Pbl 6a(htđ) vận hành và Điều khiển hệ thống Điện

Báo cáo đồ án Pbl 6a(htđ) vận hành và Điều khiển hệ thống Điện. Đại học Bách Khoa Đại học Đà Nẵng 2024

LỜI MỞ ĐẦU

Trong sự phát triển mạnh mẽ của kinh tế xã hội cùng đất nước, điện lực đã góp phần không nhỏ đáp ứng nhu cầu phát triển của đất nước, ngày nay khi sự phát triển đang tăng dần một cách nhanh chóng của các lĩnh vực đặc biệt là công nghiệp đòi hỏi nhu cầu tiêu thụ điện năng rất lớn để đáp ứng sản xuất-kinh doanh cũng như những hoạt động sinh hoạt chiếu sáng của xã hội ngày càng cao

Việc tính toán cung cấp điện năng cho các hộ tiêu thụ đang gặp nhiều khó khăn về kỹ thuật và kinh tế nhất là đối với nền kinh tế đang phát triển như nước ta hiện nay Để đảm bảo được độ tin cậy cung cấp điện cần có sự nghiên cứu, khảo sát phân tích một cách chắc chắn để vận hành và điều khiển hệ thống điện một cách tối ưu và có hiệu quả cao, từ đó giảm thời gian mất điện và đảm bảo cung cấp điện một cách liên tục cho các hộ tiêu thụ

Hiện tại nền kinh tế và khoa học kỹ thuật ở nước ta đã đạt được nhiều thành tựu to lớn về mọi mặt thúc đẩy sự phát triển toàn diện, một phần vào trong sự phát triển của nguồn năng lượng đưa ngành điện phát triển thêm nhiều tầm cao mới,như vậy các công nhân và kỹ sư hiện nay phải được

bổ sung thêm kiến thức về vận hành và điều khiển hệ thống điện từ đó góp phần phát triển ngành điện Việt Nam

Đồ án vận hành và điều khiển hệ thống điện của nhóm em gồm 2 phần :

PHẦN 1 : ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Chương 1: Giới thiệu đề tài Chương 2: Giới thiệu phần mềm DIgSILENT Power Factory Chương 3: Tính toán trào lưu công suất

Chương 4: Điều chỉnh tần số trong hệ thống điện Chương 5: Điều chỉnh tần số cho hệ thống điện trên phần mềm DIgSILENT Power Factory

PHẦN 2 : BẢO VỆ RELAY TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Chương 6: Giới thiệu về bảo vệ khoảng cách cho đường dây Chương 7: Tính toán các thông số cho bảo vệ

Chương 8: Mô phỏng trên phần mềm DIgSILENT Power Factory Bằng sự cố gắng nỗ lực của các bạn trong nhóm và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình của hai thầy: thầy TS.Lê Hồng Lâm và thầy TS Phạm Văn Kiên, nhóm em đã hoàn thành đồ án đúng thời hạn

Do thời gian làm đồ án có hạn và trình độ còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót

Nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy TS.Lê Hồng Lâm và thầy TS.Phạm Văn Kiên đã tạo điều kiện giúp đỡ nhóm em hoàn thành đồ án trong thời gian qua

PHẦN 1 : ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ TRONG

HỆ THỐNG ĐIỆN

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỒ ÁN

Trong phạm vi đồ án môn học này, nhóm được phân công nhiệm vụ sử dụng sơ đồ hệ thống điện

24 BUS IEEE để nghiên cứu,phân tích và đánh giá

Sơ đồ hệ thống điện 24 BUS IEEE được cho như hình dưới đây:

Hình 1: Sơ đồ hệ thống điện 24 BUS IEEE

▪ Tổng công suất của máy phát là: 290,3 (MVA)

▪ Tổng công suất của phụ tải là :

- Tổng công suất tác dụng: 285 (MW)

- Tổng công suất phản kháng: 58 (MVAr)

Số liệu chi tiết của các phần tử trong mạng được cho dưới đây:

Line No From Bus No To Bus No R X B ch (Full) Max Line Rating

- Số liệu máy biến áp :

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CHƯƠNG TRÌNH

DIGSILENT POWER FACTORY

2.1 Giới thiệu chung

Hệ thống điện thực hiện công việc chuyển đổi năng lượng tự nhiên như nhiệt tăng, thủy hàng thành năng lượng điện từ các nhà máy điện.Từ đây năng lượng sẽ được chuyển tải trên trên đường dây để đưa đến các hộ tiêu thụ Hệ thống giữa các nhà máy phát điện, máy biến áp, đường dây tải điện và các hộ phụ tải sẽ lập thành một hệ thống điện

Đặc điểm của hệ thống điện là sự cân bằng công suất: Công suất tạo ra tại các nhà máy điện

sẽ cân bằng với công suất tiêu thụ tại các phụ tải, công suất tổn hao trên đường dây và thiết bị

Do hiện tượng đáp ứng tức thời và đặc điểm hằng số quán tính điện của các thiết bị điện trong hệ thống là nhỏ nên khi có hiện tượng dao động trong toàn hệ thống hay tại một điểm nào

đó của hệ thống sẽ dẫn đến sự dao động của toán hệ thống điện

Trong quá trình vận hành hệ thống điện cần phải tiến hành các công tác tính toán ở phỏng

hệ thống và tính toán các quá trình quá độ và xác lập của hệ thống điện để đảm bảo cho sự vận hành tối ưu, an toàn, liên tục của hệ thống

- Quá trình xác lập của hệ thống tính toán phân bố công suất, điện áp, dòng điện trên các nhánh

ở các chế độ làm việc khác nhau và các sơ đồ kết dây khác nhau của hệ thống Việc này giúp cho tạo một phương thức vận hành kinh tế và chất lượng điện năng tối ưu nhất

- Tính các quá trình quá độ khi có các dao động trong hệ thống sự cố ngắn mạch khi có sự cắt/đóng tải đột ngột để có phương án bảo vệ rơle và tiến hành sa thải, huy động nguồn, để loại trừ các dao động ảnh hưởng đến sự làm việc của hệ thống

Một phương tiện để tính toán mô phỏng các chế độ làm việc của hệ thống điện được dùng ở nhiều nước trên thế giới là chương trình PSSE/E của Công ty Power Technologies, Ins (Mỹ)

2.2 Giới thiệu phần mềm DIgSILENT Power Factory

Chương trình tính toán PowerFactory, do DIgSILENT viết, là một ứng dụng phần mềm phân tích hệ thống điện hàng đầu được sử dụng trong phân tích các hệ thống phát điện, truyền tải, phân phối và công nghiệp Nó bao gồm đầy đủ các chức năng từ các tính năng tiêu chuẩn đến các ứng dụng tiên tiến và phức tạp bao gồm năng lượng gió, tạo phân tán, mô phỏng thời gian thực và giám sát hiệu suất để kiểm tra và giám sát hệ thống Nó được thiết kế như một gói phần mềm tiên tiến dành riêng cho phân tích hệ thống và kiểm soát năng lượng điện PowerFactory dễ sử dụng, tương thích hoàn toàn với Windows và kết hợp khả năng mô hình hóa hệ thống đáng tin cậy và linh hoạt với các thuật toán hiện đại và cơ sở dữ liệu định hướng độc đáo Ngoài ra, với tính linh hoạt trong việc tạo tập lệnh và giao diện, PowerFactory hoàn toàn phù hợp với các giải pháp tích hợp và tự động hóa cao trong các ứng dụng kinh doanh, để từ đó đạt được các mục tiêu chính của việc lập

kế hoạch và tối ưu hóa hoạt động

“DIgSILENT” là từ viết tắt của “DIgital SImuLation of Electrical NeTworks” là phần mềm

phân tích hệ thống điện có giao diện một đường dây được tích hợp Nó bao gồm các chức năng vẽ, khả năng chỉnh sửa và tất cả các chức năng các tính năng tính toán tĩnh và động

PowerFactory được thiết kế và phát triển bởi các kỹ sư và lập trình viên có trình độ với nhiều năm kinh nghiệm kinh nghiệm trong cả lĩnh vực phân tích và lập trình hệ thống điện Tính chính xác

và hợp lệ của kết quả thu được với phần mềm PowerFactory đã được công nhận trong một số

lượng lớn các thử nghiệm, dự án, bởi các tổ chức liên quan đến quy hoạch và vận hành hệ thống điện trên toàn thế giới

Hình 2.1 Giao diện phần mềm Power Factory

Để giải quyết các yêu cầu phân tích hệ thống điện của người dùng, PowerFactory được thiết kế như một công cụ kỹ thuật để cung cấp toàn diện các chức năng phân tích hệ thống điện trong một chương trình thực thi Các tính năng chính bao gồm:

(1) Chức năng cốt lõi của PowerFactory: định nghĩa, sửa đổi và vận hành các trường hợp; chức năng đầu ra và tài liệu

(2) Tích hợp đồ họa dòng đơn tương tác và xử lý trường hợp dữ liệu

(3) Phần tử hệ thống điện và cơ sở dữ liệu cơ sở

(4) Tích hợp các chức năng tính toán (ví dụ: tính toán thông số đường và máy phát dựa trên thông tin về giá trị hình học hoặc bảng tên)

(5) Cấu hình mạng hệ thống điện với trao đổi hoặc truy cập SCADA on-line

(6) Giao diện chung cho hệ thống bản đồ dựa trên máy tính

Giao diện sử dụng:

Thiết kế chung của PowerFactory

PowerFactory chủ yếu được thiết kế để sử dụng và vận hành trong môi trường đồ họa Tức là, dữ liệu được nhập bằng cách vẽ các phần tử mạng, sau đó chỉnh sửa và gán dữ liệu cho các đối tượng này Dữ liệu được truy cập từ trang đồ họa bằng cách nhấp đúp vào một đối tượng Một hộp thoại đầu vào được hiển thị và người dùng sau đó có thể chỉnh sửa dữ liệu cho đối tượng đó

Hình 3.2 cho thấy Giao diện người dùng đồ họa PowerFactory

Hình 2.2 Giao diện phần mềm Power Factory

Tất cả dữ liệu được nhập cho các đối tượng được cấu trúc phân cấp trong các thư mục để dễ điều hướng Để xem dữ liệu và tổ chức của nó, một "Data Manager" được sử dụng Hình 3.3 cho thấy cửa sổ Data Manager Data Manager có hình thức và chức năng tương tự như cửa sổ Windows Explorer

Trong Trình quản lý dữ liệu, thông tin được nhóm dựa trên hai tiêu chí chính:

(1) Dữ liệu liên quan trực tiếp đến hệ thống đang nghiên cứu, tức là dữ liệu điện

(2) Nghiên cứu dữ liệu quản lý, ví dụ, đồ họa nào sẽ được hiển thị, những tùy chọn nào đã được chọn cho lệnh Tính toán Dòng tải, Vùng nào của mạng cần được xem xét để tính toán, v.v

Hình 2.3 Trình quản lý dữ liệu PowerFactory

Hình 2.4 Thanh menu chính

Thanh menu chứa các menu PowerFactory chính Mỗi mục menu có một danh sách menu thả xuống tùy chọn và mỗi tùy chọn menu thực hiện một hành động cụ thể Để mở danh sách thả xuống, hãy nhấp vào mục menu bằng nút chuột trái hoặc nhấn phím Alt cùng với chữ cái được gạch chân trong menu Các tùy chọn menu được hiển thị bằng màu xám tức là không khả dụng và chỉ khả dụng khi người dùng kích hoạt các dự án hoặc chế độ tính toán, theo yêu cầu

Hình 2.5 Thanh công cụ

Thanh công cụ PowerFactory chính cung cấp cho người dùng quyền truy cập nhanh vào các lệnh chính có sẵn trong chương trình Các nút có màu xám chỉ hoạt động khi thích hợp Tất cả các biểu tượng lệnh đều được trang bị văn bản trợ giúp được hiển thị khi giữ con trỏ trên biểu tượng trong giây lát và không có phím nào được nhấn Để sử dụng biểu tượng lệnh, hãy nhấp vào biểu tượng

đó bằng nút chuột trái Những biểu tượng thực hiện một nhiệm vụ sẽ tự động trở lại trạng thái ban đầu khi nhiệm vụ đó kết thúc Một số biểu tượng lệnh sẽ vẫn giữ nguyên, chẳng hạn như nút Maximise Output Window Khi nhấn lại, nút sẽ trở lại trạng thái ban đầu (không bị nhấn) Dưới đây sẽ cung cấp giải thích ngắn gọn về mục đích của các biểu tượng được tìm thấy ở phần trên của thanh công cụ

Open Data Manager

cung cấp cho người dùng tất cả các tính năng cần thiết để quản lý và duy trì tất cả dữ liệu từ các

dự án Nó cung cấp cả cái nhìn tổng quan về cơ sở dữ liệu đầy đủ cũng như thông tin chi tiết về các thông số của các phần tử hệ thống điện đơn lẻ hoặc các đối tượng khác Các nghiên cứu điển hình mới có thể được xác định, các yếu tố mới có thể được thêm vào, các giai đoạn hệ thống có thể được tạo, kích hoạt hoặc xóa, các tham số có thể được thay đổi, sao chép, v.v

Open Network Model Manager

là trình duyệt cho tất cả các đối tượng liên quan đến tính toán Nó cung cấp danh sách tất cả các phần tử đang hoạt động

ví dụ: loại máy biến áp, phần tử đường dây,

Open Study Case Manager

Hủy kích hoạt trường hợp nghiên cứu hiện đang hoạt động và mở cửa sổ Study Case Manager

Date/time of Study Case

Hiển thị ngày và giờ cho tính toán trường hợp Tùy chọn này được sử dụng khi các đặc tính thông

số của các phần tử cụ thể (ví dụ: công suất hoạt động và phản kháng của tải) được thiết lập để thay đổi theo thời gian nghiên cứu

Trigger of Study Case

Hiển thị danh sách tất cả các Trigger có trong trường hợp nghiên cứu đang hoạt động Các Trigger này có thể được chỉnh sửa để thay đổi các giá trị mà một hoặc nhiều đặc điểm được xác định Các giá trị này sẽ được sửa đổi với tham chiếu đến giá trị Trigger mới Tất cả các Trigger cho tất cả các đặc điểm có liên quan được tự động liệt kê Nếu được yêu cầu, các Trigger mới sẽ được tạo trong trường hợp nghiên cứu

Network Data Assessment

Kích hoạt hộp thoại lệnh Network Data Assessment để tạo các báo cáo đã chọn về dữ liệu mạng hoặc để thực hiện xác minh dữ liệu mô hình

Calculate Load Flow

Kích hoạt hộp thoại lệnh Tính toán trào lưu công suất

Calculate Short – Circuit

Kích hoạt hộp thoại lệnh tính toán ngắn mạch

Edit Short – Circuit

Chỉnh sửa sự kiện ngắn mạch

Execute Script

Hiển thị danh sách các tập lệnh có sẵn

Output Calculation Analysis

Trình bày kết quả tính toán ở nhiều định dạng khác nhau Kết quả được in ra cửa sổ đầu ra và có thể được xem hoặc sao chép để sử dụng trong các báo cáo bên ngoài Một số báo cáo khác nhau, tùy thuộc vào cách tính, có thể được tạo

Insert Plot

Mở hộp thoại Chèn kịch bản, nơi có thể chọn các loại kịch bản khác nhau

Documentation of Device Data

Trình bày danh sách dữ liệu thiết bị (thiết bị là mô hình của bất kỳ đối tượng vật lý nào đã được đưa vào dự án để nghiên cứu) Đầu ra này có thể được sử dụng trong các báo cáo và để kiểm tra

dữ liệu đã được nhập Tùy thuộc vào yếu tố được chọn cho báo cáo, người dùng có hai tùy chọn; tạo một danh sách ngắn hoặc một báo cáo chi tiết

Comparing of Results On/off

Bật / tắt so sánh kết quả tính toán Được sử dụng để so sánh kết quả trong đó các tùy chọn cài đặt hoặc thiết kế nhất định của hệ thống điện đã được thay đổi từ tính toán này sang tính toán tiếp theo

Edit Comparing of Results

Cho phép người dùng chọn các trường hợp / kết quả tính toán sẽ được so sánh với nhau hoặc đặt chế độ tô màu cho báo cáo chênh lệch

Update Database

Sử dụng kết quả tính toán hiện tại (tức là dữ liệu “đầu ra” của phép tính) để thay đổi các tham số đầu vào (tức là dữ liệu người dùng đã nhập)

Save Operation Scenario

Lưu dữ liệu hoạt động hiện tại vào một Tình huống hoạt động (ví dụ: giá trị tải, trạng thái chuyển đổi, v.v.)

Lưu ý: Nếu Lưu giữ kết quả sau khi thay đổi mạng được đặt thành Hiển thị kết quả cuối cùng (Cài

đặt người dùng, trang Khác), kết quả sẽ xuất hiện bằng màu xám trên sơ đồ đường đơn và trên tab

Dữ liệu linh hoạt cho đến khi phép tính được đặt lại hoặc một phép tính mới được thực hiện

Maximize Graphic Window

Phóng to cửa sổ đồ họa Nhấn biểu tượng này một lần nữa sẽ đưa cửa sổ đồ họa trở lại trạng thái ban đầu

Maximize Output Window

Tối đa hóa cửa sổ đầu ra Nhấn lại biểu tượng này sẽ đưa cửa sổ xuất về trạng thái ban đầu

Change Toolbox

Change Toolbox selection:

Hình 2.6 Lựa chọn công cụ tính toán

Tạo dự án mới

Một dự án mới có thể được tạo bằng cách chọn File→New trên menu chính Điều này tạo ra một

dự án mới thư mục và hộp thoại được hiển thị

Hình 2.8 Các phần tử mẫu

Thiết lập thông số cho các phần tử trong hệ thống

a, Thiết lập thông số cho máy phát

Ta có cái loại máy phát đồng bộ ,không đồ bộ,nhà máy điện gió…

Cài đặt thông số máy phát như sau:

• Chọn Type : Chọn New Project để cái đặt thông số cho loại máy phát, ngoài ra có thể chọn Select Global Type để chọn các thông số có sẵn của phần mềm

• Ngoài ra còn các thông số có thể cài đặt là số lượng máy phát Parallel Machines và kiểu máy phát ở mục Plant category

• Cài đặt lần lượt các mục công suất biểu kiến định mức(MVA), điện áp định mức (kV)

và hệ số công suất Rated Power Factor

• Mục Load flow, ta cài đặt công suất tác dụng tối đa của máy phát ở mục Active

power (P < S)

• Ở mục Mode of local voltage controller ta chọn PV hoặc là PQ

• Tích chọn Referance machine nếu đây là máy phát cân bằng công suất và tần số

(thường 1 hệ thống sử dụng 1 máy phát loại này)

b, Thiết lập thông số cho phụ tải

• Ta thiết lập thông số cho phụ tải trong mục Load Flow như sau :

c, Thiết lập thông số cho đường dây:

• Màn hình này sẽ hiện số dây cũng như độ dài đường dâySau đó ta vào Type để cài đặt

tổng trở cho dây

• Mục Basis Data gồm có các thông số : Điện áp định mức, Dòng điện định mức, tần số

định mức,loại dây(cáp hoặc dây truyền tải)

• Tiếp theo là điện trở R và trở kháng X thứ tự thuận và thứ tự không

• Phần Load Flow gồm có chất liệu dây (đồng,nhôm…)

• Susceptance B’/B0’: độ dẫn điện của dây ở thứ tự thuận nghịch và thứ tự không

• Bấm Ok để hoàn thành cài đặt dây dẫn

Thực hiện điều chỉnh tần số

Để cài đặt điều chỉnh tần số ta thực hiện như sau :

• Mở mục Data Manager

• Click vào Project hiện tại > Network model > Netword data > Grid

• Chọn New Object :

- Chọn Composite model cho phép kết hợp máy phát và các thông số điều chỉnh

chất lượng điện năng Rồi bấm OK

• Sau đó chọn Frame > Select Type

• Đây là các frame điều chỉnh chất lượng điện năng có sẵn của phần mềm, ta chọn

SYM Frame_no droop sau đó bấm OK

• Dòng đầu tiên là xác định thiết bị, các dòng tiếp theo là các lệnh điều khiển chất lượng

điện năng

• Còn mục Common model là các hệ thống điều chỉnh chất lượng điện năng để thêm vào

mục Composite

• Đây là các Block Definition là các bộ phận điều khiến chất lượng điện năng ở máy phát

• Chọn bộ gov_GAST rồi bấm OK

• Sau khi cài đặt điều khiển tần số ta được như hình:

• Tiếp tục cài đặt như trên cho các máy phát còn lại

Thực hiện chạy chương trình tính toán dòng tải

Tính toán dòng tải được thực hiện như sau:

• Nhấn vào biểu tượng trên thanh công cụ chính

• Chọn tùy chọn Calculation → Load Flow Calculation trên menu chính

Hình 2.9 Hộp thoại Load Flow Calculatio

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN TRÀO LƯU CÔNG SUẤT

CỦA HỆ THỐNG

3.1 Phương pháp tính trào lưu công suất:

Bài toán trào lưu công suất có thể giải dựa theo ma trận YNút hoặc ma trận ZNút Trong đó, các phương pháp sử dụng ma trận YNút được phát triển trước bởi vì ma trận này dễ tính toán và lập trình Xét về bản chất, có hai phương pháp toán giải tích phổ biến được áp dụng để giải bài toán trào lưu công suất : phương pháp Gauss-Seidel và phương pháp Newton-Raphson Nếu cùng sử dụng ma trận YNút, phương pháp Gauss-Seidel cần bộ nhớ ít hơn nhưng khả năng hội tụ lại kém hơn phương pháp Newton-Raphson Ngày nay, với sự phát triển các thuật toán loại trừ tối ưu, kĩ thuật lập trình ma trận thưa (Sparse Matrix) làm cho tốc độ tính toán và số lượng lưu trữ ít hơn

Vì vậy, phương pháp Newton-Raphson trở nên rất phổ biến trong các chương trình tính toán giải tích mạng điện thương mại Ngoài ra, cần lưu ý rằng phương pháp dùng ma trận ZNút với các vòng lặp Gauss-Seidel cũng có tính hội tụ như phương pháp Newton-Raphson nhưng ma trận

ZNút là ma trận đầy đủ nên cần bộ nhớ nhiều hơn để lưu trữ chúng, đó là hạn chế chính của

phương pháp này

3.1.1 Phương pháp Newton-Raphson:

3.1.1.1 Trường hợp không có nút nguồn phát P-V:

Giả sử trong mạng điện chỉ có nút phụ tải P-Q và nút hệ thống V-Ɵ Chọn nút hệ thống làm nút cân bằng Như vậy, trừ nút hệ thống ra, tại tất cả các nút đã có giá trị công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q Mục đích phải tìm điện áp E tại các nút, có nghĩa là tìm độ lớn của điện

áp V và góc lệch pha Ɵ Thuật toán có các bước như sau:

Bước 1: Xác định cấu trúc của mạng điện

• Xác định ma trận admittance (Y) của mạng điện, mô tả các kết nối và các thông số của các phần tử trong mạng

Bước 2: Chọn giá trị điện áp ban đầu

• Chọn giá trị điện áp ban đầu cho các nút, thường là điện áp danh định Uđm

• Thiết lập: Ei(0)=Uđm và θi(0)= 0 cho tất cả các nút

Bước 3: Tính công suất tại vòng lặp k

• Tính công suất tác dụng Pi và công suất phản kháng Qi cho tất cả các nút dựa trên các giá trị điện áp hiện tại

• Tính độ lệch công suất ΔPi và ΔQi giữa giá trị tính toán và giá trị yêu cầu

Bước 4: Kiểm tra điều kiện dừng

• Kiểm tra điều kiện dừng: max{∣Pi(i+1) − Pis∣,∣Qi(i+1) − Qis∣} ≤ ϵ

• Nếu điều kiện dừng không thỏa mãn, tiếp tục sang bước 5; nếu thỏa mãn, tính toán các đại lượng khác như công suất trên đường dây, điện áp, và dừng chương trình

Bước 5: Tính toán giá trị Jacobian

• Tính ma trận Jacobian từ các phương trình mô tả quan hệ giữa điện áp và công suất

• Giải hệ phương trình để tìm các biến điều chỉnh ΔVi (k) và Δθi (k)

• Cập nhật giá trị điện áp và góc lệch pha cho vòng lặp tiếp theo:

• Quay lại bước 3 cho vòng lặp tiếp theo

3.1.1.2 Trường hợp có nút nguồn phát P-V:

Giả sử trong hệ thống có p nút nguồn (P-V), để đơn giản ta giả sử p nút nguồn có kí hiệu từ

1 đến p Như đã trình bày ở phân loại các loại nút, nút nguồn là nút có giá trị điện áp V và công suất P xác định Như vậy, phương trình (5.31) được xác định được xoá đi p phương trình đầu tiên liên quan đến Qi (i = 1 p) Ma trận Jacobien cũng được xoá đi các dòng và các cột liên quan đến công suất phản kháng và độ lớn điện áp của các nút P-V này

Cần chú ý rằng nút P-V có công suất phản kháng phát đi, giới hạn trong Qi minvà Qi max Do

đó, tại bước lặp thứ k + 1 nếu Qi(k+1) ≥ Qimax đặt Qi(k+1) = Qimax ; nếu Qi(k+1) ≤ Qimin đặt Qi(k+1) =

Qimin

3.1.2 Ưu, nhược điểm của phương pháp Newton-Raphson:

Phương pháp Newton có đặc tính hội tụ bậc hai Do vậy, sai số giữa hai vòng lặp liên tiếp giảm gần hai lần Vì vậy, độ hội tụ của việc giải bài toán phân bố công suất theo phương pháp Newton-Raphson rất nhanh chóng Theo kinh nghiệm cũng như kết quả của nhiều nghiên cứu, phương pháp này đưa ra kết quả tương đối chính xác sau ít hơn 20 vòng lặp

Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm lớn là mỗi vòng lặp phải giải hệ gồm 2m − p phương trình (m : số nút P-Q ; p : số nút P-V) Việc giải hệ phương trình này gặp nhiều khó khăn cũng như tốn rất nhiều thời gian

Hiện nay, với sự phát triển của khoa học máy tính, điều bất lợi này đã được giải quyết Vì vậy, rất nhiều chương trình thương mại tính toán trào lưu công suất đã sử dụng phương pháp Newton-Raphson

Tuy nhiên, việc nghiên cứu ổn định cũng như vận hành tối ưu cần phải thực hiện nhiều vòng tính toán trào lưu công suất đối với cùng một mạng điện cho sẵn Mỗi phép tính trào lưu công suất tương ứng với mỗi điều kiện vận hành khác nhau

Vì vậy, các nghiên cứu cải tiến để giảm việc tính toán trong mỗi vòng lặp của phương pháp Newton-Raphson vẫn được các nhà khoa học tiếp tục thực hiện

3.2 Kết quả tính toán:

Dữ liệu tính toán căn cứ vào số liệu trên chương 1 và sử dụng phương pháp Newton-Raphson

để tính toán trào lưu công suất ta có kết quả sau:

3.2.1 Lúc phụ tải cực đại:

Bảng 3.1.Số liệu máy phát:

PMax (MW)

PMin (MW)

QGen (Mvar)

QMax (Mvar)

QMin (Mvar)

Mbase (MVA)

Normal Vmax (pu)

Normal Vmin (pu)

Emergency Vmax (pu)

Emergency Vmin (pu)

Với tổn thất công suất tác dụng (Ploss) là 0.179918 MW và tổn thất công suất phản kháng

(Qloss) là 18.0284 Mvar, ta có thể thấy rằng tổn thất công suất tác dụng là tương đối thấp, trong

khi tổn thất công suất phản kháng khá lớn Điều này cho thấy mạng lưới có hiệu suất cao về công suất tác dụng nhưng vẫn có một mức tổn thất đáng kể về công suất phản kháng Các giá trị điện

áp trên các thanh cái đều gần bằng hoặc trên mức định mức, điều này góp phần giảm thiểu tổn thất tác dụng nhưng có thể cần điều chỉnh thêm các thiết bị bù phản kháng để tối ưu hóa hệ thống

về mặt công suất phản kháng

*) Nhận xét: Dựa vào bảng số liệu kết quả ở cực đại

- Điện áp tại tất cả các nút trong hệ thống đều có giá trị xấp xỉ quanh 1.05 pu, cho thấy mức độ ổn định cao về điện áp trong toàn bộ mạng lưới Sự dao động điện áp giữa các nút là rất nhỏ, điều này chứng tỏ sự đồng đều và cân bằng điện áp tốt

- Các giá trị điện áp cao nhất và thấp nhất trong hệ thống lần lượt là 1.04999 pu và 1.04982

pu, đều nằm rất gần với mức điện áp định mức và nằm trong phạm vi an toàn Điều này cho thấy không có nút nào gặp phải hiện tượng quá áp hay thấp áp, giúp giảm thiểu nguy

cơ gây ra mất ổn định hoặc hư hỏng thiết bị

- Vì tất cả các giá trị điện áp đều đạt yêu cầu, có thể khẳng định rằng hệ thống này không cần đến các biện pháp điều chỉnh điện áp bổ sung, như tăng cường bù công suất phản

kháng, trong điều kiện vận hành hiện tại

- Nhìn chung, bảng số liệu này cho thấy một hệ thống điện vận hành ổn định, với các thông

số điện áp đáp ứng tốt các tiêu chuẩn kỹ thuật Điều này có thể cho thấy hệ thống đã được thiết kế và vận hành hợp lý, đảm bảo an toàn và hiệu quả cho các thiết bị kết nối trên toàn

bộ mạng lưới

 Ta sẽ sử dụng các phương pháp điều chỉnh điện áp tại các nút ở chương IV để điều

chỉnh và kiểm tra chất lượng điện áp cho sơ đồ

3.2.2 Lúc phụ tải cực tiểu (50% cực đại):

Do các thông số không thay đổi chỉ thấy đổi thông số phụ tải Khi đó phụ tải cưc tiểu bằng 50% phụ tải cực đại:

Smin = P𝑚𝑖𝑛+ jQ𝑚𝑖𝑛 =Pmax +jQ max

2 (MVA) Như vậy ta có:

Bảng 3.4: Thông số phụ tải cực tiểu

➢ Kết quả trào lưu công suất

Bảng 3.5 Điện áp tại các nút lúc cực tiểu

Angle (deg)

Normal Vmax (pu)

Normal Vmin (pu)

Emergency Vmax (pu)

Emergency Vmin (pu)

PMax (MW)

PMin (MW)

QGen (Mvar)

QMax (Mvar)

QMin (Mvar)

Mbase (MVA)

Với tổn thất công suất tác dụng (Ploss) là 0.001982 MW và tổn thất công suất phản kháng

(Qloss) là -0.271 Mvar, có thể thấy rằng tổn thất công suất tác dụng gần như không đáng kể, cho

thấy hệ thống hoạt động rất hiệu quả trong việc truyền tải công suất tác dụng Tuy nhiên, tổn

thất công suất phản kháng âm (-0.271 Mvar) cho thấy hiện tượng bù quá mức trong hệ thống,

có khả năng là do các thiết bị bù phản kháng hoặc cấu hình vận hành đặc biệt

- Từ bảng số liệu 3.3 và 3.5 ta vẽ được biểu đồ so sánh phân bố điện áp tại các nút lúc phụ tải cực đại và cực tiểu như hình 3.1:

- Từ tổn thất công suất tác dụng(P loss) và tổn thất công suất phản kháng(Q loss) đã có ở trên

ta được biểu đồ so sánh tổn thất công suất tác dụng và công suất phản kháng trên đường dây lúc phụ tải cực đại và cực tiểu như hình 3.2:

Hình 3.2: Biểu đồ tổn thất công suất tác dụng và phản kháng trên đường dây lúc phụ tải cực đại

và cực tiểu

*) Nhận xét:

Dựa vào bảng số liệu kết quả ở cực tiểu

- Tất cả các nút trong hệ thống đều có điện áp đạt giá trị 1.05 pu, cho thấy sự đồng nhất và ổn định về điện áp tại tất cả các điểm trong mạng lưới Điều này cho thấy hệ thống không gặp phải vấn đề về biến động điện áp lớn, duy trì được sự ổn định cần thiết

- Góc pha của các nút đều nằm trong khoảng từ 0.000 đến 0.023 độ, một mức độ rất nhỏ Điều này chỉ ra rằng sự lệch pha giữa các nút là không đáng kể, giúp duy trì chất lượng điện năng

ổn định và giảm thiểu các vấn đề liên quan đến góc pha

- Các giới hạn điện áp bình thường và khẩn cấp đều được đặt trong khoảng từ 0.9 đến 1.5 pu Với các giá trị điện áp thực tế đều đạt 1.05 pu, hệ thống hoạt động hoàn toàn trong phạm vi

an toàn và không có dấu hiệu nào cho thấy các nút có khả năng vi phạm giới hạn điện áp

- Các giá trị tối thiểu và tối đa trong trường hợp khẩn cấp cũng tuân thủ quy chuẩn kỹ thuật, đảm bảo rằng ngay cả trong các điều kiện bất thường, điện áp vẫn nằm trong mức chấp nhận được và sẽ không gây ra sự cố nghiêm trọng

 Tóm lại, hệ thống điện áp tại các nút đang vận hành rất ổn định, các thông số đều đạt yêu cầu

và không cần thiết phải điều chỉnh thêm Điều này cho thấy một thiết kế mạng lưới tốt và khả

năng vận hành hiệu quả của hệ thống