4.2.1. Giới thiệu chƣơng trình PSS/ADEPT
Enginering Productivity tool là công cụ mô phỏng lƣới điện phân phối đƣợc thiết kế cho các kỹ sƣ, cán bộ kỹ thuật những ngƣời làm công tác thiết kế, vận hành lƣới điện phân phối Phần mềm PSS/ADEPT 5.0 là công cụ hiệu quả giúp cho các đơn vị Điện lực phân tích và tính toán lƣới điện trên địa bàn quản lý. Qúa trình áp dụng phần mềm cho thấy, phần mềm sử dụng rất tốt cho các qui trình phân tích lƣới điện phân phối.Chƣơng đầu của giáo trình tập trung giới thiệu hai chủ đề chính đó là lƣới điện phân phối và mô hình thể hiện các phần tử của lƣới điện phân phối trong phần mềm. Phần kiến thức về lƣới phân phối đã trở nên rất quen thuộc với các Điện lực khu vực thuộc Công ty Điện lực, do vậy đƣợc trình bày ngắn gọn. Phần mô hình hoá các phần tử lƣới điện đƣợc trình bày chi tiết. Khối kiến thức này rất quan trọng, giúp chúng ta bƣớc đầu tìm hiểu về quá trình mô hình hoá lƣới điện trên máy tính. Đảm bảo tính chính xác về mặt toán học trong quá trình mô phỏng không chỉ trên máy tính mà còn thể hiện đầy đủ các tính chất về điện học của mô hình phần tử lƣới điện đƣợc mô phỏng. Mô hình hóa và mô phỏng bằng máy tính đang là một kỹ thuật đƣợc áp dụng cho tất cả các ngành khoa học kỹ thuật và kinh tế. Nếu trƣớc kia việc thiết lập một mô hình, triển khai các dự toán, tính toán thống kê và trình bày số liệu, đòi hỏi có kiến thức về toán ứng dụng nhiều, giải các phƣơng trình vi phân, tính các tích phân, các phƣơng pháp thống kê thì hiện nay với sự giúp đỡ của máy tính và nhất là các ngôn ngữ lập trình bậc cao (nhƣ Matlab, Mapple…), các kiến thức toán này đã tích hợp hoàn toàn trong các hàm và lệnh của các ngôn ngữ, tạo điều kiện cho ngƣời dùng tiếp cận trực tiếp và tập trung vào vấn đề mình nghiên cứu mà không phải dành quá nhiều thời gian cho kỹ thuật lập trình hay công cụ toán lý thuyết. Hiện nay có hai phƣơng pháp mô phỏng để mô hình hóa các phần tử trong kỹ thuật mô hình hóa bằng máy tính. Đó là mô phỏng qua mô hình tính toán và qua mô hình đồ họa trực quan. Về phƣơng pháp mô phỏng qua mô hình tính toán chỉ cho phép ngƣời dùng thiết kế thành những sơ đồ đơn tuyến, thƣờng dùng trong các phần mềm kỹ thuật, đòi hỏi ngƣời sử dụng có những hiểu biết cơ bản về lĩnh vực họ đang nghiên cứu. Đối với mô phỏng qua mô hình đồ họa trực quan thì ngƣợc lại, phần lớn các phần mềm đi theo hƣớng này tập trung vào tính phổ biến,
dễ sử dụng cho ngƣời dùng. Tuy nhiên, cả hai phƣơng pháp đều có đặc điểm chung là ngƣời dùng chỉ cần tập trung sâu vào các nội dung kỹ thuật và thuật toán giải bài toán. Điều này làm cho nhiều ngƣời không có chuyên môn sâu về công nghệ thông tin có thể giải quyết những vấn đề của chuyên môn mình bằng máy tính. Phần mềm PSS/ADEPT sử dụng phƣơng pháp mô phỏng qua mô hình tính toán. Các phần tử trên lƣới điện đƣợc mô hình chỉ những ngƣời làm việc trong ngành mới sử dụng đƣợc. Ngƣời sử dụng chỉ cần hiểu sâu về vấn đề kỹ thuật và các thuật toán về tính toán phân bố công suất, ngắn mạch, bù công suất v.v..Và đó là thế mạnh của các phƣơng pháp mô phỏng thông qua các mô hình bằng máy tính.
4.2.1.1. Chức năng của PSS/Adept.
PSS/ADEPT (The Power System Simulator/Advanced Distribution Engineering Productivity Tool) là công cụ phân tích lƣới điện phân phối.
PSS/ADEPT giúp phân tích và tính toán lƣới điện. Tính toán và hiển thị các thông số về dòng (I), công suất (P, Q) của từng tuyến dây (đƣờng trục và nhánh rẽ), đáng giá tình trạng mang tải của tuyến dây thông qua chức năng phân bố công suất (Load Flow Analysis). Tính toán xác định vị trí bù tối ƣu (CAPO, tối ƣu hóa việc đặt tụ bù). Tính các thông số SAIFI, SAIDI, CAIFI, CAIDI đánh giá độ tin cậy của tuyến dây thông qua chức năng DRA. Tính toán dòng ngắn mạch thông qua chức năng Fault, Fault All. Chọn điểm dừng lƣới tối ƣu (TOPO): chƣơng trình cho ta biết điểm dừng lƣới ít bị tổn thất công suất nhất trên tuyến dây đó. Khởi động động cơ (Motor Starting): chƣơng trình tính toán phân tích các quá trình xảy ra, ảnh hƣởng nhƣ thế nào đến tuyến dây, khi có động cơ (đồng bộ hay không đồng bộ) với công suất lớn, khi khởi động trong tuyến dây. Phân tích sóng hài (Harmonics). Phối hợp các thiết bị bảo vệ (Protection Coordination). Hỗ trợ cho công tác thiết kế, phát triển lƣới điện bằng cách sử dụng kết quả tính toán của chƣơng trình tại mọi thời điểm. Dự đoán đƣợc quá tải các phần tử trên lƣới điện.
a. Chức năng chính của PSS/Adept
o Phân bố công suất.
o Phân tích khởi động động cơ.
o Tính toán xác định vị trí bù tối ƣu (ứng động hay cố định).
o Tính toán phân tích sóng hài.
o Phối hợp các thiết bị bảo vệ.
o Tính toán xác định điểm dừng tối ƣu.
o Phân tích đánh gia độ tin cậy
b. Các chức năng ứng dụng trong việc thiết kế .
PSS/ADEPT cung cấp đầy đủ các công cụ ( Tools) cho chúng ta trong việc thiết kế và phân tích một luới điện cụ thể. Với PSS/ADEPT, chúng ta có thể:
a) Vẽ sơ đồ và cập nhật lƣới điện trong giao diện đồ họa.
b) Việc phân tích mạch điện sử dụng nhiều loại nguồn.
c) Hiển thị kết quả tính toán ngay trên sơ đồ lƣới điện
d) Xuất kết quả dƣới dạng report sau khi phân tích và tính toán
e) Nhập thông số và cập nhật dễ dàng thông qua data sheet của
mỗi thiết bị trên sơ đồ
c. Các bước thực hiện .
Thiết lập thông số mạng lƣới
Program, network settings
Tạo sơ đồ
Creating diagrams
BÁO CÁO (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bƣớc 1:Thiết lập thông số mạng lưới
Trong bƣớc này, ta thực hiện các khai báo các thông số lƣới điện cần tính toán để mô phỏng trong PSS/ADEPT gồm các nội dung:
o Xác định thƣ viện dây dẫn.
o Xác định thông số thuộc tính của lƣới điện.
o Xác định hằng số kinh tế của lƣới điện.
*. Xác định thƣ viện dây dẫn nhƣ (hình: 4.1)
Hình 4.1. Xác định thư viện dây dẫn
*. Xác định thông số thuộc tính của lƣới điện bƣớc này, nhằm khai báo cho phần mềm PSS/ADEPT thiết lập ngay từ đầu các thuộc tính của lƣới điện nhƣ: Điện áp qui ƣớc là điện áp pha hay điện áp dây và trị số, tần số, công suất biểu kiến cơ bản… Sau đây ta mở tập tin lƣới điện trung thế 1 Điện lực theo (Hình: 4.2)
Hình 4.2. Thiết đặt thông số thuộc tính của lưới điện.
*. Xác định hằng số kinh tế của lƣới điện (Hình: 4.3)
Hình 4.3. Thiết lập hằng số kinh tế của lưới điện Bước 2: Tạo sơ đồ.
Vẽ sơ đồ lƣới điện cần tính toán vào chƣơng trình PSS/ADEPT. Cập nhật số liệu đầu vào cho sơ đồ lƣới điện: Từ số liệu quản lý kỹ thuật của Điện lực chúng ta lần lƣợt nhập vào các giá trị thuộc tính của các phần tử nhƣ (Hình 4.4).
a) Nguồn .
c) Dây dẫn – Line.
d) Nút – Node .
e) Tụ bù-Capacitor.
f)Thiết bị đóng cắt_Swichs.
Hình 4.4. Cài đặt thông số tính toán. Bước 3 : Chạy các chức năng tính toán.
Có 8 phân hệ tính toán trong phần mềm PSS/ADEPT 5.0. Trƣớc khi thực hiện giải các bài toán ta cần thiết lập các tuỳ chọn bằng cách mở hộp thoại option nhƣ (Hình 4.5).
Hình 4.5. Thiết lập các tuỳ chọn tính toán. Bước 4: Báo cáo (Report).
Sau khi chạy xong một trong các chức năng tính toán trên, bạn có thể xem kết quả tính toán phân tích của phần mềm tại 3 vị trí nhƣ sau:
o Xem hiển thị kết quả phân tích ngay trên sơ đồ
o Xem kết quả tính toán trên cửa số progress view
o Xem kết quả tính toán chi tiết từ phần report .
*. Hiển thị kết quả phân tích ngay trên sơ đồ. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong phần mềm PSS/ADEPT ta có thể xem ngay các kết quả tính toán tại vị trí các nút, tải, (Hình: 4.11).
Hình 4.6. Hiển thị kết quả phân tích ngay trên sơ đồ
*. Xem kết quả tính toán trên cửa số progress view.
Hình 4.7. Kết quả tính trên cửa sổ progress view
*. Kết quả tính toán chi tiết từ phần report của phần mềm PSS/ADEPT hiển trên (Hình 4.8)
Hình 4.8. Kết quả tính toán chi tiết từ phần report.
4.3. Tái cấu trúc lƣới điện phân phối
Nhƣ đã phân tích trong các chƣơng trƣớc, bài toán tái cấu trúc lƣới điện sẽ có các không gian nghiệm khác nhau khi giải quyết dựa trên các hàm mục tiêu khác
nhau. Lợi ích của mỗi lời giải sẽ đạt đƣợc khi thỏa mãn hàm mục tiêu đặt ra. Đối với bản luận văn này thì bài toán tái cấu trúc đƣợc tiến hành với mục tiêu giảm tổn thất điện năng trên lƣới qua đó cải thiện thông số vận hành và tăng lợi nhuận kinh doanh.
4.3.1. Hàm mục tiêu
Tổn thất điện năng trên lƣới trung áp trong khâu phân phối, về cơ bản có thể đánh giá dự trên tổn thất công suất tác dụng và đƣợc tính nhƣ sau:
ΔPi - j = i j i jRi j U Q p 2 2 2 (4.1) Trong đó:
ΔPi - j Tổn thất công suất tác dụng lên nhánh i - j Pi - j Công suất tác dụng truyền tải trên nhánh i - j Qi - j Công suất phản kháng truyền tải trên nhánh i - j Ri - j Điện trở dây dẫn nhánh i - j
U Điện áp trung bình trên nhánh i - j
4.3.2. Giải thuật tìm điểm mở tối ƣu trong lƣới điện vòng mạch
Đối với lƣới điện vận hành kín để đạt hiệu quả cao nhất về chỉ tiêu tổn thất điện áp, điện năng, và các chỉ tiêu kỹ thuật khác…. Tuy nhiên việc vận hành lƣới điện kín cũng gây nhiều khó khăn, đặc biệt là vấn đề phối hợp bảo vệ cho các phần tử trên lƣới rất phức tạp, dễ dẫn đến hệ thống bảo vệ làm việc không chọn lọc gây ra hiệu quả nghiêm trọng.
Cũng chính vì vậy mà các lƣới phân phối đƣợc thiết kế theo mạch vòng liên thông nhƣ vẫn đƣợc vận hành với cấu trúc hình tia bằng cách mở các khóa trong những mạch vòng trên hệ thống.
Điện mở tối ƣu cho lƣới mạch vòng này chính là điểm mà tại đó phụ tải nhận công suất từ cả hai chiều của lƣới điện hay gọi là "điểm phân công suất"
4.3.2.1. Điểm phân công suất trong lƣới điện vòng
Lƣới mạch vòng có một nguồn hay lƣới có hai nguồn cấp có cùng điện áp thì ngƣời ta thấy rằng tìm đƣợc một điểm mà tại đó công suất điểm nhận đƣợc từ cả hai
chiều, điểm này đƣợc gọi là điểm phân công suất trong mạng điện. Đối với công suất tác dụng và công suất phản kháng truyền tải trên đƣờng dây mà tƣơng đƣơng ta sẽ xác định đƣợc điểm phân công suất tác dụng và điểm phân công suất phản kháng. Trong đại bộ phận các trƣờng hợp thì hai điểm phân công suất này trùng nhau.
Đối với lƣới có hai điểm phân công suất tác dụng và phân công suất phản kháng trùng nhau thì điện áp điểm này cũng sẽ là thấp nhất trong toàn bộ mạch vòng. Tổn thất điện áp max trên lƣới là tổn thất điện áp từ nguồn đến điểm phân công suất này.
4.3.2.2. Cách xác định điểm phân công suất.
Xét một mạch vòng đơn giản gồm ba phụ tải Sa ,Sb ,Sc , giả thiết công suất
phản kháng do đƣờng dây sinh ra đã đƣợc tính theo điện áp định mức và góc vào các phụ tải.
Lƣới mạch vòng có một nguồn cung cấp, tƣơng đƣơng trƣờng hợp đƣợc cấp
điện từ hai nguồn có điện áp bằng nhau: UA1 = UA2 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 4.9 a,b: Sơ đồ mạch vòng đơn giản và triển khai tương đương
Theo định luật Kirchoff 2 thì tổng điện áp giáng trên một mạch vòng kín phải bằng 0 nên ta có: IA1 . Z1 + I2 . Z2 - I3 . Z3 - IA2 . Z4 = 0 (4.2) Sa Sb Sc SA1 S2 S3 SA2 A1 A2 IA1 I2 I3 IA2 Sa Sb Sc Z1 Z4 Z2 Z3
Dòng điện gần đúng có thể tính nhƣ sau: Ii = đm i U S 3 (4.3) Thay Ii từ (4.3) và (4.2) ta có: SA1 . Z1 + S2 . Z2 - S3 . Z3 - SA4 . Z4 = 0 (4.4) Mặt khác: a A S S S2 1 1 3 Sa Sb SA S (4.5) 1 2 a b c A A S S S S S
Thay (4.5) vào (4.4) rồi rút ra SA1
4 3 2 1 4 4 3 4 3 2 1 Z Z Z Z Z S Z Z S Z Z Z S S a b c A (4.6) Đặt Z = Z1 + Z2 + Z3 + Z4 khi ta có: SA1 = Z Z Si iA2 (4.7) Tƣơng tự ta có: SA2 = Z Z Si iA1 (4.8) Trong đó:
ZiA1 và ZiA2 : là tổng trở của lớp lƣới điện tính từ phụ tải thứ i tới nguồn cung cấp
A1, A2. Từ đó ta có công thức tính dòng điện: IA1 = Z Z Ii iA2 (4.9) IA2 = Z Z Ii iA1 (4.10)
Đối với lƣới điện đồng nhất, tức tỷ số r0/x0 là nhƣ nhau cho toàn lƣới điện thì công thức (4.7) có thể viết nhƣ sau:
SA1 = L L S L jx r L jx r Si o iA n i iA n 2 1 0 0 2 0 1 . . (4.11)
L là chiều dài đƣờng dây.
Nhƣ vậy trong lƣới điện đồng nhất công suất đƣợc phân bố theo độ dài đƣờng dây.
Bằng công thức (4.11) ta có thể xác định công suất đều nguồn chảy vào nhánh, qua đó tính đƣợc công suất chảy trên các nhánh tiếp theo (4.5), cứ nhƣ vậy ta sẽ tính đƣợc nhiều nhánh mà trên đố phụ tải nhận công suất từ cả hai chiều của mạch điện, và đó chính là điểm phân công đƣợc tìm.
4.3.2.3. Phƣơng pháp giải bài toán tái cấu trúc lƣới điện phân phối
Dựa trên quan điểm xác định điểm phân công công suất trong lƣới mạch vòng, xác định dòng nhỏ nhất chạy trên đƣờng nhánh trong mạch vòng đó, điểm có độ sụt áp lớn nhất nằm trên mạch vòng để tính toán tìm điểm mở cho lƣới vận hành. Bài toán tái cấu trúc lƣới điện sẽ đƣợc thực hiện với sơ đồ khối sau:
Hình 4.10: Sơ đồ khối thuật toán tái cấu trúc lưới trung áp giảm tổn thất điện năng
Kiểm tra các điều kiện điện áp, tải.
Đúng
Đọc dữ liệu lƣới, khóa điện
Đóng tất cả các khóa điện thƣờng mở, thiết lập lƣới điện kín
Mở khóa điện có dòng đi qua bé nhất và khóa tại nút có điện áp chênh với nút nguồn nhiều nhất.
Tính toán lại các thông số chế độ của lƣới. Giải bài toán, tính toán chế độ lƣới
Tính trào lƣu công suất
Lƣới điện hình tia
Kết thúc
Mở khóa có dòng qua bé tiếp theo và nút có điện
áp chênh lớn tiếp sau. Tính toán lại các thông số
chế độ của lƣới.
Sai
Sai (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
4.3.2.4. Áp dụng giải các bài toán mẫu
Kiểm tra bài toán mẫu Civanlar 3 nguồn bằng phần mềm Pss/Adept 5.0. Bài toán Civanlar 3 nguồn vận hành ở điện áp 23KV có cấu trúc nhƣ sau:
Hình 4.11: Sơ đồ ban đầu của lưới điện Civanlar 3 nguồn có cấu hình vận hành hở, ban đầu mở mạch vòng tại các khóa 05 - 11, 10 - 14, 07 - 16
Các dữ liệu thông số tải và đƣờng dây đƣợc cho nhƣ sau:
Bảng 4.1. Thông số của mạch điện Civanlar 3 nguồn Tên nhánh Nhánh Tổng trở Nút Công suất Từ nút Đến nút R( ) X( ) P(kW) Q(kVAr) 01 - 04 01 04 0.4124 0.5313 04 2072 1710 04 - 05 04 05 0.4124 0.5963 05 3024 1640 05 - 11 05 11 0.4832 0.8529 06 2111 821 04 - 06 04 06 0.2248 0.2248 07 1428 1189 06 - 07 06 07 0.5963 0.5313 08 4145 2721
02 - 08 02 08 0.5963 0.5963 09 5324 3124