Đồ án tốt nghiệp – Phần mềm PSS/E PHẦN I NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH PSS/E ĐỂ MÔ PHỎNG CHẾ ĐỘ XÁC LẬP HTĐ GVHD: TS. Trần Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang 1 Đồ án tốt nghiệp – Phần mềm PSS/E GIỚI THIỆU VỀ PSS/E Phần mềm PSS/E (Power System Simulator for Engineering) là phần mềm mô phỏng hệ thống điện của công ty Power Technologies Inc thuộc Siemens. Chương trỡnh giúp chúng ta mô phỏng, phân tích và tối ưu húa cỏc tính năng của hệ thống điện phục vụ cho công tác vận hành cũng như quy hoạch hệ thống điện. Nó sử dụng các phương pháp tính toán hiện đại nhất để: 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: Cho phép tính toán chế độ làm việc của hệ thống ở tình trạng sự cố như ngắn mạch, đứt dây ở bất cứ điểm nào trong hệ thống. Phục vụ cho công việc tính toán chỉnh định rơle và tự động hóa trong hệ thống điện; Tương đương hóa hệ thống; Mô phỏng động: Chương trình PSS/E cho phép tính toán mô phỏng các chế độ làm việc của hệ thống khi cú cỏc dao động lớn xảy ra, nhằm khắc phục nguy cơ tan rã hệ thống điện khi mất ổn định. Hiện tại phần mềm đã được phát triển đến phiên bản thứ 33. Để phục vụ mục đích nghiên cứu của sinh viên, chúng ta có thể tải phiên bản PSSđE University miễn phí từ trang web của công ty. Phiên bản này cung cấp đầy đủ các chức năng, tuy nhiên hệ thống điện mô phỏng không được có số nút vượt quá 50 nút. Đề tài này sử dụng chương trình PSSđE University phiên bản 32.0.5. 1.1 Giao diện Trên Hình 1 là giao diện của phần mềm khi khởi động. Giao diện của phần mềm gồm các thành phần sau: Quản lý dữ liệu kiểu cây (Tree View); Quản lý dữ liệu kiểu bảng (Spreadsheet View); Quản lý dữ liệu kiểu sơ đồ (Diagram View); Cửa sổ hiển thị thông tin ra (Output View): hiển thị các thông tin về quá trình nhập, thay đổi, tính toán dữ liệu và các cảnh báo; Thanh công cụ (Toolbars); Menu chính (Main menu); Thanh trạng thái (Status Bar): cung cấp các thông tin về trạng thái làm việc của chương trình; GVHD: TS. Trần Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang 2 Đồ án tốt nghiệp – Phần mềm PSS/E Cửa sổ con để nhập lệnh (Command Line Interface Window). Hình 1: Giao diện của PSS/E 1.2 Cách tạo 1 chế độ làm việc của hệ thống điện (working case) Để tạo một chế độ làm việc, chúng ta chọn File rồi New. Khi đó một cửa sổ con hiện ra như Hình 2. Nếu muốn nhập dữ liệu và quản lý dữ liệu kiểu bảng chúng ta chọn Network case; nếu muốn nhập dữ liệu và quản lý dữ liệu trên cả bảng và sơ đồ 1 sợi chúng ta chọn Network case and Diagram; nếu muốn nhập dữ liệu theo sơ đồ 1 sợi chúng ta chọn Diagram. Sau khi chọn, một cửa sổ mới hiện ra để chúng ta nhập công suất cơ bản (Base MVA), tần số cơ bản (Base Frequency), đơn vị cho công suất máy biến áp (Units for tranformer ratings) và đơn vị cho một số đại lượng của đường dây (Units for ratings of non-transformer branches) .Cỏc dòng Heading line 1 và 2 để nhập những chú thích cho chế độ mà chúng ta tạo. GVHD: TS. Trần Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang 3 Đồ án tốt nghiệp – Phần mềm PSS/E Hình 2: Các lựa chọn khi tạo 1 chế độ làm việc trong PSS/E 1.3 Dữ liệu vào của các thiết bị cơ bản Các thông số như điện trở, điện kháng, dung dẫn, điện áp, công suất,… của các thiết bị trong hệ thống điện được mô phỏng trên chương trình PSS/E được nhập dưới dạng đơn vị tương đối (pu), cách quy đổi từ đơn vị có tên sang đơn vị tương đối được viết chi tiết trong mục 1.5. Như phần trên ta đã biết có nhiều cách để nhập dữ liệu vào chương trình PSS/E, trong đề tài này ta sử dụng cách nhập trực tiếp dưới dạng bảng. Hình 3 dưới dây là giao diện bảng để nhập dữ liệu trong chương trình PSS/E. Hình 3:Giao diện bảng nhập dữ liệu trong PSS/E. Bảng nhập dữ liệu trong Hình 3 chứa các phần tử và những thông số của mỗi phần tử trong hệ thống điện mà ta cần nhập (cách nhập cụ thể được diễn giải GVHD: TS. Trần Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang 4 Đồ án tốt nghiệp – Phần mềm PSS/E cụ thể trong phần. Sau đây là các dữ liệu của 1 số phần tử cơ bản trong hệ thống điện mà ta cần khi tính toán trong PSS/E: Các thông số của nút (Bus): Tên, điện áp, góc pha của từng nút; Các thông số của máy phát (Machine): Công suất phát hiện tại và giới hạn công suất phát của máy phát (lớn nhất và nhỏ nhất của công suất tác dụng và công suất phản kháng), điện trở và điện kháng của máy phát; Các thông số của phụ tải (Load): Công suất tác dụng và công suất phản kháng của phụ tải; Các thông số của đường dây (Branch): Giá trị điện trở, điện kháng, dung dẫn; Các thông số máy biến áp 2 cuộn dây (2 Winding): Điện trở và điện kháng cuộn dây, hệ số điều chỉnh điện áp và công suất đặt của máy biến áp; Các thông số máy biến áp ba cuộn dây (3 Winding): Điện trở và điện kháng giữa các cuộn dây, điện áp định mức của mỗi cuộn, hệ số điều chỉnh điện áp mỗi cuộn dây của máy biến áp. GVHD: TS. Trần Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang 5 Đồ án tốt nghiệp – Phần mềm PSS/E ỨNG DỤNG PSS/E MÔ PHỎNG CHẾ ĐỘ XÁC LẬP HỆ THỐNG ĐIỆN 1.4 Mục đích của bài toán tính chế độ xác lập HTĐ Chế độ xác lập là chế độ trong đó các thông số hệ thống không thay đổi hoặc chỉ biến thiên nhỏ quanh các giá trị định mức trong những khoảng thời gian tương đối ngắn. Chế độ làm việc lâu dài của hệ thống điện thuộc về chế độ xác lập, vì vậy việc giải bài toán tính chế độ xác lập hệ thống điện có ý nghĩa rất lớn. Mục đích của bài toán này là xác định dòng điện trờn cỏc nhỏnh và điện áp tại cỏc nỳt ứng với mỗi chế độ phụ tải, từ đó ta có căn cứ để chọn dây dẫn hay các thiết bị như: máy biến áp, máy cắt, dao cách ly, … Ngoài ra, tính toán chế độ xác lập còn cho phép xác định dòng công suất trờn cỏc nhỏnh và công suất phát của các nguồn để kiểm tra tình trạng làm việc của các thiết bị và có biện pháp xử lý thích hợp. Trong chương này chúng ta sẽ xét ứng dụng của phần mềm PSS/E để mô phỏng chế độ xác lập của hệ thống điện. Các bước chính để mô phỏng chế độ xác lập của hệ thống điện là: Bước 1: Chuyển các thông số của hệ thống điện sang dạng đơn vị tương đối - dạng đơn vị mà PSS/E sử dụng. Cách chuyển các thông số của mỗi phần tử của hệ thống điện sẽ được giới thiệu chi tiết trong mục 1.5; Bước 2: Nhập dữ liệu của từng phần tử vào trong PSS/E, nội dung của phần này được giới thiệu chi tiết trong mục . Mỗi phần tử có rất nhiều thông số tuy nhiên trong phần này chúng ta chỉ tập trung mô phỏng chế độ xác lập nên chúng ta sẽ chỉ xét những dữ liệu cần nhập phục vụ cho tính toán chế độ xác lập; Bước 3: Cho chạy mô phỏng và xem kết quả: chi tiết của bước này được giới thiệu trong mục 1.7. 1.5 Chuyển các thông số của hệ thống điện sang dạng đơn vị tương đối Phần mềm PSS/E sử dụng đơn vị tương đối để tính toán. Do đó để mô phỏng được chế độ xác lập của 1 lưới điện bằng PSS/E, người sử dụng phải chuyển các thông số của lưới điện từ đơn vị có tên sang dạng tương đối. Trị số trong đơn vị tương đối của một đại lượng vật lý nào đó là tỷ số giữa nó với một đại lượng vật lý khác cùng thứ nguyên được chọn làm đơn vị đo lường. Đại lượng vật lý chọn làm đơn vị đo lường được gọi đại lượng cơ bản. GVHD: TS. Trần Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang 6 Đồ án tốt nghiệp – Phần mềm PSS/E Muốn biểu diễn các đại lượng trong đơn vị tương đối trước hết cần chọn các đại lượng cơ bản như: S cb , U cb , I cb , Z cb , t cb , ω cb Một số tính chất của hệ đơn vị tương đối: Các đại lượng cơ bản dùng làm đơn vị đo lường cho các đại lượng toàn phần cũng đồng thời dùng cho các thành phần của chúng; Trong đơn vị tương đối điện áp pha và điện áp dây bằng nhau, công suất 3 pha và công suất 1 pha cũng bằng nhau; Một đại lượng thực có thể có giá trị trong đơn vị tương đối khác nhau tùy thuộc vào lượng cơ bản và ngược lại cùng một giá trị trong đơn vị tương đối có thể tương ứng với nhiều đại lượng thực khác nhau; Thường tham số của các thiết bị được cho trong đơn vị tương đối với lượng cơ bản là định mức của chúng. Để chuyển tổng trở từ đơn vị có tên sang đơn vị tương đối ta sử dụng công thức sau: [ ] cb pu 2 cb cb S Z Z Z . pu,Ohm,MVA,kV Z U Ω Ω = = ( 2.0) Khi tính toán chúng ta thường lấy cb S = 100 MVA còn cb U bằng điện áp trung bình các cấp (1,05.U đm ). Hệ thống điện mô phỏng gồm nhiều loại phần tử (đường dây, máy biến áp, ), đối với mỗi loại phần tử chúng ta lại biết trước các thông số khác nhau. Sau đây chúng ta sẽ xột cỏch tính toán các thông số trong đơn vị tương đối từ những thông số cho trước của phần tử. 1.5.1 Đường dây Đối với đường dây chúng ta thường biết chiều dài của đường dây L (km) và các thông số trên 1 đơn vị chiều dài: Điện trở thứ tự thuận và thứ tự không là 1 r và 0 r ( Ω /km); Điện kháng thứ tự thuận và thứ tự không là 1 x và 0 x ( Ω /km); Dung dẫn thứ tự thuận và thứ tự không là 1 b và 0 b ( S / km)µ ; Điện dẫn thứ tự thuận và thứ tự không là g 1 và g 0 (1/ Ω.km). Sơ đồ thay thế đầy đủ của đường dây: GVHD: TS. Trần Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang 7 Đồ án tốt nghiệp – Phần mềm PSS/E Hình 4: Sơ đồ thay thế đường dây Từ các dữ liệu trên ta tính được tổng trở của đường dây trong hệ tương đối với S cb và U cb như sau: [ ] cb cb pu 2 2 cb cb S S Z Z . (r j.x).L. pu,Ohm / km,km,MVA,kV U U Ω = = + ( 2.0) Dung dẫn và điện dẫn của đường dây trong hệ tương đối: [ ] 2 cb 0 pu cb cb U .b .L B B pu,kV,S/ km,km,MVA Y S = = [ ] 2 cb 0 pu cb cb U .g .L G G pu,kV,1/ .km,km,MVA Y S = = Ω ( 2.0) ( 2.0) Ví dụ: Đối với đường dây tải điện cấp 220kV có chiều dài 200km, tổng trở đơn vị là 1 Z 0,02 j0,26 / km = + Ω và dung dẫn đơn vị là 1 b 4,5 S/ km = µ thì tổng trở và dung dẫn đường dây trong hệ đơn vị tương đối khi cb S =100MVA và U cb = 230 kV được tính như sau: Tổng trở thành phần thứ tự thuận và thứ tự không: cb 1pu 1 1 2 2 cb S 100 Z (r j.x )L. (0,02 j0,26).200. 0,0075 j0,0983 pu U 230 = + = + = + cb 0pu 0 0 2 2 cb S 100 Z (r j.x ).L. (0,18 j0,73).200. 0,00034 j0,276 pu U 230 = + = + = + Dung dẫn thành phần thứ tự thuận và thứ tự không: 2 2 6 cb 1 1pu cb U .b .L 230 .4,5.200.10 B 0,4761 pu S 100 − = = = 2 2 6 cb 0 0pu cb U .b .L 230 .2,7.200.10 B 0,2856 pu S 100 − = = = GVHD: TS. Trần Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang 8 Đồ án tốt nghiệp – Phần mềm PSS/E 1.5.2 Máy biến áp 2 cuộn dây Các thông số cho trước của máy biến áp thường là: công suất định mức S [MVA], điện áp định mức cuộn cao và cuộn hạ là C U [kV] và H U [kV], tổn thất không tải 0 P [kW], tổn thất ngắn mạch N P [kW], dòng điện không tải 0 I [%] và điện áp ngắn mạch N U [%]. Sơ đồ thay thế máy biến áp hai cuộn dây dưới dạng có tên bao gồm tổng trở B B B Z = R +jX , điện trở R 0 và điện kháng X 0 đặc trưng cho tổn hao từ của máy biến áp, ngoài ra cú thờm một máy biến áp lý tưởng với hệ số biến áp Cdm Hdm U k = U Hình 5: Sơ đồ thay thế đầy đủ của máy biến áp hai cuộn dây Cách chuyển sơ đồ trên về dạng tương đối khi công suất cơ bản là S cb , điện áp cơ bản phía cao áp cbC U và phía hạ áp là cbH U . Chú ý khi chọn các điện cơ bản cần thỏa mãn điều kiện: cbC C cbC cbH cbH H C H U U U U hay U U U U = = Sơ đồ thay thế máy biến áp hai cuộn dây và các thông số trong hệ tương đối: GVHD: TS. Trần Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang 9 Đồ án tốt nghiệp – Phần mềm PSS/E Hình 6: Sơ đồ thay thế của máy biến áp hai cuộn dây trong hệ tương đối Điện trở thứ tự thuận (pu): 2 2 N cb N C cb H 1pu dm cbH dm dm cbC dm P S P U S U R . . . . 1000.S U S 1000.S U S         = =  ÷  ÷  ÷  ÷         ( 2.0) Trong đó: [pu, kW, kV, MVA, MVA, kV, MVA] Điện kháng thứ tự thuận: 2 2 % % N cb N C cb H 1pu cbH dm cbC dm U S U U S U X . . . . 100 U S 100 U S         = =  ÷  ÷  ÷  ÷         ( 2.0) Trong đó: [pu, %, kV, MVA, kV, MVA] Điện trở và điện kháng thứ tự không có thể lấy bằng 0,8 lần điện trở và điện kháng thứ tự thuận: 0pu 1pu R 0,8.R = ( 2.0) 0pu 1pu X 0,8.X = ( 2.0) Điện dẫn tác dụng và điện dẫn phản kháng (có thể bỏ qua vì không ảnh hưởng nhiều đến tính toán): 2 0 cbC (pu) 2 C cb P U G . [pu, MW, kV, kV, MVA] U S = ( 2.0) % 2 kt dm cbC (pu) 2 C cb I .S U B . [pu, %, MVA,kV, kV, MVA] 100.U S = ( 2.0) Trong trường hợp máy biến áp có điều chỉnh điện áp với khả năng điều chỉnh của mỗi nấc là s ta cần tớnh thờm tỉ số biến áp đặt như sau: GVHD: TS. Trần Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang 10 [...]... các thông số của nút cân bằng: Bus # X—Name –X: Số thứ tự của nút và tờn nỳt; BaskV: Cấp điện áp cơ bản ở nỳt đú; Pgen: Công suất tác dụng phát của nút; Pmax: Công suất tác dụng lớn nhất có thể của nút; Pmin: Công suất tác dụng nhỏ nhất có thể của nút; Qgen: Công suất phản kháng phát của nút; Qmax: Công suất phản kháng lớn nhất có thể của nút; Qmin: Công suất phản kháng nhỏ nhất có thể của nút Khi giải... Thị Thu Đồ án tốt nghiệp – Phần mềm PSS/E Pgen (MW): Công suất tác dụng đang phát của máy phát, nếu không cho thì để trống, chương trình sẽ tự động nhập giá trị mặc định là 0 Pmax (MW): Công suất tác dụng phát cực đại của máy phát, không cho thì để trống Pmin (MW): Công suất tác dụng phát cực tiểu của máy phát, không cho thì để trống Qgen (MVAr): Công suất phản kháng đang phát của máy phát, nếu không... phần mềm PSS/E ta thu được ở các bảng mà ta đã nhập dữ liệu trước khi tính toán các giá trị về công suất phát (công GVHD: TS Trần Thanh Sơn Thu Trang 35 SVTH: Nguyễn Thị Đồ án tốt nghiệp – Phần mềm PSS/E suất tác dụng và công suất phản kháng) của nút cân bằng và giá trị điện áp (biên độ và góc pha) của cỏc nỳt Ngoài ra, ta có thể xem dòng công suất của cỏc nhỏnh mà nối với một nút và các thông số của. .. phản kháng phát cực đại của máy phát, không cho thì để trống Qmin (MVAr): Công suất phản kháng phát cực tiểu của máy phát, không cho thì để trống Mbase (MVA): Công suất định mức của máy phát, không sử dụng trong tính toán trào lưu công suất mà được sử dụng trong tính toán sự cố, ổn định R Source (pu): Điện trở trong của máy phát, nhập vào ở đơn vị pu ứng với công suất định mức của máy phát, không có... Data: Mã của trở kháng máy biến áp, dùng xác định tính trở kháng của máy biến áp theo công suất cơ bản của toàn hệ thống (Zpu system base), theo công suất của từng cuộn dây (Zpu Winding base) hay theo tổn thất không tải và phần trăm dòng điện không tải (Load loss and Z) Admittance I/O Data: Mã của tổng dẫn các cuộn dây, dùng xác định giá trị tổng dẫn nhập vào được tính theo công suất cơ bản của hệ... hai cuộn dây 3 và 1 của máy biến áp Winding 1-2 MVA Base: Công suất đặt giữa cuộn dây 1 và 2 của máy biến áp; Winding 2-3 MVA Base: Công suất đặt giữa cuộn dây 2 và 3 của máy biến áp; Winding 3-1 MVA Base: Công suất đặt giữa cuộn dây 3 và 1 của máy biến áp GVHD: TS Trần Thanh Sơn Thu Trang 30 SVTH: Nguyễn Thị Đồ án tốt nghiệp – Phần mềm PSS/E Star Point Bus: modul điện áp tương đối của nút trung tính... sang đơn vị tương đối Lưới điện xét gồm đầy đủ các phần tử tiêu biểu của hệ thống như máy phát, máy biến áp 2 cuộn dây, máy biến áp 3 cuộn dây, đường dây và phụ tải như hình vẽ: 3 T H MF 1 C B1 220kV pt 4 2 B2 5 Hình 9: Sơ đồ lưới Các thông số của các phần tử của lưới như sau: GVHD: TS Trần Thanh Sơn Trang 17 SVTH: Nguyễn Thị Thu Đồ án tốt nghiệp – Phần mềm PSS/E '' Máy phát: Có công suất 141 [MVA], Uđm... Data: Mã của trở kháng máy biến áp, dùng xác định tính trở kháng của máy biến áp theo công suất cơ bản của toàn hệ thống (Zpu system base), theo công suất của từng cuộn dây (Zpu Winding base) hay theo tổn thất không tải và phần trăm dòng điện không tải (Load loss and Z) Admittance I/O Data: Mã của tổng dẫn các cuộn dây, dùng xác định giá trị tổng dẫn nhập vào được tính theo công suất cơ bản của hệ... không tải và phần trăm dòng điện không tải W1-2 R (pu or watts): Điện trở giữa hai cuộn dây 1 và 2 của máy biến áp; W1-2 X (pu or watts): Điện kháng giữa hai cuộn dây 1 và 2 của máy biến áp; W2-3 R (pu or watts): Điện trở giữa hai cuộn dây 2 và 3 của máy biến áp; W2-3 X (pu or watts): Điện kháng giữa hai cuộn dây 2 và 3 của máy biến áp; W3-1 R (pu or watts): Điện trở giữa hai cuộn dây 3 và 1 của máy biến... 2 Wnd 2 Nominal kV: Điện áp định mức của cuộn dây 2 Wnd 3 Ratio (pu or kV): Hệ số điều chỉnh điện áp ở cuộn dây 3 của máy biến áp ba cuộn dây và tự ngẫu Wnd 3 Nominal kV: Điện áp định mức của cuộn dây 3 của máy biến áp ba cuộn dây và tự ngẫu Winding MVA: Công suất đặt của máy biến áp, nếu không cho thì để trống, chương trình sẽ nhập bằng giá trị công suất cơ bản của hệ thống Các thông số còn lại để . nghiệp – Phần mềm PSS/E PHẦN I NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH PSS/E ĐỂ MÔ PHỎNG CHẾ ĐỘ XÁC LẬP HTĐ GVHD: TS. Trần Thanh Sơn SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang 1 Đồ án tốt nghiệp – Phần mềm PSS/E GIỚI. 50 nút. Đề tài này sử dụng chương trình PSSđE University phiên bản 32.0.5. 1.1 Giao diện Trên Hình 1 là giao diện của phần mềm khi khởi động. Giao diện của phần mềm gồm các thành phần sau: Quản lý. phát của các nguồn để kiểm tra tình trạng làm việc của các thiết bị và có biện pháp xử lý thích hợp. Trong chương này chúng ta sẽ xét ứng dụng của phần mềm PSS/E để mô phỏng chế độ xác lập của