:

- Tổn thất công suất phản kháng trong cuộn dây MBA bằng tổn thất

tản từ:

Cu Cu

 

N đm



Trang 13

• Đối với MBA lớn, R<<X → ΔQCuđm được xác định theo uN%:

• Khi phụ tải MBA là không định mức:

- Tổn thất công suất tác dụng:

rB – điện trở cuộn dây của MBA.

I2, S2, U2 – dòng điện, công suất và điện áp của phụ tải.

2 2 B

2 2

U

S r

I 3



Trang 14

Nếu coi , ta có thể viết:

- Tổn thất công suất phản kháng trên xB bằng:

Nếu coi , ta có thể viết:

2 đm

2

U 

2 đm

2 2

N Cu

S

2 2 B

2 2

U

S x

I 3



2 đm

N Cu

S 100

Trang 15

• Vậy tổng tổn thất công suất trong MBA bằng:

và

2 đm

2 2

N 0

Cu Fe

B

S

P P



đm

2 2 N

đm

0 Cu

Fe B

S 100

S

%.

u 100

S

%.

I Q

Q



Trang 16

4.2.2.2 Tổn thất công suất trong MBA ba cuộn dây và MBA tự ngẫu

• Tổn thất công suất trong MBA ba cuộn dây và MBA tự ngẫu:

- Tổn thất sắt trong MBA:

- Tổn thất đồng trong MBA:

Cu Fe

Trang 17

+ Tổn thất đồng trong cuộn cao áp bằng:

SC – phụ tải của cuộn cao áp.

rC – điện trở của cuộn cao áp.

+ Tổn thất đồng trong cuộn trung áp bằng:

ST – phụ tải của cuộn trung áp.

rT – điện trở của cuộn trung áp đã được quy đổi về bên cao áp.

C

2 C

2 T

Trang 18

+ Tổn thất đồng trong cuộn hạ áp bằng:

SH – phụ tải của cuộn hạ áp.

rH – điện trở của cuộn hạ áp đã được quy đổi về bên cao áp.

Vậy tổn thất đồng trong MBA sẽ là:

Biết ΔP~I2, vì vậy nếu biết ΔPN(C), ΔPN(T), ΔPN(H), ta có thể viết tổn thất đồng như sau:

H

2 C

2 H

2 H T

2 C

2 T C

2 C

U

S r

U

S r

Trang 19

ΔPN(C), ΔPN(T), ΔPN(H) – tổn thất đồng định mức của cuộn cao áp,

cuộn trung áp, cuộn hạ áp MBA.

SC, ST, SH – phụ tải của các cuộn cao áp, cuộn trung áp, cuộn hạ áp.

2

đm

C )

C ( N C

S

S P

T ( N T

S

S P

H ( N H

S

S P

Trang 20

Vậy tổn thất đồng trên ba cuộn dây MBA có thể được viết lại:

Tổn thất công suất phản kháng trên ba cuộn dây MBA:

2

đm

H )

H ( N

2

đm

T )

T ( N

2

đm

C )

C ( N

S P

S

S P

S

S P

2 H T

2 C

2 T C

2 C

H T

C Cu

x U

S x

U

S x

U S

Q Q

Trang 21

Hoặc ta có thể viết theo cách khác

Trong đó

Vậy ΔPB và ΔQB trong MBA ba cuộn dây và MBA tự ngẫu sẽ là:

) H ( Cu )

T ( Cu )

C ( Cu

đm

2 H )

H ( N đm

2 T )

T ( N đm

2 C )

C ( N Cu

Q Q

Q

S 100

S

%.

u S

100

S

%.

u S

100

S

%.

u Q

mà S

S Q

2

đm

C )

C ( CuN )

C (

Trang 22

4.3 Tính tổn thất điện năng (ΔA)

4.3.1 Tổn thất điện năng trên đường dây

4.3.1.1 Xác định tổn thất điện năng theo đồ thị phụ tải

4.3.1.2 Phương pháp xác định tổn thất điện năng theo thời gian tổn thất công suất lớn nhất

4.3.2 Tổn thất điện năng trong trạm biến áp

4.3.2.1 Trạm có một máy biến áp

4.3.2.2 Trạm có nhiều máy biến áp vận hành song song

Trang 23

4.3.1 Tính tổn thất điện năng trên đường dây

• Nếu phụ tải không đổi, tổn thất điện năng sẽ bằng:

• Nếu phụ tải thay đổi, tổn thất điện năng sẽ bằng:

Biểu thức trên chỉ có ý nghĩa lý thuyết vì ΔP là một hàm phức tạp của thời gian t

• Phương pháp tính tổn thất điện năng:



Trang 24

4.3.1.1 Xác định tổn thất điện năng theo đồ thị phụ tải (phương

pháp phân tích đồ thị)

Hình 3 Đồ thị phụ tải a.Đồ thị phụ tải ngày đêm mùa đông

b.Đồ thị phụ tải ngày đêm mùa hè

c.Đồ thị phụ tải năm theo khoảng thời

gian

Trang 25

4.3.1.1 Xác định tổn thất điện năng theo đồ thị phụ tải

ngày đêm và cách xây dựng đồ thị phụ tải năm.

• Ví dụ: Dựa theo đồ thị phụ tải ngày đêm mùa đông và mùa hè cho

trên hình 3a và 3b, xây dựng đồ thị phụ tải năm của công suất tác dụng theo khoảng thời gian Giả thiết một năm có 200 ngày đông

Trang 26

• Các giá trị của Pi và Δti ứng với các bậc 1, 2, 3, …, 35 của đồ thị

phụ tải theo thứ tự giảm dần được liệt kê trong bảng sau:

h N đ

N N

ih đ

i i

h 2 đ

2 2

h đ

1

t 165 t

200 t

t 165 t

200 t

Trang 27

• Căn cứ vào các giá trị Pi và Δti vừa tìm được ta vẽ đồ thị phụ tải

năm theo thứ tự giảm dần của phụ tải (hình 3c)

• Dựa theo đồ thị phụ tải năm ta có thể xác định được tổn thất điện

năng trong 1 năm

…2

0000

…1

Trang 28

• Xác định tổn thất điện năng trong 1 năm

………

Tổn thất điện năng trong

cả năm:

1 1

2 1

i

i t.

P A

Hình 4 Xác định ΔA theo đồ thị phụ tải và theo τ

Trang 29

4.3.1.2 Phương pháp xác định tổn thất điện năng theo thời gian tổn

thất công suất lớn nhất

a Phương pháp τ

• Tổn thất điện năng trong một năm được tính:

ΔPmax – tổn thất công suất lớn nhất.

τ – thời gian tổn thất công suất lớn nhất.

• Thời gian tổn thất công suất lớn nhất là thời gian mà trong đó nếu

mạng điện liên tục tải công suất lớn nhất Pmax thì sẽ gây ra một tổn thất điện năng trong mạng điện vừa đúng bằng tổn thất điện năng trên thực tế, theo đồ thị phụ tải của mạng điện sau 1 năm vận hành

Trang 30

• Mối quan hệ giữa tổn thất điện năng ΔA và điện năng tiêu thụ A:

- Điện năng tiêu thụ trong một năm bằng:

Pmax – công suất tiêu thụ lớn nhất.

Tmax – thời gian sử dụng công suất lớn nhất.

- Với đồ thị phụ tải nhiều bậc, ta có thể viết:

max max

N

1 i

i i

N N

2 2

2 i

2



Trang 31

- Thời gian sử dụng công suất lớn nhất bằng:

- Mỗi nhóm hộ tiêu thụ có một đồ thị phụ tải đặc trưng, tương ứng

có một giá trị Tmax Tmax càng lớn chứng tỏ kỹ thuật dùng điện càng cao

- Để vẽ đường cong quan hệ giữa Tmax và τ, ta tiến hành như sau:

+ Thu thập một số lượng lớn các đường cong phụ tải của các loại hộ

dùng điện khác nhau, nghiên cứu các đường cong đó

+ Phân loại các đường cong, sau đó vẽ các đường cong điển hình

max

N

1 i

i i max

Trang 32

+ Dựa vào từng loại đường cong phụ tải điển hình, ứng với mỗi trị số

Tmax lại có một trị số τ, sau đó sắp sếp thành bảng

+ Căn cứ vào số liệu có được,

vẽ các đường cong biểu diễn

Hình 5 Quan hệ giữa thời gian tổn thất τ với

thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax,

ứng với cosφ của phụ tải khác nhau

Trang 33

• Đối với đường dây có nhiều phụ tải:

- Nếu cosφ giống nhau, Tmax như nhau thì tổn thất điện năng là:

- Nếu cosφ và Tmax khác nhau nhiều thì tổn thất điện năng là:

2

c

"

2 3

U

S r

U

S A

1 1 2

b

"

1 2

2 2

c

"

2 3

3 2

U

S r

Trang 34

- Nếu cosφ và Tmax khác nhau không nhiều, ta tính trị số bình quân

của cosφ và Tmax:

và

Căn cứ vào cosφbq và Tmaxbq, ta tra được giá trị của τ và tính được

ΔA cho toàn đường dây

d c

b

d d

c c

b

b bq

S S

S

cos S

cos

S cos

c max

b

max d max d max

c max c max

b max

b bq

max

P P

P

T P

T

P T

Trang 35

• Đối với các đồ thị phụ tải có dạng đỉnh nhọn, trị số τ có thể xác

định theo công thức kinh nghiệm (nếu T = 8760 giờ):

• Khi thời gian tính toán nhỏ hơn (T < 8760), ta dùng công thức sau:

• Phương pháp này thường có sai số lớn vì giả thiết đồ thị phụ tải

công suất tác dụng và công suất phản kháng đồng thời cực đại

8760 10000

T 124

, 0

2 max

max

min max

max max

P

P 1

P

2 T

T 1

T

T T

Trang 36

b Phương pháp τ p và τ q

• Để giảm sai số khi xác định ΔA, cần phải xét đến hình dáng của đồ

thị phụ tải, hệ số công suất và trong thời gian ngày đêm, cực đại của phụ tải tác dụng và phản kháng có xảy ra đồng thời không → dùng phương pháp τp và τq

ΔPp, ΔPq – thành phần tổn thất công suất tác dụng do P và Q gây

ra.

τp, τq – thời gian tổn thất do công suất tác dụng và công suất phản

q q p

P



Trang 37

c Phương pháp 2τ

• Để giảm bớt sai số do không xét đến sự không đồng nhất của các

đồ thị phụ tải ngày đêm → dùng phương pháp 2τ

• Điện năng tiêu thụ trong một ngày đêm Anđ:

tmax, tmin – thời gian phụ tải cực đại và cực tiểu, và chúng thỏa mãn

quan hệ:

• Điện năng tiêu thụ trong một ngày đêm cũng có thể xác định theo:

min min

max max

24 t

i i

A

Trang 38

• Tách đồ thị bên dưới thành 2 phần theo tmax và tmin, ta có:

max min

min max

min

nđ max

t 24 t

P P

P 24

A t

a Đồ thị phụ tải ngày đêm

theo khoảng thời gian

b, c Hai phần của đồ thị phụ

tải theo khoảng thời gian tmax

và tmin

Trang 39

i

2 i min

2 min

t 1

i

2 i max

2 max

t P

P

t P

P

2 i

t 1

t P

P

Trang 40

• Tổn thất điện năng trong một ngày đêm:

• Tổn thất điện năng trong thời gian tính toán T được xác định theo:

Atbnđ – điện năng ngày đêm trung bình trong thời gian tính toán T.

Anđ – điện năng ngày đêm, của ngày đêm chọn để tính toán.

min min

max max



T A

A A

Trang 41

4.3.2 Tổn thất điện năng trong trạm biến áp

4.3.2.1 Trạm có một máy biến áp

• Khi không có đồ thị phụ tải của MBA:

t – thời gian MBA vận hành, nếu suốt năm thì t = 8760 giờ.

τ – thời gian tổn thất công suất lớn nhất.

• Nếu có đồ thị phụ tải năm như hình 8:

ΔPCu1, ΔPCu2 – tổn thất đồng lúc phụ tải MBA

Trang 42

4.3.2.2 Trạm có nhiều MBA vận hành song song

a Các MBA ghép song song có dung lượng giống nhau

• Giả thiết trạm biến áp có đồ thị phụ tải hàng năm như hình 8 và có

phương thức vận hành như sau:

- Phụ tải S1 → n1 MBA ghép song song → vận hành trong t1 giờ

- Phụ tải S2 → n2 MBA ghép song song → vận hành trong t2 giờ

• Nếu Uđm không đổi, ΔA của trạm biến áp sẽ bằng:

2 2

đm

1 1

1 đm Cu 2

2 1

1 Fe

2 2

đm 2

2 đm

Cu 2

1 2

đm 1

1 đm

Cu 1

2 Fe 2

1 Fe 1

S

Sn

tS

Sn

tP

tnt

nP

tS

.n

SP

n

tS

.n

SP

n

t

Pn

t

Pn

A

Trang 43

a Các MBA ghép song song có dung lượng giống nhau

• Chú ý: với phương thức vận hành như trên thì không thể dùng thời

gian tổn thất τ để tính ΔA vì số lượng MBA thay đổi theo thời gian

• Nếu có n MBA ghép song song vận hành suốt năm:

Cu max

Cu

S n

S P

Trang 44

b MBA ghép song song có dung lượng khác nhau

• Điều kiện: tìm sự phân bố phụ tải giữa các MBA ghép song song.

• Đối với các MBA có điện áp ngắn mạch uN% bằng nhau thì phụ tải

phân bố giữa chúng có thể xem như tỷ lệ với công suất định mức của chúng

• Ví dụ trạm có hai MBA B1 và B2 ghép song song, ta có:

Sđm1 và Sđm2 – công suất định mức của MBA B 1 và B 2.

∑Sđm – tổng công suất định mức của các MBA ghép song song:

đm

1

đm 1

S

S S S

và S

S S S

Định dạng
Số trang	44
Dung lượng	1,47 MB