Trình bày các phương pháp tính toán tổn thất công suất

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(;****322222222RUQPRUSRIP )2_1(;****322222222XUQPXUSXIQ 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 r0: điện trở trên một đơn vò chiều dài dây dẫn (/km)  dr = r0*dl. Vậy : ;****32dlrLlIPdo Toàn bộ tổn thất công suất dọc đường dây AC là: 1U 2U R+jX P+jQ Hình 1_1 L l L O Ib I C B A dl Hình 1_2a LlIIb*;**32drIPdbChương 1: Vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện phân phối 10 LLIRLIrdllLIrdlrLlIP02202022002)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 CBACBAIIIUUU,,,,, là điện áp và dòng điện của 3 pha A, B, C. Ta có các mối quan hệ sau:  CBAUaUaUU2131  CBAUaUaUU2231  CBAUUUU310 LZ 3I 1 2 b) LZ31 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  CBAIaIaII2131  CBAIaIaII2231  CBAIIII310 với 0120jea :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 CBASSS,, 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(;31.*11 CBAASSSIUS  )5_1(; 31.2*22 CBAASaSaSIUS  )6_1(; 31.2*00 CBAASaSaSIUS 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 1S, qua các nút tải không đối xứng B, C có công suất CBSS,. - 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). :;2,21,2ZZtổng trở thay thế của đường dây sơ đồ thứ tự nghòch. A B C 2 1 dmAUU 1S 2S BS CS a) A B b) 1,21,2SZ BS2 CS2 2U C A B C 1,01,0;SZ 2,02,0;SZ BS0 CS0 0U 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();(312212 CBAiiiiSaSaSjQPS :,,CBASSS công suất pha A,B,C.  Tổn thất công suất trên đoạn 2: )8_1(;*)8_1(;*)8_1(;222222222222222222222222cXUQPQbRUQPPaQjPSdmCCdmCC  Công suất đầu đoạn 2: )9_1(;22222SSSC  công suất cuối đoạn 1: )10_1(;22221SSSB  tổn thất công suất trên đoạn 1: )11_1(;**21222122121222122121XUQPjRUQPSdmdm  tổng tổn thất công suất của thành phần thứ tự nghòch: )12_1(;22212SSS Tổn thất công suất của thành phần thứ tự không 0S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(;021SSSS 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%00000dmSIjPQjPS  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: ;ncddmPP  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%.nmdmnmcddmQSUQ  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 ptS khác với dung lượng đònh mức nên khi xác đònh tổn thất trong MBA cần chú ý xét đến hệ số tải: ;dmptdmpttIISSk  Khi đó tổn thất trong cuộn dây sẽ là: )16_1(;100%.22dmnmtnmtcdSUjkPkS  Do vậy, tổn thất trong MBA khi phụ tải bất kì (Spt) sẽ được xác đònh theo công thức sau:    )17_1(;100%%2020 MBAMBAdmnmtnmtMBAQjPSUkIjPkPS  ;;;2020dmptdmpttdmptnmMBAdmptnmMBAIISSkSSQQQSSPPP (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(; 3323233323233aXUQPjRUQPS )19_1(; 2222222222222bXUQPjRUQPS ở đây 323232,,,,, RRXXUU là các điện áp và tổng trở tương ứng đã quy đổi về điện áp cao. Công suất: 113232321QjPSSSSSSS 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(;**12112112121211cXUQPjRUQPS 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%.3323222212103232221210dmnmtdmnmtdmnmtnmtnmtnmtMBASUkSUkSUkQjPkPkPkPS 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tdtPA 1 2 3 S2 S3 S0 S’1 S”1 Z1 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:  8760087600222)()().(3tUtSRdttIRA )23_1(;.)()(.)()(876002222dttUtQdttUtPRA 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:    niniiiidmiitQPURtSURA1 122222)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 Tmax 8760h Smax 2m axS 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(;.).(max87600max87600maxaSdtSIdttIT Hoặc nếu có nhiều phụ tải: )25_1(;..1m ax1m axm axm axbPkTPTniidtniiitb 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(; 2max2max28760028760022raiiiiiiQPURtQtPURA 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).(32max22max876002SURRIdttIRA  )28_1(;.).(2max8760022max876002SdtSIdttI 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*10.124.024maxmax 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(*2876018760876022maxminmaxminmaxmaxmaxmaxPPPPTTT  Có thể phân biệt Ar và Aa: arRUQRUPAmax22max22  0 1000 2000 4000 6000 8000 8000 6000 4000 2000 1000  Tmax 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: 876070302maxmaxT.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(; 12122232''3 rUSrUSrUSAbcd  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(; 11212222332''3rUSrUSrUSAbcd A B C D S3”,r3 S2”,r2 S1”,r1 Sb,cosb Sc,cosc Sd,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.cos321321SSSScSbSdtb 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(; 2max02dmptnmMBASSPtPA Tổn thất điện năng trong MBA 3 cuộn dây được xác đònh như sau: )36_1(;) (.23max322max221max103dmptnmdmptnmdmptnmMBASSPSSPSSPtPA 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 2max02dmptnmMBASSPntPnA )38_1(;) (1 23m ax322max221max103dmptnmdmptnmdmptnmMBASSPSSPSSPntPnA 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 12102niidmiinmniiiMBAtSSnPtnPA 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(;.1SSSSniđmiđmii S[KVA] S1 S2 S3 t1 t2 t3 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 iS: phụ tải của MBA thứ i nhận được. đmiS: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: PVR2, 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 RI 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 K1 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 trởRR1LPhần động Hình 2.3 Mô hình B cho tải  K1PVR2,  PKKK2.1VL1E2, 21KLR . 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. KE: Hệ số tải điều khiển điện trong tổng MW , KE  0. K1: Hệ số khắc nghiệt trong điều kiện khởi động, K1  4 – 7. R1: Biểu thò cho sự giới hạn dòng. K2: 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 R1 nối tiếp vơi điện cảm thứ tự nghòch L, R1 và L này được tính tương tự như trường hợp của mô hình B. Còn R là điện trở hạn dòng và LT đặc trưng điện kháng rò tương đương, chúng được tính như sau: R1LTR LPhần trở Phần động Hình 2.4 Mô hình C cho tải 3KLR, LT = 0.1R. Trong đó: K3  8: Tác dụng công suất phản kháng của mạch motor. : Tần số cơ bản (rad).