Tính toán tổn thất năng lượng trong lưới điện phân phối

Nội dung text: Tính toán tổn thất năng lượng trong lưới điện phân phối

1. TÍNH TOAÙN TOÅN THAÁT NAÊNG LÖÔÏNG TRONG LÖÔÙI ÑIEÄN PHAÂN PHOÁI A CALCULATION OF ENERGY LOSSES IN DISTRIBUTION SYSTEM Höôùng daãn: T.S Nguyeãn Hoaøng Vieät Thöïc hieän: Vuõ Ñoã Cöôøng Ñaïi hoïc Sö Phaïm Kyõ Thuaät TP.HCM Toùm taét: Baøi baùo naøy trình baøy moät phöông phaùp tính toaùn moái töông quan giöõa toån thaát coâng suaát vaø toån thaát ñieän naêng trong löôùi ñieän phaân phoái. Phöông phaùp ñöôïc döïa treân cô sôû cuûa ñöôøng ñaëc tính phuï taûi haøng ngaøy taïi caùc thanh caùi cuûa löôùi phaân phoái. Löôùi phaân phoái ñöôïc choïn trình baøy coù caáu truùc hình tia nhaèm ñôn giaûn phöông trình vaø thuaät toaùn bieåu dieãn. YÙ töôûng toaùn hoïc ñöôïc söû duïng laø phöông phaùp thoáng keâ, qua ñoù soá löôïng tính toaùn yeâu caàu cho vieäc xaùc ñònh toån thaát ñieän naêng ñöôïc giaûm ñaùng keå. Aûnh höôûng cuûa ñöôøng ñaëc tính phuï taûi ñeán toån thaát ñieän naêng treân töøng bus coù theå ñöôïc phaân tích nhanh choùng vaø deã daøng. Chöông trình tính toaùn ñöôïc vieát baèng ngoân ngöõ Visual Basic. Abstract: This paper outlines a method of determining relation between power losses and energy losses in distribution system. The methode is based on knowing typical daily load curves at the buses of distribution system. The distribution system is proposed in radial type for simple expression. The idea of proposed method is to use statistical mathematics in order to provide only a few quantities needed to caculate energy losses. The affect of daily load curves on energe losses in every bus of distribution system can be easily analysed. The program is built on using Visual Basic software. Giôùi thieäu: Trong maïng ñieän phaân phoái toång chieàu daøi ñöôøng daây vaø soá löôïng MBA raát lôùn, hôn nöûa maïng ñieän phaân phoái coù caáp ñieän aùp thaáp neân toån thaát coâng suaát treân maïng ñieän phaân phoái laø con soá khoâng nhoû. Vôùi nhöõng heä thoáng phaân phoái lôùn, toån thaát naøy coù theå leân ñeán 15% coâng suaát truyeàn taûi. Toån thaát coâng suaát daãn ñeán caùc thieát bò phaùt ñieän phaûi taêng laøm voán ñaàu tö nguoàn phaùt cao, gaây tình traïng thieáu huït ñieän naêng taïi nôi tieâu thuï, hieäu suaát truyeàn taûi thaáp, laøm taêng giaù thaønh saûn xuaát cuõng nhö truyeàn taûi ñieän vaø khoâng coù lôïi cho vieäc phaùt trieån kinh teá, phuïc vuï daân sinh. Toån thaát coâng suaát phaûn khaùng tuy khoâng aûnh höôûng tröïc tieáp ñeán möùc phí toån veà nhieân lieäu nhöng daãn ñeán tình traïng khoâng ñuû coâng suaát phaûn khaùng cung caáp cho hoä tieâu thuï, do
2. vaäy taïi ñaây caàn phaûi trang bò theâm caùc thieát bò phaùt coâng suaát phaûn khaùng nhö tuï ñieän, maùy buø ñoàng boä. Keát quaû daãn ñeán chi phí ñaàu tö veà thieát bò taêng cao, laøm giaù thaønh truyeàn taûi ñieän cuõng taêng cao. Vieäc tính toaùn, choïn löïa ñuùng kích côõ daây daãn seõ giôùi haïn toån thaát trong ñöôøng daây. Söï maát ñoái xöùng cuûa taûi cuõng seõ laøm toån thaát trong daây ñaát vaø ñaát taêng theâm. Toån thaát trong loõi maùy bieán aùp phaân phoái seõ raát nhaïy vôùi giaù trò bieân ñoä cuûa ñieän aùp heä thoáng. Chaát löôïng cuûa maùy bieán aùp cuõng seõ aûnh höôûng ñeán toån thaát naøy. Do taûi tieâu thuï thay ñoåi giöõa ngaøy vaø ñeâm, giöõa caùc muøa neân heä soá coâng suaát cuûa heä thoáng cuõng seõ thay ñoåi. Neáu khoâng coù söï choïn löïa, tính toaùn ñuùng cho caùc thieát bò ñoùng caét caùc phaàn töû buø coâng suaát phaûn khaùng seõ daãn ñeán vieäc taêng toån thaát trong heä thoáng do heä soá coâng suaát quaù thaáp. Ñaëc tính cuûa taûi cuõng ñoùng vai troø quan troïng trong toån thaát cuûa maïng ñieän phaân phoái. Trong chu trình taûi ñænh, ñieän aùp treân ñöôøng daây coù theå bò giaûm xuoáng döôùi giaù trò cho pheùp. Ñieàu naøy trôû neân raát quan troïng trong vieäc tính toaùn toån thaát trong heä thoáng phaân phoái. Phöông phaùp tính toaùn: Phöông phaùp tính toaùn toång quaùt vaø chính xaùc nhaát ñeå ñaùnh giaù toån thaát ñieän naêng trong caùc thaønh phaàn cuûa maïng phaân phoái (ñöôøng daây truyeàn taûi, maùy bieán aùp ) laø pheùp tính tích phaân:   S 2 (t) A 3R I 2 (t).dt R 2 0 0 U (t) R   = P 2 (t)dt Q 2 (t)dt (1) 2 U 0 0 Trong ñoù P(t) vaø Q(t) laø caùc thaønh phaàn taùc duïng vaø phaûn khaùng cuûa doøng taûi ôû baát kyø moät daïng phuï taûi haøng ngaøy (tính theo ñoà thò phuï taûi ngaøy). Thoâng thöôøng caùc ñoà thò phuï taûi ngaøy ñöôïc cho vôùi khoaûng thôøi gian xaùc ñònh moät giôø (hay 15 phuùt). Nhö vaäy, vieäc tính tích phaân ôû (1) coù theå thay baèng toång: R A ( P 2 (h) h Q 2 (h) h) U 2   (2) R h h R [ P 2 (h) Q 2 (h)]T P 2 Q 2 T U 2 T  T  U 2 RMS RMS Trong ñoù: P(h) vaø Q(h) laø coâng suaát taùc duïng vaø phaûn khaùng trong moät giôø (hay 15 phuùt; PRMS vaø QRMS laø giaù trò trung bình bình phöông coâng suaát taùc duïng vaø phaûn khaùng theo ñoà thò phuï taûi ngaøy; T laø chu kyø tính toaùn toån thaát ñieän naêng; h laø chu kyø moät giôø (hay 15 phuùt). Nhö vaäy theo (2), ñeå tính toån thaát ñieän naêng caàn thieàt phaûi xaùc ñònh caùc giaù trò trung bình bình phöông cuûa doøng coâng suaát chaûy qua caùc thaønh phaàn khaùc nhau trong heä thoáng maïng phaân phoái nhö ñöôøng daây truyeàn taûi, maùy bieán aùp v.v
3. Khaûo saùt moät phaàn cuûa heä thoáng maïng phaân phoái cho ôû hình veõ 1 giöõa hai maùy bieán aùp phaân phoái baát kyø vaø giaû söû raèng doøng coâng suaát qua phaàn naøy bao goàm nhöõng phuï taûi khaùc nhau thay ñoåi trong chu kyø 24 giôø theo ñaëc tính ñoà thò phuï taûi cuûa chuùng (chaúng haïn nhö taûi daân cö ñoâ thò, taûi thöông maïi, ) Hình 1: Caáu truùc moät maïng phaân phoái hình tia Coâng suaát trung bình bình phöông cuûa ñöôøng daây truyeàn taûi ñöôïc xaùc ñònh nhö sau: T T n ì 2 1 2 1 PRMS  P (h) h   Pk h T 1 T 1 1 i (3) T n h 2   Pk  Pk Pl i T í 1 k l Trong ñoù: n: soá thaønh phaàn doøng coâng suaát chaûy qua ñoaïn ñang khaûo saùt k, l: caùc thaønh phaàn taûi rieâng bieät i: thôøi gian khaûo saùt cuûa ñoà thò phuï taûi Thay ñoåi thöù töï cuûa toång trong (3) ta ñöôïc: n T n T 2 h 2 h PRMS   Pk,i   Pk,i Pl,i (4) 1 T 1 k 1 T 1 Bieåu thöùc trong daáu ngoaëc thöù nhaát cuûa (4) bieåu thò giaù trò trung bình bình phöông (moment thöù 2) cuûa phuï taûi thöù k (theo ñoà thò phuï taûi cuûa noù) vaø coù theå tính nhö sau: T 24 2 h 2 1 2 2k EPk   Pk (h)  Pk,i , (5) T 1 24 1 Vôùi h=1 giôø, T = 24 giôø Bieåu thöùc trong daáu ngoaëc thöù hai cuûa (4) bieåu thò töông quan (moment baäc hai hoãn hôïp) giöõa phuï taûi thöù k vaø phuï taûi thöù l (theo ñoà thò phuï taûi cuûa chuùng) vaø coù theå xaùc ñònh nhö sau: h T 1 24 l,k EPl , Pk   Pl (h)Pk (h)  Pl,i Pk,i (6) T 1 24 1 vaø ñöôïc tính cho moãi caëp ñoà thò phuï taûi khaùc nhau.
4. Vieäc tính toaùn trôû neân thuaän tieän hôn khi bieåu thò caùc thaønh phaàn moment trong ñôn vò töông ñoái (p.u), töùc laø ñoái vôùi ñoà thò phuï taûi chuùng ñöôïc bieåu thò theo giaù trò trung bình cuûa chuùng P . Nhö vaäy, bieåu thöùc cuoái cuøng cuûa coâng suaát trung bình bình phöông chaûy qua baát kyø nhaùnh naøo cuûa ñöôøng daây truyeàn taûi seõ laø: n n 2 2 PRMS 2k Pk l,k Pl Pk (7) 1 k 1 Trong ñoù k, l laø giaù trò trung bình cuûa ñoà thò phuï taûi thöù k, thöù l. 2 Bieåu thöùc tính cho coâng suaát phaûn khaùng QRSM cuõng ñöôïc vieát töông töï. Thay theá hai thaønh phaàn naøy vaøo bieåu thöùc (2) ta seõ xaùc ñònh ñöôïc toån thaát taûi trong thôøi gian chu kyø T. Chu kyø naøy neân laø khoaûng thôøi gian maø ñoà thò phuï taûi khoâng thay ñoåi (hay haàu nhö khoâng ñoåi), chaúng haïn chu kyø muøa heø / muøa ñoâng (hay boán muøa trong naêm, neáu ñoà thò phuï taûi coù theå xaùc ñònh ñöôïc). Ví duï minh hoaï: Maïng ñieän 15kV cung caáp cho moät xí nghieäp coâng nghieäp (hình 2)baèng ñöôøng daây caùp AC 240 coù ñieän trôû r0 = 0.098 /km coù ñoà thò phuï taûi trong moät ngaøy ñeâm cho bôûi hình 3 A 3km Hình 2: Sô ñoà cung caáp ñieän Hình 3: Ñoà thò phuï taûi trong moät ngaøy Giaù trò coâng suaát taùc duïng vaø coâng suaát phaûn khaùng ño ñöôïc cho trong baûng 1 Baûng 1 Giôø P(MW) Q(MVAr) 1 0.354 0.132 2 0.365 0.110 3 0.365 0.132
5. 4 0.365 0.132 5 0.443 0.132 6 0.454 0.276 7 0.940 0.420 8 0.996 0.686 9 1.074 0.708 10 0.996 0.642 11 1.107 0.730 12 1.062 0.719 13 1.051 0.686 14 0.996 0.642 15 0.963 0.553 16 0.863 0.431 17 0.763 0.335 18 0.586 0.330 19 0.554 0.265 20 0.480 0.265 21 0.453 0.320 22 0.517 0.320 23 0.480 0.221 24 0.454 0.132 Ñieän trôû ñoaïn löôùi: R = 0.098 x 3 = 0.294 . Tính theo ñoà thò phuï taûi: Döïa vaøo baûng ñoà thò phuï taûi 4.1 ta tính toaùn ñöôïc toån thaát ñieän naêng theo coâng thöùc (1) hay toån thaát coâng suaát vaø toån thaát ñieän naêng bôûi coâng thöùc: 2 Si Pi 2 * rd U i n Ai  Pi ti i 1 Baûng 2 cho keát quaû cuûa toån thaát coâng suaát vaø toån thaát ñieän naêng treân ñöôøng daây nhö sau: Giôø P(MW) Q(MVAr) P(kW) A(kWh) 1 0.354 0.132 0.186514 0.186514 2 0.365 0.110 0.189891 0.189891 3 0.365 0.132 0.196848 0.196848 4 0.365 0.132 0.196848 0.196848 5 0.443 0.132 0.279199 0.279199 6 0.454 0.276 0.368862 0.368862 7 0.940 0.420 1.385067 1.385067 8 0.996 0.686 1.911146 1.911146 9 1.074 0.708 2.162194 2.162194 10 0.996 0.642 1.834795 1.834795 11 1.107 0.730 2.297576 2.297576 12 1.062 0.719 2.149212 2.149212 13 1.051 0.686 2.058257 2.058257
6. 14 0.996 0.642 1.834795 1.834795 15 0.963 0.553 1.611353 1.611353 16 0.863 0.431 1.215893 1.215893 17 0.763 0.335 0.907341 0.907341 18 0.586 0.330 0.591 0.591 19 0.554 0.265 0.492798 0.492798 20 0.480 0.265 0.392817 0.392817 21 0.453 0.320 0.401942 0.401942 22 0.517 0.320 0.48306 0.48306 23 0.480 0.221 0.364875 0.364875 24 0.454 0.132 0.292092 0.292092 Toång toån thaát ñieän naêng treân ñöôøng daây: A = 23.80437509 kWh Phaàn traêm toån thaát ñieän naêng: % A =(23.80437509/16681)*100 = 0.142 % . Tính theo thôøi gian toån thaát coâng suaát lôùn nhaát: Töø baûng 4.1 neáu giaû söû ñaëc tính phuï taûi khoâng thay ñoåi nhieàu trong caû naêm, ta xaùc ñònh ñöôïc Tmax = 5.500 giôø. Heä soá cos trung bình coù giaù trò: cos tb = 0.87, tra baûng ta xaùc ñònh ñöôïc giaù trò thôøi gian toån thaát  = 3825 giôø. Vaäy toàn thaát ñieän naêng treân ñöôøng daây: A = Pmax *  = 2.297576 * 3825 A = 8,788.22 kWh Phaàn traêm toån thaát ñieän naêng: % A =(8,78.22/365*16681)*100 = 0.144 % . Tính theo phöông phaùp thoáng keâ: Ta xaùc ñònh moment hoãn hôïp baäc hai cuûa P vaø Q 2 2P = (P )/24 = 1.159427778 2 2Q = (Q )/24 =1.319672 Coâng suaát taùc duïng trung bình bình phöông treân ñöôøng daây: 2 2 P rsm = 2P * P = 1.159427778 * (0.695042^2) = 0.5601 Toån thaát ñieän naêng taùc duïng treân ñöôøng daây: AP = (0.294 * 0.5601*24)/15^2 = 0.01756 = 17.564736 kWh Töông töï ta xaùc ñònh ñöôïc toån thaát ñieän naêng phaûn khaùng treân ñöôøng daây: Toån thaát ñieän naêng phaûn khaùng treân ñöôøng daây: AQ = (0.294 * 0.198967*24)/15^2 = 0.0062 = 6.23960512 kWh Toån thaát ñieän naêng treân ñöôøng daây: A = AP + AQ = 23.804368 kWh Phaàn traêm toån thaát ñieän naêng: % A = (23.804368/16681)*100 = 0.1427 % Nhö vaäy keát quaû cuûa ba phöông phaùp gaàn nhö nhau cho moät taûi nhoû. Tuy nhieân coù theå nhaän thaáy keát quaû töø phöông phaùp thoáng keâ coù ñoä chính xaùc toát hôn so vôùi tính toaùn theo thôøi gian toån thaát coâng suaát lôùn nhaát. Chöông trình tính toaùn vaø caùc keát quaû: Baèng vieäc khaûo saùt ñaëc tính phuï taûi cuûa heä thoáng phaân phoái, thoâng qua phöông phaùp tính thoáng keâ coù theå tính toaùn khaù chính xaùc möùc ñoä toån thaát ñieän naêng trong maïng ñieän phaân phoái. Vôùi vieäc söû duïng phaàn meàm maùy tính hoã trôï (Delphi, Visual Basic ) coù theå laäp moät
7. chöông trình tính toaùn phuïc vuï cho vieäc khaûo saùt toån thaát trong moät löôùi ñieän phaân phoái lôùn. Qua lyù thuyeát trình baøy phaàn treân, ta nhaän thaáy vaán ñeà coát loõi trong phöông phaùp tính toån thaát ñieän naêng löôùi phaân phoái döïa treân thuaät toaùn thoáng keâ laø xaùc ñònh ñöôïc daïng ñoà thò phuï taûi ñaëc tröng. Ñaây laø coâng vieäc ñoøi hoûi nhieàu coâng söùc. Tuy nhieân, taïi haàu heát caùc coâng ty ñieän löïc, thoâng qua vieäc ño ñeám ñieän naêng taïi caùc phuï taûi vieäc xaùc ñònh moät daïng ñoà thò phuï taûi ñaëc tröng khoâng laø quaù khoù. Töø caùc ñoà thò phuï taûi, ta xaùc ñònh ñöôïc caùc thoâng soá moment baäc hai, moment hoãn hôïp baäc hai cuûa caùc phuï taûi. Caùc giaù trò naøy ñöôïc ñöa vaøo chöông trình tính toaùn theo coâng thöùc (7) Moät soá daïng ñoà thò phuï taûi ñaëc tröng ñöôïc söû duïng trong chöông trình cho ôû hình 4 Hình 4 bieåu thò moät soá daïng ñoà thò phuï taûi
8. Hình 5: Giao dieän chöông trình tính toaùn Hình 6: Keát quaû tính toaùn vôùi phuï taûi chieáu saùng Hình 7: Keát quaû tính toaùn vôùi phuï taûi thöông maïi Töø keát quaû thu ñöôïc ôû hình 6 vaø 7 ta nhaän thaáy khi ñaëc tính phuï taûi khaùc nhau toån thaát coâng suaát vaø toån thaát ñieän naêng treân ñöôøng daây seõ khaùc nhau cho duø giaù trò ñieän naêng tieâu thuï taïi taûi laø nhö nhau.
9. Hình 8: Keát quaû tính toaùn vôùi taûi coâng nghieäp vaø thöông maïi Hình 9: Keát quaû tính toaùn vôùi taûi coâng nghieäp vaø thöông maïi (coâng nghieäp vaø coâng nghieäp) Töø keát quaû thu ñöôïc ôû hình 8 vaø 9 ta nhaän thaáy aûnh höôûng cuûa caùc phuï taûi khaùc nhau ñeán toån thaát ñieän naêng. Neáu caùc phuï taûi trong cuøng tuyeán coù ñaëc tính phuï taûi nhö nhau hay bieán ñoåi cuøng daïng seõ coù giaù trò moment hoãn hôïp nhoû hôn, daãn ñeán giaù trò toån thaát ñieän naêng thaáp hôn. Vôùi vieäc söû duïng thuaät toaùn thoáng keâ vaø qua chöông trình ñöôïc vieát coù theå tính toaùn nhanh vaø coù keát quaû khaù chính xaùc cho maïng ñieän phaân phoái hình tia.
10. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.