Tài liệu Tính toán khả năng mang tải của đường dây trên không bằng phương pháp phần tử hữu hạn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN THIỆN TƯỜNG TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG MANG TẢI CỦA ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 605250 S KC 0 0 4 0 5 7 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN THIỆN TƯỜNG TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG MANG TẢI CỦA ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 605250 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2013 LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: TRẦN THIỆN TƢỜNG Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: Nơi sinh: Bình Phƣớc / /1986 Quê quán: Thừa Thiên Huế Dân tộc: Kinh Địa chỉ liên lạc: Khoa Điện – Điện tử Trƣờng Cao đẳng Công thƣơng Tp.HCM Điện thoại cơ quan: 08.37313631(28) ĐTDĐ: 0932636975 E-mail cá nhân: [email protected] II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy - Thời gian đào tạo: tháng 10/2009 đến tháng 01/ 2011 Nơi học: Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp.HCM Ngành học: Điện Công Nghiệp. Tên đồ án tốt nghiệp: Thiết kế Trạm biến áp 110/22 kV Tân Thuận Ngày & nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: 17/01/2011, Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp.HCM. Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Nguyễn Nhân Bổn 2. Cao học Hệ đào tạo: Chính quy - Thời gian đào tạo: tháng 10/2011 đến tháng 10/ 2013 Nơi học: Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp.HCM Ngành học: Kỹ Thuật Điện Tên luận văn tốt nghiệp: Tính toán khả năng mang tải của đƣờng dây trên không bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn. Thời gian bảo vệ luận văn tốt nghiệp: 10/2013, tại Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp.HCM. Ngƣời hƣớng dẫn: TS. Vũ Phan Tú i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Xin kính chúc sức khỏe và chân thành cảm ơn! Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013 Học viên thực hiện Trần Thiện Tƣờng ii LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tôi xin gởi đến thầy TS. Vũ Phan Tú lời cảm ơn chân thành và xâu sắc nhất. Trong thời gian qua, thầy luôn là ngƣời đề ra phƣơng hƣớng, hết lòng chỉ bảo, tận tình hƣớng dẫn để tôi hoàn thành cuốn luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn quí Thầy Cô trong ban giám hiệu, Khoa Điện – Điện tử, phòng Quản lý đào tạo - bộ phận sau đại học và thƣ viện Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp.HCM đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Xin cảm ơn ba mẹ, anh chị em trong gia đình đã luôn luôn động viên, khuyến khích và tạo mọi điều kiện cho con em đƣợc tiếp tục học tập nghiên cứu. Sau cùng, tôi cũng gởi lời cảm ơn chân thành đến các Thầy Cô giáo, các đồng nghiệp, các anh em và tất cả bạn bè đã giúp đỡ, động viên, góp ý xây dựng trong thời gian nghiên cứu, học tập và thực hiện luận văn này. Xin kính chúc sức khỏe và chân thành cảm ơn! Tp. Hồ Chí Minh, Tháng 10 năm 2013 Học viên thực hiện Trần Thiện Tƣờng iii TÓM TẮT Ngày nay, hầu hết các công nghệ phát điện mới của các nƣớc trên thế giới đƣợc hòa vào mạng lƣới phân phối điện và điều này dẫn đến một sự gia tăng đáng kể công suất truyền tải. Nâng cấp và xây dựng mới một đƣờng dây thƣờng là tốn kém cho các nhà khai thác mạng. Do đó, chúng ta cần phải đánh giá khả năng mang tải của các đƣờng dây trên không hiện có với các điều kiện khí hậu và môi trƣờng lắp đặt để có thể vận hành đƣờng dây truyền tải và phân phối ở dòng cao hơn so với giới hạn dòng điện cho phép của nhà thiết kế. Trong luận văn này, chúng tôi tính toán khả năng mang tải của đƣờng dây trên không ( Dây nhôm và nhôm lõi thép) bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn dựa trên nền tản của phần mềm Comsol Multiphysics. Phần đầu của luận văn, chúng tôi tìm hiểu tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu, giới thiệu về phƣơng pháp phần tử hữu hạn và phần mềm Comsol Multyphysics. Phần hai của luận văn giới thiệu trƣờng nhiệt và khả năng mang tải của đƣờng dây trên không. Phần ba của luận văn tính toán trƣờng nhiệt xung quanh dây dẫn cũng nhƣ xem xét các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng mang tải của đƣờng dây trên không nhƣ là gió, hƣớng gió, nhiệt độ môi trƣờng, hệ số bức xạ, hệ số hấp thụ… Ngoài ra, chúng tôi cũng tính toán lại khả năng mang tải của đƣờng dây trên không dƣới ảnh hƣởng của điều kiện khí hậu ở các vùng miền của Việt Nam. Phần cuối của luận văn đƣa ra các kết luận, hạn chế và hƣớng phát triển của đề tài. iv ABSTRACT Today, most of the new power generation technology in the world that the country was on the air distribution network and this leads to a significant increase in transmission capacity. Upgrade and build a line is often costly for network operators. Therefore, we need to evaluate the load carrying capacity of existing overhead lines to the climatic conditions and the environment can be installed to operate transmission lines and distribution lines higher than current limit allows the designers. In this thesis, we calculate the load carrying capacity of overhead lines (aluminum cable and steel core aluminum cable) using the finite element method based on the software platforms of Comsol Multiphysics. The first part of the thesis, we find out an overview of the field of research, introduction to finite element methods and software Comsol Multyphysics. The second part of the thesis introduces the heat and load carrying capacity of overhead lines. The third part of the thesis calculates the temperature around the wire as well as considering the factors affecting the load carrying capacity of overhead lines as wind, wind direction, ambient temperature, radiation coefficient, absorbance coefficient etc. In addition, we also calculated the load carrying capacity of overhead lines under the influence of climatic conditions in the region of Vietnam. The last part of the thesis to draw conclusions, limitations and development of the subject. v MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC ............................................................................................... i LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... ii LỜI CẢM ƠN ...........................................................................................................iii TÓM TẮT ................................................................................................................. iv ABSTRACT ............................................................................................................... v MỤC LỤC ................................................................................................................. vi CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN .................................................................... x DANH SÁCH CÁC HÌNH ....................................................................................... xi DANH SÁCH CÁC BẢNG .................................................................................... xiv Chƣơng 1. TỔNG QUAN .......................................................................................16 1.1 Giới thiệu vấn đề..............................................................................................16 1.2 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu. ......................................................17 1.2.1 Các phƣơng pháp lý thuyết hiện tại để đánh giá trạng thái nhiệt của đƣờng dây trên không. ...................................................................................................18 1.2.1.1 Ảnh hƣởng của độ võng vào giới hạn nhiệt của dây dẫn ....................20 1.2.1.2 Ảnh hƣởng của các thông số vật lý lên nhiệt độ của dây dẫn .............21 1.2.1.3 Các điều tra thực nghiệm và thực hiện các phƣơng pháp số cho đánh giá trạng thái nhiệt của dây dẫn. .....................................................................23 1.2.3 Kết luận về các công trình đã nghiên cứu .................................................26 1. 3 Lý do chọn đề tài ............................................................................................27 1. 4 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài .......................................................................29 vi 1.5 Phạm vi nghiên cứu và điểm mới của đề tài ....................................................30 1.5.1 Phạm vi nghiên cứu của đề tài...................................................................30 1.5.2 Điểm mới của đề tài ..................................................................................30 1.6 Nội dung của luận văn .....................................................................................31 1.7 Ý nghĩa của đề tài ............................................................................................31 Chƣơng 2. PHƢƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN VÀ PHẦN MỀM COMSOL MULTIPHYSICS .................................................................................32 2.1 Giới thiệu về phƣơng pháp Phần tử hữu hạn ...................................................32 2.2 Các bƣớc cơ bản trong thủ tục phân tích FEM ................................................33 2.2.1 Rời rạc hoá miền khảo sát .........................................................................33 2.2.2 Lựa chọn hàm đa thức ...............................................................................35 2.2.3 Thiết lập hệ phƣơng trình ..........................................................................35 2.2.4 Giải hệ phƣơng trình .................................................................................35 2.3 Bài toán 1D ......................................................................................................35 2.4 Bài toán 2D ......................................................................................................40 2.5 Lƣới thích nghi 2D..........................................................................................45 2.5.1 Lƣới Delaunay ...........................................................................................45 2.5.2 Giải thuật tạo lƣới Delaunay thích nghi ....................................................47 2.5.3 Ƣu điểm của lƣới Delaunay thích nghi .....................................................49 2.6 Giới thiệu phần mềm COMSOL MULTIPHYSICS .......................................52 Chƣơng 3. TRƢỜNG NHIỆT VÀ KHẢ NĂNG MANG TẢI CỦA DÂY DẪN TRÊN KHÔNG .......................................................................................................57 3.1 Phƣơng trình truyền nhiệt của dây dẫn trên không..........................................58 3.2 Khả năng mang tải của dây dẫn trên không.....................................................62 vii 3.2.1 Nhiệt do hiệu ứng Joule qj .........................................................................63 3.2.2 Nhiệt sinh ra do hấp thụ của bề mặt dây dẫn qs ........................................63 3.2.3 Tổn thất nhiệt bức xạ qr .............................................................................65 3.2.4 Tổn thất nhiệt đối lƣu qc ............................................................................65 3.2.4.1 Tổn thất nhiệt đối lƣu tự nhiên............................................................67 3.2.4.2 Tổn thất nhiệt đối lƣu cƣỡng bức ........................................................68 Chƣơng 4. TÍNH TOÁN TRƢỜNG NHIỆT VÀ KHẢ NĂNG MANG TẢI CỦA ĐƢỜNG DÂY TRÊN KHÔNG ....................................................................70 4.1 Tính toán trƣờng nhiệt quanh dây dẫn bằng Comsol Multiphysics (FEM) .....70 4.1.1 Trƣờng hợp một.........................................................................................71 4.1.2 Trƣờng hợp hai ..........................................................................................76 4.2 Khả năng mang tải của dây dẫn trên không dƣới tác động của điều kiện môi trƣờng và điều kiện vật lý. .....................................................................................79 4.2.1 Ảnh hƣởng của tốc độ gió và hƣớng gió ...................................................83 4.2.2 Ảnh hƣởng của nhiệt độ môi trƣờng. ........................................................86 4.2.3 Ảnh hƣởng của hệ số bức xạ ε ..................................................................88 4.3 Trƣờng nhiệt của dây dẫn dƣới ảnh hƣởng của điều kiện môi trƣờng và dòng tải. ..........................................................................................................................90 4.4 Tính toán khả năng mang tải của dây dẫn trên không theo điều kiện khí hậu thực tế ở Việt Nam. ................................................................................................95 4.4.1 Khả năng mang tải của dây dẫn trên không dƣới ảnh hƣởng của khí hậu miền Bắc. ............................................................................................................96 4.4.2 Khả năng mang tải của dây dẫn trên không dƣới ảnh hƣởng của khí hậu miền Trung. ........................................................................................................99 viii 4.4.3 Khả năng mang tải của dây dẫn trên không dƣới ảnh hƣởng của khí hậu miền Nam .........................................................................................................101 4.4.4 Nhận xét về khả năng mang tải của đƣờng dây trên không dƣới ảnh hƣởng bởi khí hậu của các vùng miền của Việt Nam. .................................................103 Chƣơng 5. KẾT LUẬN, HẠN CHẾ VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI .................................................................................................................................105 5.1 Kết luận ..........................................................................................................105 5.2 Hạn chế của đề tài. .........................................................................................106 5.3 Hƣớng phát triển của đề tài............................................................................107 5.4 Lời kết ............................................................................................................107 Tài liệu tham khảo .................................................................................................93 ix CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN AAAC - All Aluminium Alloy Conductors ACSR - Aluminium Conductor Steel Reinforced CFD - Computational Fluid Dynamics CIGRE - International Council on Large Electric Systems (Cons eil International des Grands Reseaux Électriques) DG - Distributed Generation BEM- Boundary Element Method FDM - Finite Difference Method FEM - Finite Element Method FVM - Finite Volume Method HSM - Hybrid Sag Method IEC - International Electrotechnical Commission IEEE - The Institute of Electrica l and Electronics Engineers OHL - Overhead Lines NSM - Numerical Sag Method QCXDVN – Quy Chuẫn Xây Dựng Của Việt Nam SAW - Surface Acoustic Wave -10- DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1 Sự hình thành độ võng của 1 khoảng vƣợt.................................................. 5 Hình 1.2 So sánh giữa NSM và HSM cho dây dẫn Drake với đƣờng kính ngoài 28.14 mm [16] ............................................................................................................. 6 Hình 2.1 Lƣu đồ giải ptvp bằng FEM ...................................................................... 18 Hình 2.2 Các phần tử cơ bản: a) 1D, b) 2D, c) 3D .................................................. 19 Hình 2.3 Rời rạc hoá miền khảo sát bởi các phần tử 1D là đoạn thẳng ................... 21 Hình 2.4 Hàm “hình dáng” của phần tử e ................................................................ 22 Hình 2.5 Lời giải FEM và lời giải giải tích của Ví dụ 01 ........................................ 24 Hình 2.6 Phần tử tam giác trong lƣới 2D ................................................................. 25 Hình 2.7 Hàm hình dáng tại đỉnh 1 của phần tử tam giác........................................ 25 Hình 2.8 Lời giải FEM và lời giải giải tích của Ví dụ 02 ................................. 28&29 Hình 2.9 Minh hoạ Delaunay và Locally Delaunay................................................. 31 Hình 2.10 Lƣới tam giác Delaunay .......................................................................... 32 Hình 2.11 Miền khảo sát của bài toán Poisson ........................................................ 35 Hình 2.12 Rời rạc hoá miền khảo sát bài toán Poisson ........................................... 36 Hình 2.13 Lời giải phƣơng trình Poisson ................................................................. 36 Hình 2.14 Giao diện chính của Comsol Multiphysics v 3.4 .................................... 38 Hình 2.15 Rời rạc hoá miền khảo sát bài toán Poisson trong Comsol .................... 39 -11- Hình 2.16 Mô phỏng bài toán Poisson trong Comsol Multyphisics ........................ 40 Hình 3.1 Khối vi phân trong phân tích sự dẫn nhiệt ................................................ 43 Hình 4.1 Miền không khí khảo sát xung quanh dây dẫn........................................... 56 Hình 4.2: Rời rạc hóa miền khảo sát bằng miền con dây dẫn A1/Sxy bởi COMSOL .................................................................................................................. 58 Hình 4.3: phân bố nhiệt xung quanh dây dẫn A1/Sxy bằng FEM ............................ 59 Hình 4.4 Đồ thị nhiệt độ khi cắt theo phƣơng x........................................................ 60 Hình 4.5 Đồ thị nhiệt độ khi cắt theo phƣơng y........................................................ 60 Hình 4.6: Rời rạc hóa miền khảo sát bằng miền con dây dẫn Drake ........................ 62 Hình 4.7: phân bố nhiệt xung quanh dây dẫn Drake bằng FEM ............................... 63 Hình 4.8 Đồ thị nhiệt độ khi cắt ngang bề mặt dây Drake ........................................ 63 Hình 4.9: Rời rạc hóa miền khảo sát bằng miền con dây dẫn A3-400 ..................... 66 Hình 4.10: phân bố nhiệt xung quanh dây dẫn bằng FEM ....................................... 67 Hình 4.11 Đồ thị nhiệt độ khi cắt ngang bề mặt dây ................................................ 67 Hình 4.12 Đồ thị dòng tải khi thay đổi tốc độ gió .................................................... 70 Hình 4.13 Đồ thị dòng tải khi thay đổi hƣớng gió ................................................... 70 Hình 4.14 Đồ thị dòng tải khi nhiệt độ môi trƣờng và tốc độ gió thay đổi............... 73 Hình 4.15 Đồ thị dòng tải khi hệ số bức xạ thay đổi ................................................ 75 Hình 4.16 Rời rạc hóa miền khảo sát cho trƣờng hợp một bởi FEM ....................... 78 Hình 4.17: phân bố nhiệt xung quanh dây dẫn cho trƣờng hợp 1 ............................. 78 Hình 4.18: Đồ thị nhiệt độ khi cắt ngang bề mặt dây dẫn cho trƣờng hợp 1 ............ 79 -12- Hình 4.19: phân bố nhiệt xung quanh dây dẫn ACSR 240/32 bằng FEM ............... 82 Hình 4.20 Đồ thị nhiệt độ khi cắt ngang miền khảo sát theo phƣơng x ................... 83 Hình 4.21 Khả năng mang tải của dây dẫn ACSR 240/32 với điều kiện khí hậu miền Bắc ............................................................................................................................ 84 Hình 4.22 Khả năng mang tải của dây dẫn ACSR 240/32 với điều kiện khí hậu miền Trung ......................................................................................................................... 85 Hình 4.23 Khả năng mang tải của dây dẫn ACSR 240/32 với điều kiện khí hậu miền Nam ........................................................................................................................... 88 Hình 4.24 Khả năng mang tải của dây dẫn ACSR 240/32 với điều kiện khí hậu miền Bắc , miền Trung , miền Nam và số liệu theo thiết kế ..................................... 89 -13- DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1 Đánh giá sai số lời giải trong Ví dụ 01 ................................................... 24 Bảng 2.2 Đánh giá sai số lời giải trong Ví dụ 02 ..................................................... 30 Bảng 2.3 So sánh lƣới Delaunay thƣờng và thích nghi ........................................... 37 Bảng 2.4 So sánh lƣới Delaunay thƣờng, lƣới thích nghi và Comsol multiphysics . 41 Bảng 4.1 Điều kiện thời tiết, nhiệt độ môi trƣờng và thông số dây dẫn. .................. 65 Bảng 4.2 Hệ số đối lƣu và nguồn nhiệt tối đa của dây dẫn khi tốc độ gió thay đổi . 68 Bảng 4.3 Hệ số đối lƣu và nguồn nhiệt tối đa của dây dẫn khi hƣớng gió thay đổi 68 Bảng 4.4 Biểu diển kết quả đƣợc tính bằng FEM khi tốc độ gió thay đổi............... 69 Bảng 4.5 Biểu diển kết quả đƣợc tính bằng FEM khi hƣớng gió thay đổi .............. 69 Bảng 4.6 Hệ số đối lƣu và nguồn nhiệt qj khi thay đổi nhiệt độ môi trƣờng ........... 71 Bảng 4.7 Kết quả của nhiệt độ dây dẫn và dòng tải tính toán bằng FEM và IEEE . 72 Bảng 4.8 Hệ số đối lƣu h, nguồn nhiệt qj và nguồn nhiệt qs khi thay đổi hệ số bức xạ ............................................................................................................................... 74 Bảng 4.9 Kết quả của nhiệt độ dây dẫn và dòng tải tính toán bằng FEM khi thay đổi hệ số bức xạ .............................................................................................................. 74 Bảng 4.10 Các trƣờng hợp xem xét ........................................................................ 76 Bảng 4.11 Hệ số đối lƣu, nguồn nhiệt qj và nguồn nhiệt qs cho các trƣờng hợp ..... 77 Bảng 4.12 Nhiệt độ dây dẫn cho các trƣờng hợp ...................................................... 80 -14- Bảng 4.13 Nhiêt độ môi trƣờng, tốc độ gió, độ cao và góc phƣơng vị của mặt trời theo 12 tháng của tỉnh Nam Định ............................................................................. 81 Bảng 4.14 Các thông số để mô phỏng bằng Comsol cho khí hậu miền bắc ........... 82 Bảng 4. 15 Nhiệt độ dây dẫn và khả năng mang tải của dây dẫn thính theo FEM và IEEE theo khí hậu thực tế miền Bắc ......................................................................... 83 Bảng 4.16 Nhiêt độ môi trƣờng, tốc độ gió, độ cao và góc phƣơng vị của mặt trời theo 12 tháng của thành phố Đà Nẵng ...................................................................... 85 Bảng 4.17 Các thông số để mô phỏng bằng Comsol cho khí hậu miền Trung ....... 85 Bảng 4. 18 Nhiệt độ dây dẫn và khả năng mang tải của dây dẫn thính theo FEM và IEEE theo khí hậu thực tế miền Trung...................................................................... 85 Bảng 4.19 Nhiêt độ môi trƣờng, tốc độ gió, độ cao và góc phƣơng vị của mặt trời theo 12 tháng của tỉnh Cần Thơ ................................................................................ 87 Bảng 4.20 Các thông số để mô phỏng bằng Comsol cho khí hậu miền Nam ........ 87 Bảng 4. 21 Nhiệt độ dây dẫn và khả năng mang tải của dây dẫn thính theo FEM và IEEE theo khí hậu thực tế miền Nam........................................................................ 87 -15- Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu vấn đề Là một phần của hoạt động rộng rải để giảm khí thải CO2, một sự phát triển nhanh chóng các nhà máy điện bằng cách sử dụng công nghệ nhiên liệu mới hiệu quả hơn và năng lƣợng tái tạo nhƣ là gió, sinh khối, năng lƣợng mặt trời… hiện đang diễn ra tại nhiều nƣớc trên thế giới trong đó có Việt Nam. Trên thế giới hiện nay, hầu hết các công nghệ phát điện mới đƣợc hòa vào mạng lƣới phân phối điện và điều này dẫn đến một sự gia tăng đáng kể công suất truyền tải. Nâng cấp và xây dựng mới một đƣờng dây thƣờng là tốn kém cho các nhà khai thác mạng. Do đó, một giải pháp cần thiết là có thể vận hành đƣờng dây truyền tải và phân phối ở dòng cao hơn tại nhiệt độ cao là một biện pháp có thể cho kết quả tối ƣu. Thay vì thiết kế một công suất lớn hơn thì chúng ta có thể đạt đƣợc bằng cách sử dụng các nguồn năng lƣợng hiện tại vào đúng thời điểm và đúng nơi trong hệ thống. Một sự thận trọng cần thiết phải cân bằng hệ thống vận hành gần với giới hạn của nó và với một lƣợng công suất dự trữ tức thời. Do đó, khi vận hành gần với giới hạn độ tin cậy của hệ thống sẽ cho phép giảm đƣợc chi phí đáp ứng nhu cầu tải của khách hàng. Vì lí do đó, một sự hiểu biết về phân bố nhiệt bên trong dây dẫn và tốc độ gió mà tại đó các biến đổi nhiệt sẽ cho phép quản lý hiệu quả mạng lƣới điện. Lịch sử đông lực học quan trọng nhất cho các tiện ích đã đƣợc sử dụng để chứng minh các công nghệ để đáp ứng một nhu cầu ƣớc tính, giả định trƣờng hợp làm việc xấu nhất cho phụ tải lớn nhất, các kết quả đƣợc đánh giá là thận trọng. Do đó, tính hợp lệ của các tiêu chuẩn đƣợc dựa trên giả định nhƣ vậy là một đề tài nghiên cứu cho nhiều nhà nghiên cứu [6],[7],[8]. -16- Strbac [8] cho thấy rằng sự phát triển của các hệ thống điện trong tƣơng lai đòi hỏi phải có những thay đổi lớn đối với triết lý thiết kế tổng thể. Cấu trúc của truyền tải điện và mạng lƣới phân phối hiện nay đƣợc thiết kế đặc biệt phù hợp cho truyền tải và phân phối một lƣợng lớn năng lƣợng và đảm bảo độ tin cậy của hệ thống điện. Tác động của sự phát triển của máy phát phân phối (DG) vào mạng lƣới phân phối đòi hỏi phải có những thay đổi đáng kể trong sự phát triển của hệ thống điện để tích hợp đầy đủ DG và chia sẻ trách nhiệm trong việc cung cấp các dịch vụ hỗ trợ hệ thống (ví dụ nhƣ phụ tải, tần số và điện áp quy định). Các nhà khai thác mạng phân phối phải đối mặt một thách thức đó là sự gia tăng của tải tiêu thụ, các nhà máy phân phối điện cũng phát triển và vấn đề môi trƣờng đối lập đến việc xây dựng cơ sở hạ tầng mới. Vì vậy, nó trở nên rất quan trọng để cố gắng tăng khả năng sử dụng các hệ thống điện hiện có một cách hiệu quả, an toàn và tiết kiệm chi phí. 1.2 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu. Trong đa số các trƣờng hợp, các thành phần mạng điện hoạt động rất phức tạp điều kiện ổn định hay không ổn định, gây ra sự khó khăn khi sử dụng truyền nhiệt đơn giản tƣơng quan thu đƣợc cho các trƣờng hợp đơn giản để đánh giá trạng thái nhiệt các thành phần. Nhƣ đã giới thiệu, các công nghệ phát điện mới đƣợc hòa vào mạng lƣới phân phối điện và điều này dẫn đến một sự gia tăng đáng kể công suất truyền tải. Nâng cấp và xây dựng mới một đƣờng dây thƣờng là tốn kém cho các nhà khai thác mạng. Do đó, một biện pháp cần thiết là có thể vận hành đƣờng dây truyền tải và phân phối ở dòng cao hơn tại nhiệt độ cao là một biện pháp có thể cho kết quả tối ƣu. Độ chính xác của các phƣơng pháp dự đoán trạng thái nhiệt của dây dẫn là rất quan trọng, đặc biệt là trong các trƣờng hợp khi mạng đƣợc khai thác trong điều kiện tải cao. Các phƣơng pháp giám sát dòng điện đòi hỏi sự hiện diện của con ngƣời trong vùng lân cận của đƣờng dây, cùng với các phƣơng tiện cơ sở trong quá trình thực hiện đo đạt. -17- Các kỹ thuật xác định chủ yếu dựa trên các phép đo vật lý nhƣ là: phƣơng pháp phát hiện bằng sóng siêu âm, đo lƣờng sự không thống nhất dòng điện xung hồ quang, bằng cách sử dụng các máy dò phóng điện từng phần, kiểm tra hồng ngoại của đƣờng dây tải điện trên không, xác định nhiễu vô tuyến, kiểm tra đƣờng dây điện khi không có năng lƣợng mặt trời, giám sát dòng điện hồ quang vào đƣờng dây điện cao thế, ứng dụng cáp quang cho việc kiểm tra đƣờng dây truyền tải, đo nhiễu âm thanh…[9]. Báo cáo của Bernauer [10] cho rằng các công nghệ cảm biến sóng âm bề mặt (SAW) có thể đƣợc sử dụng thành công cho việc theo dõi liên tục nhiệt độ của dây dẫn đƣờng dây truyền tải. Các yếu tố then chốt của công nghệ này đang thực hiện liên kết vô tuyến giữa các cảm biến và các đơn vị đo lƣờng. Mặc dù thực tế là tất cả các kỹ thuật giám sát đã phát triển nhanh chóng, nhƣ Douglass đề cập trong [11] quang học, siêu âm, radar và laser dựa trên phƣơng pháp đo độ võng nhƣng vẫn chƣa tiến triển để vận hành sử dụng. Phƣơng pháp đánh giá, thời gian thực dựa trên các phép đo lực căng hay độ võng, chỉ là cơ sở cung cấp cho việc dự đoán trạng thái nhiệt của các dây dẫn. 1.2.1 Các phƣơng pháp lý thuyết hiện tại để đánh giá trạng thái nhiệt của đƣờng dây trên không. Có một thực tế rằng, một số phƣơng pháp lý thuyết hiện tại sử dụng trong công nghiệp để đánh giá trạng thái nhiệt của các dây dẫn là không đủ chính xác và còn nhiều hạn chế. Vì thế mà cung cấp các dƣ báo bảo thủ, thận trọng. Các khuyến nghị, đánh giá củng thay đổi từ tiện ích đến tiện ích. Tuy vậy, các đánh giá nhiệt của dây dẫn đƣờng dây trên không thƣờng đƣợc tính toán bằng cách sử dụng phƣơng pháp IEEE và CIGRE , IEC [5], [12],[13],[14],[20],[21]. Các phƣơng pháp đƣợc dựa trên việc giải quyết phƣơng trình bằng năng lƣợng viết cho các dây dẫn. Các mô hình toán đƣợc sử dụng để đánh giá trạng thái nhiệt của các dây dẫn nhƣ vậy còn đƣợc gọi là các mô hình tham số - gộp. Thủ tục tính toán đƣợc sử dụng trong phƣơng pháp IEEE, phƣơng pháp IEC và phƣơng pháp CIGRE có vài sự khác biệt. Tuy nhiên, các phƣơng pháp luận chung là rất giống nhau và các tính toán dựa vào nhiệt độ môi trƣờng, bức xạ mặt trời hoàn toàn và hiệu quả của vận tốc gió. Các giá -18-