Giải pháp tính toán tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối

Giải pháp tính toán tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong lưới điện phân phối


Mục Lục

Chương 1: Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối 6
I. Tổng quan 6
II. Tính toán tổn thất công suất và tổn thất điện năng trên đường dây 8
III. Tổn thất công suất trong máy biến áp 14
IV. Tổn thất điện năng trên đường dây và máy biến áp 17

Chương 2: Mô hình hóa các khâu trong mạng điện 24
1. Mô hình tải 24
2. Mô hình đường dây trên không và cáp 28
3. Mô hình máy biến áp 30
4. Mô hình các phần tử phản kháng 31

Chương 3: Vấn đề giảm tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện 34
1. Giới thiệu chung 34
2. Vấn đề thay đổi điện áp trên lưới điện 35
3. Các giải pháp giảm tổn thất công suất 37
4. Cấu tạo bên ngoài của CP 243-1 IT 33
5. Giới thiệu các LED trạng thái 34

Chương 4: Chương trình tính toán tổn thất công suất và tổn thất điện năng 62
1. Giới thiệu 62
2. Nhắc lại về các moment thống kê 62
3. Tính toán tổn thất điện năng 63
4. Ví dụ minh họa 68

Chương 5: Viết chương trình tính toán tổn thất điện năng

1. Giới thiệu chung 82
2. Chương trình tính toán tổn thất điện năng 83
3. Tính toán thực tế 87
4. Kết luận 88
Giải pháp tính toán tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong lưới điện phân phối


Mục Lục
KẾT LUẬN 89
TÀI LIỆU THAM KHẢO 90
Chương 1
Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối
I. Tổng quan
Khi truyền tải điện năng từ thanh cái các nhà máy điện đến hộ tiêu thụ, ta
cần phải dùng dây dẫn và máy biến áp, nên một phần điện năng sẽ bò tiêu
hao do đốt nóng dây dẫn, do tạo nên các trường điện từ và do các hiệu ứng
khác. Phần tiêu hao đó gọi là tổn thất điện năng.
Trong mạng điện phân phối tổng chiều dài đường dây và số lượng MBA rất
lớn, hơn nửa mạng điện phân phối có cấp điện áp thấp nên tổn thất công
suất trên mạng điện phân phối là con số không nhỏ. Với những hệ thống
phân phối lớn, tổn thất này có thể lên đến 15% công suất truyền tải. Theo
một báo cáo của Công ty Dòch Vụ Công cộng tại New Mexico, trong khoảng
từ năm 1978 đến 1988 chỉ với mức độ chiếm khoảng 8,71% tổn thất điện
năng đã lên đến 299GWh.
Tổn thất công suất bao gồm tổn thất công suất tác dụng (chủ yếu là đường
dây) và tổn thất công suất phản kháng (chủ yếu là MBA). Tổn thất công suất
dẫn đến các thiết bò phát điện phải tăng làm vốn đầu tư nguồn phát cao,
gây tình trạng thiếu hụt điện năng tại nơi tiêu thụ, hiệu suất truyền tải thấp,
làm tăng giá thành sản xuất cũng như truyền tải điện và không có lợi cho
việc phát triển kinh tế, phục vụ dân sinh.

Tổn thất công suất phản kháng tuy không ảnh hưởng trực tiếp đến mức phí
tổn về nhiên liệu nhưng dẫn đến tình trạng không đủ công suất phản kháng
cung cấp cho hộ tiêu thụ, do vậy tại đây cần phải trang bò thêm các thiết bò
phát công suất phản kháng như tụ điện, máy bù đồng bộ. Kết quả dẫn đến
chi phí đầu tư về thiết bò tăng cao, làm giá thành truyền tải điện cũng tăng
cao.
Chương 1: Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối

7
Trong mạng điện phân phối, tổn thất sinh ra do các nguyên nhân sau:
 Tổn thất trên đường dây trong dây dẫn các pha.
 Tổn thất trong các dây đất và trong đất.
 Tổn thất trong lõi máy biến áp.
 Tổn thất tăng do sự suy giảm các phần tử phản kháng.
 Tổn thất tăng do các đặc tính của tải.
 Tổn thất tăng do sự mất cân bằng giữa các pha trong hệ thống.
Việc tính toán, chọn lựa đúng kích cỡ dây dẫn sẽ giới hạn tổn thất trong
đường dây. Với các hệ thống điện hai pha và một pha sẽ làm xuất hiện
thêm tổn thất trong dây đất và trong đất. Sự mất đối xứng của tải cũng sẽ
làm tổn thất trong dây đất và đất tăng thêm. Tổn thất trong lõi máy biến áp
phân phối sẽ rất nhạy với giá trò biên độ của điện áp hệ thống. Chất lượng
của máy biến áp cũng sẽ ảnh hưởng đến tổn thất này. Do tải tiêu thụ thay
đổi giữa ngày và đêm, giữa các mùa nên hệ số công suất của hệ thống cũng
sẽ thay đổi. Nếu không có sự chọn lựa, tính toán đúng cho các thiết bò đóng
cắt các phần tử bù công suất phản kháng sẽ dẫn đến việc tăng tổn thất
trong hệ thống do hệ số công suất quá thấp. Đặc tính của tải cũng đóng vai
trò quan trọng trong tổn thất của mạng điện phân phối. Trong chu trình tải
đỉnh, điện áp trên đường dây có thể bò giảm xuống dưới giá trò cho phép.
Điều này trở nên rất quan trọng trong việc tính toán tổn thất trong hệ thống
phân phối. Ví dụ, rất nhiều các động cơ truyền động như máy bơm, máy

nén, máy điều hòa nhiệt độ, quạt .v v có đặc tính tải công suất không đổi
khi làm việc với điện áp khác hơn so với giá trò danh đònh từ 80% đến
110%. Điều này sẽ dẫn đến dòng điện chảy trong đường dây sẽ tăng cao
hơn khi điện áp giảm, do vậy tổn thất hệ thống cũng sẽ tăng theo.

Chương 1: Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối

8


II. Tính toán tổn thất công suất và tổn thất điện năng trên đường dây
Để xác đònh tổn thất công suất trên đường dây ta chỉ xét đường dây có phụ
tải tập trung cuối đường dây làm đại diện cho đường dây có nhiều phụ tài
tập trung, đường dây phân nhánh, lưới mạch vòng và giả thiết là tải đối
xứng. Vì các dạng lưới phân phối này đều có công thức tính giống nhau. Khi
tính lưới mạch vòng cũng dùng nguyên lí xếp chồng. Sau đó tính riêng cho
trường hợp lưới phân bố đều và lưới có phụ tải không đối xứng.
1. Tổn thất công suất trên đường dây có phụ tải tập trung

Khi có dòng điện ba pha chạy qua đường dây có tổng trở
jXRZ 

sẽ gây
ra tổn thất công suất như sau:
)1_1(;****3
2
2
22
2
2

2
2
R
U
QP
R
U
S
RIP



)2_1(;****3
2
2
22
2
2
2
2
X
U
QP
X
U
S
XIQ



Với: P, Q, S là của 3 pha
U2: điện áp dây
P, P [MW]; Q, Q [MVAR];
U2 [KV] ; R,X [];
Thông thường khi tính toán có thể có thể chọn m là giá trò đònh mức của
lưới. Khi muốn tăng độ chính xác, tổn thất tính tại đâu sẽ lấy điện áp tại
điểm đó.

Chương 1: Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối

9


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

Đây là trường hợp các hệ thống điện phân phối trong thành phố, các đường
dây chiếu sáng công cộng, đường dây cung cấp điện cho các xí nghiệp trong
khu chế xuất… Một cách gần đúng ta có thể xem dòng điện biến thiên dạng
tuyến tính dọc theo đường dây dẫn.
Lấy một vi phân dl tại B ta được:

Tổn thất P trong một vi phân dl là:
Gọi r
0
: điện trở trên một đơn vò chiều dài dây dẫn (/km)  dr = r
0
*dl.
Vậy :
;**
*

*3
2
dlr
L
lI
Pd
o








Toàn bộ tổn thất công suất dọc đường dây AC là:
1
U


2
U


R+jX
P+jQ
Hình 1_1

L
l

L
O
I
b

I
C
B
A
dl
Hình 1_2a
L
lI
I
b
*

;**3
2
drIPd
b

Chương 1: Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối

10











LL
IRLIrdll
L
Ir
dlr
L
lI
P
0
22
0
2
0
2
2
0
0
2
)3_1(;***.
3
.*
.
*3

I:dòng tổng của phụ tải phân bố đều.

So sánh (1_3) với (1_1) ta thấy tổn thất công suất trên đường dây có phụ tải
phân bố đều bé hơn 3 lần tổn thất trên đường dây có cùng phụ tải nhưng tập
trung ở cuối đường dây
Ptập trung = 3. Pphân bố đều
Từ đó có thể dùng 1 trong 2 sơ đồ thay thế tương đương Hình 1_2 b) hay c)
để xác đònh tổn thất công suất lưới phân bố đều.


3. Tổn thất công suất khi tải không đối xứng
Khi tải không đối xứng sẽ dẫn đến dòng điện và điện áp cũng không đối
xứng cả về biên độ và góc pha. Ở đây chỉ xét sự mất đối xứng về biên độ.
Để thuận tiện trong việc tính toán, người ta phân tích các thành phần không
đối xứng thành các thành phần đối xứng. Đó là các thành phần thứ tự thuận
 
11
, IU

, thứ tự nghòch
 
22
, IU

và thứ tự không
 
00
, IU

.
Ta có
CBACBA

IIIUUU

,,,,,
là điện áp và dòng điện của 3 pha A, B, C.
Ta có các mối quan hệ sau:
 
CBA
UaUaUU

2
1
3
1


 
CBA
UaUaUU


2
2
3
1

 
CBA
UUUU



3
1
0

L
Z


3I


1
2
b)
L
Z

3
1

I


1
2
c)
Hình 1_2

Chương 1: Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối

11
 
CBA
IaIaII

2
1
3
1


 
CBA
IaIaII


2
2
3
1

 
CBA
IIII


3
1
0

với
0
120j
ea 
:toán tử quay pha.
Trong thực tế người ta không dùng trò số dòng điện để tính tổn thất công suất
mà dùng trò số của công suất để tính toán. Giả sử công suất của nguồn phát
là đối xứng
CBA
SSS

,,
từ đó công suất của các thành phần thứ tự thuận, thứ
tự nghòch và thứ tự không được phân tích như sau:
 
)4_1(;
3
1
.
*
11 CBAA
SSSIUS





 
)5_1(;
3

1
.
2
*
22 CBAA
SaSaSIUS





 
)6_1(;
3
1
.
2
*
00 CBAA
SaSaSIUS





Việc tính toán chế độ phụ tải không đối xứng, cũng như vấn đề tính toán tổn
thất công suất. Ta phải lập sơ đồ thay thế của lưới điện ứng với từng thành
phần thứ tự. Từ những sơ đồ cụ thể đó ta có thể xác đònh được tổn thất công
suất cho đường dây giống như ở chế độ có phụ tải đối xứng.
Để xác đònh tổn thất công suất trên lưới có tải không đối xứng theo phương

pháp xếp chồng ứng với từng thành phần thứ tự phải có các giả thiết như
sau:
 Hệ thống điện áp của nguồn cung cấp phải đối xứng và không phụ
thuộc vào phụ tải đang xét.
 Trò số không đối xứng thường bé nên dòng phụ tải có thể xác đònh
theo điện áp đònh mức.
Chương 1: Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối

12
 Tất cả các phần tử của hệ thống được xem là tuyến tính.
 Mức độ không đối xứng của các thông số chủ yếu được xác đònh theo
mức không đối xứng. Do vậy giả thiết rằng tất cả các phần tử còn lại
của lưới điện (ngoài phụ tải không đối xứng đang xét) có các thông số
pha giống nhau.
Sơ đồ thay thế thứ tự thuận dạng thông thường được dùng trong tính toán chế
độ đối xứng. Các giá trò của các phần tử trong chế độ thứ tự thuận đều tương
ứng với trò số của chúng trong chế độ đối xứng. Vì vậy tổn thất công suất
được xác đònh như trong chế độ đối xứng.
Trong sơ đồ thay thế thứ tự nghòch tất cả các phụ tải đều được thay thế bởi
các nhánh tổng trở cho trước. Trò số dòng thứ tự nghòch tính toán được dựa
vào sơ đồ. Đối với các phần tử của lưới điện có hỗ cảm giữa các pha và
không phụ thuộc vào thứ tự pha thì điện kháng thứ tự thuận và thứ tự nghòch
giống nhau như đường dây trên không, cáp, kháng điện, tụ điện, MBA…
Trong động cơ và máy phát dòng thứ tự nghòch tạo nên từ trường quay của
stator ngược chiều với rotor, do vậy điện kháng thứ tự nghòch (X2) được tính
khác với điện kháng thứ tự thuận (X1). Đồng thời điện dung của đường dây
trên không và cáp có thể bỏ qua trong sơ đồ thay thế.
Chương 1: Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối

13

Sơ đồ thay thế thứ tự không được thành lập tương tự. Đối với lưới điện phân
phối, điện áp khoảng 35KV nên sơ đồ đấu dây của MBA thường không nối
đất trung tính và được nối /Y hay Y/ nên dòng thứ tự không rất bé, do vậy
tổn thất này thường được bỏ qua.
- Trên sơ đồ nguyên lí ta có công suất truyền từ A là
1
S

, qua các nút tải
không đối xứng B, C có công suất
CB
SS

,
.
- Lập sơ đồ thay thế theo thành phần thứ tự thuận, thứ tự nghòch và thứ tự
không.
- Tổn thất công suất của sơ đồ thứ tự thuận được xác đònh như phụ tải đối
xứng tùy theo loại lưới.
- Xác đònh công suất của thành phần thứ tự nghòch (Hình 1_3b).
:;
2,21,2
ZZ

tổng trở thay thế của đường dây sơ đồ thứ tự nghòch.
A
B
C
2
1

dmA
UU



1
S


2
S


B
S


C
S


a)
A
B
b)
1,2
1,2
S
Z




B
S
2


C
S
2


2
U


C
A
B
C
1,01,0
;SZ



2,02,0
;SZ



B
S
0


C
S
0


0
U


c)
Hình 1_3
a):sơ đồ nguyên lí một sợi; b):sơ đồ thay thế thành phần thứ tự
nghòch; c):sơ đồ thay thế thứ tự không
Chương 1: Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối

14
 
)7_1();(
3
1
2
212 CBAiiii
SaSaSjQPS





:,,
CBA
SSS

công suất pha A,B,C.
 Tổn thất công suất trên đoạn 2:
)8_1(;*
)8_1(;*
)8_1(;
22
2
2
2
2
2
22
22
2
2
2
2
2
22
222222
cX
U
QP
Q

bR
U
QP
P
aQjPS
dm
CC
dm
CC







 Công suất đầu đoạn 2:
)9_1(;
22222
SSS
C




 công suất cuối đoạn 1:
)10_1(;
22221
SSS
B





 tổn thất công suất trên đoạn 1:
)11_1(;**
21
2
2
21
2
21
21
2
2
21
2
21
21
X
U
QP
jR
U
QP
S
dmdm







 tổng tổn thất công suất của thành phần thứ tự nghòch:
)12_1(;
22212
SSS



Tổn thất công suất của thành phần thứ tự không
0
S


được tính cũng giống
như cách tính tổn thất của thành phần thứ tự nghòch. Nếu không đòi hỏi độ
chính xác cao thì có thể bỏ qua tổn thất của thành phần thứ tự không bởi
dòng thứ tự không rất bé.
 Vậy tổn thất do tải không đối xứng gây ra như sau:
)13_1(;
021
SSSS



Ta thấy tổn thất do tải không đối xứng gây ra trên hệ thống là rất lớn, có
thêm cả thành phần thứ tự nghòch và thành phần thứ tự không. Vì vậy cần
phải có biện pháp khắc phục sự không đối xứng của tải. Có nhiều biện
pháp để khắc phục sự không đối xứng của tải tuy nhiên phạm vi luận văn

này không trình bày vấn đề này.
Chương 1: Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối

15

III. Tổn thất công suất trong máy biến áp
Tổn thất công suất trên mỗi MBA chiếm vài phần trăm so với công suất biến
áp của nó. Trong hệ thống điện nói chung và lưới phân phối nói riêng số
lượng MBA áp rất lớn vì thế tổn thất trên phần tử MBA áp là con số không
nhỏ. Vậy ngoài vấn đề tổn thất công suất trên đường dây cần phải tính đến
tổn thất công suất trong MBA.
Tổn thất công suất trong MBA bao gồm tổn thất công suất không tải (tổn thất
trong lõi thép hay tổn thất sắt) và tổn thất khi có tải (tổn thất trong dây quấn
hay tổn thất đồng).
Nhu cầu công suất phản kháng ở MBA công suất nhỏ là 10% Sđm của
chúng, MBA lớn là 3% Sđm, còn các MBA ở siêu cao thế có thể từ 8-10%
(để hạn chế dòng ngắn mạch).



1. MBA một cuộn dây
Thành phần tổn thất trong lõi thép không thay đổi khi phụ tải thay đổi và
bằng tổn thất không tải.
)14_1(;
100
%
0
0000
dm
SI

jPQjPS 


I0%: dòng không tải so với dòng đònh mức.
Đối với MBA 2 cuộn dây, tổn thất công suất tác dụng trong các cuộn dây khi
tải đònh mức bằng tổn thất ngắn mạch:
;
ncddm
PP 

Tổn thất công suất phản kháng trong các cuộn dây, nếu để ý đến RMBA <<
XMBA thì ta xác đònh như sau:
)15_1(;
100
%.
nm
dmnm
cddm
Q
SU
Q 

Chương 1: Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối

16
Unm%:điện áp ngắn mạch phần trăm so với điện áp đònh mức.
Vì MBA làm việc với phụ tải
pt
S


khác với dung lượng đònh mức nên khi xác
đònh tổn thất trong MBA cần chú ý xét đến hệ số tải:
;
dm
pt
dm
pt
t
I
I
S
S
k 

Khi đó tổn thất trong cuộn dây sẽ là:
)16_1(;
100
%.
22
dmnm
tnmtcd
SU
jkPkS 


Do vậy, tổn thất trong MBA khi phụ tải bất kì (Spt) sẽ được xác đònh theo
công thức sau:
   
)17_1(;
100

%%
2
0
2
0 MBAMBA
dm
nmtnmtMBA
QjP
S
UkIjPkPS 


;
;
;
2
0
2
0
dm
pt
dm
pt
t
dm
pt
nmMBA
dm
pt
nmMBA

I
I
S
S
k
S
S
QQQ
S
S
PPP




















(1_18)
2. MBA ba cuộn dây và MBA tự ngẫu.
Trước hết tính tổn thất công suất trong cuộn dây 2 và 3 theo phụ tải tương
ứng trung và hạ áp (Hình 1_4).
)19_1(;
3
3
2
3
2
3
3
3
2
3
2
3
3
aX
U
QP
jR
U
QP
S











)19_1(;
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
bX
U
QP
jR
U
QP
S











ở đây
323232
,,,,, RRXXUU

là các điện áp và tổng trở tương ứng đã quy đổi
về điện áp cao.
Công suất:
113232321
QjPSSSSSSS











Chương 1: Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối

17
Tổn thất công suất trong cuộn 1:

   
 
 
)19_1(;**
1
2
1
1
2
1
1
2
1
2
1
2
1
1
cX
U
QP
jR
U
QP
S











Tổn thất công suất trong MBA 3 cuộn dây và MBA tự ngẫu cũng có thể tính
trực tiếp theo các đại lượng đònh mức và hệ số tải:
 
)20_3(;
100
%.
100
%.
100
%.
33
2
3
22
2
2
1
2
10
3
2
32
2
21
2

10








dmnm
t
dmnm
t
dmnm
t
nmtnmtnmtMBA
SU
k
SU
k
SU
kQj
PkPkPkPS


IV. Tổn thất điện năng trên đường dây và máy biến áp
Trên cơ sở tính tổn thất công suất trên đường dây và MBA, bây giờ tính tổn
thất điện năng của chúng trong thời gian sử dụng điện năng t.
Trò số tổn thất điện năng trên các phần tử của hệ thống điện phụ thuộc chủ
yếu vào đặc tính phụ tải. Nếu phụ tải không thay đổi thì trên phần tử có tổn

thất công suất P sẽ gây ra tổn thất điện năng trong thời gian t là:
)21_1(;*tPA 
.
Song trong thực tế phụ tải luôn luôn thay đổi theo thời gian như biến thiên
theo đồ thò phụ tải và tình trạng làm việc của các nhà máy điện. Vì vậy
phải dùng phương pháp tích phân để tính tổn thất điện năng:
)22_1(;.
0


t
dtPA

1
2
3
S
2
S
3
S
0
S’
1
S”
1
Z
1
Z’
1

Z’
2
S’
2
S’
3
Hình 1_4

Chương 1: Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối

18
Tuy nhiên P là một hàm số phức tạp của thời gian t rất khó tích phân.
Người ta thường dùng hai phương pháp sau:
 Phương pháp dòng điện đẳng trò
Xác đònh tổn thất điện năng trong một năm theo công thức sau:
 

8760
0
8760
0
2
2
2
)(
)(
).(3
tU
tS
RdttIRA

)23_1(;.
)(
)(
.
)(
)(
8760
0
2
2
2
2








dt
tU
tQ
dt
tU
tP
RA

P(t) và Q(t) nhiều khi rất khó biểu diễn được dạng công thức giải tích, khi đó

có thể xác đònh điện năng gần đúng bằng cách bậc thang hóa đường cong
P(t) vá Q(t) và lấy trò số bằng điện áp đònh mức:
 
 
 

n
i
n
i
iii
dm
ii
tQP
U
R
tS
U
R
A
1 1
22
2
2
2
)24_1(;

Trong đó: S[MVA]; R[]; Udm[KV]; tI[h].
Phương pháp này trong nhiều trường hợp không làm được vì ta không biết
trước đồ thò P(t) và Q(t).

Vì vậy trong tính toán thường dùng phương pháp sau:

max

T
max

8760h
S
max
2
m ax
S

Hình 1_5
Chương 1: Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối

19
a) Phương pháp xác đònh tổn thất điện năng theo thời gian tổn thất công
suất lớn nhất: phương pháp này cho ta dễ dàng xác đònh được tổn thất
điện năng nếu biết được thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax, thời
gian tổn thất công suất lớn nhất max và phụ tải cực đại Smax.
b) Thời gian sử dụng công suất lớn nhất: Nếu giả thiết rằng ta luôn sử dụng
phụ tải lớn nhất (và không đổi) thì thời gian cần thiết Tmax để cho phụ
tải đó tiêu thụ một lượng điện năng bằng lượng điện năng do phụ tải thực
tế (biến thiên) tiêu thụ trong một năm làm việc được gọi là thời gian sử
dụng công suất lớn nhất.
Tmax được đònh nghóa như sau:
)25_1(;
.).(

max
8760
0
max
8760
0
max
a
S
dtS
I
dttI
T



Hoặc nếu có nhiều phụ tải:
)25_1(;
.
.
1
m ax
1
m axm ax
m ax
b
Pk
TP
T
n

i
idt
n
i
ii
tb






với kdt:hệ số đồng thời tại thời điểm đạt max của PI(t).
Đối với các xí nghiệp làm việc một ca Tmax=15002000h;làm việc hai ca
Tmax=30004500h; làm việc ba ca Tmax=50007000h. Đối với phụ tải
sinh hoạt thành phố thì Tmax=20003000h.
 Thời gian tổn thất công suất lớn nhất:
ký hiệu  là thời gian nếu trong đó mạng điện luôn luôn mang tải lớn nhất
sẽ gây ra một tổn thất điện năng đúng bằng tổn thất điện năng thực tế trên
hệ thống điện trong một năm nghóa là:
Chương 1: Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối

20
 
)26_1(;
2
max
2
max
2

8760
0
2
8760
0
2
2
ra
i
ii
i
ii
QP
U
R
tQtP
U
R
A












với a và r phụ thuộc hình dáng đồ thò công suất tác dụng và phản kháng
nói chung là khác nhau. Trong thực tế dùng một trò số  chung:
)27_1(; 3).(3
2
max
2
2
max
8760
0
2

S
U
R
RIdttIRA 


)28_1(;
.).(
2
max
8760
0
2
2
max
8760
0

2
S
dtS
I
dttI




Giả thiết rằng đồ thò công suất tác dụng và phản kháng giống nhau. Do vậy
hệ số công suất của phụ tải coi như không thay đổi trong một năm. Khi đó ta
xác đònh  theo quan hệ: =f(Tmax,cos) (Hình 1_6)
Và cũng có thể xác đònh theo công thức
kinh nghiệm Kezevits:
 
)29_1(;8760*10.124.0
2
4
maxmax

 T

Một
công thức thực nghiệm khác nếu biết P(t)
có Pmin và Pmax, biết Tmax thì ta có thể
tính max theo công thực nghiệm sau có
độ chính xác cao hơn so với công thực
(3_29):
)30_1(;)1(*
2

8760
1
8760
87602
2
max
min
max
min
max
max
maxmax
P
P
P
P
T
T
T 





Có thể phân biệt Ar và Aa:
ar
R
U
Q
R

U
P
A
max
2
2
max
2
2




0
1000
2000
4000
6000
8000
8000
6000
4000
2000
1000

T
max
3

2

1

Hình 1_6
Đường cong biểu diễn quan hệ
1.khi cos=1; 2.khi cos=0.8;
3.khi cos=0.7
Chương 1: Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối

21
Một công thức thực nghiệm khác:
8760
70
30
2
max
max
T.
T. 
;
1. Tổn thất điện năng trên đường dây.
Tổn thất điện năng trên đường dây và phụ tải tập trung, phân bố đều được
tính như sau:
)31_1(];.[* KWhPA



P: tổn thất công suất lớn nhất trên đường dây và phụ tải tính toán.

: thời gian chòu tổn thất công suất lớn nhất

 Trường hợp cos của nhiều phụ tải giống nhau:
Nếu các phụ tải b,c,d có cos  giống nhau (Hình 1_7), Tmax như nhau thì trò
số  của cả 3 phụ tải đều giống nhau, tổn thất điện năng được xác đònh như
sau:
)32_1(;
1
2
1
2
2
2
3
2
''
3





































 r
U
S
r
U
S
r
U
S

A
bcd


 Trường hợp cos của nhiều phụ tải khác nhau:
Nếu cos và Tmax của các phụ tải khác nhau nhiều thì phải tính riêng rẽ
tổn thất trên từng đoạn dây:
)33_1(;
11
2
1
22
2
2
33
2
''
3







































r
U
S
r

U
S
r
U
S
A
bcd

A
B
C
D
S
3
”,r
3

S
2
”,r
2

S
1
”,r
1

S
b
,cos

b
S
c
,cos
c
S
d
,cos
d
Hình 1_7

Chương 1: Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối

22
Nếu cos của các phụ tải khác nhau không nhiều, ta dùng trò số trung bình
của Tmaxtb như công thức (1_25b) và tính costb theo công thức gần đúng
sau:
)34_1(;
cos.cos.cos.
cos
321
321
SSS
ScSbS
d
tb















Căn cứ vào costb và Tmaxtb ta tra trên hình 1_6 sẽ xác đònh được tb .
Thay tb vào công thức (1_32) tính được tổn thất công của đường dây và phụ
tải nhưng chấp nhận sai số.
2. Tổn thất điện năng trong máy biến áp
Tổn thất điện năng trong MBA 2 cuộn dây được xác đònh như sau:
)35_1(;
2
max
02










dm

pt
nmMBA
S
S
PtPA

Tổn thất điện năng trong MBA 3 cuộn dây được xác đònh như sau:
)36_1(;) (.
2
3max
3
2
2max
2
2
1max
103





























dm
pt
nm
dm
pt
nm
dm
pt
nmMBA
S
S
P
S
S
P

S
S
PtPA
Sdm: công suất đònh mức của MBA
Sptmax: công suất phụ tải cực đại của MBA
P0: tổn thất kông tải.
Pnm: tổn thất ngắn mạch của MBA (do nhà chế tạo cho).
Tổng quát với trạm có n máy làm việc song song thì:
)37_1(;
1

2
max
02










dm
pt
nmMBA
S
S
P

n
tPnA

)38_1(;) (
1

2
3m ax
3
2
2max
2
2
1max
1
03






























dm
pt
nm
dm
pt
nm
dm
pt
nm
MBA
S
S
P
S
S

P
S
S
P
n
tPnA

Chương 1: Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối

23
Khi biết đồ thò phụ tải, để giảm tổn thất điện năng người ta thường thay đổi
số lượng MBA tùy theo mức phụ tải (Hình 1_8) khi đó tổn thất của trạm MBA
2 cuộn dây được xác đònh như sau:
)39_1(;.
1

1
2
1
02












n
i
i
dm
i
i
nm
n
i
iiMBA
t
S
S
n
PtnPA

Trạm có MBA 3 cuộn dây cũng được xác đònh tương tự như công thức
(1_39).

Với nI: số MBA làm việc trong thời gian tI .
SI : phụ tải của nI MBA vận hành song song trong thời gian ti.

Trong trường hợp các MBA có công suất khác nhau làm việc song song, trước
hết cần tìm sự phân bố phụ tải giữa chúng. Đối với các MBA có điện áp
ngắn mạch (Unm%) bằng nhau thì phụ tải phân bố giữa chúng có thể xem
như tỉ lệ với công suất đònh mức của chúng.
Phụ tải của toàn trạm là S thì mỗi MBA sẽ nhận công suất là:
)40_1(;.
1

S
S
S
S
n
i
đmi
đmi
i








S[KVA]
S
1
S
2
S
3
t
1
t
2
t
3

8760

t(h)

0

Hình 1_8

Chương 1: Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối

24
trong đó
i
S

: phụ tải của MBA thứ i nhận được.

đmi
S

:công suất đònh mức của MBA thứ i.
Sau khi biế được công suất phân bố cho từng MBA, thì ta tính riêng tổn thất
điện năng cho từng MBA theo cônt thức (1_37) hoặc (1_38) hoặc (1_39).
Chương 2: Mô hình hóa các khâu trong mạng điện


24
CHƯƠNG 2
MÔ HÌNH HÓA CÁC KHÂU TRONG MẠNG ĐIỆN

Phương pháp mô hình hóa đïc chia làm bốn thành phần chủ yếu: mô hình tải,
mô hình đường dây và cáp, mô hình máy biến áp phân phối và mô hình các
phần tử công suất phản kháng. Mô hình tải phản ánh sự nhạy cảm của các thành
phần tải khác nhau với sự thay đổi của điện áp và tần số.
1. Mô hình tải:
 Tải thụ động
Để khảo sát được dạng tải mà chúng sẽ thay đổi theo giờ, ngày, mùa v.v người
ta dùng một hình vẽ biểu diễn phần trăm của tổng tải và gọi là “cửa sổ tải”. Hình
vẽ 2.1 biểu thò một cửa sổ tải vào mùa đông. Phần trăm của các phần tử riêng lẻ
trong tổng nhu cầu phụ thuộc vào thời gian trong năm, thời gian trong ngày, vò trí
đòa lý, hoàn cảnh kinh tế và các điều kiện khác. Số lượng và chất lượng các
thông tin liên quan đến sự thay đổi tải tùy thuộc vào các công ty cung cấp điện.



Tải được thể hiện qua công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q và được
xem xét theo bảng dưới đây:
Tải đèn nung
Lò sưởi
Đèn huỳnh
quang
Sấy quần áo
Tủ lạnh
TV
Tải khác
Chương 2: Mô hình hóa các khâu trong mạng điện


25
Bảng 2.1. Các kiểu tải

Dạng sử
dụng
Kiểu tải
Đặc tính điện
Tải gia đình
Đèn nung tim
Đèn huỳnh quang
Động cơ nhỏ
Máy tính
Thiết bò điện gia dụng
Trở thụ động
Không tuyến tính
Cảm thụ động
Không tuyến tính
Không tuyến tính
Tải thương
mại
Đèn chóa
Máy điều hòa không khí
Lò sưởi nhiệt trở
Máy làm lạnh
Máy giặt
Đèn huỳnh quang
ASDs
Máy tính
Thiết bò điện tử khác
Trở thụ động
Cảm thụ động
Trở thụ động
Cảm thụ động

Cảm thụ động
Không tuyến tính
Không tuyến tính
Không tuyến tính
Không tuyến tính
Nhà máy
nhỏ

Quạt
Máy bơm
Máy nén
Nhiệt trở
Lò hồ quang)
ASDs
Tải điện khác
Cảm thụ động
Cảm thụ động
Cảm thụ động
Cảm thụ động
Không tuyến tính
Không tuyến tính
Không tuyến tính
 Các mô hình cho tải thụ động:
 Mô hình A:
Sử dụng cho tải có phần động cơ nhỏ ví dụ như tải gia đình và tải thương mại ở
đó phần quay của động cơ nhỏ, tác động của phần trở là chủ yếu.
Chương 2: Mô hình hóa các khâu trong mạng điện


26

Phần trởR

Hình 2.2. Mô hình A cho tải.
Trong đó:
P
V
R
2

, V là điện áp pha ở tần số cơ bản.
P là công suất tác dụng của tải.
 Mô hình B:
Trong mô hình này, phần trở là một điện trở song song với phần cảm bao gồm điện
trở R
I
song song với điện cảm L. Mô hình này sử dụng cho tải có thể biết được số
lượng động cơ đang hoạt động, và điện cảm thứ tự không của chúng. Tuy nhiên, số
lượng chính xác động cơ tại một thời điểm là không thể có, nên hệ số K là hệ số
động cơ đang hoạt động cần phải sử dụng trong mô hình này. Để tính toán điện
cảm tương đương thứ tự âm, hệ số K
1
là hệ số cân xứng đối với điều kiện khởi động
khắc nghiệt cũng được sử dụng. Do đó, công thức dùng cho mô hình này là:
Phần trở
R
R
1
L
Phần động

Hình 2.3 Mô hình B cho tải
 
K1P
V
R
2


,
 


PKKK2.1
V
L
1E
2
,
2
1
K
L
R 
.

Chương 2: Mô hình hóa các khâu trong mạng điện


27
Trong đó: P: Tổng công suất yêu cầu (MW).

K: Hệ số động cơ của tổng công suất MW.
Tải công nghiệp: K=0.8, tải gia đình và thương mại: K=0.15.
K
E
: Hệ số tải điều khiển điện trong tổng MW , K
E
 0.
K
1
: Hệ số khắc nghiệt trong điều kiện khởi động, K
1
 4 – 7.
R
1:
Biểu thò cho sự giới hạn dòng.
K
2
: Hệ số điện cảm thứ tự âm hay điện cảm khi rotor bò khóa

: Tần số (rad).
 Mô hình C:
Dùng khi tải là động cơ cảm ứng lớn hay một nhóm động cơ nối vào điện áp
trung thế, đây là đặc trưng của tải khu công nghiệp. Mô hình này cũng coi phần
động (motive) của tải bao gồm điện trở R
1
nối tiếp vơi điện cảm thứ tự nghòch L,
R
1
và L này được tính tương tự như trường hợp của mô hình B. Còn R là điện trở
hạn dòng và L

T
đặc trưng điện kháng rò tương đương, chúng được tính như sau:
R
1
L
T
R L
Phần trở Phần động

Hình 2.4 Mô hình C cho tải
3
K
L
R


, L
T
= 0.1R.
Trong đó:
K
3
 8: Tác dụng công suất phản kháng của mạch motor.
: Tần số cơ bản (rad).