3.4.1 Giới thiệu chương trình PSS/ADEPT.
Chương trình mô phỏng tính toán hệ thống điện PSS/ADEPT (Power System Simulator/ Advanced Distribution Engineering Produtivity Tool) của hãng Power Technologies là một chương trình chuyên dùng tính toán chế độ của hệ thống phân phối. Chương trình này được phát triển cho các kỹ sư
và cán bộ kỹ thuật dùng để thiết kế và phân tích lưới phân phối. PSS/ADEPT cho phép thiết lập, phân tích hệ thống và sơ đồ lưới điện. PSS/ADEPT cung cấp đầy đủ các công cụ (Tools) cho chúng ta trong việc thiết kế và phân tích một luới điện cụ thể. Với PSS/ADEPT chúng ta có thể tiến hành:
- Vẽ sơđồ và cập nhật lưới điện trong giao diện đồ họa.
- Việc phân tích mạch điện sử dụng nhiều loại nguồn và không hạn chế số nút.
- Hiển thị kết quả tính toán ngay trên sơđồ lưới điện
- Xuất kết quả dưới dạng report sau khi phân tích và tính toán
- Nhập thông số và cập nhật dễ dàng thông qua data sheet của mỗi thiết bị trên lưới.
Về các công cụ tính toán PSS/ADEPT thì một số module tính toán không được đóng gói sẵn trong phần mềm, tuy nhiên tùy theo yêu cầu khai thác mà ta có thể mua từ nhà sản xuất từng module riêng lẻ để cài đặt. PSS/ADEPT giải quyết các bài toán sau:
- Load Flow – module có sẵn: Bài toán tính phân bố công suất phân tích và tính toán điện áp, dòng điện, công suất trên từng nhánh và từng phụ tải cụ thể.
- All Fault- module có sẵn: Bài toán tính ngắn mạch tại tất cả các nút trên lưới, bao gồm các loại ngắn mạch như ngắn mạch 1 pha, 2 pha và 3 pha.
- Tie Open Point Optimization: Bài toán TOPO phân tích điểm dừng tối ưu cho lưới mạch vòng.
- Optimal Capacitor Placement: Bài toán CAPO tìm ra những điểm tối ưu để đặt và dung lượng các thiết bị bù sao cho tổn thất công suất trên lưới là nhỏ nhất.
- Hamornics: Bài toán phân tích sóng hài, phân tích các thông số và ảnh hưởng của các thành phần sóng hài trên lưới.
- DRA- Distribution Reliability Analysis: Bài toán phân tích độ tin cậy trên lưới điện, tính toán các thông số độ tin cậy trên lưới điện như SAIFI, SAIDI, CAIFI, CAIDI…
PSS/ADEPT có giao diện đồ hoạ người dùng rất thân thiện, dễ dàng nhập số liệu và tính toán, ngoài ra chương trình cũng cung cấp khả năng giao tiếp bằng câu lệnh, có khả năng phục vụ đầy đủ các nhu cầu tính toán hệ thống điện.
Về bảo mật:
Có hai loại khóa cứng để bảo vệ bản quyền cho phần mềm này: loại parallel gắn ở cổng máy in và loại USB. Hiện nay, hãng Shaw Power Technologies cũng có hai loại khóa cứng cho máy đơn và máy mạng. Theo khuyến cáo của nhà sản xuất không được gắn khóa cứng vào trong quá trình cài đặt vì sẽ làm hư khóa cứng.
Hình 3.8 Giao diện chính của chương trình PSS/ADEPT
Các cửa sổứng dụng của PSS/ADEPT:
Cửa số ứng dụng của PSS/ADEPT bao gồm nhiều thành phần chính như sau:
- Cửa sổ View: bao gồm các thông tin cho các ứng dụng, đồ họa và ba cửa sổ chính để thiết kế và phân tích một sơđồ mạch điện.
- Thanh trạng thái (StatusBar) để hiển thị thông tin trạng thái của chương trình khi PSS/ADEPT đang tính toán.
- Thanh menu chính (Main Menu) gồm các hàm chức năng trong PSS/ADEPT.
- Thanh công cụ (ToolBar) cung cấp các công cụ giúp cho việc vẽ sơ đồ mạch điện thực hiện nhanh chóng và dễ dàng.
Dưới đây là một số hình ảnh minh họa cho quá trình nhập dữ liệu mô phỏng tính toán cho một lưới điện mới.
Hình 3.9 Bảng dữ liệu đầu vào chương trình PSS/ADEPT
3.4.2 Chức năng tính toán điểm mở mạch vòng.
Trong PSS/ADEPT chức năng tính toán xác định điểm phân đoạn tối ưu (TOPO) là một trong những module chức năng chính của chương trình. Bài toán xác định điểm mở tối ưu trong chương trình PSS/ADEPT là bài toán tái cấu hình lưới giảm tổn thất công suất tác dụng.
Các bước giải bài toán tái cấu hình lưới giảm tổn thất công suất tác dụng trong chương trình PSS/ADEPT:
Bước 1: Đọc các dữ liệu thông số lưới và khoá điện . Kiểm tra trạng thái các khoá điện.
Bước 2: Đóng tất cả các khoá điện thường mở có trong lưới điện để thiết lập lưới điện có dạng mạch vòng kín.
Bước 3: Giải bài toán tính toán chế độ lưới. Xác định trào lưu công suất trên lưới.
Bước 4: Mở khóa điện có dòng tải đi qua là bé nhất. Giải bài toán tính toán chếđộ của lưới sau khi đã mở khoá điện.
Bước 5: Kiểm tra các điều kiện vận hành ∆UCP, IMAX.
Nếu một trong các điều kiện không thoả mãn thì ta sẽ mở khoá điện có dòng công suất đi qua bé tiếp theo và tính toán lại chếđộ lưới như Bước 4.
Bước 6: Kiểm tra điều kiện hình tia của lưới điện phân phối, nếu vẫn còn mạch vòng kín trong lưới thì quay lại bước 3.
Nếu lưới điện là hình tia hoàn toàn thì kết thúc bài toán - In kết quả. Các khoá điện được mở qua các bước trên chính là lời giải của bài toán tìm điểm mở mạch vòng hợp lý.
Tuy nhiên để chương trình đạt hiệu quả cao cần phải cần thực hiện các công việc sau:
- Xác định các phần tử phụ tải trên lưới thực.
- Rút gọn lưới điện của từng phần tử phụ tải sao cho có các thông số lưới gần giống với lưới thực khi mô phỏng bằng PSS/ADEPT.
- Thành lập lưới điện phân phối từ các phần tử phụ tải nêu trên.
- Xác định trạng thái khoá điện (cấu hình vận hành) bằng trình con TOPO trong PSS/ADEPT.
- Kết nối các phần tử phụ tải thực dựa vào kết quả trạng thái khoá điện, phân tích lưới điện thực bằng chương trình PSS/ADEPT.
• Định nghĩa phần tử phụ tải
Phần tử phụ tải là tập hợp các tải trong một nhánh, nối tuyến...được giới hạn bằng các khoá điện. Ranh giới các phần tử phụ tải được đánh dấu bằng các khoá điện. Khi xem xét lưới điện gồm các khoá điện có thể thao tác khi có tải, không tải hay điều khiển từ xa thì số lượng phần tử phụ tải sẽ thay đổi.
Trong lưới điện phân phối trung áp gồm: đường dây trên không và cáp ngầm để truyền tải điện năng đến trực tiếp các biến thế hạ áp. Tuy nhiên có sự khác nhau giữa hai hệ thống phân phối bằng dây trên không và cáp ngầm.
• Hệ thống cáp ngầm
Lưới điện truyền tải điện năng bằng cáp ngầm thường có công suất lớn từ 300 - 1000 kVA. Với cấu trúc như trên, lưới phân phối ngầm trung thế rất tiện lợi cho những khu vực phụ tải tập trung và ổn định. Đứng về mặt giải tích lưới điện, các trạm biến thế hạ áp được coi là các nút và cáp ngầm liên lạc được coi là các nhánh. Điều này khi tính toán mô phỏng, điện áp nút và dòng nhánh đều hoàn toàn phù hợp với thực tế. Trong một lưới điện phức tạp, số nút và nhánh thực sự không nhiều và hoàn toàn có thể mô phỏng thực tế.
• Hệ thống đường dây trên không
Lưới điện truyền tải điện năng bằng đường dây trên không, các trạm biến thế thường được đặt ngoài trời (Trạm treo, trạm xây…), có công suất nhỏ và có các dạng 1 pha, 3 pha, công suất từ 100 - 630 kVA. Với cấu trúc như trên, lưới phân phối trên không trung thế rất tiện lợi cho những khu vực phụ tải không tập trung và phụ tải đang phát triển.
Bài toán TOPO (Tie Open Point Optimization) sẽ phân tích, tính toán, định hình hệ thống hình tia để có tổn thất công suất tác dụng nhỏ nhất, đóng khóa để hình thành mạng vòng trong hệ thống, tách riêng điện kháng trong mạng vòng và giải tích lưới điện, mở khóa mạch vòng với dòng nhỏ nhất.
Nếu xảy ra quá tải trong quá trình phân tích, thì thuật toán sẽ lưu lại cho đến khi đạt đến điều kiện không có điểm nào quá tải. Nếu trong hệ thống ban đầu có các nhánh quá tải thì hệ thống sau khi giải xong cũng chứa các nhánh quá tải.
TOPO tối ưu hoá từng phần hệ thống hình tia nối với nút gốc. Vì thế trong tất cả mọi cấu hình mạng hình tia, TOPO định ra cấu hình có tổn thất
công suất tác dụng nhỏ nhất. Nút gốc thường là nút nguồn đầu tiên, nhưng ta có thể chỉ định nút khác bằng cách chọn Network>Properties từ thực đơn chính (Main Menu).
Giải thuật tìm điểm dừng tối ưu sử dụng phương pháp Heuristic dựa trên sự tối ưu phân bố công suất. Một đặc tính của giải thuật Heuristic là nó không thể định ra điểm tối ưu thứ hai, thứ ba được. Thực ra nó cũng không thể chứng minh được lời giải điểm dừng tối ưu là lời giải tốt nhất. Những bằng chứng đưa ra dựa trên việc khảo sát tất cả những khả năng kết hợp các mạng hình tia.
Khoá điều khiển TOPO được mô tả trong bảng thuộc tính các khoá. Bất kỳ khoá nào, ban đầu đều ở trạng thái mở, và khi đóng thì tạo thành mạng vòng. Nếu chúng không tạo mạng vòng thì hoặc là chúng đứng tách biệt hoặc là nối với một mạng tách biệt. Các khoá không tạo thành mạng vòng sẽ bị chương trình TOPO loại bỏ trước khi phân tích và chương trình chỉ tính cho các khoá có tạo thành mạng vòng khi đóng. Như thế, khoá điều khiển là một bộ phận của lưới điện trên cây nút gốc, các khoá ở các mạng tách biệt sẽ bị loại bỏ.
Với các loại tải biến thiên (snapshot) và không có nhánh quá tải nào, thì chương trình tính điểm dừng tối ưu hoạt động đơn giản. Bắt đầu với hệ thống hình tia ban đầu, TOPO đóng một trong các khoá điều khiển để hình thành mạng vòng. Thủ tục tối ưu phân bố công suất được thực hiện trong mạch vòng để xác định việc mở khoá nào là tốt nhất và chuyển mạng điện trở về lại dạng hình tia. Tiến trình này tiếp tục cho đến khi khoá mở ra luôn là khoá đã đóng, khi đó TOPO ngừng lại. Kết quả mạng có được là mạng hình tia có tổn hao công suất thực nhỏ nhất.
snapshot. Khi đó việc đặt một khoá không thể tối ưu cho bất kỳ tải đặc biệt snapshot nào, nhưng phù hợp cho việc kết hợp các khoá. Khi phân tích cùng lúc nhiều snapshot, TOPO sử dụng tổn thất công suất tác dụng mỗi đồ thị phụ tải với những khoảng thời gian liên quan.
TOPO xuất ra bảng tổn thất ban đầu và cuối cùng của mạng điện và số tiền tiết kiệm từ tổn hao đó. Lượng tổn hao tiết kiệm được tính trên đơn vị thời gian là năm và chương trình tính cả năng lượng (tác dụng và phản kháng) và nhu cầu (tác dụng và phản kháng), bằng cách sử dụng giá trị ta chỉ định trong mục Network>Economics từ thực đơn chính (Main Menu).
• Thiết đặt thông số kinh tế cho bài toán TOPO
Tính kinh tế của mạng điện được sử dụng trong quá trình phân tích để tính chi phí năng lượng và nhu cầu: giá điện, giá năng lượng phản kháng, giá nhu cầu điện, và giá nhu cầu năng lượng phản kháng.
Để đặt tuỳ chọn kinh tế (economics): Ta chọn Network>Economics. Thông số kinh tế trong bài toán TOPO cũng giống như trong bài toán tính CAPO. Cả 2 bài toán sử dụng cùng những thông số này để tính toán.
• Đặt các tùy chọn cho bài toán TOPO
Hình 3.10 Hộp thoại thiết đặt thông số cho TOPO
Khi ta chọn Consider branch overload limits, TOPO sẽ tính toán cho tất cả các nhánh quá tải trước đó. Trong hộp thoại Option này, ta có thể chọn những đồ thị phụ tải mà ta cần tính toán (đã tạo trong Category)
Hình 3.11 Kết quả chạy chương trình TOPO
Khi phụ tải thay đổi, trong thời gian cho phép ta xác định lại cấu trúc vận hành lưới điện như phương pháp đã trình bày ở trên hay sử dụng tính năng TOPO trong phần mềm PSS/ADEPT chính là ta đang tiến hành giải quyết bài toán tái cấu trúc lưới điện với hàm mục tiêu giảm thiểu tổn thất điện năng. Lưới điện thu được sẽ là lưới hình tia có tổn thất công suất nhỏ nhất.
3.5 Kết luận
Qua tính toán ở trên chúng ta đã thấy rõ lợi ích mang lại khi áp dụng tái cấu trúc lưới điện phân phối về mặt giảm tổn thất điện năng trong quá trình vận hành hệ thống. Rõ ràng dù còn hạn chế về mặt thiết bị cũng như công nghệ phân phối điện so với các nước tiên tiến trên thế giới nhưng chúng ta vẫn hoàn toàn có thể ứng dụng phương pháp tính toán ở trên. Phương pháp được tính cho lưới phân phối trung áp TP. Hà Nội, tuy nhiên đối với các lưới phân phối tại các Tỉnh thành khác trong cả nước hoàn toàn có thể ứng dụng kết quả này.
Áp dụng phương pháp để kiểm tra trên bài toán mẫu, kết quả thu được hoàn toàn phù hợp với những nghiên cứu trước đây cũng như kết quả khi chạy phần mềm PSS/ADEPT. Tuy nhiên việc trang bị phổ biến phần mềm tính toán này không hề đơn giản bởi chi phí đầu tư khá cao. Phương pháp đưa ra cách giải bài toán tái cấu trúc dựa trên kết quả tính toán thông số vận hành mà nhiều phần mềm trong nước có thể giải quyết nhằm tháo gỡ những khó khăn về vấn đềđầu tư trong giai đoạn hiện nay.
PHẦN 2 CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ HÀ NỘI CHƯƠNG 4 CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG CỦA HỆ THỐNG
CUNG CẤP ĐIỆN 4.1 Khái niệm về chất lượng điện năng
Chất lượng điện năng của hệ thống cung cấp điện được đánh giá trên các chỉ tiêu về chất lượng điện áp, chất lượng tần số trên cực của các thiết bị sử dụng điện.
Hệ thống điện (HTĐ) Việt Nam có tần số định mức là 50 Hz và nhiều cấp điện áp định mức khác nhau. Trong khi tần số là đại lượng mang tính hệ thống thì điện áp lại không đồng nhất lại các điểm khác nhau trong hệ thống. Ngay trong cùng một cấp, thì giá trị điện áp cũng là khác nhau với mỗi điểm khác nhau. Do tồn tại tổn thất điện áp trong mạng điện, nên điện áp ở gần nguồn thông thường có giá trị lớn hơn ở những điểm xa nguồn.
Các thiết bị dùng điện đều được thiết kế để làm việc với giá trị tần số định mức của HTĐ và giá trịđiện áp định mức thường bằng hoặc lân cận giá trị định mức của một cấp điện áp phân phối nào đó. Chất lượng điện năng được đảm bảo nếu thiết bị dùng điện được cung cấp ở tần số định mức của HTĐ và với điện áp định mức của thiết bịđó.
Trong quá trình vận hành HTĐ việc xuất hiện những dao động hay nhiễu loạn trong hệ thống cũng dẫn đến dao động về tần số. Cho nên chất lượng điện năng vẫn được xem là đảm bảo nếu tần số và điện áp biến đổi trong phạm vi cho phép quanh giá trị định mức. Phạm vi này được quy định trên cơ sở đảm bảo điều kiện làm việc bình thường của thiết bị dùng điện và các tiêu chuẩn về độ lệch điện áp và tần số. Khi giá trị thực tế của tần số và
điện áp vượt ra ngoài độ lệch cho phép phải tiến hành các biện pháp điều chỉnh.
Độ lệch điện áp hoặc tần số được định nghĩa là hiệu số giữa giá trị đo được và giá trị quy định: ∆U = 0 0 U U U − (4.1) ∆f = 0 0 f f f − (4.2) Trong đó: U : Giá trịđiện áp đo được U0 : Giá trịđiện áp định mức f : Giá trị tần số đo được f0 : Giá trị tần số định mức
Các chỉ tiêu chất lượng điện năng liên quan chặt chẽ với sự cân bằng công suất tác dụng P và phản kháng Q trong hệ thống điện. Có thể tăng thêm