PSAT hệ thống IEEE 6 bus

Sử dụng PSAT mô hệ thống IEEE nút GVHD: Trần Minh Quyến MỤC LỤC MỤC LỤC ii CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU MATLAB VÀ PHẦN MỀM PSAT .1 1.1 Giới thiệu chương trình MATLAB 1.1.1 Giới thiệu 1.1.2 Các phím chức đặc biệt lệnh dùng cho hệ thống 1.1.3 Biến Matlab 1.1.4 Các dạng file sữ dụng Matlab: 1.1.4.1: Script file (M-files): 1.1.4.2 Files liệu: 1.2 Giới thiệu PSAT .7 1.2.1 Cài đặt PSAT 1.2.2 Tổng quan .8 1.2.3 Các tập lệnh PSAT 1.2.3.1 Các khái niệm bản 1.2.3.2 Các tùy chọn bản 11 CHƯƠNG LÝ THUYẾT BẢO VỆ HỆ THỐNG ĐIỆN .13 2.1 Nhiệm vụ của bảo vệ 13 2.2 Các yêu cầu bản hệ thống bảo vệ 14 2.2.1 Yêu cầu bảo vệ chống ngắn mạch .14 2.2.2 Yêu cầu bảo vệ chống chế độ làm việc khơng bình thường 16 2.3 Các yêu cầu của bảo vệ 17 2.3.1 Độ tin cậy .17 2.3.2 Tính chọn lọc 17 2.3.3 Tính tác động nhanh .18 Sử dụng PSAT mô hệ thống IEEE nút GVHD: Trần Minh Quyến 2.3.4 Độ nhạy 19 2.3.5 Tính kinh tế 19 2.4 Sơ đồ tổng quan chung của hệ thống bảo vệ rơ le H.T.Đ 20 2.5 Ổn định điện áp 23 2.5.1 Khái niệm ổn định điện áp 23 2.5.2 Mối quan hệ P-U-Q: .23 2.6 Hệ thống IEEE bus 28 CHƯƠNG 3: KHAI BÁO SƠ ĐỒ KHỐI TRONG PSAT VÀ MÔ PHỎNG 30 3.1 Sơ đồ hệ thống IEEE bus simulink 30 3.2 Phân tích hệ thống điện IEEE nút chế độ xác lập: 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO iv Sử dụng PSAT mô hệ thống IEEE nút GVHD: Trần Minh Quyến CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU MATLAB VÀ PHẦN MỀM PSAT 1.1 Giới thiệu chương trình MATLAB 1.1.1 Giới thiệu Chương trình matlab chương trình viết cho máy tính PC nhằm hở trợ cho tính tốn khoa học kỹ thuật với phần tử bản ma trận máy tính cá nhân cơng ty “THE MATHWORKS” viết ra: Thuật ngữ Matlab có từ MAXTRIX LABORATORY ghép lại Chương trình sữ dụng nhiều nghiêm cứu vấn đề tính tốn của tốn kỹ tḥt như: Lý thuyết điều khiển tự động kỹ thuật thống kê xác suất, xữ lý tín hiệu, phân tích liệu, dự báo chuỗi quan sát… Matlab điều khiển tập lệnh tác động qua bàn phím Nó cho phép khả lập trình với cú pháp thơng dịch lệnh cịn gọi script file Các lệnh hay lệnh của Matlab lên đến số hàng trăm ngày mở rộng phần TOOLS BOX hay thông qua hàm ứng dụng xây dựng từ người sữ dụng Matlab có 25 TOOLS BOX SIMULINK phần mở rộng của Matlab sữ dụng để mô hệ thống động học cách nhanh chóng tiện lợi Matlab 3.5 trở xuống hoạt động môi trường MS-DOS Các hệ hoạt động mơi trường window Chương trình Matlab chạy lien kết với chương trình ngơn ngữ cấp cao như: C,C++,Fortran,… Việc cày đặt Matlab thật dễ dàng ta cần ý việc dùng them vào thư viện trợ giúp hay muốn liên kết phần mềm với vài ngơn ngữ cấp cao Cịn version Matlab khác làm việc với hệ điều hành UNIX Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi Sử dụng PSAT mô hệ thống IEEE nút GVHD: Trần Minh Quyến Hình 1.1: Khởi động Matlab từ mơi trường Window Hình 1.2: giao diện biểu tượng Matlab Việc khởi động Matlab hệ thống khác Trong mơi trường window hay macintosh chương trình khởi động thông qua việc nhấp chuột icon hay cịn gọi biểu tượng cịn với mơi trường Unix, MS-DOS việc khởi động thơng qua dịng lệnh :\ Matlab enter Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi Sử dụng PSAT mô hệ thống IEEE nút GVHD: Trần Minh Quyến Giao diện của Matlab sử dụng cửa sổ: cửa sổ lệnh cửa sổ đồ thị Hình 1.3: giao diện cửa sổ lệnh Matlab khởi động xong Cửa sổ lệnh dùng để đưa lệnh liệu vào đồng thời in kết quả Cửa sổ đồ thị trợ giúp cho việc truy xuất đồ họa để hiển thị lệnh hay kết quả đầu dạng đồ họa Hình 1.4: giao diện cửa sổ đồ thị Matlab Việc ngắt chương trình thực chương trình khơng theo u cầu thơng qua phím nóng Ctrl + C Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi Sử dụng PSAT mô hệ thống IEEE nút GVHD: Trần Minh Quyến Để chương trình Matlab dùng lệnh : >>exit enter >>quit enter từ menu thả xuống nhấn vào góc phải hình cửa sở Matlab Matlab điều khiển câu lệnh kết hợp theo trật tự định gọi chương trình Chương trình chứa nhiều câu lệnh hàm chức để giải toán lớn Các câu lệnh Matlab mạnh có vấn đề cần câu lệnh đủ giải tốn Mơ Matlab cho ta hình ảnh tọa độ không gian chiều(2D) chiều(3D) 1.1.2 Các phím chức đặc biệt lệnh dùng cho hệ thống Các lệnh hệ thống: Các lệnh sau viết từ cửa sổ lệnh của Matlab 1.1.3 Biến Matlab Tên biến Matlab dài 32 ký tự bao gồm chữ số vài ký tự đăc biệt phải bắt đầu chữ Tên hàm đặt sữ dụng làm tên của biến với điều kiện hàm khơng sữ dụng suốt q trình tồn của biến có lệnh clear xóa biến nhớ hay clear + tên của biến Bình thường Matlab có phân biệt biến tạo chữ thường chữ hoa Các lệnh Matlab nói chung thường sữ dụng chữ thường việc phân Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi Sử dụng PSAT mô hệ thống IEEE nút GVHD: Trần Minh Quyến biệt bỏ qua thực lệnh >>casensen off % bỏ thuộc tính phân biệt chữ hoa chữ thường Việc kiểm tra tồn của biển nhớ thông qua lệnh: Độ lớn hay chiều dài của biến vector ma trận xác định thơng qua số hàm có sẳn của Matlab Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi Sử dụng PSAT mô hệ thống IEEE nút GVHD: Trần Minh Quyến 1.1.4 Các dạng file sữ dụng Matlab: 1.1.4.1: Script file (M-files): Các chương trình người sữ dụng soạn thảo lưu trữ file có phần mở rộng *.m.file dạng gọi script file File dạng ký tự ASCII sữ dụng phần soạn thảo nói chung để tạo Ta chạy file giống lệnh thủ tục cac Matlab Tức gõ tên file không cần có phần mở rộng sau enter Khi sữ dụng nội dung của file không hiển thị màng hình Trong Simulink sơ đồ mơ lưu dạng *.m gọi S-function Một số lệnh hệ thống tương tác với *.m file thường gặp Đối với Simulink phức hợp ta không nên khai báo trực tiếp cho khói cụ thể mà ta nên tập hợp chúng lại sript file Bằng cách mọi công việc khai báo hay thay đỗi thơng số thực rõ ràng khó nhằm lẫn Đễ làm vậy thay viết giá trị cụ thể ta viết tên biến Các biến gán giá trị cụ thể sau khuôn khổ script file trước bắt đầu mô ta gọi cript file ta nạp biến vào workspace của Matlab Nhờ vậy q trình mơ Simulink truy cập sữ dụng biến nạp 1.1.4.2 Files liệu: Các ma trận biễu diển thông tin lưu trữ file liệu Matlab phân biệt loại file liệu khác Mat-file ASCII-file Mat-file lưu liệu dạng số nhị phân ASCII-file lưu liệu dạng ký tự Mat-file thích hợp cho liệu tạo sữ dụng Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi Sử dụng PSAT mô hệ thống IEEE nút GVHD: Trần Minh Quyến chương trình Matlab ASCII-file sữ dụng liệu chia sẽ(exportimport) với chương trình của Matlab ASCII-file tạo bới chương trình soạn thảo nói chung hay chương trình soạn thảo máy Nó tạo chương trình Matlab cách sữ dụng câu lệnh sau đây: >>save.dat./ascii; 1.2 Giới thiệu PSAT 1.2.1 Cài đặt PSAT Bước 1: Vào link http://faraday1.ucd.ie/psat.html để tải PSAT Chọn phiên bản muốn cài đặt sau tải Bước 2: Giải nén file zip vừa tải Bước 3: Di chuyển file psat vừa giải nén vào C:\Program Files\MATLAB\R2017b\toolbox Bước 4: Khởi động matlab set path psat mục toolbox Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi Sử dụng PSAT mô hệ thống IEEE nút GVHD: Trần Minh Quyến Chọn save => close 1.2.2 Tổng quan PSAT hộp cơng cụ Matlab để phân tích điều khiển hệ thống điện Các phiên bản dòng lệnh của PSAT tương thích với Octave PSAT bao gồm sức mạnh lưu lượng, lưu lượng điện liên tục, lưu lượng điện tối ưu, phân tích ởn định tín hiệu nhỏ mô miền thời gian Tất cả hoạt động đánh giá đồ họa giao diện người dùng (GUI) thư viện dựa Simulink cung cấp công cụ thân thiện với người dùng cho thiết kế mạng Hình 1.5 Giao điện khởi động PSAT Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi Sử dụng PSAT mô hệ thống IEEE nút GVHD: Trần Minh Quyến Hình 2.5 Sơ đồ cấu trúc chung hệ thống bảo vệ có dự phịng Trong : + BI1;BI2 biến dịng điện + BU : biến điện áp +CCh1,CCh2 : cầu chì bảo vệ ngắn mạch +BV1 ; BV2 Các rơ le bảo vệ 1,2 + N1 ; N2 : Nguồn nuôi DC + M.C : Máy cắt 2.5 Ổn định điện áp 2.5.1 Khái niệm ổn định điện áp Ổn định điện áp khả của hệ thống trì mức điện áp chấp nhận nút sau có nhiễu Ngun nhân làm ởn định điện áp: 24 Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi Sử dụng PSAT mô hệ thống IEEE nút GVHD: Trần Minh Quyến Công suất phản kháng nhà máy điện không đáp ứng nhu cầu công suất phản kháng của tải; thay đổi nấc điều chỉnh điện áp của máy biến áp;sự thay đổi của tải, lỗi ; cố đường dây; kết cấu của mạng điện; chất lượng điện kết nối lưới với nguồn tái tạo 2.5.2 Mới quan hệ P-U-Q: Hình 2.6 Sơ đồ hệ thống điện đơn giản Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điện Hình 2.8 Giản đồ vec tơ Từ phụ tải ta có biểu thức: Mặt khác ta có: 25 Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi Sử dụng PSAT mô hệ thống IEEE nút GVHD: Trần Minh Quyến sin2   cos  1 Do biểu thức trở thành: Nếu cơng suất khơng phụ thuộc điện áp (đ/áp định mức) có PL(U) = Pn ; QL(U) = Qn biểu thức viết lại sau: Hình 2.9 Mối quan hệ P-Q cho giá trị U Tìm Pn ; Qn cho (3.6) có nghiệm U nhất: 26 Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi Sử dụng PSAT mô hệ thống IEEE nút GVHD: Trần Minh Quyến Hình 2.10 Đường bao biễu diễn mối quan hệ P-Q cho giá trị U Với giá trị U cơng thức (3.6) biểu diễn đường tròn mặt phẳng P-Q Tăng dần giá trị của U có đường trịn dịch chuyển dần xuống Điểm A có hai nghiệm U của (3.6) Điểm B đường bao nghiệm của (3.6) tương ứng với trị của U Thay PL = Pn , QL = Qn vào phương trình (3.12) đây: ( EU U2 )  PL (U )  [QL (U )  ] X X Ta có: ( EU U2 )  Pn  [Qn  ] X X ( U2 E2 U )  (2Qn  )( )  ( Pn  Qn )  X X X Khi : Pn  � Qn  E2 4X Để tính nghiệm điện áp U ta có:   (2Qn  E2 )  4( Pn  Qn )  X Khi : Qn  � Pn  E2 2X 27 Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi Sử dụng PSAT mô hệ thống IEEE nút GVHD: Trần Minh Quyến Hình 2.11 Quan hệ đường cong Pn Qn PL= Pn;QL=Qn Thay PL = Pn , QL = (U/Un)2 Qn vào phương trình (3.18) ( EU U2 )  PL (U )  [QL (U )  ] X X Ta có: EU U U2 2 ( )  Pn  [( ) Qn  ] X Un X ( Qn E 2  ) U  ( ) U  Pn  Un X X Để tính nghiệm điện áp U ta có: ( Q E E2 )  4( n2  ) Pn  � Qn  (  )U n 2 X Un X X Pn X Khi : Pn  � Qn  � E2 Khi : Qn  � Pn  � 2X Hình 2.12 Quan hệ đường cong Pn Qn PL= Pn; QL= (U/Un)2Qn 28 Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi Sử dụng PSAT mô hệ thống IEEE nút GVHD: Trần Minh Quyến Thay PL = (U/Un) Pn , QL = (U/Un)2 Qn vào phương trình (3.24) đây: ( EU U2 )  PL (U )  [QL (U )  ] X X Ta có: ( EU U U U2 )  ( )2 Pn  [( )2 Qn  ] X Un Un X Để tính nghiệm điện áp U ta có: AU  BU  C  ( Qn P E  )U  [( )  ( n ) ]U  Un X X Un   [( P EU E )  ( n ) ]2  0(Qn ) � Pn  � n X Un X Hình 2.13 Quan hệ đường cong Pn Qn PL=(U/Un) Pn;QL= (U/Un)2Qn Thay PL = (U/Un)2 Pn , QL = (U/Un)2 Qn vào phương trình (3.29) ( EU U2 )  PL (U )  [QL (U )  ] X X Ta có: ( EU U U U2 )  ( )4 Pn  [( )2 Qn  ] X Un Un X AU  BU  C  [( Pn Q E  ( n2  )2 ]U  ( ) 2U  Un Un X X 29 Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi Sử dụng PSAT mô hệ thống IEEE nút GVHD: Trần Minh Quyến Để tính nghiệm điện áp U ta có ( Có nghiệm): ( E )  0(Qn ; Pn ) X Hình 2.14 Quan hệ đường cong Pn Qn PL=(U/Un)2 Pn; QL= (U/Un)2Qn 2.6 Hệ thống IEEE bus Các hệ thống IEEE bus nhà nghiên cứu sử dụng để thực ý tưởng khái niệm Lưu ý kỹ thuật mô tả chi tiết hệ thống IEEE bus Hệ thống bao gồm tải, tụ điện, đường truyền máy phát Hình 2.6 Hình 2.15 Sơ đồ hệ thống IEEE bus 30 Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi Sử dụng PSAT mô hệ thống IEEE nút GVHD: Trần Minh Quyến Mỗi máy (máy phát) biểu diễn dạng nguồn điện áp nơi đặt trở kháng nguồn của tùy ý 10 Ohms Bảng tóm tắt đặc điểm của nguồn, với sở 100 [MVA] cho đơn vị Bảng 2.1: Dữ liệu IEEE bus 31 Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi Sử dụng PSAT mô hệ thống IEEE nút GVHD: Trần Minh Quyến CHƯƠNG 3: KHAI BÁO SƠ ĐỒ KHỐI TRONG PSAT VÀ MÔ PHỎNG 3.1 Sơ đồ hệ thớng IEEE bus simulink Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống IEEE bus simulink  Giá trị bus Simulink: Bus 1: 32 Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi Sử dụng PSAT mô hệ thống IEEE nút GVHD: Trần Minh Quyến Hình 3.2 Giá trị bus Bus 2: Hình 3.3 Giá trị bus Bus 3: 33 Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi Sử dụng PSAT mô hệ thống IEEE nút GVHD: Trần Minh Quyến Hình 3.4 Giá trị bus Bus 4: Hình 3.5 Giá trị bus Bus 5: 34 Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi Sử dụng PSAT mô hệ thống IEEE nút GVHD: Trần Minh Quyến Hình 3.6 Giá trị bus Bus Hình 3.7 Giá trị bus 35 Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi Sử dụng PSAT mô hệ thống IEEE nút GVHD: Trần Minh Quyến 3.2 Phân tích hệ thớng điện IEEE nút chế độ xác lập: Hình 3.8 Bản kết mơ phỏng thông số chế độ nút hệ thống điện IEEE nút Hình 3.9 Đồ thị phân bố cơng suất nút hệ thống điện IEEE nút \ 36 Bùi Văn Kiên – Nguyễn Đức Lợi Sử dụng PSAT mô hệ thống IEEE nút GVHD: Trần Minh Quyến Hình 3.10 đồ thị phân bố điện áp góc pha điện áp tại nút hệ thống điện IEEE nút Hình 3.11 Đồ họa 3D thể biên độ điệp áp cao thấp theo độ phân giải màu sắc tại nút hệ thống điện IEEE nút Nhận xét: nhìn vào kết quả mơ của điện áp hệ thống điện IEEE nút chế độ xác lập hồn tồn ởn định với khơng có dao động của biên độ điện áp Điện áp nút trì giới hạn vận hành cho phép của chúng Vmin