Hướng dẫn sử dụng Powerworld Simulator

Hướng dẫn sử dụng Powerworld Simulator

H ƯỚ NG D N S D NG Ẩ Ử Ụ

Gi i thi u ớ ệ

PowerWorld Simulator là m t trong nh ng ph n m m mô ph ng hộ ữ ầ ề ỏ ệ

th ng đi n c a hãng PTI Ph n m m cung c p các công c mô ph ng hi u quố ệ ủ ầ ề ấ ụ ỏ ệ ả

và quan tr ng cho phép kh o sát các đ i tọ ả ố ượng, h th ng hay quá trình k thu tệ ố ỹ ậ

- v t lý giúp ngậ ườ ỹ ư ệi k s đi n có kh năng rút ng n th i gian và gi m đả ắ ờ ả ược chi phí nghiên c u Đi u quan tr ng nh t c a ph n m m này là kh năng tính toánứ ề ọ ấ ủ ầ ề ả bài toán giá thành đi n năng và hi n th tr c ti p giá thành này t i các thanh cáiệ ể ị ự ế ạ cũng nh trên các đư ường dây t i đi n Đây là m t công c r t h u ích trongả ệ ộ ụ ấ ữ

vi c tính toán thi t k và đ nh ch đ v n hành cho h th ng đi n và h n n aệ ế ế ị ế ộ ậ ệ ố ệ ơ ữ

là hướng t i m c tiêu th trớ ụ ị ường đi n Vi t Nam.ệ ở ệ

2.1 S l ơ ượ c các đ i t ố ượ ng trên s đ đ n tuy n ơ ồ ơ ế

 Thanh cái (Bus): Bus là n i mà các thi t b nh đơ ế ị ư ường dây/máy bi n áp,máyế phát, t i… n i vào.ả ố

Có 3 lo i Bus:ạ

C Slack bus(swing): bus cân b ngằ

C Load bus:h u h t trong h th ng là load busầ ế ệ ố

C Voltage controlled bus: đi n áp bus đệ ở ược đi u ch nh trongề ỉ ở

ph m vi cho trạ ước

 Đường dây/máy bi n áp(Transmission line/transformer): thi t b truy n t iế ế ị ề ả công su t gi a các bus.ấ ữ

 Ngu n( Generator): ngu n phát công su tồ ồ ấ

 T i(load): Thi t b tiêu th công su tả ế ị ụ ấ

 Thi t b bù:ế ị

C Swiched shunt: Bù ngang

C Series capacitor: Bù d cọ

 Máy c t (Circuit Breakers ): thi t b đóng/c t các thi t b khác nh : DZ/MBA,ắ ế ị ắ ế ị ư ngu n,t i…ồ ả

 Bi u đ hình tròn: thi t b th hi n m c đ mang t i c a DZ/MBA…ể ồ ế ị ể ệ ứ ộ ả ủ

 Và m t s thi t b khác: m t phân cách, hình n n…ộ ố ế ị ặ ề

2.2.T o m t Case m i ạ ộ ớ

Đ kh i đ ng chể ở ộ ương trình nh p đôi chu t vào bi u tấ ộ ể ượng PowerWorld Simulator Đ t o m t ể ạ ộ Case m i, t menu chính ch n ớ ừ ọ File>New Case ho cặ

click lên nút Open simulator Case trên thanh công c Màn hình s chuy nụ ẽ ể sang màu tr ng, đây là màu m c đ nh c a m t s đ m t s i m i c aắ ặ ị ủ ộ ơ ồ ộ ợ ớ ủ

Powerworld, các s đ m t s i này đơ ồ ộ ợ ược dùng trong vi c phân tích đ tái hi nệ ể ệ

l i h th ng đi n 3 pha và dùng 1 dây đ th hi n m i thi t b 3 pha ạ ệ ố ệ ể ể ệ ỗ ế ị

Đ xem m t file đã có s n ch n ể ộ ẵ ọ File >Open Case t menu chính ho cừ ặ

ch n nút ọ Open Case trên thanh công c ụ

2.2.1 Chèn thi t b phân ph i( Bus ) ế ị ố

Bus là thành ph n quan tr ng nh t c a mô hình h th ng đi n, nó đầ ọ ấ ủ ệ ố ệ ượ c dùng đ th hi n các đi m k t n i n i mà các thi t b để ể ệ ể ế ố ơ ế ị ược k t n i v i nhauế ố ớ trong h th ng đi n Trong vi c xây d ng mô hình h th ng đi n dùngệ ố ệ ệ ự ệ ố ệ

PowerWorld Simulator b n có th v các ạ ể ẽ Bus trên s đ m t s i g n v i cácơ ồ ộ ợ ắ ớ thi t b nh máy phát và t i v i ế ị ư ả ớ Bus Vi c chèn các ệ Bus trên s đ m t s i nóiơ ồ ộ ợ chung là đ n gi n g m các bơ ả ồ ước sau:

- ch n ọ Insert>Bus t menu chính ho c ch n nút ừ ặ ọ Bus trên thanh công

c ụ

- Click chu t lên n n s đ n i mà b n mu n đ t ộ ề ơ ồ ơ ạ ố ặ Bus m i Khi đó sớ ẽ

xu t hi n m t h p tho i ấ ệ ộ ộ ạ Bus Options.

Hình2.1- H p tho i Bus options ộ ạ

T h p tho i này chúng ta nh p đ y đ thông tin c n thi t nh đ t tên,ừ ộ ạ ậ ầ ủ ầ ế ư ặ kích c , đ nh hỡ ị ướng vùng, đi n áp đ nh m c c a ệ ị ứ ủ Bus cũng nh T i và các thànhư ả

ph n r nhánh n i vào nó.ầ ẽ ố

- Click OK đ đóng h p tho i, ể ộ ạ Bus m i s xu t hi n, nó có hình d ng làớ ẽ ấ ệ ạ

m t độ ường th ng n m ngang ho c th ng đ ng trên s đ ẳ ằ ặ ẳ ứ ơ ồ

2 Chèn m t máy phát ộ

Ti p theo chúng ta g n Máy phát v i ế ắ ớ Bus, các Máy phát cũng được chèn theo t ng bừ ướ ươc t ng t nh chèn ự ư Bus, trình t nh sau:ự ư

- Ch n ọ Insert>Generator t menu chính ho c ch n nút ừ ặ ọ Generator

trên thanh công c ụ

- Click chu t trái lên ộ Bus trên s đ v trí mà b n mu n g n vào, lúc đóơ ồ ở ị ạ ố ắ

h p tho i ộ ạ Generator Options s xu t hi n.ẽ ấ ệ

Hình 2.2 - H p tho i Generator Options ộ ạ

T h p tho i này chúng ta nh p đ y đ thông tin c n thi t, nh l a ch nừ ộ ạ ậ ầ ủ ầ ế ư ự ọ

đ n v c a Máy phát, kích thơ ị ủ ước hi n th , chi u, công su t tác d ng gi i h n,ể ị ề ấ ụ ớ ạ công su t ph n kháng gi i h n, đi m đ t đi n áp và b ng giá ấ ả ớ ạ ể ặ ệ ả

- Click OK, đ đóng h p tho i k t thúc vi c t o l p Máy phát S đ sể ộ ạ ế ệ ạ ậ ơ ồ ẽ trông gi ng nh s đ dố ư ơ ồ ưới đây

Hình 2.3 – S đ m t s i g m 1 Bus và 1 Máy phát ơ ồ ộ ợ ồ

3 Thêm Bus th hai cùng v i T i ứ ớ ả

Tương t , đ thêm ự ể Bus th hai ch n ứ ọ Insert>Bus t menu chính ho cừ ặ

click vào nút Bus trên thanh công c ụ

- Click chu t lên n n s đ n i nào đó phía bên ph i c a Bus th nh t.ộ ề ơ ồ ơ ả ủ ứ ấ Khi đó s xu t hi n m t h p tho i ẽ ấ ệ ộ ộ ạ Bus Options Đi n đ y đ các thông s c nề ầ ủ ố ầ thi t,và click ế OK đ k t thúc vi c chèn ể ế ệ Bus th hai.ứ

- Đ v T i ta ch n ể ẽ ả ọ Insert>Load t menu chính ho c click vào nút ừ ặ Load

trên thanh công c Click chu t trái lên đi m cu i c a ụ ộ ể ố ủ Bus th hai này,ứ ngay lúc đó h p tho i ộ ạ Load Options s xu t hi n.ẽ ấ ệ

Hình2 4 – H p tho i Load Options ộ ạ

- Đi n đ y đ các thông s c n thi t nh T i là công su t tácề ầ ủ ố ầ ế ư ả ấ

d ng(MW), công su t ph n kháng(Mvar), hụ ấ ả ướng c a bi u tủ ể ượng,

- Click OK đ đóng h p tho i và k t thúc vi c chèn T i.ể ộ ạ ế ệ ả

S đ lúc này có d ng nh hình v ơ ồ ạ ư ẽ

sla c k

  1 0 0   M v a r

  20 0  MW

T w o

O n e

  2 0 3   M W

  111  M var

Hình 2.5 – S đ m t s i có 2 Bus, Máy phát và T i ơ ồ ộ ợ ả

4 Chèn đ ườ ng dây xoay chi u ề

Đ n i hai ể ố Bus v i nhau, chúng ta s chèn đớ ẽ ường dây AC b ng cách:ằ

- Ch n ọ Insert>Tranmission Line t menu chính ho c click vào nútừ ặ

Tranmission Line trên thanh công c Click chu t trái vào đi m b t đ uở ụ ộ ể ắ ầ

đường dây và kéo chu t đ n đi m cu i độ ế ể ố ường dây Trong quá trình kéo chu tộ

b n có th v t ng đo n đạ ể ẽ ừ ạ ường dây theo ý mình b ng cách click chu t trái m tằ ộ ộ

l n cho m t đo n, và đ k t thúc đo n cu i cùng hình thành đầ ộ ạ ể ế ạ ố ường dây thì

nh p đôi chu t t i đi m cu i đấ ộ ạ ể ố ường dây H p tho i ộ ạ Tranmission Line /

Transformer Options s xu t hi n.ẽ ấ ệ

Hình 2.6 – H p tho i Tranmission Line / Transformer ộ ạ

Nh p đ y đ các thông s c n thi t nh các thông s đậ ầ ủ ố ầ ế ư ố ường dây như

đi n tr , đi n kháng, dung d n…ệ ở ệ ẫ

- Click OK đ k t thúc vi c chèn để ế ệ ường dây

Hình 2.7 – S đ m t s i g m : 2Bus , Máy phát, T i , Đ ơ ồ ộ ợ ồ ả ườ ng dây

5 Chèn flow pie chart trên đ ườ ng dây

Khi đường dây được v xong nó s t đ ng có 1 ẽ ẽ ự ộ flow pie chart, b n cóạ

th chèn thêm vào ể line flow pie chart b ng cách click vào nút ằ line flow pie chart

sau đó click g n đầ ường dây, h p tho i s xu t hi n, đi n đúng và có thộ ạ ẽ ấ ệ ề ể thay đ i kích c ổ ỡ

Hình 2.8 – H p tho i Line/ Tranformer flow pie chart ộ ạ

- Click OK đ đóng h p tho i.ể ộ ạ

6 Chèn máy c t ắ

- Ch n ọ Insert> Circuit breaker t menu chính ho c ch n nút ừ ặ ọ Circuit breaker trên thanh công c và click lên đụ ường dây g n ầ Bus 1 H p tho iộ ạ

Circuit breaker Options s xu t hi n.ẽ ấ ệ

Hình 2 9- H p tho i Circuit breaker ộ ạ

- Click OK đ k t thúc, và tể ế ương t ta chèn máy c t g n ự ắ ở ầ Bus 2.

7 Chèn máy bi n áp ế

Đ chèn 1 máy bi n áp trể ế ước h t chúng ta c n chèn 1 ế ầ Bus th 3 khác c pứ ấ

đi n áp.ệ

- Ch n ọ Insert> Tranformer t menu chính ho c ch n nút ừ ặ ọ Tranfomer

trên thanh công c , sau đó click lên ụ Bus 3 và v 1 đẽ ường dây t i ớ Bus 2 khi

b n v xong đạ ẽ ường dây thì h p tho i ộ ạ Tranmission Line /Transformer Option

s xu t hi n Nh p các thông s c n thi t nh đi n tr , đi n kháng,dung d n,ẽ ấ ệ ậ ố ầ ế ư ệ ở ệ ẩ kích c …ỡ

Hình 2.10 – H p tho i Tranmission Line /Transformer Option ộ ạ

- Click OK đ k t thúc,và l p l i tể ế ặ ạ ương t v thêm 1 máy bi n áp gi aự ẽ ế ữ

Bus 1 và Bus 3 khi đã hoàn thành ta có s đ dơ ồ ưới đây:

Hình 2.11 – S đ 3Bus , Máy phát, Máy bi n áp, Đ ơ ồ ế ườ ng dây, T i ả

8 Chèn t bù ngang (Swichted Shunt ) ụ

Swichted Shunt là g m các t đi n ghép l i đ cung c p năng lồ ụ ệ ạ ể ấ ượ ng

ph n kháng (MVAR) ho c tiêu th công su t ph n kháng.ả ặ ụ ấ ả

- Ch n ọ Insert>Swichted Shunt t menu chính ho c ch n nút ừ ặ ọ Swichted shunt trên thanh công c Click lên ụ Bus mà b n mu n đ t khi đó h p tho iạ ố ặ ộ ạ

Swichted Shunt Option s xu t hi n.ẽ ấ ệ

Hình 2.12 – H p tho i Swichted Shunt Options ộ ạ

Xác đ nh s ị ố Bus và nh p giá tr đ nh m c vào ô ậ ị ị ứ Nominal Mvar

- Click OK đ đóng h p tho i , gi s ta đ t t bù ể ộ ạ ả ử ặ ụ ở Bus 3 , s đ nhơ ồ ư sau:

Hình 2.13 – S đ m t s i có Swichted Shunt ơ ồ ộ ợ

8 Ghi tiêu đ , hi n th các thông s cho Bus và đ ề ể ị ố ườ ng dây

Chúng ta xây d ng g n nh đã xong m t Case m i, tuy nhiên trự ầ ư ộ ớ ước khi

k t thúc chúng ta s nh p m t s ô thông tin tr c ti p lên s đ đ giúp ta quanế ẽ ậ ộ ố ự ế ơ ồ ể sát ho t đ ng c a s đ đạ ộ ủ ơ ồ ượ ố ơc t t h n

- Ch n ọ Insert>text t menu chính đ đ a h p tho i ừ ể ư ộ ạ text object ra nh pậ tên mà ban mu n đ t và click ố ặ OK Đ đ nh d ng nhanh ch n ể ị ạ ọ Fromat>Font để

ch n font, màu, c ch t h p tho i ọ ỡ ữ ừ ộ ạ Format Multiple Objects

- Đ thêm các thông s hi n th nh đi n áp, dòng công su t, t n th tể ố ể ị ư ệ ấ ổ ấ công su t… ta th c hi n nh sau: ấ ự ệ ư

 Nh p chu t ph i lên ấ ộ ả Bus ho c ặ Đ ườ ng dây đ g i ể ọ menu con.

 Ch n ọ Add new fields Around Bus t menu con Nó s m h pừ ẽ ở ộ tho i ạ Bus fields.

Hình 2.14- H p tho i Bus fields ộ ạ

 Ch n v trí mà b n mu n thêm ô m i và click ọ ị ạ ố ớ OK H p tho i ộ ạ Bus

fields m ra.ở

Hình 2.15 – H p tho i Bus Field Options ộ ạ

 Ch nh s a và l a ch n ki u hi n th r i click ỉ ử ự ọ ể ể ị ồ OK

L n lầ ượt làm tương t cho Đự ường dây, Máy phát, T i ta có các thông sả ố trên s đ mà ta mu n hi n th Ta có s đ đ n gi n sau:ơ ồ ố ể ị ơ ồ ơ ả

Hình 2.16 – S đ Case có hi n th các thông s đ n gi n ơ ồ ể ị ố ơ ả

9 Ch y mô ph ng m t Case ạ ỏ ộ

Đ ch y mô ph ng 1 Case trể ạ ỏ ước h t chúng ta click vào nút ế Run Mode

trên thanh công c ụ

Sau đó ch n ọ Simulator>Play ho c click vào nút ặ single solution trên thanh công c S đ ho t đ ng nh hình 17, và b n đã hoàn thành m t Caseụ ơ ồ ạ ộ ư ạ ộ

m i.ớ

Hình 2.17 – S đ Case đang ho t đ ng ơ ồ ạ ộ

2.3.Cách gi i quy t v n đ t i u công su t (OPF) ả ế ấ ề ố ư ấ

PowerWorld Simulator là m t ph n m m ng d ng độ ầ ề ứ ụ ược thi t k đế ế ể

mô ph ng ho t đ ng c a h th ng đi n cao áp Trong ch đ chu n ỏ ạ ộ ủ ệ ố ệ ế ộ ẩ Simulator

gi i bài toán tính trào l u công su t b ng thu t toán ả ư ấ ằ ậ Newton – Raphson V i sớ ự tăng cường công su t t i u (ấ ố ư OPF), Simulator OPF cũng có th gi i nh ngể ả ữ

phương trình đó s d ng ử ụ OPF Đ c bi t ặ ệ Simulator OPF gi i bài toán ả OPF sử

d ng thu t toán LP.ụ ậ

M c đích c a ụ ủ OPF xác đ nh c c ti u hàm m c tiêu (hàm chi phí) b ngị ự ể ụ ằ cách thay đ i s đi u khi n h th ng khác nhau mà có chú ý đ n các ràng bu cổ ự ề ể ệ ố ế ộ cân b ng cũng nh các ràng bu c không cân b ng, nó dùng đ mô t ràng bu cằ ư ộ ằ ể ả ộ cân b ng công su t và các gi i h n ho t đ ng khác.ằ ấ ớ ạ ạ ộ

Trong Simulator OPF, ch c năng ứ LP OPF tìm l i gi i t i u b ng cáchờ ả ố ư ằ

th d n gi a l i gi i chu n và ti p đ n gi i thu t toán tuy n tính đ thay đ iử ầ ữ ờ ả ẩ ế ế ả ậ ế ể ổ các đi u ch nh h th ng đ lo i b b t kỳ vi ph m gi i h n nào.ề ỉ ệ ố ể ạ ỏ ấ ạ ớ ạ

1 Gi i m t OPF, ví d cho h th ng 3 Bus: ả ộ ụ ệ ố

đây chúng ta s b t đ u v i Case 3 Bus (B3LP) có trong

PowerWorld / Simulator/ Sample Cases Bus 1 là Slack bus.T t c các Busấ ả

được k t n i v i nhau qua đế ố ớ ường dây có kháng 0,1pu và có gi i h n làớ ạ 100MVA, có m t t i 180MW Bus3.ộ ả ở

Chi phí c a các máy phát là:ủ

- Bus 1: 10 $/ MWh, ph m vi 0 ạ ÷ 400 MW

- Bus 2: 12 $/ MWh, ph m vi 0 ạ ÷ 400 MW

- Bus 1: 20 $/ MWh, ph m vi 0 ạ ÷ 400 MW

Ta ti n hành các bế ước sau:

- M Case B3LP.ở

- Ki m tra các thông s trên để ố ường dây b ng cách click ph i lên m iằ ả ỗ

đường dây, Bus, máy phát và ch n các h p tho i ọ ộ ạ Line/Bus/Generator

information t menu s xu ng.ừ ổ ố

- Ch n ọ Run Mode.

Hình 2.18 – S đ 3 Bus mô ph ng s d ng LP OPF > Primal LP ơ ồ ỏ ử ụ

- Đ tính ể OPF, yêu c u trầ ường tr ng thái ạ AGC c a t t c các mi nủ ấ ả ề

(Areas) ph i đả ược ch n là ọ OPF Đ đ t ể ặ AGC c a mi n thành ủ ề OPF: Ch n ọ LP

OPF>OPF Areas H p tho i ộ ạ OPF Areas Records s t đ ng m ra Ki m traẽ ự ộ ở ể

trường tr ng thái ạ AGC đã được ch n là Oọ PF ch a N u ch a, thì nh p đôiư ế ư ấ chu t lên trộ ường đ thay đ i giá tr , sau đó đóng h p tho i ể ổ ị ộ ạ OPF Areas Records.

- Ch n ọ LP OPF > Primal LP đ mô ph ng Case Chú ý là gi i h n trênể ỏ ớ ạ

đường dây không được đ t trặ ước đ ép bu c.ể ộ

B n có th th y hình gi ng nh dạ ể ấ ố ư ưới đây:

Chú ý: Đường dây n i Bus 1 và Bus 3 b quá t i và toàn b các Bus có cùng chiố ị ả ộ phí

2 OPF Line Limit Enforcement (Ràng bu c gi i h n đ ộ ớ ạ ườ ng dây)

- Ch n ọ LP/OPF >OPF Areas C t ộ Branch MVA xác đ nh li u gi i h nị ệ ớ ạ MVA trên đường dây và máy bi n áp (mà có ít nh t m t đ u n i vào mi n này)ế ấ ộ ầ ố ề

có được ép bu c hay không Đ i v i độ ố ớ ường dây truy n t i hay máy bi n áp cóề ả ế ràng bu c ộ OPF thì ch c năng ứ Line/ Transformer Constraints ph i không b vôả ị

hi u hóa trên h p tho i ệ ộ ạ OPF Option Và riêng t ng đừ ường dây/máy bi n ápế

ph i th c hi n ràng bu c trên màn hình hi n th ả ự ệ ộ ể ị OPF line/ Tranformer MVA

Constraints.

- Nh p đôi chu t lên trấ ộ ường Branch MVA đ thay đ i giá tr thành ể ổ ị Yes,

sau đó đóng h p tho i ộ ạ OPF Areas.

- Ch n ọ LP/ OPF > Options.

- H p tho i ộ ạ LP OPF t đ ng m ra, ch n m c ự ộ ở ọ ụ Constraint Option và click Disable line/ Tranformer MVA Limit Enforcement đ lo i b d u ch n.ể ạ ỏ ấ ọ

- Click Solve LP OPF sau đó click OK.

Hình 2.19 –Gi i ví d 3PLP v i ép bu c gi i h n trên đ ả ụ ớ ộ ớ ạ ườ ng dây

LP – OPF phân b l i đ lo i b vi ph m gi i h n Chi phí các ố ạ ể ạ ỏ ạ ớ ạ ở Bus có

thay đ i so v i ví d trổ ớ ụ ước Chi phí m i ớ ở Bus 3 là 14 $/MWh Đ ki m traể ể

đi u này ta th c hi n ti p: ề ự ệ ế

- Tăng 1MW ở Bus 3, click chu t ph i lên t i và nh p 181.0 lên trộ ả ả ậ ườ ng

Constant Power /MW Value trong h p tho i ộ ạ Load option và click OK.

- Ch n ọ LP OPF > Primal LP.

Toàn b chi phí tăng lên 1935 $/hr so v i giá tr trộ ớ ị ước là 1921 $/hr, ta th yấ chênh l ch 14$/hr khi Bus 3 đã tăng lên 1MW.ệ

3 Gi i thích v n đ Bus 3 LMP = 14$/MWh ả ấ ề

Toàn b độ ường dây có cùng t ng tr , công su t ch y trên các m ch đổ ở ấ ạ ạ ượ c phân b t l ngh ch v i t ng tr ố ỉ ệ ị ớ ổ ở

- Đ i v i Bus 1 đ c p 1MW cho Bus 3, khi 2/3MW ch y tr c ti p theoố ớ ể ấ ạ ự ế

đường t 1 đ n 3, trong khi 1/3MW s theo đừ ế ẽ ường 1 đ n 2 đ n 3.ế ế

- Tương t , đ i v i Bus 2 cung c p 1MW cho Bus 3, thì 2/3 MW s theoự ố ớ ấ ẽ

đường 2 đ n 3 và 1/3MW s theo đế ẽ ường 2 đ n 1 đ n 3.ế ế