Phần mềm được dung để thiết kế , mô phỏng sự vận hành của hệ thống điện dựa trên các thông số của hệ thống, có khả năng phân tích và tính toán các thông số của hệ thống như: dòng công su
SƠ LƯỢC VỀ PHẦN MỀM POWERWORLD
PowerWorld là gì ?
Phần mềm mô phỏng PowerWorld của công ty PowerWorld được phát hành nhiều phiên bản nhằm hỗ trợ thiết kế và vận hành hệ thống điện một cách chính xác Phần mềm chuyên dùng để mô phỏng hoạt động của hệ thống điện dựa trên các thông số kỹ thuật, giúp phân tích và tính toán các chỉ số quan trọng như dòng công suất tối ưu (OPF), đánh giá độ ổn định hệ thống (PVQV) và phân tích khả năng truyền tải (ATC) Với khả năng mô phỏng đa dạng, PowerWorld là công cụ đắc lực cho các kỹ sư điện trong việc tối ưu hóa vận hành hệ thống điện, nâng cao hiệu quả và độ ổn định của lưới điện.
Ứng dụng của PowerWorld
Powerworld là phần mềm có khả năng phân tích hệ thống điện lớn với nhiều thanh cái
Phần mềm thiết kế hệ thống điện giúp tạo ra các bản thiết kế nhanh chóng, dễ dàng sử dụng với độ tin cậy cao Nó cho phép phân tích các thông số hệ thống qua bảng số liệu, biểu đồ và đồ thị, giúp kiểm soát, điều chỉnh và sửa chữa kịp thời để tránh tổn thất không đáng có Trong quá trình thiết kế, đặc biệt cần chú trọng đến việc giảm chi phí điện năng mà vẫn duy trì độ tin cậy của hệ thống.
Và phần mềm này cho phép ta tính toán được điều đó thông qua tính toán chi phí sử dụng của hệ thống ngoài thực tế.
Bên cạnh những công cụ dung trong việc thiết kế hệ thống, phần mềm còn có những công cụ mở rộng khác (Simulator Add-On Tools)
- Công cụ đánh giá tính ổn định và tương thích của điện áp (Voltage Adequacy And
- Công cụ xác định dòng công suất tối ưu (Optimal Power Flow Tool).
- Công cụ xác định tính an toàn dòng công suất tối ưu (Security Constrained
- Công cụ phân tích khả năng truyền tải của hệ thống (Available Transfer
- Khả năng tự động hóa (Simulator Automation Sever).
TÌM HIỂU SỬ DỤNG POWER WORLD
Các bước thành lập các phần tử của một mạng điện
2.1 Thành lập một thanh cái (bus)
Trên thanh Edit Toolbar click trái vào biểu tượng thanh cái
Sau đó click trái vào vùng làm việc, chương trình sẽ hiện ra một hộp thoại sau:
“Bus number” và “bus name” là nơi điền số thứ tự và tên của thanh cái
Vùng hiển thị (display) cho phép thanh cái đặt ngang (horizontal bar), đặt dọc (vertical bar), đặt hình vòng (oval), hay hình chữ nhật (rectangle) Các chỉ số
“pixel thickness” và “display size” độ dày và kích thước hiển thị của thanh cái GVHD: TS NGUYỄN HÙNG 4 SVTH: NGUYỄN QUỐC HUY
Khi mạng điện có quy mô lớn, bạn cần điền số thứ tự và tên của vùng và khu vực vào mục “Area and zone” Điện áp định mức của thanh cái được gọi là “Nominal voltage”, còn “voltage” là điện áp (V) và “angle” là góc pha điện áp (độ) được đặt tại thanh cái Hiểu rõ các thông số này giúp đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả của hệ thống điện.
Trong hệ thống điện, "System slack bus" được chọn làm bus chính để cung cấp cân bằng công suất toàn hệ thống Mỗi hệ thống đều cần có một "slack bus", và bus này phải là bus kết nối trực tiếp với máy phát để đảm bảo tính ổn định và hiệu quả vận hành của hệ thống Việc lựa chọn đúng "slack bus" là yếu tố quan trọng trong phân tích và điều khiển lưới điện.
Sau khi hoàn tất bấm OK
2.2 Thành lập một máy phát (generator)
Trong thanh công cụ chỉnh sửa (Edit Toolbar), chọn biểu tượng máy phát rồi nhấn chuột trái vào vùng làm việc gần một bus có sẵn, giúp mở ra hộp thoại mới để tiến hành các thao tác cần thiết trong quá trình chỉnh sửa hoặc thiết kế.
Bạn có thể điền tên và số thứ tự của bus mà máy phát sẽ kết nối vào, giúp quá trình cài đặt trở nên dễ dàng hơn Khi nhấp vào vùng làm việc gần bus sẵn có, phần mềm sẽ tự động gắn máy phát vào bus đó để tiết kiệm thời gian cấu hình Trạng thái của máy phát được hiển thị rõ ràng: “Open” biểu thị hở mạch, còn “Closed” là đóng mạch vào hệ thống Ngoài ra, bạn còn có thể điều chỉnh kích thước hiển thị của máy phát để phù hợp với nhu cầu quan sát, nâng cao hiệu quả làm việc.
“Display Information”, và cũng có thể thay đổi hướng hiển thị của máy phát là bên trái (left), phải (right), lên (up) hay xuống (down)
GVHD: TS NGUYỄN HÙNG 6 SVTH: NGUYỄN QUỐC HUY
Trong phần MW control, người dùng cần điền các giá trị P phát, bao gồm công suất phát dự kiến (MW output), công suất nhỏ nhất (Min MW output) và công suất lớn nhất (Max MW output) Các tùy chọn “Available for AGC” và “Enforce MW limit” tự động điều chỉnh và giới hạn công suất phát thực tế để đảm bảo hiệu quả hoạt động của hệ thống.
Voltage control: điền các giá trị Q máy phát (Mvar output), giá trị nhỏ nhất
(Min Mvar) và giá trị lớn nhất (Max Mvar) của Q máy phát “Available for
AVR” tự động điều chỉnh điện áp đầu cực máy phát, “setpoint voltage” là điện áp đặt đầu cực máy phát.
Chọn “cubic cost model” để xác định đường cong chi phí máy phát là dạng:
C(Pgi) = (d*Pgi^3 + c*Pgi^2 + b*Pgi + a) * (fuel cost), chọn “piecewise linear” để xác định đường cong chi phí dạng tuyến tính hoá
“Fule cots” giá nhiên liệu,“Number of break points” là số điểm mà ta muốn gần đúng đường cong thành những đoạn thẳng.
GVHD: TS NGUYỄN HÙNG 8 SVTH: NGUYỄN QUỐC HUY
“Generator MVA Base” là công suất (S) cơ bản của máy phát
“Positive Sequence Internal Impedace”: tổng trở thứ tự thuận
“Negative Sequence Internal Impedace”: tổng trở thứ tự nghịch
“Zero Sequence Internal Impedace”: tổng trở thứ tự không
“Neutral-to-Ground Impedance”: tổng trở nối đất
“Generator Step Transfomer”: tổng trở máy biến áp mô hình (mặc định là không có)
Sau khi thiết lập các thông số xong click OK.
Trên thanh Edit Toolbar chọn biểu tượng của máy biến áp.
Sau đó sử dụng chuột click vào 2 thanh cái mà máy phát nối vào (giống vẽ đoạn thẳng) ta được hộp thoại sau:
Sau khi nhập tên và số thứ tự của hai tuyến bus kết nối với máy biến áp (thường chương trình sẽ tự động thực hiện công việc này), bạn cần điền các giá trị tổng trở R, L, C hoặc B vào các ô tương ứng như “Resistance”, “Reactance” và “Charging” Quá trình này giúp xác định chính xác các đặc tính điện của hệ thống, tối ưu hóa hoạt động của máy biến áp và đảm bảo hiệu suất vận hành ổn định Việc điền đúng các thông số này là bước quan trọng để mô phỏng và phân tích hệ thống điện hiệu quả, đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật và đảm bảo an toàn hệ thống.
“Limit A”, “Limit B”, “Limit C” là các giới hạn công suất của máy biến áp, chương trình cho phép sử dụng 3 giá trị giới hạn khác nhau.
GVHD: TS NGUYỄN HÙNG 10 SVTH: NGUYỄN QUỐC HUY
Sau khi click vào “Fault Parameters”, hộp thoại sẽ hiện ra để bạn điền các giá trị tổng trở thứ tự không vào các ô R, X, C; hệ thống thường tự động điền các giá trị này khi bạn nhập tổng trở thứ tự thuận Chọn “Configuration” để thiết lập kiểu đấu của các cuộn dây biến áp Sau khi hoàn tất thiết lập các thông số, nhấn OK để xem kết quả hiển thị như hình minh họa.
Trên thanh Edit Toolbar chọn vào biểu tượng của đường dây.
Sau khi chọn xong tương tự máy biến áp, ta tiến hành vẽ đường dây liên kết giữa hai thanh cái, giống như vẽ một đường thẳng trong phần mềm Paint Quá trình này giúp xác định rõ vị trí và kết nối của các thành phần trong sơ đồ Sau khi hoàn thành việc vẽ, hệ thống sẽ hiển thị một hộp thoại để xác nhận và lưu lại bước vẽ này, đảm bảo tính chính xác của sơ đồ mạch điện.
GVHD: TS NGUYỄN HÙNG 12 SVTH: NGUYỄN QUỐC HUY
Hoàn toàn tương tự máy biến áp, ta cũng điền các thông số điện áp định mức
(thường mặc định theo bus), tổng trở, giá trị công suất truyền tối đa…
Trên thanh Edit Toolbar chọn biểu tượng của tải, như hình sau:
Sau đó click vào gần bus mà ta muốn đặt tải, ta được một hộp thoại sau:
Sau khi thiết lập các thuộc tính hiển thị như kích thước và hướng quay, bước tiếp theo là điền các giá trị công suất tiêu thụ (MW) để đảm bảo tính chính xác của mô hình hoặc dự án Việc này giúp xác định rõ mức năng lượng tiêu thụ của thành phần, hỗ trợ trong việc tối ưu hóa hiệu suất và quản lý năng lượng hiệu quả Đảm bảo điền đầy đủ các thông số công suất tiêu thụ là yếu tố quan trọng để đạt được kết quả chính xác và tối ưu trong quá trình thiết kế và vận hành hệ thống.
Value”: công suất thực và “Mvar Value”: công suất phản kháng tiêu thụ) Sau đó nhấn OK Kết quả được như hình sau:
GVHD: TS NGUYỄN HÙNG 14 SVTH: NGUYỄN QUỐC HUY
Trên thanh Edit Toolbar, chọn biểu tượng của máy bù, như hình sau:
Tương tự như tải ta cũng click vào thanh cái cần bù, ta được hộp thoại sau:
Để thiết lập các thiết bị, bạn cần đặt các thông số hiển thị (display) phù hợp trước Sau đó, điều chỉnh giá trị bù định mức (Nominal Mvar) để đảm bảo hoạt động chính xác Chọn chế độ điều khiển “Fixed”, “Discrete” hoặc “Continuous” để thiết lập các giá trị điện áp cao nhất và thấp nhất cho phép so với giá trị mong muốn Các chế độ này giúp chia quá trình bù thành nhiều bước nhỏ hơn, tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của thiết bị.
Sau khi thiết lập xong ta được kết quả như sau:
GVHD: TS NGUYỄN HÙNG 16 SVTH: NGUYỄN QUỐC HUY
2.6 Các vấn đề khi vận hành
Chạy một hệ thống (case)
Sau khi đã thiết lập các thông số, bạn nhấn nút “Run Mode” trên thanh Toolbar để bắt đầu quá trình chạy mô phỏng, rồi nhấn nút “Play” Ví dụ, khi đã thiết lập thành công một case, hệ thống sẽ thực hiện mô phỏng dựa trên các tham số đã thiết lập, giúp bạn phân tích kết quả chính xác và nhanh chóng.
Ví dụ ta lấy một hệ thống có sơ đồ như trên Bây giờ muốn thay đổi tải ở thanh cái
“ba” ta làm như sau:
Cách 1: click phải vào tải đó, sau khi hộp thoại hiện ra, ta thay đổi giá trị“MW
Value” hay “Mvar Value” tương ứng với công suất tác dụng và phản kháng, ví dụ thoại sau:
Thay đổi giá trị "Delta per Mouse Click" giúp điều chỉnh mức tăng hoặc giảm công suất hay phản kháng mỗi khi nhấp chuột vào nút tăng giảm tải Ví dụ, nếu chọn giá trị là 50, mỗi lần click sẽ làm tăng hoặc giảm công suất hoặc phản kháng 50 MW hoặc 50 Mvar Sau khi nhấn OK, hệ thống sẽ hiển thị kết quả tương ứng với mức điều chỉnh này.
GVHD: TS NGUYỄN HÙNG 18 SVTH: NGUYỄN QUỐC HUY
Bây giờ ta chỉ việc click chuột vào nút tăng hay giảm của P hay Q tương ứng
Chẳng hạn để được giá trị P= 100MW và Q= 100 Mvar, ta bấm giảm P 2 lần và tăng Q 1 lần Kết quả được như sau:
2.8 Thay đổi công suất phát của máy phát:
Tương tự như tải ta cũng có hai cách thay đổi công suất phát của máy phát đổi các giá trị mong muốn
Để điều chỉnh giá trị của P phát hoặc Q phát trên máy phát, người dùng cần nhấn chuột phải vào giá trị hiển thị Sau đó, một hộp thoại sẽ xuất hiện, cho phép bạn thay đổi giá trị "Delta Per" phù hợp Quá trình này giúp tùy chỉnh các tham số của hệ thống dễ dàng và chính xác hơn.
Ví dụ thay đổi công suất của máy phát ở thanh cái “hai”, chọn giá trị “Delta per Mouse Click”là 50, thay đổi P0 MW và Q PMvar, ta được như sau:
GVHD: TS NGUYỄN HÙNG 20 SVTH: NGUYỄN QUỐC HUY
2.9 Thay đổi điện áp đầu cực máy phát Để thay đổi điện áp đầu cực máy phát ta click phải vào máy phát cần thay đổi, sau đó chọn “Information Dialog…” ,khi hộp thoại hiện ra ta thay đổi giá trị
“Desired Reg Bus Voltage” thành giá trị mà ta mong muốn, sau đó bấm OK
Trong ví dụ trước, các máy phát đều có điện áp đầu cực là 1.05pu; khi giảm xuống còn 1pu cho tất cả các máy phát, người dùng cần thay đổi giá trị này trong hộp thoại Sau khi chỉnh sửa máy phát đầu tiên, nhấn nút “save” để lưu cấu hình, rồi sử dụng nút lên để áp dụng thay đổi cho các máy phát khác, đảm bảo việc điều chỉnh điện áp diễn ra chính xác và hiệu quả.
Kết quả thu được như hình sau:
2.9.1 Cắt một phần tử đang hoạt động trên một mạng điện
SƠ ĐỒ HỆ THỐNG ĐIỆN 14 BUS POWERWORLD
Sơ đồ hệ thống điện 14 Bus
Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống điện 14 Bus
GVHD: TS NGUYỄN HÙNG 28 SVTH: NGUYỄN QUỐC HUY
Sơ đồ hệ thống điện 14 Bus trên PowerWorld
# Mag (pu) Ang (deg) P (MW) Q (Mvar) P (MW) Q (Mvar)
Hình 3.3 Điện áp và công suất nút
GVHD: TS NGUYỄN HÙNG 30 SVTH: NGUYỄN QUỐC HUY
Hình 3.4 đường dây và máy biến áp
Ngắn mạch 1 pha chạm đất: Điện áp các bus
Dòng trên các đường dây và biến áp:
GVHD: TS NGUYỄN HÙNG 32 SVTH: NGUYỄN QUỐC HUY
Dòng trên các máy phát: