TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM PSSE PHỤC VỤ TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ĐIỆN

Hệ thống điện thực hiện công việc chuyển đối năng lượng tự nhiên như nhiệt năng, thủy năng,... 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 gồm 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 toàn hệ thống điện.Trong quá trình vận hành hệ thống điện cần phải tiến hành các công tác tính toán mô 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 điện: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 dược dùng ở nhiều nước trên thế giới là chương trình PSS E của Công ty Power Technologies, Inc (Mỹ).

TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG

PHẦN MỀM TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH

HỆ THỐNG ĐIỆN

PSS/E Software

NỘI DUNG

Chương 1 4

GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN 4

MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN PSS /E 4

I Giới thiệu chung: 4

II Giới thiệu chương trình PSS /E: 5

III Cấu trúc chường trình PSS /E: 6

1 Khả năng tính toán của chương trình: 6

2 Các file trong PSS /E: 7

IV Các ứng dụng: 8

1 Tính phân bổ công suất:(Power Flow Calculaton) 8

2 Phân tích sự cố trong hệ thống điện: (Fault analysys) 8

3 Tính toán mô phỏng ổn định động: 9

Chương 2 10

TÍNH TOÁN PHÂN BỔ CÔNG SUẤT VÀ CÁC CHẾ ĐỘ SỰ CỐ 10

I Tổng quan về tính toán phân bổ công suất: 10

II Ma trận tổng dẫn của hệ thống điện: 11

III Thuật toán tính lặp: 13

IV Điều kiện lưới và điều kiện biên: 14

V Điều kiện biên ở trạng thái bền: 15

1 Phụ tải: 15

2 Các điều kiện biên của máy phát: 16

VI Điều kiện biên động: 18

1 Các danh mục của việc tính toán lưới đện: 18

2 Thông số thứ tự thuận của máy phát: 18

VII Tính toán các chế độ sự cố: 20

1 Điều kiện tính toán: 20

2 Thuật toán tính các chế độ sự cố: 20

Chương 3 22

MÔ PHỎNG CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN TRONG CHƯƠNG TRÌNH PSS/E 22

I Mô phỏng MBA: 22

1 Mô phỏng MBA hai cuộn dây: 22

2 Mô phỏng máy biến áp ba cuộn dây 26

II Mô phỏng đường dây truyền tải: 34

III Mô phỏng kháng điện: 36

Chương 4 31

3 Nhập dữ liệu tải: (Load Data) 34

4 Nhập dữ liệu máy phát (Generator Data): 36

5 Nhập dữ liệu nhánh đường dây (Nontransformer Branch Data): 37

6 Nhập dữ liệu nhánh MBA (Transformer Branch Data): 39

II Thay đổi dữ liệu: 44

1 Thay đổi bằng lệnh: 44

2 Thay đổi bằng menu: 46

III Xuất dữ liệu: 46

Chương 5 47

HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN CHƯƠNG TRÌNH PSS /E 47

I Tính phân bổ công suất: 47

1 Nạp file dữ liệu: 48

2 Thay đổi dữ liệu trong file: 49

3 Tính toán phân bổ công suất: 51

4 Xuất dữ liệu tính toán ra màn hình: 53

II Tính toán ngắn mạch: 54

1 Lệnh SEQD: 55

2 Tính toán ngắn mạch - lệnh SCMU: 55

Chương 1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN

MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN PSS /E

I Giới thiệu chung:

Hệ thống điện thực hiện công việc chuyển đối năng lượng tự nhiên như nhiệt năng, thủy năng, 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 gồm 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 toàn hệ thống điện

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

- 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

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

II Giới thiệu chương trình PSS /E:

PSS/E là một chương trình tính toán chuyên dụng được viết bằng ngôn ngữ FORTRAN Để chạy được chương trình này trên máy tính của bạn phải có dung lượng đĩa 250 MB và 8 đến 16 MB RAM rãnh, đồng thời trên máy phải lắp đặt khóa phần cứng (cắm vào cổng in) PSS/E làm việc trong môi trường Window nên có các giao diện thuận tiện cho người sử dụng

Chương trình PSS /E là hệ thống các file chương trình và dữ liệu có cấu trúc để thực hiện các công việc tính toán mô phỏng hệ thống điện:

- Tính toán phân bổ công suất

- Tính toán hệ thống khi xảy ra các sự cố

- Tính toán các mô hình tương đương

- Phân tính ổn định của hệ thống điện

Chương trình PSS /E dựa trên các lý thuyết về năng lượng để xây dựng các

mô hình cho các thiết bị trong hệ thống điện Việc mô hình hóa các thiết bị và thực hiện tính toán phụ thuộc rất nhiều vào giới hạn của các thiết bị tính toán Trước kia, do các máy tính có khả năng còn hạn chế nên việc tính toán trở nên khó khăn, chỉ thực hiện đối với các hệ thống nhỏ và độ tin cậy tính toán không cao Ngày nay, với các kỹ thuật hiện đại, máy tính có các tiện nghi như bộ nhớ

ảo, bộ nhớ phân trang và tốc độ tính toán rất lớn nên việc tính toán mô phỏng trở nên dể dàng và hiệu quả hơn

Các bước được sử dụng trong PSS /E để tiến hành mô phỏng và tính toán các quá trình xảy ra trong hệ thống là:

1/ Phân tích các thiết bị vật lý (đường dây truyền tải, máy phát, máy biến

áp, bộ điều tốc, rơle, ) để thực hiện việc mô phỏng và tính toán các thông số đặc trưng và hàm truyền của nó

2/ Chuyển các mô hình vật lý đã được nghiên cứu thành dữ liệu đầu vào cho chương trình PSS /E

3/ Sử dụng các chương trình của PSS /E để xử lý dữ liệu, thực hiện tính toán và in kết quả

4/ Chuyển đổi kết quả tính toán thành các thông số cho các thiết bị thực

đã dùng để mô phỏng trong bước 1

III Cấu trúc chường trình PSS /E:

Chương trình PSS /E có các file dữ liệu gọi là Working File và các lệnh tính toán gọi là Activities

1 Khả năng tính toán của chương trình:

Chương trình sẽ mô phỏng các thiết bị, và trong hệ thống điện thì các thiết

bị được kết nối với nhau qua các nút gọi là các Bus Khả năng tính toán tối đa của chương trình như sau:

Mô hình cho tính phân bổ công suất:

Zero Sequence Mutual Couplings 3000

Branches Per Mutual Coupling Group 121

Mô hình cho mô phỏng ổn định động:

2 Các file trong PSS /E:

a Phân loại: Trong PSS/E các file đuợc chia thành các lớp như sau:

- Working files

- Data input files

- Output listing files

- Channel output files

- Saved case and snapsot files

b Working files:

Các file này là các file có dạng nhị phân, chứa các lệnh của PSS /E, khi thực hiện các lệnh của PSS /E thì nó sẽ tự động gọi đến các file đó Người sử dụng không cần biết đến tên và cấu trúc của file này nhưng cần phải nắm vững cách sử dụng của các lệnh tương ứng

Tên và chức năng chung của các file làT:

- LFWORK : Chứa dữ liệu đầy đủ của phân bổ công suất, và được tham khảo đến như một phần của Working file

- FMWORK : Chứa Working file cho tất cả các công việc liên quan đến

sự phân tích ra hệ thống các ma trận mở rộng

- SCWOR : Các file dùng cho vệc phân tích sự cố

- DSWOR : File xuất phát cho các lệnh mô phỏng ổn định động

c Các file dữ liệu đầu vào cho PSS /E:

Chương trình phải chấp nhận một khối lượng lớn dữ liệu từ các nguồn bên ngoài Các dữ liệu này sau đó phải được định dạng lại và đưa thẳng vào Working files của PSS /E bằng các lệnh READ, TREA, DYRE Các file này sau đó sẽ là nguồn dữ liệu vào, cung cấp số liệu cho chương trình làm việc Tập hợp các file đầu vào từ các nguồn bên ngoài mà chương trình có thể hiểu và chuyển thành các file dữ liệu định dạng bởi chương trình và được xử lý bằng các lệnh của chương trình

d Các file hiển thị ra:

Phần lớn các lệnh trình bày của PSS /E sẽ viết các dữ liệu cần trình bày ra các fle có tên hoặc ra máy in Các file này có thể xử lý bằng các trình quản lý file chuẩn của máy tính

e Các file kênh đầu ra:

Là những file ở dạng nhị phân, chỉ được hiểu và xử lý bởi các lệnh trong phần mô phỏng ổn định động (PSSPLT)

IV Các ứng dụng:

1 Tính phân bổ công suất:(Power Flow Calculaton)

Yêu cầu tính toán: Cho nhu cầu phụ tải ở tất cả các thanh cái của hệ thống điện và công suất phát của các nhà máy trong hệ thống Tính phân bổ công suất trên tất cả các đường dây và máy biến áp trong hệ thống

Cho phộp tớnh toỏn chế độ làm việc của hệ thống ở tỡnh trạng sự cố như: cỏc dạng ngắn mạch, đứt dõy, ở bất cứ điểm nào trong hệ thống điện Phục vụ cho cụng việc tớnh toỏn chỉnh định rơle và tự động hoỏ trong hệ thống điện

3 Tớnh toỏn mụ phỏng ổn định động:

Như ta đó biết, mỗi hệ thống điện, thiết bị điện cú một khả năng tải nhất định Khi cú cỏc dao động lớn thỡ hệ thống điện cú thể xảy ra cỏc dao động lớn dẫn đến làm mất ổn định của hệ thống Chương trỡnh PSS /E cho phộp tớnh toỏn

mụ phỏng cỏc chế độ làm việc của hệ thống khi cú những dao động lớn xảy ra

Từ kết quả tớnh toỏn, cho phộp kỹ sư điều hành cỏo biện phỏp khắc chế nguy cơ tan ró hệ thống do mất ổn định

Chương 2

TÍNH TOÁN PHÂN BỔ CÔNG SUẤT VÀ CÁC CHẾ ĐỘ SỰ CỐ

I Tổng quan về tính toán phân bổ công suất:

Vấn đề tính toán phân bổ công suất dựa vào trạng thái làm việc cân bằng của hệ thống điện ở trạng thái này, điện áp thứ tự nghịch và không là bằng không, việc tính toán chỉ thực hiện với mô hình thứ tự thuận của tất cả các thành phần của hệ thống

Dữ liệu đầu vào cơ bản của việc tính toán phân bổ công suất là:

- Tổng trở đường dây và tổng dẫn

- Tổng trở MBA và các tỉ số phân áp

- Các thiết bị bù tỉnh như tụ, cuộn kháng điện

- Nhu cầu phụ tải ở các thanh cái (BUS) của hệ thống

- Độ lớn điện áp hoặc công suất phản kháng ở các nhà máy điện

- Công suất phản kháng Max, min ở các nhà máy điện

Yêu cầu tính toán phải đạt:

- Điện áp ở tất cả các thanh cái (trừ các thanh cái đặc biệt)

- Góc pha của điện áp

- Công suất phản kháng đưa ra từ các nhà máy điện

- Phân bổ công suất tác dụng, phản kháng và dòng điện qua tất cả các đường dây và MBA

Hệ thống các đường dây truyền tải và các MBA được mô tả bằng công thức tuyến tính:

In=YnnVn (5.1)

Trong đó:

In : Vecto dòng điện thứ tự thuận từ các nút của hệ thống (BUS) chạy vào

hệ thống

Nếu In hoặc Vn đã biết thì việc tính toán hệ thốn\g trở nên đơn giản Tuy nhiên trong thực tế, phải tính cả In và Vn từ công thức trên

II Ma trận tổng dẫn của hệ thống điện:

Xét nút thứ i của hệ thống

Nút i được nối 2 đường dây, 2 máy biến áp và một thiết bị bù như hình vẽ Chú ý rằng thanh cái i chỉ nối đến các thanh cái j, k, m và n và cũng chú ý đến phía có đặt nấc phân áp của MBA

Mỗi đường dây và máy biến áp có các mạch tương đương được tính trong đơn vị tương đối với công suất cơ bản lấy chung cho toàn bộ hệ thống điện Dòng điện tổng ii đổ vào nút i khi điện áp tại các nút là vi, vj, vk, vm, vn là tổng của các dòng điện đổ về từ các nhánh:

Công thức tính toán các thành phần yih của các khối đường dây và MBA có thể tìm đúng trong công thức (5.2) và so sánh kết quả với (5.3)

Mạch tương đương cho nút i trong mô hình thứ tự thuận

của lưới truyền tải

khác 0 chỉ ở các hàng thứ i và j của ma trận Ynn Hệ thống điện trong ví dụ này

có 1, 5 đến 2 đường dây truyền tải hoặc MBA cho mỗi nút Một hệ thống truyền tải gồm 2000 Bus phải có đến 4000 nhánh và như vậy sẽ có 8000 thành phần không nằm trên đường chéo của ma trận điện dẫn Ynn là khác 0 Tỉ số số bus /số nhánh làm cho ma trận tổng dẫn rất thưa trong ví dụ này là 2000/8000

=20% thành phần không nằm trên đường chéo của ma trận Ynn là khác 0

Trong chương trình PSS /E, có sự kết hợp một cách kinh tế giữa hệ số thưa thớt của ma trận tổng dẫn với việc quản lý bộ nhớ máy tính

III Thuật toán tính lặp:

Việc tính toán phân bổ công suất được tính toán theo phương pháp lặp như sau:

1 Xây dựng các thừa nhận ban đầu về điện áp trên mỗi BUS

2 Xây dựng vecto dòng in ở mỗi BUS từ điều kiện biên:

Pk + jQk=vki*k

Trong đó:

Pk + jQk: Nhu cầu phụ tải và máy phát ở BUS k

vk : Điện áp được xây dựng trên Bus k

3 Sử dụng công thức (5.1) để tính toán các vecto điện áp mới v n :

In=YnnVn

4 Quay lại bước 2 và lặp lại chu kỳ cho đến khi nó hội tụ đến một giá trị điện

áp không thay đổi v n

Phương pháp này thích hợp với việc tính toán cho một số trường hợp đặc biệt Nó không được tốt cho việc tính toán trào lưu công suất chung mà trong đó

độ lớn điện áp được thay cho công suất phản kháng ở các máy phát

PSS/E cho phép người sử dụng chọn 1 đến 5 phương pháp lặp khác nhau:

a Phương pháp lặp Gauss Seidel

b Phương pháp lặp Gauss Seidel có sửa đổi cho phép sử dụng các tụ bù

c Phương pháp lặp Newton - Raphson liên kết đầy đủ

c Phương pháp lặp Newton - Raphson không liên kết

d Phương pháp lặp Newton - Raphson không liên kết có độ dốc

IV Điều kiện lưới và điều kiện biên:

Ki tính toán phân bổ công suất, điện áp nút thõa mãn công thức:

a Điều kiện lưới:

In= Ynn.Vn (5.1)

Nhận được từ các định luật Kirchoff

b Các điều kiện biên:

Pk + jQk=vki*k (5.4)

Nhận được từ đặc tính phụ tải và máy phát

Điều kiện lưới (5.1) là liên tục và có thể tính không cần lặp nếu hoặc vecto điện áp hoặc dòng điện là đã biết

Các điều kiện biên có thể chỉ ra một cách tùy ý tùy thuộc vào phụ tải mà người sử dụng điện chọn để nối với hệ thống, và luôn không tuyến tính Việc không tuyến tính của điều kiện biên bắt buột phải sử dụng các thủ tục lặp để tính toán phân bổ công suất Có thể sử dụng phương pháp lặp để tính cho cả các điều kiện lưới và điều kiện biên

Năm thủ tục tính lặp được cung cấp trong PSS /E là:

- Phương pháp Gauss - Seidel và Gauss - Seidel sửa đổi tính cả điền kiện

hệ thống và điều kiện biên bằng phương pháp lặp

- Phương pháp Newton - raphson và cả các phương pháp Newton - Raphson không liên kết sẽ tính điều kiện lưới theo cách tính dạng kín và các điều kiện biên theo phương pháp lặp

V Điều kiện biên ở trạng thái bền:

1 Phụ tải:

a Công suất không đổi:

Hầu hết điều kiện biên của phụ tải là công suất tác dụng và phản kháng phụ tải tiêu thụ:

Real(vki*k)= - Pk

Imag(vki*k)= - Qk

Đặc tính này là không thực tế khi điện áp xấp xĩ 0, 8 trong đơn vị tương đối Tất cả các tính toán trong PSS/E sẽ thay đổi công thức (5.5) và (5.6) để xây dựng Pk và Qk là hàm của điện áp như hình 5.3

Đặc tính này không thực tế khi điện áp dưới 0, 5 trong đơn vị tương đối nên

sẽ thay đổi công thức (5.7), (5.8) để xây dựng Ipk và Iqk là hàm của độ lớn điện

d Phụ tải tổng hợp:

Tất cả các tính toán cuả PSS /E cho phép phụ tải ở mỗi nút là tổng hợp của nhiều phụ tải mà mỗi phụ tải được biểu diễn bằng 1 trong 3 đặc tính như trên Đặc tính tổng hợp trở thành điều kiện biên sử dụng trong các tính toán lặp trào lưu công suất

e Bus nối với hệ thống vô cùng lớn: (Swing Bus)

Mọi trường hợp mô phỏng trào lưu công suất phải có ít nhất một Bus được thiết lập như một Swing Bus Tương ứng với điều kiện biên là:

vk(Complx) = constant

Công suất tác dụng và phản kháng đổ vào hệ thống từ Swing Bus thay đổi tự

do từ việc tính toán phân bổ công suất hơn thế nữa, các điều kiện biên được xây dựng từ nó

Trong tính toán phân bổ công suất phải có một Swing Bus ở mỗi phần của

hệ thống điện riêng rẽ Không cần dùng Swing Bus khi tính toán phân tích sự cố, đóng cắt và mô phỏng ổn định động

2 Các điều kiện biên của máy phát:

a Xem xét chung:

Mô phỏng chuẩn cho máy phát được sử dụng trong PSS /E như hình 5.5 Dữ liệu dùng để mô phỏng máy phát như trong bảng 5.1 Máy phát được nối với thanh cái k thông qua máy biến áp nối bộ có tổng trở của MBA là Zt=Rt+jXt ở đơn vị tương đối với đại lượng cơ bản là công suất máy phát.Với MBA nối trực tiếp lên thanh cái k thì tổng trở MBA là 0

Bảng 5.1: Dữ liệu và các thông số máy phát điện:

Real Power Output at Bus k PGEN MW

Reactive Power Output at Bus k QGEN MVAR

Max Reactive Power Output at Bus k QMAX MVAR

Min Reactive Power Output at Bus k QMIN MVAR

Step up Transformer Tap Position on Bus k Side GENTAP p.u

Step up Transformer Impedance ZTRAN p.u (ở cơ bản là MBASE) Generator Dynamic Impedance ZSORCE p.u (ở cơ bản là MBASE) Alternative Dynamic Impedance ZPOS p.u (ở cơ bản là MBASE) Max Real Power Output at Bus k PMAX MW

Min Real Power Output at Bus k PMIN MW

Điều kiện biên máy phát chuẩn là công suất tác dụng phát ra ở thanh cái cao

áp, Bus k, và của động lớn điện áp ở Bus chỉ định (không nhất thiết là Bus k): Real(vkik*) = Pk

/Vl/ = Vsched

Đặc trưng này tùy thuộc vào giới hạn công suất phản kháng máy phát:

Qmin  Imag(vkik*)  Qmax

Công suất tác dụng áp gán cho Bus k phải được đo ở thanh cái cao áp chứ không phải bên trong máy phát Điều này có nghĩa là:

Qlimit k = Qlimit g - Xt*MBASE

Nếu máy phát thu công suất tác dụng thì:

Qlimit k = Qlimit g + Xt*MBASE

Trong đó:

Xt : Điện kháng MBA nối bộ máy phát

Qlimit : Công suất phản kháng giới hạn của máy phát

Qlimit k : Là Qmin k hoặc Qmax k

b Nhiều máy phát làm việc song song:

Nhiều máy phát nối với thanh cái k thì được mô hình tương đương bằng 1 máy phát nối với nút k qua một MBA nối bộ (MBA nối bộ này là 1 trong các MBA nối bộ với từng máy phát riêng rẽ) Máy phát tương đương có công suất bằng tổng công suất của tất cả các máy phát nối với k

VI Điều kiện biên động:

1 Các danh mục của việc tính toán lưới đện:

Việc tính toán trào lưu công suất sẽ khảo sát hệ thống điện ở chế độ ổn định, tức

là quá trình xảy ra trước thời điểm t, gọi là t - Các chế độ nhiểu loạn được bắt đầu tại thời điểm t và ngay sau t sẽ xảy ra quá trình quá độ của hệ thống điện (t+)

2 Thông số thứ tự thuận của máy phát:

Thông số máy phát dùng để tính toán sự đóng /cắt, ổn định động sẽ sử dụng mạch tương đương là nguồn Thevenin: gồm sức điện động (độ lớn và góc pha) nối tiếp với tổng trở động của máy phát Tuy nhiên, mô hình này không hiệu quả cho việc tính toán nên được chuyển thành nguồn dòng Norton, ISORCE như hình vẽ

Tổng trở MBA, tỉ số biến áp và tổng trở động của máy phát được xem như thông

số của máy phát

Mạch tương đương nguồn áp Thevenin của máy

VII Tính toán các chế độ sự cố:

1 Điều kiện tính toán:

- Máy phát điện được mô hình hóa dạng nguồn áp Thevenin

- Phụ tải được mô hình hóa dạng tổng trở trong các thứ tự thuận và ngược Trong thứ tự không, phụ tải xem như hở mạch

2 Thuật toán tính các chế độ sự cố:

Khi tính toán các chế độ sự cố dùng mô hình tương đương thứ tự thuận, ngược và không cho hệ thống điện Mạch tương đương các thứ tự được vem như mạng 2 cửa:

- Thứ tự thuận và ngược: Điểm đầu là trung điểm của máy phát phụ tải trong

hệ thống, điểm cuối là điểm ngắn mạch

- Thứ tự không: Điểm đầu là những điểm mà tại đó dòng điện khép vòng qua đất, điểm cuối là điểm ngắn mạch

- ứng với mỗi dạng ngắn mạch ta có một mạch tích hợp các thứ tự (mạng 2 cửa) thành một mạng tích hợp

- Các nguồn điện áp được giữ lại trong sơ đồ thứ tự thuận

Dùng phương pháp tính lặp để tính dòng điện sự cố:

1 Xây dựng các xác lập ban đầu về điện áp trên mỗi BUS:

Trước khi tính mạch điện ở chế độ sự cố, cần phải tính mạch điện ở chế độ xác lập (t-) Với các nguồn áp xem như không đổi khi xảy ra sự cố (t) và trong quá trình quá độ (t+) Các xác lập ban đầu của điện áp tại các thanh cái được lấy

ở thời điểm t -

2 Sử dụng công thức (5.1) để tính toán các vecto dòng điện mới In:

3 Từ điều kiện biờn của mỏy phỏt:

Esk = vk+ik.Zsource.k

Trong đú:

Esk : Sức điện động Thevenin của mỏy phỏt nối với Bus k

vk, ik : vecto điện ỏp và dũng điện qua mỏy phỏt ở Bus k

Zsource.k : Tổng trở của bộ mỏy phỏt nối với Bus k

tớnh ra vecto điện ỏp mới vk

4 Quay lại bước 2 và lặp lại chu kỳ cho đến khi nú hội tụ đến một giỏ trị dũng điện khụng thay đổi in

I Mô phỏng MBA:

1 Mô phỏng MBA hai cuộn dây:

MBA 2 cuộn dây được mô phỏng bằng một điện trở RB, điện kháng XB và một điện dẫn phản kháng BB (ở đây ta bỏ qua điện dẫn tác dụng GB sinh ra do tổn thất công suất tác dụng trong lõi thép của máy biến áp do dòng điện Foucault sinh ra) Ngoài ba đại lượng trên được nhập vào còn có các thông số liên quan đến bộ điều chỉnh nấc phân áp của máy biến áp

Thông thường, các MBA nhà chế tại cho ta 4 thông số: PCU tổn thất công suất ở dây đồng khi MBA làm việc định mức, UN% của điện áp ngắn mạch so với điện áp định mức, Ikt% của dòng điện không tải I0 (dòng điện từ hoá) so với dòng điện định mức I đm, PFe tổn thất công suất tác dụng trong lõi thép (tổn thất không tải) Từ các thông số trên nếu ta muốn mô phỏng nó trong chương trình

RB +

jXB

GB

coban coban

S cơ bản tính bằng đơn vị MVA

*Điện trở RB của MBA:

dm

dm cu dm

cu B

B dm cu

S

U P I

P R

R I

3 2

2

2 10

3

dm cu coban

B

B

U

S S

U P Z

R

3 2

N N

U

Z I U

dm

dm N

B

dm

B dm dm

B dm N

S

U U I

U U

X

U

X Id U

Z I U

100

%.

100 3

%.

3 100 3 100

âm N

U

%.

U Z

âm

Fe B

âm kt

Fe âm

Fe âm

Fe kt

U

S

%.

I U

Q B

S

%.

I Q S

Q S

S

%

100 100

âm kt

cåbaín B

*

B

S

U U

S

%.

I Z

.

B

B

2 2

min â

i

U

U U

Để đơn giản ban đầu ta xét các nấc phân áp đều đang ở nấc giữa  ti = tj = 1

Ví dụ: Tính thông số MBA T1 Liên Trì (E11)

U

S S

U P Z

R

R

cåbaín

cåbaín âm

âm cu cåbaín

10 24 121 10

2 2

3 2 2

2

3 2

.

.

U

S S

U

%.

U Z

X

X

cåbaín

cåbaínj âm

âmj N

100 100

2

2 2

*Điện dẫn phản kháng

pu ,

.

.

,

S

U U

S

%.

I Z

âm kt

cåbaín B

*

B

00042 0

100

22 100

2 2

.

.

U

U U

U t

t

t

âmj

cåbaínj cåbaíni

âmi j

i

9583 0 24

22 110

Tỷ số biến đổi cực đại (RMA : Regulation max)

tmax = t.(1 + n.step) = 0,9583.(1 + 9.0,01.1,78) = 1,1119 (pu)

Tỷ số biến đổi cực tiểu (RMI : Regulation min)

tmin = t.(1 – n.step) = 0,9583.(1 – 9.0,01.1,78) = 0,8048 (pu)

Bước điều chỉnh

tstep = step.t = 0,01.1,78.0,9583 = 0,0171 (pu)

2 Mô phỏng máy biến áp ba cuộn dây

Đối với máy biến áp ba cuộn dây ta mô phỏng nó trong chương trình PSS /E dưới dạng ba máy biến áp hai cuộn dây (sử dụng nút dummy)

Thông số MBA ba cuộn dây cũng được tính tương tự như trên

*Điện trở RB của MBA:

Tổn thất đồng tính cho trường hợp bất lợi nhất trong lúc vận hành, tức là lúc một cuộn dây không làm việc còn hai cuộn kia làm việc với phụ tải định mức Lúc này tương tự máy biến áp hai cuộn dây

âm

âm cui B

S

U P

Chuyển sang đơn vị tương đối:

cåbaín

cåbaín âm

âm cu cåbaín

.

U P Z

R

3 2

Nếu như trong số liệu kỹ thuật MBA nhà chế tạo cho đầy đủ ba giá trị tổn thất ngắn mạch PCU(C.H), PCU(C.T), PCU(T.H) thì tổn thất công suất ngắn mạch trên mỗi cuộn dây được tính:

PCU.C = 0,5.( PCU(C.H) + PCU(C.T) - PCU(T.H))

PCU.T = 0,5.( PCU(C.T) + PCU(T.H) - PCU(C.H))

PCU.H = 0,5.( PCU(C.H) + PCU(T.H) - PCU(C.T))

Sau đó tính điện trở cho từng cuộn dây và chuyển sang đơn vị tương đối:

cåbaín

cåbaín âm

âm cuc cåbaín

BC BC

U

S S

.

U P Z

R

3 2

âm cuT cåbaín

BT BT

U

S S

.

U P Z

R

3 2

âm cuH cåbaín

BH BH

U

S S

.

U P Z

R

3 2

cåbaín

BT BT

S

U

%.

U Z

Sđm tính bằng đơn vị MVA

Chuyển sang đơn vị tương đối:

cåbaín

cåbaín âm

âm NC

cåbaín

BC BC

U

S S

U

%.

U Z

âm NT

cåbaín

BT BT

U

S S

U

%.

U Z

âm NH

cåbaín

BH BH

U

S S

U

%.

U Z

*Điện dẫn phản kháng BB của MBA:

Tương tự như máy biến áp hai cuộn dây ta có

âm

âm kt

B

U

âm kt

cåbaín B

*

U U

S

%.

I Z

.

B

B

2 2

âmi j

i

U

U U

U t

t

t  

trong đó: Bus “i” là phía có điều chỉnh nấc phân áp của MBA

Bus “j” là phía có nấc phân áp được đặt cố định (nút dummy)

Để đơn giản ban đầu ta xét các nấc phân áp đều đang ở nấc giữa  ti = tj = 1

Ví dụ: Tính thông số MBA T1 Đồng Hới 110 (E2)

Lấy Scơ bản = 100 (MVA), Ucơ bản110 = 110 (kV), Ucơ bản35 = 35 (kV)

Ucơ bản22 = 22 (kV), Ucơ bảndummy = 1.0 (kV)

UN.T% = 0,5.( UN(C.T)% + UN(T.H)% - UN(C.H)%)

= 0,5.( 11,6 + 6,0 – 17,5 ) = - 0,02%

UN.H% = 0.5*( UN(C.H)% + UN(T.H)% - UN(C.T)%)

= 0,5.( 17,5 + 6,0 – 11,46 ) = 6,02%

Tổn thất công suất ngắn mạch trên mỗi cuộn dây được tính:

PCU.C = 0,5.( PCU(C.H) + PCU(C.T) - PCU(T.H))

.

,

U

S S

.

U P Z

R

R

cåbaín

cåbaín âm

âm cuc cåbaín

BC BC

00986 0 1

25

100 10 1 6255

61

2

10

2 2

3 2

2 2

3 2

.

,

U

S S

.

U P Z

R

R

cåbaín

cåbaín âm

âm cuT cåbaín

BT BT

00765 0 1

25

100 10 1 8335

47

2

10

2 2

3 2

2 2

3 2

.

,

U

S S

.

U P Z

R

R

cåbaín

cåbaín âm

âm cuH cåbaín

BH BH

0074 0 1

25

100 10 1 2425

46

2

10

2 2

3 2

2 2

3 2

0,4592pu 100.25

11,48.1

U

S S

U

%.

U Z

âm NC

cåbaín

BC BC

0,02.1

-U

S S

U

%.

U Z

âm NT

cåbaín

BT BT

6,02.1

U

S S

U

%.

U Z

âm NH

cåbaín

BH BH

S

%.

I Z

âm kt

cåbaín B

*

B

0005 0 100

1

100

1 25

- Trong PSS/E v.29 ta có những khác biệt so với các vesion trước của nó: + Ta có ba cách mô phỏng MBA trong chương trình PSS /E: Mô phỏng MBA các bằng thông số sau khi chuyển nó sang đơn vị tương đối với các đại lượng cơ bản là của hệ thống, mô phỏng MBA các bằng thông số sau khi chuyển

nó sang đơn vị tương đối với các đại lượng cơ bản của là của chính MBA đó,

dây (không có nút dummy) Tuy nhiên ta nên sử dụng nút dummy khi MBA ba cuộn dây ta mô phỏng có hai phía điều chỉnh

Tỷ số biến đổi

Phía 110:

pu ,

U t

t

t

âmj

cåbaínj cåbaíni

âmi j

i

04545 1 1

Tỷ số biến đổi cực đại (RMA : Regulation max)

tmax = t.(1 + n.step) = 1,04545.(1 + 9.0,01.1,78) = 1,2129 (pu)

Tỷ số biến đổi cực tiểu (RMI : Regulation min)

tmin = t.(1 – n.step) = 1,04545.(1 – 9.0,01.1,78) = 0,878 (pu)

Bước điều chỉnh

tstep = step.t = 0,01.1,78.1,04545 = 0,0186 (pu)

Phía 35:

pu ,

U t

t

t

âmj

cåbaínj cåbaíni

âmi j

i

1 1 1

Tỷ số biến đổi cực đại (RMA : Regulation max)

tmax = t.(1 + n.step) = 1,1.(1 + 2.0,01.2,5) = 1,155 (pu)

Tỷ số biến đổi cực tiểu (RMI : Regulation min)

tmin = t.(1 – n.step) = 1,1.(1 – 2.0,01.2,5) = 1,045 (pu)

Bước điều chỉnh