2.3. PHẦN MỀM PSS/ADEPT VÀ CÁC BÀI TOÁN TÍNH TOÁN
2.3.1. Giới thiệu chương trình PSS/ADEPT
Phần mềm PSS/ADEPT (Power System Simulator/Advanced Distribution Engineering Productivity Tool) là phần mềm tiện ích mô phỏng hệ thống điện và là công cụ phân tích LĐPP với các chức năng sau:
- Phân bố công suất (Load Flow Analysis).
- Tính toán ngắn mạch tại 1 điểm hay nhiều điểm (Fault, Fault all Analysis).
- Phân tích bài toán khởi động động cơ (Motor Starting).
- Tối ƣu hoá việc lắp đặt tụ bù cố định và điều chỉnh (CAPO).
- Bài toán phân tích sóng hài (Harmonic Analysis).
- Phối hợp bảo vệ (Protective Coordination).
- Phân tích điểm mở tối ƣu (TOPO).
- Phân tích độ tin cậy lưới điện (DRA).
Trong khuôn khổ của luận văn, tác giả chỉ sử dụng ba chức năng của phần mềm PSS/ADEPT để tính toán và phân tích lưới điện phân phối. Đó là:
- Tính toán về phân bố công suất.
- Tính toán điểm mở tối ƣu (TOPO).
- Tối ƣu hoá việc lắp đặt tụ bù (CAPO).
- Tính độ tin cậy lưới điện sau khi tái cấu trúc lưới điện (DRA).
Do đó, dưới đây sẽ đi vào giới thiệu bốn chức năng trên của phần mềm PSS/ADEPT.
a. Tính toán về phân bố công suất (Load Flow)
PSS/ADEPT giải bài toán phân bố công suất bằng các phép lặp sử dụng ma trận tổng dẫn thanh cái YTC. Hệ thống điện đƣợc đề cập ở đây có thể là hệ thống ba pha, hai pha hay một pha và tất cả đều được thể hiện dưới hình thức sơ đồ một pha nhưng chúng đầy đủ thông tin cho lưới ba pha.
Các thông tin có đƣợc từ bài toán phân bố công suất là trị số điện áp và góc pha tại các nút, dòng công suất tác dụng và công suất phản kháng trên các nhánh và trục chính, tổn thất công suất tác dụng và công suất phản kháng trong mạng điện, vị trí đầu phân áp của các máy biến áp trong trường hợp giữ điện áp tại một nút nào đó trong một giới hạn cho phép…
b. Tính toán điểm mở tối ưu (TOPO)
Phần mềm PSS/ADEPT cung cấp một trình con để xác định điểm mở tối ưu của mạch kín trong lưới điện phân phối sao cho tổn thất công suất trong mạng là bé nhất (TOPO).
Giải thuật của TOPO sử dụng phương pháp Heuristic dựa trên sự tối ưu phân bố công suất. Một đặc tính của giải thuật Heuristic là nó không thể định ra điểm tối ƣu thứ hai, thứ ba đƣợc. Các khoá điện xem xét ban đầu phải ở trạng thái mở nhƣng khi đóng lại chúng phải tạo ra một mạch vòng kín, nếu chúng không tạo mạch vòng thì hoặc là chúng đứng tách biệt hoặc là nối với mạng tách biệt. Những khoá điện không tạo thành một mạch vòng kín khi đóng sẽ bị trình TOPO loại bỏ trước khi phân tích.
Với một đồ thị phụ tải đơn (một cấp) và không có nhánh quá tải nào thì trình tự hoạt động của trình TOPO có thể giải quyết nhƣ sau:
Hình 2.8: Thuật toán xác định điểm mở tối ưu (TOPO)
Bắt đầu với một lưới điện hình tia ban đầu, TOPO sẽ đóng một khoá điện trong tập các khoá điện mở để tạo thành một mạch vòng kín. Một bài toán phân
bố tối ƣu công suất sẽ đƣợc thực hiện trên mạch vòng này để xác định việc mở khóa nào là tốt nhất và chuyển mạng điện trở về lại dạng lưới điện hình tia. Quá trình này sẽ kết thúc cho đến khi xét hết khoá điện trong tập các khoá điện mở, lúc này trình con TOPO sẽ kết thúc. Cấu trúc lưới điện cuối cùng sẽ là cấu trúc có tổn thất công suất tác dụng bé nhất.
TOPO xuất ra giá trị tổn thất công suất ban đầu và tổn thất công suất sau cùng của mạng điện và số tiền tiết kiệm đƣợc trong một năm từ việc giảm tổn thất công suất đó.
c. Tối ưu việc lắp đặt tụ bù (CAPO)
CAPO đặt tụ bù trên lưới sao cho kinh tế nhất (nghĩa là sao cho số tiền tiết kiệm đƣợc từ việc đặt tụ bù lớn hơn số tiền phải bỏ ra để lắp đặt tụ bù).
CAPO chọn nút cho tụ bù thứ n để số tiền tiết kiệm đƣợc là lớn nhất.
Đồ thị phụ tải đƣợc sử dụng trong PSS/ADEPT để cung cấp cho ta sự mô hình hóa các biến thiên phụ tải theo thời gian, nhiệt độ hoặc các yếu tố khác.
Khi đặt các tụ bù ứng động, CAPO cũng tính luôn độ tăng của nấc điều chỉnh tụ bù ứng với từng đồ thị phụ tải.
Để thiết lập các thông số phân tích kinh tế cho bài toán tối ƣu hoá vị trí đặt bù. Từ Menu chính của màn hình chọn Network>Economics. Bảng các thông số kinh tế sẽ hiện ra trên màn hình nhƣ hình 2.9.
Hình 2.9: Hộp thoại cài đặt các chỉ số kinh tế của PSS/ADEPT
Các thông số trong bảng trên đƣợc định nghĩa nhƣ bảng 2.1 Bảng 2.1: Định nghĩa các chỉ số kinh tế trong PSS/ADEPT
- Giá điện năng tiêu thụ 1kWh - Giá tiền phải trả cho 1kWh điện năng tiêu thụ
- Giá điện năng phản kháng tiêu thụ kVArh
- Giá tiền phải trả cho 1kVArh điện năng phản kháng tiêu thụ
- Giá công suất tác dụng lắp đặt nhà máy điện (/kW)
- Giá tiền phải trả cho 1kW công suất tác dụng lắp đặt nhà máy điện (suất đầu tƣ công suất tác dụng nhà máy điện)
- Giá CSPK lắp đặt nhà máy điện (/kvar)
- Giá tiền phải trả cho 1kVAr CSPK lắp đặt nhà máy điện (suất đầu tƣ CSPK nhà máy điện)
- Tỷ số chiết khấu (pu/year)
- Tỷ số hàng năm cần thêm vào để tính đến sự sinh sôi của đồng tiền, dùng để chuyển đổi tiền về cùng một thời điểm lúc chương trình tính toán
- Tỷ số lạm phát (pu/year) - Tỷ số biểu thị sự mất giá của đồng tiền hàng năm
- Thời gian tính toán (years)
- Khoảng thời gian để tính toán trong bài toán phân tích kinh tế-tài chính, tính bằng năm
- Suất đầu tƣ lắp đặt tụ bù cố định và điều chỉnh
- Số tiền phải trả cho 1kVAr để lắp đặt tụ bù cố định và/hoặc tụ bù điều chỉnh
- Chi phí bảo trì tụ bù cố định và điều chỉnh hàng năm
- Chi phí tính trên kVAr-năm cần để bảo trì tụ bù cố định và/hoặc điều chỉnh
Cần phải cài đặt đầy đủ các chỉ số kinh tế vào bảng trên trước khi tính toán bù tối ƣu. Các chỉ số kinh tế đƣợc xây dựng nhƣ sau:
- Giá điện năng tiêu thụ (cP): Tính bằng đơn vị /kWh. Ở Mỹ thường sử dụng đơn vị tiền tệ là dollar, tuy nhiên cả PSS/ADEPT và CAPO đều không bắt buộc đơn vị tiền tệ phải sử dụng, chúng ta có thể sử dụng bất cứ đơn vị tiền tệ nào miễn sao đảm bảo tính nhất quán giữa các biến số. Khu vực lưới điện 22kV sau trạm biến áp 110kV Núi Bút, 110kV Quảng Phú có giá điện bình quân là 1886,17 đồng/kWh (số liệu do Điện lực TP. Quảng Ngãi cấp đến tháng 12/2018).
- Giá điện năng phản kháng tiêu thụ (cQ): Cũng có đơn vị tuỳ chọn giống với giá điện năng tiêu thụ. Giá trị này (cũng nhƣ các giá trị khác) sẽ đƣợc đặt là 0 nếu không có giá trị trên thực tế.
- Chi phí công suất tác dụng lắp đặt nhà máy điện (dP): Là suất đầu tƣ công suất tác dụng lắp đặt của nhà máy điện, để thay thế tổn hao công suất tác dụng trên hệ thống. Hiện tại CAPO không sử dụng giá trị này.
- Chi phí công suất phản kháng lắp đặt nhà máy điện (dQ): Tương tự như dP, là suất đầu tƣ CSPK lắp đặt nhà máy điện để thay thế tổn hao CSPK trên hệ thống. Hiện tại CAPO cũng không sử dụng giá trị này.
- Tỷ lệ chiết khấu (r): Đƣợc sử dụng để quy đổi số tiền tiết kiệm đƣợc trong tương lai về thời điểm hiện tại. Nếu nguồn tài chính của việc mua và lắp đặt tụ bù đƣợc vay từ ngân hàng thì tỷ lệ chiết khấu sẽ bằng bình quân gia quyền các lãi suất cho vay của ngân hàng. Khi đã sử dụng tỷ lệ chiết khấu, CAPO không tính đến thuế và những yếu tố khác. Đối với việc đầu tƣ lắp đặt tụ bù trên LĐPP miền Trung hiện nay, thường sử dụng nguồn vốn vay thương mại. Do đó chọn tỷ lệ chiết khấu r bằng lãi suất bình quân các ngân hàng thương mại là 8%. Vậy r = 0.08.
- Tỷ số lạm phát (i): là tỷ số biểu thị sự mất giá của đồng tiền hàng năm.
Trong chương trình tỷ số này tính bằng đơn vị tương đối (pu) chứ không phải phần trăm (%). Tỷ số này do Nhà nước công bố hằng năm, theo khuyến cáo của nhà lập trình PTI thì giá trị này trong khoảng 0.02 đến 0.08 cho 1 năm. Đối với Việt Nam chọn i = 0.06.
- Thời gian tính toán (N): là khoảng thời gian mà tiền tiết kiệm đƣợc từ việc lắp tụ bù bằng với tiền lắp đặt và bảo trì tụ bù (nghĩa là thời gian hoàn vốn).
Chọn N = 08 năm.