1.Kiến thức
- Sử dụng được phần mềm PowerWorld trong việc thiết kế, tính toán mô phỏng và phân tích mạng điện hạ áp
2. Kỹ năng
- Ứng dụng được phần mềm mô phỏng mạch điện PowerWorld để thiết kế, khảo sát và phân tích được mạng điện động lực.
- Vận dụng sáng tạo vào thực tế. 3. Thái độ
- Nghiêm túc họctập, tíchcực luyện tập. - Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị.
II. Lý thuyết liên quan.
1. Giới thiệu PowerWorld Simulator
PowerWorld Simulator là một trong những phần mềm mô phỏng hệ thống điện của hãng PTI. Phần mềm cung cấp các công cụ thiết kế và mô phỏng mạng điện nó cho phép khảo sát các đối tượng, hệ thống hay quá trình kỹ thuật - vật lý giúp người kỹ sư điện có khả năng rút ngắn thời gian và giảm được chi phí nghiên cứu. Đây là một công cụ rất hữu ích trong việc tính toán thiết kế và định chế độ vận hành cho hệ thống điện và hơn nữa là hướng tới mục tiêu thị trường điện ở Việt Nam.
2. Hướng dẫn sử dụng PowerWorld Simulator
2.1 Các phần tử trên sơ đồ đơn tuyến của PowerWorld Simulator
* Thanh cái (Bus): Bus là nơi mà các thiết bị như đường dây/máy biến áp,máy phát, tải… nối vào.
Có 3 loại Bus:
+ Slack bus(swing): bus cân bằng
+ Load bus:hầu hết trong hệ thống là load bus
* Đường dây/máy biến áp(Transmission line/transformer): thiết bị truyền tải công suất giữa các bus.
* Nguồn ( Generator): nguồn phát công suất
* Tải (Load): Thiết bị tiêu thụ công suất Thiết bị bù:
+ Swiched shunt: Bù ngang + Series capacitor: Bù dọc
* Máy cắt (Circuit Breakers ): thiết bị đóng/cắt các thiết bị khác như: DZ/MBA, nguồn,tải…
* Biểu đồ hình tròn: thiết bị thể hiện mức độ mang tải của DZ/MBA…
* Và một số thiết bị khác: mặt phân cách, hình nền…
2.2.Thiết kếmột sơ đồ (case) mạng điện
Để khởi động chương trình nhấp đôi chuột vào biểu tượng PowerWorld Simulator. Để tạo một Case mới, từ menu chính chọn File>New Case hoặc click lên
nút Open simulator Case trên thanh công cụ. Màn hình sẽ chuyển sang màu trắng, đây là màu mặc định của một sơ đồ một sợi mới của Powerworld, các sơ đồ một sợi này được dùng trong việc phân tích để tái hiện lại hệ thống điện 3 pha và dùng 1 dây để thể hiện mỗi thiết bị 3 pha.
Để xem một file đã có sẵn chọn File >Open Case từ menu chính hoặc chọn nút Open Case trên thanh công cụ.
2.2.1. Tạo vàchèn phần tử phân phối( Bus )
Bus là thành phần quan trọng nhất của mô hình hệ thống điện, nó được dùng để thể hiện các điểm kết nối nơi mà các thiết bị được kết nối với nhau trong hệ thống điện. Trong việc xây dựng mô hình hệ thống điện dùng PowerWorld Simulator bạn có thể vẽ các Bus trên sơ đồ một sợi gắn với các thiết bị như máy phát và tải với Bus.
Việc chèn các Bus trên sơ đồ một sợinói chung là đơn giản gồm các bước sau: - chọn Insert>Bus từ menu chính hoặc chọn nút Bus trên thanh công cụ. - Click chuột lên nền sơ đồ nơi mà bạn muốn đặt Bus mới. Khi đó sẽ xuất hiện
Hình 6.1: Hộp thoại Bus options
Từ hộp thoại này chúng ta nhập đầy đủ thông tin cần thiết như đặt tên, kích cỡ, định hướng vùng, điện áp định mức của Bus cũng như Tải và các thành phần rẽ nhánh
nối vào nó.
- Click OK để đóng hộp thoại, Bus mới sẽ xuất hiện, nó có hình dạng là một đường thẳng nằm ngang hoặc thẳng đứng trên sơ đồ.
2.2.2 Thiết lập máy phát
Tiếp theo chúng ta gắn Máy phát với Bus, các Máy phát cũng được chèn theo từng bước tương tự như chèn Bus, trình tự như sau:
- Chọn Insert>Generator từ menu chính hoặc chọn nút Generator trên thanh công cụ.
- Click chuột trái lên Bus trên sơ đồ ở vị trí mà bạn muốn gắn vào, lúc đó hộp
Hình 6.2 : Hộp thoại Generator options
Từ hộp thoại này ta nhập đầy đủ thông tin cần thiết, như lựa chọn đơn vị của Máy phát, kích thước hiển thị, chiều, công suất tác dụng giới hạn, công suất phản kháng giới hạn, điểm đặt điện áp và bảng giá.
2.2.3 Thiết lập Bus thứ hai cùng với Tải
Tương tự, để thêm Bus thứ hai chọn Insert>Bus từ menu chính hoặc click vào
nút Bus trên thanh công cụ.
- Click chuột lên nền sơ đồ nơi nào đó phía bên phải của Bus thứ nhất. Khi đó sẽ xuất hiện một hộp thoại Bus Options. Điền đầy đủ các thông số cần thiết,và click
OK để kết thúc việc thiết lập Bus thứ hai.
- Để vẽ tải ta chọn Insert>Load từ menu chính hoặc click vào nút Load
trên thanh công cụ. Click chuột trái lên điểm cuối của Bus thứ hai này, ngay lúc đó hộp thoại Load Options sẽxuất hiện.
Hình 6.3 : Hộp thoại Load options
- Điền đầy đủ các thông số cần thiết như tải là công suất tác dụng(MW), công suất phản kháng(Mvar), hướng của biểu tượng, ..
- Click OK để đóng hộp thoại và kết thúc việc thiết lập tải.
2.2.4 Thiết lập đường dây xoay chiều
Để nối hai Bus với nhau, chúng ta sẽ chèn đường dây AC bằng cách:
- Chọn Insert>Tranmission Line từ menu chính hoặc click vào nút
Tranmission Line ở trên thanh công cụ. Click chuột trái vào điểm bắt đầu đường dây và kéo chuột đến điểm cuối đường dây. Trong quá trình kéo chuột bạn có thể vẽ từng đoạn đường dây theo ý mình bằng cách click chuột trái một lần cho một đoạn, và để kết thúc đoạn cuối cùng hình thành đường dây thì nhấp đôi chuột tại điểm cuối đường dây. Hộp thoại Tranmission Line / Transformer Options sẽ xuất hiện.
Nhập đầy đủ các thông số cần thiết như các thông số đường dây như điện trở, điện kháng, dung dẫn…
- Click OK để kết thúc việc thiết lập đường dây.
2.2.5 Thiết lập biểu đồ biểu diễn khả năng truyền tải công suất trên đường dây
Khi đường dây được vẽ xong nó sẽ tự động có 1 một biểu đồ hình tròn biểu diễn khả năng truyền tải công suất trên đường dây flow pie chart, ta có thể chèn thêm vào line flow pie chart bằng cách click vào nút line flow pie chart sau đó click gần đường dây, hộp thoại sẽ xuất hiện, điền đúng và có thể thay đổi kích cỡ .
Hình 6.5 : Hộp thoại thông số biểu đồ truyền tải - Đặt thông số và click OK để đóng hộp thoại.
2.2.6 Thiết lập máy cắt
- Chọn Insert> Circuit breaker từ menu chính hoặc chọn nút Circuit breaker
trên thanh công cụ và click lên đường dây gần Bus 1. Hộp thoại Circuit breaker Options sẽ xuất hiện.
Hình 6. 6 : Hộp thoại Circuit breaker
2.2.7 Thiết lập máy biến áp
Để chèn 1 máy biến áp trước hết chúng ta cần chèn 1 Bus thứ 3 khác cấp điện
áp.
- Chọn Insert> Tranformer từ menu chính hoặc chọn nút Tranfomer
trên thanh công cụ, sau đó click lên Bus 3 và vẽ 1 đường dây tới Bus 2 khi bạn vẽ xong đường dây thì hộp thoại Tranmission Line /Transformer Option sẽ xuất hiện.
Nhập các thông số cần thiết như điện trở, điện kháng,dung dẫn, kích cỡ …
Hình 6.7 : Hộp thoại Tranmission Line /Transformer Option - Click OK để kết thúc
2.2.8 Thiết lập tụ bù ngang (Swichted Shunt )
Swichted Shunt là gồm các tụ điện ghép lại để cung cấp năng lượng phản kháng (MVAR) hoặc tiêu thụ công suất phản kháng.
- Chọn Insert>Swichted Shunt từ menu chính hoặc chọn nút Swichted shunt
trên thanh công cụ. Click lên Bus mà bạn muốn đặt khi đó hộp thoại Swichted Shunt Option sẽ xuất hiện.
Hình 6.8 : Hộp thoại Swichted Shunt Options
Xác định số Bus và nhập giá trị định mức vào ô Nominal Mvar .
- Click OK để đóng hộp thoại
2.2.8 Ghi tiêu đề, hiển thị các thông số cho Bus và đường dây
Để nhập thêm một số ô thông tin trực tiếp lên sơ đồ để giúp ta quan sát hoạt động của sơ đồ được tốt hơn.
- Chọn Insert>text từ menu chính để đưa hộp thoại text object ra nhập tên mà
ban muốn đặt và click OK. Để định dạng nhanh chọn Fromat>Font để chọn font, màu, cỡ chữ từ hộp thoại Format Multiple Objects
- Để thêm các thông số hiển thị như điện áp, dòng công suất, tổn thất công suất… ta thực hiện như sau:
Nhấp chuột phải lên Bus hoặc Đường dâyđể gọi menu con.
Chọn Add new fields Around Bus từ menu con.
Chọn vị trí mà bạn muốn thêm ô mới và click OK . Hộp thoại Bus fields
mở ra.
Chỉnh sửa và lựa chọn kiểu hiển thị rồi click OK. 2.2.9 Chạy mô phỏng một Case
Để chạy mô phỏng 1 Case, click vào nút Run Mode trên thanh công cụ.
Sau đó chọn Simulator>Play hoặc click vào nút single solution trên thanh công cụ.
III. Thiết bị, dụng cụ, vậttư thực hành
Bảng kê dụng cụ thực hành(cho một nhóm thực tập)
TT Tên dụng cụ Số lượng Đv tính Ghi
chú
1 Máy vi tính 01 bộ
IV. Thực hành
1. Thiết lập sơ đồ mạng điện
1.1. Nội dung thực hành
Thiết lập sơ đồ mạng điện gồm : 01 Máy phát (từ nhà máy phát điện) 01 Phụ tải (khu trung cư), hệ thống tụ bù, đường dây truyền tải, máy biến áp truyền tải, thiết bị đóng cắt:
STT PHẦN TỬ Số lượng Thông số Ghi chú
1 Máy phát 01 5KW, 2MVr
2 Tải tiêu thụ 01 3KW, 2MVr
3 Đường dây truyền tải 01 20km
1.2. Trình tự thiết lập một sơ đồ mạng điện
Bước 1 :Khởi động phần mềm, đặt tên file mô phỏng
Bước 2: Thiết lập sơ đồ mô phỏng + Tạo thanh bus
Trên thanh Edit Toolbar click trái vào biểu tượng thanh cái
Hình 7.10 : Thanh công cụ thiết lập thanh cái
Hình 6.11 : Thiết lập thuộc tính cho thanh cái Trong đó:
“Bus number” và “bus name” là nơi điền số thứ tựvà tên của thanh cái.
Vùng hiển thị (display) cho phép thanh cái đặt ngang (horizontal bar), đặt dọc (vertical bar), đặt hình vòng (oval), hay hình chữ nhật (rectangle). Các chỉ số “pixel thickness” và “display size” độ dày và kích thước hiển thị của thanh cái.
“Area and zone” điền số thứ tự và tên của vùng và hku vực nếu như mạng điện là lớn. “Nominal voltage” là điện áp định mức của thanh cái, “voltage” và “angle” là điện áp (v) và góc pha điện áp (độ) đặt tại thanh cái.
“System slack bus” chọn nếu ta muốn bus đó là “slack bus” của hệ thống. Mỗi hệ thống phải có một “slack bus”, và bus được chọn phải là bus được nối với máy phát. Sau khi hoàn tất bấm OK
+ Thiết lập máy phát
Trên thanh Edit Toolbar chọn vào biểu tượng máy phát, sau đó click chuột trái vào vùng làm việc (phải gần 1 bus có sẵn) ta sẽ được một hộp thoại:
Hình 6.13 : Thiết lập thuộc tính hiển thịcho máy phát
Ta có thể điền tên và số thứ tự của bus mà máy phát sẽ nối vào, nếu khi ta click vào vùng làm việc mà gần một bus sẵn có thì chương trình sẽ tự động gắn máy phát vào bus đó. Trạng thái của máy phát “Open” là hở mạch, “Closed” là đóng mạch vào hệ thống. Ta cũng có thể chỉnh kích thước hiển thị của máy phát tại “Display Information”, và cũng có thể thay đổi hướng hiển thị của máy phát là bên trái (left),
phải (right), lên (up) hay xuống (down). “Mw and voltage control”:
Hình 6.14 : Thiết lập công suất và điện cho máy phát
MW control: điền các giá trị P phát (MW output), giá trị nhỏ nhất (Min. MW
output) và lớn nhất (Max MW output) của P phát. Các lựa chọn “Available for AGC” và “Enforce MW limit” là tựđộng điều chỉnh và giới hạn công suất thực phát.
Voltage control: điền các giá trị Q máy phát (Mvar output), giá trị nhỏ nhất (Min
Mvar ) và giá trị lớn nhất (Max Mvar) của Q máy phát. “Available for AVR” tự đọng điều chỉnh điện áp đầu cực máy phát, “setpoint voltage” là điện áp đặt đầu cực máy phát.
Hình 6.15 : Thiết lập dòng điện cho máy phát
Chọn “cubic cost model” để xác định đường cong chi phí máy phát là dạng: C(Pgi) =
(d*Pgi^3 + c*Pgi^2 + b*Pgi + a) * (fuel cost), chọn “piecewise linear” để xác định đường cong chi phí dạng tuyến tính hoá.
“Fule cots” giá nhiên liệu,“Number of break points” là số điểm mà ta muốn gần đúng đường cong thành những đoạn thẳng.
Hình 6.16 : Thiết lập điện trở, điện kháng cho máy phát
“Generator MVA Base” là công suất (S) cơ bản của máy phát.
“Positive Sequence Internal Impedace” :tổng trở thứ tự thuận
“Negative Sequence Internal Impedace”: tổng trở thứ tự nghịch
“Zero Sequence Internal Impedace” : tổng trở thứ tự không.
“Neutral-to-Ground Impedance”: tổng trở nối đất.
“Generator Step Transfomer”: tổng trở máy biến áp mô hình (mặc định là không có).
Sau khi thiết lập các thông số xong click OK.
Máy biến áp
Trên thanh Edit Toolbar chọn biểu tượng của máy biến áp.
Hình 6.17 : Thanh công cụ thiết lập máy biến áp
Sau đó sử dụng chuột click vào hai thanh cái mà máy phát nối vào (giống như vẽ đoạn thẳng), ta được đoạn hội thoại sau
Hình 7.18 : Thiết lập điện trở, trở kháng và điện dung cho máy biến áp
Sau khi điền tên và số thứ tự của 2 bus mà máy biến áp nối vào (thường thì chương trình sẽ tự động làm việc này), ta điền các giá trị tổng trở R, L , C (hay B) vào các ô tương ứng : “Resistance”, “Reactance”, “Charging”.
“Limit A”, “Limit B”, “Limit C” là các giới hạn công suất của máy biến áp, chương trình cho phép sử dụng 3 giá trị giới hạn khác nhau.
Hình 6.19 : Thiết lập trị số giới hạn công suất cho máy biến áp + Thiết lập đường dây tải điện
Hình 6.20 : Thanh công cụ thiết lập đường dây tải điện
Sau khi chọn xong tương tự máy biến áp, ta cũng vẽ đường dây giữa hai thanh cái giống như vẽ một đường thẳng trong Paint vậy. Sau khi vẽ xong ta cũng được 1 hộp thoại như sau:
Hình 6.21 : Thiết lập trị số điện áp, tổng trở, công suất truyền tải cho đường dây
Hoàn toàn tương tự máy biến áp, ta cũng điền các thông số điện áp định mức (thường mặc định theo bus), tổng trở, giá trị công suất truyền tối đa…
Hình 6.22 : Thiết lập các tham số cho đường dây
Click vào “Fault Parameters” để chọn các giá trị tổng trở thứ tự không vào các ô R, X, C (thông thường chương trình sẽ tự điền các giá trị này khi ta điền tổng trở thứ tự thuận. “Conffiguration” để chọn kiểu đấu của các cuộn dây biến áp. Sau khi thiết lập các thông số xong click OK kết quả được như hình sau:
Hình 6.23 : Đường dây tải điện sau khi thiết lập thông số + Thiết lập tải tiêu thụ
Trên thanh Edit Toolbar chọn biểu tượng của tải, như hình sau:
Sau đó click vào gần bus mà ta muốn đặt tải, ta được một hộp thoại sau:
Hình 6.25 : Đường dây tải điện sau khi thiết lập thông số
Tương tự như các thành phần khác, sau khi thiết lập các thuộc tính hiển thị (kích thước, hướng quay..), ta cần điền vào các giá trị công suất tiêu thụ ( “MW Value”: công suất thực và “Mvar Value”: công suất phản kháng tiêu thụ). Sau đó nhấn OK.
Kết quả được như hình sau:
Hình 6.26 : Đường dây tải điện sau khi thiết lập thông số + Thiết lập máy bù
Hình 6.27 : Đường dây tải điện sau khi thiết lập thông số Tương tự như tải ta cũng click vào thanh cái cần bù, ta được hộp thoại sau:
Hình 6.28 : Đường dây tải điện sau khi thiết lập thông số
Tương tự các thiết bị khác ta cũng đặt các thông số hiển thị (display). Sau đó đặt giá