Phƣơng pháp Monte Carlo sử dụng nguyên tắc đánh giá theo xác suất thống kê. Nghĩa là ta xét rất nhiều kịch bản khác nhau, sét có thể đánh vào bất kỳ cột nào trên đƣờng dây với các thông số điện trở cột khác nhau, dòng điện sét có tham số bất kỳ. Phƣơng pháp này kết hợp chƣơng trình mô phỏng quá trình quá độ điện từ (EMTP) với phƣơng pháp Monte Carlo để tính suất cắt do sét cho đƣờng dây truyền tải. Các bƣớc thực hiện đƣợc đƣợc chỉ ra trên hình 2.17
Hình 2.17. Sơ đồ thuật toán tính toán suất cắt do sét của đường dây theo phương pháp Monte Carlo dựa trên mô hình tính toán quá điện áp xây dựng trong EMTP/ATP.
Chọn ngẫu nhiên giá trị thời gian đầu sóng tf theo phân bố xác suất f(tf), thời gian đuôi sóng th theo phân bố xác suất f(th), góc sét theo phân bố g().
Yes No
No
Số kịch bản Nmax
Chọn ngẫu nhiên giá trị cƣờng độ dòng sét I theo phân bố xác suất f(I) Xây dựng mô hình đƣờng dây trong EMTP/ATP
Bắt đầu chạy
Kiểm tra phóng điện
Cập nhật số lần phóng điện
Suất cắt của đƣờng dây. Nmax?
Yes
Chọn ngẫu nhiên điện trở nối đất RC theo phân bố xác suất f(RC)
Áp dụng mô hình điện hình học, xác định điểm mà sét đánh vào: dây dẫn hoặc dây chống sét.
N= N+1
Chọn ngẫu nhiên góc pha điện làm việc của pha A so với thời
điểm xảy ra sét đánh vào đƣờng dây (từ 0-3600
Áp dụng phƣơng pháp Monte Carlo tính toán suất cắt do sét cần thực hiện các bƣớc nhƣ sau:
- Reo các biến ngẫu nhiên nhƣ góc của cú sét ,cƣờng độ dòng sét I, thời gian đầu sóng tf, thời gian đuôi sóng th, điện trở chân cột RC, thời điểm sét đánh vào đƣờng dây.
- Sử dụng mô hình điện hình học xác định điểm mà sét đánh vào đƣờng dây (dây dẫn hoặc dây chống sét).
- Tính toán quá điện áp xảy ra sau mỗi lần sét đánh vào đƣờng dây. - Tính suất cắt do sét của đƣờng dây.
Mỗi một kịch bản mô phỏng với mỗi biến ngẫu nhiên nhƣ góc của cú sét, cƣờng độ dòng sét, thời gian đầu sóng, thời gian đuôi sóng, giá trị điện trở cột, giá trị góc pha. Các biến ngẫu nhiên này đƣợc reo theo các hàm phân bố xác suất khác nhau. Trƣớc khi chạy mô phỏng trong EMTP, cần phải áp dụng mô hình điện hình học để xác định điểm mà sét đánh vào (có thể là dây dẫn hoặc dây chống sét). Để xác định điểm mà những cú sét có phân bố góc khác nhau đánh vào đƣờng dây ta sử dụng mô hình điện hình học nhƣ hình 2.18 [16]. Góc sét ở đây đƣợc hiểu là góc so với phƣơng thẳng đứng. Các bƣớc thực hiện nhƣ sau:
- Vị trí mặt đất (điểm P) sẽ đƣợc xác định ngẫu nhiên theo phân bố đều
- Góc của cú sét đƣợc chọn ngẫu nhiên theo hàm phân bố g() theo công thức (3.3)
- Áp dụng mô hình điện hình học (hình 2.18) để xác định điểm mà sét đánh vào đƣờng dây. Nếu cú sét có góc nằm trong trị số (1, 2) hoặc (3, 4) thì sẽ đánh vào dây dẫn. Còn các cú sét có góc nằm ngoài khoảng đó thì đánh vào dây chống sét. Các giá trị 1, 2 , 3, 4 đƣợc xác định nhƣ sau:
( ) ( 2.47)
( ) ( 2.48)
( ) ( 2.50)
. ( ) ( 2.51)
Các giá trị DC, β, Dg đƣợc xác định theo các công thức (2.12), (2.13), (2.15).
Hình 2.18. Mô hình điện hình học khi xét đến phân bố góc của sét [16].
Ta tiến hành chạy mô phỏng sau khi xác định đƣợc tất các các tham số trên, sau mỗi kịch bản mô phỏng cần phải kiểm tra xem có xảy ra phóng điện hay không. Nếu xảy ra phóng điện, bộ đếm tăng lên. Quá trình mô phỏng dừng lại khi số kịch bản đạt đến giá trị Nmax . Kết thúc quá trình mô phỏng ta xác định đƣợc trị số suất cắt do sét của đƣờng dây bao gồm suất cắt do sét đánh vào dây dẫn và suất cắt do sét dánh vào đỉnh cột hoặc dây chống sét. Suất cắt do sét đánh vào dây dẫn đƣợc tính bởi (2.52)
. đ
(lần/100km.năm) ( 2.52)
Với Ndd : Số lần sét đánh vào dây dẫn tính trên 100km trong 1 năm. Npđdd : Số lần xảy ra phóng điện khi sét đánh vào dây dẫn
Suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột đƣợc tính theo hƣớng dẫn của CIGRE [6]
. . đ
(lần/100km.năm) ( 2.53)
NL : Số lần sét đánh vào khoảng vƣợt hoặc đỉnh cột trên 100km trong 1 năm. Nđc : Số lần phóng điện khi sét đánh tại đỉnh cột.
Để xác định số lần sét đánh vào đỉnh cột, khoảng vƣợt hoặc đánh vào đƣờng dây ngƣời ta sử dụng mô hình điện hình học (hình 2.6). Số lần sét đánh vào đỉnh cột hoặc dây chống sét đƣợc xác định theo công thức (2.54), số lần sét đánh vào dây dẫn xác định theo công thức (2.55)
đ ∫ đ
( 2.54)
∫
( 2.55)
Với: Imin là cƣờng độ dòng sét nhỏ nhất (kA)
Imaxđc là cƣờng độ dòng sét lớn nhất đánh vào đỉnh cột (kA) Imaxdd là cƣờng độ dòng sét lớn nhất đánh vào dây dẫn (kA) Dc và Dg xác định theo công thức (2.12) và (2.15)
Suất cắt do sét của đƣờng dây đƣợc tính bằng tổng suất cắt do sét đánh vào dây dẫn và suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột hoặc dây chống sét:
(lần/100km.năm) ( 2.56)