dự báo nhu cầu điện năng và phụ tải điện

Chương 3
Dự báo nhu cầu điện năng
và phụ tải điện
3.1. Khỏi nim chung
3.2. D bỏo nhu cu in nng theo cỏc ngnh
KTQD
3.3. Phng phỏp ngoi suy
3.4. Phng phỏp tng quan
3.5. Phng phỏp phõn tớch quỏ trỡnh
3.6. Phng phỏp chuyờn gia
1


3.1. KHI NiM CHUNG
Nhu cầu điện năng và đồ thị phụ tải điện là các số liệu đầu vào rất
quan trọng, quyết định rất lớn chất lượng 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 tương 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.
Dự báo sẽ góp phần giải quyết các vấn đề cơ bản sau:
- Xác định xu thế phát triển của nhu cầu điện năng
- Đề xuất những yếu tố cụ thể quyết định những xu thế ấy
- Xác định quy luật và đặc điểm của sự phát triển của nhu cầu điện
năng và phụ tải điện.


2

3.1. KHI NiM CHUNG
Có ba loại dự báo theo thời gian:
- Dự báo ngắn hạn (1ữ2 năm)
- Dự báo trung hạn (3ữ10 năm)
- Dự báo dài hạn (15ữ20 năm): mục đích chỉ là nêu
ra các phương hướng phát triển có tính chất chiến lược
về mặt kinh tế, về mặt khoa học kỹ thuật nói chung
không yêu cầu xác định chỉ tiêu cụ thể

3


3.1. KHI NiM CHUNG
Biểu đồ phụ tải được 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 được 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.
Tmax là khoảng thời gian sử dụng liên tục công suất cực đại Pmax sao
cho năng lượng được sử dụng vừa đúng bằng năng lượng sử dụng
thực tế trong năm theo biểu đồ đã được xác định. Ptb - công suất
8760
trung bình
A = P .T = P(t).dt = P .t
max

max

tb

0

4


3.1. KHI NiM CHUNG
P

P

a)

b) Pmax
đỉnh

Pmax

Phần biến đổi

Pmin
0

Phn áy

t (h)

24

0

Tmax

8760h

t

Đồ thị phụ tải ngày (a) và đồ thị phụ tải kéo dài trong năm (b)
5


3.1. KHI NiM CHUNG

Để thực hiện được việc qui hoạch hệ thống
điện cho tương lai 15-20 năm cần phải có số liệu
dự báo của các ngành kinh tế quốc dân khác.
Nhưng việc qui hoạch của các ngành kinh tế
quốc dân khác lại thường 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
6

3.1. KHI NiM CHUNG
Cỏc phương pháp dự báo:
1- Phương pháp tính trực tiếp: Dựa trên kế hoạch phát triển của các
ngành kinh tế quốc dân, tính ra nhu cầu điện năng.
2- Phương pháp ngoại suy: Dựa trên số liệu phụ tải trong quá khứ, từ
đó suy ra phụ tải điện trong tương lai.
3- Phương pháp hồi qui một chiều và hồi qui nhiều chiều: Phương
pháp này dựa trên mối tương 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 tương lai.
4 Phng phỏp d bỏo bng phõn tớch quỏ trỡnh
5- Phng phỏp chuyờn gia
7


3.2. D BO NHU CU iN NNG THEO CC
NGNH KTQD
Bước1: Chia các phụ tải điện thành các nhóm phụ tải có tính chất
hoạt động và nhu cầu tiêu thụ điện năng được xem là gần giống
nhau như: 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:
+ Điện năng cho công nghiệp: A CNt =

n

B
it

it

i =1

+ Điện năng cho nông nghiệp bao gồm điện năng phục vụ cho trồng
trọt, chăn nuôi, tưới 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 tưới 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.
8


3.2. D BO NHU CU iN NNG THEO CC
NGNH KTQD
+ Điện năng cho giao thông bao gồm điện năng cho đường bộ, đư
ờng sắt, đường thuỷ và hàng không. Điện năng cho giao thông
chủ yếu phụ thuộc vào mức độ điện khí hoá đường sắt, chiếu sáng
đường 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 người
hoặc cho hộ gia đình.
+ Điện năng tự dùng và tổn thất tính gần đúng theo tiêu chuẩn.
9


3.2. D BO NHU CU iN NNG THEO CC
NGNH KTQD
Bước 2 : Xác định nhu cầu điện năng cần thiết cho năm thứ t được
tính theo công thức :
At = ACNt + ANNt + AGTt + ASHt + ATD + At
Bước 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 được
thực hiện theo phương pháp kịch bản (có 4 bước):
1. Phân tích nhu cầu điện năng, xác định tập các biến của kịch bản
tức là các thông số tham gia trực tiếp vào mô hình dự báo.
2. Sắp xếp các kịch bản, xác định mối liên hệ giữa các kịch bản.
3. Đối với mỗi kịch bản cần xác định dải biến thiên của các thông số
trong khoảng thời gian dự báo, thường có ba mức: thấp (bi quan),
trung bình (cơ sở) và cao (lạc quan).
4. Xây dựng cơ sở đầu vào cho mô hình dự báo căn cứ trên các giả
10
thiết về sự biến thiên có thể của các biến kịch bản.


3.2. DỰ BÁO NHU CẦU ĐiỆN NĂNG THEO CÁC
NGÀNH KTQD

11


3.2. DỰ BÁO NHU CẦU ĐiỆN NĂNG THEO CÁC
NGÀNH KTQD

12


3.2. DỰ BÁO NHU CẦU ĐiỆN NĂNG THEO CÁC
NGÀNH KTQD

13

3.2. D BO NHU CU iN NNG THEO CC
NGNH KTQD
* Ưu nhược điểm của phương pháp:
- Ưu điểm : Thuật toán đơn giản, giải đơn giản, chắc chắn
có nghiệm.
- Nhược điểm : Không dùng cho qui hoạch dài hạn vì số
liệu đầu vào khi đó sẽ không chính xác.

14


3.3. PHƯƠNG PHÁP NGOẠI SUY

Được xây dựng dựa trên mối quan hệ giữa điện
năng và thời gian trong quá khứ.
Nội dung: tìm ra qui luật tăng trưởng của nhu
cầu điện năng trong quá khứ dưới dạng hàm số
A= f(t). Sau đó trên cơ sở giả thiết rằng qui luật đó
cũng đúng trong tương lai thì sẽ tính được nhu cầu
điện năng tại bất kì một thời điểm nào trong tương
lai.
15


3.3. PHƯƠNG PHÁP NGOẠI SUY

Các bước:
- Bước 1: Tìm dạng hàm số mô tả đúng qui luật
phát triển của phụ tải trong quá khứ.

- Bước 2: Xác định các hệ số của hàm dự báo đó.
- Bước 3: Xác định giá trị điện năng tương lai

16


3.3. PHƯƠNG PHÁP NGOẠI SUY
Bước 1: Tìm dạng hàm số mô tả đúng qui luật phát triển
của phụ tải trong quá khứ. Giả hàm dự báo A = f(t) là
tuyến tính và dùng phương pháp xác suất thống kê để
kiểm định giả thiết thống kê này.
Xác định hệ số tương quan r giữa A và t:
n

r=

Với:

∑[(A
i =1

i

− A)(t i − t )]

 n (A − A) 2   n (t − t ) 2 
∑
i
i
 ∑




  i =1
i =1

1 n
A = ∑ Ai ;
n i =1

1 n
t = ∑ ti
n i =1
17


3.3. PHƯƠNG PHÁP NGOẠI SUY
Sau khi tính được hệ số tương quan r ta tính hệ số τ như
sau:
r n−2
Nếu n < 25: τ =
|1 − r 2 |
Nếu n ≥ 25:

τ=

r n −1
1+ r2

Sau đó tra bảng Student ứng với mức ý nghĩa α và số bậc

tự do f ta tìm được hệ số Student τα,f.

18


Ph©n bè student
Møc ý nghÜa α

Sè bËc
tù do f

0,20

0,10

0,05

0,02

0,01

0,005

0,001

1

3,08

6,31

12,71

31,82

63,66

127,32

636,62

2

1,98

2,92

4,30

6,97

9,93

14,09

31,60

3

1,64

2,35

3,18

4,54

5,84

7,45

12,94

4

1,53

2,13

2,78

3,75

4,60

5,60

8,61

5

1,48

2,02

2,57

3,37

4,03

4,77

6,86

6

1,44

1,94

2,45

3,14

3,71

4,32

5,96

7

1,42

1,90

2,37

3,00

3,50

4,03

5,41

8

1,40

1,86

2,31

2,90

3,36

3,83

5,01

9

1,38

1,83

2,26

2,82

3,25

3,69

4,78

10

1,37

1,81

2,23

2,76

3,17

3,58

4,59

11

1,36

1,80

2,20

2,72

3,11

3,50

4,44

12

1,36

1,78

2,18

2,68

3,06

3,43

4,32
19


3.3. PHƯƠNG PHÁP NGOẠI SUY
-Mức ý nghĩa α lấy từ 0,001 đến 0,1. Hệ số α nói lên khả

năng phạm sai lầm của giả thiết thống kê. Hệ số α càng nhỏ
thì càng chính xác nhưng lại càng khó đạt. Thường chọn α =
0,05.
- Số bậc tự do f phụ thuộc vào thông số đo được n:
Khi n < 25 thì f = n – 2;
Khi n ≥ 25 thì f = n – 1.
Nếu τ ≥ τα,f thì quan hệ tuyến tính có thể chấp nhận được.
Ngược lại thì không thể sử dụng được quan hệ tuyến tính
và phải sử dụng quan hệ phi tuyến nào đó. Ta tuyến tính hóa
quan hệ phi tuyến đó bằng phương pháp lấy logarit rồi áp
20
dụng các bước ở trên.


3.3. PHƯƠNG PHÁP NGOẠI SUY
B­íc 2: X¸c ®Þnh c¸c hÖ sè cña hµm dù b¸o
- C¸c hÖ sè cña hµm dù b¸o
A

®­îc x¸c ®Þnh b»ng ph­¬ng
ph¸p b×nh ph­¬ng cùc tiÓu.
- Các giá trị thống kê được
biểu diễn trên đồ thị A(t) bằng
các điểm.
- XÐt hµm dù b¸o tuyÕn tÝnh :
Hình 3-2
A = a + bt

t

21


3.3. PHƯƠNG PHÁP NGOẠI SUY
- Thường thì giá trị Ai sẽ lệch khỏi giá trị thực Athi một lượng
là:
∆ = Ai – Ath i
- Cần xác định các
giá trị a, b sao cho:
n
L = ∑ (A i − A thi ) 2 → min
i =1

- Thay Ai = a + bt vào ta có:
n

L = ∑ (a + bt − A thi ) 2 → min
i =1

22


3.3. PHƯƠNG PHÁP NGOẠI SUY
Điều kiện để có cực tiểu là:
n
∂L
= 2∑ (a + bt i − A thi ) = 0
∂a
i =1
n
∂L
= 2∑ (a + bt i − A thi )t i = 0
∂b
i =1
Nếu phá dấu ngoặc ta có:
n

n

n

∑ a + ∑ bt − ∑ A
i

i =1

i =1

thi

=0

i =1

n

n

n

i =1

i =1

i =1

2
at
+
bt
∑ i ∑ i − ∑ A thi t i = 0

23


3.3. PHƯƠNG PHÁP NGOẠI SUY
Sau khi biến đổi và chuyển vế ta có
na + (∑ t i )b = ∑ A i


2
(∑ t i )a + (∑ t i )b = ∑ A i t i

Giải hệ phương trình ta xác định được các hệ số a, b
của hàm dự báo.
Đối với các hàm không tuyến tính, ta có thể dùng
phương pháp lấy logarit để tuyến tính hóa rồi dùng các
phương pháp trên đây để tính.

24


3.3. PHƯƠNG PHÁP NGOẠI SUY


Trong bài toán dự báo nhu cầu điện năng, hàm dự báo
dùng phổ biến nhất là:
β ( t −t0 )
A(t) = A 0 (1 +
)
100
A(t) = A 0C t

Trong đó: A0 là năng lượng tiêu thụ ở năm cơ sở;
β là độ tăng trung bình hàng năm;
t0 là năm cơ sở ở đó quan sát được A0.

25