Hệ thống điện thực hiện công việc chuyển đối năng lượng tự nhiên như nhiệt năng, thủy năng,... thành năng lượng điện từ các nhà máy điện. Từ đây năng lượng sẽ được chuyển tải trên trên đường dây để đưa đến các hộ tiêu thụ. Hệ thống gồm các nhà máy phát điện, máy biến áp, đường dây tải điện và các hộ phụ tải sẽ lập thành một hệ thống điện.Đặc điểm của hệ thống điện là sự cân bằng công suất: Công suất tạo ra tại các nhà máy điện sẽ cân bằng với công suất tiêu thụ tại các phụ tải, công suất tổn hao trên đường dây và thiết bị.Do hiện tượng đáp ứng tức thời và đặc điểm hằng số quán tính điện của các thiết bị điện trong hệ thống là nhỏ nên khi có hiện tượng dao động trong toàn hệ thống hay tại một điểm nào đó của hệ thống sẽ dẫn đến sự dao động của toàn hệ thống điện.Trong quá trình vận hành hệ thống điện cần phải tiến hành các công tác tính toán mô phỏng hệ thống và tính toán các quá trình quá độ và xác lập của hệ thống điện để đảm bảo cho sự vận hành tối ưu, an toàn, liên tục của hệ thống điện:Quá trình xác lập của hệ thống: tính toán phân bố công suất, điện áp, dòng điện trên các nhánh ở các chế độ làm việc khác nhau và các sơ đồ kết dây khác nhau của hệ thống. Việc này giúp cho tạo một phương thức vận hành kinh tế và chất lượng điện năng tối ưu nhất.Tính các quá trình quá độ khi có các dao động trong hệ thống: sự cố ngắn mạch, khi có sự cắt đóng tải đột ngột để có phương án bảo vệ rơle và tiến hành sa thải, huy động nguồn,...để loại trừ các dao động ảnh hưởng đến sự làm việc của hệ thống.Một phương tiện để tính toán mô phỏng các chế độ làm việc của hệ thống điện dược dùng ở nhiều nước trên thế giới là chương trình PSS E của Công ty Power Technologies, Inc (Mỹ).
1 TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ĐIỆN PSS/E Software 2 NỘI DUNG Chương 1 4 GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN 4 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN PSS /E 4 I. Giới thiệu chung: 4 II. Giới thiệu chương trình PSS /E: 5 III. Cấu trúc chường trình PSS /E: 6 1. Khả năng tính toán của chương trình: 6 2. Các file trong PSS /E: 7 IV. Các ứng dụng: 8 1. Tính phân bổ công suất:(Power Flow Calculaton) 8 2. Phân tích sự cố trong hệ thống điện: (Fault analysys) 8 3. Tính toán mô phỏng ổn định động: 9 Chương 2 10 TÍNH TOÁN PHÂN BỔ CÔNG SUẤT VÀ CÁC CHẾ ĐỘ SỰ CỐ 10 I. Tổng quan về tính toán phân bổ công suất: 10 II. Ma trận tổng dẫn của hệ thống điện: 11 III. Thuật toán tính lặp: 13 IV. Điều kiện lưới và điều kiện biên: 14 V. Điều kiện biên ở trạng thái bền: 15 1. Phụ tải: 15 2. Các điều kiện biên của máy phát: 16 VI. Điều kiện biên động: 18 1. Các danh mục của việc tính toán lưới đện: 18 2. Thông số thứ tự thuận của máy phát: 18 VII. Tính toán các chế độ sự cố: 20 1. Điều kiện tính toán: 20 2. Thuật toán tính các chế độ sự cố: 20 Chương 3 22 MÔ PHỎNG CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN TRONG CHƯƠNG TRÌNH PSS/E 22 I. Mô phỏng MBA: 22 1. Mô phỏng MBA hai cuộn dây: 22 2. Mô phỏng máy biến áp ba cuộn dây 26 II. Mô phỏng đường dây truyền tải: 34 III. Mô phỏng kháng điện: 36 Chương 4 31 NHẬP VÀ THAY ĐỔI SỐ LIỆU 31 I. Nhập dữ liệu: 31 1. Dữ liệu ban đầu: (Identification Data) 32 2. Nhập dữ liệu nút (Bus Data) 33 3 3. Nhập dữ liệu tải: (Load Data) 34 4. Nhập dữ liệu máy phát (Generator Data): 36 5. Nhập dữ liệu nhánh đường dây (Nontransformer Branch Data): 37 6. Nhập dữ liệu nhánh MBA (Transformer Branch Data): 39 II. Thay đổi dữ liệu: 44 1. Thay đổi bằng lệnh: 44 2. Thay đổi bằng menu: 46 III. Xuất dữ liệu: 46 Chương 5 47 HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN CHƯƠNG TRÌNH PSS /E 47 I. Tính phân bổ công suất: 47 1. Nạp file dữ liệu: 48 2. Thay đổi dữ liệu trong file: 49 3. Tính toán phân bổ công suất: 51 4. Xuất dữ liệu tính toán ra màn hình: 53 II. Tính toán ngắn mạch: 54 1. Lệnh SEQD: 55 2. Tính toán ngắn mạch - lệnh SCMU: 55 4 Chương 1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN PSS /E I. Giới thiệu chung: Hệ thống điện thực hiện công việc chuyển đối năng lượng tự nhiên như nhiệt năng, thủy năng, thành năng lượng điện từ các nhà máy điện. Từ đây năng lượng sẽ được chuyển tải trên trên đường dây để đưa đến các hộ tiêu thụ. Hệ thống gồm các nhà máy phát điện, máy biến áp, đường dây tải điện và các hộ phụ tải sẽ lập thành một hệ thống điện. Đặc điểm của hệ thống điện là sự cân bằng công suất: Công suất tạo ra tại các nhà máy điện sẽ cân bằng với công suất tiêu thụ tại các phụ tải, công suất tổn hao trên đường dây và thiết bị. Do hiện tượng đáp ứng tức thời và đặc điểm hằng số quán tính điện của các thiết bị điện trong hệ thống là nhỏ nên khi có hiện tượng dao động trong toàn hệ thống hay tại một điểm nào đó của hệ thống sẽ dẫn đến sự dao động của toàn hệ thống điện. Trong quá trình vận hành hệ thống điện cần phải tiến hành các công tác tính toán mô phỏng hệ thống và tính toán các quá trình quá độ và xác lập của hệ thống điện để đảm bảo cho sự vận hành tối ưu, an toàn, liên tục của hệ thống điện: - Quá trình xác lập của hệ thống: tính toán phân bố công suất, điện áp, dòng điện trên các nhánh ở các chế độ làm việc khác nhau và các sơ đồ kết dây khác nhau của hệ thống. Việc này giúp cho tạo một phương thức vận hành kinh tế và chất lượng điện năng tối ưu nhất. - Tính các quá trình quá độ khi có các dao động trong hệ thống: sự cố ngắn mạch, khi có sự cắt /đóng tải đột ngột để có phương án bảo vệ rơle và tiến hành sa thải, huy động nguồn, để loại trừ các dao động ảnh hưởng đến sự làm việc của hệ thống. 5 Một phương tiện để tính toán mô phỏng các chế độ làm việc của hệ thống điện dược dùng ở nhiều nước trên thế giới là chương trình PSS /E của Công ty Power Technologies, Inc (Mỹ). II. Giới thiệu chương trình PSS /E: PSS/E là một chương trình tính toán chuyên dụng được viết bằng ngôn ngữ FORTRAN. Để chạy được chương trình này trên máy tính của bạn phải có dung lượng đĩa 250 MB và 8 đến 16 MB RAM rãnh, đồng thời trên máy phải lắp đặt khóa phần cứng (cắm vào cổng in). PSS/E làm việc trong môi trường Window nên có các giao diện thuận tiện cho người sử dụng. Chương trình PSS /E là hệ thống các file chương trình và dữ liệu có cấu trúc để thực hiện các công việc tính toán mô phỏng hệ thống điện: - Tính toán phân bổ công suất. - Tính toán hệ thống khi xảy ra các sự cố. - Tính toán các mô hình tương đương. - Phân tính ổn định của hệ thống điện. Chương trình PSS /E dựa trên các lý thuyết về năng lượng để xây dựng các mô hình cho các thiết bị trong hệ thống điện. Việc mô hình hóa các thiết bị và thực hiện tính toán phụ thuộc rất nhiều vào giới hạn của các thiết bị tính toán. Trước kia, do các máy tính có khả năng còn hạn chế nên việc tính toán trở nên khó khăn, chỉ thực hiện đối với các hệ thống nhỏ và độ tin cậy tính toán không cao. Ngày nay, với các kỹ thuật hiện đại, máy tính có các tiện nghi như bộ nhớ ảo, bộ nhớ phân trang và tốc độ tính toán rất lớn nên việc tính toán mô phỏng trở nên dể dàng và hiệu quả hơn. Các bước được sử dụng trong PSS /E để tiến hành mô phỏng và tính toán các quá trình xảy ra trong hệ thống là: 1/ Phân tích các thiết bị vật lý (đường dây truyền tải, máy phát, máy biến áp, bộ điều tốc, rơle, ) để thực hiện việc mô phỏng và tính toán các thông số đặc trưng và hàm truyền của nó. 2/ Chuyển các mô hình vật lý đã được nghiên cứu thành dữ liệu đầu vào cho chương trình PSS /E. 6 3/ Sử dụng các chương trình của PSS /E để xử lý dữ liệu, thực hiện tính toán và in kết quả. 4/ Chuyển đổi kết quả tính toán thành các thông số cho các thiết bị thực đã dùng để mô phỏng trong bước 1. III. Cấu trúc chường trình PSS /E: Chương trình PSS /E có các file dữ liệu gọi là Working File và các lệnh tính toán gọi là Activities. 1. Khả năng tính toán của chương trình: Chương trình sẽ mô phỏng các thiết bị, và trong hệ thống điện thì các thiết bị được kết nối với nhau qua các nút gọi là các Bus. Khả năng tính toán tối đa của chương trình như sau: Mô hình cho tính phân bổ công suất: Buses 2000 Generating Buses 3600 Branches 24000 Generators 4000 Transformers 4800 DC transmission Links 20 Interchange Areas 100 Zero Sequence Mutual Couplings 3000 Branches Per Mutual Coupling Group 121 Zones 999 7 Mô hình cho mô phỏng ổn định động: Buses 12000 Machines 4000 Branches 24000 Transformers 4800 State Variables 32000 Constants 80000 Variables 32000 Output Channels 8000 ICON’s 30000 2. Các file trong PSS /E: a. Phân loại: Trong PSS/E các file đuợc chia thành các lớp như sau: - Working files. - Data input files. - Output listing files. - Channel output files. - Saved case and snapsot files. b. Working files: Các file này là các file có dạng nhị phân, chứa các lệnh của PSS /E, khi thực hiện các lệnh của PSS /E thì nó sẽ tự động gọi đến các file đó. Người sử dụng không cần biết đến tên và cấu trúc của file này nhưng cần phải nắm vững cách sử dụng của các lệnh tương ứng. Tên và chức năng chung của các file làT: 8 - LFWORK : Chứa dữ liệu đầy đủ của phân bổ công suất, và được tham khảo đến như một phần của Working file. - FMWORK : Chứa Working file cho tất cả các công việc liên quan đến sự phân tích ra hệ thống các ma trận mở rộng. - SCWOR : Các file dùng cho vệc phân tích sự cố. - DSWOR : File xuất phát cho các lệnh mô phỏng ổn định động. c. Các file dữ liệu đầu vào cho PSS /E: Chương trình phải chấp nhận một khối lượng lớn dữ liệu từ các nguồn bên ngoài. Các dữ liệu này sau đó phải được định dạng lại và đưa thẳng vào Working files của PSS /E bằng các lệnh READ, TREA, DYRE. Các file này sau đó sẽ là nguồn dữ liệu vào, cung cấp số liệu cho chương trình làm việc. Tập hợp các file đầu vào từ các nguồn bên ngoài mà chương trình có thể hiểu và chuyển thành các file dữ liệu định dạng bởi chương trình và được xử lý bằng các lệnh của chương trình. d. Các file hiển thị ra: Phần lớn các lệnh trình bày của PSS /E sẽ viết các dữ liệu cần trình bày ra các fle có tên hoặc ra máy in. Các file này có thể xử lý bằng các trình quản lý file chuẩn của máy tính. e. Các file kênh đầu ra: Là những file ở dạng nhị phân, chỉ được hiểu và xử lý bởi các lệnh trong phần mô phỏng ổn định động (PSSPLT). IV. Các ứng dụng: 1. Tính phân bổ công suất:(Power Flow Calculaton) Yêu cầu tính toán: Cho nhu cầu phụ tải ở tất cả các thanh cái của hệ thống điện và công suất phát của các nhà máy trong hệ thống. Tính phân bổ công suất trên tất cả các đường dây và máy biến áp trong hệ thống. 2. Phân tích sự cố trong hệ thống điện: (Fault analysys) 9 Cho phép tính toán chế độ làm việc của hệ thống ở tình trạng sự cố như: các dạng ngắn mạch, đứt dây, ở bất cứ điểm nào trong hệ thống điện. Phục vụ cho công việc tính toán chỉnh định rơle và tự động hoá trong hệ thống điện. 3. Tính toán mô phỏng ổn định động: Như ta đã biết, mỗi hệ thống điện, thiết bị điện có một khả năng tải nhất định. Khi có các dao động lớn thì hệ thống điện có thể xảy ra các dao động lớn dẫn đến làm mất ổn định của hệ thống. Chương trình PSS /E cho phép tính toán mô phỏng các chế độ làm việc của hệ thống khi có những dao động lớn xảy ra. Từ kết quả tính toán, cho phép kỹ sư điều hành cáo biện pháp khắc chế nguy cơ tan rã hệ thống do mÊt æn ®Þnh. 10 Chương 2 TÍNH TOÁN PHÂN BỔ CÔNG SUẤT VÀ CÁC CHẾ ĐỘ SỰ CỐ I. Tổng quan về tính toán phân bổ công suất: Vấn đề tính toán phân bổ công suất dựa vào trạng thái làm việc cân bằng của hệ thống điện. ở trạng thái này, điện áp thứ tự nghịch và không là bằng không, việc tính toán chỉ thực hiện với mô hình thứ tự thuận của tất cả các thành phần của hệ thống. Dữ liệu đầu vào cơ bản của việc tính toán phân bổ công suất là: - Tổng trở đường dây và tổng dẫn. - Tổng trở MBA và các tỉ số phân áp. - Các thiết bị bù tỉnh như tụ, cuộn kháng điện. - Nhu cầu phụ tải ở các thanh cái (BUS) của hệ thống. - Độ lớn điện áp hoặc công suất phản kháng ở các nhà máy điện. - Công suất phản kháng Max, min ở các nhà máy điện. Yêu cầu tính toán phải đạt: - Điện áp ở tất cả các thanh cái (trừ các thanh cái đặc biệt). - Góc pha của điện áp. - Công suất phản kháng đưa ra từ các nhà máy điện. - Phân bổ công suất tác dụng, phản kháng và dòng điện qua tất cả các đường dây và MBA. Hệ thống các đường dây truyền tải và các MBA được mô tả bằng công thức tuyến tính: I n =Y nn V n (5.1) Trong đó: I n : Vecto dòng điện thứ tự thuận từ các nút của hệ thống (BUS) chạy vào hệ thống. V n : Vecto điện áp thứ tự thuận tại các nút của hệ thống. Y nn : Ma trận tổng dẫn của hệ thống. [...]... mà người sử dụng điện chọn để nối với hệ thống, và luôn không tuyến tính Việc không tuyến tính của điều kiện biên bắt buột phải sử dụng các thủ tục lặp để tính toán phân bổ công suất Có thể sử dụng phương pháp lặp để tính cho cả các điều kiện lưới và điều kiện biên Năm thủ tục tính lặp được cung cấp trong PSS /E là: - Phương pháp Gauss - Seidel và Gauss - Seidel sửa đổi tính cả điền kiện hệ thống và... khi tính mạch điện ở chế độ sự cố, cần phải tính mạch điện ở chế độ xác lập (t-) Với các nguồn áp xem như không đổi khi xảy ra sự cố (t) và trong quá trình quá độ (t+) Các xác lập ban đầu của điện áp tại các thanh cái được lấy ở thời điểm t - 2 Sử dụng công thức (5.1) để tính toán các vecto dòng điện mới In: in=Ynnvn Trong đó Ynn là ma trận tổng dẫn của hệ thống điện trong chế độ sự cố (hệ thống đã tích. .. mục của việc tính toán lưới đện: Việc tính toán trào lưu công suất sẽ khảo sát hệ thống điện ở chế độ ổn định, tức là quá trình xảy ra trước thời điểm t, gọi là t - Các chế độ nhiểu loạn được bắt đầu tại thời điểm t và ngay sau t sẽ xảy ra quá trình quá độ của hệ thống điện (t+) 2 Thông số thứ tự thuận của máy phát: Thông số máy phát dùng để tính toán sự đóng /cắt, ổn định động sẽ sử dụng mạch tương... biên trong quá trình tính toán mà thích hợp hơn là dùng nó để kết hợp phụ tải với thông số tổng dẫn của đường dây trong mô hình hệ thống điện 15 d Phụ tải tổng hợp: Tất cả các tính toán cuả PSS /E cho phép phụ tải ở mỗi nút là tổng hợp của nhiều phụ tải mà mỗi phụ tải được biểu diễn bằng 1 trong 3 đặc tính như trên Đặc tính tổng hợp trở thành điều kiện biên sử dụng trong các tính toán lặp trào lưu công... Sức điện động Thevenin của máy phát nối với Bus k vk, ik : vecto điện áp và dòng điện qua máy phát ở Bus k Zsource.k : Tổng trở của bộ máy phát nối với Bus k tính ra vecto điện áp mới vk 4 Quay lại bước 2 và lặp lại chu kỳ cho đến khi nó hội tụ đến một giá trị dòng điện không thay ®æi in 21 Chương 3 MÔ PHỎNG CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN TRONG CHƯƠNG TRÌNH PSS/E Hệ thống điện được hợp thành từ nhiều phần. .. trên một đơn vị chiều dài như: điện trở tác dụng r0L, điện kháng x0L, điện dẫn phản kháng b0L từ đó ta tính được điện trở RL, điện kháng XL, điện dẫn phản kháng BL của đường dây 34 ZL = RL + jXL YL/2 = (GL + jBL)/2 YL/2 = (GL + jBL)/2 *Điện trở RL của đường dây: RL = r0L.l Trong đó RL tính bằng đơn vị Ohm () r0L tính bằng đơn vị Ohm /km (/km) l chiều dài của đường dây tính bằng đơn vị km Chuyển sang... truyền tải được mô phỏng bằng một điện trở R L, điện kháng XL, điện dẫn tác dụng GL và một điện dẫn phản kháng BL , nó được mô hình hoá dưới dạng hình p với tổng trở ZL = RL + XL đặt tập trung ở giữa còn tổng dẫn YL = GL + BL được chia làm hai phần bằng nhau và đặt ở hai đầu đường dây Đối với đường dây trên không điện áp 110, 220kV thường không xét đến điện dẫn tác dụng GL Thông thường nhà sản xuất... thành phần không nằm trên đường chéo của ma trận điện dẫn Ynn là khác 0 Tỉ số số bus /số nhánh làm cho ma trận tổng dẫn rất thưa trong ví dụ này là 2000/8000 =20% thành phần không nằm trên đường chéo của ma trận Ynn là khác 0 Trong chương trình PSS /E, có sự kết hợp một cách kinh tế giữa hệ số thưa thớt của ma trận tổng dẫn với việc quản lý bộ nhớ máy tính III Thuật toán tính lặp: Việc tính toán phân. .. phát Hình 5.8 19 VII Tính toán các chế độ sự cố: 1 Điều kiện tính toán: - Máy phát điện được mô hình hóa dạng nguồn áp Thevenin - Phụ tải được mô hình hóa dạng tổng trở trong các thứ tự thuận và ngược Trong thứ tự không, phụ tải xem như hở mạch 2 Thuật toán tính các chế độ sự cố: Khi tính toán các chế độ sự cố dùng mô hình tương đương thứ tự thuận, ngược và không cho hệ thống điện Mạch tương đương... dây), đường dây truyền tải, tụ điện, kháng điện Muốn làm việc trong chương trình PSS /E ta phải mô phỏng các phần tử đó I Mô phỏng MBA: 1 Mô phỏng MBA hai cuộn dây: MBA 2 cuộn dây được mô phỏng bằng một điện trở RB, điện kháng XB và một điện dẫn phản kháng BB (ở đây ta bỏ qua điện dẫn tác dụng GB sinh ra do tổn thất công suất tác dụng trong lõi thép của máy biến áp do dòng điện Foucault sinh ra) Ngoài