Chương trỡnh PSS/E là chương trỡnh mụ phỏng hệ thống điện trờn mỏy tớnh nhằm mục đớch tớnh toỏn nghiờn cứu phục vụ vận hành cũng như quy hoạch hệ
thống điện. Cỏc tớnh toỏn phõn tớch hệ thống mà chương trỡnh cú khả năng thực hiện bao gồm: - Tớnh toỏn trào lưu cụng suất. - Tối ưu húa trào lưu cụng suất - Mụ phỏng quỏ trỡnh quỏ độđiện cơ. - Nghiờn cứu cỏc loại sự cốđối xứng và khụng đối xứng. - Đẳng trị hệ thống.
Cỏc chức năng chớnh của chương trỡnh được trỡnh bày trờn hỡnh vẽ 3-1. Cụ thể
cú thể tỡm thấy cỏc thụng tin hướng dẫn trong tài liệu hướng dẫn của PSS/E với cỏc nội dung sau đõy :
1. Hướng dẫn cài đặt và cỏc tiện ớch của chương trỡnh PSS/E
- Trỡnh tự cài đặt chương trỡnh cho mỏy tớnh cỏ nhõn (PC). - Hướng dẫn vẽ hỡnh và in ấn.
2. Hướng dẫn sử dụng chương trỡnh PSS/E
- Giới thiệu tổng quan và hướng dẫn sử dụng cỏc lệnh trong chương trỡnh.
- Đưa ra cỏc thảo luận về cấu trỳc của phần mềm và mụ tả trỡnh tự hoạt
động từng modul tớnh toỏn.
3. Hướng dẫn về cỏc ứng dụng cho chương trỡnh PSS/E
32
- Mụ tả phương phỏp mụ phỏng HTĐ cho chương trỡnh PSS/E và giải thớch ý nghĩa của cỏc kết quả thu được.
4. Hướng dẫn sử dụng chương trỡnh vẽđồ thị của PSS/E (PSSPLT)
- Hướng dẫn cỏch vẽ cỏc đồ thị kết quả đầu ra khi tớnh toỏn quỏ trỡnh quỏ độđiện cơ.
- Tài liệu chỉđược sử dụng khi tớnh toỏn quỏ trỡnh quỏ độ. 5. Hướng dẫn sử dụng IPLAN
- Hướng dẫn cỏch lập trỡnh bằng ngụn ngữ lập trỡnh IPLAN và cỏch biờn dịch chương trỡnh.
6. Hướng dẫn tớnh toỏn tối ưu húa trào lưu cụng suất - Giới thiệu tổng quan về thuật toỏn.
- Hướng dẫn cỏc sử dung cỏc lệnh trong tớnh toỏn tối ưu húa trào lưu cụng suất.
7. Cỏc ứng dụng khỏc
Bao gồm một hệ thống cỏc ứng dụng khỏc như tớnh toỏn đặc tớnh của động cơ điện, đặc tớnh P-V của mỏy phỏt điện, cỏc chức năng biến đổi định dạng file.
33
34
3.1.2 Mụ hỡnh cỏc thiết bịđiện trong PSS/E để nghiờn cứu ổn định điện ỏp
Để thực hiện quỏ trỡnh mụ phỏng cho hệ thống điện trong việc nghiờn cứu ổn
định điện ỏp, một cụng việc vụ cựng quan trọng đú là xõy dựng cỏc mụ hỡnh thiết bị
và mụ hỡnh húa chỳng. Vỡ khi nghiờn cứu sự cố trong hệ thống điện, chỳng ta khụng thể tiến hành trờn hệ thống thực do quỏ trỡnh xảy ra sự cố là rất nhanh chúng. Mụ hỡnh thiết bị sẽ thay thế cho cỏc thiết bị thực và cho phộp chỳng ta thay đổi cỏc thụng số trờn mụ hỡnh và quan sỏt được hiệu ứng của sự thay đổi đú. Đồng thời, việc mụ hỡnh húa thiết bị cho phộp đỏnh giỏ độ nhạy của hệ thống khi tham số của hệ thống hoặc cấu trỳc hệ thống cũng như đỏnh giỏ phản ứng của hệ thống khi thay
đổi tớn hiệu điều khiển. Những số liệu này rất cú ý nghĩa trong quỏ trỡnh thiết kế hệ
thống hoặc lựa chọn tối ưu cỏc thụng sốđể vận hành hệ thống.
3.1.2.1 Mụ hỡnh tải
Một trong những nhõn tố chớnh bắt đầu một sự mất ổn định điện ỏp là phảnứng của hệ thống tải làm giảm giỏ trịđiện ỏp tại khu vực mang tải. Vỡ vậy, việc mụ hỡnh húa phụ tải là điều cần thiết trong phõn tớch ổn định điện ỏp. Tuy nhiờn, để mụ hỡnh húa phụ tải một cỏch chớnh xỏc vẫn là một nhiệm vụ khú khăn bởi nú phụ thuộc vào nhiều nhõn tố bao gồm: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Số lượng lớn cỏc loại phụ tải khỏc nhau như: đốn huỳnh quang, đốn sợi đốt, tủ
lạnh, điều hũa, nước núng, mỏy nộn, động cơ, lũ sưởi, quạt lũ hồ quang... - Quyền sở hữu và vị trớ của cỏc thiết bị tải theo nhu cầu của khỏch hàng.
- Sự thay đổi của phụ tải với thời gian trong ngày, trong tuần, theo cỏc mựa, theo điều kiện thời tiết…
- Thiếu thụng tin chớnh xỏc về thành phần tải.
- Những trường hợp khụng chắc chắn về cỏc đặc tớnh của nhiều thành phần tải,
đặc biệt là điện ỏp cao hoặc thay đổi thường xuyờn.
Trong thực tế, phụ tải điển hỡnh trong cỏc nghiờn cứu sụp đổ điện ỏp dựa trờn cỏc mụ hỡnh điển hỡnh tải đó được đơn giản húa. Việc mụ hỡnh phụ tải phụ thuộc
35
điều nhiệt... Ngoài ra, cỏc mụ hỡnh của động cơđiện nờn được sử dụng khi hệ thống
điện bao gồm một số lượng đỏng kể phụ tải là động cơ.
Cú 2 loại mụ hỡnh tải là: mụ hỡnh tải tĩnh và mụ hỡnh tải động.
3.1.2.2 Mụ hỡnh phụ tải tĩnh
Cỏc mụ hỡnh phụ tải tĩnh thường được dựng trong cỏc nghiờn cứu liờn quan
đến ổn định điện ỏp trong khoảng thời gian ngắn, sau khi quỏ độ đến khoảng thời gian dài hạn. Phụ tải được mụ tả từ phớa khỏch hàng hay sau một thanh gúp/trạm thường phụ thuộc cả tần số và điện ỏp. Mụ hỡnh tải tĩnh kiểu hàm số mũ: P = PBC DE∝Q = QBC DEβ Trong đú: V0 : Điện ỏp làm việc định mức ban đầu. P, Q : Là cụng suất tỏc dụng, phản khỏng tại một nỳt tải. P0, Q0: Là cụng suất tỏc dụng, phản khỏng tại giỏ trịđiện ỏp V=1pu α và β hệ số mũđộ nhạy điện ỏp của cụng suất tỏc dụng và phản khỏng
- Khi α = ò = 0: Đõy được gọi là mụ hỡnh phụ tải cú cụng suất khụng đổi (const P), nơi mà phụ tải khụng thay đổi với sự thay đổi trong dao động của điện ỏp. Vỡ thế gõy mất ổn định cho hệ thống.
- Khi α = ò = 1: Đõy được gọi là mụ hỡnh tải cú dũng điện khụng đổi (const I), nơi mà phụ tải thay đổi một cỏch trực tiếp với với biờn độ điện ỏp. Tải phức hợp cú thể coi tương đương như một mụ hỡnh tải cú dũng khụng đổi.
- Khi α = ò = 2: Đõy là mụ hỡnh tải cú tổng trở khụng đổi (const Z), nơi mà phụ
tải thay đổi khỏc nhau tương đương với cỏc biờn độ dao động của điện ỏp. Hệ số mũα và βđược xỏc định tựy theo loại tải.
Bảng 3-1 Hệ số mũ αααα ,ββββứng với cỏc loại tải Phụ tải Hệ sốαααα Hệ sốββββ
36 Đốn sợi đốt 1.54 - Điều hũa khụng khớ 0.5 2.5 Quạt lũ Hồ quang 0.08 1.6 Bộ nạp ắc qui 2.59 4.06 Đốn compact 1.0 0.4 Đốn huỳnh quang thường 2.07 3.21 Mụ hỡnh tải tĩnh kiểu hàm sốđại số: P = PBGp*VV B++ pVV B+ pHI Q = QBGq*VV B++ qVV B+ qHI p1 + p2 + p3 = 1.0 q1 + q2 + q3 = 1.0 Trong đú: V0 : Điện ỏp làm việc định mức ban đầu. P, Q: Là cụng suất tỏc dụng, phản khỏng tại một nỳt tải. P0, Q0: Là cụng suất tỏc dụng, phản khỏng tại một nỳt tải ởđiều kiện ban đầu (định mức). Mụ hỡnh này gồm 3 thành phần: - Thành phần tổng trở khụng đổi (p1, q1). - Thành phần dũng điện khụng đổi (p2, q2). - Thành phần cụng suất khụng đổi (p3, q3)
Ảnh hưởng của phụ tải: Khi phụ tải trong hệ thống giảm thỡ sự mất ổn định ỏp sẽ giảm đi vỡ khi I giảm sẽ giảm tổn thất I2X trong hệ thống truyền tải. Đồng thời khi mất ổn định điện ỏp sẽ dẫn đến giảm điện ỏp, do đú để giảm nguy cơ mất ổn
định điện ỏp cần phải giảm tải khi mà điện ỏp giảm thấp. Ta nhận thấy rằng:
37
- Z khụng đổi (p1,q1): Tốt vỡ điện ỏp của tải giảm thỡ tải giảm theo bỡnh - phương của điện ỏp tải.
- I khụng đổi (p2,q2): Bỡnh thường vỡ khi điện ỏp của tải giảm thỡ tải giảm theo
điện ỏp.
- P khụng đổi (p3,q3): Nguy hiểm vỡ khi điện ỏp của tải giảm, tải khụng thay đổi.
3.1.2.3 Mụ hỡnh phụ tải động cơ
Động cơđiện 3 pha chiếm tỉ lệ lớn trong tổng lượng tải, là nguồn động lực chủ
yếu trong sản xuất cụng nghiệp với những ưu điểm nổi bật như cấu tạo đơn giản, dễ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
vận hành, giỏ thành thấp...Tuy nhiờn trong quỏ trỡnh khởi động, trị số dũng điện khởi động tăng khỏ cao so với dũng điện định mức gõy sụt ỏp trong hệ thống điện. Do đú việc nghiờn cứu đỏp ứng của tải động cơ với sự thay đổi điện ỏp rất quan trọng. Xột mụ hỡnh tải động cơ như sau: Hỡnh vẽ 3-2 Mụ hỡnh thay thế tải động cơ Dũng điện: Trong đú: Za=R1+jX1 X'2 R'2/s Zb=RC+jXM V1 I'2 2 2 2 ' ) / ' ( ' jX s R Z V I th th + + = b a b a b a th Z Z Z Z Z Z Z + = = // b a b th Z Z Z V V + = 1
38
V1 : Điện thế Stato
I’2 : Dũng điện trong dõy quấn Rụto đó quy đổi về Stato R1, X1 : Điện trở và điện khỏng trong dõy quấn Stato
R’2, X’2 : Điện trở và điện khỏng trong dõy quấn Rụto đó quy đổi về Stato s : Hệ số trượt của động cơ
Ở điều kiện bỡnh thường, khi hệ số trượt s nhỏ thỡ R’2/s >> R’2, do đú dũng
điện I’2 cú giỏ trị nhỏ. Khi V1 giảm thỡ mụ men điện từ sinh ra cũng giảm và làm
động cơ giảm tốc độ. Khi động cơ dừng quay, Rụ to đứng yờn thỡ s =1 thỡ R’2/s = R’2. Do đú dũng điện I2’ lớn hơn nhiều so với tỡnh trạng làm việc bỡnh thường.
Động cơ 3 pha thường được coi như một phụ tải cụng suất phản khỏng lớn.
Mụ tảđặc tớnh tải:
- Đối với động cơđiện: Quỏn tớnh của động cơ và hằng số thời gian dũng rotor là những nhõn tố xỏc định chớnh của việc đỏp ứng cụng suất phản khỏng và cụng suất tỏc dụng của động cơ với sự dao động tần số và điện năng tựy theo
đặc tớnh của cỏc sự cố. Việc khởi động động cơảnh hưởng đến sự làm việc và tớnh ổn định của cỏc mỏy phỏt. Đặc biệt nếu số lượng động cơ tập trung nhiều
ở cỏc khu vực yếu sẽ làm điện ỏp giảm, giảm điện năng đồng bộ hoỏ và do đú làm giảm sựổn định của hệ thống điện. Mặt khỏc, động cơ thường được khởi
động qua cỏc cụng tắc tơ nờn điện ỏp của động cơ cú thể giảm xuống 65,75% trong trường hợp động cơ ở mức 230(V) và 400(V) và 55.65% trong trường hợp động cơ ở mức 460(V) hoặc thấp hơn. Khi xảy ra sự cố động cơ cú thể
làm việc yếu đi hoặc trượt điện ỏp theo sự cố. Càng gần đầu phỏt của mỏy phỏt
điện càng làm suy giảm tớnh ổn định do việc mất điện khỏng truyền tải trờn hệ
thống. Ngược lại, nếu tại cỏc điểm cuối của mỏy phỏt hoặc những vựng điện ỏp thấp thỡ sự suy giảm của tải động cơ cú thể tăng tớnh ổn định cho hệ thống
điện. Lượng cụng suất phản khỏng và cụng suất tỏc dụng sẽ ảnh hưởng đến
điện ỏp và tần số trong quỏ trỡnh truyền tải. Trờn thực tế, tải động cơ tiờu hao lượng năng lượng lớn trong hệ thống điện (ở Mỹ động cơ tiờu hao khoảng
39
70% năng lượng điện), chớnh vỡ thếđộng cơ là nhõn tố tải quan trọng cần được xem xột khi nghiờn cứu ổn định trong hệ thống điện.
- Đối với hệ thống điều hoà khụng khớ và cỏc loại mỏy lạnh là cỏc thiết bị tải cũng sử dụng cỏc loại động cơ điện nhưng nhiều mỏy điều hoà khụng khớ khụng được sử dụng cụng tắc tơ, do đú khụng làm mất ổn định hệ thống khi sự cố và suy giảm điện ỏp xẩy ra. Do quỏn tớnh thấp nờn điều hoà khụng khớ bị
chậm đỏng kể trong quỏ trỡnh sự cố. Nếu mạng lưới khụng đủ mạnh để làm tăng lại tất cả cỏc mỏy điều hoà khụng khớ, thỡ điện ỏp sẽ giảm và tốc độ của mỏy điều hoà vẫn tiếp tục chậm. Tải khụng đổi, mụ men xoắn cơ học ỏp đặt bởi cỏc mỏy nộn tải và cỏc thiết kế mụ men xoắn ban đầu của động cơ cũng gúp phần vào xu hướng giảm điện ỏp. Vỡ điện ỏp thấp nờn rơle nhiệt bảo vệ
quỏ tải vận hành chậm, do đú cần 10 đến 12 giõy để loại bỏ điều hũa khụng khớ khỏi hệ thống. Điện ỏp bắt đầu hồi phục khi mỏy điều hoà nhiệt độ được loại bỏ nhưng sau đú tất cả cỏc mỏy điều hoà nhiệt độ vẫn được ngắt bởi Rơle nhiệt bảo vệ quỏ tải ngay cả khi điện năng đó khụi phục hoàn toàn vỡ ở tốc độ
thấp mụ men động cơ nhỏ hơn mỏy nộn tải. Tải điều hũa nhiệt độ đang được sử dụng khỏ phổ biến, cú thể lờn tới 50% vào mựa hố ở một số vựng.
- Đối với hệ thống chiếu sỏng: Bao gồm cỏc loại đốn như đốn sợi đốt, đốn hơi thuỷ ngõn và natri, huỳnh quang và những loại tương tự được sử dụng phổ
biến trong cỏc ngành cụng nghiệp, cỏc bói đỗ xe và chiếu sỏng đường phố. Loại tải này cú thể chiếm tới 20% của hệ thống tải ở cỏc khu thương mại. Loại tải này chiếm khoảng 80% điện năng và do đú cú thể giảm đến 0 khi cú sự cố
trong hệ thống điện. Mặt khỏc, cỏc hệ thống chiếu sỏng gần với đầu phỏt của mỏy phỏt điện thường mất một đến hai giõy để khởi động lại sau sự cố nờn cú thể làm tăng nguồn ỏp từ mỏy phỏt dẫn tới làm giảm tớnh ổn định của hệ
thống.
- Đối với cỏc bộ điều chỉnh nhiệt độ, bộ kiểm soỏt tải: bao gồm nhiều dạng tải như: hệ thống sưởi, mỏy đúng gúi và đỳc khuụn, mỏy hàn, dụng cụđun nước và những thiết bị tương tự với đặc tớnh trở khỏng liờn tục trong thời gian ngắn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
40
Những phụ tải đú hoạt động trong một khoảng nhiệt độ khi mà ảnh hưởng của những thay đổi trong đầu vào điện năng khụng thay đổi đủ nhiệt độ để cú thể đo được mức ảnh hưởng của trở khỏng. Tuy nhiờn, bắt đầu chỉ vài giõy khi
điện ỏp giảm thỡ sự giảm cụng suất điện từ những thiết bị đú sẽ được gửi tới bởi bộ điều chỉnh nhiệt và phần “on” của chu trỡnh điều chỉnh nhiệt sẽ được mở rộng. Bộđiều chỉnh nhiệt mà đang ở giai đoạn “off” của chu trỡnh của nú khi sự thay đổi điện ỏp xẩy ra sẽ khụng đỏp ứng được việc giảm điện ỏp cho
đến khi phần “on” được mở. Dạng nhiệt độ của bộ điều chỉnh nhiệt, kiểm soỏt tải với 90%-100% điện ỏp. Thụng thường thỡ nhiệt độ tăng chậm hơn bỡnh thường trong quỏ trỡnh “on” của chu trỡnh khi điện ỏp thấp, nhưng nhiệt độ
giảm ở cựng tỉ lệ trong quỏ trỡnh off của chu trỡnh. Tuy nhiờn, nhiệt độ trung bỡnh và cụng suất tiờu thụ trung bỡnh là giống nhau trong cả hai trường hợp. Do thời gian “on’ dài hơn nờn bộđiều chỉnh điện ở trong tỡnh trạng “on” nhiều hơn ở bất cứ thời gian nào khi điện ỏp thấp, do đú tổng phụ tải cũng ngang bằng khi điện ỏp ở mức thụng thường. Kết quả là bộ điều chỉnh nhiệt, kiểm soỏt tải là cụng suất tải liờn tục trờn cơ sở lõu dài. Vỡ thời gian cỏc giai đoạn chu trỡnh thay đổi từ 5 đến 30 phỳt nờn phụ tải hoàn toàn được phục hồi sau khi thời gian ‘off’ của bộđiều chỉnh nhiệt dài nhất.
Cũng cú những ngoại lệ, khi điện ỏp quỏ thấp làm cho một số bộ điều chỉnh nhiệt khụng thể đỏp ứng được thỡ phụ tải sẽ khụng hoàn toàn được hồi phục, vớ dụ: khi nhiệt độ ngoài trời quỏ lạnh, bộ điều chỉnh nhiệt trờn thiết bị sưởi điện cú thể
hoàn toàn ở tỡnh trạng “on” hoặc gần với 100% của thời gian, do đú việc hồi phục hoàn toàn khụng xẩy ra theo sự giảm của điện ỏp. Khi điện ỏp thấp, bộ điều chỉnh nhiệt trờn “loại tải điện trở” vẫn ở mức lõu hơn, việc khụi phục hiệu quả của tải trọng đối với đặc tớnh điện năng liờn tục trong tỡnh trạng ổn định.Cú rất nhiều phụ
tải sử dụng trong sinh hoạt, trong ngành cụng nghiệp và thương mại cú đặc tớnh này, cú thể chiếm 20,40% tải của hệ thống.
Đối với cỏc thiết bịđiện tử như: mỏy tớnh, lũ vi súng, tivi được điều khiển bởi cỏc bộ chuyển mạch và cỏc bộ điều chỉnh khỏc. Những bộ nguồn này sẽ cung cấp