1.2 .Cỏc tiờu chuẩn về chất lượng điện năng
4.2. PSS/ADEPT và khả năng ứng dụng tỏi cấu trỳc lưới điện phõn phối
Trong cỏc phần mềm tớnh toỏn và phõn tớch lưới điện hiện nay, cú nhiều phần
mềm tớnh toỏn như: Phõn bố cụng suất, ngắn mạch, đặt tụ bự tối ưu, phối hợp bảo vệ… Cỏc phần mềm này cú thuật toỏn phức tạp và thường phải qua tập huấn mới sử dụng
được. Phần mềm PSS/ADEPT (Power System Simulator/Advanced Distribution
Engineering Productivity Tool) của Shaw Power Technologics, Inc được sử dụng rất
phổ biến. Hiện nay cỏc cụng ty Điện lực đó triển khai ỏp dụng phần mềm PSS/ADEPT
đểtớnh toỏn cho lưới điện từđú cú thểđảm nhận việc khai thỏc và quản lý trực tiếp cỏc hệ thống lưới điện phõn phối và cú thể làm tốt cụng tỏc quản lý lưới điện.
Phần mềm này được phỏt triển cho cỏc kỹsư và nhõn viờn kỹ thuật trong ngành
điện dựng để thiết kếvà phõn tớch lưới điện phõn phối. PSS/ADEPT cho phộp ta thiết kế, chỉnh sửa và phõn tớch sơ đồ lưới. Phần mềm PSS/ADEPT là phần mềm phõn tớch
và tớnh toỏn lưới điện rất mạnh, phạm vi ứng dụng cho lưới điện cao thế cho đến hạ thế
với quy mụ sốlượng nỳt khụng hạn chế và hoàn toàn cú thể ỏp dụng rộng rói trong cỏc
cụng ty Điện lực.
PSS/ADEPT gồm cú cỏc chức năng sau:
- Phõn bố cụng suất.
- Tớnh toỏn ngắn mạch tại 1 hay nhiều điểm.
- Phõn tớch khởi động động cơ.
- Tớnh toỏn xỏc định vị trớ bự tối ưu.
Học viờn Phan Đức Hiển Lớp 11BKTĐHTĐ 35 - Phối hợp cỏc thiết bị bảo vệ.
- Tớnh toỏn xỏc định điểm dừng tối ưu.
- Phõn tớch đỏnh giỏ độ tin cậy.
Bằng phần mềm PSS/ADEPT chỳng ta cú thể tiến hành:
- Vẽsơ đồ và cập nhật lưới điện trong giao diện đồ họa.
- Phõn tớch mạch điện sử dụng nhiều loại nguồn và khụng hạn chế số nỳt. - Hiển thị kết quảtớnh toỏn ngay trờn sơ đồlưới điện.
- Xuất kết quảdưới dạng report sau khi phõn tớch và tớnh toỏn.
- Nhập thụng số và cập nhật dễ dàng thụng qua data sheet của mỗi thiết bị trờn lưới.
PSS/ADEPT giỳp tớnh toỏn và phõn tớch lưới điện:
- Load Flow Analysis: Chức năng phõn bố cụng suất đỏnh giỏ tỡnh trạng mang
tải của tuyến đường dõy. Tớnh toỏn hiển thị cỏc thụng số vềdũng điện (I), điện ỏp (U),
trào lưu cụng suất (P, Q) của từng tuyến đường dõy.
- CAPO – Optimal Capacitor Placement: tỡm những điểm tối ưu để đặt tụ bự
sao cho tổn thất cụng suất trờn lưới là nhỏ nhất.
- TOPO – Tie Open Point Optimization: phõn tớch điểm dừng tối ưu, tỡm ra
những điểm cú tổn hao cụng suất nhỏ nhất trờn lưới mạch vũng.
- All Fault – module cú sẵn: tớnh toỏn ngắn mạch tại tất cả cỏc nỳt trờn lưới,
bao gồm cỏc loại ngắn mạch như ngắn mạch 1 pha, 2 pha và 3 pha.
- Hamornics: bài toỏn phõn tớch súng hài, phõn tớch cỏc thụng số và ảnh hưởng
của cỏc thành phần súng hài trờn lưới.
- DRA – Distribution Reliability Analysis: tớnh toỏn cỏc thụng số tin cậy trờn
lưới điện như:
+ SAIFI (System Average Interruption Frequency Index): Chỉ tiờu tần suất mất
điện trung bỡnh của hệ thống.
+ SAIDI (System Average Interruption Duration Index): Chỉ tiờu thời gian mất
Học viờn Phan Đức Hiển Lớp 11BKTĐHTĐ 36
+ CAIFI (Customer Average Interruption Frequency Index): Chỉ tiờu tần suất
mất điện trung bỡnh khỏch hàng.
+ CAIDI (Customer Average Interruption Duration Index): Chỉ tiờu thời gian
mất điện trung bỡnh khỏch hàng.
+ ASAI (Average Service Availability Index): Chỉ tiờu khảnăng sẵn sàng cung
cấp.
+ ASUI (Average Service Unavailability Index): Chỉ tiờu khả năng khụng sẵn
sàng cung cấp.
+ ENS : Chỉ tiờu thiếu hụt điện năng.
+ AENS: Chỉ tiờu thiếu hụt điện năng trung bỡnh.
Cửa sổứng dụng của PSS/ADEPT bao gồm cỏc thành phần chớnh sau:
Cỏc cửa sổ View: bao gồm cỏc thụng tin cho cỏc ứng dụng, đồ họa và ba cửa sổ chớnh để thiết kế và phõn tớch một sơ đồ mạch điện. Cửa sổứng dụng View bao gồm 4 cửa sổ chớnh:
Học viờn Phan Đức Hiển Lớp 11BKTĐHTĐ 37
- Diagram View: là cửa sổ chớnh trong ứng dụng của PSS/ADEPT, nú luụn
xuất hiện khi bắt đầu một ứng dụng. Cửa sổ này hiển thị một cỏch trực quan cỏc thiết bị của một sơ đồ lưới điện. Việc tạo sơ đồlưới được thực hiện một cỏch dễ dàng bằng việc click vào cỏc biểu tượng trờn thanh cụng cụvà đặt vào cửa sổ. Việc quan sỏt kết quả tớnh toỏn và phõn tớch cú thể hiển thị trờn giao diện này.
- Cửa sổ Equipment List View: cửa sổ này bao gồm cỏc chức năng như
Branches (bao gồm line/cables, switches, transformers và series capacitors), Shunt
devices (bao gồm capacitors, machines, static loads, MWH loads…), Defaults (bao
gồm cỏc thụng số mặc định của một số đối tượng như node, nhỏnh, cỏc thiết bị nối
song song). Chức năng hiển thị kết quả Results, Chức năng DRA Phõn tớch độ tin cậy
của lưới điện phõn phối.
Học viờn Phan Đức Hiển Lớp 11BKTĐHTĐ 38
- Cửa sổ Progress View: Cửa sổ này hiển thị cỏc message khi chương trỡnh
thực hiện. Cỏc message này cú thể là kết quả hiển thị khi thực hiện một chức năng tớnh
toỏn cụ thể, cú thể là những thụng bỏo lỗi hay những cảnh bỏo về một hoạt động của
chương trỡnh.
Hỡnh 4.3. Cửa sổ Progress View của chương trỡnh PSS/ADEPT
- Cửa sổ Report Preview: Hiển thị cỏc kết quả report sau khi phõn tớch và tớnh
toỏn một cỏch cụ thể, từ đõy ta cú thể in ấn cỏc kết quả một cỏch dễ dàng thụng qua biểu tượng Print, hoặc xuất ra cỏc dạng dữ liệu khỏc nhau thụng qua biểu tượng Export.
Học viờn Phan Đức Hiển Lớp 11BKTĐHTĐ 39
Ngoài cỏc cửa sổứng dụng của PSS/ADEPT thành phần chớnh như sau:
- Status Bar – Thanh trạng thỏi: để hiển thị thụng tin trạng thỏi của chương
trỡnh khi PSS/ADEPT đang tớnh toỏn.
- Main Menu – Thanh menu chớnh: gồm cỏc hàm chức năng trong
PSS/ADEPT.
- Tool Bar – Thanh cụng cụ: cung cấp cỏc cụng cụ giỳp cho việc vẽ sơ đồ
mạch điện thực hiện nhanh chúng và dễ dàng.
Hỡnh 4.5. Thanh trạng thỏi, thanh menu chớnh và thanh cụng cụ của chương trỡnh PSS/ADEPT
Chức năng tớnh toỏn điểm dừng tối ưu TOPO - Tie Open Point Optimization.
Chức năng tớnh toỏn TOPO (Tie Open Point Optimization) của phần mềm
PSS/ADEPT để xỏc định điểm mở tối ưu là bài toỏn tỏi cấu trỳc lưới giảm tổn thất
cụng suất tỏc dụng nõng cao chất lượng điện năng cho lưới điện phõn phối. Bài toỏn tỏi
cấu trỳc giảm tổn thất cụng suất tỏc dụng của phần mềm PSS/ADEPT gồm cỏc bước
giải như Hỡnh 4.2. (Sơ đồ khối thuật toỏn tỏi cấu trỳc lưới trung ỏp giảm tổn thất điện
năng).
Đểchương trỡnh đạt hiệu quả cao cần phải thực hiện cỏc việc như sau:
- Xỏc định cỏc phần tử phụ tải trờn lưới thực.
- Rỳt gọn lưới điện của từng phần tử phụ tải sao cho cú cỏc thụng sốlưới gần giống với lưới thực khi mụ phỏng bằng PSS/ADEPT.
- Thành lập lưới điện phõn phối từ cỏc phần tử phụ tải nờu trờn.
- Xỏc định trạng thỏi khúa điện bằng trỡnh con TOPO trong PSS/ADEPT. - Kết nối cỏc phần tử phụ tải thực dựa vào kết quả trạng thỏi khúa điện, phõn
Học viờn Phan Đức Hiển Lớp 11BKTĐHTĐ 40 Phần tử phụ tải là tập hợp cỏc tải trong một nhỏnh, nối tuyến… được giới hạn bằng cỏc khúa điện. Ranh giới cỏc phần tử phụ tải được đỏnh dấu bằng cỏc khúa điện.
Khi xem xột lưới điện gồm cỏc khúa điện cú thể thao tỏc khi cú tải, khụng tải hay điều khiển từ xa thỡ sốlượng phần tử phụ tải sẽthay đổi.
Để chuyển tải điện năng đến trực tiếp cỏc trạm biến thế hạ ỏp trong lưới điện
phõn phối cú 2 loại là đường dõy trờn khụng và cỏp ngầm:
- Hệ thống cỏp ngầm: Lưới điện chuyển tải điện năng bằng cỏp ngầm thường
được đặt trong phũng, cú cụng suất lớn từ 300 – 1000 kVA. Với cấu trỳc như trờn, lưới phõn phối ngầm trung thế rất tiện lợi cho những khu vực phụ tải tập trung và ổn định.
Đứng về mặt giải tớch mạch điện, cỏc trạm biến thế hạ ỏp được coi là cỏc nỳt và cỏp
ngầm liờn lạc được coi là cỏc nhỏnh. Điều này khi tớnh toỏn mụ phỏng, điện ỏp nỳt và
dũng nhỏnh đều hoàn toàn phự hợp với thực tế. Trong một lưới điện phức tạp số nỳt và số nhỏnh thực sự khụng nhiều và hoàn toàn cú thể mụ phỏng thực tế.
- Hệ thống đường dõy trờn khụng: Cỏc trạm biến thếthường được đặt ngoài trời,
cú cụng suất nhỏ và cú cỏc dạng 1 pha, 3 pha, cụng suất từ 100 – 630 kVA. Lưới phõn
phối trờn khụng trung thế rất tiện lợi cho những khu vực phụ tải khụng tập trung và
đang phỏt triển. Đứng về mặt giải tớch mạch điện, nếu cỏc trạm biến ỏp hạỏp được coi
là cỏc nỳt thỡ sốlượng nhỏnh, nỳt vụ cựng lớn, điều này gõy khú khăn khi tớnh toỏn mụ
phỏng. Để giải quyết vấn đề này, cú thể coi cỏc tải nối trờn một nhỏnh của đường dõy
nổi là phõn bốđều và nhúm những nỳt cú thụng sốđiện ỏp gần nhau tạo thành một nỳt
làm đơn giản húa lưới điện nhằm thuận lợi cho việc tớnh toỏn mụ phỏng.
Chức năng tớnh toỏn điểm dừng tối ưu TOPO – Tie Open Point Optimization sẽ phõn tớch, tớnh toỏn, định hỡnh hệ thống hỡnh tia để cú tổn thất cụng suất tỏc dụng nhỏ
nhất, đúng khúa để hỡnh thành mạng vũng trong hệ thống, tỏch riờng điện khỏng trong mạch vũng và giải tớch lưới điện, mở khúa mạch vũng với dũng nhỏ nhất. Nếu xảy ra
quỏ tải trong quỏ trỡnh phõn tớch, thỡ thuật toỏn sẽlưu lại cho đến khi đạt đến điều kiện
khụng cú điểm nào quỏ tải. Nếu trong hệ thống ban đầu cú cỏc nhỏnh quỏ tải thỡ hệ
Học viờn Phan Đức Hiển Lớp 11BKTĐHTĐ 41 Chức năng TOPO tối ưu húa từng phần hệ thống hỡnh tia nối và nỳt gốc. Vỡ thế
trong tất cả mọi cấu hỡnh mạng hỡnh tia, TOPO định ra cấu hỡnh cú tổn thất cụng suất
tỏc dụng nhỏ nhất. Nỳt gốc thường là nỳt nguồn đầu tiờn, nhưng ta cú thể chỉ định nỳt
khỏc bằng cỏch chọn Network>Properties từ thực đơn chớnh (Main Menu).
Hỡnh 4.6. Hộp thoại thiết đặt nỳt gốc cho bài toỏn TOPO
Khúa điều khiển TOPO được mụ tả trong bảng thuộc tớnh cỏc khúa. Bất kỳ khúa nào, ban đầu đều ở trạng thỏi mở, và khi đúng thỡ tạo thành mạch vũng. Nếu chỳng khụng tạo mạch vũng thỡ hoặc là chỳng đứng tỏch biệt hoặc là nối với một mạch
tỏch biệt. Cỏc khúa khụng tạo thành mạch vũng sẽ bịchương trỡnh TOPO loại bỏtrước
khi phõn tớch và chương trỡnh chỉ tớnh cho cỏc khúa cú tạo thành mạch vũng khi đúng. Như thế, khúa điều khiển là một bộ phận của lưới điện trờn cõy nỳt gốc, cỏc khúa ở cỏc mạng tỏch biệt sẽ bị loại bỏ.
Với cỏc loại tải biến thiờn và khụng cú nhỏnh quỏ tải nào, thỡ chương trỡnh tớnh
Học viờn Phan Đức Hiển Lớp 11BKTĐHTĐ 42
đúng một trong cỏc khúa điều khiển để hỡnh thành mạch vũng. Thủ tục tối ưu phõn bố
cụng suất được thực hiện trong mạch vũng đểxỏc định việc mở khúa nào là tốt nhất và chuyển mạng điện trở về lại dạng hỡnh tia. Tiến trỡnh này tiếp tục cho đến khi khúa mở ra luụn là khúa đó đúng, khi đú TOPO ngừng lại. Kết quả mạng cú được là mạng hỡnh tia cú tổn hao cụng suất thực nhỏ nhất.
Chức năng tớnh toỏn điểm dừng tối ưu TOPO cú thể thực hiện với nhiều tải biến
thiờn, và định ra cấu hỡnh mạng điện cú tổn hao cụng suất thực nhỏ nhất trờn tất cả cỏc tải biến thiờn snapshot. Khi đú việc đặt một khúa khụng thể tối ưu cho bất kỳ tải đặc biệt snapshot nào, nhưng phự hợp cho việc kết hợp cỏc khúa. Khi phõn tớch cựng lỳc nhiều snapshot, TOPO sử dụng tổn thất cụng suất tỏc dụng mỗi đồ thị phụ tải với những khoảng thời gian liờn quan.
TOPO xuất ra bảng tổn thất ban đầu và cuối cựng của mạng điện và số tiền tiết kiệm từ tổn hao đú. Lượng tổn hao tiết kiệm được tớnh trờn đơn vị thời gian là năm và chương trỡnh tớnh cả năng lượng (tỏc dụng và phản khỏng) và nhu cầu (tỏc dụng và phản khỏng), bằng cỏch sử dụng giỏ trị chỉ định trong mục Network>Economics từ
thực đơn chớnh (Main Menu).
Học viờn Phan Đức Hiển Lớp 11BKTĐHTĐ 43
- Thiết lập thụng số kinh tế cho bài toỏn TOPO: Tớnh kinh tế của mạng điện
được sử dụng trong quỏ trỡnh phõn tớch để tớnh chi phớ năng lượng và nhu cầu: giỏ
điện, giỏ năng lượng phản khỏng, giỏ nhu cầu điện, giỏ nhu cầu năng lượng phản
khỏng. Thụng số kinh tếtrong bài toỏn này cũng giống như trong bài toỏn tớnh CAPO.
Cả 2 bài toỏn sử dụng cựng những thụng sốnày để tớnh toỏn.
- Đặt cỏc tựy chọn cho bài toỏn TOPO: Chọn Analysis>Options, chọn Tag
TOPO, ta cú hộp thoại sau:
Hỡnh 4.8. Hộp thoại thiết đặt thụng số cho bài toỏn TOPO
Khi ta chọn Consider branch overload limits, TOPO sẽ tớnh toỏn cho tất cả cỏc
nhỏnh quỏ tải trước đú. Trong hộp thoại Option này, ta cú thể chọn những đồ thị phụ
Học viờn Phan Đức Hiển Lớp 11BKTĐHTĐ 44
Hỡnh 4.9. Kết quả chạy chương trỡnh TOPO
Khi phụ tải thay đổi, trong thời gian cho phộp ta xỏc định lại cấu trỳc vận hành
lưới điện như phương phỏp đó trỡnh bày ở trờn hay sử dụng tớnh năng TOPO trong
phần mềm PSS/ADEPT chớnh là ta đang tiến hành giải quyết bài toỏn tỏi cấu trỳc lưới
điện với hàm mục tiờu giảm thiểu tổn thất điện năng. Lưới điện thu được sẽ là lưới
hỡnh tia cú tổn thất cụng suất nhỏ nhất.