Phương pháp tính tổn thất điện năng trên lưới trung áp theo dòng điện trung bình bình phương

Nội dung text: Phương pháp tính tổn thất điện năng trên lưới trung áp theo dòng điện trung bình bình phương

1. J. Sci. & Devel. 2014, Vol. 12, No. 4: 605-609 Tạp chí Khoa học và Phát triển 2014, tập 12, số 4: 605-609 www.hua.edu.vn PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRÊN LƯỚI TRUNG ÁP THEO DÒNG ĐIỆN TRUNG BÌNH BÌNH PHƯƠNG Nguyễn Ngọc Kính, Ngô Quang Ước Khoa Cơ điện, Học viện Nông nghiệp Việt Nam Email: [email protected], [email protected] Ngày gửi bài: 13.05.2014 Ngày chấp nhận: 18.07.2014 TÓM TẮT Nội dung bài báo trình bày phương pháp tính toán tổn thất điện năng trên lưới điện trung áp theo dòng điện trung bình bình phương. Mặc dù tổn thất điện năng trên lưới điện đã có nhiều tác giả nghiên cứu và đề xuất các phương pháp tính gần đúng nhưng vận dụng các phương pháp đó vào điều kiện cụ thể của lưới điện trung áp nước ta vẫn còn những bất cập. Bằng cách vận dụng lý thuyết xác suất thống kê và căn cứ vào điều kiện cụ thể của lưới điện, dưới đây trình bày phương pháp tính toán tổn thất điện năng nhằm đáp ứng yêu cầu thuận tiện trong việc thu thập dữ liệu tính toán và đảm bảo độ chính xác cho phép. 2 Từ khoá: Dòng trung bình bình phương (I tbbp), dòng điện trung bình (itb), phương sai dòng điện (). Method Calculating Energy Losses for Medium Voltage Grid Base on R.M.S Current ABSTRACT The article presented the method of energy loss calculation for the medium voltage transmission grid based on root mean-square current. Although the energy loss for the medium voltage transmission grid has been studied by many authors and proposed approximate calculation methods, it is inadequate for the application of such methods for concrete condition of the medium voltage grid in our country. By using statistical probability theory and the concrete condition of the medium voltage grid, the energy loss calculation method prốped semed to be conveniently and accurate in collecting data required 2 Keywords: Average current (itb), r.m.s current (I tbbp), variance of electric current (). 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong đó: Khác với thiết kế lưới điện, khi tính tổn r là điện trở của đoạn đường dây (); thất điện năng trên lưới điện vận hành người ta i, Imax là dòng điện và dòng điện cực đại yêu cầu phải chọn được phương pháp tính sao truyền tải trên đường dây (A); cho việc thu thập dữ liệu đơn giản, độ chính xác  là thời gian hao tổn công suất cực đại (h); cao và xét đến đầy đủ các yếu tố của lưới điện. ti là khoảng thời gian ứng với giá trị của Cơ sở tính toán tổn thất điện năng trên 1 dòng điện ii không đổi (h); đoạn đường dây trung áp theo biểu thức: Itbbp là dòng điện trung bình bình phương t A 3r i 2dt.10 3 (A). o Từ các công thức trên, nhiều tác giả trên 2 -3 = 3rI max.10 thế giới đã nghiên cứu và đề xuất các phương n pháp tính tổn thất điện năng trên lưới điện = 3r 10-3 2 = 3rI2 t10-3 (kWh) ii ti tbbp nhằm đáp ứng yêu cầu thu thập dữ liệu dễ i 1 605
2. Phương pháp tính tổn thất điện năng trên lưới trung áp theo dòng điện trung bình bình phương 2 -3 dàng, đơn giản với kết quả tính toán tin cậy và A = 3rI tbbp t10 (kWh) với tương đối chính xác. Dòng điện phụ tải và 1 t I 2  truyền tải trên lưới điện trung áp biến đổi I = i 2dt = max tbbp thường xuyên, liên tục theo quy luật ngẫu t 0 t nhiên. Các phương pháp hiện áp dụng trong thực tế tính toán lưới điện như phương pháp Các thông số r, t hoàn toàn xác định được, giải tích, phương pháp tính theo chỉ số đo đếm vấn đề đặt ra là tìm cách xác định chính xác và của công tơ (căn cứ số đo của công tơ đặt ở đầu thuận tiện giá trị của Itbbp. nguồn và tại các phụ tải), tính theo P và , max Theo Đặng Ngọc Dinh và cs. (1981), Trần tính tổn thất bằng cách tra họ đường cong tổn Quang Khánh (2000), ta có thể coi dòng điện thất P = f(P) hoặc lập hàm tổn thất P cho phụ tải biến đổi theo quy luật ngẫu nhiên và từng lưới điện cụ thể để tính toán, tính theo tuân theo luật phân bố chuẩn (Gauss) với hàm dòng điện cực đại đầu đường dây và điện trở mật độ có dạng: đẳng trị, Có thể nói các phương pháp tính hiện (i i )2 nay chủ yếu dựa vào giá trị cực đại của dòng tb 1 2 2 phụ tải, tổn thất công suất khi phụ tải cực đại f(i) = e với - < i < + và thời gian tổn thất công suất cực đại . Tuy  2 nhiên các phương pháp trên khi áp dụng vào thực tế đều nảy sinh mâu thuẫn giữa việc đơn Trong đó giản và thuận tiện trong việc thu thập dữ liệu - itb là giá trị trung bình của dòng điện để tính toán với độ chính xác của phương pháp. 1 t 1 n trong thời gian t: itb = idt ii ti Việc xác định chính xác các giá trị Imax, Pmax,  t 0 t i 1 Pmax và  trên các đoạn đường dây và tại các trạm biến áp của lưới điện trung áp phân nhánh -  là độ lệch chuẩn (phương sai) của dòng có nhiều nhánh, nhiều nút, nhiều trạm biến áp điện, theo lý thuyết xác suất thống kê tiêu thụ là công việc khó thực hiện. Sai số của t các phương pháp tính ngoài việc phụ thuộc vào 1 D(i) = 2= (i i ) 2 dt các thiết bị đo có trong trạm thì còn phụ thuộc t tb 0 rất nhiều vào thời điểm thu thập dữ liệu, kích t t t thước của tệp dữ liệu, sai số trong đo đếm và 1 1 1 = i 2 dt - 2i idt + i 2 dt thu thập, phương pháp xử lý dữ liệu thu thập tb tb t 0 t 0 t 0 Phương pháp xác định tổn thất điện năng theo dòng trung bình bình phương chưa được nhiều Có thể coi itb là một giá trị không đổi theo tác giả nghiên cứu để có thể đưa ra cách tính thời gian, ta có: toán chính xác và phù hợp với lưới điện hiện tại. 1 t 2i t i 2 t 2= i 2 dt - tb idt + tb dt t t t 2. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP 0 0 0 2 2 2 2 2 Trên cơ sở lý thuyết về tính toán tổn thất = I tbbp – 2i tb + i tb = I tbbp – i tb 2 2 2 điện năng, ta có thể xây dựng một phương pháp Vậy I tbbp =  + i tb tính toán tổn thất dựa vào giá trị điện trở của 2 đường dây (r) dòng điện trung bình bình phương Để tính được dòng I tbbp ta phải tìm cách xác 2 2 (Itbbp) và thời gian vận hành (t) của lưới điện. định được giá trị  và i tb của lưới điện. Dựa vào Nếu ta coi dòng điện truyền tải trên đường dây điều kiện cụ thể của lưới điện trung áp nước ta, là dòng điện trung bình bình phương (Itbbp) và nghiên cứu của đề tài theo hướng lựa chọn không đổi trong suốt thời gian vận hành thì tổn phương pháp tính toán và xác định các thông số thất năng lượng trên đoạn đường dây dễ dàng qua các thiết bị đo đếm sẵn có lắp đặt trên lưới được tính: trung áp. 606
3. Nguyễn Ngọc Kính, Ngô Quang Ước 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Theo công thức Newton-Lainit: 2 2 x x x2 x 2 1 3.1. Xác định giá trị của itb 1 2 2 p(i1<i<i2) = e dx = e dx Trong mạng điện trung áp, gần đúng giả 2 2 x1 thiết coi điện áp các điểm lấy theo giá trị trung x x2 1 1 bình và gần đúng lấy bằng điện áp định mức. - 2 = F(x ) F(x ) e dx 2 – 1 Hệ số công suất cos phụ tải cao, thay đổi trong 2 giới hạn hẹp ta coi như không đổi. Gọi A , A là x2 r p năng lượng tác dụng và phản kháng, có thể xác Hàm e 2 không có nguyên hàm dưới dạng định được từ công tơ đo đếm năng lượng tiêu thụ các hàm sơ cấp, ta tra theo các bảng tính sẵn lắp đặt tại các trạm biến áp. dựa trên các phương pháp đặc biệt. Ví dụ phân t t tích dạng chuỗi luỹ thừa với (t) = t x2 Ar = Pdt = 3 Utbcos idt 1 2 0 0 e dx 2 = 3 Utbitb cos t i i t t 2 tb Vậy p(i1<i<i2) = (x2) - (x1) = ( ) - A = = 3 U sin  p Qdt tb idt 0 0 i1 itb ( ) với lưu ý (-x) =1- (x) = 3 Utbitb sin t  2 2 2 Khi i tuân theo luật phân bố chuẩn, ta lấy Ar A p = ( 3 Utbitb cos t) + ( 3 Utbitb trị số i1 = itb - 3 và i2 = itb + 3 thì: sin t)2 = ( 3 U i t)2 tb tb (i 3) i p(i <i<i ) = tb tb - Xác định dòng điện trung bình 1 2   1 i = 2 2 tb Ar A p (i 3) i tb tb = (3) - (-3) = 2 (3) =0,9973 3U tb t      1 2 2 Ar Ap Xác xuất của dòng điệu nằm ngoài khoảng 3U t dm này coi như không xảy ra. i = i - 3 i i + 3 = i 3.2. Xác định giá trị  1 tb tb 2 Ta có thể coi i1 chính là giá trị dòng điện cực Để tính xác xuất p(i1<i<i2) với i tuân theo tiểu (imin), i2 là giá trị dòng điện cực đại (imax). luật phân bố chuẩn, i1 và i2 là các trị số cho trước; theo tính chất của hàm mật độ (imax imin) Vậy imax – imin = 6 và  = ;D(i) = i (i i )2 i2 2 tb 6 1 2 2 2 p(i1<i<i2) = f (i)di = e di (i i ) 2 max min i i  2  = 1 1 36 i itb Đổi biến tích phân, thay x= ; suy ra Giá trị imax và imin có thể xác định được căn  cứ vào đồ thị phụ tải trạm biến áp, được xây dựng qua đo đếm số liệu trong năm hoặc xây i = x+itb và di = dx dựng từ đồ thị phụ tải điển hình ngày mùa hè i1 itb Cận tích phân mới: i = i1 thì x1 = ; và mùa đông. Đơn giản hơn, ta có thể xác định  bằng cách đo đếm ở trạm biến áp tiêu thụ tại i i các thời điểm thấp điểm trong những ngày lạnh i = i thì x = 2 tb ; 2 2  nhất của mùa đông và thời điểm cao điểm nhất trong những ngày nắng nóng nhất của mùa hè. 607
4. Phương pháp tính tổn thất điện năng trên lưới trung áp theo dòng điện trung bình bình phương Trong tính toán tổn thất điện năng của các lộ 2 2 2 2 2 (imax j imin j ) i tbbpj = i j +  j với  j = trung áp phân nhánh phức tạp, việc thu thập số 36k 2 liệu để xây dựng đồ thị tải của các trạm biến áp j sẽ gặp khó khăn, ta có thể phân nhóm trạm biến * Đối với các đoạn nhánh chỉ có 1 máy biến áp có tính chất tải giống nhau, xây dựng đồ thị áp thì dòng trung bình bình phương trên các tải điển hình cho từng nhóm phụ tải hoặc đo nhánh chính là dòng truyền tải trên các đoạn đếm xác định giá trị imax và imin của các trạm nhánh đó: 2 2 điển hình làm căn cứ tính toán cho các trạm Ta có: i tbbpj = I tbbpi tương tự. Theo phương pháp tính này, giá trị Dòng điện trung bình (Ii) và dòng trung dòng điện cực đại và cực tiểu chỉ ảnh hưởng đến bình bình phương (Itbbpi) truyền tải trên các đoạn phương sai của dòng điện. Vì vậy trong thực tế, đường dây 5 và 6: quá trình thu thập các giá trị dòng cực đại và I = i ;  =  ; I = i ;  =  ; cực tiểu nếu có gặp sai số lớn thì cũng sẽ ảnh 5 e 5 e 6 g 6 g 2 2 2 2 2 2 2 hưởng không nhiều đến độ chính xác của i tbbpe = i e +  e = I tbbp5 = I 5 +  5; i tbbpg = 2 2 2 2 2 phương pháp. i g +  g = I tbbp6 = I 6 +  6; * Đối với các đoạn đường trục cấp điện cho 1 3.3. Áp dụng tính toán trên lưới điện nhiều số nhánh: phụ tải Trên đoạn 4, dòng truyền tải là tổng 3 dòng Xét sơ đồ lưới điện phân nhánh trung áp điện (dòng truyền tải trên đoạn đường dây 6, như hình vẽ. đoạn đường dây 5 và dòng điện phụ tải của trạm biến áp d). Theo lý thuyết xác suất, phương sai c của tổng n đại lượng ngẫu nhiên độc lập bằng I 3 tổng các phương sai thành phần và kỳ vọng toán A I1 a 2 b ic của tổng các đại lượng ngẫu nhiên độc lập bằng I4 ia ib tổng của các kỳ vọng toán thành phần. 2 2 2 2 2 d I6 g I4 = id + I5 +I6; và  4 =  d +  5 +  6; I tbbp4 2 2 i = I 4 +  4; d i g Tương tự: I5 2 2 2 2 2 I2 = ib + I4 +I3; và  2 =  b +  4 +  3; I tbbp2 e ie 2 2 = I 2 +  2; 2 2 2 2 2 2 I1 = ia + I2; và  1 =  a +  2; I tbbp1 = I 1 +  1; Phụ tải của lưới trung áp là các trạm biến áp. Căn cứ dòng trung bình bình phương trên các đoạn tính được, ta tính tổn thất điện năng Dòng phụ tải là các dòng trung bình ij phía cao áp của trạm xác định được dựa vào chỉ số trên các đoạn mạng và tổn thất điện năng trên đường dây: của công tơ hữu công (Ar) và công tơ vô công (Ap) phía hạ áp của trạm biến áp, tỷ số biến áp và n A = 3 I 2 r t 10-3 (kWh) thời gian vận hành của trạm. dd  tbbpi i i 1 2 2 2 2 A A A A Tổn thất điện năng trong các máy biến rj pj rj pj với i j áp: Aba = AFe + ACu 3U tbj tk j 3U dmtk j m m 2 3 Aba = ( P + 3 i R 10 ) t U pa Udmc  0 j  tbbpj bj kj = j 1 j 1 Ukt Udmh (kWh) Dòng trung bình bình phương phía cao áp của máy biến áp thứ j 608
5. Nguyễn Ngọc Kính, Ngô Quang Ước Điện trở cuộn dây của máy biến áp được xác qua các công tơ đo đếm thu thập đặt tại trạm 2 biến áp) và thời gian vận hành của lưới điện sẽ PkjU dm địnhR = 3 (); bj 2 10 làm cho phương pháp tính trở nên thuận tiện, Sdm đơn giản. Phương pháp khắc phục được khó Trong đó: khăn khi cần xây dựng chính xác đồ thị phụ tải - n là số đoạn đường dây lưới trung áp; của các trạm biến áp để tính đúng trị số của thời gian tổn thất công suất cực đại của các đoạn - m là số trạm biến áp tiêu thụ trên mạng đường dây nhánh  và các đoạn đường trục trung áp; j chính i khi tính toán tổn thất điện năng. - r là điện trở của đoạn đường dây thứ i; i Để thuận tiện và đơn giản hơn cho phương P0j, Pkj là tổn thất công suất tác dụng pháp tính trên, với một lộ trung áp cụ thể ta có không tải và ngắn mạch của máy biến áp thứ j thể xây dựng cách tính theo dòng điện trung được tra trong các bảng tra cứu; bình bình phương trên thanh cái đầu lộ của trạm biến áp trung gian (xác định được thông Udm là điện áp định mức phía sơ cấp của máy biến áp tiêu thụ. qua công tơ tổng đặt tại thanh cái của lộ trung áp cần xét) và điện trở đẳng trị của toàn mạng. Tổn thất điện năng toàn mạng: Phương pháp này dựa trên cơ sở của dòng điện n m A = (3 2 10-3 + + 3 trung bình bình phương nhưng ta coi toàn mạng dd Itbbpiri  P0 j i 1 j 1 trung áp chỉ có một trị số điện trở duy nhất gọi m là điện trở đẳng trị tương đương với mạng thực 2 3 ) t (kWh) với: itbbpj Rbj 10 về tổn thất công suất. Giá trị của điện trở đẳng j 1 trị toàn mạng là giá trị quy ước và được xác n là số các đoạn đường dây của mạng trung áp; định thông qua các giá trị thu thập được từ m là số các trạm biến áp tiêu thụ có trên mạng; đường dây và các trạm biến áp tiêu thụ tại thời 2 điểm khảo sát. I tbbpi là dòng điện trung bình bình phương của các đoạn đường dây; 2 TÀI LIỆU THAM KHẢO i tbbpj là dòng điện trung bình bình phương của các máy biến áp. Đặng Ngọc Dinh, Nguyễn Hữu Khái, Trần Bách (1981). Hệ thống điện, tập 1, Nhà xuất bản Đại học 3.4. So sánh, đánh giá kết quả tính toán và Trung học chuyên nghiệp. Đặng Ngọc Dinh, Ngô Hồng Quang, Trần Bách, Trịnh (Tác giả đề nghị phạm vi bài báo này chỉ Hùng Thám (1981). Hệ thống điện, tập 2, Nhà xuất giới hạn nghiên cứu ở mức độ lý thuyết và đề bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp. xuất phương pháp tính; phần so sánh, đánh giá Nguyễn Ngọc Kính (2000). Xác định phương pháp tính kết quả tính toán khi áp dụng cho lưới cụ thể tổn thất điện năng trên lưới điện nông nghiệp, Luận tuy đã làm nhưng nếu trình bày thì bài báo sẽ văn thạc sỹ KHKT. quá dài, đề nghị được trình bày trong nội dung Trần Quang Khánh (1994). Xác định hao tổn công suất trong nghiên cứu tiếp sau này. mạng điện phân phối, Tạp chí Năng lượng, 9: 46-52. Trần Quang Khánh (2000). Phân tích và tối ưu hóa chế độ hệ thống điện, Bài giảng Cao học Điện nông 4. KẾT LUẬN nghiệp Với phương pháp tính toán dựa vào dòng điện trung bình bình phương (xác định thông 609