CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH HỆ THỐNG
3.3 SƠ LƯỢC PHẦN MẾN PSS/E
PSS/E (Power System Simulator for Engineering) được phát triển bởi PTI (Power Technologies International – nay thuộc tập đoàn Siemens) ra đời từ năm 1976 và là một phần mềm tính toán hệ thống điện phổ biến, sử dụng các kỹ thuật giải tích số và công nghệ lập trình tiên tiến nhất để giải quyết các hệ thống điện lớn và nhỏ. PSS/E có khả năng phân tích hệ thống điện lên đến 50000 nút.
Hiện nay, phần mềm PSS/E được dùng rất nhiều ở các các đơn vị ngành điện như Trung tâm điều độ Hệ thống điện Quốc gia (A0), Trung tâm điều độ Hệ thống điện Miền (A1, A2, A3). PSS/E được dùng để giả lập và tính toán cho các hệ thống điện lớn ở chế độ xác lập và chế độ động (chế độ quá độ) như tính toán trào lưu công suất, ngắn mạch, quá trình quá độ điện cơ, tối ưu dòng công suất...
Các tính toán phân tích hệ thống mà chương trình có khả năng thực hiện bao gồm [6]:
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN Nghiên cứu và đề xuất giải pháp hạn chế dòng ngắn NGẮN MẠCH HỆ THỐNG mạch cho lưới điện truyền tải Miền Nam.
HVCH: LÝ PHÚC LẠC Trang 12 CBHD: P.GS – TS. VÕ NGỌC ĐIỀU
Tính toán trào lưu công suất.
Tối ưu hóa trào lưu công suất.
Nghiên cứu các loại sự cố đối xứng và không đối xứng.
Tương đương hóa hệ thống.
Mô phỏng quá trình quá độ điện cơ.
Tính toán trào lưu công suất.
Phân tích ổn định điện áp và tính toán công suất phản kháng dự trữ thông qua đường cong PV/QV.
Phân tích tuyến tính hóa hệ thống điện.
Các module phụ trợ khác.
PSS/E không chỉ là công cụ giúp phân tích được hệ thống ở hiện tại mà còn có thể phân tích được các hệ thống trong tương lai, phục vụ cho nhu cầu thực hiện các quy hoạch phát triển điện lực tỉnh, phát triển điện lực vùng miền, phát triển điện lực Quốc gia
3.3.2 Giải thuật tính toán của phần mềm PSS/E
Chương trình PSS /E dựa trên các lý thuyết về năng lượng để xây dựng các mô hình cho các thiết bị trong hệ thống điện với mô hình một sợi và đơn vị tương đối. Việc mô hình hóa các thiết bị và thực hiện tính toán phụ thuộc rất nhiều vào giới hạn của các thiết bị tính toán. Trước kia, do các máy tính có khả năng còn hạn chế nên việc tính toán trở nên khó khăn, chỉ thực hiện đối với các hệ thống nhỏ và độ tin cậy tính toán không cao. Ngày nay, với các kỹ thuật hiện đại, máy tính có các tiện nghi như bộ nhớ ảo, bộ nhớ phân trang và tốc độ tính toán rất lớn nên việc tính toán mô phỏng trở nên dể dàng và hiệu quả hơn.
Các bước được sử dụng trong PSS/E để tiến hành mô phỏng và tính toán các quá trình xảy ra trong hệ thống là:
1/ Phân tích các thiết bị vật lý (đường dây truyền tải, máy phát, máy biến áp, bộ điều tốc, rơle,...) để thực hiện việc mô phỏng và tính toán các thông số đặc trưng và hàm truyền của nó.
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN Nghiên cứu và đề xuất giải pháp hạn chế dòng ngắn NGẮN MẠCH HỆ THỐNG mạch cho lưới điện truyền tải Miền Nam.
HVCH: LÝ PHÚC LẠC Trang 13 CBHD: P.GS – TS. VÕ NGỌC ĐIỀU
2/ Chuyển các mô hình vật lý đã được nghiên cứu thành dữ liệu đầu vào cho chương trình PSS/E. Trong PSS/E các thiết bị vật lý đã được xây dựng theo các phương trình vi phân đặc trưng, khi đưa dữ liệu đầu vào theo đúng cấu trúc của PSS/E, các phương trình vi phân mô tả thiết bị cụ thể đang khảo sát sẽ được xây dựng.
3/ Sử dụng các chương trình của PSS/E để xử lý dữ liệu, thực hiện tính toán và xuất kết quả.
4/ Chuyển đổi kết quả tính toán thành các thông số cho các thiết bị thực đã dùng để mô phỏng trong bước 1.
Giải thuật chính của PSS/E là thuật toán tính lặp, áp dụng cho việc phân tích hệ thống ở chế độ xác lập, đây là tiền đề cho việc phân tích ổn định của hệ thống. Thuật toán lặp trong PSS/E thực hiện như sau:
Bước 1: Xây dựng hệ thống khảo sát và xác định giá trị ban đầu của điện áp các nút.
Bước 2: Xây dựng vectơ dòng in ở mỗi nút từ điều kiện biên:
Pk jQk v ik k* (3.1)
Trong đó: Pk jQk Là nhu cầu phụ tải và máy phát ở nút k
* k
vki Là điện áp nút k
Bước 3: Tính toán các vectơ điện áp mới vn theo công thức
InY Vnn n (3.2)
Trong đó: In Vectơ dòng điện từ các nút chạy vào hệ thống Vn Vectơ điện áp tại các nút của hệ thống
Ynn Ma trận tổng dẫn của hệ thống
Bước 4: Quay lại bước 2 và lặp lại chu kỳ cho đến khi nó hội tụ đến một áp không thay đổi vn.
Chương trình PSS/E sử dụng hai phương pháp lặp chủ yếu là GAUSS-SEIDEL và NEWTON-RAPHSON:
GAUSS-SEIDEL: Một trong những đặc điểm nổi bật nhất của phương pháp GAUSS là khả năng hội tụ rất cao, do đó được dùng để tính toán trào
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN Nghiên cứu và đề xuất giải pháp hạn chế dòng ngắn NGẮN MẠCH HỆ THỐNG mạch cho lưới điện truyền tải Miền Nam.
HVCH: LÝ PHÚC LẠC Trang 14 CBHD: P.GS – TS. VÕ NGỌC ĐIỀU
lưu công suất trong những trường hợp mà khả năng hội tụ là chưa biết trước. Đồng thời cũng là những bước thử đầu tiên cho các phương pháp khác. Phương pháp lặp Gauss có 2 lựa chọn:
+ Phương pháp lặp Gauss-Seidel cổ điển + Phương pháp lặp Gauss-Seidel cải tiến
NEWTON-RAPHSON: Một trong những đặc điểm nổi bật nhất của phương pháp Newton-Raphson là tốc độ hội tụ rất cao nếu có những điểm ban đầu được lựa chọn tốt. Do đó được dùng để tính toán trong những trường hợp đòi hỏi sự tính nhanh và có khả năng hội tụ cao. Phương pháp Newton-Raphson có 3 lựa chọn:
+ Phương pháp lặp Newton-Raphson liên kết đầy đủ + Phương pháp lặp Newton-Raphson không liên kết