PHẦN MỀM TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN

Nội dungGiới thiệu chungBài toán trào lưu công suất (POWERWORLD, PSSE tính toán cho lưới truyền tải, PSSADEPT – Tính toán cho lưới điện phân phối)Bài toán ổn định quá độ (POWERWORLD, PSSE (tính toán cho lưới truyền tải)Bài toán quá độ nhanh ( Fast transient EMTP RV)

PHẦN MỀM TÍNH TOÁN

HỆ THỐNG ĐIỆN

Ts NGUYỄN Đăng Toản

Khoa HTĐ-ĐHĐL Email: toannd@epu.edu.vn

Tel:

 Nội dung

 Giới thiệu chung

 Bài toán trào lưu công suất (POWERWORLD, PSS/E -tính

toán cho lưới truyền tải, PSS/ADEPT – Tính toán cho lưới

điện phân phối)

 Bài toán ổn định quá độ (POWERWORLD, PSS/E (tính

toán cho lưới truyền tải)

 Bài toán quá độ nhanh ( Fast transient -EMTP RV)

Các yêu cầu với sinh viên

1.1 Sự phát triển của HTĐ và sự cần thiết PMTTHTĐ

IPP

Đường dây Liên lạc

Hệ thống khác

MV/LV

Tải công nghiệp Tải công

1.2 Các loại hiện tượng xảy ra trong HTĐ

 Phân loại các hiện tượng theo thời gian

Điều chỉnh tải ngày

10 -7 10 -6 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 0.1 1 10 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7

Khoảng thời gian (giây: s)

Quá độ điện từ

Quá độ điện cơ

Bài toán offline

PSS/E,

EUROSTAG, DIGISLENT…

1.2 Các loại hiện tượng xảy ra trong HTĐ

 Ví dụ: khi nghiên cứu ổn định các phần tử trong HTĐ

MBA tự động điều áp dưới tải

Đóng cắt tụ điện Q/tr động của động cơ điện

Điều khiển bộ tua bin-máy phát

1.3 Vấn đề cần quan tâm khi chọn PMTTHTĐ

 Mô hình và phương pháp toán học

 Tuyến tính và phi tuyến

 Tiêu chuẩn tĩnh và động

 Thông số tổng hợp và thông số dải

 Liên tục và rời rạc

 Liên tục

 U=Umaxsin

 I=Imaxsin(+)

1 Giới thiệu chung

1.3 Vấn đề cần quan tâm khi chọn PMTTHTĐ

 Các phương pháp phân tích

 Phân tích chế độ xác lập:

 Xác định trào lưu công suất, dòng điện, điện áp, tổn thất…

 Phương pháp giả xác lập: tính toán ngắn mạch, và sóng hài.

 Phân tích quá trình quá độ:

 Mô phỏng sự làm việc theo thời gian thực, bao gồm các mô hình phi tuyến, sự mất cân bằng điện kháng, thông số phụ thuộc tần số…

 Kiểm tra xem HTĐ có mất ổn định, thậm chí tan rã khi trải qua các kích động và để xác định giới hạn vận hành của HTĐ

1.3 Vấn đề cần quan tâm khi chọn PMTTHTĐ

 Các dạng mô phỏng

 Môi trường mô phỏng

MPĐ hoặc mô phỏng sụp đổ điện áp khi có kích động.

quá điện áp phục hồi khi có sét đánh, bão hòa mạch từ trong MBA khi NM

 Các thiết bị trong thư viện

 Sự thân thiện người-máy

 Sự tuân theo các tiêu chuẩn

1 Giới thiệu chung

 Miễn phí:

 Do các trung tâm nghiên cứu phát

triển, số lượng mô hình ít, khó dùng, nhưng miễn phí

2.1 Các vấn đề chung của bài toán trào lưu công suất

 Cần thiết cho mọi các bài toán khác

 Qui hoạch

 Thiết kế

 Vận hành

 Các bài toán nghiên cứu khác

 Cho biết các thông tin

 U (V), I(A), , P (MW), Q (MVAr) trên các nhánh, tổn thất,…

2.1 Các vấn đề chung của bài toán trào lưu công suất

 Yêu cầu tính toán các thông số

 P, Q, V, 

 Thường biết 2 trong 4 thông số, phải tính 2 thông số còn lại

 Các loại nút

 Nút cân bằng: cho biết modul V và  cần tìm P,Q ( nút này thường là

nút nhà máy điện)- Slack hay Swing bus Trong HTĐ thường chỉ có một nút cân bằng

 Nút PV: hay còn gọi là nút điều chỉnh điện áp, biết P, V, cần tính Q, 

Thường là nút nhà máy điện hoặc nút có máy bù, tụ bù, FACTS

 Nút PQ: thường là nút phụ tải, biết PQ, cần tính V và , số lượng nút

PQ là nhiều nhất trong HTĐ

 MBA thông thường

 Có bộ phận điều áp dưới tải

 Máy phát điện

 Cơ bản/Chi tiết

 Thiết bị điều khiển, kích

2 Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất

 Đ/d ngắn mô hình tập trung/ Đ/d dài thông số dải

 Các mô hình đường dây khác

 Đường dây có tụ bù dọc

 Đường dây có kháng bù ngang

 Đường dây có tụ bù ngang

 Các đường dây có thiết bị bù linh hoạt FACTS

2.2.1 Đường dây tải điện

G B

X R

G B

 Ví dụ về một số loại cột

Ví dụ về: FACTS

Điện cực

Bộ lọc xoay chiều

Bộ biến đổi

Ví dụ về HVDC link

 Ví dụ về HVDC-Light

2.2.2 Phụ tải điện

2.2.3 Máy biến áp

2 Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất

 Trong tính toán trào lưu

công suất, MBA được biểu

diễn bởi mô hình pi thông

 Giả thiết MBA không có bù

j x

IaI

Va

1V

yI

t i

t

* t

t t

j

i

V

Va

ya

yy

II

2 Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất

2.2.4 Máy phát điện

 Khi tính trào lưu công suất:

 MPĐ như là một nguồn bơm công suất tác dụng và phản

kháng

 Khi tính tối ưu:

 Đặc tính tiêu hao nhiên liệu

 Khi tính toán ngắn mạch:

 Số liệu tổng trở, thuận, nghịch thứ tự không

 Khi tính toán quá trình động:

 Mô hình chi tiết tùy loại MPĐ

 Các mô hình thiết bị điều khiển tự động

2.2.4 Máy phát điện

2 Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất

n

0 j

ij ii

y Y

Y

i j voi y Y

3.2 Phương pháp tính toán: Gauss-Seidel

 Là phương pháp lặp dùng để tính toán nghiệm của pt

đại số phi tuyến: f(x)=0

 Biến đổi dưới dạng: x=g(x)

 Nếu gọi x(k) là nghiệm dự đoán ban đầu, thì nghiệm tại

bước lặp tiếp theo là:

 x(k+1) =g(x(k) )

 Nghiệm cuối cùng nhận được khi mà sai số giữa hai

bước lặp nhỏ hơn sai số  cho phép

  x(k+1) - x(k)  

3 Bài toán trào lưu công suất

3.2 Phương pháp tính toán: Gauss-Seidel

 Bước lặp tiếp theo: x (2) = g(x (1) )= g(2,222)=-1/9(2,222) 3 +6/9(2,222) 2 +4/9=2,5173

 Tương tự như vậy đến bước lặp tiếp theo: 2,8966, 3,7398, 3,9568, 3,9933 và

4,000

 Như vậy: G-S cần nhiều bước lặp để đạt đến sai số cần thiết, và

nghiệm phụ thuộc vào giá trị dự đoán ban đầu, ( nếu x (0) =6 thì có thể

không hội tụ

 Người ta có thể tăng tốc bằng hệ số : x(k+1) =x(k) +  [g(xg(x(k) )- x(k) ]

3.2 Phương pháp tính toán: Gauss-Seidel

 Nếu có n phương trình và n biến

 Quá trình lặp diễn ra tương tự với giá trị ban đầu: (x 1(0) , x 2(0) ,…, x n(0) )

và giá trị bước lặp tiếp theo tính bởi (**) (x 1(1) , x 2(1) ,…, x n(1) )

 Cũng có thể dùng hệ số tăng tốc : xi (k+1) =xi (k) + [g(xxi_tinh toan (k+1) –xi (k) ]

3 Bài toán trào lưu công suất

3.2 Phương pháp tính toán: Gauss-Seidel

j ij n

0 j

ij i

I

* i

i

i i

* i i i

i

V

jQ

P I

I V jQ

V V

jQ

P

1 j

ij n

0 j

ij i

* i

3.2 Phương pháp tính toán: Gauss-Seidel

 Khi tính toán trào lưu công suất, ta phải giải hệ phương trình

phi tuyến, với mỗi nút có hai biến chưa biết, nếu dùng

Gauss-seidel thì ta giải cho Vi

 Với yij là tổng dẫn nhánh, Pisch, Qisch là c/s tác dụng và phản

kháng tại nút i Nếu là nút máy phát thì Pisch, Qisch là công suất

bơm vào nút i có giá trị dương, còn nút phụ tải thì Pisch, Qisch

là công suất lấy từ nút i , có giá trị âm

i j

voi y

V

y V

jQ P

V

ij

) k ( j n

1 j

ij )

k (

* i

sch i

sch i )

1 k (

voi y

V

y V

jQ P

V

ij

) k ( j n

1 j

ij )

k (

* i

sch i

sch i )

1 k (

3.2 Phương pháp tính toán: Gauss-Seidel

 Sau khi tính được Vi thì ta có thể tính được công suất tại các

nút

 Lưu ý là: nên phương trình trên trở thành

i j

voi V

y y

V V

Im Q

i j

voi V

y y

V V

R P

) k ( j n

1 j

ij n

0 j

ij

) k ( i

) k (

* i

) 1 k ( i

) k ( j n

1 j

ij n

0 j

ij

) k ( i

) k (

* i

) 1 k ( i

ij

Y   

i j voi V

Y Y

V V

R P

n

) k ( j n

i

j 1 j

ij ii

) k ( i

) k (

* i )

1 k ( i

3.2 Phương pháp tính toán: Gauss-Seidel

 Các chú ý: Ở điều kiện làm việc bình thường thì điện áp của các nút

xấp xỉ 1(hoặc gần với nút cân bằng), điện áp các nút tải thường nhỏ

hơn điện áp nút cân bằng một chút tùy thuộc vào công suất phản

kháng của tải, các góc pha của nút tải cũng nhỏ hơn góc pha của nút

cân bằng

 Đối với nút P-Q, thì P isch và Q isch là biết trước, Đối với nút P-V thì

chỉ Pisch và modul Vi là biết trước, cần phải tính Qi(k+1) và sau đó

tính Vi(k+1) tuy nhiên thì phần Vi biết trước, chỉ phần ảo của Vi giữ

lại, còn phần thực cần tính sao cho

 (k 1) 2 i

2 i

) 1 k

( i

2 i

2 ) 1 k

( i

2 ) 1 k

( i

f V

e

V f

3.3 Phương pháp tính toán: Newton-Raphson

 Được dùng rộng rãi để tính toán nghiệm của phương trình đại

số phi tuyến f(x)=c

 Nếu gọi x(0)là nghiệm ban đầu, và x(0) là sai số từ nghiệm

đúng khi đó ta có

 f(x(0)+ x(0) )=c

 Khai triển theo chuỗi Taylor ta có

 Nếu coi x(0) là rất nhỏ thì các thành phần bậc cao có thể bỏ

1 x

dx

df x

) 0 ( 2

2 )

0 (

) 0 ( )

0 (

df 



3.3 Phương pháp tính toán: Newton-Raphson

 Từ đây ta có

 Thuật toán Newton-

Raphson được tổng kết như

 (Ví dụ page 201)

) 0 (

) 0 ( )

0 ( )

0 ( )

0 ( )

1

(

dx df

c x

x x

) k

( )

k (

) k ( )

k (

dx df

c x

x f c c

k (

) k ( ) k ( )

k (

dx

df j

x j

3.3 Phương pháp tính toán: Newton-Raphson

1111

1 45

50 dx

df

c x

45 9

6 12 6

.

3 dx

df

50 4

6 9 6

6 6

0 ) x ( f c

c

) 0 (

) 0 ( )

0

(

2 )

0

(

2 3

) 0 ( )

4 111 , 1 6 x

0

0011 ,

4 2914 ,

9

3748 ,

0 0405 ,

4 x

x x

0405 ,

4 5797 ,

12

9981 ,

2 2789 ,

4 x

x x

2789 ,

4 037

, 22

4431 ,

13 8889

, 4 x

x x

) 3 ( )

3 ( )

4 (

) 2 ( )

2 ( )

3 (

) 1 ( )

1 ( )

2 (

3.3 Phương pháp tính toán: Newton-Raphson

3 Bài toán trào lưu công suất

3.3 Phương pháp tính toán: Newton-Raphson

j ij

j ij

j ij

i Y V

i

* i i

j ij

j ij i

i i

j i

ij ij

j i

j i

ij ij

j i

i V V Y sin

3.3 Phương pháp tính toán: Newton-Raphson

 Sử dụng khai triển chuỗi Taylor, bỏ qua các đạo hàm bậc cao

( n 2

) k

( n 2

) k ( n

n

) k ( 2 n

) k ( n

2

) k ( 2 2

) k ( n

n

) k ( 2 n

) k ( n

2

) k ( 2 2

) k ( n

n

) k ( 2 n

) k ( n

2

) k ( 2 2

) k ( n

n

) k ( 2 n

) k ( n

2

) k ( 2 2

) k

( n 2

) k

( n 2

V V

V

Q V

Q

V

Q V

Q

Q Q

Q Q

V

P V

P

V

P V

P

P P

P P

Q

Q P

P

) k (

) k (

) k (

) k (

3.3 Phương pháp tính toán: Newton-Raphson

 ở đây giả sử nút 1 là nút cân bằng

 Ma trận jacobian cung cấp một mối liên hệ tuyến tính giữa

(k), |V|V|V|(k) với sự thay đổi Pi(k) và Qi(k)

 Viết dưới dạng ngắn gọn ta có:

 Đối với nút P-V, thì giả sử có m nút PV, m ptrình bao gồm

Q, V tương ứng với các cột của ma trận Jacobian sẽ bị bỏ

đi, và ta có: n-1 ràng buộc về P, n-1-m ràng buộc về Q

J

J

J Q

P

4 3

2 1

3.3 Phương pháp tính toán: Newton-Raphson

V V P

sin Y

V V P

j i

ij ij

j

i j

i

n

1 j

j i

ij ij

j

i i

3.3 Phương pháp tính toán: Newton-Raphson

V V

P

cos Y

V cos

Y V V

2 V

P

j i

ij ij

i j

i

j i

ij i

j

ij j ij

ij j

i i

Y V V Q

cos Y

V V Q

j i

ij ij

j

i j

i

n

1 j

j i

ij ij

j

i i

3.3 Phương pháp tính toán: Newton-Raphson

Y

V V

Q

sin Y

V sin

Y V V

2 V

Q

j i

ij ij

i j

i

j i

ij i

j

ij j ij

ij j

i i

( i

chotruoc i

) k

( i

) k

( i

chotruoc i

) k

( i

Q Q

Q

P P

3.3 Phương pháp tính toán: Newton-Raphson

 Góc và điện áp sẽ được tính

 Quá trình tính toán tiếp tục cho đến khi:

) k

( i

) k

( i

) 1 k

( i

) k

( i

) k

( i

) 1 k

( i

V V

( i

) k

( i

Q P

4 Phần mềm tính toán Powerworld

 PowerWorld Simulator (Simulator) là một gói công cụ được

thiết kế trên nền tảng:

 Với lõi của chương trình là một giải pháp tính toán trào lưu công suất

một cách tin cậy, cho phép giải bài toán đến 100.000 nút, dễ sử dụng,

giao diện thân thiện.

 Powerworld cho phép người dùng quan sát các thiết bị, hay chế độ làm

việc qua các màu khác nhau Việc thay đổi các thông số của HTĐ như

máy phát, MBA, đường dây, tụ điện …một cách rất dễ dàng qua giao

diện đồ họa, bởi một số ít các nhấp con chuột.

 Các bài toán tối ưu, ngắn mạch, ổn định quá độ, đặc tính PV/QV …

 Powerworld chứng tỏ tính ưu việt trong việc phân tích HTĐ và

có tính minh họa, dễ hiểu đặc biệt cho những kỹ sư không phải

là chuyên ngành hệ thống điện Cho nên rất hữu dụng trong

việc giảng dạy và nghiên cứu

4 Phần mềm Power World

4.1 Thông tin về tệp

 Thông tin chính về tệp  Thanh công cụ truy cập nhanh

4 Phần mềm Power World

4.2 Thông tin HTĐ :Case infomation

 Khi chạy chương trình:

 Với các thông tin online về

HTĐ như dòng công suất,

dòng công suất trên các nhánh,

MPĐ, giá trị điện áp, giá trị về

giá chi phí nhiên liệu …

4.2 Thông tin HTĐ :Case infomation

 Khi chỉnh sửa số liệu

 Với các thông tin tĩnh, ban

đầu, và người dùng có thể nhấp

chuột vào các biểu tượng để

thay đổi các thông tin về hệ

thống điện

4 Phần mềm Power World

4.3 Thông tin HTĐ :Case infomation

 Các thông tin về case

4.3 Thông tin HTĐ :Case infomation

 Các thông tin về trao đổi công suất giữa các khu vực

4 Phần mềm Power World

4.3 Thông tin HTĐ :Case infomation

 Chức năng giám sát lượng giới hạn công suất trên các

nhánh

4.3 Thông tin HTĐ :Case infomation

4 Phần mềm Power World

4.3 Thông tin HTĐ :Case infomation

 Xem các thông tin của từng nút cụ thể như điện áp, nối các nhánh …

4.4 Một số chức năng ở chế độ DRAW

Các chức năng khác khi tao các trường,vẽ các biểu đổ hình bánh để mô

tả phần trăm của lượng công suất tải…

Một số chức năng khác như định dạng, sao chép và phóng

to thu nhỏ…

4 Phần mềm Power World

4.5 Một số chức năng của trực tuyến Onliners

4.5 Một số chức năng của trực tuyến Onliners

Các lựa chọn về miên bao giữa các cùng miền, hiển thị lựa chọn màu cho các miền địa lý, hoặc theo giá

trị điện áp …

Công cụ GIS

Liệt kê các theo từng các thiết bị

4 Phần mềm Power World

4.5 Một số chức năng của trực tuyến Onliners

Các lựa chọn màu cho các lớp , xem hệ thống điện theo

3D hoặc 2D Các chức năng về quan sát, phóng to thu nhỏ htđ

Một số chức năng về mô hình động

4.6 Các công cụ :TOOLS

Các lụa chọn về việc mô phỏng

Các lựa chọn về giải thuật bài toán phân bố trào lưu

công suất

Phân tích các sự cố ngẫu nhiên

Phân tích độ nhạy khi một yếu tố trong hệ thống thay đổi, ví dụ như công suất tải của một nút, điện

áp,…

4.6 Các công cụ :TOOLS

Các chức năng về tính toán ngắn mạch

Các chức năng về tính toán ổn định điện

áp dựa trên tính toán đường cong PV, QV

Tính toán các bài toán về trao đổi công suất

Các thông tin về ổn định

4 Phần mềm Power World

Tối ưu hóa trào lưu công suất

Điều khiển vào ra Một số chức năng khác

Giám sát quản lý ht

truyền tài

5.2 Các lệnh chính trong modul LF

 Load flow data input

 READ TREA RDCH MCRE RETI CASE PSEB EXEC ROPF

 Data base interaction

 SAVE CASE SHOW

 Load flow data output

 Load flow data reporting

 LIST EXAM SIZE OUTS SHNT BRCH REGB TREE ALPH BUSN

 FIND PRTI PSEB EXEC DIFF CMPR LSTO

 Load flow data changing

 CHNG RDCH MBID CHTI EDTR SCAL CNTB TPCH TFLG ECDI

 SPLT JOIN LTAP DSCN RECN MOVE PURG FLAT MODR GCAP

 BGEN PSEB EXEC

 Load flow solution

 SOLV MSLV FNSL FDNS NSOL ORDR FACT TYSL INLF ACCC

 PSEB EXEC NOPF

 Load flow solution reporting

 POUT LOUT LAMP SUBS SHNT AREA ZONE OWNR TIES TIEZ

 INTA INTZ DRAW DIFF GDIF CMPR MTDC

 Load flow solution limit check

 RAT3 RATE OLTL OLTR TLST VCHK GENS GEOL GCAP ACCC

5 Phần mềm PSS/E

 Những file do người sử dụng đưa vào: đầu vào cho

chương trình

 Những file tạo ra từ máy tính: đầu ra, hay kết quả

5.3 Sơ đồ khối về số liệu đầu vào cho LF

Đ/dây 2 cực DC

Tụ đóng cắt

Bù điện kháng MBA

Nhiều cực DC Đ/dây với nhiều phần

Sô liệu vùng

Trao đổi liên vùng

Cơ quan quản lý FACTS

5 Phần mềm PSS/E

5.3 Sơ đồ khối về số liệu đầu vào cho LF

KHAI BÁO NÚT

 I, ’NAME’, BASKV, IDE, GL, BL, AREA, ZONE, VM, VA, OWNER

~

C P+jQ

VM/_VA

5 Phần mềm PSS/E

KHAI BÁO TẢI

 I, ID, STATUS, AREA, ZONE, PL, QL, IP, IQ, YP, YQ, OWNER

 0/

 I Bus số (1 to 99997),

 ID Tải số bao nhiêu của nút, ID = ’1’ by default.

 STATUS: tình trạng của tải STATUS = 1 by default.

 AREA/ZONE/OWNER

 PL :CSTác dụng của loại tải “constant MVA”; (MW) PL = 0 by default.

 QL :CS phản kháng của “constant MVA”; (Mvar) QL = 0 by default.

 IP : CS Tác dụng của loại tải “constant current” (MW tại V=1pu) IP = 0 by default.

 IQ : CS phản kháng của loại tải “constant current” (MVAr tại V=1pu) IQ = 0 by

default.

 YP: CS Tác dụng của loại tải “constant admittance” (MW tại V=1pu) IP = 0 by default.

 YQ : CS phản kháng của loại tải “constant admittance”” (MVAr tại V=1pu) IQ = 0 by default.