Tổng tổn thất điện năng trong mạng điện có thể được xác định như sau : ∆ = (∆Pd + ∆Pb).τ + ∆P0.t
Trong đó : τ : Thời gian tổn thất công suất lớn nhất; t : Thời gian các máy làm việc trong năm. Vì các máy làm việc song song cả năm nên t = 8760 h. Τa có τ = 3195,79 h.
Vậy ∆ = (7,134 + 1,643). 3195,79 + 0,54.8760 = 32779,85 MWh Có = ∑Pmax . Tmax = 293.4800 = 141.104 MWh
Tổn thất điện năng trong mạng điện tính theo phần trăm bằng :
4 A 32779,85 A% .100 .100 2,325% A 141.10 8.4 Tính chi phí và giá thành 8.4.1 Chi phí vận hành hàn năm
Các chi phí vận hành hàng năm của mạng điện được xác định như sau : Y = avhd.Kd + avht.Kt + ∆ .c
Trong đó : avhd : Hệ số vận hành đường dây, avhd = 0,04;
avht : Hệ số vận hành các thiết bị trong trạm biến áp, avht = 0,1; c : Giá thành 1kWh điện năng tổn thất.
Sinh viên : Trần Thị Thu Hường – Lớp Đ4H1 Page 87
Như vậy :
Y = 0,04. 132579,03. 106 + 0,1. 544,4.109 + 32779,85.103.800 = 85,967.109 đ
8.4.2. Chi phí tính toán hàn năm
Chi phí tính toán hàng năm được xác định theo công thức Z = atc.K + Y
Trong đó atc là hệ số định mức hiệu quả của các vốn đầu tư, atc = 0,125. Do đó chi phi tính toán hàng năm của mạng điện bằng :
Z = 0,125. 676,979.109 + 85,967.109 = 170,59.109
8.4.3. Giá thành truyền tải điện năn
Giá thành truyền tải điện năng được xác định theo công thức :
9 3 4 85,967.10 14 Y 60,969 A 1.10.10 đ
8.4.4. Giá thành xây dựng 1MWcông suất phụ tải trong chế độ phụ tải cực đại
Giá thành xây dựng 1MW công suất phụ tải được xác định như sau :
9 9 0 max K 676,979.10 K 2,311.10 P 293 đ/MW
Kết quả tính các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của hệ thống điện thiết kế được tổng hợp trong bảng sau :
Sinh viên : Trần Thị Thu Hường – Lớp Đ4H1 Page 88
Bảng 8.2 : Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của hệ thống điện thiết kế Các chỉ tiêu Đơn vị Giá trị Tổng công suất phụ tải cực đại MW 293
Tổng chiều dài đường dây Km 390,13 Tổng công suất các MBA hạ áp MVA 264 Tổng vốn đầu tư cho mạng điện 109 đ 676,979
Tổng vốn đầu tư về đường dây 106 đ 132579,03
Tổng vốn đầu tư về các trạm biến áp 109 đ 544,4
Tổng điện năng các phụ tải tiêu thụ MWh 141.104
∆Umaxbt % 2,803 ∆Umaxsc % 8,43 Tổng tổn thất công suất ∆P MW 9,317 Tổng tổn thất công suất ∆P % 3,18 Tổng tổn thất điện năng ∆ MWh 32779,85 Tổng tổn thất điện năng ∆ % 2,325 Chi phí vận hành hàng năm 109 đ 85,96
Chi phí tính toán hàng năm 109 đ 170,59 Giá thành truyền tải điện năng đ/kWh 60,969 Giá thành xây dựng 1MW công suất phụ tải khi
cực đại 10
9
Sinh viên : Trần Thị Thu Hường – Lớp Đ4H1 Page 89
PHẦN 2 : ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PSS/E MÔ PHỎNG LƢỚI ĐIỆN THIẾT KẾ
CHƢƠNG 1 : MÔ PHỎNG CHẾ ĐỘ XÁC LẬP CỦA LƢỚI ĐIỆN THIẾT KẾ BẰNG PHẦN MỀM PSS/E
1.1 Giới thiệu chƣơng trình PSS/E
PSS/E (Power System Simulator for Engineering) là chương trình phân tích, tính toán hệ thống điện của tập đoàn PTI (POWER TECHNOLOGIES INTERNATIONAL) của Mỹ. Kể từ khi ra đời phiên bản đầu tiên năm 1976, chương trình đã trở thành phần mềm thương mại được sử dụng nhiều nhất trong các phần mềm tính toán lưới điện.
Chương trình PSS/E là một bộ chương trình tích hợp mô phỏng hệ thống điện trên máy tính. Cho phép nghiên cứu về mạng lưới truyền dẫn và các đặc tính của máy phát trong cả chế độ tĩnh và chế độ động. Có thể khai thác chương trình trên các phương diện chính sau:
- Tính toán trào lưu công suất; - Tối ưu hóa trào lưu công suất;
- Nghiên cứu các loại sự cố đối xứng và không đối xứng;
- Mô hình động mô phỏng quá trình quá độ điện cơ, tính toán ổn định động của hệ thổng.
Những bước sử dụng PSS/E để tiến hành mô phỏng và tính toán các quá trình xảy ra trong hệ thống:
- Phân tích các thiết bị vật lí (đường dây truyền tải, máy phát, máy biến áp) để thực hiện việc mô phỏng, tính toán các thông số đặc trưng và hàm truyền của nó;
- Chuyển các mô hình vật lí đã được nghiên cứu thành dữ liệu đầu vào cho chương trình PSS/E;
Sinh viên : Trần Thị Thu Hường – Lớp Đ4H1 Page 90
- Chuyển đổi kết quả tính toán thành các thông số cho các thiết bị thực.
1.2 Nhập dữ liệu đầu vào
Trong phần này chúng ta sẽ chuyển các thông số của lưới điện như điện trở, điện kháng, dung dẫn của đường dây và các thông số của máy biến áp từ đơn vị có tên sang đơn vị tương đối. Trị số trong đơn vị tương đối của một đại lượng vật lý nào đó là tỷ số giữa nó với một đại lượng vật lý khác cùng thứ nguyên được chọn làm đơn vị đo lường. Đại lượng vật lý chọn làm đơn vị đo lường được gọi là đại lượng cơ bản. Chúng ta sẽ tiến hành quy đổi các thông số của đường dây, máy biến áp sang đơn vị tương đối. Tính toán trong hệ đơn vị tương đối như sau
2 cb pu cb cb cb U Z Z ; Z Z S 1.2.1 Nhập dữ liệu nút Code dùng để chỉ loại nút:
1: Nút phụ tải (không có máy phát); 2: Nút máy phát hay nhà máy điện 3: Nút cân bằng;
Mạng điện thiết kế gồm có 28 nút: Nút 1, 2, 3, 4 là nút máy phát có code bằng 2; nút 22 là nút hệ thống có code bằng 3; còn lại các nút đều có code bằng 1
Sinh viên : Trần Thị Thu Hường – Lớp Đ4H1 Page 91
1.2.2 Nhập dữ liệu đường dây
Chuyển các thông số đường dây từ dạng đơn vị có tên sang dạng đơn vị tương đối cơ bản. Điện trở, điện kháng và điện dẫn phản kháng trong hệ đơn vị tương đối cơ bản của đường dây được xác định theo công thức sau:
2 cb pu pu pu S cb cb cb U R X R ; X ; B B . Z Z S Scb=100MVA; Ucb=110kV
Áp dụng công thức trên ta có bảng kết quả tính toán như sau
Bảng 1.1 : Thông số của đường dây dạng đơn vị tương đối cơ bản R0 i X B.10^-6 L R PU X PU B PU NM-1 0,46 0,43 2,64 44,720 0,170010 0,158922 0,014285 NM-3 0,27 0,42 2,74 44,720 0,099788 0,153748 0,014826 NM-5 0,46 0,43 2,64 30,000 0,114050 0,106612 0,009583 NM-7 0,21 0,41 2,78 36,030 0,062531 0,121787 0,012120 NM-9 0,46 0,43 2,64 31,620 0,120208 0,112369 0,010101 NM-6 0,46 0,43 2,64 40,000 0,152066 0,142149 0,012778 HT-2 0,46 0,43 2,64 28,280 0,107511 0,100499 0,009034 HT-4 0,46 0,43 2,64 44,720 0,170010 0,158922 0,014285 HT-6 0,46 0,43 2,64 36,060 0,137088 0,128147 0,011519 HT-8 0,46 0,43 2,64 22,360 0,085005 0,079461 0,007143 HT-10 0,34 0,42 2,69 31,620 0,088850 0,110539 0,010292 Sau đó nhập thông số như sau:
Sinh viên : Trần Thị Thu Hường – Lớp Đ4H1 Page 92
Hình 1.2 : Thông số đường dây
1.2.3 Nhập dữ liệu máy biến áp
Chuyển các thông số đường dây từ dạng đơn vị có tên sang dạng đơn vị tương đối cơ bản. Điện trở, điện kháng, điện dẫn phản kháng, điện dẫn tác dụng trong hệ đơn vị tương đối của máy biến áp được xác định theo công thức sau:
cb cb pu 2 pu 2 cb cb cb 2 2 0 cb 0 cb pu 2 pu 2 c®m cb c®m cb R S S R R . ; X X . ; Z U U Q U P U B . ; G . U S U S
Sinh viên : Trần Thị Thu Hường – Lớp Đ4H1 Page 93
Bảng 1.2 : Thông số của máy biến áp trạm giảm áp dạng đơn vị tương đối
Trạm B N R, X, ΔP0, ΔQ0, R, X, G, B, Ω Ω kW kW pu pu pu pu ND 4 0,65 17,3 70 480 0,005372 0,142975 0,00064 0,00439 1 2 2,45 55,9 29 200 0,020248 0,461983 0,00027 0,00183 3 1 2,45 55,9 29 200 0,020248 0,461983 0,00027 0,00183 5 2 2,45 55,9 29 200 0,020248 0,461983 0,00027 0,00183 7 1 1,87 43,5 35 240 0,015455 0,359504 0,00032 0,00220 9 2 2,45 55,9 29 200 0,020248 0,461983 0,00027 0,00183 6 2 2,45 55,9 29 200 0,020248 0,461983 0,00027 0,00183 2 2 2,45 55,9 29 200 0,020248 0,461983 0,00027 0,00183 4 2 2,45 55,9 29 200 0,020248 0,461983 0,00027 0,00183 10 2 1,87 43,5 35 240 0,007727 0,179752 0,00064 0,004392 8 2 2,45 55,9 29 200 0,010124 0,230992 0,00053 0,00366
Sau đó nhập thông số như sau:
Hình 1.3 : Thông số máy biến áp
1.2.4 Nhập dữ liệu của nguồn
Nhập dữ liệu của máy phát và hệ thống (hệ thống là nguồn công suất vô cùng lớn).
Sinh viên : Trần Thị Thu Hường – Lớp Đ4H1 Page 94
Hình 1.4 : Nhập dữ liệu nguồn trong chế độ phụ tải cực đại
1.2.5 Nhập dữ liệu phụ tải
Phụ tải bao gồm 10 phụ tải cấp 22kV và phụ tải tự dùng của nhà máy điện. Thông số của phụ tải được nhập như sau:
Hình 1.5 : Nhập dữ liệu phụ tải chế độ phụ tải cực đại
Sau khi nhập dữ liệu ta có sơ đỗ nối điện chính của lưới trong PSS/E như hình
1.3 Chạy chƣơng trình và xuất kết quả
Để tính toán trào lưu công suất cho hệ thống mới sau khi nhập dữ liệu, ta chọn trên thanh công cụ theo đường dẫn: Power Flow/Solution/Solve hoặc sử dụng biểu tượng:
Sinh viên : Trần Thị Thu Hường – Lớp Đ4H1 Page 95
Hình 1.6 : Bảng kết quả tính toán trào lưu công suất ở chế độ phụ tải cựcđại
Reached tolerance in 7 iterations
Largest mismatch: 0.05 MW 0.00 Mvar 0.05 MVA at bus 5 [ND 110.00]
System total absolute mismatch: 0.06 MVA SWING BUS SUMMARY:
BUS# X-- NAME --X BASKV PGEN PMAX PMIN QGEN QMAX QMIN 11 HT 110.00 147.7 9999.0 -9999.0 86.3 9999.0 -9999.0
Sau khi chạy chương trình ta có kết quả tính toán trào lưu công suất của từng đường dây như sau:
Sinh viên : Trần Thị Thu Hường – Lớp Đ4H1 Page 97
Từ đó ta có bảng tổng kết so sánh về dòng công suất truyền tải và điện áp của hai phương pháp tính toán bằng tay và tính toán bằng phần mềm như sau:
Bảng 1.3 : Bảng so sánh kết quả điện áp giữa tính tay và PSSE Nút Điện áp tính tay Điện áp tính psse
1 114,58 114,64 3 113,55 113,61 5 115,33 115,39 7 113,98 114,04 9 115,18 115,24 2 118,7533 118,78 4 117,1496 117,2 6 117,4748 117,51 8 119,365 119,38 10 118,75 118,08
Sinh viên : Trần Thị Thu Hường – Lớp Đ4H1 Page 98
Bảng 1.4 : Tổng kết so sánh về dòng công suất truyền tải
Đường dây P(MVA) PSSE Q(MVAr) PSSE P(MVA) Tính tay Q(MVAr) Tính tay Nd 1 26,8 12,4 26,877 12,740 Nd 3 22,8 13,1 22,805 13,135 Nd 5 30,8 15,8 30,845 16,201 Nd 7 28,8 17,3 28,855 17,365 Nd 9 30,8 15,8 30,880 16,130 Nd 6 13,4 -7,6 13,086 -6,808 Ht 2 27,6 13,6 27,660 14,218 Ht 4 30 14,2 30,088 14,840 Ht 6 25,8 25,6 26,212 25,605 Ht 8 25,4 12,6 25,483 13,178 Ht 10 39 20,4 38,035 21,07 Trào lưu công suất ở chế độ cực đai
Sinh viên : Trần Thị Thu Hường – Lớp Đ4H1 Page 100
1.3.2 Chế độ phụ tải cực tiểu
Hình 1.7 : Nhập dữ liệu nút trong chế độ phụ tải cực tiểu
Hình 1.8 : Nhập dữ liệu nguồn trong chế độ phụ tải cực tiểu
Sinh viên : Trần Thị Thu Hường – Lớp Đ4H1 Page 101
Hình 1.10 : Nhập dữ liệu máy biến áp ở chế độ phụ tải cực tiểu
Hình 1.11 : Nhập thông số đường dây
Sinh viên : Trần Thị Thu Hường – Lớp Đ4H1 Page 102
Hình 1.12 : Bảng kết quả tính toán trào lưu công suất ở chế độ phụ tải cực tiểu Largest mismatch: 0.06 MW 0.00 Mvar 0.06 MVA at bus 5 [ND 110.00]
System total absolute mismatch: 0.07 MVA SWING BUS SUMMARY:
BUS# X-- NAME --X BASKV PGEN PMAX PMIN QGEN QMAX QMIN 11 HT 110.00 78.2 9999.0 -9999.0 40.7 9999.0 -9999.0
Sau khi chạy chương trình ta có kết quả tính toán trào lưu công suất của từng đường dây như sau:
Sinh viên : Trần Thị Thu Hường – Lớp Đ4H1 Page 104
Xét nhánh HT-2
Bảng 1.5 : Bảng so sánh kêt quả công suất truyền tải giữa tính tay và PSSE Đường dây SNi, MVA
(Tính bằng tay)
SNi, MVA (Tính bằng phần
mềm) HT-2 19,247+j 8,987 19,2+j 8,8
Và điện áp tại nút 2: U2-tính toán bằng tay=113,47kV; U2-tính toán bằng phần mềm=113,34kV.
1.3.3 Chế độ sự cố
Xét sự cố hỏng một tổ máy phát, các máy phát còn lại phát 100% công suất. Khi đó các dữ liệu cần nhập thay đổi như các bảng sau:
Sinh viên : Trần Thị Thu Hường – Lớp Đ4H1 Page 105
Hình 1.14 : Nhập dữ liệu nguồn
Hình 1.15 : Nhập dữ liệu phụ tải ở chế độ sự cố
Sinh viên : Trần Thị Thu Hường – Lớp Đ4H1 Page 106
Hình 1.17 : Nhập dữ liệu máy biến áp ở chế độ sự cố
Hình 1.18: Bảng kết quả tính toán trào lưu công suất ở chế độ phụ tải sự cố Largest mismatch: 0.05 MW 0.00 Mvar 0.05 MVA at bus 5 [ND 110.00]
System total absolute mismatch: 0.06 MVA SWING BUS SUMMARY:
BUS# X-- NAME --X BASKV PGEN PMAX PMIN QGEN QMAX QMIN 11 HT 110.00 148.1 9999.0 -9999.0 87.9 9999.0 -9999.0
Sau khi chạy chương trình ta có kết quả tính toán trào lưu công suất của lưới như
Sinh viên : Trần Thị Thu Hường – Lớp Đ4H1 Page 108
Xét nhánh HT-2
Bảng 1.14 : Bảng so sánh kết quả công suất truyền tải giữa tính tay và PSSE Đường dây SNi, MVA
(Tính bằng tay)
SNi, MVA (Tính bằng phần
mềm) HT-2 28,168+j 15,612 28,1+j 15,3
Và điện áp tại nút 2: U2-tính toán bằng tay=116,3553kV; U2-tính toán bằng phần mềm=116,40kV.
Sinh viên : Trần Thị Thu Hường – Lớp Đ4H1 Page 109
Nhận xét: Sau khi cho chạy chương trình, kết quả ở ba chế độ cho thấy:
- Công suất tác dụng và điện áp các nút khi tính bằng tay và bằng phần mềm sai khác rất ít.
- Công suất phản kháng sai khác nhiều hơn, đặc biệt là sau khi các dòng công suất phản kháng đã qua máy biến áp.
Nguyên nhân dẫn đến sự khác nhau về phân bố công suất phản kháng khi tính bằng tay và khi sử dụng phần mềm:
- Khi tính hân bố công suất bằng tay sử dụng điện áp định mức của lưới 110kV để tính toán và chỉ tính cho một bước lặp; Trong khi đó phần mềm PSS/E sử dụng các phương pháp lặp để tính chế độ xác lập do đó kết quả đạt được chính xác hơn.
- Khi tính toán bằng tay ta bỏ qua phần ảo của tổn thất điện áp nên cũng gây ra sai số giữa hai cách tính.
Sinh viên : Trần Thị Thu Hường – Lớp Đ4H1 Page 110
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Văn Đạm: Mạng lưới điện, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2005
2. Nguyễn Văn Đạm: Thiết kế các mạng và hệ thống điện, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2008
3. PGS. TS. Phạm Văn Hòa, Ths. Phạm Ngọc Hùng: Thiết kế phần điện nhà máy điện và trạm biến áp, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2007
4. Ngô Hồng Quang: Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện từ 0,4-500 kV, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2007
5. TS. Trần Quang Khánh: Cung cấp điện, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật,