Tần số hệ thống điện được chương trình tính toán trong mỗi chu kỳ mô phỏng dựa trên độ mất cân bằng giữa công suất cơ và công suất điện. Tần số được xem là như nhau ở tất cả các nút máy phát trong cùng một hệ thống. Ở bước khởi tạo chu kỳ mô phỏng đầu tiên, công suất cơ được đặt bằng công suất điện. Trong các chu kỳ mô phỏng sau, sự thay đổi trong công suất phụ tải điện hoặc công suất các nguồn phát sẽ tạo ra sự mất cân bằng công suất và làm thay đổi tần số hệ thống.
Độ lớn thay đổi tần số sau mỗi chu kỳ mô phỏng phụ thuộc vào mức độ mất cân bằng công suất nguồn-tải, quán tính tổng của hệ thống và hệ số cản tự nhiên của tải (load damping). Mô hình tần số trong OpenOTS được minh họa như Hình 4.4 dưới đây.
Hình 4.4: Mô hình tần số trong OpenOTS.
79 Sự thay đổi tần số được mô hình hóa theo phương trình vi phân như dưới đây [15], phương trình này được tổng hợp từ các phương trình chuyển động của các máy phát trên hệ thống (2.6) (2.7) và có xét đến ảnh hưởng của tần số lên phụ tải:
𝑑(∆𝑓) 𝑑𝑡 =−1
𝑇𝑝 ∆𝑓 +𝐾𝑝 𝑇𝑝 ∆𝑃
𝑇𝑝 = 2𝐻𝑠𝑦𝑠 𝐷𝑓0
𝐾𝑝 = 1 𝐷
(4.5)
Trong đó:
𝐻𝑠𝑦𝑠 là tổng hằng số quán tính (pu) của tất cả các máy phát trên hệ thống;
𝐷 là hệ số cản của tải (load damping).
Giải phương trình vi phân (4.5) cho kết quả như sau:
∆𝑓(𝑡 + ∆𝑡) = 𝑒
−∆𝑡
𝑇𝑝 ∆𝑓(𝑡) + 𝐾𝑝∆𝑃(1 − 𝑒
−∆𝑡
𝑇𝑝 ) (4.6)
Với ∆𝑡 là bước thời gian, nếu lấy bằng 1 giây thì phương trình (4.6) được viết thành:
∆𝑓(𝑘 + 1) = 𝑒
−1
𝑇𝑝∆𝑓(𝑘) + 𝐾𝑝∆𝑃(1 − 𝑒
−1
𝑇𝑝) (4.7)
Chương trình OpenOTS sử dụng phương trình (4.7) trên để tính toán độ thay đổi tần số ở mỗi bước thời gian (chu kỳ chạy mô phỏng).
4.3.2 Tiến trình chung trong chạy mô phỏng hệ thống điện
Tiến trình chung của mỗi chu kỳ chạy mô phỏng hệ thống điện trong ứng dụng OpenOTS được mô tả qua lưu đồ sau đây [15]:
80 Hình 4.5: Tiến trình chung của mỗi chu kỳ chạy mô phỏng hệ thống điện trong
OpenOTS.
Mỗi chu kỳ chạy mô phỏng, chương trình OpenOTS thực hiện các bước tiến trình chung như sau:
1. Bộ xử lý sự kiện (event processor) xử lý các thay đổi trạng thái của thiết bị đóng/cắt trên lưới từ danh sách các sự kiện được thiết lập trước cho thời điểm mô phỏng hiện tại hoặc được tạo ra tức thời bởi người dùng (học viên/huấn luyện viên);
2. Mô hình tải tính toán tải của hệ thống và của từng nút tải;
3. Nếu tồn tại sự thay đổi trạng thái, bộ xử lý cấu trúc mạng (network topology processor) sẽ tính lại cấu trúc của mạng;
4. Chạy bài toán trào lưu công suất;
81 5. Mô hình tần số tính toán sự thay đổi tần số dựa trên lượng mất cân bằng
(mismatch) giữa tổng nguồn và tải động;
6. Mô hình nhà máy điện tính toán sự thay đổi công suất tổ máy để đáp ứng tải và đáp ứng tần số (sơ cấp và thứ cấp qua AGC);
7. Mô hình rơ-le (điện áp, tần số) sẽ cho kết quả danh sách thay đổi trạng thái của thiết bị đóng cắt do vi phạm điện áp, tần số, và sẽ được xử lý ở chu kỳ chạy mô phỏng sau đó.
Như vậy qua các phần trình bày trên về các mô hình dữ liệu và nguyên tắc hoạt động của ứng dụng OpenOTS, có thể thấy ứng dụng OpenOTS được trang bị đầy đủ các mô hình và các chức năng để có thể sử dụng trong mô phỏng quá trình điều khiển và đáp ứng tần số của hệ thống, bao gồm các mô hình tần số, mô hình phụ tải, mô hình các nhà máy điện (với khả năng thiết lập được chức năng điều khiển tần số sơ cấp và các thông số động học ảnh hưởng đến quá trình đáp ứng tần số), chức năng AGC thực hiện điều khiển tần số thứ cấp. Các nội dung mục tiếp theo sẽ trình bày kết quả mô phỏng đáp ứng tần số dựa trên các kịch bản điển hình thực tế của hệ thống điện Việt Nam, cùng với mô phỏng kiểm chứng hiệu quả của một số giải pháp nâng cao chất lượng điều khiển tần số đã được đưa ra ở mục 3.1.3 và 3.2.2.