Information: hộp thoại chứa các thông tin dự án như: Tên dự án, vị trí của dự án, mã số của hợp đồng,..;
Standards: các tiêu chuẩn định dạng cho hệ thống dự án như: tần số, đơn vị chiều dài, ngày , tháng, năm,...;
Setting: cài đặt chế độ hoạt động của tải như: hoạt động theo hiệu suất, theo động cơ hoặc theo tải ưu tiên,...;
40
Hình 2. 6 Thanh cơng cụ Tool
Size: dùng để thay đổi kích cỡ từng phần tử hay thay đổi tồn bộ các phần tử trong vùng Study Veiw.
Symbols: thay đổi tất cả các kí hiệu khi chọn các phần tử trên sơ đồ đơn tuyến. Orientation: thay đổi góc quay của từng phần tử hay tất cả các phần tử trên sơ đồ đơn tuyến.
Group: nhóm các phần tử được chọn thành một nhóm, các phần tử chỉ phụ thuộc duy nhất vào một nhóm.
Ungroup: tách một nhóm thành những phần tử riêng lẻ trên sơ đồ.
41
Hình 2. 7 Các chứng năng nghiên cứu của ETAP
Thanh công cụ hệ thống để thực hiện mơ phỏng tính tốn nhiều bài tốn khác nhau như: Tính tốn cơng suất, ổn định, ....
2.2.7. Các phần tử AC cơ bản trong ETAP.
42
2.2.8. Nguồn ( Power Grid)
Nguồn được xem là thay thế cho 1 hệ thống phức tạp vô cùng lớn được đặc trưng bởi các thơng số sau:
Hình 2. 9 Trang information nguồn
- IP: tên của nguồn (hệ thống)
- Bus: kết nối với bus nào (kèm điện áp định mức) - Mode: chọn chức năng của nguồn
+ Swing: nút cân bằng
+ Voltage Control: điều chỉnh điện áp + Mvar Control: điều chỉnh công suất kháng + PF control: điều chỉnh hệ số công suất Trang Rating:
43
Hình 2. 10 Trang Rating của nguồn
- Rated: điện áp định mức (kèm kiểu đấu dây)
- Balanced/Unbalanced: ba pha cân bằng/ không cân bằng
- Generation Categories: các thiết lập các thông số hoạt động của nguồn - Operating: các giá trị của trạng thái hoạt động gần nhất
- SC Rating: Công suất ngắn mạch và trở kháng hệ thống
- SC Imp (100MVA base): trở kháng hệ thống ở công suất cơ bản 100MVA Trang Harmonic:
Lựa chọn dạng điện áp đầu ra và sóng hài của hệ thống(sin, không sin, các dạng sóng nghịch lưu…). Nếu là hệ thống cho điện áp đầu ra hình sin thì ta chọn None.
2.2.9. Máy phát ( Generator)
Máy phát cũng tương tự như nguồn chỉ khác 1 vài điểm sau : - Rating:
44 + kV: điện áp định mức
+ %PF: hệ số công suất
+ MVA: công suất S định mức + %Eff: hiệu suất làm việc. + Poles: số cực.
+ FLA: dịng pha ở cơng suất định mức. + RPM: tốc độ đồng bộ.
Hình 2. 11 Trang Rating của máy phát
PrimeMover Rating: cơng suất liên tục và cao điểm dùng để tính các cảnh bảo lúc khởi động các phụ tải động cơ
Mvar Limits: giới hạn công suất kháng lúc cao điểm. Có thể cài đặt hoặc Etap tự tính theo PrimeMover Rating
45
Hình 2. 12 Trang Imp/Model của máy phát
Impedance: thông tin về trở kháng siêu quá độ, thứ tự thuận, nghịch, khơng dung trong tính tốn ngắn mạch
Dynamic Model: mơ Hình máy phát và các thơng số để phân tích ổn định hệ thống Type: kiểu máy phát (hơi, khí, thủy điện) và loại rotor (cực ẩn, cực lồi).
IEC 60909 S.C: giới hạn chịu được khi ngắn mạch theo tiêu chuẩn IEEE60909.
2.2.10. Bus
Nonimal KV: điện áp định mức
46
Hình 2. 13 Trang information của Bus
2.2.11. Đường dây
Hình 2. 14 Trang Information của đường dây
47 From/to: dây nối từ Bus đến Bus
Length: chiều dài dây, chọn đơn vị thích hợp
Hình 2. 15 Trang Papameter của đường dây
Conductor Type: loại dây đồng hay nhôm. R – T1: điện trở ở nhiệt độ T1.
R – T2: điện trở ở nhiệt độ T2 (R – T1 và R – T2 là 2 điểm để Etap nội suy ra điện trở đường dây ở nhiệt độ khác).
Outside Diameter: đường kính ngồi của dây.
GMR: bán kính trung bình nhân giữa các nhóm dây cùng pha (Dm). Xa: trở kháng của dây pha trên 1 đơn vị chiều dài ( Etap tự tính )
Xa’: dung dẫn của dây pha (với khoảng cách trung bình Hình học giữa các dây pha là 1 ft) trên 1 đơn bị chiều dài (Etap tự tính) .
Ground Wire: thơng số dây nối đất.
Ngồi ra Etap cịn cung cấp 1 thư viện dây phổ biến với đầy đủ các thơng số rất tiện lợi. Thư viện này có thể tùy biến theo điều chỉnh của người dùng.
48
Hình 2. 16 Trang configuration của đường dây
Configuration: cách bố trí dây (thằng đứng, nằm ngang, tam giác, mạch kép). GMD: khoảng cách trung bình nhân giữa các dây pha (Dm).
Phase: khoảng cách giữa các dây pha, các dây pha với đất. Transposed: chọn nếu dây dẫn có hốn vị đầy đủ.
Separation: khoảng cách trung bình Hình học giữa các dây (trường hợp phân pha). Conductors/phase: số dây trong cùng một pha (trường hợp phân pha).
Ground Wire: dây chống sét.
Với các thơng số trên Etap sẽ tự tính ra trở kháng của đường dây.
Các thông tin về nội đất đường dây (nối đất chống sét, nối đất lặp lại…) Các thông tin về lớp đất bên dưới dây dẫn
49
Hình 2. 17 Trang Impedance của đường dây
Có 2 tùy chọn:
Calculated : nhận kết quả tính tốn từ Etap (R,X,B). User Defined: nhập số liệu có sẵn (R,X,B).
Impedance (per phase): các thông số R,X,B cho thứ tự thuận, nghịch và thứ tự không.
50
Hình 2. 18 Trang Sag&Tension của đường dây
Line section:
Same Tower Height: các cột có cùng độ cao Op Temp: nhiệt độ vẫn hành của đường dây Horiz Tension: lực căng ngang
Ruling Span: khoảng vượt (khi các cột có cùng độ cao) Span: khoảng vượt củ thệ
Height Diff: sai biệt độ cao giữa 2 cột Span: khoảng vượt
Sag: độ võng
Loaded Conditions: Weight: trọng lượng dây
51 Wind: áp lực gió
Elongation Coefficient: hệ số giản nở của dây dẫn K Factor: hệ số K
Al/CU Strands: số sợi và đường kính mỗi sợi phần dẫn điện Steel Strands: số sợi và đường kính mỗi sợi phần chịu lực Modulus of Elasticity: khả năng chịu kéo
Known Conditions: các điều kiện
Ice: độ dày của lớp bang bám trên dây dẫn Wind: áp lực gió
K Factor: hệ số K
Temperature: nhiệt độ vận hành
Tension of Sag: chọn giá trị độ võng hay lực căng dây cho phép
2.2.12. Tải.
ID: tên tải.
Connection: 3 pha hay 1 pha, nếu 1 pha thì pha A,B hay C
52
Hình 2. 20 Trang Nameplate của Tải
Model Type: loại phụ tải (cân bằng, không cân bằng, biến đổi theo điện áp, tần số, dạng hàm….).
Rating: công suất tải, hệ số công suất. Load Type: tỉ lệ tải tĩnh và tải động.
53
Hình 2. 21 Trang Short Circuit của Tải
%LRC: dòng sự cố khi ngắn mạch do động cơ trả về. % Total Load: % tải động cơ.
54
CHƯƠNG 3
PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH QUÁ ĐỘ HỆ THỐNG ĐIỆN 9 NÚT BẰNG PHẦN MỀM ETAP.
3.1 Mơ hình mạng điện 9 nút
Hình 3.1 Sơ đồ mơ hình mạng điện 9 nút đơn tuyến
Thông số mô phỏng mạng điện
Máy phát 𝑷𝑮(MW) U(kv)
𝐆𝟏 247.5 16.5
𝐆𝟐 163.2 18
𝐆𝟑 163.2 18
55
MBA Thứ tự thuận Thứ tự không
%Z %R X/R %X %Z0 %R0 X0/ R0 % X0 Điện áp Tổ đáu dây T1 5.76 0.006 1000 5.76 5.76 0.058 100 5.76 16.5-230 YD T2 6.25 0.006 1000 6.25 6.25 0.062 100 6.25 18-230 DY T3 5.86 0.006 1000 5.86 5.86 0.059 100 5.86 13.8-230 DY
Bảng 3.2 Thông số máy biến áp mạng điện 9 nút
Line Thứ tự thuận Thứ tự nghịch R-T1 R-T2 X Y R-T1 R-T2 X Y L1 5.29 4.85368 44.9654 332.7 15.87 14.561 134.896 499.05 L2 8.993 8.25125 48.668 298.7 26.979 24.754 146.004 448.05 L3 16.928 15.5318 85.169 578.5 50.784 46.5964 256.507 867.75 L4 20.631 18.9293 89.93 676.7 61.893 56.7879 269.79 1015.05 L5 6.2951 5.77587 53.3232 395.1 18.8853 17.3276 159.97 592.65 L6 4.4965 4.12562 38.088 281.7 13.4895 12.3768 114.264 422.55
Bảng 3.3 Thông số đường dây mạng điện 9 nút
Tải P(MW) Q(MVA)
A 125.84 50.33
B 87.705 29.235
C 96.875 33.905
56
3.2 Cài đặt thông số mô phỏng trên phần mềm Etap 3.2.1. .Cài đặt thông số cho máy phát G1 3.2.1. .Cài đặt thơng số cho máy phát G1
Hình 3.2 Cài đặt thơng số mơ hình của máy phát G1 mạng điện 9 nút
57
Hình 3.4 Cài đặt thơng số bộ PSS của máy phát G1 mạng điện 9 nút
58
3.2.2. Cài đặt thông số cho máy phát G2
Hình 3.6 Cài đặt thơng số mơ hình của máy phát G2 mạng điện 9 nút
59
Hình 3.8 Cài đặt thơng số bộ kích từ của máy phát G2 mạng điện 9 nút
60
3.2.3. Cài đặt thông số cho máy phát G3
Hình 3.10 Cài đặt thơng số mơ hình của máy phát G3 mạng điện 9 nút
61
Hình 3.12 Cài đặt thơng số bộ PSS cho máy phát G3 mạng điện 9 nút
62
3.2.4. Cài đặt thông số máy biến áp
63
3.2.5. Cài đặt thơng số đường dây
Hình 3.15 Cài đặt thơng số mơ hình đường dây số 1 mạng điện 9 nút
(tương tự cài đặt với các đường dây cịn lại)
3.2.6. Cài đặt thơng số tải
64
3.3 Giả lập sự cố và mô phỏng:
Kịch bản
Mạng điện IEEE 9 nút hoạt động bình thường trong khoảng thời gian từ 0-5s. Sự cố ngắn mạch 3 pha tại đường dây số 3. Giữ nguyên sự cố chạy cho đến 15s.Nhấn New Study Case để tạo Study Case mới rồi nhấn Edit Study Case để cài đặt sự cố. Ở thẻ info, đặt tên cho sự cố và chọn phương pháp Newton-Raphson.
65
Hình 3.17 Cài đặt sự kiện sự cố cho mạng điện 9 nút
3.4 Chạy mơ phỏng mạng điện 9 nút:
66 `
Hình 3.19 Đồ thị đáp ứng góc lệch của các máy phát
Nhận xét: Dựa vào đồ thị đáp ứng góc lệch của các máy phát trên, ta nhận thấy máy phát số 2 dao động mạnh trong khoảng thời gian 5s đến 9s. Góc lệch của máy phát số 2 dao động với góc lệch lớn hơn máy phát số 3. Cả 2 máy phát đều có xu hướng ổn định dần. Nguyên nhân máy phát số 2 dao động nhanh hơn máy phát số 3 là do máy phát số 2 gần điểm sự cố hơn.
Nếu không loại bỏ sự cố kịp thời thì có thể dẫn đến hậu quả rất nghiêm trọng. Đó là dẫn đến cả hệ thống điện bị tan rã sẽ mất điện trên diện rộng vô cùng nguy hiểm và ảnh hưởng đến an ninh, kinh tế, xã hội. Vì vậy cần có giải pháp loại bỏ sự cố một cách nhanh nhất.
Sự cố tại đường dây số 3 làm cho dòng tăng cao, sụt áp, thiếu hụt công suất. Buộc máy phát số 2, 3 phải tăng tốc để bù lại công suất thiếu hụt. Số liệu mơ tả sau đây:
67
Hình 3.20 Tốc độ máy phát số 2, 3 thay đổi sau thời điểm giây thứ 5 của mô phỏng trong mạng điện 9 nút
68
Hình 3.22 Góc lệch của máy phát G3 tại thời điểm giây thứ 5 và tại thời điểm góc lệch đạt giá trị Max
69
Nhận xét: Nhận thấy tại thời điểm giây thứ 5 của mô phỏng, công suất của các máy phát đều có su hướng giảm tức thì và sau đó là giao động mất ổn định. Góc lệch máy phát cũng mất sự duy trì ổn định, dẫn đến sự nhiễu loạn. Góc sai lệch này ảnh hưởng trực tiếp đến công suất đầu ra của máy phát. Theo công thức
𝑷 = |𝑼||𝑬|
𝒁 𝐬𝐢𝐧 𝜹
Từ cơ sở lí thuyết ở chương 1, ta nhận thấy công suất P sẽ đạt giá trị Max khi 𝛿
tiến về 90 độ. Từ bảng data trên ta nhận thấy đối với máy phát G2 tại thời điểm 5.831s với
𝛿 đạt giá trị 89.07 thì P ở giới hạn ổn định, tương tự đối với máy phát G3 tại thời điểm 5.191s với 𝛿 đạt giá trị 51.57 thì P ở giới hạn ổn định.
Vậy cần phải cài đặt relay bảo vệ cắt điểm sự cố trước mốc thời gian đó, cụ thể ở đây ta cài đặt relay tác động theo thời gian của máy phát số 3, ta sẽ setup thời điểm cắt tại 5.2s. Tạo sự kiện và chạy mơ phỏng ta sẽ có kết quả:
Hình 3.24 Đồ thị đáp ứng góc lệch của các máy phát sau khi cô lập sự cố tại thời điểm 5.2s
Tiếp tục chọn cài đặt thời gian cô lập điểm sự cố ngắn hơn, ở đây ta mô phỏng relay tác động ở 5.05s.
70
Hình 13.24 Đồ thị đáp ứng góc lệch của các máy phát sau khi cô lập sự cố tại thời điểm 5.05s
Nhận xét: Ta thấy đồ thị đáp ứng góc lệch của các máy phát đã được cải thiện sau khi ta cô lập sự cố. Khi cài đặt tác động của relay ở thời điển 5.2s góc lệch của máy phát đã trở về trạng thái ổn định nhanh hơn khi khơng có sự tác động của relay từ 1 đến 2s. Và khi cài đặt tác động của relay ở 5.05s thì góc lệch càng nhanh chóng ổn định. Vậy đối với mạng điện nhỏ, đơn giản và ít nút thì khi có sự cố xảy ra, thời gian tác động của relay khi cơ lập điểm sự cố sẽ góp phần rất quan trọng vào việc ổn định quá độ của hệ thống. Tuy nhiên, với mạng điện lớn, phức tạp và nhiều nút hơn cần nhiều phương pháp tác động hơn để đưa hệ thống nhanh chóng trở lại ổn định sau sự cố. Nghiên cứu này sẽ tiếp tục ở chương tiếp theo là Phân tích ổn định quá độ mạng điện 39 nút bằng phần mềm Etap.
71
CHƯƠNG 4
PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH QUÁ ĐỘ MẠNG ĐIỆN 39 NÚT BẰNG PHẦN MỀM ETAP.
4.1 Giới thiệu.
Một hệ thống điện thường xuyên phải chịu nhiều sự kích động. Việc đóng, cắt một phụ tải cũng góp phần ảnh hưởng đến kích động hệ thống. Tuy nhiên, kích động chỉ thực sự ảnh hưởng đến hệ thống khi quy mơ và kích thước của hệ thống là tỷ lệ với kích động này. Nói cách khác, một hệ thống điện lớn sẽ không bị ảnh hưởng nhiều bởi một kích động nhỏ, nhưng với một kích động lớn khiến hệ thống bị ảnh hưởng thì hậu quả xảy ra rất nghiêm trọng, nên cần loại bỏ kích động này ra khỏi hệ thống càng sớm càng tốt. Việc loại bỏ kích động hay sự cố này chính là đưa hệ thống điện trở về trạng thái ổn định sau khi sự cố xảy ra.
Bất kỳ một gián đoạn nào trong hệ thống sẽ gây ra sự mất cân đối giữa công suất cơ đầu vào của máy phát và công suất điện đầu ra phát vào lưới điện trên hệ thống. Hậu quả là một số máy phát sẽ có tốc độ tăng lên đột ngột và phần còn lại sẽ có xu hướng chậm lại. Cụ thể là đối với máy phát điện, xu hướng này quá lớn dẫn đến mất đồng bộ phần còn lại của hệ thống và máy phát này sẽ ngắt kết nối với hệ thống. Hiện tượng như trên gọi là máy phát mất đồng bộ.
ETAP cho phép người dùng đơn giản hóa độ phức tạp của một lưới điện với quy mô lớn bằng sơ đồ một sợi, và có thể thực hiện vận hành trên phần mềm tương tự như