Nhằm kiểm nghiệm một số chức năng của phần mềm trong các lĩnh vực mô phỏng như: thao tác vận hành hệ thống điện, nâng cao chất lượng điện áp, phân tích lỗi,… Người thực hiện đã xây dựng và mô phỏng mô hình hệ thống điện mạch vòng gồm: 3 thanh cái, 3 máy phát, 5 tải, 2 tụ bù công suất phản kháng.
Mô phỏng trạng thái lúc cấp nguồn. Mô phỏng máy phát một tải.
Mô phỏng hai máy phát hai tải. Mô phỏng toàn hệ thống.
Mô phỏng đóng mở các đường dây liên lạc giữa các vùng: Cách thực hiện.
Các hiện tựợng xảy ra khi đóng cắt.
Phân vùng điện áp: không tải, đầy tải (có tụ, không tụ). Mô phỏng ngắn mạch.
Ngắn mạch tại thanh cái. Ngắn mạch đường dây. Các hiện tượng xảy ra.
HỆ THỐNG ĐIỆN
Mô phỏng theo đồ thị phụ tải biến thiên theo thời gian. Tổng công suất vào hoặc ra khu vực.
Tính toán hiển thị giá cả theo công suất phụ tải.
Công việc xây dựng mô hình được trình bày ở phần II. Sau khi xây dựng xong , để tiến hành mô phỏng ta chọn Simulaton →Play hoặc nhấp trái chuột vào nút Run Mode
trên thanh công cụ chương trình.
Mô phỏng khi cấp nguồn:
Khi không tải thực hiện thao tác như trong đóng điện thực tế: đóng các thiết bị bảo vệ từ nguồn tới tải.
Giả sử đóng một đường dây từ thanh cái một đến thanh cái hai vào hệ thống bằng cách nháp trái chuột vào vị trí máy cắt ở một trong hai đầu của đường dây. Màu đỏ thể hiện tương ứng với thiết bị bảo vệ đã được đóng lại. Ngoài ra có thể sử dụng cách khác để đóng thiết bị bảo vệ như sau:
Nhấp chuột phải vào đường dây cần đóng lại. Chọn Close Line.
Dung kháng đường dây sinh ra:
Trên đường dây cao áp lượng kháng do đường dây sinh ra không lớn nhưng không thể bỏ qua vì có ảnh hưởng tới điện áp cuối đường dây khi không mang tải.
Máy cắt đã được đóng để liên lạc giữa hai thanh cái.
HỆ THỐNG ĐIỆN
công suất phản kháng sinh ra chạy ngược về máy phát, máy phát thu công suất phản kháng để ổn định điện áp phát tại đầu cực là hằng số. Trong trường hợp này máy phát thu về lượng công suất phản kháng do đường dây sinh ra.
Đóng tải vào lưới điện:
Thực hiện đóng tải với công suất 500MW vào lưới điện đang vận hành không tải. Máy phát chuyển từ trạng thái không tải sang trạng thái mang tải và đáp ứng công suất của phụ tải đóng vào lưới.
Đường dây khi không mang tải mang tính dung nhưng khi tải được đóng vào lưới điện lúc này lượng công suất phản kháng do đường dây sinh ra không những không đáp ứng đủ lượng công suất phản kháng do phụ tải tiêu thụ mà còn trở nên mang tính cảm kháng tức là tiêu thụ công suất phản kháng từ lưới điện. Theo bảng ghi bên dưới thì công suất phản kháng mà máy phát khu vực Hai phải phát phát là 200Mvar nhưng công suất phản kháng mà tải tiêu thụ là 150Mvar, như vậy đường dây đã tiêu thụ 50Mvar.
HỆ THỐNG ĐIỆN
Bảng ghi các thông số trong chế độ vận hành của hệ thống với các bốn tải và bốn máy phát.
Sau khi thực hiện đóng các phụ tải vào lưới thì ngay lập tức máy phát tăng công suất để đáp ứng cho phụ tải đó.
Ngoài ra, khi đường dây bị quá tải so với giới hạn công suất của đường dây làm cho phụ tải tăng lên hay nói cách khác đường dây cũng là phụ tải tiêu thụ công suất, điều này gây ra hiện tượng sụt áp trên đường dây. Chính vì vậy máy phát phải phát công suất phản kháng để đáp ứng lượng công suất phản kháng mà các phụ tải tiêu thụ.
Bảng tổng kết công suất tiêu thụ khi chưa đóng tải ở trạm Bình Phước và trạm TPHCM.
Bảng tổng kết công suất phát ở các trạm khi chưa đóng tải ở trạm Bình Phước và TPHCM.
HỆ THỐNG ĐIỆN
Bảng tổng kết công suất phát ở các trạm khi đã đóng tải ở trạm Bình Phước và TPHCM.
So sánh 2 bảng tổng kết công suất phát của các máy phát, rõ ràng sau khi đóng tải ở các trạm Bình Phước và TPHCM thì công suất phát ở các máy phát tăng lên, điển hình là máy phát ở trạm TPHCM tăng từ 150MW lên 210MW, còn trạm Đồng Nai tăng từ 56,63MW lên 200,94MW.
HỆ THỐNG ĐIỆN
HỆ THỐNG ĐIỆN
HỆ THỐNG ĐIỆN
Thêm phụ tải vào hệ thống:
Khi thêm phụ tải có công công suất tác dụng 70MW và công suất phản kháng 20Mvar vào thanh cái Tây Ninh, ngay lập tức đường dây nối từ thanh cái Bình Dương đến thanh cái Tây Ninh trở nên quá tải và bị quá tải 4% do đường dây phải truyền tải lượng công suất 143.1MW từ thanh cái Bình Dương đến thanh cái Tây Ninh, đồng thời đường dây còn phải truyền tải lượng công suất phản kháng là 67.7 Mvar. Như vậy, đường dây phải truyền tải lượng công suất 155.5 MVA (hay 392.5 Amps), trong khi công suất tối đa của đường dây là 154.3 MVA (hay 385.7 Amps). Đường dây phải truyền tải thêm lượng công suất là 1,1 MVA so với công suất thiết kế tức là 4%.
HỆ THỐNG ĐIỆN
Bảng thống kê đường dây từ thanh cái Đắc Lắc đến thanh cái Bình Phước.
HỆ THỐNG ĐIỆN
Bảng thống kê chi tiết số liệu công suất truyền tải trên đường dây giữa các trạm.
HỆ THỐNG ĐIỆN
HỆ THỐNG ĐIỆN
Bù công suất phản kháng cho lưới điện (cải thiện hệ số công suất): Tại sao phải cải thiện hệ số công suất?
Cải thiện hệ số công suất trước hết là nhằm giảm giá thành tiền điện, đó là số tiền cần phải trả khi sử dụng Q (công suất phản kháng). Bên cạnh đó, việc cải thiện hệ số công suất cho phép sử dụng máy biến áp, thiết bị đóng cắt, dây cáp nhỏ hơn,.. đồng thời giảm tổn thất điện năng và sụt áp trong mạng điện.
Trong sơ đồ ta gắn tụ bù vào thanh cái Bình Dương, sau khi gắn tụ bù với công suất bù là 150 Mvar vào thì đường dây truyền tải từ thanh cái Bình Dương đến thanh cái Tây Ninh chuyển từ trạng thái quá tải 4% xuống trạng thái truyền tải bình thường với công suất truyền tải đạt 97%. Như vậy, việc bù hệ số công suất làm tăng khả năng truyền tải của đư6ờng dây.
Bảng thống kê công suất phát và thu tại các thanh cái . sau khi thực hiện bù công suất phản kháng.
Bảng thống kê chi tiết công suất truyền tải giữa thanh cái với nhau sau khi thực hiện bù công suất phản kháng.
HỆ THỐNG ĐIỆN
HỆ THỐNG ĐIỆN
Phân bố lại tào lưu công suất trên hệ thống:
Khi hệ thống bị quá tải, ngoài việc cải thiện hệ số công suất thì việc phân bố lại trào lưu công suất bằng cách thay đổi công suất phát của máy phát hoặc tái cấu trúc lưới lại sao cho tổn thất công suất là bé nhất hoặc giảm quá tải trên đường dây.
Dưới đây là các thông số sau khi thực hiện phân bố lại trào lưu công suất trên hệ thống bằng việc thay đổi công suất máy phát ở thanh cái Tây Ninh từ 120MW lên 300MW, sau khi thay đổi công suất máy phát tại thanh cái Tây Ninh thì ngay lập tức đường dây nối từ thanh cái Bình Dương tới thanh cái Tây Ninh chuyển từ trạng thái quá tải 11% sang trạng thái vận hành bình thường với 32,6% tải.
Bảng thống kê số liệu công suất phát và công suất thu tại các thanh cái khi thực hiện điều chỉnh công suất phát tại máy phát của trạm Tây Ninh.
Bảng thống kê các tải tại các thanh cái ở các trạm sau khi thực hiện điều chỉnh lại công suất phát.
Mô hình mô phỏng hệ thống sau khi thực hiện điều chỉnh công suất phát của máy phát được thể hiện ở hình bên.
HỆ THỐNG ĐIỆN
HỆ THỐNG ĐIỆN
Thể hiện các vùng điện áp khác nhau theo các tiêu chuẩn khác nhau:
Thông qua phần mềm ta có thể vẽ biểu đồ điện áp của các khu vực khác nhau tại các thanh cái. Trên biểu đồ ta thấy được điện áp tại các khu vực nào bị quá áp, thấp áp hay trong giới hạn cho phép.
Phần mềm có thể mô tả điện áp của hệ thống khi chưa thực hiện bù công suất phản kháng, lượng công suất phản kháng phát lớn nhất, lượng công suất tác dụng phát lớn nhất, công suất tải tiêu thụ, công suất phản kháng mà tải tiêu thụ, công suất tác dụng mà tải tiêu thụ,v.v.. Độ phân vùng điện áp cao, thấp hay trong giới hạn cho phép được thể hiện trong bảng màu: màu đỏ thể hiện hiện tượng cao áp tương ứng với pu = 1,1; màu xanh dương thể hiện hiện tượng thấp áp tương ứng với pu ≤ 0,9; 0,9 < pu < 1,1 được xem là trong vùng giới hạn cho phép và được thể hiện dưới dạng màu trong khoảng xanh dương tới đỏ tương ứng với từng mức pu.
Hình 6 mô phỏng hệ thống khi tải chưa bù công suất phản kháng tại thanh cái Bình Dương trong khi lượng công suất tiêu thụ của các tải tại thanh cái Tây Ninh tương đối cao nên lượng công suất từ thanh cái Bình Dương bơm vào thanh cái Tây Ninh khá lớn, đồng thời trên đường dây cũng tiêu thụ công suất kháng do đó gây hiện tượng quá tải 15% trên đường dây nối từ Bình Dương đến Tây Ninh.
Hình 7 mô phỏng hệ thống khi đóng tụ bù vào thanh cái Bình Dương. Trong trường hợp này sự quá tải trên đường dây từ thanh cái Bình Dương đến thanh cái Tây Ninh giảm từ 15% xuống không còn bị quá tải nữa nhưng điều này làm cho đường dây truyền tải trên các đường dây khác tăng lên. Tuy nhiên , sự tăng tải này không đáng kể và vẫn chưa làm quá tải cho các đường dây.
Bảng thống kê sô liệu công suất máy phát và phụ tải khi chưa thực hiện bù.
HỆ THỐNG ĐIỆN
Khi cô lập tất cả các tải nhưng vẫn giữ lại các tụ bù, điều này gây ra hiện tượng quá điện áp do công suất phản kháng chạy ngược về nguồn gây tổn thất lớn trên đường dây thể hiện thông qua công suất của máy phát. Trong trường hợp này ngoài lượng công suất phản kháng do tụ bù phát lên lưới trả ngược về nguồn còn có các đường dây khi làm việc ở chế độ không tải cũng sinh ra công suất phản kháng trả ngược về nguồn . chính điều này gây ra hiện tượng quá áp rất lớn.
Theo bảng thống kê bên dưới ta thấy điện áp tại các thanh cái tăng lên nhiều so với điện áp định mức.
Bảng thống kê số liệu tại các thanh cái sau khi tiến hành cô lập các tải.
Mô hình mô phỏng hệ thống điện khi tiến hành cô lập các tải được thể hiện ở hình 8. Hình 9 mô phỏng hệ thống điện sau khi tiến hành cô lập các phụ tải và các vùng điện áp được thể hiện theo tiêu chuẩn giá trị công suất phản kháng lớn nhất.
HỆ THỐNG ĐIỆN
m
HỆ THỐNG ĐIỆN
HỆ THỐNG ĐIỆN
HỆ THỐNG ĐIỆN
HỆ THỐNG ĐIỆN
HỆ THỐNG ĐIỆN
Hình 11.
HỆ THỐNG ĐIỆN
HỆ THỐNG ĐIỆN
Mô phỏng phân tích ngắn mạch:
Trong vận hành hệ thống điện thì sự cố là không tránh khỏi, tuy nhiên ta có thể tính toán trước khả năng sự cố có thể xảy ra đểø lựa chọn thiết bị đóng cắt cho phù hợp.
Các sự cố thường xảy ra trong vận hành lưới điện là sự cố ngắn mạch, quá dòng, quá điện áp, sự cố sét đánh trên đường dây,v.v.
Trong phần này chỉ mô phỏng hiện tượng ngắn mạch xảy ra trên lưới điện trong vận hành hệ thống. Các trường hợp ngắn mạch thường xảy ra trong truyền tải và vận hành hệ thống điện là: ngắn mạch một pha chạm đất, ngắn mạch hai pha, ngắn mạch hai pha chạm đất, ngắn mạch ba pha cân bằng. Trong thực tế hiện tượng ngắn mạch một pha chạm đất là chiếm tỉ lệ cao nhất (khoảng 75%), hiện tượng ngắn mạch ba pha chạm đất chiếm tỉ lệ 2-3%, còn lại là các trường hợp khác.
Trong phần này chương trình thực hiện mô phỏng việc phân tích ngắn mạch tại thanh cái và ngắn mạch trên đường dây. Và mô phỏng ngắn mạch một pha chạm đất, ngắn mạch hai pha, ngắn mạch ba pha cân bằng, ngắn mạch hai pha chạm đất.
Quá trình ngắn mạch được phân tích trên máy tính và thể hiện các thông số dòng ngắn mạch tại các thanh cái cũng như trên đường dây tại thời điểm xảy ra ngắn mạch. Các thông số được thể hiện dưới dạng bảng thống kê chi tiết giá trị dòng điện, giá trị G+jB của các pha.
Phân tích ngắn mạch tại thanh cái:
Trong phần này người thực hiện tiến hành cho ngắn mạch tại thanh cái Tây Ninh và quan sát quá trình xảy ra trên hệ thống cũng như đưa ra các số liệu thống kê các giá trị của hệ thống tại thời điểm xảy ra ngắn mạch.
Để tạo ra ngắn mạch ta tiến hành như sau: Nhấp vào thẻ Option/Tools trên thanh công cụ.
Trong hộp thoại Option/Tools chọn Fautl Analysis. Trên màn hình xuất hiện hộp thoại:
HỆ THỐNG ĐIỆN
Để tiến hành phân tích ngắn mạch tại thanh cái Tây Ninh ta chọn Bus Fault → chọn thanh cái Tây Ninh → nhấp vào nút Calculate. Ngay lập trên màn hình xuất hiện bảng sau:
Bảng thống kê chi tiết các giá trị của thanh cái Tây Ninh tại thời điểm ngắn mạch.
Trong bảng thống kê ở trên thể hiện các giá trị điện áp vá góc pha tại từng pha cũng như các giá trị công suất phát, công suất tiêu thụ tại các thanh cái ngay thời điểm xảy ra ngắn mạch ở thanh cái Tây Ninh.
HỆ THỐNG ĐIỆN
Bảng thống kê chi tiết các giá trị G+jB tại thời điểm ngắn mạch.
Để quan sát hiện tượng ta so sánh các dòng điện chạy trên các đường dây khi chưa xảy ra ngắn mạch và khi đã xảy ra ngắn mạch.
Hình 14 mô phỏng hệ thống điện hoạt động trong trường hợp chưa xảy ra ngắn mạch. Hình 15 mô phỏng hệ thống điện khi đã xảy ra ngắn mạch.
HỆ THỐNG ĐIỆN
HỆ THỐNG ĐIỆN
HỆ THỐNG ĐIỆN
Hình 15. Phân tích ngắn mạch trên đường dây truyền tải:
Chương trình có thể mô phỏng sự cố ngắn mạch trên đường dây theo tỉ lệ phần trăm chiều dài của đường dây trong hệ thống. Tức là chương trình có thể tính toán ngắn mạch và mô phỏng hiện tượng ở bất kỳ vị trí nào trên đường dây.
Chương trình có thể mô phỏng hiện tượng ngắn mạch trên đường dây ở các trường hợp sau: ngắn mạch đường dây một pha chạm đất, ngắn mạch hai pha, ngắn mạch ba pha cân bằng, ngắn mạch hai pha chạm đất.
Giả sử ta tiến hành cho ngắn mạch một pha chạm đất trên đường dây nối từ Bình Dương đến Tây Ninh.
HỆ THỐNG ĐIỆN