dự báo nhu cầu điện năng và phụ tải điện

Chươngư3
Dự báo nhu cầu điện năng
và phụ tải điện
3.1. Khái niệm chung
3.2. Dự báo nhu cầu điện năng
3.3. Dự báo đồ thị phụ tải
3.4. Một số cơ sở dữ liệu dùng cho dự báo

1


3.1.ưKháiưniệmưchungư
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.

2


3.1.ưKháiưniệmưchungư
Dự báo sẽ góp phần giải quyết các vấn đề cơ bản sau:

-ư Xácư địnhư xuư thếư phátư triểnư củaư nhuư cầuư
điệnưnăng

-ư Đềư xuấtư nhữngư yếuư tốư cụư thểư quyếtư địnhư
nhữngưxuưthếưấy
-ưXácưđịnhưquyưluậtưvàưđặcưđiểmưcủaưsựưphátư
triểnưcủaưnhuưcầuưđiệnưnăngưvàưphụưtảiưđiện.

3


3.1.ưKháiưniệmưchungư
Có ba loại dự báo theo thời gian:
-ưDựưbáoưngắnưhạnư(1ữ2ưnăm)
-ưDựưbáoưtrungưhạnư(3ữ10ưnăm)ư
-ưDựưbáoưdàiưhạnư(15ữ20ưnăm):ưmụcưđíchư
chỉưlàưnêuưraưcácưphươngưhướngưphátưtriểnưcóư
tínhư chấtư chiếnư lượcư vềư mặtư kinhư tế,ư vềư mặtư
khoaưhọcưkỹưthuậtưnóiưchungưkhôngưyêuưcầuư
xácưđịnhưchỉưtiêuưcụưthể
4


3.1.ưKháiưniệmưchung
Biểu đồ phụ tải tổng hợp: 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.

5

3.1.ưKháiưniệmưchung
Tmax là khoảng thời gian sử dụng liên tục công suất cực đại Pmax sao cho năng l
ợng đợc sử dụng vừa đúng bằng năng lợng sử dụng thực tế trong năm theo biểu đồ đã đ
ợc xác định. Ptb - công suất trung bình

A = Pmax .Tmax =

8760

P(t).dt = P .t
tb

0

6


3.1.ưKháiưniệmưchung
P

P

a)

b)ưưưưPmax
đỉnh

Pmax

Phầnưbiếnưđổi

Pmin
0

Phn áy

ưưưưt

t (h)

24

0ưưưưưưưưưưưưưưưTmax

8760h

Đồưthịưphụưtảiưngàyư(a)ưvàưđồưthịưphụưtảiưkéoưdàiưtrongưnămư(b)
7


3.1.ưKháiưniệmưchungư
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

8


3.1.ưKháiưniệmưchungư
Phơng pháp tính toán dự báo phụ tải điện có thể phân làm các loại sau :
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 chuyờn gia, phng phỏp tớnh h s vt trc, phng phỏp so sỏnh i
chiu,

9


3.2.ưDựưbáoưnhuưcầuưđiệnưnăngư
3.2.1. Dự báo nhu cầu điện năng theo các ngành của nền kinh tế quốc
dân
3.2.2. Phơng pháp ngoại suy
3.2.3. Phơng pháp tơng quan
3.2.4. Phơng pháp dự báo bằng phân tích quá trình
3.2.5. Phơng pháp chuyên gia

10

3.2.1. Dự báo nhu cầu điện năng theo
các ngành của nền kinh tế quốc dân
Bớc1:
ớc1: 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:
+ Điện năng cho công nghiệp:
+ 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
n
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.

A CNt = it Bit
i =1

11


3.2.1. Dự báo nhu cầu điện năng theo
các ngành của nền kinh tế quốc dân
+ Điện năng cho giao thông bao gồm điện năng cho đờng bộ, đờng 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 đ
ờng 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 ngời hoặc cho hộ gia đình.
+ Điện năng tự dùng và tổn thất tính gần đúng theo tiêu chuẩn.

12


3.2.1. Dự báo nhu cầu điện năng theo
các ngành của nền kinh tế quốc dân
Bớc 2 : Xác định nhu cầu điện năng cần thiết cho năm thứ t đợc tính theo công thức :
At = ACNt
ACNt + ANNt
ANNt + AGTt
AGTt + ASHt
ASHt + ATD
ATD + At
Bớc 3:
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.

13


3.2.1. Dù b¸o nhu cÇu ®iÖn n¨ng theo
c¸c ngµnh cña nÒn kinh tÕ quèc d©n

14

3.2.1. Dù b¸o nhu cÇu ®iÖn n¨ng theo
c¸c ngµnh cña nÒn kinh tÕ quèc d©n

15


3.2.1. Dù b¸o nhu cÇu ®iÖn n¨ng theo
c¸c ngµnh cña nÒn kinh tÕ quèc d©n

16


3.2.1. Dự báo nhu cầu điện năng theo
các ngành của nền kinh tế quốc dân
* 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.

17


3.2.2. Ph¬ng ph¸p ngo¹i 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. Như vậy ta cần
phải tiến hành theo 2 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.

18


3.2.2. Ph¬ng ph¸p ngo¹i suy
Bước 1: Tìm dạng hàm số mô tả đúng qui luật phát triển của phụ tải trong quá khứ.
Giả thiết 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

Với:

r=

∑; [(A
i =1

i

− A)(t i − t )]

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




  i =1
i =1
n

1 n
A = ∑ Ai
n i =1

n

1 n
t = ∑ ti
n i =1

19


3.2.2. Ph¬ng ph¸p ngo¹i suy
Bước 1: Tìm dạng hàm số mô tả đúng qui luật phát triển của phụ tải trong quá khứ.
Sau khi tính được hệ số tương quan r ta tính hệ số τ như sau:

Nếu n < 25:

Nếu n ≥ 25:

τ=

r n−2
|1 − r 2 |

Sau đó tra bảng Student ứng với mức ý nghĩa α và số bậc tự do f ta tìm được hệ số Student τ α,f.

τ=

r n −1
1+ r2

20


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
21


3.2.2. Ph¬ng ph¸p ngo¹i 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.

22


3.2.2. Ph¬ng ph¸p ngo¹i suy
Bíc 2: X¸c ®Þnh c¸c hÖ sè cña hµm dù b¸o
- C¸c hÖ sè cña hµm dù b¸o
®îc x¸c ®Þnh b»ng ph¬ng
ph¸p b×nh ph¬ng cùc tiÓu.

A

- Các giá trị thống kê được

biểu diễn trên đồ thị A(t) bằng
các điểm.
- XÐt hµm dù b¸o tuyÕn tÝnh :
A = a + bt

t
Hình­­3-2

23


3.2.2. Ph¬ng ph¸p ngo¹i suy
- Thường thì giá trị Ai tính theo (3.7) sẽ lệch khỏi giá trị thực Ath một lượng là:
∆ = Ai – Ath i
- Cần xác định các giá trị a, b sao cho:

n

L = ∑ (A i − A thi ) 2 → min

- Thay Ai = a + bt vào ta có:
i =1

n

L = ∑ (a + bt − A thi ) 2 → min
i =1

24


3.2.2. Ph¬ng ph¸p ngo¹i 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

25