Đang tải... (xem toàn văn)
PHÂN MỀM TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN
PHẦN MỀM TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ðIỆN Ts. NGUYỄN ðăng Toản Khoa HTð-ðHðL Email: toannd@epu.edu.vn Tel: 0932282229 TS. Nguyễn ðăng Toản 2 3/9/2011 Tóm tắt nội dung Thi: trên máy tính Nội dung Giới thiệu chung Bài toán trào lưu công suất POWERWORLD (tính toán cho lưới truyền tải) PSS/E (tính toán cho lưới truyền tải) PSS/ADEPT (tính toán cho lưới phân phối) DOCWIN (Tính toán lưới hạ áp) EMTP TS. Nguyễn ðăng Toản 3 3/9/2011 1.1 Lịch sử phát triển của HTð Năm 1882, Thomas Alva Edison lần ñầu thiết lập nhà máy ñiện ở Mỹ, với tải là 400 bóng ñèn, công suất 83 W/1bóng. ðiện áp là 110 V một chiều (dc=direct current) ðồng thời ở châu ÂU, các HTð cũng truyền tải, phân phối ñiện năng ñến phụ tải cho mục ñích sử dụng chung (chiếu sáng các con ñường, quảng trường) 1. Giới thiệu chung Năm 1885, Ferranti thiết kết một htñ, bắt ñầu từ một nhà máy ñiện ở Deptford bên bờ sông Thames ñể cung cấp ñiện cho thủ ñô London: Sử dụng dòng ñiện xoay chiều, Dùng hệ thống cáp ngầm ðiện áp 10kV http://www.wikipedia.com/ Bóng ñèn của Edison TS. Nguyễn ðăng Toản 4 3/9/2011 1.1 Lịch sử phát triển của HTð (tiếp) Hai yếu tố quyết ñịnh ñến sự phát triển của HTð hiện nay là: Sự phát minh MBA (chỉ làm việc với dòng ñiện xoay chiều) Sự phát minh của Từ trường quay: =>ñộng cơ và máy phát ñiện nhiều pha Cuối cùng, những người ủng hộ htd-AC ñã chiến thắng “Cuộc chiến các hệ thống ñiện” 1. Giới thiệu chung Phát minh của Tesla (US390721): máy phát ñiện Dynamo Ngày nay, HTð chủ yếu dùng hệ thống dòng ñiện 3 pha xoay chiều http://www.wikipedia.com/ TS. Nguyễn ðăng Toản 5 3/9/2011 1. 2 Sự phát triển của HTð và sự cần thiết PMTTHTð IPP ðường dây Liên lạc Hệ thống khác MV/LV Tải công nghiệp Tải công nghiệp HV/MV Tải dân dụng HV/MV MV/LV Tòa nhà Hạt nhân Than Thủy ñiện Cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên Phi ñiều tiết Nguồn Truyền tải Phân phối HTð ñóng một vai trò quan trọng và ngày càng phát triển ðiện phân tán Tải tăng Áp lực môi trường IPP Tính toán phức tạp Cần thiết các công cụ tính toán (PMTTHTð) 1. Giới thiệu chung TS. Nguyễn ðăng Toản 6 3/9/2011 1.3 Các loại hiện tượng xảy ra trong HTð Phân loại các hiện tượng theo thời gian Quá ñiệ ệệ ện áp do sét Quá ñiệ ệệ ện áp do ñóng/cắ ắắ ắt ñ/d Cộ ộộ ộng hưở ởở ởng tầ ầầ ần số ốố ố thấ ấấ ấp Ổ ỔỔ Ổn ñị ịị ịnh quá ñộ ộộ ộ/dao ñộ ộộ ộng bé Chế ếế ế ñộ ộộ ộ ñộ ộộ ộng dài hạ ạạ ạn ðiề ềề ều chỉ ỉỉ ỉnh ñ/d liên lạ ạạ ạc ðiề ềề ều chỉ ỉỉ ỉnh tả ảả ải ngày 10 -7 10 -6 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 0.1 1 10 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 Khoảng thời gian (giây: s) 1µ µµ µs , ở ởở ở tầ ầầ ần số ốố ố 50Hz Khoả ảả ảng 1 chu kỳ ỳỳ ỳ 1s 1 phút 1 giờ ờờ ờ 1 ngày Quá ñộ ñiện từ Quá ñộ ñiện cơ Bài toán offline PSS/E, EUROSTAG, DIGISLENT… EMTP_RV, PSCAD,…. Cần chọn ñúng công cụ, tương ứng với các hiện tượng cần nghiên cứu 1. Giới thiệu chung TS. Nguyễn ðăng Toản 7 3/9/2011 1.3 Các loại hiện tượng xảy ra trong HTð Ví dụ: khi nghiên cứu ổn ñịnh các phần tử trong HTð MBA tự ñộng ñiều áp dưới tải Giới hạn kích từ Chế ñộ ñộng do vận hành ðiều chỉnh dòng công suất trên ñ/d liên lạc 0.1 1 10 100 1000 10000 Khoả ảả ảng thờ ờờ ời gian (giây: s) Ổn ñịnh ngắn hạn Ổn ñịnh dài hạn Ổn ñịnh trung hạn SVC Quán tính ñộng của MPð Q/tr ñộng của MPð/kích từ ðóng cắt tụ ñiện Q/tr ñộng của ñộng cơ ñiện ðiều khiển bộ tua bin-máy phát 1. Giới thiệu chung TS. Nguyễn ðăng Toản 8 3/9/2011 1.4 Vấn ñề cần quan tâm khi chọn PMTTHTð Các dạng mô phỏng Tùy theo mục ñích nghiên cứu mà người ta sẽ dùng các mô phỏng khác nhau Môi trường mô phỏng Môi trường phụ thuộc thời gian Môi trường phụ thuộc tần sô Các thiết bị trong thư viện Sự sẵn có của các mô hình thiết bị ñiện như MPð, MBA, kích từ, ñường dây Sự thân thiện người-máy Sử dụng dễ dàng, các tính năng phụ trợ như in ấn, xuất ra file số liệu, kết quá Sự tuân theo các tiêu chuẩn Các tiêu chuẩn kỹ thuật và công nghiệp, ví dụ như IEEE, IEC, Mô hình và phương pháp toán học Tuyến tính và phi tuyến Tiêu chuẩn tĩnh và ñộng Thông số tổng hợp và thông số dải Liên tục và rời rạc Xác ñịnh và không xác ñịnh Các phương pháp phân tích Phân tích chế ñộ xác lập: xác ñịnh trào lưu công suất, ñiện áp, tổn thất… Phương pháp giả xác lập: tính toán ngắn mạch, và sóng hài. Phân tích ñộng: kiểm tra xem HTð có mất ổn ñịnh, thậm chí sụp ñổ ñiện áp khi trải qua các kích ñộng và ñể xác ñịnh giới hạn vận hành của HTð Phân tích quá trình quá ñộ: mô phỏng sự làm việc theo thời gian thực, bao gồm các mô hình phi tuyến, sự mất cân bằng ñiện kháng, thông số phụ thuộc tần số… 1. Giới thiệu chung TS. Nguyễn ðăng Toản 9 3/9/2011 1.5 Một số PMTTHTð ñiển hình 1. EMTP-RV 2. PSCAD 3. EMPT-ATP 4. PSS@NETOMAC 5. NEPLAN 6. PSS/E-ADEPT 7. PSLF 8. EUROSTAG 9. SKM 10. CYME 11. DIgSILENT 12. SIMPOW 13. POWERWORLD 14. EDSA 15. IPSA 16. ETAP 17. ASPEN 18. Easy Power 1. Giới thiệu chung TS. Nguyễn ðăng Toản 10 3/9/2011 1.5 Một số PMTTHTð ñiển hình 19. DSA-TOOLS 20. MATPOWER 21. PSAT 22. MICROTRAN 23. SIMPOWER SYSTEM 24. UWPFLOW 25. PQWeb, SuperHarm, 26. FENDI 27. HOMER, HYBRID 2 28. ObjectStab 29. SPIRA 30. Quickstab 31. CAPE 32. DINIS 33. SPARD 34. PacDyn 35. MiPower 36. TRANSMISSION 2000 37. DOCWIN 1. Giới thiệu chung TS. Nguyễn ðăng Toản 11 3/9/2011 1.5 Một số PMTTHTð ñiển hình Các phần mềm: Thương mại: Do các công ty phần mềm phát hành, Chính xác, dễ dùng, số lượng mô hình lớn nhưng ðắt tiền, Miễn phí: Do các trung tâm nghiên cứu phát triển, số lượng mô hình ít, khó dùng, nhưng miễn phí Các tính năng: Quá ñộ ñiện từ, ñiện cơ Các dạng ổn ñịnh Góc, tần số, ñiện áp Các bài toán tối ưu… Các bài toán offline Xem thêm trong báo cáo 1. EMTP-RV 2. PSCAD 3. EMPT-ATP 4. EUROSTAG 5. CYME 6. DIgSILENT 7. POWERWORLD 8. UWPLOW 9. SIMPOW 10. …. 1. Giới thiệu chung TS. Nguyễn ðăng Toản 12 3/9/2011 2.1 Các vấn ñề chung của bài toán trào lưu công suất Cần thiết cho mọi các bài toán khác Qui hoạch Thiết kế Vận hành Các bài toán nghiên cứu khác Cho biết các thông tin U (V), I(A), δ, P (MW), Q (MVAr) trên các nhánh, tổn thất,… … Là bài toán ñại số phi tuyến F(x)=0 Trong ñó x là: U, I, P, Q, δ… 2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất TS. Nguyễn ðăng Toản 13 3/9/2011 2.1 Các vấn ñề chung của bài toán trào lưu công suất Yêu cầu tính toán các thông số P, Q, V, δ Thường biết 2 trong 4 thông số, phải tính 2 thông số còn lại Các loại nút Nút cân bằng: cho biết modul V và δ cần tìm P,Q ( nút này thường là nút nhà máy ñiện)- Slack hay Swing bus. Trong HTð thường chỉ có một nút cân bằng Nút PV: hay còn gọi là nút ñiều chỉnh ñiện áp, biết P, V, cần tính Q, δ. Thường là nút nhà máy ñiện hoặc nút có máy bù, tụ bù, FACTS Nút PQ: thường là nút phụ tải, biết PQ, cần tính V và δ, số lượng nút PQ là nhiều nhất trong HTð 2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất TS. Nguyễn ðăng Toản 14 3/9/2011 2.2 Mô hình thiết bị ðường dây Mô hình ñường dây dài và trung bình Mô hình ñường dây hạ áp Phụ tải Thông thường, ðộng cơ / khác Máy biến áp MBA thông thường Có bộ phận ñiều áp dưới tải Máy phát ñiện Cơ bản Chi tiết Các thiết bị khác HVDC. FACTS, …. Chú ý: Mô hình thiết bị cho mỗi nghiên cứu khác nhau là khác nhau 2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất TS. Nguyễn ðăng Toản 15 3/9/2011 ðƯỜNG DÂY TẢI ðIỆN G B X R G B 2.2.1 ðường dây tải ñiện 2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất TS. Nguyễn ðăng Toản 16 3/9/2011 ð/dtt là thiết bị q/t trong htñ Có nhiều loại ñ/d khác nhau Trên không/cáp ngầm… Các thông số cơ bản của ñ/d trên không: R, G, L,C ( ) )/( ln 2 )( )/(ln102 3/1 7 mF r D k C mdddD mH D D xL eq cabcabeq s eq = = = − π Trong ñó D eq là k/cách tính toán d ab ,d bc ,d ca : khoảng cách giữa các pha r: bán kính dây dẫn ðường dây cáp ngầm Cũng có các thông số cơ bản Có một số tính chất khác: Các pha ñặt gần nhau hơn ðược quấn quanh bởi lớp cách ñiện, tấm chắn kim loại Cách ñiện hiện nay chủ yếu là loại XLPE 2.2.1 ðường dây tải ñiện 2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất TS. Nguyễn ðăng Toản 17 3/9/2011 ðường dây ngắn Z=(R+jX)=(r 0 +jωL)l Mô hình mạng hai cửa V 1 =AV 2 +BI 2 I 1 =CV 2 +DI 2 Trong ñó: A= 1, B=Z, C=0, D=1 Vì V 1 = V 2 +ZI 2 I1 = I2 ðường dây trung bình:dùng mô hình π Z=(R+jX) Y=(g+jωC) Nếu dùng mô hình mạng 2 cửa: V 1 =AV 2 +BI 2 I 1 =CV 2 +DI 2 Trong ñó: A=(1+ZY/2), B=Z, C=Y(1+YZ/4), D=(1+ZY/2) 2.2.1 ðường dây tải ñiện 2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất TS. Nguyễn ðăng Toản 18 3/9/2011 Ví dụ xét ñoạn của ñ/d dài z=R+jωX y=G+JωC Một ñoạn rất nhỏ ðiện áp: dV=i.(z.dx) =>i.z=(dV/dx) Dòng ñiện: di=V.y.dx => di/dx = V.y Từ hai p/trình trên ta có Giả sử ta biết ð/a và d/ñ ở cuối ñ/dây (x=0) 2.2.1 ðường dây tải ñiện 2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất TS. Nguyễn ðăng Toản 19 3/9/2011 Trong ñó Z C là tổng trở ñặc tính γ là hằng số truyền sóng ðối với ñ/d tải ñiện thông thường (G=~0, R<<ωL) Nếu ñ/d là không tổn thất, R=0, thì và Khả năng mang tải tự nhiên (natural load or surge impedance load -SlL) SIL=V o 2 /Z C (W) Nếu V 0 là ñiện áp pha=> công thức trên là SIL pha Nếu V 0 là ñiện áp dây=> công thức trên là SIL 3 pha Dòng và áp: Dòng và áp cùng pha với nhau dọc theo ñ/d C L Z C = LCj ωγ = 2.2.1 ðường dây tải ñiện 2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất TS. Nguyễn ðăng Toản 20 3/9/2011 Sơ ñồ thay thế hình π Ze=~Z=R+JX Ye=~Y/2 ð/dây Ngắn (<80km) (có thể bỏ qua Ye Trung bình (>80km, <200km) ( có thể biểu diễn bằng sơ ñồ hình π thông thường Dài (>200km) Phân thành các ñ/dây trung bình, Ví dụ về một số ñường dây ð/d 500kV, với chiều dài 160km, tính các thông số của sơ ñồ thay thế X=52Ohm= 0,2pu B=Y/2=0,1pu B C = 160x5.20x 10 -6 = 8. 32x 10 -4 siemens B C = 8. 32x 10 -4 250=0.208pu 2.2.1 ðường dây tải ñiện 2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất [...]... áp … Powerworld ch ng t tính ưu vi t trong vi c phân tích HTð và có tính minh h a, d hi u ñ c bi t cho nh ng k sư không ph i là chuyên ngành h th ng ñi n Cho nên r t h u d ng trong vi c gi ng d y và nghiên c u 3/9/2011 TS Nguy n ðăng To n 65 4 Ph n m m Power World 4 Ph n m m tính toán Powerworld Cài ñ t Các thanh công c Ví d tính toán Trào lưu công su t Ng n m ch trong HTð Tính toán quá trình quá ñ …... Qi ( k ) 3/9/2011 TS Nguy n ðăng To n 63 3 Bài toán trào lưu công su t 3.3 Phương pháp tính toán: Newton-Raphson Góc và ñi n áp s ñư c tính δ i ( k +1 ) = δ i ( k ) + ∆δ i ( k ) Vi ( k +1 ) = Vi ( k ) + ∆ Vi ( k ) Quá trình tính toán ti p t c cho ñ n khi: ∆Pi ( k ) ≤ ε ∆Qi ( k ) ≤ ε 3/9/2011 TS Nguy n ðăng To n 64 4 Ph n m m Power World 4 Ph n m m tính toán Powerworld PowerWorld Simulator (Simulator)... là bi t trư c, c n ph i tính Qi(k+1) và sau ñó tính Vi(k+1) tuy nhiên thì ph n |Vi| bi t trư c, ch ph n o c a Vi gi l i, còn ph n th c c n tính sao cho (e ) + (f ( k +1) 2 i ei ( k +1) = ) =V ) − (f ( k +1) 2 i Vi 2 i 2 ( k +1) 2 i Ví d (page211) 3/9/2011 TS Nguy n ðăng To n 53 3 Bài toán trào lưu công su t 3.3 Phương pháp tính toán: Newton-Raphson ðư c dùng r ng rãi ñ tính toán nghi m c a phương trình... ∆x (1) = 4,8889 − TS Nguy n ðăng To n 56 3 Bài toán trào lưu công su t 3.3 Phương pháp tính toán: Newton-Raphson V i m t h th ng n n cũng tương t M i bư c l p ph i tính l i ma tr n J ( ma tr n Jacobian) T c ñ h i t nhanh Kh năng h i t ph thu c vào ñi m d ñoán nghi m ban ñ u 3/9/2011 57 TS Nguy n ðăng To n 3 Bài toán trào lưu công su t 3.3 Phương pháp tính toán: Newton-Raphson Xét hpt mô t HTð & Ii =... 3 Bài toán trào lưu công su t 3.2 Phương pháp tính toán: Gauss-Seidel Tính toán cho HTð Phương trình c n b ng theo ñ nh lu t Kirchoff 1 n n j= 0 j=1 Ii = Vi ∑ y ij −∑ yij Vj j ≠ i Công su t tác d ng và ph n kháng Pi + jQ i = Vi I i Ii = * Ii P − jQ Ii = i * i Vi Thay vào ta có yi1 Vi yi2 V1 V2 yin Vn yi0 n n Pi − jQ i = Vi ∑ y ij − ∑ y ij Vj j ≠ i * Vi j= 0 j=1 Phương trình trên dùng ñ tính toán trong... thi t b trong nghiên c u bái toán trào lưu công su t 2.2.4 Máy phát ñi n 3/9/2011 TS Nguy n ðăng To n 34 2 Các mô hình thi t b trong nghiên c u bái toán trào lưu công su t 2.2.4 Máy phát ñi n và HVDC, FACTS Khi tính trào lưu công su t: MPð như là m t ngu n bơm công su t tác d ng và ph n kháng Khi tính toán n ñ nh, t i ưu, các bài toán khác c n có mô hình chi ti t, ñ c tính tiêu hao nhiên li u, các... Bài toán trào lưu công su t 3.3 Phương pháp tính toán: Newton-Raphson B c c a J1 là (n-1)x(n-1) B c c a J2 là (n-1)x(n-1-m) B c c a J3 là (n-1-m)x(n-1) B c c a J4 là (n-1-m)x(n-1-m) Các giá tr c a J1, ∂Pi = ∂δ i n ∑V i ( V j Yij sin θ ij − δ i + δ j ) j ≠1 ∂Pi = − Vi V j Yij sin θ ij − δ i + δ j voi i ≠ j ∂δ j ( 3/9/2011 ) 61 TS Nguy n ðăng To n 3 Bài toán trào lưu công su t 3.3 Phương pháp tính toán: ... toán trào lưu công su t 3.2 Phương pháp tính toán: Gauss-Seidel Là phương pháp l p dùng ñ tính toán nghi m c a pt ñ i s phi tuy n: f(x)=0 Bi n ñ i dư i d ng: x=g(x) N u g i x(k) là nghi m d ñoán ban ñ u, thì nghi m t i bư c l p ti p theo là: x(k+1) =g(x(k) ) Nghi m cu i cùng nh n ñư c khi mà sai s gi a hai bư c l p nh hơn sai s ε cho phép | x(k+1) - x(k) |≤ ε 3/9/2011 TS Nguy n ðăng To n 47 3 Bài toán. .. thi t b trong nghiên c u bái toán trào lưu công su t 2.3 Máy bi n áp 3/9/2011 31 TS Nguy n ðăng To n 2 Các mô hình thi t b trong nghiên c u bái toán trào lưu công su t 2.2.3 Máy bi n áp Trong tính toán trào lưu công su t, MBA ñư c bi u di n b i mô hình pi thông thư ng Khi t s bi n ñ i tương ñ i b ng 1 ( ñ u phân áp v n hành n c 0) sơ ñ tương ñương như hình v Khi dùng ñ u phân áp (n c ñi u ch nh khác... V2 yin Vn yi0 n n Pi − jQ i = Vi ∑ y ij − ∑ y ij Vj j ≠ i * Vi j= 0 j=1 Phương trình trên dùng ñ tính toán trong Gauss-seidel 3/9/2011 TS Nguy n ðăng To n 50 3 Bài toán trào lưu công su t 3.2 Phương pháp tính toán: Gauss-Seidel Khi tính toán trào lưu công su t, ta ph i gi i h phương trình phi tuy n, v i m i nút có hai bi n chưa bi t, n u dùng Gaussseidel thì ta gi i cho Vi sch sch Pi sch − jQ i sch . quay: =>ñộng cơ và máy phát ñiện nhiều pha Cuối cùng, những người ủng hộ htd- AC ñã chiến thắng “Cuộc chiến các hệ thống ñiện” 1. Giới thiệu chung . ñường dây- ñiện áp ñầy tải cuối ñường dây)/ ñiện áp ñầy tải cuối ñường dây (trang1 46) 2.2.1 ðường dây tải ñiện 2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu
