quy hoạch hệ thống điện

quy hoặch

1

Ch-ơng 3

Dự báo nhu cầu điện năng và phụ tải điện

3.1 Khái niệm chung

3.2 Dự báo nhu cầu điện năng

3.3 Dự báo đồ thị phụ tải

3.4 Một số cơ sở dữ liệu dùng cho dự báo

Nội dung

2

 Nhu cầu điện năng và đồ thị phụ tải điện là các số liệu đầu vào rất quan trọng, quyết định rất lớn chất l-ợng của việc qui hoạch hệ thống điện

 Dữ liệu đầu vào quan trọng để lập QHHTĐ là dự báo nhu cầu điện năng cho từng mốc thời gian trong t-ơng lai

 Vai trò của dự báo nhu cầu điện năng có tác dụng rất to lớn, nó liên quan đến quản lý kinh tế nói chung

và qui hoạch hệ thống điện nói riêng Dự báo và qui hoạch là hai giai đoạn liên kết chặt chẽ với nhau của một quá trình quản lý

- Xác định quy luật và đặc điểm của

sự phát triển của nhu cầu điện năng và phụ tải điện

tế, về mặt khoa học kỹ thuật nói chung không yêu cầu xác định chỉ tiêu cụ thể

5

3.1 Khái niệm chung (tt)

Biểu đồ phụ tải tổng hợp: đ-ợc xây dựng cho một số ngày điển hình (làm việc, nghỉ, mùa đông, mùa hè) Tổng hợp các biểu đồ phụ tải ngày (theo số liệu theo từng loại biểu đồ) ta

đ-ợc biểu đồ phụ tải kéo dài trong năm cho từng mức công suất Đồ thị phụ tải kéo dài trong năm là dữ liệu cơ sở rất quan trọng trong tính toán QHHTĐ, nó cho phép xác định thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax

6

Tmax là khoảng thời gian sử dụng liên tục công suất cực đại Pmax sao cho năng l-ợng đ-ợc sử dụng vừa đúng bằng năng l-ợng sử dụng thực tế trong năm theo biểu đồ đã đ-ợc xác định Ptb - công suất trung bình

P A

7

0 Tmax

8760h t

8

3.1 Khái niệm chung (tt)

Để thực hiện đ-ợc việc qui hoạch hệ thống

điện cho t-ơng lai 15-20 năm cần phải có số liệu

dự báo của các ngành kinh tế quốc dân khác Nh-ng việc qui hoạch của các ngành kinh tế quốc dân khác lại th-ờng làm sau nên xác định một cách chính xác độ tăng của phụ tải điện là rất khó khăn

Việc xác định phụ tải điện bao gồm hai việc:

- Xác định nhu cầu điện năng

- Xác định đồ thị phụ tải điện

9

3.1 Khái niệm chung (tt)

Ph-ơng pháp tính toán dự báo phụ tải điện có thể phân làm các loại sau :

1- Ph-ơng pháp tính trực tiếp: Dựa trên kế hoạch phát triển

của các ngành kinh tế quốc dân, tính ra nhu cầu điện năng

2- Ph-ơng pháp ngoại suy: Dựa trên số liệu phụ tải trong

quá khứ, từ đó suy ra phụ tải điện trong t-ơng lai

3- Ph-ơng pháp hồi qui một chiều và hồi qui nhiều chiều:

Ph-ơng pháp này dựa trên mối t-ơng quan giữa phụ tải điện

và các ngành kinh tế khác của nền kinh tế quốc dân để tìm

ra nhu cầu điện năng trong t-ơng lai

10

3.2.1 Dù b¸o nhu cÇu ®iÖn n¨ng theo c¸c ngµnh cña nÒn kinh tÕ quèc d©n

3.2.2 Ph-¬ng ph¸p ngo¹i suy

3.2.3 Ph-¬ng ph¸p t-¬ng quan

3.2.4 Ph-¬ng ph¸p dù b¸o b»ng ph©n tÝch qu¸ tr×nh

3.2.5 Ph-¬ng ph¸p chuyªn gia

11

3.2 Dự báo nhu cầu điện năng (tt)

3.2.1 Dự báo nhu cầu điện năng theo các ngành của nền

kinh tế quốc dân

B-ớc1: Chia các phụ tải điện thành các nhóm

phụ tải có tính chất hoạt động và nhu cầu tiêu thụ điện năng đ-ợc xem là gần giống nhau nh-: công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, sinh hoạt v.v Các nhóm phụ tải này lại có thể chia thành các nhóm nhỏ hơn:

12

3.2 Dự báo nhu cầu điện năng (tt)

3.2.1 Dự báo nhu cầu điện năng theo các ngành của nền

kinh tế quốc dân (tt)

+ Điện năng cho công nghiệp:

+ Điện năng cho nông nghiệp bao gồm điện năng phục vụ cho trồng trọt, chăn nuôi, t-ới tiêu và sinh hoạt Điện năng cho trồng trọt và chăn nuôi có thể xác định theo suất tiêu hao điện năng, điện năng cho t-ới tiêu có thể tính theo kế hoạch xây dựng các trạm bơm, điện năng cho sinh hoạt ở nông thôn tính theo mức sử dụng bình quân của các hộ nông dân

13

+ Điện năng cho giao thông bao gồm điện năng cho đ-ờng

bộ, đ-ờng sắt, đ-ờng thuỷ và hàng không Điện năng cho giao thông chủ yếu phụ thuộc vào mức độ điện khí hoá

đ-ờng sắt, chiếu sáng đ-ờng bộ và các cảng (hàng không,biển)

+ Điện năng cho sinh hoạt tính theo kế hoạch phân phối

điện cho sinh hoạt, có thể tính theo mức sử dụng bình quân cho đầu ng-ời hoặc cho hộ gia đình

+ Điện năng tự dùng và tổn thất tính gần đúng theo tiêu chuẩn

3.2 Dự báo nhu cầu điện năng (tt)

3.2.1 Dự báo nhu cầu điện năng theo các ngành của

nền kinh tế quốc dân (tt)

14

3.2 Dự báo nhu cầu điện năng (tt)

3.2.1 Dự báo nhu cầu điện năng theo các ngành của

nền kinh tế quốc dân (tt)

cho năm thứ t đ-ợc tính theo công thức :

At = ACNt + ANNt + AGTt + ASHt + ATD +  At

B-ớc 3: Sau khi đánh giá nhu cầu điện năng

tổng của toàn bộ hệ thống, việc nghiên cứu biến động của nhu cầu điện năng

đ-ợc thực hiện theo ph-ơng pháp kịch bản

2 Sắp xếp các kịch bản, xác định mối liên hệ giữa các kịch bản

3.2 Dự báo nhu cầu điện năng (tt)

3.2.1 Dự báo nhu cầu điện năng theo các ngành

của nền kinh tế quốc dân (tt)

4 X©y dùng c¬ së ®Çu vµo cho m« h×nh dù b¸o c¨n cø trªn c¸c gi¶ thiÕt vÒ sù biÕn thiªn cã thÓ

cña c¸c biÕn kÞch b¶n

3.2 Dù b¸o nhu cÇu ®iÖn n¨ng (tt)

3.2.1 Dù b¸o nhu cÇu ®iÖn n¨ng theo c¸c ngµnh cña

nÒn kinh tÕ quèc d©n (tt)

17

* Ưu nh-ợc điểm của ph-ơng pháp:

Ưu điểm : Thuật toán đơn giản, giải đơn giản, chắc chắn có nghiệm

Nh-ợc điểm : Không dùng cho qui hoạch dài hạn vì số liệu đầu vào khi đó sẽ không chính xác

3.2 Dự báo nhu cầu điện năng (tt)

3.2.1 Dự báo nhu cầu điện năng theo các ngành của

nền kinh tế quốc dân

điện năng trong quá khứ d-ới dạng hàm số A=f(t) Sau đó trên cơ sở giả thiết rằng qui luật đó cũng đúng trong t-ơng lai sẽ tính đ-ợc nhu cầu điện năng tại bất cứ thời điểm nào trong t-ơng lai

* Nh- vậy ta cần phải tiến hành theo hai b-ớc nh- sau:

- Tìm dạng hàm số mô tả đúng qui luật phát triển của phụ tải trong quá khứ

- Xác định các hệ số của hàm dự báo đó

2 i

n

1 i

2 i

i i

n

1 i

) t t ( )

A A

(

) t t )(

A A

i n

1 n

1 i

i n

A

r 1

1 n r









22

-  nói lên khả năng phạm sai lầm của giả thiết thống

kê,  lấy từ 0,001 đến 0,1 và th-ờng đ-ợc chọn bằng mức trung bình là 0,05

- Số bậc tự do f phụ thuộc vào số thông số đo đ-ợc n: + Khi n < 25 thì f=n-2

+ Khi n  25 thì f=n-1

- Đem so  tính đ-ợc với ,f vừa tra, nếu ,f thì quan hệ tuyến tính có thể đ-ợc chấp nhận và ng-ợc lại nếu <,f thì không sử dụng đ-ợc quan hệ tuyến tính mà phải sử dụng quan hệ phi tuyến nào đó

3.2 Dự báo nhu cầu điện năng (tt)

3.2.2 Ph-ơng pháp ngoại suy (tt)

- C ác giá trị thống kê được

biểu diễn trên đồ thị A(t) bằng

1

2

min )

(

25

3.2 Dự báo nhu cầu điện năng (tt)

3.2.2 Ph-ơng pháp ngoại suy (tt)

Điều kiện để có cực tiểu là :

Nếu phá dấu ngoặc ta có:

i thi

bt a

(

2 b

thi

i A ) 0 bt

a (

2 a

i

bt a

0

26

ph-ơng trình hai ẩn số là:

dùng ph-ơng pháp lấy logarit để tuyến tính

hoá rồi dùng các ph-ơng pháp trên đây để tính

i

i i

t A b

t a

t

A b

t na

) (

) (

) (

2

27

t 0

) t t ( 0

C A

A(t)

) 100

1 ( A

19,40 16,25

14,25 11,43

7,34 A(t)

H·y dù b¸o nhu cÇu ®iÖn năng năm

2000 của địa phương đó b»ng ph-¬ng ph¸p

ngo¹i suy

19,40 16,25

14,25 11,43

7,34 A(t)

7,288 7,211

7,154 7,058

6,866 y(t)=lgA(t)

n i

i i

i n

i

i

t t

y y

t t

y y

r

2 2

1

) (

) (

) )(

(

31

Víi:

2 i i

i i

tyb

)t(

a)t(

yb

)t(

na

c) Lập hệ ph-ơng trỡnh xác định a và b theo ph-ơng pháp bỡnh ph-ơng cực tiểu Ta có :

217 ,

7

4

1 1

1 1

n

i

i n

y y

t t

33

35

3.2 Dự báo nhu cầu điện năng (tt)

3.2.3 Ph-ơng pháp t-ơng quan

Ph-ơng pháp t-ơng quan dựa trên quan hệ giữa phụ tải

điện (chủ yếu là điện năng) và các chỉ tiêu cơ bản của các ngành kinh tế quốc dân

Để dự báo theo ph-ơng pháp này phải tiến hành theo hai b-ớc :

1- Xác định quan hệ t-ơng quan giữa điện [A] và chỉ tiêu cần xét [x]

2- Xác định quan hệ giữa các chỉ tiêu đó với thời gian t Sau đó trên cơ sở dự báo phát triển của chỉ tiêu trên theo thời gian, tính ra nhu cầu điện theo quan hệ t-ơng quan

1 i

2 i

2 i

i n

1 i

i

) x x ( )

A A

(

) x x )(

A A

38

- Tra bảng Student tìm giá trị ,f So sánh  và ,f để kiểm

tra quan hệ tuyến tính; nếu không phải là quan hệ tuyến

tính thì giả thiết nó là một quan hệ phi tuyến nào đó để rồi

lại tuyến tính hoá bằng cách lấy logarit

- Dựa vào quan hệ giữa x và t đã biết để tìm ra quan hệ

39

Sè tt

A (MWh)

_

Ai-A

SLCN (10 6 ®)

_

xi-x

_ _ (Ai-A)(xi-x)

_ (Ai-A) 2

_ (xi-x) 2 x 2 xy (i) (y) (x)

40

06 ,

17 199

, 0

46 , 3 98 , 0 98

, 0 1

2 14 98 , 0

98 ,

0 43 , 52 1 , 26

26 , 36 )

( )

(

) )(

(

38 ,

4 14

3 , 61

54 ,

9 14

5 , 133

2

2 2

n i

i i

n i

i i

x x A

A

x x A A r

n

y A

n

x x

Hãy xác định nhu cầu điện năng khi sản lượng công nghiệp của địa phương đó đạt được 20.106 đồng Giải: Từ bảng trªn ta tính được:

i i

y x x

b x

a

y x

b na

-2,22

x(106®) A(MWh)

3,22

Thay sè vµo ta cã :

42

3.2 Dự báo nhu cầu điện năng (tt)

3.2.4 Ph-ơng pháp dự báo bằng phân tích quá trình

Ph-ơng pháp này chỉ đ-ợc khuynh h-ớng phát triển của nhu cầu và sơ bộ cân đối nhu cầu này với nhịp độ phát triển của nền kinh tế quốc dân Ng-ời ta đ-a ra một hệ số gọi là hệ số v-ợt tr-ớc: là tỉ số giữa nhịp độ phát triển năng l-ợng điện với nhịp độ phát triển của toàn bộ nền kinh tế quốc dân

Ph-ơng pháp này chỉ nói lên một xu thế phát triển với một độ chính xác nào đó để tham khảo

43

Xu thế đó còn chịu ảnh h-ởng của nhiều yếu

tố khác làm cho nó thay đổi nh- sau:

- Do đổi mới công nghệ và đổi mới quản lí nên suất tiêu hao điện năng đối với nhiều sản phẩm công nghiệp ngày càng giảm xuống

- Do điện năng ngày càng đ-ợc sử dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân và ở các

địa ph-ơng nên nhu cầu lại có thể tăng nhanh

- Do cơ cấu kinh tế không ngừng thay đổi

a Tất cả các chuyên gia đều có trình độ đ-ợc coi nh- ngang nhau Trong tr-ờng hợp này, đánh giá tổng hợp sẽ là trung bình số học

45

b Mỗi chuyên gia đánh giá bằng cho điểm về trình độ thành thạo của các chuyên gia theo hai cách :

+ Chỉ đánh giá về mình

+ Đánh giá về mọi ng-ời trừ mình

+ Lấy các đánh giá trung bình, điểm các tiêu chuẩn của các chuyên gia đ-ợc nhân lên với trọng số

về sự thành thạo của các chuyên gia và sau đó sẽ

đ-ợc đánh giá tổng hợp, loại bỏ các đánh giá cực

đoan cao nhất và thấp nhất đối với mỗi tiêu chuẩn nhằm tránh các sai số

- Ph-ơng pháp cho điểm này th-ờng đ-ợc ứng dụng trong các tr-ờng hợp so sánh các tiêu chuẩn đơn giản

46

3.3 Dự báo đồ thị phụ tải

3.3.1 Các đặc tr-ng của đồ thị phụ tải

3.3.2 Các yếu tố ảnh h-ởng đến đồ thị phụ tải 3.3.3 Xây dựng đồ thị phụ tải bằng trị số

trung bình theo chuỗi thời gian

47

3.3 Dự báo đồ thị phụ tải (tt)

3.3.1 Các đặc tr-ng của đồ thị phụ tải

3.3.1.1 Đồ thị phụ tải ngày đêm

* Đồ thị phụ tải của các ngày trong tuần không giống nhau

* Trong một tuần lễ có bốn loại đồ thị phụ tải :

- Đồ thị phụ tải ngày làm việc bình th-ờng (thứ ba, t-, năm)

- Đồ thị phụ tải thứ sáu

- Đồ thị phụ tải thứ bảy và chủ nhật

- Đồ thị phụ tải thứ hai

Các đặc tr-ng của đồ thị phụ tải ngày đêm: Pmax, Qmax, costb,

AP24, AQ24

* Hệ số điền kín đồ thị phụ tải :

P = AP24 /24Pmax

Q = AQ24/24Qmax

48

3.3 Dự báo đồ thị phụ tải (tt)

3.3.1 Các đặc tr-ng của đồ thị phụ tải

3.3.1.1 Đồ thị phụ tải ngày đêm

49

3.3 Dự báo đồ thị phụ tải (tt)

3.3.1 Các đặc tr-ng của đồ thị phụ tải

3.3.1.2 Đồ thị phụ tải năm

- Thời gian sử dụng công suất cực đại

TmaxP = AP/Pmax; TmaxQ = AQ/Qmax; Tg  tb = AP/AQ

Trong đó:

+ AP = AP24 KP nC

+ AQ = AQ24 KQ nC

+ KP , KQ là hệ số tính đến sự không giống nhau của đồ thị phụ tải

+ nC là số ngày làm việc trong năm

50

3.3 Dự báo đồ thị phụ tải (tt)

3.3.2 Các yếu tố ảnh h-ởng đến đồ thị phụ tải

3.3.2.1 Thành phần các ngành trong nền kinh tế

quốc dân tham gia vào đồ thị phụ tải

Thành phần của các ngành trong nền kinh tế quốc dân tham gia vào đồ thị phụ tải có ảnh h-ởng rất lớn đến hình dáng của đồ thị phụ tải, đặc biệt là tỉ lệ giữa phụ tải công nghiệp

và phụ tải dân dụng

3.3.2.2 Yếu tố thời tiết

Thời tiết có ảnh h-ởng đến hình dáng của đồ thị phụ tải Hai yếu tố của thời tiết có ảnh h-ởng nhiều nhất đến đồ thị phụ tải là ánh sáng và nhiệt độ không khí

51

Công suất cực đại của buổi tối lớn

hơn cực đại của buổi sáng Tỉ lệ đó

càng rõ rệt về mùa hè Phụ tải min

bằng (50-60)% phụ tải max

Tỉ lệ dân dụng cao Tỉ lệ công nghiệp cao

P

hè đông hè

Đồ thị phụ tải khi trời nóng (nét

đứt) và khi trời lạnh(nét liền)

Th-ờng tỉ lệ giữa công suất cực tiểu và công suất cực đại là :

Pmin/ Pmax  0,5-0,8

54

3.3.3 Xây dựng đồ thị phụ tải bằng trị số trung bình theo chuỗi thời gian

3.3.3.1 Ph-ơng pháp thống kê

Dựa trên các số liệu thống kê của đồ thị phụ tải

trong quá khứ, áp dụng thuật toán ngoại suy để tìm

đồ thị phụ tải trong t-ơng lai

Đồ thị giờ thứ i đ-ợc qui đổi theo biểu thức :

) 24 1

tb i i

55

Muốn dự báo đồ thị phụ tải của một ngày nào đó

trong t-ơng lai (ví dụ ngày thứ hai chẳng hạn), ta lấy

tất cả đồ thị phụ tải của ngày đó trong quá khứ rồi

ngoại suy công suất t-ơng đối từng giờ một, ta đ-ợc

dáng điệu đồ thị phụ tải của ngày cần dự báo Sau đó

kết hợp với năng l-ợng yêu cầu At của ngày cần dự

báo ta sẽ tính đ-ợc đồ thị phụ tải thực trong đơn vị

56

3.3.3.2 Ph-ơng pháp đồ thị mẫu

Ph-ơng pháp sử dụng các thông số đã đ-ợc tính toán sẵn theo mùa và theo từng vùng khí hậu để xây dựng các đồ thị phụ tải theo các giá trị trung bình trong giải của các giá trị có thể tồn tại của thời gian quan sát

Ph-ơng pháp đồ thị mẫu cho phép tính các giá

trị đặc tr-ng của phụ tải

Có thể tóm tắt ph-ơng pháp bằng các thủ tục nh- sau :

57

a Khi xây dựng đồ thị phụ tải năm

+ Xác định thời gian sử dụng công suất cực đại

trung bình cho các tháng mùa hè của các phụ tải

thuộc các khu vực kinh tế nh- : công nghiệp, giao

thông vận tải, nông nghiệp, động lực phi công

P

A T

1

max

1 max



A P

max max 

T HT max he

d o n g

h e

h e tb

h e

P P P P P P

max max max max

1 '

1 '

1 '

2 )

K a K

a t

P

1 2 max

max

max

max max

max

max max

1 2 1

2 '

2

1 2

2

1 2

t

t P

P he

P

P he

he he

dong he

he he

dong he

P

P K

b K

P

b K

K P

63

b Xây dựng đồ thị phụ tải ngày

Tính giá trị công suất trung bình trong từng giờ của ngày làm việc mùa đông hoặc mùa hè theo giá trị các hệ số đông và hè :

24 1

).

( )

(

24 1

).

( )

t t

P

t P

t t

P

he he

he

tb

dong dong

2 Dữ liệu về các ngành năng l-ợng

Than : trữ l-ợng, sản l-ợng, nhu cầu, giá cả trong

và ngoài n-ớc và khả năng xuất khẩu; Dầu, khí : trữ l-ợng, sản l-ợng, nhu cầu, giá cả, khả năng chế biến

và khả năng xuất nhập khẩu; Điện : Công suất các nhà máy điện, biểu đồ phụ tải, tổn thất, tự dùng và khả năng xuất nhập khẩu;