1.5.1 Nguồn
*hộp thoại Rating
Hình 1.11 Hộp thoại Rating
- Rated kV :nhập vào điện áp định mức của hệ thống
*Hộp thoại Short Circuit
24
- Grounding : chọn kiểu đấu dây (sao, tam giác), sơ đồ nối đất (TN-C, TN-S,
TN-CS, …) Lưu ý, người sử dụng chỉ có thể chọn sơ đồ nối đất cho mạng điện có điện áp nhỏ hơn hoặc bằng 1kV
- SC Rating : xác định công suất cho sự cố ngắn mạch ba pha và một pha. Khi
nhập hay điều chỉnh thông số công suất ngắn mạch (Mvasc) hoặc tỷ số X/R, phần mềm sẽ tính toán lại giá trị trở kháng một cách phù hợp
- SC Impedance : Xác định giá trị trở kháng ngắn mạch phần trăm trên 100
MVA. Giá trị trở kháng này bao gồm trở kháng thứ tự thuần, thứ tự nghịch, thứ tự không. Một khi nhập hoặc điều chỉnh giá trị này thì ETAP sẽ tính toán lại giá trị MVAsc và tỷ số X/R cho phù hợp
25
1.5.2 Máy biến áp
*Hộp thoại Rating
26
Voltage Rating :
- Prim/sec : Điện áp định mức sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp
- FLA (Full Load Amperes) : dòng đầy tải khi hệ thống hoạt động ở điện áp
và công suất định mức
- Power rating : Công suất định mức máy biến áp
- Installation : cài đặt độ cao (Altitude) và nhiệt độ môi trường xung quanh
(Ambient Temp) của máy biến áp
- Type/Class : Phần này cung cấp các loại máy biến áp (máy biến áp dầu, máy
biến áp khô, …) *Hộp thoại Impedance :
Hình 1.14 Trang Impedance của máy biến áp
- Positive and Zero Sequence Impedances : cài đặt trở kháng thứ tự thuận và
thứ tự không, tính theo đơn vị phần trăm, dựa trên giá trị điện áp và công suất đinh mức
27
1.5.3 Cáp
*Hộp thoại Info
Hình 1.15 Hộp thoại Info của cáp
- Length : cài đặt chiều dài đường dây
- Library : vào thư viện chọn loại dây phù hợp (Type : Cu/Al; điện áp định
28
*Hộp thoại Impedance :
Hình 1.16 Trang Impedance của cáp
- Option Pos/Zero : trở kháng dựa theo thông số dây dẫn được lựa chọn trong
thư viện hoặc tự tính toán
- Units : đơn vị trở kháng tính bằng /km (hoặc /ft) hay tính bằng ()
- Impedance : khi chọn dây ở Library trong trang Info, điện trở, trở kháng sẽ
được cập nhật tự động. Tuy nhiên, người sử dụng có thể điều chỉnh lại thông số này
29
1.5.4 Cầu chì
*Hộp thoại Rating
Hình 1.17 Trang info của cầu chì
- Library : để lựa chọn cầu chì (fuse) từ thư viện (Library), nhấp vào Library.
Sau đó, lựa chọn Fuse theo hãng sản xuất (manufactures), kiểu (Model), điện áp (Max.kv) và tốc độ (Speed)
- Rating : Khi lựa chọn Fuse từ thư viện, các thông số trong mục này sẽ được
cập nhật theo loại Fuse tương ứng. Tuy vậy, người sử dụng có thể điều chỉnh các thông số này tuỳ ý
30
CHƯƠNG 2 : PHÂN BỐ CÔNG SUẤT 2.1 GIỚI THIỆU
Trong quá trình tính toán hệ thống điện(HTĐ), phân bố công suất (PBCS) là việc cần thiết và vô cùng quan trong để phân tích sự ổn định của một hệ thống điện.Vì vậy, việc xác định dung lượng điện áp, góc lệch pha tại các nút, ... là rất cần thiết để từ đó đưa ra hướng giải pháp phù hợp với từng mạng điện.
Mục tiêu trong chương này là có thể tìm hiểu, vận dụng một cách cơ bản nhất các thành phần tính toán phân bố công suất theo phương pháp Newton- Raphson. Giúp người đọc có thể hình dung rõ nhất cách vận hành tính toán PBCS
2.2 PHÂN BỐ CÔNG SUẤT (PBCS) LÀ GÌ
Phân bố công suất (PBCS), tính toán thông số điện áp, góc lệch pha tại các nút, … mang ý nghĩa rất quan trọng trong việc tính toán và qui hoạch phát triển hệ thống điện. Vì vậy, việc ứng dụng mô hình toán học để giải quyết chính xác và có hiệu quả nhằm phục vụ cho thiết kế và vận hành hệ thống điện như khảo sát hệ thống ở chế độ trước và sau sự cô, điều chỉnh điện áp và công suất, vận hành kinh tế hệ thống điện, … luôn đóng vai trò quan trọng.
Trong mô hình toán học, các nút trong hệ thống điện bao gồm :
- Nút cân bằng (slack hay swing bus) : cho biết giá trị độ lớn điện áp U và
góc lệch pha điện áp . Cần xác định P, Q (nút này thường là nút nhà máy điện). Trong hệ thống điện thường chỉ có một nút cân bằng.
- Nút máy phát (generator buses, hay voltage-controlled buses) : còn gọi là
nút P-U, cho biết trước công suất thực P và độ lớn điện áp U, cần xác định góc pha điện áp và công suất phản kháng Q.
- Nút phụ tải (load buses) : hay còn gọi là nút P-Q, cho biết công suất P và Q
31
2.3 CƠ SỞ TOÁN HỌC GIẢI PHƯƠNG TRÌNH PHI TUYẾN 2.3.1 Phương Pháp Newton-Raphson 2.3.1 Phương Pháp Newton-Raphson
Phương pháp Newton-Raphson xây dựng và giải quyết lặp lại phương trình dòng tải sau:
Hình 2.1 Công thức Newton - Raphson
trong đó ΔP và ΔQ lần lượt là các vectơ công suất thực và công suất phản kháng giữa giá trị được chỉ định và giá trị tính toán; ΔV và Δδ biểu thị cường độ điện áp của bus và vectơ góc ở dạng tăng dần; và J1 đến J4 được gọi là ma trận Jacobian.
Phương pháp Newton-Raphson sở hữu một đặc tính hội tụ bậc hai độc đáo. Nó thường có tốc độ hội tụ rất nhanh so với các phương pháp tính toán lưu lượng tải khác. Nó cũng có lợi thế là các tiêu chí hội tụ được chỉ định để đảm bảo sự hội tụ cho công suất thực của bus và sự không phù hợp của công suất phản kháng. Tiêu chí này cho phép bạn kiểm soát trực tiếp độ chính xác mà bạn muốn chỉ định cho giải pháp dòng tải. Các tiêu chí hội tụ cho phương pháp Newton - Raphson thường được đặt thành 0,001 MW và Mvar.
Phương pháp Newton-Raphson phụ thuộc nhiều vào giá trị ban đầu của điện áp bus. Nên lựa chọn cẩn thận các giá trị ban đầu của điện áp bus. Trước khi chạy dòng tải bằng phương pháp Newton-Raphson, ETAP tạo ra một vài lần lặp Gauss-Seidel để thiết lập một tập hợp các giá trị ban đầu cho điện áp của bus.
Phương pháp Newton-Raphson được khuyến nghị sử dụng với bất kỳ hệ thống nào làm lựa chọn đầu tiên
32
2.3.2 Phương pháp Adaptive Newton-Raphson
Phương pháp Newton-Raphson được cải tiến này giới thiệu một tập hợp các bước nhỏ hơn cho các lần lặp trong đó gặp phải điều kiện phân kỳ tiềm năng. Các mức tăng nhỏ hơn có thể giúp đạt được giải pháp dòng tải cho một số hệ thống trong đó phương pháp Newton-Raphson thông thường có thể không đạt được.
Phương pháp Newton-Raphson dựa trên xấp xỉ chuỗi Taylor. Để đơn giản và các bước tăng dần, phép nội suy / ngoại suy tuyến tính của bước tăng thời gian bổ sung được thực hiện để cải thiện giải pháp.
Hình 2.2 Công thức Adaptive Newton - Raphson
2.3.3 Phương pháp Fast-Decoupled Method
Phương pháp tách nhanh có nguồn gốc từ phương pháp Newton-Raphson. Thực tế là một sự thay đổi nhỏ về cường độ của điện áp bus không làm thay đổi đáng kể công suất thực ở bus và tương tự đối với một thay đổi nhỏ trong góc pha của điện áp bus, công suất phản kháng không thay đổi đáng kể. Do đó, phương trình dòng tải từ phương pháp Newton-Raphson có thể được đơn giản hóa thành hai bộ phương trình dòng tải tách rời riêng biệt, có thể được giải quyết lặp lại:
33
2.3.4 Phương pháp Accelerated Gauss-Seidel Method
Từ hệ phương trình điện áp nút
Hình 2.4 Công thức tính I của Accelerated Gauss-Seidel Method
phương pháp Gia tốc Gauss-Seidel rút ra phương trình dòng tải sau và giải quyết nó theo cách lặp:
Trong đó P và Q là các vectơ công suất thực và công suất phản kháng được chỉ định, V là vectơ điện áp của bus và YBUS là ma trận tiếp nhận hệ thống. Y * BUS và V * lần lượt là liên hợp của YBUS và V.VT là chuyển vị của V.
Phương pháp Gia tốc Gauss - Seidel có yêu cầu tương đối thấp hơn về các giá trị điện áp ban đầu của bus so với phương pháp Newton - Raphson và phương pháp Phân tách nhanh. Thay vì sử dụng công suất thực của bus và công suất phản kháng không phù hợp làm tiêu chí hội tụ, phương pháp Gia tốc Gauss-Seidel kiểm tra dung sai cường độ điện áp của bus giữa hai lần lặp liên tiếp để kiểm soát độ chính xác của giải pháp. Giá trị tiêu biểu cho độ chính xác cường độ điện áp của bus được đặt thành 0,000001 pu.
Phương pháp Gia tốc Gauss-Seidel có tốc độ hội tụ chậm hơn. Khi bạn áp dụng các yếu tố gia tốc thích hợp, có thể tăng đáng kể tốc độ hội tụ. Phạm vi cho hệ số tăng tốc nằm trong khoảng từ 1,2 đến 1,7 và thường được đặt thành 1,45.
34
2.4 ÁP DỤNG CHI TIẾT THÔNG QUA VÍ DỤ
Ví dụ được cho dưới đây áp dụng phương pháp Newton-Raphson để tính toán PBCS với số liệu và mô hình sau
Bảng 2.6 Thông số các bus dùng để mô phỏng
Bus Bus R(ohm) X(ohm)
1 2 15 46 1 5 12 38 2 4 10 30 2 3 13 39 4 5 11 34 3 5 16 48 3 6 15 46 6 7 17 50 5 7 13 39
35
bus Máy phát Phụ tải
MW MVAR MW MVAR 1 160 55 15 2 175 95 35 3 195 85 25 4 0 195 50 5 0 185 45 6 0 135 40 7 Nút cân bằng 75 20
36
Hình 2.7 Sơ đồ mô phỏng trên ETAP
Các bước thực hiện :
B1 :Thiết lập thông số cho các tải, máy phát, đường dây B2 : kết nối sơ đồ 1 sợi
37
B1 : Thiết Lập thông số
Phụ tải :
38
Máy phát :
39
chọn nút cân bằng là ở máy Gen 4, chọn swing ở mục Operation Mode
40
Đường dây :
Hình 2.11 Thẻ Parameter của đường dây
41
B2 :Kết nối sơ đồ 1 sợi
42
B3 :Tính toán PBCS
Nhấp chọn để chuyển giao diện sang trình tính toán PBCS Nhấp chọn để bắt đầu thiết kế phương pháp tính toán
Cuối cùng nhấp vào để bắt đầu chạy quá trình tính toán PBCS
43
Từ kết quả tính toán cho ta thấy điện áp các bus đều ổn định duy chỉ có áp bus 4 có điện áp bus không ổn định cần phải thay đổi tải hoặc dây dẫn để đảm bảo lại sự ổn định của hệ thống điện
44
2.5 TỔNG KẾT
Chương này đã giới thiệu về bài toán PBCS và ứng dụng của phần mềm ETAP để giải bài toán PBCS trong hệ thống điện. Các phương pháp toán để giải hệ phương trình phi tuyến, áp dụng các phương pháp toán để giải bài toán PBCS trong hệ thống điện cũng đã được trình bày cụ thể. Phần mềm ETAP cho phép lựa chọn một số phương pháp tính toán PBCS khác nhau để đạt được kết quả mong muốn như dòng công suất, độ lớn và góc pha điện áp tại các nút, tổn thất công suất trong mạng điện. Từ đó, xác định trạng thái làm việc của các phần tử, cho phép lựa chọn và điều chỉnh các thiết bị phù hợp, phục vụ cho bài toán quy hoạch, thiết kế và vận hành hệ thống điện
45
CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 3.1 GIỚI THIỆU
Trong quá trình vận hành hệ thống điện(HTĐ), ngắn mạch (NM) xảy ra là điều không thể tránh khỏi. Dòng điện NM có thể làm hư hỏng các thiết bị trong hệ thống điện. Cho nên, việc xác định dòng điện NM là rất cần thiết để từ đó chọn lựa, chỉnh định và sử dụng các thiết bị bảo vệ cho phù hợp.
Mục tiêu của chương này là có thể vận dụng một cách đơn giản nhất các tính toán trong trình tính toán ngắn mạch mà ở đây là IEC60909, để từ đó làm tiền đề thiết kế hệ thống bảo vệ đưa ra ở các chương sau
3.2/ CƠ SỞ TÍNH TOÁN (THEO TIÊU CHUẨN IEC 60909)
Tiêu chuẩn IEC 60909 được giới thiệu nhằm cung cấp những hướng dẫn và thông tin cần thiết cho công tác kiểm tra các thiết bị, khả năng bảo vệ bảo đảm an toàn hệ thống ...
Muốn duy trì hoạt động bình thường cho hệ thống thì phải có thiết bị bảo vệ sự cố xảy ra. Các thiết bị bảo vệ phải được phối hợp bảo vệ theo nhiều cấp, tác động đúng, kịp thời nhằm giảm thiệt hại ở mức thấp nhất. Bài toán tính ngắn mạch nhằm xác định được dòng ngắn mạch phục vụ cho việc cài đặt, lựa chọn các thiết bị bảo vệ cho các phần tử trong hệ thống.
Tiêu chuẩn IEC giải quyết việc tính toán dòng ngắn mạch cân bằng và không cân bằng. Nhìn chung, dòng ngắn mạch được tính như sau :
- Chọn dòng ngắn mạch cực đại để chọn thiết bị
- Dòng ngắn mạch cực tiểu để lựa chọn cầu chì, cài đặt thiết bị bảo vệ và kiểm tra khả năng chạy lấy đà của động cơ
Dòng ngắn mạch là một hàm số theo thời gian từ lúc ngắn mạch cho đến khi dòng ngắn mạch bị loại trừ, nó cũng biến thiên theo giá trị tức thời của điện áp tại thời điểm bắt đầu ngắn mạch
46
47
I’’k = dòng ngắn mạch đối xứng ban đầu i p = dòng ngắn mạch đỉnh
Ik = dòng ngắn mạch xác lập
Id.c = thành phần dc của dòng ngắn mạch
3.3 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN
Tính toán ngắn mạch được thực hiện bằng cách đưa vào nguồn điện áp tương đương tại vị trí ngắn mạch. Nguồn điện áp tương đương là điện áp tích cực duy nhất của hệ thống. Tất cả đường dây cung cấp điện, máy điện đồng bộ và không đồng bộ được thay thế bằng tổng trở
Trong tất cả trường hợp, dòng ngắn mạch tại vị trí sự cố F có thể được thực hiện bằng cách sử dụng phương pháp nguồn điện áp tương đương. Dữ liệu vận hành và tải tiêu thụ, vị trí đầu phân áp máy biến áp ,kích từ máy phát... Không cần xem xét; những tính toán bổ sung về tất cả dòng tải có thể xảy ra khác nhau tại thời điểm ngắn mạch cũng không cần thiết
Các giá trị điện trở của hệ thống phụ thuộc vào tải đường dây và phụ thuộc vào loại ngắn mạch : Ngắn mạch đối xứng (ngắn mạch 3 pha), ngắn mạch bất đối xứng (ngắn mạch 2 pha chạm nhau, hai pha chạm đất, một pha chạm đất)
48
3.4 ÁP DỤNG CHI TIẾT THÔNG QUA VÍ DỤ
Trong phần này ví dụ được lấy từ một trong các ví dụ mà ETAP cung cấp sẵn cho người dùng là Example-ANSI để việc thực hiện tính toán ngắn mạch bằng IEC60909 là đơn giản nhất.
Các bước thực hiện
B1 : Mở phần Example-ANSI trong thư mục ETAP B2 :Chọn kiểu tính toán ngắn mạch
B3 :Chạy trình tính toán ngắn mạch
B1 :Thiết lập thông số ban đầu
Chọn hệ thống là mô hình có sẵn trong thư mục Example của ETAP
49
Với các thông số đã được cài đặt sẵn như trong mô phỏng
B2 :Chọn kiểu tính toán ngắn mạch
Chọn mục Short-circuit để bắt đầu tính toán ngắn mạch
Trong thanh công cụ sau chọn Study case
Hình 3.4 Thanh công cụ Study Case
Cài đặt thông số như trong bảng sau
50
B3 :Chạy trình tính toán ngắn mạch
Hình 3.5 Hôp thoại Study case Short circuit
51
Chọn để bắt đầu chạy chương trình tính toán
Để tiếp tục theo dõi kết quả theo số ta có thể nhấn vào mục