Ứng dụng phần mềm PSSE để tính toán phân bố công suất và khảo sát các trạm biến áp 500kv lưới điện TP HCM - Khóa luận tốt nghiệp

Microsoft Word BÃ†O CÃ†O Tá»’T NGHIá»ƒP (1) ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PSSE ĐỂ TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT VÀ KHẢO SÁT CÁC TRẠM BIẾN ÁP 500KV LƯỚI ĐIỆN TP HCM SINH VIÊN ĐỒNG HỒ VĨNH TƯỜNG MSSV 14059281 LỚP DHDI10D GVHD TS DƯƠNG THANH LONG TP HCM, NĂM 2018 Khoá luận tốt nghiệp SVTH Đồng Hồ Vĩnh Tường i PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 1 Họ và tên sinh viên nhóm sinh viên được giao đề tài (1) Đồng Hồ Vĩnh Tường, MSSV 14059281 2 Tên.

Giới hạn đề tài

Báo cáo này tập trung vào lưới điện từ 11kV đến 500kV tại TP.HCM Chúng tôi đã sử dụng phần mềm PSS/E để tính toán và phân tích phân bố công suất trong lưới điện TP.HCM trong điều kiện vận hành bình thường Ngoài ra, phần mềm PSS/E cũng được áp dụng để khảo sát và đánh giá phân bố công suất của các trạm biến áp (TBA) lân cận trong bối cảnh triển khai dự án sửa chữa và thay thế TBA 500kV Nhà Bè.

Mục đích báo cáo

Qua quá trình thực hiện nghiên cứu giúp sinh viên hệ thống lại kiến thức, nâng cao kỹ năng thiết kế và trao dồi kinh nghiệm cho bản thân

Giúp sinh viên quen với công tác nghiên cứu khoa học, khả năng phân tích, làm quen với tác phong công nghiệp

Báo cáo hoàn thành sẽ cung cấp kiến thức cần thiết cho công tác thiết kế điện, đồng thời là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên ngành điện và những người có quan tâm.

Khoá luận tốt nghiệp SVTH: Đồng Hồ Vĩnh Tường xxiv

Mục tiêu của báo cáo

Hiểu được lý thuyết phân bố công suất sử dụng được phần mềm PSS/E để tính toán phân bố công suất

Tính toán phân bố công suất lưới điện TP.HCM trong điều kiện vận hành bình thường được thực hiện bằng phần mềm PSS/E, theo hướng dẫn từ Trung tâm điều độ hệ thống điện Miền Nam và PECC3 Phần mềm PSS/E được ứng dụng để khảo sát và đánh giá phân bố công suất tại các trạm biến áp (TBA) lân cận, nhằm phục vụ cho dự án sửa chữa và thay thế TBA 500kV Nhà Bè.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết tính toán phân bố công suất trong hệ thống điện được thực hiện dựa trên tài liệu và kiến thức từ trường Đại Công Nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh Bài viết cũng đề cập đến việc ứng dụng phần mềm PSS/E trong việc tính toán lưới điện tại TP.HCM, nhằm tối ưu hóa hiệu suất và đảm bảo tính ổn định cho hệ thống điện.

Đặt tên đề tài

Căn cứ vào mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu, đề tài được đặt tên:

“Ứng dụng phần mềm PSS/E để tính toán phân bố công suất và khảo sát các trạm biến áp 500kV lưới điện TP.HCM”.

Cơ sở lý luận của luận văn

Đề tài được thực hiện dựa trên cơ sở:

Kế hoạch và chương trình đào tạo ngành điện công nghiệp tại Trường Đại Học Công Nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh được thiết kế phù hợp với mục tiêu đào tạo của trường, nhằm cung cấp cho sinh viên kiến thức và kỹ năng cần thiết để đáp ứng yêu cầu của ngành công nghiệp điện.

Các số liệu vận hành hệ thống điện được cung cấp bởi Công ty Tư vấn Điện 3, Trung tâm Điều độ Hệ thống Điện miền Nam và Công ty Truyền tải Điện 4.

Tham khảo tài liệu của các sách và bài báo khoa học quốc tế

Phần mềm PSS/E được phát triển bởi Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 3, kết hợp với Trung tâm Điều độ Hệ thống Điện Quốc gia và Trung tâm Điều độ Hệ thống Điện miền Nam.

Khoá luận tốt nghiệp SVTH: Đồng Hồ Vĩnh Tường

TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỆN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Mức độ tăng trưởng phụ tải điện và hiện trạng nguồn điện cùng lưới điện khu vực được phân tích dựa trên số liệu từ tài liệu tham khảo [1], [2].

Tăng trưởng phụ tải điện

TP Hồ Chí Minh, thành phố đông dân nhất Việt Nam, đóng vai trò là trung tâm kinh tế và văn hóa quan trọng Nơi đây cũng ghi nhận mức tiêu thụ điện cao nhất cả nước, với số liệu năm 2013 cho thấy sự gia tăng đáng kể trong nhu cầu năng lượng.

TP Hồ Chí Minh tiêu thụ gần 3,200 MW, chiếm tỷ trọng gần 16% so với toàn quốc

Hiện tại, khu vực TP.Hồ Chí Minh được cung cấp điện từ các nhà máy điện và các trạm nguồn 500-220 kV thuộc hệ thống điện Miền Nam

Các nhà máy điện trên địa bàn TP.Hồ Chí Minh:

Nhà máy Nhiệt điện Thủ Đức, thuộc Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN), có công suất đặt 157 MW (bao gồm 2 tổ máy 62 MW và 1 tổ máy 33 MW) và công suất khả dụng 153 MW, sử dụng dầu FO để vận hành Nhà máy phát điện lên thanh cái 110 kV của trạm 220 kV Thủ Đức, tuy nhiên, trong các chế độ vận hành bình thường, nhà máy này thường không được huy động do chi phí sản xuất điện cao.

Tua bin khí Thủ Đức, thuộc EVN, công suất đặt 104.5 MW (2x37.5+12+17.5) MW, công suất khả dụng 94 MW, sử dụng dầu DO

Nhà máy điện Hiệp Phước, thuộc CTĐL Hiệp Phước, có công suất 375 MW (3x125 MW) và sử dụng dầu FO với điện áp 15/110kV Hiện tại, nhà máy chủ yếu cung cấp điện cho EVN, trong khi phần còn lại được bán trực tiếp cho KCX Tân Thuận, KCN Hiệp Phước và khu đô thị mới Phú Mỹ Hưng Ngoài ra, còn có nhiều nhà máy điện khác trong khu vực lân cận TP.Hồ Chí Minh.

Phú Mỹ 2.1 và 2.1 MR: (2x145.7+2x168+178.5+150) MW

Các nhà máy điện cung cấp điện cho thành phố thông qua các đường dây 220 kV và 500 kV Đường dây 220 kV mạch kép Phú Mỹ - Nhà Bè dài 43.12 km và đường dây 220 kV mạch kép Phú Mỹ - Cát Lái dài 38.7 km, đều sử dụng dây ACSR-2x666MCM Ngoài ra, đường dây 500 kV mạch kép Phú Mỹ - Nhà Bè dài 42.594 km và đường dây 500 kV phân pha Nhà Bè - Phú Lâm dài 16.645 km cũng sử dụng dây ACSR-4x666MCM.

Nhiệt điện Nhơn Trạch 1 có công suất 3x150 MW, trong khi Nhiệt điện Nhơn Trạch 2 đạt công suất 780 MW (2x258+264) Bên cạnh đó, thuỷ điện Trị An với công suất 400 MW (4x100 MW) cung cấp điện cho TP.HCM thông qua hai đường dây 220 kV Trị An - Bình Hòa.

AC – 400 mm 2 dài 34.566 km và đường dây 220 kV Trị An – Sông Mây dây ACSR795MCM-12848+6.5 km

Các nguồn điện cấp cho địa bàn TP Hồ Chí Minh được trình bày cụ thể trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Các nguồn điện cung cấp cho địa bàn TP Hồ Chí Minh

TT Nhà máy điện Công suất đặt (MW) Nhiên liệu

Các đường dây 500 kV hiện tại cung cấp điện cho TP.Hồ Chí Minh chủ yếu sử dụng dây dẫn 4xAC330, trong khi một số đường dây khác sử dụng dây 4xAC400 với khả năng tải lên đến khoảng 3,200 A Thông tin chi tiết được thể hiện trong bảng 1.2.

Bảng 1.2 Thống kê các đường dây 500kV khu vực TPHCM

TP Hồ Chí Minh có 3 TBA 500 kV với dung lượng lắp máy 4,800 MVA, cụ thể được cho trong bảng 1.3

Bảng 1.3 Thống kê các TBA 500 kV khu vực TPHCM

STT Trạm biến áp Số máy Công suất

TP.HCM nhận điện trực tiếp từ 2 trạm biến áp 500kV ngoài tỉnh do Công ty Truyền tải Điện 4 quản lý, với tổng công suất đặt lên đến 1650MVA Các trạm bao gồm Tân Định 1 có công suất 450MVA, Tân Định 2 với 600MVA và Sông Mây cũng đạt 600MVA.

TP Hồ Chí Minh được cung cấp điện từ 12 trạm 220/110 kV với tổng công suất 6,500 MVA và 3 trạm 220/110 kV – 2000 MVA bên ngoài, phục vụ một phần cho thành phố Danh sách các trạm 220 kV hiện có được thể hiện trong bảng 1.4.

STT Đường dây Số mạch Chiều dài (km) Quy mô (km)

Bảng 1.4 Thống kê các TBA 220 kV khu vực TPHCM

STT Trạm biến áp Số máy Công suất (MVA) Tổng công suất (MVA)

Trên địa bàn thành phố, tổng cộng có 6,500 đường dây 220 kV chủ yếu là đường dây 2 mạch phân pha 2 dây với tiết diện lớn Các đường dây này có dòng tải định mức từ 860 A đến 1,350 A, cho phép tải công suất định mức từ 295 MW đến 463 MW.

Lưới điện 220 kV TP Hồ Chí Minh hoạt động hiệu quả với chất lượng điện áp ổn định nhờ vào chiều dài đường dây ngắn, vị trí gần các trung tâm nhiệt điện lớn và hệ thống bù công suất phản kháng mạnh mẽ.

Lưới điện TP.Hồ Chí Minh được kết nối trực tiếp với các nguồn điện lớn như trung tâm NĐ Phú Mỹ, NĐ Nhơn Trạch, Hiệp Phước, Thủ Đức và TĐ Trị An thông qua các đường dây 220 kV và 110 kV Sự tập trung của nhiều nút 220 kV và 110 kV với nhiều nhánh cấp nguồn đã làm tăng cao dòng ngắn mạch trong hệ thống điện.

Các trạm 220/110 kV có công suất lớn, thường vận hành đồng thời từ 2 đến 3 máy biến áp Lưới điện được thiết kế với nhiều mạch vòng và một số đường dây có tiết diện lớn, chủ yếu là các đường dây 2 mạch hoạt động song song, với chiều dài ngắn đến nguồn cấp điện Danh mục các đường dây 220 kV hiện có được trình bày trong bảng 1.5.

Bảng 1.5 Thống kê các ĐD 220 kV khu vực TPHCM

STT Đường dây Dây dẫn Số mạch

1 Phú Lâm - Bình Tân ACSR411.66 1 9.2 9.2

2 Phú Lâm - Bình Chánh 2xACSR666.6

3 Phú Lâm - Long An AC795 2 28 56

4 Nhà Bè - Phú Mỹ 2xACSR330 2 43.105 86.21

5 Nhà Bè - Nhơn Trạch 2xACSR666.6

6 Nhà Bè - Tao Đàn AC795+Cable 2 9.64 19.28

7 Nhà Bè - Bình Chánh 2xACSR666.6

8 Cát Lái - Thủ Đức 2xACSR330 2 8.9 17.8

9 Cát Lái - Nhơn Trạch 2xACSR666.6

10 Cát Lái - Phú Mỹ 2xACSR666.6

11 Hóc Môn - Thủ Đức TACSR-410 1 14.6 14.6

12 Hóc Môn - Thuận An ACKP400 1 10.8 10.8

13 Thủ Đức - Hiệp Bình Phước TACSR-410 1 7 7

14 Hóc Môn - Bình Hoà ACKP400 1 17.9 17.9

15 Cầu Bông - Củ Chi 2xACSR330 2 23 46

16 Thủ Đức - Long Bình AC795 2 18.35 36.7

17 Vĩnh Lộc - Nhánh rẽ Vĩnh Lộc 0

7 Chương trình phát triển hệ thống điện khu vực Thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh lân cận được tham khảo theo dự thảo QHĐ 7 hiệu chỉnh

Dự báo nhu cầu phụ tải khu vực dự án

Dự báo công suất cực đại các tỉnh theo bảng 1.6

Bảng 1.6 Dự báo công suất của khu vực dự án (MVA)

Chương trình phát triển lưới điện khu vực dự án đặt mục tiêu đến năm 2030, tổng dung lượng các trạm biến áp 220 kV sẽ đạt khoảng 36,250 MVA Danh mục và tiến độ xây dựng các công trình TBA 220 kV trong khu vực được cập nhật theo bảng 1.7 dưới đây.

Bảng 1.7 Các công trình TBA 220 kV trong khu vực dự án đến năm 2030

STT Tên công trình Số máy x

Tiến độ cập nhật Ghi chú

Máy 1 đã đóng điện năm 2014

Máy 1 đã đóng điện năm 2012

19 Nam Hiệp Phước 2 x 250 2016-2020 Xây mới

Thay trạm tạm bằng trạm chính thức

31 Phú Hòa Đông 2 x 250 2016-2020 Xây mới

Đến năm 2030, tổng dung lượng các trạm biến áp 500 kV dự kiến sẽ đạt khoảng 24,300 MVA thông qua việc xây dựng mới và nâng cấp thay thế máy Danh mục và tiến độ xây dựng các công trình TBA 500 kV trong khu vực dự án được cập nhật và trình bày chi tiết trong bảng 1.8.

Bảng 1.8 Các công trình TBA 500 kV trong khu vực dự án đến năm 2030

STT Tên công trình Số máy x

Giai đoạn vận hành theo QHĐ 7

Tiến độ cập nhật Ghi chú

7 Bình Dương 1 1 x 900 2016-2020 Đồng bộ ĐHN NT1

11 Đồng Nai 2 x 900 2021-2025 Lắp MBA cho trạm cắt

13 Mỹ Phước 2 x 900 2021-2025 Máy 2 và máy 3

BÀI TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Vấn đề về phân bố công suất

Phân bố công suất là một yếu tố thiết yếu trong quy hoạch và thiết kế hệ thống điện tương lai, cũng như trong việc xác định chế độ vận hành tối ưu cho hệ thống hiện tại Đây là công cụ quan trọng nhất và phổ biến nhất trong phân tích các hệ thống điện.

- Được biết như là lời giải “phân bố tải” (load flow)

- Được sử dụng để quy hoạch và điều khiển hệ thống điện

- Giả sử: điều kiện cân bằng và phân tích đơn pha

Cơ sở lý thuyết của bài toán phân bố công suất dựa trên hai định luật Kirchoff về dòng điện và điện thế Tuy nhiên, các phương trình Kirchoff trở thành phi tuyến, khác với các bài giải tích mạng thông thường Mục tiêu của khảo sát phân bố công suất là xác định điện áp và góc pha tại các điểm nút, dòng công suất trên các nhánh, cũng như tổn thất công suất trong mạng điện.

Phân biệt các loại điểm nút trong hệ thống điện thường có ba loại nút hay thanh cái trong hệ thống điện:

Nút cân bằng, hay còn gọi là nút chuẩn (slack bus, swing bus, reference bus), là nút duy nhất trong hệ thống có giá trị biên độ áp và góc pha đã biết, trong khi công suất thực và công suất phản kháng chưa được xác định Nút này đóng vai trò quan trọng trong việc bù trừ sự khác biệt giữa công suất phát và công suất tải, cũng như tổn thất công suất trong mạng Ngược lại, nút phụ tải chỉ ra công suất P và Q mà phụ tải yêu cầu, nhưng chưa biết biên độ và góc điện áp, và thường được gọi là nút PQ.

Nút phát, hay còn gọi là nút PV, là điểm trên các máy phát điện không phải máy phát cân bằng, nơi mà công suất thực P và biên độ điện áp V được xác định, trong khi công suất kháng và góc điện áp vẫn chưa được biết.

 Mục đích bài toán phân phân bố công suất

Trong giai đoạn thiết kế tính toán phân bố công suất dùng để:

Chọn thiết bị phân phối điện

Kiểm tra sóng hài và sụt áp trong điều kiện bình thường và sự cố

Tính toán trào lưu công suất là cần thiết để đánh giá sự biến đổi công suất khi kết nối vào lưới điện Việc này giúp phân tích các chỉ tiêu kinh tế của phương án đề xuất, từ đó lựa chọn phương án cung cấp điện tối ưu về mặt kinh tế và kỹ thuật.

Trong giai đoạn vận hành tính toán phân bố công suất dùng để:

Kiểm tra khả năng tải của đường dây

Kiểm tra sụt áp trong điều kiện làm việc bình thường và khi xảy ra sự cố là rất quan trọng Đánh giá các chỉ tiêu kinh tế của phương án vận hành giúp lựa chọn phương án cung cấp điện tối ưu, đảm bảo cả về mặt kinh tế và kỹ thuật.

Trong luận văn sẽ tìm hiểu nghiên cứu phương pháp lặp Newton – Raphson, được ứng để tính phân bố công suất trong phần mềm tính toán PSS/E

- Xác định biên độ và góc điện áp ở mỗi nút

- Xác định phân bố công suất thực và kháng trên mỗi đường dây

- Mỗi nút có 4 biến trạng thái:

+ Công suất thực bơm vào

+ Công suất kháng bơm vào

Mỗi nút có 2 trong số 4 biến trạng thái là xác định được hoặc đã cho

Việc phân loại nút được thực hiện như sau:

Bảng 2.1 Phân loại nút trong PBCS

Bus Type Biến số được cho trước

Kết quả thu được sau khi tính toán trào lưu phân bố công suất

PD QD PG QG |V| δ PG QG |V| δ Nút chuẩn (Slack bus,

Nút điều chỉnh điện áp

Nếu một máy phát có khả năng cung cấp đủ công suất để duy trì một mức điện áp nhất định, nó sẽ được coi là một nút điều tiết điện áp Theo định luật Kirchhoff về dòng điện, việc này có ý nghĩa quan trọng trong việc quản lý và phân phối điện năng hiệu quả.

I = y V + y (V − V ) + y (V − V ) + ⋯ + y (V − V ) = (y + y + y + ⋯ y )V − y V − y V − ⋯ − y V = V y − y V j ≠ i (2.1) Định luật phân bố công suất:

Về mặt toán học phương pháp Newton-Raphson (NR) vượt trội hơn hẳn phương pháp Gauss - Seidel

Phương pháp Newton-Raphson, nhờ vào độ hội tụ bậc hai, mang lại chất lượng tính toán cao hơn so với phương pháp Gauss-Seidel và ít bị phân kỳ trong các bài toán phức tạp Đối với những hệ thống lớn, phương pháp này tỏ ra hiệu quả và thực tế hơn, với số vòng lặp phụ thuộc vào kích thước của mạng.

Phương pháp NR được dùng để giải tìm biên độ và góc điện áp với công suất thực và kháng bơm vào mạng đã biết

NR là phương pháp xấp xỉ liên tục sử dụng khai triển Taylor

- Xem xét một hàm f(x) = c, trong đó c đã biết và x chưa biết

- Lấy x [0] là điểm đánh giá ban đầu, thì x [0] là độ lệch nhỏ từ lời giải chính xác f x [ ] + ∆x [ ] = c (2.3)

- Khai triển vế trái thành chuỗi Taylor xung quanh điểm x [0] f x [ ] + df dx ∆x [ ] +1

- Giả sử sai số x [0] là nhỏ và bỏ qua các thành phần bậc cao, kết quả: f x [ ] + df dx ∆x [ ] ≈ c ⇒ ∆c [ ] ≈ df dx ∆x [ ] (2.5) trong đó:

- Sắp xếp lại các phương trình:

∆x [ ] = ∆c [ ] df dx x [ ] = x [ ] + ∆x [ ] (2.6) Tìm nghiệm của phương trình sau dùng NR với giá trị điểm ban đầu là x [0] = 6 f(x) = x − 6x + 9x − 4 = 0

- Đạo hàm f(x) theo x df(x) dx = 3x − 12x + 9

Kết quả sau vòng lặp 1: x ( ) = x ( ) + ∆x ( ) = 6 − 1.1111 = 4.8889 Các vòng lặp tiếp theo: x ( ) = x ( ) + ∆x ( ) = 4.8889 −13.4431

26 Định luật Kirchhoff về dòng điện:

Công suất thực và kháng bơm vào

Thay thế Ii vào công thức của công suất

Phân ra thành công suất thực và ảo:

Q = − |V | V Y sin θ − δ + δ (2.10) Chuyển các công suất thành dạng lặp:

Thành lập hàm ma trận của hệ thống các phương trình: c = P

Dạng tổng quát của phương trình tìm lời giải: c = f(x ) x [ ] = initial estimate of x (2.11)

Phương trình lặp: x [ ] = x [ ] +c − f x [ ] df(x [ ] ) dx

Jacobi – đó là đạo hàm bậc 1 của một hệ phương trình (ma trận của tất cả các cặp tổ hợp): df x [ ] dx (2.13)

Phương pháp Fast-Decoupled được phát triển dựa trên phương pháp Newton-Raphson, cho phép giảm thiểu ảnh hưởng của các thay đổi nhỏ về điện áp bus đến công suất thực và công suất phản kháng Cụ thể, khi điện áp bus thay đổi nhẹ, công suất thực tại bus sẽ ít bị biến đổi, và tương tự, công suất phản kháng cũng không thay đổi đáng kể với các thay đổi nhỏ ở góc pha điện áp Do đó, dòng công suất cân bằng từ công thức Newton-Raphson có thể được đơn giản hóa thành hai phương pháp tách rời, được giải quyết thông qua quy trình lặp.

Phương pháp này giảm lượng bộ nhớ cần thiết cho máy tính xuống khoảng 50% so với phương pháp Newton-Raphson Ngoài ra, nó cũng thực hiện việc giải quyết dòng công suất cân bằng nhanh hơn, nhờ vào việc sử dụng ma trận Jacobi không thay đổi.

Phương pháp hội tụ của Newton-Raphson dựa trên độ thay đổi của P và Q, được đặt mặc định là 0.001 MW và MVar Mặc dù việc lặp lại với các hằng số không chính xác như phương pháp này, nhưng việc tiết kiệm thời gian tính toán và tính thuận lợi trong tiêu chuẩn hội tụ khiến nó trở thành một phương pháp tính toán hiệu quả.

Phương pháp này có thể được áp dụng như một giải pháp thay thế cho phương pháp lặp Newton-Raphson, đặc biệt khi làm việc với các hệ thống có nhánh rẽ dài hoặc các hệ thống có đường dây và cáp truyền tải dài.

Ma Trận Jacobi df(x) dx ⇒ ∆P

Công suất thực theo góc điện áp

Công suất thực theo biên độ điện áp

Công suất kháng theo góc điện áp

Công suất kháng theo biên độ điện áp

Sai lệch công suất (power mismatch) hay công suất dư (power residuals)

- Sai lệch trong hoạch định (schedule) để tính công suất:

Các đánh giá mới về điện áp δ [ ] = δ [ ] + ∆δ [ ]

- Một nút máy phát phải được chọn và và định nghĩa như nút chuẩn về biên độ và góc điện

+ Biên độ và góc điện áp là biết được

+ Góc điện áp được chọn tùy ý, thường là 0

+ Nút này không bao hàm trong ma trận Jacobi được thành lập

- Biên độ điện áp và công suất bơm vào là biết được

- Góc điện áp và công suất kháng bơm vào sẽ được tính toán

- Nút này được kể đến trong các phần công suất thực của ma trận Jacobi

- Công suất thực và kháng tiêu thụ ở nút này là biết được

- Biên độ và góc điện áp sẽ được tính toán

- Nút này hoàn toàn được bao hàm đầy đủ trong ma trận Jacobi

1 Đặt flat start (khởi động phẳng)

- Đối với nút tải, đặt điện áp bằng với điện áp nút chuẩn hay 1.00 o

- Đối với nút máy phát, góc điện áp được đặt bằng 0

2 Tính toán công suất sai lệch (power mismatch)

- Đối với nút tải, tính toán P, Q bơm vào sử dụng điện áp của hệ thống đã biết và đã đánh giá

- Đối với nút máy phát, tính toán công suất P bơm vào

- Tính toán các sai lệch công suất, ΔP và ΔQ

3 Thành lặp ma trận Jacobi

- Sử dụng các phương trình khác nhau cho các đạo hàm riêng phẩn theo biên độ và góc điện áp

Để tìm lời giải cho ma trận, có hai phương pháp chính: a) Tính nghịch đảo của ma trận Jacobi và nhân với độ lệch công suất, hoặc b) Thực hiện khử Gauss trên ma trận Jacobi với vector b tương ứng với công suất sai lệch.

5 Tìm các đánh giá mới cho các biên độ và góc điện áp

6 Lặp lại quá trình cho đến khi sai lệch công suất (thặng dư) nhỏ hơn một giá trị chính xác đặt trước

∆𝑄 [ ] ≤ 𝜀 Phân Bố CS và Tổn Thất

Sau khi giải tìm biên độ và góc điện áp, phân bố công suất và tổn thất trên các nhánh đường dây sẽ được tính toán:

- Các đường dây truyền tải và MBA là các nhánh trong mạng

- Hướng dương của dòng điện được định nghĩa cho các phần tử nhánh trong mạng (xem xét ở đây chủ yếu là đường dây chiều dài trung bình)

- Phân bố công suất được định nghĩa cho mỗi đầu cuối các nút

+ Ví dụ: Công suất rời nút i và chảy vào nút j

Dòng chảy dòng điện và công suất i → j

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PSS/E ĐỂ GIẢI QUYẾT BÀI TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT

QUYẾT BÀI TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT

Giới thiệu khái quát về phần mềm PSS/E

Phần mềm PSS/E, viết tắt của Power System Simulator for Engineering, là sản phẩm nổi bật của hãng Power Technologies, INC, một công ty phần mềm danh tiếng của Mỹ Kể từ khi ra mắt vào năm 1976, PSS/E đã trở thành công cụ chuẩn mực trong tính toán lưới điện, được sử dụng rộng rãi tại hơn 115 quốc gia trên toàn thế giới.

PSS/E là phần mềm toàn diện được phát triển bằng ngôn ngữ lập trình Python, hỗ trợ mô phỏng, phân tích và đánh giá hiệu suất hệ thống điện một cách khách quan Chương trình này được thiết kế để tính toán và nghiên cứu, phục vụ cho việc vận hành và quy hoạch hệ thống điện PSS/E có khả năng thực hiện nhiều loại tính toán phân tích hệ thống, giúp cải thiện hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống điện.

Tính toán trào lưu công suất;

Tối ưu hóa trào lưu công suất - Optimal Power Flow (OPF);

Mô phỏng quá trình quá độ điện cơ

Phân tích sự cố không đối xứng (Unbalanced Fault Analysis) cho phép tính toán chế độ làm việc của hệ thống điện trong các tình huống sự cố như ngắn mạch và đứt dây tại bất kỳ điểm nào Nghiên cứu này hỗ trợ việc tính toán và điều chỉnh rơle, đồng thời nâng cao hiệu quả tự động hóa trong hệ thống điện.

Tương đương hóa hệ thống;

Chương trình PSS/E hỗ trợ mô phỏng động để tính toán các chế độ hoạt động của hệ thống điện trong trường hợp xảy ra dao động lớn, từ đó giúp ngăn chặn nguy cơ tan rã hệ thống do mất ổn định.

Phần mềm PSS/E hiện đã phát triển đến phiên bản 34, với phiên bản PSS/E University miễn phí dành cho sinh viên, có thể tải từ trang web của công ty Phiên bản này cung cấp hầu hết các chức năng, nhưng giới hạn số nút mô phỏng không vượt quá 50 và một số chức năng bị hạn chế bản quyền Đề tài này sử dụng phiên bản PSS/E 33.4.0 từ trung tâm tư vấn điện 3, cho phép mô phỏng với số nút tối đa lên đến 150.000.

Chương trình PSS/E có ba khía cạnh quan trọng sau:

Cho phép ta tạo các thư viện để mô tả rõ ràng các điều kiện của hệ thống và các vấn đề cần khảo sát

Khả năng thực hiện các chức năng là yếu tố quan trọng giúp đạt được kết quả mong muốn trong việc phân tích trào lưu công suất, cũng như trong mô phỏng và tính toán ngắn mạch.

Cho ta biết tiến trình cài đặt mô hình động của hệ thống cần mô phỏng

Hướng dẫn Cách cài đặt phần mềm PSS/E vui lòng xem ở phần PHỤ LỤC

34 Chương trình PSS/E được tổ chức theo sơ đồ khối chính sau:

Một số lệnh cơ bản

Giao diện nhập lệnh (Command line Input) và bảng hiển thị kết quả (Output Bar)

Bảng 3.1 Các lệnh cơ bản trong PSS/E

OLTL Liệt kê nhánh máy biến áp quá tải

SCGR Tính toán ngắn mạch và xuất ra dạng đồ họa

HELP Dùng để tra cứu tài liệu của chương trình

MENU Bật tắt bảng chọn của chương trình

IDEV Cho phép người sử dụng thay đổi nguồn vào lệnh thao tác ODEV Cho phép người sử dụng thay đổi đích kết quả

PDEV Cho phép người sử dụng thay đổi đích xuất dữ liệu trong quá trình xuất kết quả

CLOS Đóng thiết bị đầu ra

ECHO Dùng để kiểm soát quá trình ghi lại các thao tác

OPTN Thay đổi các tùy chọn của chương trình

PATH Xác định đường dẫn cho kí tự

TEXT In lại các lệnh thao tác trên thiết bị đầu ra đã định trước TIME Tính các thời gian làm việc trên chương trình PSS/E

BGEN Mô phỏng tương đương lưới điện

BMAT Xuất dữ liệu cho chương trình ma trận B

EXTR Xóa nút và các nhánh tương ứng ra khỏi trường hợp đang tính RAWD Xuất file trường hợp tính toán ra dạng văn bản

READ Nhập dữ liệu dạng thô

ARNM Đánh số lại số hiệu của area

ZONM Đánh số lại số hiệu của zone

BSNM Đánh lại số hiệu nút

RNFT Thể hiện lại các thay đổi số hiệu nút trong file

BUSN Liệt kê những số liệu nút chưa sử dụng trong khoảng chỉ định

DRAW Vẽ sơ đồ một sợi

GOUT Xuất hiện kết quả dạng đồ họa

GRPG Khởi tạo đồ họa

GRED Khởi tạo giao tiếp đồ họa

TRSQ Đọc dữ liệu thứ tự theo loại

RESQ Đọc dữ liệu về thứ tự

FNSL Tính toán PBCS bằng phương pháp Newton –

Các thao tác cơ bản khi tính toán phân bố công suất trong PSS/E

Trên Hình 3.1 là giao diện của phần mềm khi khởi động Giao diện của phần mềm gồm các thành phần sau:

Quản lý dữ liệu kiểu cây (Tree View);

Quản lý dữ liệu kiểu bảng (Spreadsheet View);

Quản lý dữ liệu kiểu sơ đồ (Diagram View);

Cửa sổ hiển thị thông tin ra (Output View): hiển thị các thông tin về quá trình nhập, thay đổi, tính toán dữ liệu và các cảnh báo;

Thanh trạng thái (Status Bar): cung cấp các thông tin về trạng thái làm việc của chương trình;

Cửa sổ con để nhập lệnh (Command Line Interface Window)

Để mô phỏng và tính toán các phần tử trước khi nhập thông số vào phần mềm PSS/E, bạn có thể tham khảo hướng dẫn chi tiết hơn trong phần PHỤ LỤC.

Các khởi tạo ban đầu trong PSS/E:

Sau khi mở PSS/E, di chuyển đến thanh Toolbar ở phía trên, trong menu Misc kích chọn

PSS/E thông báo như sau:

Chúng ta đã điều chỉnh kích thước Startup bus lên 150,000 và chọn OK Với tùy chỉnh này, PSS/E cho phép chúng ta làm việc trên lưới điện có 150,000 nút.

Để thoát khỏi PSS/E, bạn chỉ cần nhấp vào biểu tượng ở góc trên bên phải Khi mở lại chương trình, các thay đổi đã được thiết lập sẽ được lưu lại Những thiết lập ban đầu này rất quan trọng cho các phiên làm việc tiếp theo.

Để tạo một chế độ làm việc của hệ thống điện (file *.sav), trước tiên chọn File rồi New Một cửa sổ con sẽ xuất hiện, cho phép bạn chọn giữa các tùy chọn: Network case để quản lý dữ liệu kiểu bảng, Network case and Diagram để quản lý dữ liệu trên cả bảng và sơ đồ 1 sợi, hoặc Diagram để nhập dữ liệu theo sơ đồ 1 sợi Sau khi chọn, một cửa sổ mới sẽ hiện ra để bạn nhập các thông số như công suất cơ bản (Base MVA), tần số cơ bản (Base Frequency), đơn vị cho công suất máy biến áp (Units for transformer ratings), và đơn vị cho một số đại lượng của đường dây (Units for ratings of non-transformer branches) Bạn cũng có thể nhập các chú thích cho chế độ làm việc trong các dòng Heading line 1 và 2.

Chọn hệ thống và sơ đồ

Tất cả thông tin về thiết bị và các nút trong hệ thống được hiển thị khi truy cập vào hộp thoại giám sát dữ liệu Buses Người dùng có khả năng điều chỉnh các thông số của các nút này.

Hiển thị số thứ tự nút (từ 1 đến 999997)

Tên nút có thể hiển thị tối đa 12 ký tự, bao gồm các ký tự trống, chữ viết hoa và ký tự đặc biệt.

Hiển thị điện áp cơ bản của nút Chúng ta phải nhập vào là KV

PSS/E sử dụng những loại code khác nhau như sau:

1-Nút tải PQ (không được chứa 1 máy phát nào) 2-Nút chứa máy phát hoặc thiết bị (PV)

3-Nút cân bằng 4-Nút tách rời (cô lập, không liên kết) Mặc định code là 1

Nút số Tên nút Điện áp nút Nút cân bằng Nút tải PQ

Hiển thị điện áp nút trong hệ đơn vị tương đối, với code=3 hoặc 2 thì phải xác định trước, với nút PQ- mặc định =1

: Biên độ điện áp nút mà máy phát muốn giữ (pu), nếu không có thì chương trình sẽ tự động nhập giá trị mặc định là 1

Lượng phần trăm công suất phản kháng của máy phát có khả năng tham gia điều chỉnh điện áp, thường để trống, và chương trình sẽ tự động nhập giá trị mặc định là 100%.

Các thông số còn lại được chuyển vào sau khi nhập các thông số đó ở machine

Nút số Tên nhà máy Code nút Biên độ Điện áp Điều chỉnh điện áp nút vào

: Số của nút và tên nút có chứa máy phát

Mỗi máy phát được phân biệt bằng một ID khi nhiều máy cùng kết nối vào một thanh cái ID có thể nhập là 1, 2, ký tự trống hoặc chữ viết hoa Nếu chỉ có một máy kết nối, người dùng để trống và chương trình sẽ tự động gán giá trị mặc định là 1.

: Có kết nối hoặc không kết nối ( Check mark)

: Công suất tác dụng đang phát của máy phát (MW), nếu không cho thì để trống, chương trình sẽ tự động nhập giá trị mặc định là 0

Công suất tác dụng phát cực đại của máy phát (MW) cần được ghi rõ, nếu không có thì để trống Tương tự, công suất tác dụng phát cực tiểu của máy phát (MW) cũng cần được xác định, nếu không có thông tin thì để trống.

: Công suất phản kháng đang phát của máy phát (Mvar), nếu không thì để trống, chương trình sẽ tự động nhập giá trị mặc định là 0

:Công suất phản kháng phát cực đại của máy phát (Mvar), không cho thì để trống

: Công suất phản kháng phát cực tiểu của máy phát (Mvar), không cho thì để trống

:Công suất định mức của máy phát (MVA), không sử dụng trong tính toán trào lưu công suất mà được sử dụng trong tính toán sự cố, ổn định

Tiêu đề	Ứng Dụng Phần Mềm PSS/E Để Tính Toán Phân Bố Công Suất Và Khảo Sát Các Trạm Biến Áp 500KV Lưới Điện TP.HCM
Tác giả	Đồng Hồ Vĩnh Tường
Người hướng dẫn	TS. Dương Thanh Long
Trường học	Đại Học Công Nghiệp TP.HCM
Chuyên ngành	Công Nghệ Điện
Thể loại	khóa luận tốt nghiệp
Năm xuất bản	2018
Thành phố	TP.HCM

Định dạng
Số trang	170
Dung lượng	16,45 MB