Dự báo nhu cầu điện năng và phụ tải điện

Chươngư3
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.ưKHI 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 lợng 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 tơng 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:
-ưXácưđịnhưxuưthếưphátưtriểnưcủaưnhuưcầuưđiệnưnăng
-ưĐềưxuấtưnhữngưyếuưtốưcụưthểưquyếtưđịnhưnhữngưxuưthếưấy
-ưXácưđịnhưquyưluậtưvàưđặcưđiểmưcủaưsựưphátưtriểnưcủaưnhuưcầuưđiệnưnăngưvàư
phụưtảiưđiện.


2

3.1.ưKHI NiM CHUNG
Có ba loại dự báo theo thời gian:
-ưDựưbáoưngắnưhạnư(1ữ2ưnăm)
-ưDựưbáoưtrungưhạnư(3ữ10ưnăm)ư
-ưDựưbáoưdàiưhạnư(15ữ20ưnăm):ưmụcưđíchưchỉưlàưnêuư
raư cácư phươngư hướngư phátư triểnư cóư tínhư chấtư chiếnư lượcư vềư
mặtưkinhưtế,ưvềưmặtưkhoaưhọcưkỹưthuậtưnóiưchungưkhôngư
yêuưcầuưxácưđịnhưchỉưtiêuưcụưthể

3


3.1.ưKHI NiM CHUNG
Biểu đồ phụ tải đợc 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 đợc 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 P max
sao cho năng lợng đợc sử dụng vừa đúng bằng năng lợng sử dụng
thực tế trong năm theo biểu đồ8760
đã đợc xác định. Ptb - công suất
A = Pmax .Tmax = P(t).dt = Ptb .t
trung bình


0

4


3.1.ưKHI NiM CHUNG
P

P

a)

b)ưưưưPmax
đỉnh

Pmax

Phầnưbiếnưđổi

Pmin
0

Phn áy

t (h)

24

0ưưưưưưưưưưưưưưưTmax

ưưưưt

8760h

Đồưthịưphụưtảiưngàyư(a)ưvàưđồưthịưphụưtảiưkéoưdàiưtrongưnămư(b)
5


3.1.ưKHI NiM CHUNG

ư ư ư ư Đểư thựcư hiệnư đượcư việcư quiư hoạchư hệư thốngư
điệnưchoưtươngưlaiư15-20ưnămưcầnưphảiưcóưsốưliệuư
dựưbáoưcủaưcácưngànhưkinhưtếưquốcưdânưkhác.ưNhư
ngư việcư quiư hoạchư củaư cácư ngànhư kinhư tếư quốcư
dânư khácư lạiư thườngư làmư sauư nênư xácư địnhư mộtư
cáchư chínhư xácư độư tăngư củaư phụư tảiư điệnư làư rấtư
khóưkhăn.ư
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.ưKHI NiM CHUNG
Cỏc phơng pháp dự báo:
1- Phơng pháp tính trực tiếp: Dựa trên kế hoạch phát triển của
các ngành kinh tế quốc dân, tính ra nhu cầu điện năng.
2- Phơng pháp ngoại suy: Dựa trên số liệu phụ tải trong quá khứ,
từ đó suy ra phụ tải điện trong tơng lai.
3- Phơng pháp hồi qui một chiều và hồi qui nhiều chiều: Phơng
pháp này dựa trên mối tơng 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 tơng 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
Bớc1: Chia các phụ tải điện thành các nhóm phụ tải có tính chất
hoạt động và nhu cầu tiêu thụ điện năng đợc 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:
n
it Bit
+ Điện năng cho công nghiệp: A CNt =


i =1

+ Điện năng cho nông nghiệp bao gồm điện năng phục vụ cho
trồng trọt, chăn nuôi, tới 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 tới 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 đờng bộ, đ
ờng sắt, đờng thuỷ và hàng không. Điện năng cho giao thông
chủ yếu phụ thuộc vào mức độ điện khí hoá đờng sắt, chiếu
sáng đờng 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.
9


3.2. D BO NHU CU iN NNG THEO CC
NGNH KTQD
Bớc 2 : Xác định nhu cầu điện năng cần thiết cho năm thứ t đợc
tính theo công thức :
At = ACNt + ANNt + AGTt + ASHt + ATD + At
Bớc 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 đợc
thực hiện theo phơng pháp kịch bản (có 4 bớc):
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, thờng 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
thiết về sự biến thiên có thể của các biến kịch bản.
10

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 nhợc điểm của phơng pháp:
- Ưu điểm : Thuật toán đơn giản, giải đơn giản, chắc
chắn có nghiệm.
- Nhợc 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
Sè bËc

Møc ý nghÜa α

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 dụng các bước ở trên.
20


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 :
Hình­­3-2
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 =1

i

i =1

i =1

n

n

n

i =1

i =1

i =1

thi

=0

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