bao cao tính năng PHẦN MỀM ETAP

mềm thiết kế, mô phỏng dựa vào những khối có sẵn để mô tả sự vận hành của hệthống, phần mềm có khả năng phân tích và tính toán các thông số của hệ thống điệnnhư dòng điện, dòng công suất tối ưu, đánh giá ổn định của hệ thống,…Etap chạy tốt trên hầu hết các phiên bản windows.Khi cài đặt đòi hỏi phải có phần mềm hỗ trợ là Microsoft.NET Framework v4.0hoặc Microsoft.NET Framework v4.5.ETAP cung cấp bản demo khá đầy đủ chức năng của phiên bản full tại địa chỉhttp:etap.comdemosectiondemo download.aspxETAP sử dụng khóa cứng, quá trình cài

GIỚI THIỆU PHẦN MỀM ETAP

Chương 1

GIỚI THIỆU

1.1 SƠ LƯỢC VỀ ETAP

Etap là sản phẩm của công ty Operation Technology, Inc – OTI Đây là một phầnmềm thiết kế, mô phỏng dựa vào những khối có sẵn để mô tả sự vận hành của hệthống, phần mềm có khả năng phân tích và tính toán các thông số của hệ thống điệnnhư dòng điện, dòng công suất tối ưu, đánh giá ổn định của hệ thống,…

Etap chạy tốt trên hầu hết các phiên bản windows

Khi cài đặt đòi hỏi phải có phần mềm hỗ trợ là Microsoft.NET Framework v4.0hoặc Microsoft.NET Framework v4.5

ETAP cung cấp bản demo khá đầy đủ chức năng của phiên bản full tại địa chỉhttp://etap.com/demo-section/demo-download.aspx

ETAP sử dụng khóa cứng, quá trình cài đặt đơn giản chỉ cần làm theo hướng dẫntrên cửa sổ cài đặt

Phân bố công suất

Phân bố tối ưu công suất

Phân tích ngắn mạch

Phân tích ổn định động

Phân tích sóng hài

Phân tích tia hồ quang

Phân tích đánh giá độ tin cậy

Phối hợp bảo vệ

Các ứng dụng này không chỉ áp dụng cho hệ thống điện AC mà còn cho hệ thống DC nữa

ph n ầ

t DC ử

ph n ầ

t AC ử select

ETAP

system

phân tích

phân tích sóng hài

bù kinh tế

tối ưu công suất

phân tích hồ

quang

các ch c ứ năng DC

phân bố

công

su t ấ

Hình 1.3 Các phần tử AC

Các thiết bị đo lường, bảo vệ:

Hình 1.4 Các thiết bị đo lường, bảo vệ

Hình 1.5 Trang Info của nguồn

ID: Tên của nguồn (hệ thống)

Bus: Kết nối với bus nào (kèm điện áp định mức)

Mode: Chọn chức năng của nguồn

Swing: Nút cân bằng (Cố định điện áp và góc điện áp)

Voltage Control: Nút máy phát (Cố định điện áp và công suất tác dụng) Mvar Control: Nút tải (Cố định công suất tác dụng và công suất kháng)

PF control: Cố định công suất tác dụng và hệ số công suất

Trang Rating:

Hình 1.6 Trang Rating của nguồn

Rated: Điện áp định mức.

Balanced/Unbalanced: Ba pha cân bằng/ không cân bằng

Generation Categories: Thiết lập các thông số hoạt động của nguồn, tùy từng

chế độ Mode mà ta thiết lập các thông số

Swing Mode: %V and angle

Voltage Control Mode: %V and MW

Mvar Control: MW and Mvar

Power Factor Control : MW and PF

Operating: Các giá trị của trạng thái hoạt động gần nhất

Trang Short Circuit:

Hình 1.7 Trang Short Circuit của nguồn

Grounding: Tổ đấu dây

SC Rating: Thông số tính ngắn mạch

MVAsc: Công suất ngắn mạch

X/R: Tỉ số cảm kháng / trở kháng của tổng trở thay thế

kAsc: Dòng ngắn mạch

SC Impendance (100MVAb): Các thông tin để tính ở đơn vị tương đối ở công

suất cơ bản là 100MVA các giá trị thứ tự thuận, nghịch và thứ tự không Nếu phầnnày được nhập giá trị, Etap sẽ tính lại phần SC Rating

Ngoài ra hệ thống này có thể đại diện cho các bộ nghịch lưu năng lượng tái tạonhư năng lượng mặt trời khi đó điện áp đầu ra không phải hình sin mà theo một tiêuchuẩn hoặc của một nhà sản xuất nào đó Ta truy cập vào thư viện để chọn dạngđiện áp đầu ra thích hợp.

MTTF: Khoảng thời gian giữa 2 lần hư hỏng

MTTR: Thời gian sửa chữa (giờ)/ năm

r ρ: Thời gian thay thiết bị

Switching Time: Thời gian chuyển sang nguồn cung cấp mới

Trang Energy Price:

Giá cung cấp điện của hệ thống Ta có thể xây dựng hàm chi phí của hệ thống đểtính toán khi sử dụng chức năng vận hành tối ưu nguồn phát

1.4.2 Máy Phát: là máy phát điện AC 3 pha

Máy phát cũng tương tự như nguồn chỉ khác một vài điểm sau:

Trang Rating:

Hình 1.10 Trang Rating của máy phát

Rating: MW: Công suất P định mức

kV: Điện áp định mức

%PF: Hệ số công suất

MVA: Công suất S định mức

%Eff: Hiệu suất làm việc.

Mvar Limits: Giới hạn công suất kháng lúc cao điểm Có thể cài đặt hoặc Etap

tự tính theo PrimeMover Rating

Trang Imp/Mode:

Hình 1.11 Trang Imp/Mode của máy phát

Impedance: Thông tin về trở kháng siêu quá độ, thứ tự thuận, thứ tự nghịch và

thứ tự không dùng trong tính toán ngắn mạch

Dynamic Model: Mô hình máy phát và các thông số (bộ thông số chuẩn) để

phân tích ổn định hệ thống

Type: Kiểu máy phát (hơi, khí, thủy điện) và loại rotor (cực ẩn, cực lồi).

IEC 60909 S.C: Giới hạn chịu được khi ngắn mạch theo tiêu chuẩn IEEE 60909.

Trang capalibity: Thông tin về giới hạn hoạt động an toàn của máy phát.

Trang Govemor: Thông tin về bộ điều tốc của máy phát.

1.4.3 Bus:

Trang Info:

Hình 1.12 Trang Info của Bus

Nominal kV: Điện áp định mức của bus.

Initial / Operating: Giá trị điện áp, phần trăm điện áp, góc pha điện áp ban đầu

và khi hoạt động

Load Diversity Factor: Giới hạn tải của bus.

Trang Phase V:

Hình 1.13 Trang Phase V của Bus

Thông tin chi tiết điện áp, góc pha của từng pha

Trang Load:

Hình 1.14 Trang Load của Bus

Thông tin chi tiết về các loại tải kết nối với Bus

Trang Rating:

Hình 1.15 Trang Rating của Bus

Standard: Theo tiêu chuẩn ANSI hay IEC.

Type: Các loại Bus khác nhau để phân tích hồ quang và ngắn mạch Continuous: Giá trị dòng tải liên tục mà Bus chịu được.

1.4.4 Đường dây:

Trang Info:

Hình 1.16 Trang Info của đường dây

ID: Tên đường dây.

From/To: Dây nối từ Bus /đến Bus.

Length: Chiều dài dây, chọn đơn vị thích hợp.

GMR: Bán kính trung bình hình học (giữa các dây trong cùng 1 pha) (Ds).

X a: Trở kháng trên 1 đơn vị chiều dài

X a ’: Dung dẫn trên 1 đơn vị chiều dài

Ground Wire: Thông số dây nối đất.

Hình 1.17 Trang Parameter của đường dây

Trang Configuration:

Configuration Type: Cách bố trí dây.

GMD: Khoảng cách trung bình hình học (giữa các dây pha) (Dm).

Transposed: Dây dẫn có hoán vị đầy đủ.

Trang Impedance:

Hình 1.19 Trang Impedance của đường dây

Có 2 tùy chọn:

Calculated: Nhận kết quả tính từ Etap (R, X, B).

User Defined: Nhập kết quả có sẵn (R, X, B).

Impedance (per phase): Các thông số R, X, B của mỗi pha cho thứ tự thuận, thứ

tự nghịch và thứ tự không

Trang Sag & Tension: Các thông tin về cơ khí đường dây.

1.4.5 Máy biến áp 2 cuộn dây:

Trang Info:

Hình 1.20 Trang Info của máy biến áp

ID: Tên MBA.

Prim: Tên bus kết nối phía cao áp, điện áp phía cao áp.

Sec: Tên bus kết nối phía hạ áp, điện áp phía hạ áp.

Standard: Theo tiêu chuẩn ANSI hay IEC.

Trang Rating:

kV: Điện áp định mức.

MVA: Công suất định mức.

Max MVA: Công suất cực đại của MBA khi làm việc quá tải.

FLA: Dòng định mức của cuộn sơ cấp và thứ cấp.

Type/class: Tùy từng loại tiêu chuẩn MBA phân ra làm nhiều loại và nhiều lớp

khác nhau (giải nhiệt, làm mát, vật liệu…….)

Hình 1.21 Trang Rating của máy biến áp

Trang Impedance:

Hình 1.22 Trang Impedance của máy biến áp

% Z: Giá trị phần trăm của tổng trở MBA so với Zcb được tính dựa trên điện áp

định mức MBA và công suất định mức MBA

X/R: Tỉ số cảm kháng / trở kháng MBA.

Z variation: Tính toán lại tổng trở Z khi sử dụng đầu phân áp MBA.

Z tolerance: Sai số để tính trường hợp xấu nhất.

Trang Tap:

Hình 1.23 Trang Tap của máy biến áp

Fixed Tap: Chọn đầu phân áp MBA Ta có thể chuyển đổi tùy chọn theo các nấc

đầu phân áp hay theo kV bằng cách nhấn vào nút %Tap

LTC / Voltage Regulator: Thiết lập các giá trị điện áp của mỗi nấc đầu phân áp,

cũng như chọn MBA có đầu phân áp hay không Nhấn vào LTC để nhập các giá trịđầu phân áp

Hình 1.24 Chỉnh đầu phân áp máy biến áp

Upper Band: điện áp giới hạn trên.

Lower Band: điện áp giới hạn dưới.

Tap: Min: % giới hạn điện áp thấp nhất.

Max: % giới hạn điện áp cao nhất.

Step: Giá trị mỗi nấc phân áp.

Of Taps: Số đầu phân áp.

Trang Grounding:

Hình 1.25 Trang Grounding của máy biến áp

Tổ đấu dây và kiểu nối đất MBA

Trang Sizing

Hỗ trợ chọn MBA dựa vào phụ tải và dự báo phụ tải tăng trong 1 năm kế tiếp

Trang Protection:

Các thông tin về đường cong hư hại của MBA

Hình 1.26 Trang Protection của máy biến áp

Short Circuit Contribution: Các giá trị trở kháng để tính toán ngắn mạch và

1.4.6 Máy biến áp 3 cuộn dây:

Giống MBA 2 cuộn dây, có thêm các thông tin về cuộn thứ 3

1.4.7 Lumped Load (tải tập trung):

Trang Info:

Hình 1.27 Trang Info của tải tập trung

ID: Tên tải

Connection: 3 pha hay 1 pha, nếu 1 pha thì pha A, B hay C

Demand Factor: Hệ số nhu cầu tải

Configuration: Tình trạng hoạt động của tải

Continuous: Tải hoạt động liên tục

Intermittent: Tải hoạt động không liên tục

Spare: Tải dự phòng

Trang Nameplate:

Hình 1.28 Trang Nameplate của tải tập trung

Model Type: Loại tải

Conventional: Tải cân bằng

Unbalanced: Tải không cân bằng

Ratings: Công suất tải, hệ số công suất, …

Load Type: Tỉ lệ tải tĩnh và tải động cơ

Loading: Phần trăm tải hoạt động trong các trường hợp khác nhau

Trang Short Circuit:

1.4.8 Static Load (tải tĩnh):

Trang Info và Loading giống với Lumped Load.

Trang Cable/Vd:

Hình 1.30 Trang Cable/Vd của tải tĩnh

Equipment Cable: Ta có thể thêm, xóa hoặc chỉnh sửa dây cáp nối giữa bus với tải Voltage Drop: Sụt áp do điện trở dây cáp và bộ quá nhiệt

Vd: Độ sụt áp

Vbus: Điện áp bus nối với tải

1.5 XÂY DỰNG SƠ ĐỒ ĐƠN TUYẾN

Sau khi khởi động Etap, chọn New để tạo 1 project mới:

Hình 1.31 Thông tin ban đầu khi tạo dự án mớiĐặt tên và chọn đơn vị đo lường (hệ SI: Metric) và password nếu cần, sau đó chọnOK

Điền các thông tin chi tiết về Project, chọn các tùy chọn, sau đó chọn OK

Cửa sổ chính:

Hình 1.32 Cửa sổ chính sau khi khởi tạo dự ánMuốn chọn phần tử nào ta nhấp vào phần tử đó sau đó kéo thả vào cửa sổ thiết kế.Mỗi phần tử có đầu để kết nối, ta nhấp vào đầu kết nối đó và rê chuột đến phần tửmuốn kết nối với nó

Hình 1.35 Thay đổi màu các phần tử

Tùy chỉnh các thông số của phần tử hiển thị trên sơ đồ: vào Display Options

Edit để thay đổi các thông tin muốn hiển thị trên sơ đồ bằng cách check vào thông tinmuốn hiện thị

Hình 1.36 Thay đổi thông tin hiển thị

CÁC BÀI TOÁN TRONG

HỆ THỐNG ĐIỆN

Etap cung cấp 3 phương pháp tính toán dòng công suất :

Phương pháp Newton-Raphson

Phương pháp Fast-Decoupled

Phương pháp Accelerated Gauss-Seidel

Bốn phương pháp có khối lượng tính toán khá lớn nên ở những hệ thống lớn, việctính toán bằng tay là rất phức tạp Mỗi phương pháp có những tính chất khác nhau đểcải thiện độ hội tụ và tùy từng trường hợp mà mỗi cách sẽ được ưu tiên dùng hơn đểnhận được những kết quả tốt nhất

2.1.1 Phương pháp lặp Newton-Raphson

Công thức Newton-Raphson và phương pháp lặp cho dòng công suất:

Về mặt toán học phương pháp Newton-Raphson vượt trội hơn hẳn phương phápGauss-Seidel Phương pháp này có độ hội tụ rất tốt, thời gian tính toán chỉ tăng tuyếntính theo kích thước của mạng điện, vì vậy nó có hiệu quả hơn đối với mạng điện lớnyêu cầu kết quả chính xác Phương pháp Newton-Raphson được dùng để giải tìm biên

độ và góc điện áp với công suất thực và kháng bơm vào mạng đã biết, sử dụng sựthay đổi công suất thực và kháng làm tiêu chuẩn hội tụ Tiêu chuẩn hội tụ cho phươngpháp này được đặt ở mức sai số 0.0001pu

Phương pháp này phụ thuộc rất nhiều vào giá trị điện áp ban đầu của bus Việc chọnlựa kĩ điện áp ban đầu của bus được yêu cầu cao Trước khi chạy chương trình tínhtoán sử dụng phương pháp lặp Newton-Raphson, Etap sẽ lặp vài lần bằng Gauss-Seidel để xác định một giá trị tốt cho điện áp bus

2.1.2 Phương pháp Fast-Decoupled

Phương pháp Fast-decoupled bắt nguồn từ phương pháp Newton-Raphson Khi sửdụng phương pháp này thì một thay đổi nhỏ về độ lớn của điện áp bus sẽ khó làm biếnđổi tới công suất thực tại bus, và tương tự, với những thay đổi nhỏ ở góc pha điện ápbus, công suất phản kháng cũng không thay đổi đáng kể Theo đó, dòng công suất cânbằng từ công thức Newton-Raphson có thể được đơn giản hóa sang hai công thức táchrời được giải theo cách lặp:

Phương pháp này làm giảm bộ nhớ cho máy tính khoảng một nửa so với phương phápNewton-Raphson, việc tính toán được giảm đáng kể vì ma trận Jacobi không thay đổi.Cũng như phương pháp Newton-Raphson, tiêu chuẩn hội tụ của phương pháp này dựatrên độ thay đổi của P và Q được đặt mặc định là 0.0001pu Việc lặp lại cố định vớicác hằng số không chính xác như phương pháp Newton-Raphson làm cho số vòng lặptăng lên một chút, nhưng việc tiết kiệm thời gian tính toán và thuận lợi trong tiêuchuẩn hội tụ làm cho nó có khả năng tính toán cũng tương đối tốt

Nói chung, phương pháp này có thể được sử dụng như một phương pháp thay thế chophương pháp lặp Newton-Raphson bị lỗi khi tính toán với những hệ thống có nhữngnhánh rẽ dài hoặc những hệ thống có đường dây hay cáp truyền tải dài

hội tụ bằng việc thay đổi hệ số tăng tốc từ 1.2 tới 1.7 thay vì giá trị được mặc định là1.45.

2.2 GIỚI THIỆU CHỨC NĂNG PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRONG ETAP 14.0.0

Nhấp vào biểu tượng

Hình 2.1 Thanh công cụ

Hình 2.2 Các tùy chỉnh trường hợp phân tích

Load Flow Study Case:

Trang Info:

Hình 2.3 Trang Info

Study Case ID: Tên trường hợp đang tùy chỉnh (trong cùng 1 sơ đồ ta có thể thử

chạy nhiều trường hợp khác nhau)

Method: Các phương pháp phân tích.

Max Iteration: Số lần lặp tối đa.

Precision: Độ chính xác

Accel Factor: Hệ số tăng tốc

Apply Transformer Phase Shift: Trong quá trình phân tích có xét đến đầu phân

áp MBA

Update: Cập nhật điều kiện ban đầu của các phần tử.

Report: Các tùy chỉnh báo cáo.

Initial Voltage Condition: Điều kiện ban đầu của bus là tùy từng bus (Bus Initial

Voltages) hay thống nhất (User Defined Fixed Value)

Trang Loading:

Hình 2.4 Trang Loading

Loading Category: Trạng thái phụ tải.

Generation Category: Trạng thái nguồn (máy phát, hệ thống).

Load Diversity Factor: Hệ số nhân với tải để khảo sát các giới hạn của hệ thống

Trang Alert:

Các tùy chỉnh cảnh báo: quá tải (critical) và non tải (marginal) Khi vượt quá giớihạn này Etap sẽ hiện thị thông báo cảnh báo và đổi màu thiết bị.

Trang Adjustment:

Các tùy chỉnh sai số

Load Flow Display Options:

Ta có thể thay đổi cách hiện thị kết quả trên sơ đồ và chọn các thông số cần xem cũng

như đơn vị hiển thị bằng cách nhấp vào mục một cửa sổ hiện ra như hình 2.5

Hình 2.5 Display Options

Bus Voltage: Hiển thị đơn vị của điện áp trên sơ đồ tuyến là V, %V hay kV.

Mag: Hiển thị độ lớn điện áp của bus.

Angle: Hiển thị góc lệch điện áp của bus.

Load Term Base kV: Hiển thị điện áp của đầu cực các tải nối với bus.

Voltage Drop: Hiển thị rơi áp trên các phần tử của sơ đồ đơn tuyến.

Line/Cable: Rơi áp trên cáp hoặc dây truyền tải.

Load FDR: Rơi áp trên dây nối từ tải đến bus nếu phần cable trong tải được dùng

Power Flows: Hiển thị dạng dòng công suất chạy trên các phần tử.

Units: Chọn đơn vị là kVA hay MVA.

kW + jkvar: Hiển thị công suất dạng P + jQ.

kVA: Hiển thị công suất dạng S.

Amp: Hiển thị dòng điện.

%PF: Hiển thị hệ số công suất.

Flow Results: Tùy chọn hiển thị dòng công suất trên các phần tử của sơ đồ đơn

tuyến như nhánh, nguồn, tải, …

Branch Losses: Hiển thị tổn thất trên các nhánh dạng kW+jkvar hoặc MW+jMvar

Meters: Hiển thị chỉ số của các thiết bị đo như vôn kế, ampe kế, đồng hồ vạn năng

Load Flow Report Manager:

Etap còn hỗ trợ xem báo cáo rất chi tiết Nhấp vào mục để chọn dữ liệu muốn xem và định dạng như hình 2.6

Chọn định dạng file muốn in, các thông số cần in (các mục Complete, Input, Result, Summary) Nhấp OK

Hình 2.6 Report Manager

và bị hư hỏng khi điện áp bị giảm thấp, dẫn tới việc gián đoạn cung cấp điện gây thiệthại kinh tế, xã hội.

Ng n m ch trong h th ng đi n đắ ạ ệ ố ệ ược chia thành ng n m ch đ i x ng vàắ ạ ố ứ

ng n m ch không đ i x ng Các d ng ng n m ch không đ i x ng là ng n m chắ ạ ố ứ ạ ắ ạ ố ứ ắ ạ

m t pha ch m đ t (ộ ạ ấ N (1) hay LG), ng n m ch hai pha ch m nhau (ắ ạ ạ N (2) hay LL),

ng n m ch hai pha ch m nhau ch m đ t (ắ ạ ạ ạ ấ N (1,1) hay LLG) Còn ng n m ch ba phaắ ạ

(N (3) hay 3Phase) được g i là ng n m ch đ i x ng, tuy không thọ ắ ạ ố ứ ường x y raả

nh ng đây là lo i s c n ng n nh t Kinh nghi m cũng cho th y ph n l nư ạ ự ố ặ ề ấ ệ ấ ầ ớ

ng n m ch trên đắ ạ ường dây truy n t i là ng n m ch m t pha ch m đ t, nó xu tề ả ắ ạ ộ ạ ấ ấ

hi n thệ ường là do s phóng tia l a đi n c a m t dây và c t.ự ử ệ ủ ộ ộ

Muốn duy trì hoạt động bình thường của hệ thống đảm bảo việc cung cấp điện thìphải có thiết bị bảo vệ tác động khi sự cố xảy ra Các thiết bị bảo vệ phải được phốihợp nhịp nhàng, tác động đúng, kịp thời giảm thiệt hại ở mức thấp nhất Bài toán tínhngắn mạch nhằm phục vụ cho việc cài đặt các thông số của thiết bị bảo vệ

3.2 GIỚI THIỆU CHỨC NĂNG TÍNH NGẮN MẠCH Ở ETAP 14.0.0

Ở chức năng này Etap cung cấp chức năng tính ngắn mạch theo 2 tiêu chuẩn ANSI

và IEC và chức năng phân tích hồ quang điện khi ngắn mạch Trong giới hạn tìm hiểunày chỉ giới thiệu chức năng tính ngắn mạch theo tiêu chuẩn IEC