3.1.1. Tổng quan về phần mềm PSS/E
PSS/E (Power System Simulator for Engineering) PSS/E là phần mềm mô phỏng HTĐ trên máy tính nhằm mục đích tính toán nghiên cứu phục vụ vận hành cũng nhƣ quy hoạch HTĐ. Phiên bản đầu tiên của PSS/E ra đời vào năm 1976, phiên bản đƣợc sử dụng là PSS/E Version 30.2
Các chức năng chính của PSS/E:
- Tính toán trào lƣu công suất - Tính toán ngắn mạch
- Tính toán tối ƣu hóa trào lƣu công suất - Tính toán ổn định
Giao diện chính của chƣơng trình: nhƣ hình 3.2
Hình 3.2. Giao diện chính của chương trình PSS/E
3.1.2. Mô tả các phần tử trong PSS/E
- Buses (nút): Bus là thành phần quan trọng cần khai báo đầu tiên trong PSS/E, mọi phần tử khác sẽ đƣợc nối vào Bus.
+ Bus Number + Bus Name
+ Base kV: điện áp của Bus (thông thƣờng tại 1 trạm điện mỗi cấp điện áp sẽ là 1 Bus).
+ Area, Zone
+ Code (xác định xem Bus là loại gì: 1 - nút tải (PQ), 2 - nút nguồn (PV), 3 - nút Swing, 4 - nút cô lập).
*Khi nút PV không giữ được điện áp thì code tự động chuyển thành -2.
+ Các Swing Bus hiện tại: Hà Khẩu (7001), Tân Kiều (7052), M_M_TIAO (7101), MA_GUAN (7152), THAMCAU (7201), HBINH_H1 (28610).
- Branches (Nhánh): + From Bus
+ To Bus
+ Id (thứ tự các mạch song song)
+ Line R (RL), line X (XL), Charging (BL). + In-service (đƣờng dây vận hành hay không)
+ RateA, RateB, RateC: các mức mang tải (thƣờng chỉ sử dụng RateA)
+ Line B (From); Line B (To): dùng để mô tả kháng bù ngang trên HTĐ 500kV.
+ Length: chiều dài đƣờng dây (km)
Hình 3.3. Dữ liệu các nhánh trong PSS/E
- Phụ tải đƣợc mô tả gồm các thành phần: + Bus Number/bus name
+ Id (khi có nhiều Load tại 1 Bus) + Area/Zone: Miền phụ tải/vùng phụ tải + In-service
Dùng lệnh Scale để thay đổi Load của cả hệ thống hoặc miền, hoặc một khu vực cụ thể (thông qua các Area/Zone của khu vực đó).
Có thể hiệu chỉnh hệ số Cos(φ) (Power Factor) khi tính các chế độ khác nhau.
Hình 3.4. Dữ liệu các phụ tải trong PSS/E
- Máy phát điện đƣợc mô tả trong 2 Tab: Machines và Plants - Machines:
+ Bus Number/Bus Name + Id, In-service.
+ Pgen: Công suất phát của tổ máy, giá trị này thƣờng xuyên phải thay đổi
tùy thuộc vào cấu hình nguồn tính toán, riêng swing bus (code 3) chƣơng trình sẽ tự
tính Pgen.
+ Pmax, Pmin: Công suất tối đa của tổ máy, có thể thay đổi theo cột nƣớc thủy điện hoặc số lò nối vào ST (TBK).
+ Qmax, Qmin: có thể thay đổi. Ví dụ: khi Ialy phát thì Qmin = -40, khi bù thì Qmin = -100 (đối với các tổ máy H1, H3, H4).
Hình 3.5. Dữ liệu các máy phát trong PSS/E
- Một số Machines đặc biệt:
+ Các nút Trung Quốc cấp điện cho Việt Nam đƣợc coi là các Machines đặt tại Swing Bus.
+ SVC - Việt Trì, SVC - Thái Nguyên đƣợc coi là các Machines có P = 0; khai báo Qmax, Qmin.
+ Số lƣợng thủy điện nhỏ là rất lớn và đƣợc mô tả đến từng tổ máy, trong thực tế vận hành thƣờng chỉ thống kê con số tổng của các miền.
- Tab Plants chỉ cần khai báo 2 tham số:
+ Vsched: giá trị điện áp nút cần giữ, đây là tham số quan trọng để điều chỉnh điện áp nút, khi tổ máy hết khả năng phát (hút) Q mà điện áp vẫn không đạt Vsched thì Code của Bus chuyển thành -2. Tùy vào giá trị Vsched mà PSS/E sẽ tính
+ Remote Bus Number: bus mà tổ máy sẽ giữ điện áp (tại Hòa Bình 8 tổ máy sẽ giữ điện áp tại thanh cái 220kV nằm trong khoảng từ 229-242kV).
- Mô tả các Tụ bù ngang 110kV, 35kV (Phú Lâm). + Khai báo trong giá trị Binit (MVAr)
+ Thông thƣờng trong file max sẽ đóng tất cả các Tụ, file min sẽ cắt hết. + Lƣu ý một số tụ bù ngang hạn chế đóng cắt tránh dao động điện áp tại nút tải (Nghi Sơn).
+ Máy biến áp 2 cuộn dây: không cần thiết phải thay đổi giá trị của Tab này. + Thực tế vận hành có thể phải thay đổi nấc MBA tăng áp của máy phát, tuy nhiên trong chƣơng trình chỉ cần điều chỉnh Vched là có thể điều khiển khả năng phát (hút) Q của tổ máy.
Hình 3.6. Dữ liệu các máy biến áp trong PSS/E
- Máy biến áp 3 cuộn dây: Các MBA 500kV đều đƣợc mô tả trong Tab này.
+ Tab này có 1 Tab con là Windings chỉ khi click vào 1 MBA cụ thể thì mới nhìn thấy thông số trong Windings.
+ Các tham số MBA: R1-2, X1-2, R2-3, X2-3, R3-1, X3-1;
+ In-service: gồm 4 giá trị: All-out-service, wind1, wind2, wind3 out service (do MBA 500kV có thể chỉ mở vòng 1 phía). Nếu tách toàn bộ MBA cần phải chuyển code của Bus phía hạ áp sang code 4 để tránh lỗi Island.
+ Trong Tab Windings có thể phải chỉnh Rate A (ví dụ khi thay dây dẫn phía 220kV của MBA Phú Lâm).
+ Ratio (pu): tham số thƣờng xuyên thay đổi tùy thuộc vào chế độ tính toán.
Bảng 3.1. Bảng quy đổi nậc máy biến áp
3.1.3. Một số FILE của PSS/E
- File .SAV: đây là file tổng hợp có thể dùng tính chế độ xác lập, ngắn mạch. Thông thƣờng sẽ có file .SAV cho 3 chế độ Max, Min, Med cho từng tuần.
- File .RAW: chỉ chứa các thông tin về chế độ xác lập.
- File .SEQ: chứa các thông số thứ tự dùng cho tính toán ngắn mạch. - File .DYR: dùng để tính toán ổn định
- File .SUB: chứa thông tin về Subsystem dùng để tính bài toán PV Analysis.
Ratio Ratio (pu)
1 1.1000 2 1.0875 3 1.0750 4 1.0625 5 1.0500 6 1.0375 7 1.0250 8 1.0125 9 1.0000 10 0.9875 11 0.9750 12 0.9625 13 0.9500 14 0.9375 15 0.9250 16 0.9125 17 0.9000
- File.CON: chứa thông tin về sự cố, bất thƣờng (Contingency) trong bài toán PV Analysis.
- File.SLD (Single Line Diagram): file sơ đồ dùng để giám sát tổng thể HTĐ, thao
tác tách thiết bị trực tiếp trên sơ đồ SLD.
Hình 3.7. Hình ảnh FILE SLD
- File.IDV (IDEV): phục vụ việc tính toán tự động có thể record lại các thao tác thƣờng xuyên thực hiện.
- File.PY (Python): tƣơng tự file.IDV viết bằng ngôn ngữ Python, hiện tại đã xây dựng đƣợc các file phục vụ việc tính toán, Report ra file Excel.
3.1.4. Các lệnh của PSS/E
Hình 3.8. Màn hình chỉ các câu lệnh trong PSS/E
- Trên màn hình chính click vào nút CLS để mở cửa sổ Command Line Input, lƣu ý chọn Command language là PSS/E Response.
- Đây là cửa sổ nhập lệnh của PSS/E. Khi gõ các lệnh kiểm tra chế độ hệ thống sẽ xuất hiện thêm các tab Report.
- FD (Fixed slope Decouped Newton-Raphson solution) - FN (Full Newton-Raphson solution)
Đây là 2 lệnh chính để giải bài toán Power Flow (PF). Thông thƣờng sẽ chạy 1 vài lần để đảm bảo Mismatch < 1.
- Rate: lệnh kiểm tra mức mang tải của các phần tử, có thể kiểm tra theo cấp điện áp, theo Area, Zone.
- Vchk: lệnh kiểm tra điện áp của hệ thống hoặc Area, Zone, cần nhập vào giá trị Vmax, Vmin (pu).
- Tree: kiểm tra các nút Island.
- Outs: kiểm tra các phần tử Out of services
- Flat: đƣa điện áp các Bus về (1+j0), thực tế khi sử dụng chƣơng trình sẽ không hội tụ.
- Gens: liệt kê dữ liệu máy phát. Sử dụng kiểm tra tổng nguồn HT (Gens all), nguồn của các miền (Gens zone tƣơng ứng).
- Save *, Case *: save file, gọi file gần nhất, trƣớc khi thay đổi thông số cần save file, nếu file không hội tụ thì gọi lại file gần nhất.
Các lệnh về Scale tải, tách bus, nhập bus có thể thực hiện trực tiếp bằng button trên Menubar.
3.1.5. Sử dụng PSS/E để tính toán
Hình 3.9. Sơ đồ khối tính toán
Dữ liệu đầu vào:
- Cơ cấu huy động nguồn - Dự báo phụ tải - Công tác lƣới PSS/E LF Kết quả tính toán Đảm bảo điều kiện kỹ thuật Phƣơng thức lƣới Yes Thay đổi thông số đầu vào No Từ file UCREPORT.xlsm,
file công tác lƣới.
Đƣa vào file .SAV Max,
- Trình tự tính toán
- Dùng PSS/E để tính toán, đánh giá ảnh hƣởng của các công tác lƣới tới chế độ vận hành của HTĐ.
- Dùng cơ cấu huy động nguồn, lịch sửa chữa, dự báo phụ tải, kết dây cơ bản làm đầu vào cho 2 file .SAV Max, Min.
- Tính toán chế độ đƣa ra nhận xét, cảnh báo. - Đề xuất, kiến nghị các giải pháp.
3.2. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA THIẾT BỊ FACTS (SVC; TCSC) TRONG LƢỚI ĐIỆN MẪU 12 NÚT LƢỚI ĐIỆN MẪU 12 NÚT
3.2.1. Giới thiệu về lƣới điện
Lƣới điện mẫu là một lƣới điện đƣợc Prabha Kundur (tác giả của cuốn sách
Power System Stability) viết ra nhằm mục đích nghiên cứu các bài toán liên quan đến tính ổn định của hệ thống. Hiện nay lƣới điện này là mô hình đƣợc dùng phổ biến cho các bài toán mô phỏng tính ổn định của hệ thống.
Hình 3.10. Mô hình lưới mẫu 12 nút
Lƣới điện mẫu bao gồm 12 nút, trong đó có 4 máy phát. Hệ thống đƣợc chia làm 2 vùng có sơ đồ lƣới giống nhau và đƣợc nối với nhau qua 1 đƣờng dây kép giữa 2 nút 7 và 9. Mỗi vùng bao gồm 2 máy phát có công suất giống nhau và phụ tải của mỗi vùng đƣợc đặt tập trung tại nút 7 và nút 9. Tần số định mức của hệ thống là
G4 4 G3 8 9 10 11 3 110 km 10 km 25 km L9 G2 2 G1 1 5 6 7 110 km 10 km 25 km L7 12
Việc mô phỏng chế độ xác lập cho ta trạng thái ban đầu của hệ thống. Sau khi giải chế độ xác lập, chúng ta sẽ có những thông tin về điện áp nút, công suất phát của các nhà máy, công suất các tải và trào lƣu công suất trên các nhánh.
Để giải tích chế độ xác lập, chúng ta cần đƣa thông tin của lƣới điện nhƣ sau: - Thông số của các nút trong lƣới điện (phụ lục 1)
- Thông số về các máy phát (phụ lục 2)
- Thông số về các phụ tải và các tụ bù ngang (phụ lục 3) - Thông số về các nhánh (phụ lục 4)
3.2.2. Tính toán, phân tích đánh giá hiệu quả của thiết bị SVC trong lƣới điện mẫu 12 nút ở chế độ xác lập bằng phần mềm PSS/E mẫu 12 nút ở chế độ xác lập bằng phần mềm PSS/E
Mô hình lƣới điện mẫu 12 nút khi lắp đặt SVC tại nút 8 thể hiện nhƣ hình 3.11
Hình 3.11. Mô hình lưới điện mẫu 12 nút khi lắp đặt SVC tại nút 8
Để đánh giá vai trò và ứng dụng của thiết bị bù tĩnh SVC trong lƣới điện mẫu 12 nút tác giả tiến hành giải bài toán xác lập bằng phần mềm PSS/E ở chế độ trƣớc và sau khi lắp đặt SVC.
Sau khi giải bài toán ở chế độ xác lập bằng phần mềm PSS/E ở chế độ trƣớc khi lắp đặt SVC thì cho thấy điện áp tại nút số 7, 8, 9 thấp đặc biệt tại điện áp tại nút 8 là U8 = 0.9511pu (bảng 3.2). Vì vậy tác giả tiến hành lắp đặt SVC tại nút số 8.
G4 4 G3 8 9 10 11 3 110 km 10 km 25 km L9 G2 2 G1 1 5 6 7 110 km 10 km 25 km L7 SVC 12
Bảng 3.2. Điện áp các nút tính toán ở chế độ xác lập trước và sau khi lắp đặt SVC TT Điện áp (PU) Ghi Chú Chế độ xác lập trƣớc khi lắp đặt SVC Chế độ xác lập sau khi lắp đặt SVC 1 1.03 1.03 2 1.01 1.01 3 1.03 1.03 4 1.01 1.01
5 1.0066 1.0098 Điện áp tại nút 5 đƣợc đƣợc cải thiện
6 0.9785 0.9865 Điện áp tại nút 6 đƣợc đƣợc cải thiện
7 0.9618 0.9762 Điện áp tại nút 7 đƣợc đƣợc cải thiện
8 0.9511 1 Điện áp tại nút 8 đƣợc giữ 1PU
9 0.9751 0.99 Điện áp tại nút 9 đƣợc đƣợc cải thiện
10 0.987 0.995 Điện áp tại nút 10 đƣợc đƣợc cải thiện
11 1.0114 1.0145 Điện áp tại nút 11 đƣợc đƣợc cải thiện
12 0.9511 0.9685 Điện áp tại nút 12 đƣợc đƣợc cải thiện
Hình 3.12. Phân bố điện áp của lưới điên mẫu 12 nút trước và sau khi lắp đặt SVC 0.9 0.95 1 1.05 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Điện áp (PU) chế dộ xác lập trước
Sau khi lắp đặt SVC tại nút số 8 thì điện áp tại nút số 8 đƣợc giữ với điện áp Uđặt=1pu và điện áp các nút lân cận đƣợc cải thiện (chi tiết tại bảng 3.2). Chứng tỏ khả năng SVC có khả năng giữ điện áp tại nút lắp đặt rất tốt và cải thiện điện áp các nút lân cận.
Bảng 3.3. Công suất phản kháng phát trước và sau khi lắp đặt SVC
TT
Công suất QF (MVAR)
Ghi chú
Chế độ xác lập
trƣớc khi lắp đặt
SVC
Chế độ xác lập
sau khi lắp đặt SVC
1 184.05 163.75
Nâng cao ổn định điện áp
2 231.94 183.1
3 164.93 143.48
4 191.54 137.6
5 0 94.55
Dựa vào bảng 3.3 cho thấy 4 nhà máy ở chế độ trƣớc khi lắp đặt SVC tổng công suất phản kháng phát của nhà máy là QF = 772.46 MVAR. Sau khi lắp đặt SVC tại nút điện áp số 8 thì công suất phát của các nhà là QF = 627.93 MVAR chứng tỏ SVC có khả năng nâng ổn định điện áp.
Bảng 3.4. Tổn thất tải trên đường dây trước và sau khi lắp đặt SVC
TT Đƣờng dây
Tổn thất trênđƣờng dây trƣớc khi lắp đặt SVC
Tổn thất trên đƣờng dây sau khi lắp đặt SVC Công suất tác dụng MW Công suất phản kháng MVA Công suất tác dụng MW Công suất tác dụng MW 1 1 to 5 0 82.46 0 81.66 2 2 to 6 0 89.02 0 86.58 3 3 to 11 0 76.89 0 75.87 4 4 to 10 0 77.45 0 75.5 5 5 to 6 12.36 123.56 12.23 122.34 6 6 to 7 20.28 202.76 19.95 199.5 7 7 to 8 4.79 47.87 4.9 49.04 8 8 to 9 4.68 46.78 4.39 43.94 9 9 to 10 20.35 203.53 20.02 200.24 10 10 to 11 12.82 128.24 12.65 126.53 11 12 to 7 4.79 47.87 4.51 45.14 12 12 to 9 4.68 46.78 4.41 44.06
SVC là ∆P =84.75MW, ∆Q = 1173,21 MAVR sau khi lắp đặt SVC tổn thất trên các đƣờng dây giảm xuống ∆P =83.06 MW, ∆Q = 1150MAVR.
- Nhận xét: Sau khi lắp đặt SVC tại nút số 8 với dung lƣợng ±500VAR thì ta thấy: + Điện áp tại nút số 8 đƣợc giữ ở 1pu
+ Điện áp tại các nút lân cận đƣợc cải thiện đáng kể + Nâng cao ổn định điện áp trong hệ thống
+ Giảm công suất phản kháng truyền tải trên đƣờng dây + Tăng khả năng tải của các đƣờng dây
+ Giảm tổn thất công suất
3.2.3. Tính toán, phân tích đánh giá hiệu quả của thiết bị TCSC trong lƣới điện mẫu 12 nút ở chế độ xác lập bằng phần mềm PSS/E mẫu 12 nút ở chế độ xác lập bằng phần mềm PSS/E
Mô hình lƣới điện mẫu 12 nút khi lắp đặt TCSC trên đƣờng dây 6-7 thể hiện nhƣ hình 3.13.
Hình 3.13. Mô hình lưới điện mẫu 12 nút khi lắp đặt TCSC trên đường dây 6-7
Để đánh giá vai trò và ứng dụng của thiết bị bù dọc có điều khiển TCSC trong lƣới điện mẫu 12 nút ta tiến hành giải bài toán xác lập bằng phần mềm PSS/E ở chế độ trƣớc và sau khi lắp đặt TCSC trên đƣờng dây 6-7.
G4 4 G3 8 9 10 11 3 110 km 10 km 25 km L9 G2 2 G1 1 5 6 7 25 km L7 15 15 8 12 TCSC
Sau khi giải bài toán ở chế độ xác lập bằng phần mềm PSS/E ở chế độ trƣớc khi lắp đặt TCSC thì cho thấy khả năng mang tải trên đƣờng dây trên đƣờng dây 6-7 đang bị đầy tải (bảng 3.5).Vì vậy ta tiến hành lắp đặt TCSC trên đƣờng dây 6-7.
Bảng 3.5. Kết quả tính toán công suất truyền tải trên các đường dây trước khi lắp đặt TCSC.
TT Tên đƣờng dây Công suất truyền tải
%I Ghi chú
Đầu Cuối MW MVAR MVA
1 6 5 -687.64 17.66 687.87 58.58 2 6 7 1387.64 125.25 1393.29 101.71 Đầy tải 3 7 8 200.18 4.57 200.24 41.64 4 7 12 200.18 4.57 200.24 41.64
