Chương I: Phụ tải hệ thống điện miền bắc và bài toán dự báo

Header Page 9 of 166.

8



Quản lý & Tiêu dùng

dân c 44.59%



Các hoạt động

khác 4.32%



Nông nghiệp và thuỷ

sản 1.40%



Thơng nghiệp &

KSNH 4.49%



Công nghiệp và xây

dựng 45.20%



Hình 1.1. Biểu đồ các thành phần cấu thành nên phụ tải



Trên biểu đồ ta thấy phụ tải Quản lý & Tiêu dùng dân c, Công nghiệp

& xây dựng chiếm tỷ trọng lớn, đến 90% tổng công suất phụ tải.

Theo thống kê, mức độ tăng trởng phụ tải hệ thống điện từ năm 2001

2005 là rất cao. Bảng 1.1 và bảng 1.2 dới đây thể hiện tốc độ tăng trởng

phụ tải về sản lợng của các năm trên.

Bảng 1.1: Sản lợng điện tiêu thụ của HTĐ miền Bắc từ năm 2001-2005



2001



2002



2003



2004



2005



HTĐ miền Bắc 10.765.767,2 12.251.947,5 14.215.228,6 16.008.894,1 18.057.297,9

Cty I



7.042.600,7 8.125.911,1 9.573.472,8 10.857.462,9 12.292.387,7



Hà Nội



2.777.100,4



Hải Phòng



Footer Page 9 of 166.



946.066,1



3.079.711



3.486.549



3.879.340,1 4,329.367,2



1.046.325,4 1.155.206,9 1.272.091,1 1.415.610,8



Header Page 10 of 166.

9



Bảng 1.2: Tốc độ tăng trởng phụ tải

2002



2003



2004



2005



HTĐ Bắc



13,84%



16,02%



12,62%



12,8%



Cty I



15,38%



17,81%



13,41%



13,22%



Hà Nội



10,89%



13,21%



11,27%



11,6%



Hải Phòng



10,6%



10,41%



10,12%



11,28%



Do điện năng của Quản lý & Tiêu dùng dân c là rất lớn nên chênh lệch

công suất giữa giờ cao điểm và thấp điểm rất lớn (khoảng 2-3 lần) và phụ

thuộc rất nhiều vào thời tiết, gây ảnh hởng lớn đến việc khai thác tối u các

nguồn điện. Phụ tải cao điểm là nhân tố quyết định việc huy động nguồn điện

trong khi đó phụ tải thấp điểm lại giữ vai trò quan trọng trong việc quyết định

phối hợp và điều chỉnh các nguồn điện nhằm đảm bảo vận hành kinh tế. Do đó

việc dự báo chính xác phụ tải có ý nghĩa hết sức quan trọng trong bài toán vận

hành kinh tế hệ thống điện cũng nh cải tạo, thiết kế hệ thống cung cấp điện,

giảm thiểu đợc tổn thất công suất và điện năng. Đặc biệt việc dự báo phụ tải

cao điểm chính xác mang lại lợi ích và hiệu suất sử dụng năng lợng cho

khách hàng, tránh trình trạng thiếu công suất giờ cao điểm.

Do đó phụ tải cao điểm và thấp điểm chính là hai giá trị đặc biệt trên đồ

thị phụ tải ngày và là mối quan tâm hàng đầu của ngời lập quy hoạch và thiết

kế hệ thống điện. Khi phụ tải thấp thì tỉ lệ tổn thất tăng do tổn hao không tải.



Footer Page 10 of 166.



Header Page 11 of 166.

10



1.1.2 Tầm quan trọng của dự báo phụ tải

Nh chúng ta biết tháng 5/2005 sản lợng điện tiêu thụ đột biến trong

khi đó nguồn tài nguyên nớc tại thời điểm đó bị thiếu hụt dẫn đến ảnh hởng

lớn đến nền kinh tế Việt Nam. Vì vậy dự báo phụ tải điện đóng vai trò hết sức

quan trọng đối với việc quy hoạch, đầu t, phát triển nguồn điện và vận hành

hệ thống điện. Nhu cầu tiêu thụ điện năng phụ thuộc vào khả năng phát triển

của nền kinh tế quốc dân. nếu dự báo phụ tải quá thấp so với nhu cầu thực tế

thì dẫn đến kết quả nguồn dự phòng thấp, không đáp ứng đầy đủ nhu cầu điện

cho sản xuất công nghiệp và tiêu dùng, còn nếu dự báo phụ tải quá cao sẽ phải

huy động các nguồn đắt tiền gây lãng phí cho nền kinh tế nớc nhà.

Dự báo phụ tải dài hạn (khoảng 10-20 năm) nhằm mục đích cung cấp

dữ liệu cho công tác quy hoạch và đầu t phát triển HTĐ. Còn dự báo phụ tải

ngắn hạn (trong vòng 30 ngày) có nhiệm vụ đảm bảo vận hành hệ thống điện

an toàn và kinh tế. Đối với dự báo dài hạn có tính chất chiến lợc thì chỉ nêu

lên những phơng hớng phát triển chủ yếu mà không yêu cầu xác định chỉ

tiêu cụ thể.

Các chức năng quan trọng trong kế hoạch vận hành HTĐ nh phân phối

nguồn một cách kinh tế, hiệu quả, lên kế hoạch bảo dỡng và sửa chữa,

thờng đợc thực hiện nhờ việc dự báo phụ tải, vì vậy dự báo phụ tải đóng vai

trò đặc biệt quan trọng đối với điều độ viên, những ngời hoạch định kế

hoạch, lên phơng thức vận hành HTĐ.

Trong công tác vận hành, việc lập phơng thức ngày, phơng thức tuần

của Trung tâm Điều độ, hay dự báo phụ tải báo trớc một giờ, một ngày, một

tuần là những công việc tối cần thiết. Những phơng thức vận hành cơ bản

trong ngày nh huy động nguồn, phối hợp nguồn, truyền tải công suất giữa

các miền, giải quyết các công tác sửa chữa trên lới điện và đánh giá mức độ

an toàn HTĐ đều đòi hỏi phải có dự báo phụ tải tơng đối chính xác.



Footer Page 11 of 166.



Header Page 12 of 166.

11



Trong thực tế vận hành HTĐ Việt Nam nói chung và HTĐ miền Bắc

nói riêng, phụ tải cao điểm (phụ tải cao nhất trong ngày Pmax) và thấp điểm

(phụ tải thấp nhất trong ngày Pmin) là hai điểm đặc biệt trong đồ thị phụ tải

ngày và đợc quan tâm nhiều nhất trong vận hành. Phụ tải cao điểm quyết

định việc huy động các nguồn nhiệt điện, tua-bin khí, diesel dự phòng nhằm

đảm bảo đủ nguồn phủ đỉnh và dự phòng nóng, tăng độ an toàn cung cấp điện.

Phụ tải thấp điểm quyết định việc phối hợp và điều chỉnh các nguồn tua-bin

khí, nhiệt điện, thủy điện nhằm đảm bảo vận hành kinh tế, tránh nhà máy thuỷ

điện Hoà Bình vận hành trong vùng công suất không cho phép về kỹ thuật,

trong đó dự báo phụ tải lúc cao điểm Pmax là quan trọng nhất trong ngày. Dự

báo chính xác phụ tải cao điểm có hiệu quả lớn về kinh tế vào mùa lũ khi cần

khai thác tối đa nguồn thủy điện, trong khi nớc các hồ chứa đang xả thì các

nguồn điện khác huy động chỉ nhằm mục đích an toàn, bù điện áp và phủ

đỉnh. Nếu sai số dự báo phụ tải lúc cao điểm giảm 2%, Điều độ Quốc Gia

(ĐĐQG) có thể tiết kiệm đợc khoảng 80 MW nguồn tuabin khí chạy dầu đắt

tiền chạy phủ đỉnh lúc cao điểm, góp phần đáng kể vào việc tăng hiệu quả vận

hành HTĐ và tiết kiệm đợc hàng trăm triệu đồng trên mỗi giờ cho ngành

điện nói riêng và cho cả nền kinh tế Quốc dân nói chung.

Hạn chế phụ tải lúc cao điểm cũng thờng xảy ra trong mùa lũ khi thiếu

nguồn phủ đỉnh. Tính chính xác đợc lợng công suất thiếu để chủ động cắt

phụ tải những khu vực không quan trọng, tránh cắt thừa hoặc cắt thiếu, tránh

sa thải phụ tải do bảo vệ tần số thấp tác động cũng có ý nghĩa lớn trong vận

hành, giảm thiệt hại do cắt điện.

1.1.3. Những yếu tố ảnh hởng đến phụ tải ngắn hạn

Để tìm ra đợc phơng pháp dự báo tối u đối với bài toán dự báo phụ

tải ngày của HTĐ miền Bắc với sai số nhỏ, ta cần xác định đợc các yếu tố

ảnh hởng đến phụ tải ngày, ví dụ: thứ của các ngày trong tuần, ngày lễ, các



Footer Page 12 of 166.



Header Page 13 of 166.

12



đặc điểm của ngày cần dự báo, nh nhiệt độ trong ngày Chính vì vậy để

nâng cao độ chính xác của quá trình dự báo phụ tải ta cần phải xét đến các yếu

tố chủ yếu ảnh hởng đến phụ tải.

Qua thực tế vận hành cho thấy phụ tải của lới điện Việt Nam nói

chung và miền Bắc nói riêng phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố chính sau:

1. Thứ của ngày trong tuần

Có quy luật giữa phụ tải và ngày trong tuần

- Phụ tải thấp nhất trong đêm thứ 2

- Đồ thị phụ tải các ngày làm việc thờng có dạng giống nhau

- Phụ tải ngày nghỉ cuối tuần giảm.



Đồ thị phụ tải

3500



Công suất



3000

2500

2000

1500

1000

500

0

0 1



2 3 4 5



Th 5



6 7 8



9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24



ThGiờ

2



CN



Hình 1.2. Đồ thị phụ tải các ngày đặc trng trong tuần

2. Các ngày đặc biệt trong năm



Footer Page 13 of 166.



Header Page 14 of 166.

13



Ngày đặc biệt trong năm nh các ngày lễ tết, 30/4, 1/5, 2/9... phụ tải các

ngày này giảm đáng kể so với ngày thờng. Phụ tải các ngày sát với các ngày

này cũng bị ảnh hởng, ta có thể thấy rõ điều đó trên đồ thị phụ tải HTĐ miền

Bắc ngày lễ 1/5/2006 và ngày làm việc bình thờng 3/5/2006. Dự báo phụ tải

trong các ngày đặc biệt không đợc áp dụng nh ngày thông thờng mà phải

tách biệt bằng phơng pháp riêng dựa vào sự thay đổi phụ tải của các ngày

này so với các ngày dạng này của các năm trớc đó.

Đồ thị phụ tải

3500



Công suất



3000

2500

2000

1500

1000

500

0

0



1



2



3



4



5



6



7



Ngy 3/5



8



9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24



Giờ

Ngy 1/5



Hình 1.3. Đồ thị phụ tải HTĐ miền Bắc hai ngày 1/5, 3/5

3. Thời tiết trong ngày.

Bao gồm các thông số tự nhiên: nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió, cờng độ

sáng, trong đó nhiệt độ có ảnh hởng lớn nhất, nhiệt độ tăng thì phụ tải tăng

và ngợc lại vì nớc ta là nớc nhiệt đới. Chỉ có trờng hợp đặc biệt ở miền

Bắc khi nhiệt độ quá lạnh, phụ tải tăng do sử dụng các thiết bị sởi ấm.



Footer Page 14 of 166.



Header Page 15 of 166.

14



Đồ thị phụ tải

3500

3000



Công suất



2500

2000

1500

1000

500

0

0



1



2



3



4



5



6



7



8



9



10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24



Giờ



26-33



18 26



Hình 1.4. Đồ thị phụ tải ngày hai ngày có nhiệt độ khác

4. Truyền hình trực tiếp các sự kiện thể thao văn hoá

Công suất tiêu thụ vào các giờ tuyền hình trực tiếp bóng đá quốc tế, giải

bóng đá có đội tuyển Việt Nam tham gia tăng đột ngột từ 150 - 200 MW. Các

điều độ viên thờng dự báo phụ tải những ngày này theo kinh nghiệm những

ngày tơng tự trớc đó. Ví dụ: khi dự báo đồ thị phụ tải ngày có truyền hình

trực tiếp Worldcup 2006, ta dựa vào đồ thị phụ tải trong ngày cũng có truyền

hình trực tiếp Worldcup 2006 trớc đó để dự báo.

Đồ thị phụ tải

3500



Công suất



3000

2500

2000

1500

1000

500

0

0



1



2



3



4



5



6



7



8



9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24



ờm khụng cú WC



Giờ



ờm cú WC



Hình 1.5. Đồ thị phụ tải HTĐ miền Bắc có truyền hình trực

tiếp Worldcup 2006 và ngày bình thờng.



Footer Page 15 of 166.



Header Page 16 of 166.

15



5. Kế hoạch sửa chữa lớn trong ngày có cắt điện.

Trong quá trình thực hiện kế hoạch sửa chữa lớn, nh cắt điện đờng

dây đang vận hành để kéo đờng dây mới, sửa chữa trạm 220Kv, 500Kv phải

cắt tải diện rộng dẫn đến điện năng tiêu thụ vào các ngày này giảm một cách

đáng kể. Dự báo phụ tải những ngày này phải tính toán khấu trừ phụ tải giảm

do ngừng cung cấp điện. Dạng của đồ thị phụ tải trong ngày có cắt điện diện

rộng cũng mang đặc thù riêng, thay đổi tuỳ thuộc vào thời gian, vùng , miền

cắt điện.

Qua quá trình vận hành thực tế và dữ liệu thống kê, các điều độ viên,

các chuyên viên chuyên phân tích về phụ tải hệ thống điện đi đến kết luận:

Nhiệt độ môi trờng, đặc thù của các ngày trong tuần, ngày lễ, ngày tết là các

yếu tố ảnh hởng lớn nhất đến giá trị phụ tải ngày.

1.1.4. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu dự báo phụ tải

Mục tiêu của luận văn

Nghiên cứu áp dụng kỹ thuật mạng nơron để dự báo phụ tải cao điểm

(Pmax), thấp điểm đêm (Pmin) và phụ tải ngày (24 giờ) của HTĐ miền Bắc theo

dữ liệu phụ tải quá khứ, nhiệt độ môi trờng và một số các yếu tố ảnh hởng

khác.

Phạm vi nghiên cứu.

Dự báo luôn giữ vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực, quyết định kế

hoạch sản xuất, hớng đầu t phát triển trong tơng lai do đó có rất nhiều các

mô hình toán học áp dụng cho dự báo. Cũng nh các dự báo khác, dự báo phụ

tải ngày cũng phải dựa vào dữ liệu thống kê, phân tích và áp dụng thuật toán

để xác định mối quan hệ giữa phụ tải và các yếu tố ảnh hởng, từ đó dự báo

phụ tải dựa trên các yếu tố ảnh hởng đó.



Footer Page 16 of 166.



Header Page 17 of 166.

16



Trớc đây, các mô hình toán học truyền thống hay đợc áp dụng cho dự

báo nh: hồi qui tuyến tính (linear regression), san bằng hàm mũ (exponential

smoothing), san trung bình (moving averages), hệ số ngẫu nhiên (stochatic) ....

Gần đây, với sự phát triển của việc nghiên cứu một số thuật toán dựa trên trí

tuệ của con ngời (artificial intelligence), mạng nơron nhân tạo (artificial

neural networks) đã đợc áp dụng trong dự báo và đợc đánh giá cao. Đây là

mô hình phi tuyến với nhiều u điểm và đang đợc áp dụng rộng rãi. Mạng

nơron nhân tạo đợc xây dựng trên cơ sở mô phỏng hoạt động của hệ thống

nơron thần kinh sinh học do đó mạng nơron nhân tạo có một số đặc điểm nh

bộ não con ngời, đó là khả năng học đợc những gì đã đợc dạy. Quá trình

học này đợc gọi là quá trình huấn luyện. Trong quá trình này các mẫu thể

hiện quan hệ giữa các biến ngẫu nhiên đợc đa vào trong mạng nơron, mạng

nơron sẽ nhận biết đợc quan hệ giữa các biến ngẫu nhiên đó sau khi kết thúc

quá trình huấn luyện. Chính do đặc điểm này mà mạng nơron đợc ứng dụng

rất nhiều trong lĩnh vực dự báo. Đặc biệt đối với bài toán dự báo phụ tải ngắn

hạn thì đây là mô hình đợc đánh giá cao hơn hẳn các mô hình trớc đó và

hiện nay mô hình này đang đợc áp dụng phổ biến ở một số nớc phát triển

trong dự báo phụ tải .

Nghiên cứu phơng pháp dự báo phụ tải ngày là nghiên cứu và áp dụng

các phơng pháp toán học để tìm quan hệ giữa phụ tải ngày và các yếu tố chủ

yếu ảnh hởng đến phụ tải ngày. Thuật toán áp dụng cho dự báo phụ tải theo

nhiệt độ phải dựa trên dự báo thời tiết ngày hôm sau gồm các thông tin nh:

nhiệt độ cao nhất và thấp nhất trong ngày, nắng hay ma, giông bão ...

1.2. Bài toán dự báo phụ tải

1.2.1. Đặc điểm đồ thị phụ tải HTĐ miền Bắc

Phụ tải của HTĐ miền Bắc có các thành phần điện Quản lý & Tiêu dùng

dân c và Công nghiệp & xây dựng chiếm tỷ trọng lớn. Bảng 1.3 thống kê sản



Footer Page 17 of 166.



Header Page 18 of 166.

17



lợng tiêu thụ của từng ngành trong ba năm 2003 đến 2005. Có thể nhận thấy

rằng, tỉ trọng điện tiêu thụ trong quản lý & tiêu dùng dân c rất lớn làm chế

độ tiêu thụ điện năng xấu đi, hệ số phụ tải giảm, gây nhiều khó khăn cho việc

đảm bảo an toàn cung cấp điện.

Bảng 1.3 Tỉ trọng sản lợng điện tiêu thụ của các thành phần kinh tế

Tiêu dùng



Công nghiệp



Nông lâm



Thơng



dân c



& xây dựng



nghiệp



nghiệp



2003



45,32%



44,2%



1,41%



4,52%



4,55%



2005



44,59%



45,2%



1,4%



4,49%



4,32%



2006



44,31%



45,91



1,42



4,38



3,98



Năm



Khác



Đồ thị phụ tải ngày của HTĐ miền Bắc đợc xây dựng theo giá trị phụ tải

24h trong ngày. Trên hình 1.6 là đồ thị hai ngày làm việc bình thờng vào

mùa đông và mùa hè. Đồ thị phụ tải biến đổi theo từng giờ, phụ tải cao nhất

trong ngày (Pmax) lớn hơn rất nhiều so với phụ tải thấp nhất trong ngày (Pmin).

Cao điểm tra thờng xảy ra 10h-11h, cao điểm chiều thờng xảy ra 18h-19h.

Thấp điểm thờng xảy ra vào ban đêm trong khoảng 3h-4h vào mùa hè, 2h-3h

vào mùa đông. Đồ thị của những ngày mùa hè thờng đồng đều hơn mùa

đông, chứng tỏ sản lợng điện sinh hoạt tiêu thụ rất lớn so với các ngành khác.



Footer Page 18 of 166.



Header Page 19 of 166.

18



Đ ồ th ị p h ụ tải

3500



Công suất



3000

2500

2000

1500

1000

500

0

0



1



2



3



4



5



6



7



8



9



14/12/2005



10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24



G iờ



11/07/2006



Hình 1.6. ĐTPT hai ngày làm việc vào mùa đông và mùa hè

Trong quá trình vận hành của điều độ, phụ tải cao điểm (Pmax) và phụ tải

thấp điểm (Pmin) là hai điểm quan trọng nhất trong ngày. Phụ tải cao điểm và

thấp điểm quyết định huy động nguồn và điều chỉnh phối hợp nguồn thuỷ

điện, nhiệt điện, diesel

Vào thời điểm cao điểm

Điều độ Quốc Gia phải huy động các nguồn điện đắt tiền nh các nhà

máy diesel, tua bin khí cho việc khởi động và nâng công suất, trong trờng

hợp sự cố thiếu nguồn, điều độ viên cần phải dự báo công suất thiếu để chuẩn

bị trớc phơng án cắt tải sau đó phối hợp với các điều độ miền phân bổ các

công suất cần phải cắt cho các Điều độ lới điện phân phối. Cắt tải có chuẩn

bị trớc sẽ ít gây thiệt hại về kinh tế hơn cắt tải do rơ le tần số thấp tác động.

Đặc biệt rất đảm bảo an toàn đối với các nhà máy sản xuất công nghiệp nặng.

Vào giờ thấp điểm. (phụ tải thờng thấp hơn giờ cao điểm 2-3 lần)

Cần điều chỉnh cắt giảm các nguồn điện đắt tiền nh nguồn tua bin khí

chạy dầu, nhiệt điện sao cho thoả mãn chỉ tiêu kinh tế.

Nếu dự báo càng chính xác Pmin, Pmax, thì có thể huy động và điều chỉnh

nguồn hợp lý, dẫn đến vận hành hệ thống an toàn, hiệu quả và kinh tế hơn.



Footer Page 19 of 166.