Các tính tốn phân tích hệ thống mà chƣơng trình có khả năng thực hiện bao gồm:
Tính tốn trào lƣu cơng suất. Tối ƣu hóa trào lƣu cơng suất.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 66
Tƣơng đƣơng hóa hệ thống.
Mơ phỏng q trình q độ điện cơ. Modul tính tốn trào lƣu cơng suất.
Phân tích ổn định điện áp và tính tốn cơng suất phản kháng dự trữ thông qua đƣờng cong PV/QV.
Modul phân tích hệ thống tuyến tính hóa hệ thống điện.
Cụ thể có thể tìm thấy các thông tin hƣớng dẫn trong tài liệu hƣớng dẫn của PSS/E với các nội dung sau đây :
1. Hƣớng dẫn cài đặt và các tiện ích của chƣơng trình PSS/E
a. Trình tự cài đặt chƣơng trình cho máy tính cá nhân (PC). b. Hƣớng dẫn vẽ hình và in ấn.
2. Hƣớng dẫn sử dụng chƣơng trình PSS/E (gồm 2 tập)
a. Giới thiệu tổng quan và hƣớng dẫn sử dụng các lệnh trong chƣơng trình. b. Đƣa ra các thảo luận về cấu trúc của phần mềm và mơ tả trình tự hoạt động từng modul tính tốn.
3. Hƣớng dẫn về các ứng dụng cho chƣơng trình PSS/E (gồm 2 tập)
a. Mơ tả cấu trúc của chƣơng trình trong mơ phỏng hệ thống điện.
b. Mô tả phƣơng pháp mô phỏng HTĐ cho chƣơng trình PSS/E và giải thích ý nghĩa của các kết quả thu đƣợc.
4. Hƣớng dẫn sử dụng chƣơng trình vẽ đồ thị của PSS/E (PSSPLT)
a. Hƣớng dẫn cách vẽ các đồ thị kết quả đầu ra khi tính tốn q trình q độ điện cơ.
b. Tài liệu chỉ đƣợc sử dụng khi tính tốn q trình quá độ. 5. Hƣớng dẫn sử dụng IPLAN
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 67
a. Hƣớng dẫn cách lập trình bằng ngơn ngữ lập trình IPLAN và cách biên dịch chƣơng trình.
6. Hƣớng dẫn tính tốn tối ƣu hóa trào lƣu công suất
a. Giới thiệu tổng quan về thuật toán.
b. Hƣớng dẫn các sử dung các lệnh trong tính tốn tối ƣu hóa trao lƣu cơng suất.
7. Các ứng dụng khác
a. Bao gồm một hệ thống các ứng dụng khác, nhƣ tính tốn đặc tính của động cơ điện, đặc tính V-P của máy phát điện, các chức năng biến đổi định dạng file.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 68
Hình vẽ IV-1: Sơ đồ khối của PSS/E
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 69
Có rất nhiều các ứng dụng nhƣ
1. Tính tốn và mơ phỏng dao động cơng suất trong hệ thống điện, cụ thể là dùng phƣơng pháp tuyến tính hóa hệ thống điện, tính các giá trị riêng, các véc tơ riêng, hệ số tham gia….
2. Tính tốn và mơ phỏng quá trình quá độ điện cơ, với các loại sự cố khác nhau nhƣ: ngắn mạch tại thanh góp, trên đƣờng dây, đóng cắt đƣờng dây, máy phát …
3. Tính tốn và mơ phỏng q trình sụp đổ điện áp, với các loại sự cố khác nhau nhƣ: ngắn mạch tại thanh góp, trên đƣờng dây, đóng cắt đƣờng dây, máy phát…
4. Tính tốn và mơ phỏng sự mở máy của động cơ điện, ứng dụng của FACTS, HVDC, rơle…..
Tóm tắt qui trình tính tốn mơ phỏng sụ cố:
Qui trình tính tốn q trình q độ/sự cố đƣợc tổng kết ngắn gọn nhƣ sau: 1. Chuẩn bị các chƣơng trình để chạy mơ phỏng động
Chƣơng trình CLOAD4 là một phần của PSS/E cùng với các chƣơng trình con CONET, USRXXX, and USRLOD và USREL cần phải có để chạy các mô phỏng. Các file chƣơng trình lệnh này kết nối chƣơng trình PSS/E với các mơ hình trong thƣ viện của PSS/E, cũng nhƣ các mơ hình do ngƣời dùng tự viết để mơ tả các thiết bị, chứa các biến trạng thái và đại số.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 70
2. Biến đổi một HTĐ để dùng cho q trình mơ phỏng Việc biến đổi HTĐ đƣợc thiết lập đƣợc nhƣ sau:
a. Lấy một HTĐ đã đƣợc giải bởi phƣơng pháp Gauss-Seidel hoặc Newton-Raphson với sai số cho phép.
b. Cần đảm bảo rằng các thông số của Máy phát nhƣ: MBASE, ZSORCE, XTRAN và GENTAP đƣợc xác định rõ các thông số máy của máy phát
c. Biến đổi các máy phát thành nguồn dòng bằng lệnh CONG d. Biến đổi các tải thành các dạng khác tải khác bằng lệnh CONL
e. Xác định tính rỗng của ma trận, và biến đổi ma trận của HTĐ bằng lệnh ORDR
f. Tính tốn các ma trận tam giác của ma trận tổng dẫn và lƣu giữ các ma trận này bằng lệnh FACT
g. Giải lại HTĐ bằng phƣơng pháp thế đỉnh bằng lệnh TYSL
h. Lƣu giữ “HTĐ biến đổi” đã giải xong để phục vụ cho q trình tính tốn sau này. Q trình này chỉ làm một lần cho mỗi điều kiện vận hành
3. Khởi tạo quá trình hoạt động cho các mơ hình a. Lấy lại “HTĐ biến đổi” ở phần trên
b. Sử dụng các mơ hình thiết bị (bao gồm máy phát, kích từ, bộ ổn định cơng suất, thiết bị một chiều, rơle, mơ hình tải động ….)
c. Khởi động PSS/E dynamic simulation bằng PSSDS4
d. Liên kết với các kết quả trong modul trào lƣu công suất, bằng lệnh LOFL
e. Tải lại “HTĐ biến đổi” bằng lệnh CASE
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 71
g. Dùng lệnh DYRE để khởi tạo cho quá trình mơ phỏng động, cho phép chúng ta tải các file dữ liệu động, tạo ra các chƣơng trình con CONET, CONET (lƣu giữ và gọi các môdul trong thƣ viện) và xác định file COMPILE để dịch các môdul
h. Kiểm tra sự đúng đắn của các môdul bằng lệnh DYCH i. Lƣu giữ vào bộ nhớ bằng lệnh SNAP
j. Thoát khỏi chƣơng trình bằng lệnh STOP 4. Lấy lại hệ thống đã lƣu giữ bằng lệnh SNAP
a. Khởi động lại PSS/E dynamic simulation bằng PSSD4, lấy lại file snapshot bằng lệnh RSTR
b. Liên kết với các kết quả trong modul trào lƣu công suất, bằng lệnh LOFL
c. Tải lại “HTĐ biến đổi” bằng lệnh CASE
d. Tính tốn các ma trận tam giác của ma trận tổng dẫn và lƣu giữ các ma trận này bằng lệnh FACT, cần thiết cho các lệnh: ASTR, STRT, RUN, hoặc MSTR , MRUN.
e. Trở lại môdul mô phỏng động bằng lệnh RTRN 5. Lựa chọn các biến đƣa ra để quan sát
a. Dùng bƣớc 4 để lấy lại file snapshot
b. Dùng lệnh CHAN, hoặc CHSB để xác định những biến để quan sát c. Lƣu giữ lại các biến này bằng lệnh SNAP
6. Chạy một mô phỏng
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 72
b. Khởi tạo các mô phỏng, và khởi tạo các giá trị ban đầu cho các biến trạng thái bằng lệnh STRT.Nếu có bất cứ lỗi nào, thì cần phải đƣợc kiểm tra và chỉnh sửa lại trƣớc khi cạy mô phỏng
c. Dùng lệnh RUN để chạy với khoảng thời gian TPAUSE ban đầu bằng 0, hoặc 1 giây để đảm bảo điều kiện đầu.
d. Mô phỏng các sự cố bằng lệnh ALTR
e. Dùng lệnh RUN để chạy đến khoảng thời gian mong muốn ( xác định giá trị mới của TPAUSE)
f. Lặp lại bƣớc d,e để tiến hành các mơ phỏng về đóng/cắt thiết bị g. Khi kết thúc thì lƣu giữ lại HTĐ sau khi sự cố bằng lệnh SNAP 7. Chỉnh sửa mơ hình thiết bị của HTĐ
a. Có thể thêm các modul mới bằng DYE,ADD,
b. Thay đổi các thơng số của các mơ hình bằng lệnh ALTR c. Thêm các biến đầu ra bằng CHAN
4.2 MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN
Để mô phỏng ứng dụng của PSS và SVC trong việc nâng cao ổn định góc Rotor với ổn định quá độ, trong phần này tác giả giới thiệu mơ hình hệ thống điện chuẩn theo Kundur nhƣ sau:
Hình vẽ IV-2: Mơ hình hệ thống điện chuẩn
G1 1 5 6 7 8 9 10 11 3 4 2 400MW G2 G4 G3 L7 L9 Hệ thống 1 Hệ thống 2 25km 10km 110km 110km 10km 25km C7 C9
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 73
Trong mơ hình này, hệ thống ba pha 50 Hz, 230 kV chỉ thể hiện một pha nhƣ hình vẽ, bao gồm 4 máy phát điện có cơng suất 900MVA và điện áp 20kV, đƣợc chia thành hai hệ thống điện con nối với nhau thơng qua đƣờng dây tải điện kép có chiều dài 220km. Thơng số của máy phát trong hệ tọa độ tƣơng đối đƣợc cho sau đây: 0 0 0 0 1 1.8 1.7 0.2 ' 0.3 ' 0.55 " 0.25 " 0.25 0.0025 ' 8.0 ' 0.4 " 0.03 " 0.05 0.015 9.6 0.9 d q l d q d q a d q d q Sat Sat T X X X X X X X R T s T s T s T s A B D H = 6.5 (máy G1 và G2) H = 6.175 (máy G3 và G4) K 0
Điện áp danh định của đƣờng dây truyền tải là 230 kV. Chiều dài truyền tải đƣợc cho trên hình vẽ. Thơng số của đƣờng dây (hệ đơn vị tƣơng đối, có Scs = 100MVA, Ucs= 230 kV)
r = 0.0001 pu/km xL = 0.001 pu/km bC = 0.00175 pu/km
Chế độ vận hành của hệ thống: Hệ thống 1 truyền công suất 400MW đến hệ thống 2, mỗi máy phát ra công suất sau:
G1: P = 700 MW, Q = 185 MVAr, Et 1 03 20 2. . 0
G2: P = 700 MW, Q = 235 MVAr, Et 1 01 10 5. . 0
G3: P = 719 MW, Q = 176 MVAr, Et 1 03. 6 8. 0
G4: P = 700 MW, Q = 202 MVAr, Et 1 01. 17 0. 0
Phụ tải và công suất phản kháng (QC) đƣợc cung cấp bởi điện dung mắc
song song tại nút 7 và nút 9
Nút 7: PL = 967 MW, Q = 100 MVAr, QC = 200 MVAr Nút 9: PL = 1767 MW, Q = 100 MVAr, QC = 350 MVAr
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 74
4.2.1 Mơ hình máy phát điện GENROE
Hình vẽ IV-3: Mơ hình máy phát điện GENROE trong thƣ việc PSS/E Mơ hình này đƣợc đặt tại hệ thống nút #-------IBUS Mơ hình này đƣợc đặt tại hệ thống nút #-------IBUS
Máy phát điện #-------I Mơ hình này sử dụng các điểm nút bắt đầu với #-------J Và các trạng thái bắt đầu với #-------K
Bảng IV-1: Mô tả các biến đầu vào và các biến trạng thái đầu ra của mơ hình Máy phát điện hình Máy phát điện
Điểm nút # Giá trị Mô tả J 8,0 T’do(>0) (s) J+1 0,03 T’’do(>0) (s) J+2 0,4 T’qo(>0) (s) J+3 0,05 T’’qo(>0) (s) J+4 6,5(G1,G2) 6,175(G3,G4) Quán tính, H J+5 0 Hãm tốc độ, D J+6 1,8 Xd J+7 1,7 Xq J+8 0,3 X’d J+9 0,55 X’q J+10 0,25 X’’d= X’’q J+11 0,2 X1 J+12 0 S(1.0) J+13 0 S(1,2) GENROE SPEED ISORCE ETERM ANGLE PMECH EFD Điện áp tại nút cuối Pm Efd VT Tốc độ Dòng điện nguồn Điện áp đầu cực Góc
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 75 Trạng thái # Mô tả K E’q K+1 E’d K+2 ψkd K+3 ψkq K+4 Δtốc độ (pu) K+5 Góc (rad)
Trong đó: Xd, Xq, X’d, X’q, X’’d, X’’q, H và D ở đơn vị tƣơng đối (pu) Công suất máy phát ở đơn vị MVA
4.2.2 Mơ hình thiết bị kích từ SEXS
Hình vẽ IV-4: Mơ hình thiết bị kích từ SEXS trong thƣ việc PSS/E Mơ hình này đƣợc đặt tại hệ thống nút #-------IBUS Mơ hình này đƣợc đặt tại hệ thống nút #-------IBUS
Máy phát điện #-------I Mơ hình này sử dụng các điểm nút bắt đầu với #-------J Và các trạng thái bắt đầu với #-------K
Bảng IV-2: Mô tả các biến đầu vào và các biến trạng thái đầu ra của mơ hình thiết bị kích từ hình thiết bị kích từ
Điểm nút # Giá trị Mô tả J 0,1 TA/TB J+1 10,0 TB (>0) (s) J+2 100 K SEXS ECO MP VOTH SG VUE L VOE L EFD
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 76
J+3 0,1 TE (>0) (s)
J+4 0 EMIN (pu trên EFD cơ sở) J+5 4,0 EMAX(pu trên EFD cơ sở)
Trạng thái # Mô tả
K Tích phân bậc nhất
K+1 Tích phân bậc hai
Hình vẽ IV-5: Mơ hình kích từ Trong đó : VS = VOTHSG + VUEL + VOEL Trong đó : VS = VOTHSG + VUEL + VOEL
4.2.3 Mơ hình thiết bị PSS
Bộ ổn định công suất (PSS) đƣợc sử dụng để giảm dao động cánh quạt của máy đồng bộ bằng cách điều khiển sự kích thích của nó. Các nhiễu loạn xảy ra trong một hệ thống điện gây ra dao động điện của các máy phát điện. Những dao động, hay biến động cơng suất, phải tắt dần để duy trì sự ổn định của hệ thống. Các tín hiệu đầu ra của PSS đƣợc sử dụng nhƣ một đầu vào (vstab) khối hệ thống kích thích. Các tín hiệu đầu vào PSS có thể là độ sai lệch tốc độ, dw, hoặc gia tốc công suất của máy phát, Pa=Pm-Peo (sự khác biệt giữa công suất cơ và công suất điện).
Bộ ổn định cơng suất (PSS) đƣợc mơ hình hóa nhƣ hình IV-6
∑ VREF + EC - VS + 1 1 A B T s T s 1 E K T s EFD EMAX EMIN
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 77
Hình vẽ IV-6: Mơ hình bộ ổn định cơng suất STAB1 trong thƣ viện của PSS/E
Mơ hình này đƣợc đặt tại hệ thống nút #-------IBUS Máy phát điện #-------I Mơ hình này sử dụng các điểm nút bắt đầu với #-------J Và các trạng thái bắt đầu với #-------K
Bảng IV-3: Mô tả các biến đầu vào và các biến trạng thái đầu ra của mơ hình PSS
Điểm nút # Giá trị Mô tả J 20,0 K/T(s)-1 J+1 10,0 T (s) (>0) J+2 0,05/3,0 T1/ T3 J+3 3,0 T3 (s) (>0) J+4 0,02/5,4 T2/T4 J+5 5,4 T4 (s) (>0) J+6 0 Hlim Trạng thái # Mô tả K Bộ lọc K+1 Bộ trễ đầu tiên K+2 Bộ trễ thứ hai STAB1 Tốc độ VOTHSG Tín hiệu phụ
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 78
Mơ hình thiết bị STAB1
Hình vẽ IV-7: Mơ hình bộ ổn định tốc độ
4.2.4 Mơ hình SVC
Var bù tĩnh (SVC) là một thiết bị shunt của hệ thống truyền AC linh hoạt (FACTS) sử dụng các thiết bị điện tử điện để điều khiển dòng điện và cải thiện sự ổn định tạm thời trên lƣới điện [1]. SVC quy định điện áp tại thiết bị đầu cuối của nó bằng cách kiểm sốt cơng suất phản kháng cung cấp vào hay nhận từ hệ thống điện. Khi hệ thống điện có điện áp thấp, SVC phát cơng suất phản kháng (SVC điện dung). Khi hệ thống có điện áp cao, nó tiêu thụ công suất phản kháng (SVC cảm ứng). Sự thay đổi của công suất phản kháng đƣợc thực hiện bằng cách đóng mở các phần tử TSC, TSR hoặc TCR nối với máy biến áp của thiết bị SVC.
Thiết bị này đƣợc đặt tại hệ thống nút #-------IBUS Máy phát điện #-------I Mơ hình này sử dụng các điểm nút bắt đầu với #-------J Và các trạng thái bắt đầu với #-------K Và các biến bắt đầu bằng #-------L Cuộn cảm Mvar cơ bản = MBASE
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 79
Bảng IV-4: Mô tả các biến đầu vào và các biến trạng thái đầu ra của mơ hình SVC
Điểm nút # Giá trị Mô tả J 0,02 T1 (>0.) J+1 0,02 T2 (>0.) J+2 0,02 T3 (>0.) J+3 0,02 T4 (>0.)
J+4 20 K (qui chuẩn = 25/ (dV/dEi) J+5 0,03 Droop (qui chuẩn = 0,03) J+6 VMAX (qui chuẩn = 999) J+7 VMIN (qui chuẩn =- 999) J+8 1,25 ICMAX (qui chuẩn = 1,25) J+9 1,25 ILMAX (qui chuẩn = 1,25) J+10 0,2 VCUTOUT (qui chuẩn = 0,2) J+11 1,2 Elimit (qui chuẩn = 1,2) J+12 0,1 XT (qui chuẩn = 0,1) J+13 0,5 ACC (qui chuẩn = 0,5) Trạng thái # Mô tả K Bộ ổn định đầu tiên K+1 Bộ ổn định thứ hai K+2 Thyristor
Dƣới đây là mơ hình một thiết bị SVC
Biến # Mơ tả
L Điện áp nội bộ (pu) Ei L+1 Dòng điện STATCON L+2 Bộ nhớ trong
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 80
Hình vẽ IV-8: Mơ hình thiết bị SVC Giới hạn lớn nhất Lmax = VT + XTICMAX0 Giới hạn lớn nhất Lmax = VT + XTICMAX0
Giới hạn nhỏ nhất Lmin = VT - XTILMAX0