Ứng dụng phần mềm ETAP trong công nghệ lưới điện thông minh

60 NGUYỄN NHÂN BỔN LÊ VĂN ĐẠI ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ETAP TRONG CÔNG NGHỆ LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ******************* TS NGUYỄN NHÂN BỔN TS LÊ VĂN ĐẠI ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ETAP TRONG CÔNG NGHỆ LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – NĂM 2020 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ETAP TRONG CÔNG NGHỆ LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH NGUYỄN NHÂN BỔN, LÊ VĂN ĐẠI Chịu trách nhiệm xuất nội dung TS ĐỖ VĂN BIÊN Biên tập NGUYỄN THỊ NGỌC ANH Sửa in PHƯỚC HUỆ Trình bày bìa TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM Website: http://hcmute.edu.vn Đối tác liên kết – Tổ chức thảo chịu trách nhiệm tác quyền TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM Website: http://hcmute.edu.vn NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Phịng 501, Nhà Điều hành ĐHQG-HCM, phường Linh Trung, quận Thủ Đức, TP Hồ Chí Minh ĐT: 028 6272 6361 - 028 6272 6390 E-mail: vnuhp@vnuhcm.edu.vn Website: www.vnuhcmpress.edu.vn VĂN PHÒNG NHÀ XUẤT BẢN PHÒNG QUẢN LÝ DỰ ÁN VÀ PHÁT HÀNH Tòa nhà K-Trường Đại học Khoa học Xã hội & Nhân văn, số 10-12 Đinh Tiên Hoàng, phường Bến Nghé, Quận 1, TP Hồ Chí Minh ĐT: 028 66817058 - 028 62726390 - 028 62726351 Website: www.vnuhcmpress.edu.vn Nhà xuất ĐHQG-HCM tác giả/ đối tác liên kết giữ quyền© Copyright © by VNU-HCM Press and author/ co-partnership All rights reserved ISBN: 978-604-73-7792-3 Xuất lần thứ In 250 cuốn, khổ 16 x 24 cm, XNĐKXB số: 2442-2020/CXBIPH/453/ĐHQGTPHCM QĐXB số 116/QĐ-NXB ĐHQGTPHCM, cấp ngày 29/6/2020 In tại: Công ty TNHH In & Bao bì Hưng Phú Đ/c: 162A/1, KP1A, P An Phú, TX Thuận An, Bình Dương Nộp lưu chiểu: Quý III/2020 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ETAP TRONG CÔNG NGHỆ LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH NGUYỄN NHÂN BỔN, LÊ VĂN ĐẠI Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM, NXB ĐHQG-HCM TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm bảo hộ Luật Xuất Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam Nghiêm cấm hình thức xuất bản, chụp, phát tán nội dung chưa có đồng ý Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Tác giả ĐỂ CÓ SÁCH HAY, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! LỜI MỞ ĐẦU Trong thời buổi được xem là thời kỳ Cách mạng công nghiệp lần hiện nay, vai trò của những ứng dụng tự động, phần mềm hỗ trợ người việc tính toán, thiết kế kỹ thuật càng trở nên cần thiết Điểm ưu việt dễ nhận thấy cả là máy tính sẽ tính nhanh người và độ chính xác rất cao Có những phần mềm hỗ trợ những bài toán đơn giản, có những phần mềm lại có rất nhiều ứng dụng chuyên sâu và quy mô rộng rãi nhiều dạng bài toán phức tạp đặt Đối với các ngành kỹ thuật nói chung, cả quá trình học tập hay làm việc thì việc tính toán hầu là xuyên suốt Đối với những bài toán đơn giản thì sẽ dễ dàng kiểm định lại tính chính xác, độ tin cậy của thông số tính toán được Còn đối với những bài toán nhiều số liệu liên kết với và quy mô phức tạp thì việc “sai một ly, một dặm” là điều không hiếm, và việc kiểm tra tính chính xác cũng mất nhiều thời gian Trong bộ môn Điện Công nghiệp có rất nhiều bài toán thế Chính vì lý đó mà có nhiều phần mềm đời hỗ trợ tính toán thiết kế điện Matlab, Ecodial, PowerSim, Etap,… và ETAP là phần mềm mà chúng thực hiện nghiên cứu, tìm hiểu các tiện ích đó ETAP là một những phần mềm ưu việt tính toán thiết kế hệ thống điện và nhiều ứng dụng khác được thiết kế bởi tập đoàn Operation Technology Inc ở thành phố Irvine, California, Mỹ Phần mềm này có thể hỗ trợ truy xuất kết quả tính toán để người thiết kế có thể cứ áp dụng hoặc đối chiếu với kết quả tính toán bằng phương thức tự tính toán TS Nguyễn Nhân Bổn phụ trách chương 1, 2, 3, 6, TS Lê Văn Đại phụ trách chương 4, Quá trình tìm hiểu phần mềm này sách chúng chỉ tập trung vào một số ứng dụng rất nhiều ứng dụng được tích hợp đó cùng với những kiến thức đã học được môn học cung cấp điện và hệ thống điện, sau đó là kết luận những gì rút được quá trình nghiên cứu đó Chính vì vậy sẽ không thể tránh khỏi sai sót Rất mong nhận được đóng góp của quý thầy, cô để chúng có thể hoàn thiện kiến thức và khai thác hiệu quả các ứng dụng này tương lai Mọi ý kiến đóng góp xin gởi về: TS Nguyễn Nhân Bổn; TS Lê Văn Đại Email: bonnn@hcmute.edu.vn; lvd160178@gmail.com MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM ETAP Tổng quát phần mềm ETAP Các thành phần giao diện ETAP .9 Quản lý liệu ETAP 11 CHƯƠNG 2: CHỌN CÁP HẠ ÁP VÀ TRUNG ÁP Cơ sở lý thuyết 13 1.1 Khái nhiệm chung 13 1.2 Cáp mạng phân phối 13 1.3 Phương pháp lựa chọn dây/cáp mạng phân phối cao áp 14 Chủng loại cáp (CADIVI) 15 2.1 Cáp vặn xoắn hạ áp LV-ABC .15 2.2 Dây cáp điện lực CV 15 2.3 Dây cáp điện lực 2, 3, ruột CVV .15 2.4 Dây đơn sợi (nhiều sợi) VC 15 Phương pháp lựa chọn .15 3.1 Lựa chọn dây dẫn theo điều kiện phát nóng 16 3.1.1 Xác định tiết diện cáp không chôn đất 16 3.1.2 Xác định tiết diện cáp chôn ngầm đất .16 3.2 Chọn dây dẫn kết hợp với chọn thiết bị bảo vệ 17 3.2.1 Chọn dây dẫn kết hợp với chọn CB 17 3.3 Kiểm tra theo điều kiện tổn thất điện áp ổn định nhiệt 17 3.3.1 Kiểm tra theo tổn thất điện áp 17 3.3.2 Kiểm tra theo điều kiện ngắn mạch 19 Ứng dụng phần mềm ETAP 20 4.1 Giới thiệu thư viện cáp ETAP 21 4.2 Tiêu chuẩn áp dụng 21 4.3 Trang thông tin 22 4.4 Mơ ví dụ ETAP .22 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN DÂY DẪN CHO ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI TRÊN KHÔNG Các tính tốn cần thiết 28 Ứng dụng phần mềm ETAP tính tốn lựa chọn dây dẫn cho đường dây truyền tải không 28 CHƯƠNG 4: MÁY PHÁT TUABIN GIÓ Tổng quan lượng gió 37 1.1 Thực trạng lượng môi trường .37 1.2 Ưu điểm lượng gió 39 1.3 Nhược điểm lượng gió 39 1.4 Sự liên quan công suất độ cao .40 Mơ máy phát tuabin gió ETAP 41 2.1 Phân tích ổn định động 41 2.2 Thanh cơng cụ phân tích ổn định động 42 2.3 Mơ ví dụ ETAP 44 CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP Cơ sở lý thuyết 54 1.1 Tính tốn cơng suất phụ tải 54 1.2 Tính tốn dung lượng máy biến áp theo sơ đồ phân bố phụ tải mạng điện 54 1.3 Tính toán dung lượng máy biến áp theo đồ thị phụ tải 55 Lựa chọn máy biến áp 58 Ứng dụng ETAP chọn máy biến áp 58 3.1 Thẻ Rating (thông số biến áp) 58 3.2 Thẻ thông số trở kháng máy biến áp (Impedance) .62 3.3 Thẻ nối đất (Grounding) 63 3.4 Thẻ định kích thước biến áp (Sizing) 65 CHƯƠNG 6: TỐI ƯU LẮP ĐẶT TỤ BÙ Cơ sở lý thuyết 69 1.1 Lợi ích việc bù công suất phản kháng 69 1.2 Lý thuyết bù kinh tế 70 Tổng quan chức tính tốn lắp đặt tụ bù ETAP 72 2.1 Tổng quan về chế độ tính toán tối ưu tụ bù của ETAP 73 2.2 Chỉnh sửa Study Case của chế độ OCP .73 2.2.1 Thẻ Info 74 2.2.2 Thẻ Voltage Constraint .75 2.2.3 Thẻ Capacitor .76 2.3 Phương thức tính toán 77 Ví dụ - áp dụng mơ ETAP .78 CHƯƠNG 7: PHỐI HỢP VÀ BẢO VỆ QUÁ DÒNG MẠNG ĐIỆN Phối hợp bảo vệ các relay quá dòng 82 1.1 Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh (chức 50 hay 50N) 82 1.2 Bảo vệ quá dòng điện cực đại (chức 51 hay 51N) 84 1.2.1 Phối hợp thời gian các đặc tính độc lập .85 1.2.2 Phối hợp thời gian các đặc tính phụ thuộc 86 1.3 Ứng dụng ETAP vào tính tốn bảo vệ mạng điện 87 1.3.1 Tổng quát chức tính toán phối hợp bảo vệ 87 1.3.2 Thanh công cụ 87 1.3.3 Chỉnh sửa Study Case 89 Ví dụ - áp dụng mô ETAP .91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 95 Chương PHỐI HỢP VÀ BẢO VỆ QUÁ DỊNG MẠNG ĐIỆN PHỚI HỢP BẢO VỆ CÁC RƠ LE QUÁ DÒNG Trên đường dây, có các thiết bị bảo vệ mà vùng bảo vệ riêng biệt thì không cần xét đến phối hợp bảo vệ Còn nếu có các vùng bảo vệ chồng lấn lên thì cần xem xét phối hợp bảo vệ để đảm bảo tác động có chọn lọc 1.1 Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh (chức 50 hay 50N) Hình 7.1 Vùng bảo vệ của các bảo vệ cắt nhanh Rơ le R1, R2 với Kat=1.2 Để đảm bảo tính chọn lọc, bảo vệ cắt nhanh của rơ le R1 và R2, hay vùng bảo vệ của chúng không trùng lắp hệ số an toàn là 1.2 Vùng bảo vệ cắt nhanh của rơ le R1 là đoạn 1P Còn vùng bảo vệ cắt nhanh của rơ le R2 là đoạn 2Q Hai vùng bảo vệ này không giao nên phối hợp bảo vệ giữa rơ le R1 và R2 là không cần thiết Nhờ đó mà thời gian chỉnh định cho rơ le R1 và R2 có thể rất bé và độc lập Tuy nhiên chúng có vùng chết tồn tại: Vùng chết của rơ le R1 là đoạn P2, còn vùng chết của rơ le R2 là đoạn Q3 Phân tích các trường hợp sự cố khác nhau: Khi sự cố xảy tại Fx đoạn 1P hay tại Fy đoạn 2Q thì bảo vệ cắt nhanh của rơ le R1, R2 sẽ cắt nhanh tương ứng với thời gian tR1 và tR2 để cô lập sự cố 82 a) Thời gian cắt nhanh của rơ le R1 b) Thời gian cắt nhanh của rơ le R2 Hình 7.2 Thời gian cắt nhanh của rơ le R1&R2 Khi sự cố xảy tại Fm đoạn P2 hay tại Fn đoạn Q3 thì bảo vệ cắt nhanh của R1, R2 không thể tác động vì nằm ở vùng chết của chúng a) Rơ le R1 không tác động b) Rơ le R2 khơng tác đợng Hình 7.2 Rơ le R1&R2 khơng tác động Nếu rơ le R1 và R2 có hệ số an toàn nhỏ hoặc bằng thì vùng bảo vệ của chúng sẽ trùng lắp Cho nên, phối hợp thời gian giữa chúng phải được thực hiện Điều này làm mất tính tác động nhanh của bảo vệ cắt nhanh Phân tích trường hợp sự cố xảy tại Fx đoạn 2P Nếu cả hai bảo vệ cắt nhanh của R1 và R2 đều chỉnh tác động tức thời thì chúng cùng cắt Điều này làm mất điện cả đường dây 12 và 23 83 Hình 7.3 Vùng bảo vệ của các chức bảo vệ cắt nhanh với Kat