Đồ Án i khai thác rtds trong vận hành hệ thống Điện

Nó được thiết kế để mô phỏng hệ thống điện và thử nghiệm các ứng dụng điều khiển và bảo vệ trong môi trường ổn định và chính xác • Các ứng dụng đáng chú ý của RTDS - Mô phỏng hệ thống đi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Giới thiệu về đồ án : Tổng quan về bộ mô phỏng thời gian thực RTDS( Real-time Digital Simulation)

• RTDS là một hệ thống mô phỏng thời gian thực được sử dụng rộng rãi trong

mô phỏng hệ thống điện Nó được thiết kế để mô phỏng hệ thống điện và thử nghiệm các ứng dụng điều khiển và bảo vệ trong môi trường ổn định và chính xác

• Các ứng dụng đáng chú ý của RTDS

- Mô phỏng hệ thống điện: Trong thư viện RSCAD ( Phần mềm của RTDS Technologies Inc- công ty phát triển hệ thống RTDS) có đầy đủ các phần

tử của một hệ thống điện tiêu chuẩn: Máy biến áp, máy phát điện ( gồm

cả 2 loại có kích từ, điều tốc hoặc không có ) dây dẫn và các thiết bị bảo

vệ cùng các kích thích từ đơn giản đến phức tạp với thời gian tác động

từ rất nhanh cho đến thời gian dài

- Phát triển và kiểm tra bảo vệ cùng điều khiển hệ thống: RTDS cho phép người dùng thử nghiệm các thiết bị mới, các chương trình điều khiển mới mà không ảnh hưởng đến hệ thống thực

- Đào tạo và giáo dục: RTDS cung cấp môi trường an toàn, chính xác để đào tạo các kĩ sư điện về nhiều khía cạnh của hệ thống điện ( bảo vệ, bài toán ổn định, tối ưu etc….)

• Một số ưu điểm giúp RTDS nổi bật hơn so với các chương trình mô phỏng khác như PSS/E, PSCAD…

- Chương trình chạy theo thời gian thực:RTDS mô phỏng các hệ thống điện trong thời gian thực, cho phép người dùng mô phỏng hệ thống gần như trong thực tế

- Chính xác và tin cậy: RTDS cung cấp môi trường mô phỏng với độ chính xác và tin cậy cao Hệ thống sẽ đưa mô hình cần mô phỏng về dạng các

ma trận tổng dẫn giữa các nút có trong hệ thống, các CORE xử lý cực mạnh được tích hợp trong RTDS có khả năng xử lý số lượng lớn ma trận với kích thước lớn trong thời gian ngắn, từ đó đưa ra kết quả dựa vào các phương pháp tính ( Newton-Raphson, Gauss….) để đưa ra kết quả gần đúng có sai số tiệm cận 0 trong thời gian ngắn

- Đa dạng hệ thống và thiết bị Thư viện của RSCAD cho phép người dùng

mô phỏng nhiều loại hệ thống điện khác nhau từ lưới truyền tải đến lưới

phân phối hoặc các thiết bị điện, thiết bị điện tử công suất và các thiết bị

bảo vệ, điều khiển

- Tiết kiệm chi phí và thời gian: Sử dụng mô phỏng giúp chúng ta tiết kiệm

chi phí, thời gian mà vẫn biết chính xác thông số hoạt động của hệ thống

dưới nhiều dạng kích thích khác nhau

- Cho phép kết nối với các thiết bị bên ngoài: RTDS cho khả năng liên kết

với phần cứng bên ngoài, điều này đặc biệt hữu dụng khi chúng ta cần

kiểm tra độ tin cậy của các thiết bị bảo vệ và thiết bị bảo vệ dưới nhiều

điều kiện kích thích khác nhau, từ đó kiểm tra được đáp ứng của thiết bị

có phù hợp với yêu cầu thực tế hay không

-Dễ dàng sử dụng và tích hợp: RTDS thường đi kèm với các công cụ phát

triển phần mềm( RTDS) và giao diện dễ sử dụng, cũng như khả năng dễ

dàng tích hợp, kết nối và điều khiển thông qua truyền dữ liệu qua LAN đến

máy tính của người dùng

I : Tổng quan về RSCAD- phần mềm điều khiển, truy xuất

dữ liệu và giao tiếp với người dùng của hệ thống RTDS

- Giao thức GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event) là một giao thức trong chuẩn IEC 61850 được sử dụng trong các hệ thống điện

để truyền thông giữa các thiết bị bảo vệ, điều khiển và giám sát

- Mục đích: GOOSE được thiết kế để truyền tải các sự kiện, trạng thái và điều khiển giữa các thiết bị trong mạng lưới điện một cách nhanh chóng

và đồng bộ

- Tính Linh hoạt: GOOSE cho phép truyền thông dựa trên các đối tượng và thuộc tính được định nghĩa trong mô hình dữ liệu của chuẩn IEC 61850, giúp tích hợp các thiết bị từ nhiều nhà sản xuất khác nhau

- Thời gian Phản hồi: Giao thức này cung cấp thời gian phản hồi rất nhanh, thường chỉ trong vài mili giây, giúp cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của

hệ thống bảo vệ và điều khiển

- Tiết kiệm Băng thông: GOOSE sử dụng phương thức truyền thông

multicast, giúp giảm thiểu tải trọng mạng và tiết kiệm băng thông so với các phương pháp truyền thông unicast

- Đồng bộ và Tính toàn vẹn dữ liệu: Dữ liệu truyền qua GOOSE được đảm bảo về tính đồng bộ và tính toàn vẹn, đảm bảo rằng các thiết bị nhận dữ liệu cùng một thời điểm và dữ liệu không bị thất thoát

- Phù hợp với Tính toán phân tán: GOOSE phù hợp với mô hình tính toán phân tán, cho phép các thiết bị truyền thông và phản ứng nhanh chóng đối với các sự kiện xảy ra trong hệ thống

- Trong tổng thể, giao thức GOOSE là một công cụ quan trọng trong việc cải thiện tính linh hoạt, hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống điện thông qua việc truyền thông và điều khiển đồng bộ và nhanh chóng

• Tiếp theo chúng ta bắt đầu bước đầu tiên trong việc mô phỏng một hệ thống điện bằng RTDS – Kết nối RTDS với máy tính

** Trước hết phải đảm bảo rằng máy tính đã cài đặt RSCAD và được kết nối với 1 mạng cục bộ cùng với hệ thống RTDS

- Đầu tiên chúng ta kiểm tra máy tính đã có thể giao tiếp với RTDS hay chưa bằng cách mở cửa sổ Command prompt

Sau đó gõ “ ping + địa chỉ IP của RTDS” địa chỉ IP có thể quan sát được

ngay trên màn hình hiển thị của RTDS Ví dụ :

ping 192.168.1.201

Nếu màn hình hiển thị thời gian phản hồi, và tồn tại phản hồi thì máy

tính đã được kết nối với RTDS

- Tiếp đến chúng ta cần thiết lập config để cấu hình mô phỏng Vào ‘

Open file config editor’ sau đó lựa chọn cấu hình cần thiết để chạy mô

phỏng, từ đây có thể lựa chọn mô phỏng đang được xử lý bằng core

nào, cài đặt lại các card phần cứng đúng với yêu cầu của bài toán mô

phỏng

- Mở mô hình cần mô phỏng, sau đó kiểm tra mô hình bằng cách nhấn

chuột vào compile ( ) hoặc ấn tổ hợp phím CTRL+B Nếu mô hình

không có lỗi, thông báo mô hình đã được compile thành công sẽ hiện ra

Còn nếu mô hình có lỗi, các cảnh báo sẽ được đưa ra trên cửa sổ thông

báo

Chúng ta cần sửa các lỗi mà hệ thống đã chỉ ra cho tới khi compile được

• Tùy chỉnh các thông số của mô hình mô phỏng theo thời gian thực

- Sau khi có thông báo case đã hoàn tất mô phỏng, chúng ta có thể đi tới phần ‘run time’ và điều chính các biến đầu vào của mô hình mô phỏng,

và theo dõi các đáp ứng của hệ thống khi thay đổi kích thích đầu vào theo thời gian thực

lên gồm các biến đầu vào và đầu ra mà hệ thống có Nhấn vào thư mục của các biến chúng ta muốn can thiệp, rồi chọn phương thức mong muốn với các biến

- Ta cũng có thể chọn đáp ứng của mô hình sẽ được hiển thị dưới dạng đồ thị, bảng biểu hay đồng hồ sao cho phù hợp với nhu cầu Nếu kéo các biến trong cùng thư mục vào đồ thị/ bảng biểu của 1 biến khác, chúng ta

sẽ có 1 đồ thị/ bảng biểu duy nhất hiển thị kết quả của các biến đã được chọn

II: Chú giải về các phần tử có trong nội dung đồ án

*** Các phần tử trong lưới điện mô phỏng

• Bus

- Để tạo lập 1 bus trong RSCAD ta vào Library, tìm kiếm ‘ Bus label’ và chọn

- Sau khi kéo Bus ra phần Draft, nhấn đúp chuột vào để thiết lập thông số

mong muốn của Bus vừa tạo lập Chúng ta có thể thiết lập các thông số

sau của Bus

Ở parameter, ta có thể chọn điện áp định mức của Bus, đặt tên cho Bus,

đặt tên cho các node ( sẽ đề cập tới ở nội dung tiếp theo) của Bus, chọn

màu cho Bus và các node của Bus, chọn số lượng dây đi qua Bus

- Ở Fload flow data, ta có thể tùy chỉnh các thông số liên quan đến tính

toán trào lưu công suất

Ta có thể đặt điện áp ban đầu của Bus ( ở đơn vị PU) và góc ban đầu (

ở đơn vị độ ) bên cạnh đó ta cũng có thể đặt Bus được thiết lập là loại

nào ( PQ,PV, SLACK) để phục vụ tính toán trào lưu công suất

• Node

- Node là một nút mà tại đó RSCAD sẽ coi là một biến đầu vào, qua đó cho

phép người dùng theo dõi, điều khiển phần tử mong muốn Node bắt

buộc phải được kết nối với một phần tử trong hệ thống, khi đã kết nối

và compile thành công mô hình, tại ‘ run time signal’ sẽ xuất hiện biến

tại node chúng ta vừa tạo lập

- Chúng ta có thể tạo lập 1 node bằng cách lấy từ library hoặc nhanh

chóng hơn là từ bảng tools nhanh từ giao diện phần mềm

• Hệ thống máy phát, bộ kích từ và bộ điều tốc

** Trong phạm vi đồ án này chúng ta sử dụng máy phát MACV31, bộ kích từ

EXDC1X và bộ điều tốc HYGOV trong thư viện RSCAD

- Máy phát MACV31- Mô hình máy phát cho phép bộ kích từ và bộ điều

tốc can thiệp trong quá trình hoạt động

EF: Điện áp trong cuộn dây kích từ ở stator ( Field voltage)

IF: Dòng điện kích từ ( Field current)

VMPU: Điện áp đầu ra của máy phát

W: Tốc độ quay của rotor ( rad/s)

TM: Momen cơ của máy phát

Các thông số của máy phát mà RSCAD cho phép người dùng thiết lập bao gồm

Với các thông số định mức cơ bản của máy như tần số, điện áp giữa 2 đầu cực, công suất Ngoài ra còn có các tùy chọn về số cuộn dây rotor trục Q, dải truyền dẫn trục D, và còn nhiều tùy chọn nâng cao như tốc

độ ban đầu của rotor, chuyển đổi sai lệch momen xoắn thành dòng điện, tích hợp máy biến áp Y-D hay không ( nếu tùy chọn được kích hoạt thì

mô hình cũng mô phỏng ba nút giữa biến áp và máy phát, điều này giúp tăng hiệu quả số lượng nút có thể mô phỏng trong mạng), kích hoạt cầu dao phía stator hay không………

***Ở đây chúng ta sẽ chỉ quan tâm đến 3 thông số cơ bản là công suất, điện

áp và tần số của máy phát, những cấu hình còn lại sẽ để ở mặc định của máy phát

- Bộ kích từ EXDC1X :

Về cơ bản, nhiệm vụ của bộ kích từ là điều khiển dòng điện 1 chiều chạy qua cuộn dây ở rotor của máy phát, qua đó điều khiển được sức điện động của máy phát, giữ cho điện áp đầu cực ổn định trong suốt quá trình hoạt động của máy phát

Mô hình hàm truyền của bộ kích từ trong RSCAD

RSCAD cho phép người dùng cấu hình bộ kích từ như sau:

Ở đây chúng ta có thể điều chỉnh các cấu hình của bộ kích từ như tên,

tần số của máy phát, có tích hợp bộ PSS ( Power system stabilizer) hay

không, có tích hợp bộ bù tải hay không, có tích hợp việc khởi chạy bộ

kích từ dựa trên kết quả trào lưu công suất hay không, có muốn quan sát

các biến bên trong của bộ kích từ hay không và nhiều tùy chọn khác…

- Bộ điều tốc HYGOV

RSCAD cho phép cấu hình các thông số sau của bộ kích từ

Sau khi thiết lập xong máy phát cùng bộ kích từ và bộ điều tốc, chúng ta

đã có 1 nguồn đơn giản có thể điều khiển trong thời gian thực với RTDS

• Hệ thống truyền tải T-line

kéo chuột kết nối với phần tử mong muốn

- Khác với những phần tử khác, mô hình đường dây Tline yêu cầu người

Sau đó chúng ta bắt đầu các bước thiết lập thông số cho đường dây Ở

đây, để đơn giản và cũng là quen thuộc nhất, trong phạm vi của đồ án sẽ

chỉ sử dụng mô hình RLC data entry RTDS cho phép cấu hình các thông

số sau của đường dây:

Lưu ý rằng ta có thể nhập thông số cho đường dây dưới đơn vị Ohms

hoặc Pu bằng cách thay đổi “ Data entry format” vì vậy hãy lựa chọn đơn

vị hợp lý trước khi thiết lập đường dây phục vụ cho tính toán mô phỏng

- Để mô phỏng hệ thống truyền tải với khoảng cách lớn, RSCAD cung cấp

mô hình Tline Không giống như mô hình của máy phát và bộ điều tốc,

kích từ, mô hình đường dây truyền tải phải được xây dựng bởi 3 phần tử

riêng biệt

- A receiving end terminal(3)

+ A caculation box

Name: Một tên duy nhất nên được đặt cho mỗi t-line trong một trường hợp nhất

định Tên giống nhau nên được chỉ định cho tham số Tnam1 của hai đầu cuối dây

truyền liên quan để chúng có thể được liên kết đúng cách trong RSCAD

Dnm1: Được sử dụng để chỉ định tên tệp của tệp hằng số t-line được chuẩn bị bởi

Mô-đun T-Line Không bao gồm hậu tố tlb hoặc tlo khi chỉ định tên của tệp hằng

số dòng Tệp này nên được đặt trong cùng thư mục với tệp dft cho trường hợp

cntyp: Chỉ định loại mô hình sóng di chuyển sẽ được sử dụng Có ba lựa chọn là

“Bergeron”, “Fre−Dep” và “Fre−Phase” Ba mô hình này lần lượt đại diện cho các

mô hình Bergeron, Frequency Dependent Modal và Frequency Dependent Phase

Lưu ý: Mô hình tần số phụ thuộc vào modal, thường được xem là ít chính xác hơn

mô hình Frequency Dependent Phase, đã bị loại bỏ và không còn được hỗ trợ

pptline: Được sử dụng khi một t-line Frequency Dependent Phase cần phải được co

giãn theo chiều dài Dữ liệu dòng Bergeron từ tệp tlo hoặc tlb có thể được co giãn

theo chiều dài nhưng điều này không thể thực hiện được cho mô hình Frequency

Dependent Phase Đối với Frequency Dependent Phase cần thiết phải khởi tạo lại

file có đuôi tlo chứa thông tin về đường dây để thay đổi chiều dài đường dây khi

mô phỏng Kích hoạt pptline sẽ cho phép mở bảng ‘ Option tab’ và cho phép tạo lại file tlo

Icon: chỉnh kích thước của box trong mô hình

elimCrtlag: Cho phép căn chỉnh dòng điện và điện áp cùng pha, nếu tắt thì dòng điện sẽ chậm hơn điện áp 1 bước thời gian

+Sending/ Receiving terminal:

RTDS cho phép người dùng cấu hình các tùy chọn sau của phần terminal: Name: Một tên duy nhất phải được chỉ định cho mỗi cổng của dây truyền Tnam1: Một tên duy nhất nên được gán cho mỗi dây truyền trong một hệ thống con cụ thể Cùng một tên phải được chỉ định cho tham số ‘ Name’ của ‘ Caculation box’ của dây truyền liên quan để trình biên dịch hiểu rằng chúng được kết nối

endsr: Mô hình Tline truyền thống yêu cầu hai cổng cho dây truyền Một cổng phải được chỉ định là cổng SENDING; cổng khác phải được chỉ định là cổng RECEIVING Việc một cổng cụ thể được chỉ định là SENDING hoặc RECEIVING không ảnh hưởng đến kết quả

numc: Số dây dẫn cho đường truyền

lnbkr: Các cầu chì nhúng có thể được thêm vào mỗi cổng của đường truyền tùy chọn

enbrl: Nếu các cầu chì tích hợp được bao gồm trên một cổng cụ thể, người dùng có thể tùy chọn bao gồm một cuộn phản ứng song song với mát đất trên phía dây của cầu chì

• Máy biến áp

RTDS sử dụng mô hình UMEC( Unified magnetic equivalent circuit ) để mô hình hóa máy biến áp thay vì mô hình hình T truyền thống, ưu điểm cho

việc này là tính chính xác của mô phỏng cao vì sự hỗ cảm giữa các cuộn dây

ở các pha khác nhau và sự hỗ cảm giữa các cuộn dây trên cùng 1 pha được tính đến, tuy nhiên khối lượng tính toán sẽ tăng lên đáng kể

- Để khởi tạo máy biến áp ta vào thư viện, tìm ‘ UMEC’ và lựa chọn mô

hình máy biến áp mong muốn RTDS cho phép người dùng cấu hình các thông số sau của MBA

- Name: Tên của biến áp phải bắt đầu bằng một chữ cái DRAFT sẽ giới hạn số ký

tự là 10 Tên được chỉ định sau đó được sử dụng trong tất cả các tham chiếu chéo giữa DRAFT và Bảng Điều Khiển của Người Vận Hành Chạy

- Core: Có thể lựa chọn cấu hình lõi 3-cánh hoặc 5-cánh

- Tmva: Công suất 3 pha MVA của biến áp (trong MVA) được sử dụng để chuyển đổi các đại lượng pu thành kV, kA và Ω khi cần thiết

- V1, V2: Đánh giá điện áp hiệu rms từ dây đến dây được nhập cho cuộn dây cần xem xét Điện áp được xác định trong kV Điện áp được nhập ở đây không phải là điện áp cuộn dây, mà là điện áp hiệu rms từ dây đến dây trên phía thích hợp của biến áp

- YD1, YD2: Cấu hình cuộn dây cho các cuộn dây tương ứng được xác định bằng cách sử dụng các tham số này

- Lead: Sự dịch chuyển pha 30 độ giữa các lượng dòng tương ứng trên các phía WYE và DELTA của một biến áp có thể là trễ pha hoặc sớm pha

- f: Tần số cơ sở của hệ thống được nhập vào ở Hz

- Xl: Trở dẫn dòng dương của biến áp được yêu cầu ở đơn vị pu

- NLL: Mất mát không tải của biến áp được nhập vào ở đơn vị pu Vì trở dẫn dòng không được bao gồm trong mô hình biến áp, đã được thực hiện để xác định và chọn mất mát không tải của biến áp Mất mát này được thực hiện bằng cách xác định các trở kháng giữa các nút mà cuộn dây được kết nối và đất cục bộ

• GTAI & GTAO