Chương trình mô phỏng chế độ quá độ của PSS/E sử dụng phương pháp tích phân số để nghiên cứu, theo dõi đáp ứng của hệ thống theo thời gian khi có kích động xẩy ra. Sự mô phỏng động của quá trình vật lý gồm ba bước cơ bản sau:
55
- Xây dựng một hệ các phương trình vi phân mô tả quá trình vật lý của hệ thống một các tổng quát .
- Xác định giá trị của các hằng số và các thông số biến mô tả chi tiết tình trạng vật lý của hệ thống tại một thời điểm tức thời.
- Tích phân trên các phương trình vi phân với những gía trị đã được xác định ở bước trên làm điều kiện đầu.
Quá trình tính toán chế độ quá độ của PSS/E được thể hiện trong sơ đồ khối sau: Khởi tạo: xác định giá
trị ban đầu x,y,vx,vy
Tính đạo hàm :
Từ giá trị ban đầu x,y,vx,vy theo HPTVP
Xuất thông số đầu
Cập nhật các giá trị x,y,vx,vy:
56
1.Tính toán chếđộ xác lập trước sự cố
Mọi tính toán quá trình quá độ hệ thống điện đều phải xuất phát từ việc tính CĐXL. Từ số liệu tĩnh của hệ thống như: cấu trúc lưới, số liệu phụ tải, tổng trở thứ tự thuận máy phát … chương trình sẽ tính trào lưu công suất và các thông số điện áp, góc pha, thông số máy bù… để làm sơ kiện trong bài toán giải phương trình vi phân tính quá trình quá độ. Tuy nhiên do có sự khác nhau về mô hình tính toán, sai số có thể lớn nếu sử dụng ngay kết quả tính CĐXL (do kết quả tính QTQĐ rất nhậy với sai số chế độ đầu). Cách xử lý là convert file số liệu CĐXL sang mô hình mới. Các bước thực hiện như sau:
- Cần bắt đầu thực hiện với chức năng tính toán động, đợi cho màn hình xuất hiện. Nhắp vào chức năng LOFL đề chuyển sang chế độ tĩnh.
- Nạp số liệu file tĩnh vào bộ nhớ.
- Sử dụng lệnh CONL, CONG để chuyển file số liệu tĩnh về dạng mới. Thực chất của bước này là chuyển phụ tải công suất về phụ tải tổng trở, nối dài mô hình máy phát về đến sức điện động (trên cơ sở thông số điện kháng và công suất P,Q đang vận hành).
(tham số dòng lệnh conl all - 100 0 - 0 100 , cong ).
- Sử dụng lệnh ORDR tiếp sau lệnh CONG đề chuẩn hoá phép chuyển.
- Lệnh FACT cho phép bỏ nút cân bằng, đưa máy phát điều tần về chế độ bình thường như các máy phát khác..
- Lệnh TYSL có thể sử dụng tiếp sau để kiểm tra kết quả.
Đến đây có thể ghi số liệu vào file (với tên mới) để dùng cho các tính toán động nhiều lần. Chú ý là file này cùng có đuôi .SAV nhưng không dùng để tính CĐXL được như file ban đầu.
Tiếp theo dùng lệnh RTRN để chuyển trở về chức năng tính động. Chú ý, nếu gọi file số liệu tĩnh đã chuyển từ trước thì nhấn nút FACT/RTRN.
2.Số liệu động
Ngoài việc sử dụng số liệu tĩnh, được chuyển đổi từ tham số chế độ xác lập làm sơ kiện, chương trình PSS/E còn đòi hỏi cả số liệu động. Những đại lượng liên quan đến mô phỏng động như sau:
57
- Hằng số (Constant): những thông số không đổi trong suốt quá trình tính toán. Ví dụ hằng số hệ thống ICON, CON, công suất máy phát (MBASE), tổng trở phức của máy phát (ZSORCE), điện kháng phức của MBA (XTRAN).
- Biến trạng thái (State Varialbe): những biến mà giá trị của chúng được xác định từ các phương trình vi phân.
- Biến đại số (Algebraic Variable): Những biến mà giá trị của chúng được xác định khi giá trị của tất cả cácc hằng số, biến trạng thái và biến đầu vào đã được xác định. Các biến đó gồm: VAR (dãy biến đại số chung), VOLT (điện áp nút theo p.u), BSFREQ (độ lệch tần số theo p.u), ANGLE (góc pha của roto theo độ), PELEC (công suất tác dụng của máy phát theo p.u), QELEC (công suất phản kháng của máy phát theo p.u), ETERM (điện áp đầu cực máy phát theo p.u), EFD (điện áp kích từ của máy phát theo p.u), PMECH (công suất cơ của turbine theo p.u), SPEED (độ lệch tốc độ của máy phát theo p.u), ECOMP (điện áp của thiết bị điều khiển bù điện áp theo p.u) …
- Biến đấu vào (Input Variable): Những đại lượngmà các giá trị của chúng được xác định tại thời điểm tức thời bất kỳ từ logic bên ngoài mô phỏng động. Như vậy thu nhập và vào số liệu động là vấn đề khó khăn nhất của công việc mô hình hóa hệ thống. Chương trình đòi hỏi phải nhập đầu đủ các thông số chi tiết máy phát, thiết bị kích từ, điều tốc và các thiết bị nâng cao ổn định. Để tập hợp đầy đủ số liệu thật không đơn giản. Ngoài ra với mỗi phần tử thực tế ta cần phải lựa chọn đúng mô hình trong chương trình.
+ Mô hình máy phát:
Trong PSS/E có 2 mô hình máy phát hay được sử dụng là máy phát điện roto cực lồi (GENSAL), và cực ẩn (GENROU) tương ứng mô phỏng cho các máy phát turbine nước và turbine hơi. Mô hinh chi tiết của máy phát được viết trong hệ tọa độ có 2 thành phần dọc trục và ngang trục: mô phỏng quá trình quá độ điện từ, momen quán tính, ảnh hưởng của cuộn cản. Đặc biệt các mô hình này đòi hỏi phải có giá trị điện kháng siêu quá độ giả tưởng phù hợp với thông số máy phát trong CĐXL (phụ lục).
+ Mô hình kích từ:
58
này có hệ thống kích từ một chiều song song cùng với hệ thống kích từ xoay và bộ điều khiển chỉnh lưu không điềukhiển gắn trên trục máy phát. Mô hình đầy đủ gồm có khâu bão hòa kích từ, khâu điều áp, hằng số thời gain các bọ kích từ và điều áp, tín hiệu sai lệch được phản hồi về nguồn và đưa vào bộ điều tốc (phụ lục).
+ Mô hình bộđiều tốc turbine:
Với các máy phát thường có bộ điều chỉnh tốc độ quay của Turbine. Người ta thường sử dụng mô hình HYGOV, TGOV1 ứng với turbine nước và turbine hơi. HYGOV trực tiếp điều chỉnh lượng nước vào turbine để điều tốc, sử dụng một hệ thống thủy lực đơn giản để điềukhiển đóng mở nhận nước (cánh phai) một các dễ dàng.
TGOV1 là mô hình điều tốc đơn giản, với trạng thái vậnhành của turbine hơi phụ thuộc vào hằng số thời gian hâm nóng.
3.Liên kết số liệu dộng và số liệu tĩnh
File số liệu động đã được tạo ra trước, tuy nhiên để đưa vào chương trình cần có nhiều thao tác liên kết (nhằm hoà nhập với các số liệu tĩnh và mô hình các thiết bị bổ sung). Trường hợp đang xét (giả thiết không có thiết bị nào bổ sung), các thao tác cần thiết như sau:
- Sử dụng lệnh DYRE để đưa thêm số liệu động vào bộ nhớ (từ ô dòng lệnh hoặc sử dụng Menu).
Chú ý cần phân biệt chạy lần đầu hay đã tính nhiều lần cho sơ đồ đang xét. Khi chạy lần đầu cho một sơ đồ cần có bước tạo file điều khiển (DSUSR.DLL và DSUSR.EXP). Các file này sau khi tạo sẽ nằm trên đĩa để sử dụng cho mỗi lần tính. Kết quả sẽ bị lỗi nếu sử dụng nhầm file cũ (tạo cho sơ đồ trước đó). Cách tạo các file này như sau:
+ Sau khi gọi file động (bước trên), cần đặt tên 2 file CONEC và CONET bằng cách viết tên vào các ô cửa sổ tương ứng (ví dụ đặt là CC1 và CT1). Sau đó đặt tên cho file dịch (ví dụ đặt là compile1) trên ô cửa số COMPILE. Nhấn ENTER.
Chú ý là sau khi đặt các tên file và nhấn ENTER thì chương trình đã tạo ra trên đĩa các file cần thiết (với các tên là CC1.FLX , CT1.FLX và compile1.BAT). Trong
59
trường hợp vừa nêu các file này có nội dung tối thiểu vì mọi thiết bị đều chuẩn không có các nội dung bổ sung. Người sử dụng không cần can thiệp
+ Ra khỏi chương trình bằng lệnh STOP, vào chức năng chạy lệnh DOS của phần mềm FORTRAN để dịch và tạo các file DSUSR.DLL và DSUSR.EXP. Bấm tên chương trình dịch để dịch các file CC1.FLX và CT1.FLX (bấm tên file đã đặt trước dây - compile1). Chương trình compile1.bat sẽ dịch mỗi file nêu trên sang fortran (file PSSE0001.FOR) rồi dịch thành CONEC.OBJ và CONET.OBJ). File PSSE0001.FOR được xóa ngay sau khi hoàn tành nhiệm vụ bằng lệnh delete trong chương trình compile1.BAT.
Tiếp theo cần bầm tên chương trình liên kết CLOAD4.BAT để tạo các file điều khiển DSUSR.DLL và DSUSR.EXP. Chương trình này đã được viết sẵn và cung cấp trong PSSELIB. Nếu không có lỗi thì các file DSUSR.DLL và DSUSR.EXP sẽ có mặt trên thư mục (đè lên file cũ nếu đang có). Trong trường hợp đang xét các file đều được tự động thiết lập nên chắc chắn không có lỗi. Nếu không thấy kết quả thì là do lỗi sử dụng phần mềm fortran (thiếu đường dẫn chẳng hạn).
Cách sửa lỗi đường dẫn đơn giản nhất là sử dụng chức năng của fortran: dùng fortran command prompt (như lệnh DOS). Chạy file DFVARS.BAT trong C:\Program Files\Microsoft Visual Studio\DF98\BIN\.
+ Quay trở vào PSSE để chạy lại (từ chức năng động) như mục b) nêu trên. Lần này chỉ chọn file động và nhấn ENTER (chọn tên file động, không cho tên các file CONEC, CONET và COMPILE).
Chú ý là các file DSUSR.DLL và DSUSR.EXP có giá trị sử dụng cho một mô hình (ứng với sơ đồ HTĐ xác định cùng với các trang thiết bị). Nếu mô hình giữ nguyên, chỉ thay đổi thông số (trên file động chẳng hạn, thì không cần thực hiện tạo lại).
4. Thiết lập các tham số tính toán (cho quá trình tích phân số QTQĐ)
Chọn các thông số cần đưa ra kết quả (nhờ lệnh CHAN). Chỉ có các thông số được chọn này về sau mới có thể in ấn kết quả. Có thể tạo file .idv trên đĩa để dùng nhiều lần. Các thông số có thể đưa ra kết quả bằng lệnh CHAN là:
60
5. Thực hiện tích phân QTQĐ
- Chọn lệnh STRT để tính số liệu đầu. Cần cho tên file kết quả (với đuôi *.out) để lập báo cáo về sau. File *.nap có thể tạo hoặc không. Nếu tạo thì có thể dùng lại. Có các thông báo về tình trạng số liệu. Nếu chế độ đầu OK thì có thể thực hiện RUN.
- Lệnh RUN có thể thực hiện nhiều lần để tích phân số QTQĐ.
Mỗi khi thực hiện RUN cần đặt khoảng thời gian tính, đặt số bước tích phân cho mỗi khoảng in. Có thể chen vào giữa các lệnh RUN nhiều thao tác thay đổi mô hình. Trường hợp đơn giản nhất là tạo sự cố (disturbance), giải trừ sự cố ... Lần RUN đầu tiên nên tính với một khoảng thời gian nào đó chưa có sự cố để kiểm tra chế độ đầu. Khi đó các đường cong QTQĐ phải nằm ngang (không dao động). - Dừng quá trình tích phân số bằng lệnh STOP.
Vào chức năng vẽ đồ thị (đường cong dao động các thông số đã đăng ký trong phần lệnh CHAN nêu trên.
3.1.3 Mô hình thiết bị TCSC trong chương trình PSS/E 1. Mô hình TCSC trong chếđộ xác lập