Điện áp quá độ phục hồi này xuất hiện với biên độ và tần số dao động rất lớn, pha cắt đầu tiên bị ảnh hưởng bởi điện áp TRV nặng nề nhất. Hình 2.18 mơ tả điện áp TRV xuất hiện tại pha cắt đầu tiên (pha A) của máy cắt kháng bù ngang 500 kV – 128 MVar tại TBA 500 kV Ơ Mơn, điện áp TRV tăng lên khoảng 2,5 pu tương ứng điện áp định mức của máy cắt là 550 kV thì điện áp TRV là 1.386 kV.
Hình 2.18: Kết quả mơ phỏng điện áp q độ phục hồi TRV xảy ra khi cắt kháng bù ngang 500 kV – 128 Mvar tại trạm biến áp 500 kV Ơ Mơn trong trường hợp đường dây non tải. Hiện tượng quá điện áp phóng điện lặp lại – Reignition overvoltages:
Đỉnh của TRV bằng với đỉnh của quá điện áp do chopping current cộng với đỉnh của điện áp phía nguồn [2]. Nếu máy cắt đã có đủ cường độ điện mơi, nó khơng đánh lửa lặp lại tại thời điểm này, thì hồ quang được dập tắt thành công. Nhưng, nếu tại thời điểm tiếp điểm cắt vừa mở thì khoảng hở tiếp điểm cắt chưa đủ độ bền điện môi để chịu được điện áp xuất hiện trên các tiếp cắt, thì sẽ xảy ra sự đánh lửa lại [2]. Khi xảy ra sự đánh lửa lại, điện áp phía tải nhanh chóng có xu hướng quay về phía điện áp phía nguồn và tạo ra sự quá mức - nói cách khác là quá điện áp phóng điện lặp lại. Với điện áp như vậy (tại thời điểm phóng điện lặp lại) tạo ra điện áp quá độ đặt lên kháng. Thời gian trước của sóng thay đổi từ ít hơn một micro giây đến vài micro giây và có thể phân bố khơng đều trên cuộn dây của kháng.
Hình 2.19 trình bày một số hình ảnh minh họa cho q trình phóng điện lặp lại diễn ra bên trong máy cắt:
+ Hình 4a: dạng sóng TRV diễn ra tại thời điểm cắt máy cắt kháng bù ngang. + Hình 4b: dạng sóng của dao động q áp và phóng điện lặp lại.
+ Hình 4c: dạng sóng của dao động q áp.
+ Hình 4d: TRV vượt quá cường độ điện mơi của máy cắt, phóng điện lặp lại diễn ra.
CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM ATP-EMTP
3.1 Lịch sử phát triển của phần mềm ATP-EMTP
Chương trình (EMTP) là một chương trình dùng máy tính để mơ phỏng các q trình q độ điện từ, điện cơ và hệ thống điện nhiều pha. Đầu tiên nó được phát triển như một bản sao của bộ mô phỏng tương tự lưới điện (TNA). Trong những năm qua, rất nhiều tính năng đã được bổ sung và nó trở thành một chuẩn được chấp nhận trong cơng nghiệp điện lực.
Chương trình EMTP được phát triển vào những năm cuối thập kỷ 60 thế kỷ trước bởi tiến sĩ Hermann Dommel, ơng đã mang chương trình này đến Bonneville Power Administration (BPA).
Vào năm 1973 khi giáo sư Dommel rời khỏi BPA để chuyển đến đại học British Columbia (UBC), hai phiên bản của chương trình đã được định hình: Phiên bản tương đối nhỏ UBC được sử dụng chủ yếu để phát triển các mơ hình; và phiên bản BPA, mở rộng nhằm hướng tới các yêu cầu của các kỹ sư điện. Phiên bản BPA của chương trình EMTP được phát triển nhờ những nỗ lực cộng tác phát triển của tiến sỹ Scott Meyer và tiến sỹ Tsu-huei Liu của BPA, cũng như sự đóng góp của hàng loạt các Cơng ty điện lực và các trường đại học Bắc Mỹ. Nhằm hợp lý hố sự phát triển chương trình và thu hút sự tài trợ từ các cơng ty điện lực, nhóm phối hợp phát triển chương trình EMTP (DCG) đã được thành lập vào năm 1982. Những thành viên ban đầu của DCG bao gồm BPA, , Hiệp hội điện lực miền Tây (WAPA), Hiệp hội điện lực Canađa (CEA), Ontario Hydro, và Hydro Quebec.
Do sự khởi đầu của DCG, một loạt những thay đổi đã diễn ra trong cộng đồng EMTP. Vào năm 1986, tiến sỹ Scott Meyer rời khởi DCG, ơng đã tích cực chủ trương phát triển một phiên bản độc lập của EMTP gọi là ATP (Alternative Transient program).
Năm 1989, UBC tiếp tục phát triển và thương mại hoá phiên bản ban đầu của EMTP nhắm vào dòng máy PC dưới tên gọi là MicroTran. Vào giữa những năm 80 thế kỷ trước, Trung tâm nghiên cứu HVDC Manitoba phát triển một phiên bản của EMTP (EMTDC) nhằm chủ yếu cho việc mô phỏng hệ thống một chiều HVDC.
thành viên Bắc Mỹ của DCG bao gồm WAPA, Văn phịng khiến nại Mỹ, Cơng ty dịch vụ điện lực Mỹ, Viện nghiên cứu điện (EPRI), CEA, Hydro One Networks, Hydro Quebec. Các thành viên DCG ngoài Bắc Mỹ bao gồm: CRPIEPI (Viện nghiên cứu trung tâm của công nghiệp điện lực) Nhật, EDF, NEG (Nordic EMTP Group), đại diện IVO Phần Lan, Sydkdraft AB và Vattenfal AB Thụy Điển.
Phiên bản hiện Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) mua bản quyền sử dụng là phiên bản 3.2a do Ontario Hydro thay mặt cho DCG phát hành và chịu trách nhiệm cập nhật, bảo dưỡng và hỗ trợ khách hàng. Phiên bản này được EVN mua theo giới thiệu của các Chuyên gia Hydro Quebec khi đó đang làm dự án tiền khả thi cho mạch 500 kV Pleiku - Phú Lâm thứ hai.. Phiên bản EMTP mới nhất hiện nay do Hydro Quebec thay mặt cho DCG phát hành có tên gọi là EMTP-rv.
3.2 Giới thiệu chung về phần mềm ATP- EMTP
ATP được đánh giá là một trong những chương trình được quốc tế sử dụng rộng rãi nhất để mô phỏng các hiện tượng quá độ điện từ, điện cơ trong hệ thống điện. Đây là các tính tốn trong miền thời gian (time domain), nó rất quan trọng khi muốn tính tốn các sóng hài và với các phần tử khơng tuyến tính (non-linear elements). Về cơ bản, phương pháp hình thang của phép tích phân được sử dụng để giải quyết các phương trình vi phân của những thành phần hệ thống trong miền thời gian. ATP có nhiều mơ hình như: máy điện quay, máy biến áp, sóng sét, các loại dây và cáp truyền.
3.2.1 Nguyên tắc hoạt động
Sử dụng phương pháp tích phân hình thang để giải các hệ phương trình của các thành phần của hệ thống điện trong miền thời gian.
Điều kiện ban đầu được xác định một cách tự động bằng phương pháp tính tốn ở chế độ xác lập. Ngồi ra, người dùng có thể đưa vào các điều kiện ban đầu để làm cho thành phần đơn giản hơn.
Tính tốn đáp ứng tần số của hệ thống bằng cách sử dụng đặc tính quét của tần số FREQUENCY SCAN.
Phân tích các sóng hài trong miền tần số bằng cách sử dụng HARMONIC FREQUENCY SCAN (Harmonic current injection method).
Các hệ thống động học cũng có thể được mơ phỏng bằng cách sử dụng hệ thống điều khiển TACS và MODELS.
3.2.2 Các thành phần trong thư viện của ATP
- Các phần tử R, L, C tuyến tính và phi tuyến. - Các thiết bị đo: đo dòng, đo áp, Tacs, Models. - Các mơ hình đường dây truyền tải.
- Các công tắc điều khiển theo thời gian, điện áp, cơng tắc từ, cơng tắc thống kê v.v… - Mơ hình máy biến áp: MBA lý tưởng, MBA bão hòa, MBA tự ngẫu v.v…
- Mơ hình các nguồn áp, nguồn dịng, các nguồn phân tích: hàm dốc, hàm mũ, hàm sin.
- Mơ hình máy điện quay: động cơ đồng bộ, khơng đồng bộ 1pha, 3 pha. - Các van : diodes, thyristor, triacs v.v..
Ngồi ra người sử dụng cịn có thể tạo ra các thành phần điện khác để thực hiện mô phỏng.
3.2.3 Mơ hình hợp nhất các Module mơ phỏng trong ATP
Hình 3.1:Mơ hình các module trong ATP.
- Supporting programs: các thủ tục con cho sự chuẩn bị dữ liệu vào của các hệ
thống thành phần.
- MODELS: là một ngôn ngữ mô phỏng đa năng được hỗ trợ bởi một tập tin rộng
lớn các cơng cụ mơ phỏng cho việc trình bày và nghiên cứu các hệ thống thay đổi theo thời gian.
+ MODELS trong ATP mô tả những thành phần điều khiển và mạch điện do người
dùng tạo ra, có một giao diện đơn giản để kết nối với các chương trình hay module khác tới ATP.
+ MODELS có thể được dùng để xử lý các số liệu mô phỏng trong miền tần số hay
thời gian.
- TACS là một mơ hình dùng để mô phỏng cho hệ thống điều khiển trong miền thời
gian. Giao diện giữa mạng điện và TACS được thiết lập bởi sự trao đổi các tín hiệu như điện áp nút, dịng điện đóng cắt, điện trở thay đổi theo thời gian, nguồn áp và dịng. TACS có thể được sử dụng để mơ phỏng.
+ Những bộ biến đổi điều khiển HVDC.
+ Những hệ thống kích thích của máy đồng bộ. + Năng lượng điện và điều khiển.
+ Hồ quang điện.
- ATP liên kết qua lại với TACS và MODELS để đi phân tích những hệ thống điều khiển. ATP Draw được dùng để thành lập các mơ hình mạch điện, dùng trong giao tiếp giữa ATP với TACS và MODELS khi chạy mơ phỏng.
3.2.4 Các Module chính trong ATP
ATP có tất cả 6 modules chính :
-ATP Draw.
-Plot XY.
-ATP Control Center (ATPCC).
-PCPLOT.
-GTPPLOT.
-Programmer’s file editor (PFE).
Hình 3.2: Mối tương quan giữa ATP Draw với các modules khác.
3.2.5 Các Module hỗ trợ trong ATP
- Các chương trình hỗ trợ trong ATP có thể được chia làm hai phần chính: Phần mơ phỏng (simulation part) và phần chương trình phụ ( supporting part).
+ Phần mơ phỏng có các mơ hình mạng điện thay thế (representation electrical network) được tính tốn trong miền thời gian và miền tần số.
+ Phần các chương trình phụ: chuẩn bị các dữ liệu cho mơ hình mạng điện thay thế.
Hình 3.3: Các chương trình được hỗ trợ trong ATP.
3.2.6 Cách tạo một file dữ liệu để mơ phỏng các mạch điện
Có hai phương pháp dùng để tạo một file dữ liệu để mô phỏng các mạch điện dùng trong ATP:
- Phương pháp 1: sử dụng ATP Draw, một chương trình mơ phỏng dùng để thiết kế các mạch điện.
- Phương pháp 2: tạo ra các file dữ liệu bằng cách sử dụng một văn bản biên tập. Phương pháp này địi hỏi người sử dụng phải có một nền tảng về kiến thức lập trình máy tính trong FORTRAN.
Chúng ta chỉ sử dụng chương trình ATP Draw để tạo ra các file dữ liệu để chạy mô phỏng.
3.2.7 Các ứng dụng của ATP
- Quá điện áp do sét đánh: Lighting overvoltage studies.
- Quá độ do đóng cắt và sự cố: Switching transients and faults.
- Quá độ thay đổi nhanh chóng trong GIS và nối đất: Very fast transient in Gis and Groundings.
- Xây dựng mơ hình máy điện: Machine modeling.
- Ổn định quá độ và khởi động động cơ: Transient stability, motor startup. - Các dao động xoắn trục: Shaft torsional oscillations.
- Đóng cắt máy biến áp và kháng điện, tụ điện: transformer and shunt reactor/ capacitor switching.
- Cộng hưởng sắt từ: Ferroresonance.
- Những ứng dụng của thiết bị điện tử công suất: Power electronic applications. - Chế độ máy cắt, sự thay đổi nhanh chóng của dịng điện.
- Phân tích hài, cộng hưởng lưới: Harmonic analysis, network resonances. - Thử nghiệm thiết bị bảo vệ: Protective device testing.
3.3 Giới thiệu về ATP DRAW
3.3.1 Khái quát về module ATP DRAW
ATP DRAW là chương trình đồ họa, đồng thời là phiên bản ATP của EMTP trên nền Windows. ATP DRAW được viết bằng ngôn ngữ Borland Delphi 2.0 và tương thích với các hệ điều hành Windows 9x/NT/2000/XP/Vista/Windows7. Trong ATP DRAW người sử dụng có thể xây dựng mạch điện bằng các thành phần có sẵn trong thư viện, sau đó ATP sẽ tạo ra các file tương ứng.
ATP DRAW cung cấp các kiểu mạch mẫu, các mạch mẫu này có thể làm việc đồng thời trên nhiều mạch và sao chép thông tin giữa các mạch bằng các thao tác : cắt/ dán(copy/paste), xoay(rotate), trở về/tiến lên (undo/redo)v.v… Hơn nữa, ATP DRAW cung cấp cho Windows thư viện hồ sơ và tập tin xuất. Mạch vẽ được lưu trữ thành các tập tin riêng biệt, bao gồm đầy đủ các thiết bị mô phỏng và lựa chọn. Các tập tin được nén lại và có thể chia sẻ dễ dàng với các chương trình khác.
Hầu hết các thiết bị tiêu chuẩn trong ATP đều được cung cấp trong TACS, người sử dụng cũng có thể tạo ra thiết bị mới trong MODELS, Mơ hình đường dây và cáp cũng được cung cấp trong ATP DRAW với đầy đủ các chức năng điều chỉnh hình họa, dữ liệu và có thể kiểm tra, thực hiện trong miền tần số. Các thiết bị quét tần số hài (Harmonic Frequency Scan-HFS) cũng được đưa vào. Các thành phần đặc biệt của động cơ và máy biến áp được cung cấp cho người dùng dựa trên tiêu chuẩn của
3.3.2 Các file hỗ trợ trong ATP-DRAW
ATP có 4 tập tin chính:
+ ATPDraw.exe : tập tin thực thi chương trình + ATPDraw.scl : thư viện các thành phần chuẩn + ATPDraw.cnt: nội dung của tập tin help + ATPDraw.hlp: tập tin thực thi cơng cụ help
ATP có 7 file hỗ trợ: Project file, Support file, ATP file, Line/Cable file, BCTran file, Model file, Included file.
3.3.3 Các cài đặt ban đầu để chạy mô phỏng trong ATP DRAW
- Trước khi mô phỏng một mạch điện trong ATPDraw, ta cần cài đặt các thơng số ban đầu của chương trình.
Cài đặt thanh cơng cụ Preferences từ ToolsOptions Preferences:
Hình 3.4: Thanh cơng cụ Preferences.
Hình 3.5: Thanh cơng cụ Directories.
Cài đặt thanh cơng cụ Simulations từ ATPSettings Simulations
Hình 3.6: Thanh cơng cụ Simulations.
Hình 3.7: Thanh cơng cụ ATP-Output.
Cài đặt chương trình vẽ đồ thị PlotXY để xem các dạng đồ thị khi chạy mô phỏng chương trình:
Hình 3.8: Cài đặt chương trình PlotXY trong Edit Commands.
Hình 3.9: PlotXY sau khi cài đặt.
3.3.4 Làm việc với ATP-Draw
Hình 3.10: Các thành phần chính trong giao diện ATPDraw.
Danh mục chính- Main menu:
File:
Hình 3.11: File.
- New: Mở một cửa sổ mơ phỏng mới. Ta có thể cùng lúc mở nhiều cửa sổ và có thể sao chép thơng tin giữa các cửa sổ với nhau.
- Open: Mở một file mô phỏng cũ đã được lưu lại.
- Reload: Mở những file đã từng mở trước đó.
- Save: Lưu lại cửa sổ mô phỏng đang làm việc dưới dang file.adp.
- Save as: Lưu lại cửa sổ mô phỏng đang làm việc với tên khác.
- Save all: Lưu lại tất cả cửa sổ đang làm việc.
- Import: Chèn vào cửa sổ đang làm việc từ file.adp.
- Export: Phần lựa chọn được xuất ra ngoài thành file.adp.
- Reload Icon: Nạp lại các biểu tượng.
- Save Metafiles: Phần lựa chọn được lưu lại dưới dạng file.wmf.
- Exit: Thoát khỏi ATPDraw. ATP:
- Danh mục này được dùng để tạo mới, hiển thị hay sửa đổi thông số của tập tin ATP trước khi chạy mạch.
* Setting: Hộp thoại ATP setting có 6 lựa chọn để sửa đổi thơng số cho mạch điện đang làm việc.
Hình 3.12: ATP. * Simulation Settings:
- delta T: Khoảng thời gian lấy mẫu để thực hiện mô phỏng. - Tmax: thời gian chạy mô phỏng (s).
- Power frequency: tần số nguồn.
- Time domain: làm việc theo miền thời gian.
- Frequency Scan: tính tốn đáp ứng tần số đối với hệ thống. - Harmonic(HFS): Phân tích hài trong miền tần số.
* Run ATP: Để chạy mơ phỏng (có phím tắt là F2). Khi chọn run ATP, ta sẽ thấy thống qua các dịng lệnh được thực thi trong màn hình DOS., đồng thời ATP sẽ tự động tạo ra tập tin mới với phần tên giống với tên tập tin đang thực thi có định dạng *.pl4 và phần mở rộng có định dạng*.atp được lưu lại trong thư mục ATP ( tên tập tin do chương trình định sẵn, người dùng khơng nhất thiết phải điều chỉnh trước khi thực hiện lệnh này.
* Edit ATP-File: Mục này cho phép ta xem hay sửa tập tin ATP. Khi chọn mục này,