Hướng dẫn nhập thông số hệ thống điện trong PSSE

Chương trình PSSE (Power System Simulator for Engineering) là chương trình phân tích, tính toán hệ thống điện của tập đoàn PTI (POWER TECHNOLOGIES INTERNATIONAL) của Mỹ. Kể từ khi ra đời phiên bản đầu tiên năm 1976, chương trình đã trở thành phần mềm thương mại được sử dụng nhiều nhất trong các phần mềm tính toán lưới điện. Phiên bản version PSSE – 34 là phiên bản mới nhất PSSE™ công bố bởi Siemens Power Transmission Distribution, Inc., Power Technologies International (Siemens PTI) và được bổ sung thêm nhiều tính năng mới. Chương trình PSSE là một bộ chương trình tích hợp mô phỏng hệ thống điện trên máy tính. Cho phép nghiên cứu về mạng lưới truyền dẫn và các đặc tính của máy phát trong cả chế độ tĩnh và chế độ động. Có thể khai thác chương trình trên các phương diện chính sau: Tính toán trào lưu công suất; Tối ưu hoá trào lưu công suất; Nghiên cứu các loại sự cố đối xứng và không đối xứng; Mô hình động mô phỏng quá trình quá độ điện cơ, tính toán ổn định động của hệ thống.

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM PSS/E

1.1 GIỚI THIỆU:

Phần mềm PSS/E (Power System Simulator for Engineering) là phần mềm mô phỏng hệ thống điện của công ty Power Technologies Inc thuộc Siemens Chương trình giúp chúng ta mô phỏng, phân tích và tối ưu hóa các tính năng của hệ thống điện phục vụ cho công tác vận hành cũng như quy hoạch hệ thống điện Nó sử dụng các phương pháp tính toán hiện đại nhất để:

- Tính toán trào lưu công suất;

- Tối ưu hóa trào lưu công suất;

- Nghiên cứu các loại sự cố đối xứng và không đối xứng: Cho phép tính toánchế độ làm việc của hệ thống ở tình trạng sự cố như ngắn mạch, đứt dây ở bất

cứ điểm nào trong hệ thống Phục vụ cho công việc tính toán chỉnh định rơle

và tự động hóa trong hệ thống điện;

- Tương đương hóa hệ thống;

- Mô phỏng động: Chương trình PSS/E cho phép tính toán mô phỏng các chế

độ làm việc của hệ thống khi có các dao động lớn xảy ra, nhằm khắc phụcnguy cơ tan rã hệ thống điện khi mất ổn định

Hiện tại phần mềm đã được phát triển đến phiên bản thứ 33 Để phục vụ mục đích

1.2 KHÁI QUÁT:

Chương trình PSS/E là chương trình mô phỏng hệ thống điện trên máy tính nhằmmục đích tính toán nghiên cứu phục vụ vận hành cũng như quy hoạch hệ thống điện

Chương trình được tổ chức theo sơ đồ khối như sau:

Biến đổi dữ liệu:

 Biến đổi dữ liệu của máy phát / phụ tải.

 Tương đương hóa hệ thống.

Nghiên cứu hệ thống tuyến

tính:tính toán trào lưu công

suất khi bỏ qua ảnh hưởng của

 Trào lưu công suất HTĐ.

 Kiểm tra các giới hạn.

 Hiển thị kết quả qua sơ

PSSLF

Đưa dữ liệu đầu vào và lấy kết quả đầu ra từ

chương trình PSS/E.

 Dữ liệu đầu vào để tính trào lưu công

suất : huy động nguồn,phụ tải của các

1.3 CÁC BÀI TOÁN CỦA PSS/E:

Chương trình phần mềm PSS/E có một số bài toán sau:

 Phân bố công suất - Power Flow, Xác định tổn thất

 Phân tích động – Dynamics

 Phân bố công suất cải tiến – Load Flow Enhancement

 Phân tích ngắn mạch bất đối xứng – Unbalanced Fault Analysis (ShortCircuit)

 Phân bố công suất tối ưu – Optimal Power Flow (OPF)

1.4 CÁC KHÍA CẠNH QUAN TRỌNG CỦA CHƯƠNG TRÌNH PSS/E:

Chương trình PSS/E có 3 khía canh quan trọng:

 Cho phép người dùng tạo ra các thư viện để mô tả rõ ràng các điều kiện của

hệ thống và các vấn đề cần khảo sát

 Khả năng thực hiện của từng chức năng giúp ta đạt được những kết quảmong muốn trong bài toán trào lưu công suất,mô phỏng và tính toán ngắnmạch

 Cho ta biết tiến trình cài đặt mô hình động của hệ thống cần mô phỏng

HƯỚNG DẪN CÀI ĐẶT PHẦN MỀM PSS/E

2.1 HƯỚNG DẪN CÀI ĐẶT:

Nhấn kép vào file setup để khởi động chương trình cài đặt

Hình 2.1Giao diện khởi động cài đặt chương trình

 Khi trình khởi động xong màn hình cài đặt xuất hiện cho phép ta lựa chọnkiểu cài đặt mạng hay cục bộ, nhấn chuột vào nút “next” để tiếp tục

Hình 2.2 Các kiểu cài đặt

 Bảng “Release Notes” xuất hiện, nhấn “Yes” để tiếp tục

 Bảng xác nhận thông tin khách hàng xuất hiện, điền thông tin cá nhân và đăngnhập mã số đăng kí rồi nhấn “Next” để tiếp tục.

Hình 2.4Thông tin khách hàng

 Lựa chọn thư mục để cài đặt chương trình PSS/E, nhấn “Next” để tiếp tục

Hình 2.5Lựa chọn nơi đặt các thư mục cài đặt

 Lựa chọn các tuỳ chọn của chương trình rồi nhấn “Next” để tiếp tục

Hình 2.6Chọn các thành phần muốn cài đặt

 Lựa chọn thư mục đặt chương trình PSS/E trong thanh menu “Start”

Hình 2.7Chọn thư mục đặt chương trình

 Lựa chọn tần số cho việc khảo sát về sau, chọn tần số 50Hz tương ứng vớilưới điện Việt Nam, nhấn “Next” để tiếp tục

Hình 2.11Chọn việc muốn chương trình cài đặt làm

 Lựa chọn “driver” muốn cài đặt, chọn “SuperPro driver”, nhấn “Next” để tiếptục

Hình 2.12Chọn loại “Driver” muốn cài đặt

 Cài đặt đã hoàn thành, chọn khởi động lại máy hay khởi động lại sau rồi nhấn

“Finish” để thoát

Chương 3 Phần Ví Dụ Chi Tiết Về Phần Mềm PSS/E Và Cách Sử Dụng

-Tính toán trào lưu công suất ?

-Nghiên cứu các loại sự cố đối xứng và không đối xứng ?

-Trên phần mềm PSS/E

Bài Làm

1 GIAO DIỆN PSS/E :

2 THÀNH LẬP MẠNG ĐIỆN TRÊN PSS/E:

Như đã nêu ở trên, PSS/E đã có những cải tiến về mặt thân thiện với người sử dụngthể hiện qua phân hệ Grid Editor Trong Grid Editor người sử dụng có thể vẽ sơ đồđơn tuyến của lưới điện khá dễ dàng và trực quan hơn theo kiểu “kéo thả”

2.1 Các bước mở phân hệ Grid Editor:

 Vào thanh menu “Start” để khởi động phần mềm, chọn phân hệ Power Flow.Trên màn hình xuất hiện giao diện của phân hệ Power Flow

 Vào “File” chọn mục “New” để tạo một sự kiện mới Trên màn hình xuất hiệnhộp thoại “Build New Case”

Hình 2.16Hộp thoại “Build New Case”

 Dòng đầu tiên: công suất cơ bản được chọn để tính toán là 100MVA

 Hai dòng còn lại: hai dòng chú thích cho file số liệu (có thể khôngcần nhập hai dòng này)

 Nhấn “OK” để tạo một sự kiện mới

 Màn hình của phân hệ “Grid Editor” xuất hiện.

Hình 2.17Phân hệ “Grid Editor”

 Nhấp vào biểu tượng , màn hình xuất hiện hộp thoại

 Chọn “Diagram” và nhấn “OK”, màn hình vẽ sơ đồ xuất hiện Có thể nhấpvào biểu tượng để tạo lưới giúp cho việc thể hiện sơ đồ được dễ dàng vàchính xác hơn

Hình 2.18Màn hình vẽ sơ đồ đơn tuyến trong “Grid Editor”

Màn hình “ Grid Editor ” gồm có 4 cửa sổ chính:

 Diagram View (luôn luôn xuất hiện).

 Equipment List View (chúng ta có thể hiển thị hoặc ẩn đi bằng

cách nhấp vào biểu tượng )

 Progress View (chúng ta có thể hiển thị hoặc ẩn đi bằng cách

Progress View Equipment View

Diagram View

2.2 Ta sẽ nhập thông số vào chương trình trực tiếp.

Từ giao diện chính ta chon :

- File/new

-Rồi chon hệ thống và sơ đồ

-Sau đó thanh (network data) hiên ra ta bắt đầu nhập các thông số

-các mục cần nhập thông số như :bus/plant/machine/load/branch/2 winding…

- “Bus number”: nhập vào số nút (Chương trình sẽ tự ghi vào cột này).

- “Bus name”: nhập vào tên nút (tối đa là 8 ký tự)

- “Base KV”: nhập điện áp cơ bản cho nút đó (ví dụ : 3.3, 15.75, 20, 33, 35, 110,220…)

- “Code”: nhập vào mã để phân loại các loại nút

 1-Nút phụ tải (không có máy phát gắn vào)

 2-Nút máy phát hoặc nhà máy điện

-“Owner” và “Owner name” chỉ các nút và tên nút do mình làm chủ (có thể bỏqua).

Voltage” giá trị điện áp tại nút đó (được nhập trong đvtđ)

-“Angel” giá trị góc pha của điện áp đó (tính theo độ)

B Tiếp là thông số nhà máy (machine)

- “Bus number” và “Bus name” số nút và tên nút gắn với máy phát.

- “Id” số thứ tự dùng để phân biệt khi có nhiều máy phát nối vào một nút.

- “Pgen” và “Qgen”công suất tác dụng và phản kháng đang phát của máy phát

(MW và MVAr)

- “Pmax”, “Pmin” và “Qmax”, “Qmin” công suất tác dụng và phản kháng cực

- “ZX” điện kháng trong của máy phát, có thể nhập vào xd’ hay xd’’ ở đơn vị

tương đối với công suất cơ bản MBASE, giá trị này không có tác dụng trongtính toán trào lưu công suất (chỉ dùng trong tính toán Dynamic)

- “RT” và “XT” điện trở và điện kháng trong của máy biến áp đầu cực máy phát

(nhập vào ở đơn vị tương đối với công suất cơ bản MBASE)

- “GTAP” nấc phân áp của máy biến áp đầu cực máy phát (nhập ở đvtđ).

- “Owner 1”, “Owner 2”, “Owner 3”, “Owner 4”: số chỉ sự sở hữu, mỗi máy

phát có đến 4 chủ sở hữu

“Fraction 1”, “Fraction 2”, “Fraction 3”, “Fraction 4”: hệ số chiếm hữu củacác chủ sở hữu, trước khi nhập và chương trình thì tổng các Fi bằng “1”

C Nhập thông số nhà máy (plant)

- Thường kèm theo với thông số máy phat điện

- “From bus” và “From bus name” số hiệu và tên nút đầu của nhánh.

- “To bus” và “To bus name” số hiệu và tên nút cuối của nhánh.

- “Id” chỉ số nhánh, dùng để phân biệt khi có nhiều nhánh khác nhau nối song

song giữa hai nút

- “Line R” và “Line X” : Giá trị điện trở và trở kháng của nhánh đường dây

(nhập ở đơn vị pu hay Ohm)

Chú ý : Hai giá trị này bắt buộc phải nhập trong bảng thông số của nhánh Trong đó

giá trị của R có thể bằng “0” nhưng giá trị của X phải luôn khác “0”

- “Charging” giá trị điện dung dẫn của đường dây Nhập vào ở đơn vị có tên

hoặc pu Giá trị mặc định bằng 0

- “Status” chỉ trạng thái của nhánh đó.

- “Rate A”, “Rate B”, “Rate C”: các mức mang tải cho phép khác nhau của

nhánh đường dây đó (nhập ở đơn vị MVA) Mặc định bằng 0

Trong đó : “Rate A” là mức tải định mức của đường dây đó, “Rate B” và “Rate C”

có thể biểu diễn giá trị quá tải được sử dụng trong các điều kiện khẩn cấp

- “Line G from” và “Line B from” giá trị Shunt đường dây nối vào nút đầu của

- “Line G to” và “Line B to” giá trị Shunt đường dây nối vào nút cuối của nhánh

đó, tính bằng điện dẫn (nhập ở đvtđ) Mặc định bằng 0

- “Length” chiều dài của đường dây, nhập vào đơn vị tùy người dùng Mặc định

bằng 0

- “Owner 1”, “Owner 2”, “Owner 3”, “Owner 4”: số chỉ sự sở hữu của nhánh.

- Fraction 1”, “Fraction 2”, “Fraction 3”, “Fraction 4”: hệ số chiếm hữu của các

chủ sở hữu, trước khi nhập và chương trình thì tổng các Fi bằng “1”

- “From bus” và “From bus name” số hiệu và tên nút thứ nhất của máy biến

áp, ở đây có cuộn dây thứ nhất của máy biến áp, chỉ có cuộn dây này có

chứa điều áp dưới tải

- “To bus” và “To bus name” số hiệu và tên nút thứ hai của máy biến áp, ở đây có chứa cuộn dây thứ hai của máy biến áp

- “Id”: số hiệu của nhánh, dùng để phân biệt khi có nhiều nhánh nối song song.Mặc định bằng Id =‘1’

- “Name”: nhập tên của máy biến áp, tối đa 8 kí tự, đặt trong ngoặc ‘’ Mặc định

có thể để trống

- “Status”: trạng thái ban đầu của máy biến áp

- “Control bus”: tên nút mà máy biến áp tham chiếu đến để điều chỉnh điện áp.Nếu nút đó cùng phía với phía có nấc máy biến áp thì phải thêm dấu “-” vàophía trước Mặc định cho bằng ‘0’

- “Tap position”: số lượng nấc biến áp có thể có Cho phép từ 2 đến 9999 Giátrị mặc định bằng 33

- “Control mode”: chế độ điều khiển máy biến áp cho các điều chỉnh tự động.

Có các chế độ sau:

- “None”: không có điều chỉnh tự động

- “Voltage”: tự động điều chỉnh điện áp

- “Reactive”: tự động điều chỉnh công suất kháng

- “Active” tự động điều chỉnh công suất thực

- “DC line” điều chỉnh số lượng đường dây DC

- “Winding I/O code”: mã vào dữ liệu cho các trường tiếp theo Xác định đơn vịcho WIND1, WIND2

 “1”: Turns ratio (pu on bus base kV)- vào tỉ số biến áp tương đối

 “2”: điện áp định mức biến áp trong đơn vị có tên (KV)

 Mặc định cho bằng “1” Turns ratio (pu on bus base kV)

 “3”: giá trị tổn hao tải máy biến áp trong đơn vị kW theo công suất vàđiện áp của cuộn dây

 Mặc định bằng “1”.Zpu (system base)

- “Admittance I/O code” xác định đơn vị cho các trường dữ liệu MAG1 vàMAG2

1- Điện dung dẫn số phức tương đối theo cơ sở hệ thống

2- Tổn thất không tải tính bằng W và dòng không tải tương đối theo cuộn thứ nhất

 Mặc định bằng 1.Y pu (system base)

- “Line R”, “Line X” : giá trị điện trở và điện kháng của nhánh máy biến áp (pu)

- “Rate A”, “Rate B”, “Rate C”: các mức tải cho phép khác nhau của nhánhtrong đơn vị tương đối

- “Magnetic conductance”: độ dẫn từ hoá Mặc định bằng “0”

- “Magnetic susceptance”: điện nạp từ hóa Mặc định bằng “0”

- “Owner 1”, “Owner 2”, “Owner 3”, “Owner 4”: số chỉ sự sở hữu của nhánh

- “Fraction 1”, “Fraction 2”, “Fraction 3”, “Fraction 4”: hệ số chiếm hữu củacác chủ sở hữu, trước khi nhập và chương trình thì tổng các Fi bằng “1”

- “P base kV”: giá trị công suất cơ bản (MVA)

- “P winding ratio”: tỉ số biến áp theo giá trị công suất cơ bản (pu)

- “P nominal voltage”: giá trị điện áp danh định theo giá trị công suất cơ bản(pu)

- “S winding ratio”: tỉ số biến áp theo giá trị công suất cơ bản (pu).

- “S nominal voltage”: giá trị điện áp danh định theo giá trị công suất cơ bản(pu)

- “Rmax”: giới hạn trên Mặc định “Rmax” = ‘1.1’

- “Rmin”: giới hạn dưới Mặc định “Rmin”= 0.9

- “Vmax” và “Vmin”: giới hạn điều chỉnh trên và giới hạn điều chỉnh dưới Mặcđịnh “Vmax”= 1.1 và “Vmin”= 0.9

- “Nominal resistance” và “Nominal reactance ”: điện trở và trở kháng danhđịnh Mặc định bằng ‘0’

- “Impedance table”: bảng trở kháng

- “Actual impedance”: giá trị trở kháng thực tế

- “Connect code”: mã kết nối

- “G-Resist”: điện trở nối đất của máy biến áp

- “G-React”: điện kháng nối đất của máy biến áp

- “R-Zero” và “X-Zero”: giá trị điện trở và điện kháng thứ tự không

Nhập số liệu xong ta nhấp vào biểu tượng (auto draw)

Chọn biểu tượng để xem dòng chảy công suất trên các nhánh

Để giải bài toán phân bố công suất ta nhấp vào biểu tượng Power Flow chọn Solution chọn Solve màn hình xuất hiện bảng chọn lựa:

Bài toán hội tụ sau 2 bước lập.

- Công suất phát tại nút cân bằng là P= 43.6 MW, Q= 5.9 Mvar

 Ngoài ra, ta có thể xem dòng công suất của các nhánh mà nối với một

Kích vào biểu tượng trên màn hình thì ở màn hình xuất hiện hình như hình dưới (Giả sử ta chọn nút 7, nhấn OK màn hình sẽ hiện ra hình ảnh như sau):

Hình a Chọn nút cần xem dòng công suất và các thông số của nút

Bảng b.Kết quả tổng công suất và tổn thất theo vùng

- Tổng công suất máy phát: P=43.6 MW, Q=20.9 Mvar

- Tổng công suất tải: P=43.0, Q=17.8 Mvar

- Tổng tổn thất: P=0.6 MW, Q=4.0 Mvar

Xem công suất và tổn thất công suất tại các Bus và các nhánh đường dây ta vào

Power FlowReportsBus Based Repors:( bảng phụ lục 1.1)

Bảng phụ lục 1.1

BẢNG C giá trị điện áp, và góc pha tại các nút

Nút

4Biểu đồ

thể hiện giá trị biên độ điện áp tại các nút

Nhận xét: nhìn vào biểu đồ hình 4và bảng phụ lục 1.1ta nhận thấy các nút có sự

sụt áp không lớn (< 5% ) và tổn thất là không đáng kể Vì thế ta không cần đưa ra những phương án để nâng cao điện áp, hạn chế tổn thất

Nhưng nếu các nút có sự sụt áp lớn và tổn thất đa số là những nút ở các trạm cuối nguồn thì ta cần đưa ra những phương án để nâng cao điện áp, hạn chế tổn thất trênlưới điện bằng cách đặt tụ bù tại những nút này

Bù công suất phản kháng là biện pháp giảm tổn thất điện năng rất có hiệu lực,

vì có thế đặt công suất thiết bị bù để đạt được hệ số công suất mong muốn, có lợi vềkinh tế và kỹ thuật

Xét một mạng điện như hình dưới, ta có được tổn thất công suất trước và saukhi đặt thiết bị bù:

Tổn thất công suất trước khi bù:

Sau khi bù:

Tương tự, tổn thất điện áp trước và sau bù là:

Hiện nay, có hai loại thiết bị bù công suất phản kháng là tụ điện và máy bùđồng bộ:

Tụ điện được mắc nối tiếp hay song song với đường dây còn gọi là bù dọc hay

bù ngang với mục đích là điều chỉnh dòng công suất phản kháng và điều chỉnh điện

Tóm lại, với tác dụng nâng cao hệ số công suất, giảm tổn thất công suất và tổn thất

điện áp, việc đặt tụ bù là thật sự cần thiết và hữu ích Vấn đề quan trọng là xác định

4 Nghiên cứu các loại sự cố đối xứng và không đối xứng

+ Sơ qua về phần lý thuyết

-Ngắn mạch

Tính trong phần mềm PSS/E

Trong hệ thống điện có các đại lượng cơ bản như điện áp (U), sức điện động (E), dòng điện (I), công suất (S), tổng trở (Z), do đó ta có các đại lượng trong đơn vị tương đối tương ứng:

• U_cb, E_cb, I_cb, S_cb, Z_cb là các đại lượng cơ bản được chọn trước,

• U, E, I, S, Z là các đại lượng trong hệ đơn vị có tên cần chuyển

sang hệ đơn vị tương đối

• U*(cb), E*(cb), I*(cb), S*(cb), Z*(cb) là các đại lượng trong hệ đơn vị

- Tuỳ theo yêu cầu bài toán ta có thể chọn các đại lượng cơ bản

phù phợp, thông thường chọn Scb và Ucb là có thể tính được các

đại tượng khác trong hệ đơn vị tương đối:

_Từ giao diện chon : Fault/automatic sequencing fault calculation (ASCC)

>Xuất hiện

Ta chỉ tích được vào :

> three phase fault

>Go