CHƯƠNG 1 :GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM ETAP 1.1 TỔNG QUAN VỀ ETAP Hiện nay có nhiều phần mềm được ứng dụng vào việc tính toán và thiết kế cho hệ thống điện hoặc các nhà máy điện, với phần mềm
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ETAP TRONG PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN CÓ ÁP
DỤNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
GVHD: NGUYỄN NHÂN BỔN SVTH: NGÔ DUY HIẾU MSSV: 15142030
Trang 2TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
Trang 5CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
-*** -
Tp Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 7 năm 2019 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên sinh viên: Ngô Duy Hiếu 15142030 Lớp 15142CL3 Ngành : Điện – Điện Tử Họ và tên Giáo viên phản biện:
NHẬN XÉT 1 Về nội dung đề tài và khối lượng thực hiện
Trang 6
3 Khuyết điểm
4 Đề nghị cho bảo vệ hay không
5 Đánh giá loại
6 Điểm ( Bằng chữ: )
Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2019
Giáo viên phản biện
(Kí và ghi rõ họ tên)
Trang 7LỜI CẢM ƠN
Kính thưa quí thầy cô!
Chúng em xin chân thành gởi lời cảm ơn đến Ban Giám Hiệu và các thầy cô trong trường, đặc biệt là các thầy cô trong khoa Điện - Điện tử trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM, đã tận tình chỉ dạy, truyền đạt kiến thức cũng như tạo điện kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập vừa qua
Trước hết, em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy TS NGUYỄN NHÂN BỔN đã giành nhiều thời gian, công sức, quan tâm, theo dõi, tận tình hướng dẫn, động viên và nhắc nhở chúng em hoàn thành tốt luận văn này
Qua đây, chúng em cũng xin gởi lời cảm ơn đến tất cả các bạn bè và người thân xung quanh đã động viên, giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình học tập
Cuối cùng chúng em kính chúc quý Thầy, Cô dồi dào sức khỏe và thành công trong sự nghiệp cao quý
Trân trọng kính chào!
Tp Hô ̀ Chí Minh, ngày 17 tháng 7 năm 2019
Sinh viên NGÔ DUY HIẾU
Trang 8LỜI MỞ ĐẦU
Trong thờ i buổi được xem là thời kỳ cách ma ̣ng công nghiê ̣p lần 4 hiê ̣n nay, vai trò của những ứng du ̣ng tự đô ̣ng, phần mềm hỗ trợ con người trong viê ̣c tính toán, thiết kế kỹ thuâ ̣t càng trở nên cần thiết hơn Điểm ưu viê ̣t dễ nhâ ̣n thấy hơn cả
là máy tính sẽ tính nhanh hơn con người và đô ̣ chính xác rất cao Có những phần
mềm hỗ trợ những bài toán đơn giản, có những phần mềm la ̣i có rất nhiều ứng du ̣ng chuyên sâu và quy mô rô ̣ng rãi trên nhiều da ̣ng bài toán phức ta ̣p đă ̣t ra
Đối với các ngành kỹ thuâ ̣t nói chung, trong cả quá trình ho ̣c tâ ̣p hay làm việc thì viê ̣c tính toán hầu như là xuyên suốt Đối với những bài toán đơn giản thì sẽ dễ dàng kiểm đi ̣nh la ̣i tính chính xác, đô ̣ tin câ ̣y của thông số tính toán được Còn đối với những bài toán nhiều số liê ̣u liên kết với nhau và quy mô phức ta ̣p hơn thì việc “sai mô ̣t ly, đi mô ̣t dă ̣m” là điều không hiếm, và viê ̣c kiểm tra tính chính xác
cũng mất nhiều thời gian Trong bô ̣ môn Điê ̣n Công nghiê ̣p có rất nhiều bài toán như thế
Chính vì lý do đó mà có nhiều phần mềm ra đời hỗ trợ trong tính toán thiết
kế điê ̣n như Matlab, Ecodial, PowerSim, ETAP,… và ETAP là phần mềm mà đề tài nhó m chúng tôi thực hiê ̣n nghiên cứu, tìm hiểu các tiê ̣n ích trong đó ETAP là mô ̣t trong những phần mềm ưu viê ̣t trong tính toán thiết kế hê ̣ thống điê ̣n và nhiều ứng
dụng khác được thiết kế bởi tâ ̣p đoàn Operation Technology Inc ở thành phố Irvine, California, Mĩ Phần mềm này có thể hỗ trợ truy xuất kết quả tính toán để người thiết kế có thể căn cứ áp du ̣ng hoă ̣c đối chiếu với kết quả tính toán bằng phương thứ c tự tính toán
Quá trình tìm hiểu phần mềm này trong đồ án của chúng tôi chỉ tâ ̣p trung vào
một số ứng du ̣ng trong rất nhiều ứng du ̣ng được tích hợp trong đó cùng với những kiến thức đã ho ̣c được trong môn ho ̣c cung cấp điê ̣n và hê ̣ thống điê ̣n, sau đó là kết luận những gì rút ra được trong quá trình nghiên cứu đó Chính vì vâ ̣y sẽ không thể tránh khỏi sai sót Rất mong nhâ ̣n được đóng góp của quý Thầy, Cô để chúng tôi có thể hoàn thiê ̣n hơn kiến thức và khai thác hiê ̣u quả hơn các ứng du ̣ng này trong tương lai
Trang 9SƠ LƯỢC VỀ ĐỀ TÀI
Đối với bô ̣ môn điê ̣n công nghiê ̣p, những môn ho ̣c chuyên ngành như hê ̣ thống điê ̣n, cung cấp điê ̣n, khí cu ̣ điê ̣n, … cung cấp rất nhiều kiến thức về viê ̣c tính toán, thiết kế mô ̣t hê ̣ thống điê ̣n với nhiều yêu cầu Thông qua nô ̣i dung ho ̣c được từ những môn ấy, sinh viên có thể dùng để giải quyết trước mắt những bài toán mà môn học đưa ra và xa hơn là áp du ̣ng để giải quyết các bài toán trong thực tiễn trong quá trình làm viê ̣c sau này trong ngành điê ̣n công nghiê ̣p
Có những bài toán không yêu cầu phải tính toán nhiều công thức phức ta ̣p như lựa cho ̣n máy biến áp, bù công suất phản kháng,… nhưng cũng có nhiều bài toán thực sự phức ta ̣p với rất nhiều thông số cần tìm hay công thức phức ta ̣p như
tính toán trở kháng ngắn ma ̣ch, tính toán cho ̣n cáp, … quá trình tính toán từ công thứ c rất dài và khó khăn, chỉ cần sai mô ̣t thông số nhỏ là sẽ sai toàn bô ̣ chuỗi tính toán về sau Hoă ̣c với người đi làm cần thiết kế và kiểm tra mô phỏng kết quả tính toán cũng thế Chính vì vâ ̣y để có thể tiết kiê ̣m thời gian tính toán cũng như có thể kiểm tra lại kết quả tính toán đã hợp lý chưa, nhóm chúng tôi đã quyết đi ̣nh thực hiện đề tài “Ứng du ̣ng ETAP trong tính toán và thiết kế hê ̣ thống điê ̣n” nhằm khám phá những khả năng hỗ trợ của phần mềm này đối với viê ̣c ho ̣c của sinh viên ngành điê ̣n công nghiê ̣p và với người thực hiê ̣n thiết kế hê ̣ thống ngoài thực tiễn
II PHƯƠNG THỨC THỰC HIỆN
Tìm hiểu la ̣i những kiến thức đã ho ̣c được từ môn cung cấp điê ̣n, hê ̣ thống điê ̣n để dựa vào đó dựng nên phần lý thuyết của đề tài, nhằm giúp người dùng hình dung sơ bô ̣ cơ sở để tính toán bài toán yêu cầu
Tìm hiểu nô ̣i dung trợ giúp về các bài toán và các phần tử trong phần mềm ETAP, dịch sang tiếng Viê ̣t để người dùng tiếp câ ̣n dễ dàng hơn
Dựa vào các tiêu chuẩn mà phần mềm áp du ̣ng (ANSI hay IEC) mà tự xây
Trang 10NỘI DUNG
Nội dung đề tài xoay quanh 5 vấn đề:
Tính toán cho ̣n cáp điê ̣n phân phối: Tính cho ̣n tiết diê ̣n dây dẫn, phương thức
lắp đă ̣t và các thông số ảnh hưởng đến viê ̣c cho ̣n dây cáp cho ma ̣ng phân phối
Ứng du ̣ng năng lượng tái tạo trong phân tích ổn định hê ̣ thống điê ̣n: Ứng
dụng năng lượng mặt trời để phát điện trong một mạng lưới điện từ đó đưa ra nhận xét mức độ ảnh hưởng đến hệ thống
Chọn lưới nối đất: Tính cho ̣n lưới nối đất trong hệ thống điện sao cho hợp lý nhất phù hợp với kinh tế
Phân bố công suất: Tìm hiểu về cách hoạt động của việc tính toán phân bố công suất
Tính toán ngắn mạch: Tính toán tìm hiểu cách vận hành của một sự cố ngắn mạch trong hệ thống điện
Trang 11Mục Lục
LỜI MỞ ĐẦU 1
SƠ LƯỢC VỀ ĐỀ TÀI 2
NỘI DUNG 3
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ BIỂU ĐỒ 6
CHƯƠNG 1 :GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM ETAP 12
1.1 TỔNG QUAN VỀ ETAP 12
1.2 CÁC THÀNH PHẦN VÀ GIAO DIỆN CỦA ETAP 13
1.3 QUẢN LÝ DỮ LIỆU TRONG ETAP 16
1.4 CÁC THANH MENU 17
1.4.1 Giới thiệu các thanh công cụ 17
1.4.2 Thanh công cụ hệ thống 22
1.5 MỘT SỐ PHẦN TỬ CƠ BẢN CỦA ETAP 23
1.5.1 Nguồn 23
1.5.2 Máy biến áp 25
1.5.3 Cáp 27
1.5.4 Cầu chì 29
CHƯƠNG 2 : PHÂN BỐ CÔNG SUẤT 30
2.1 GIỚI THIỆU: 30
2.2 PHÂN BỐ CÔNG SUẤT (PBCS) LÀ GÌ? 30
2.3 CƠ SỞ TOÁN HỌC GIẢI PHƯƠNG TRÌNH PHI TUYẾN 31
2.3.1 Phương Pháp Newton-Raphson 31
2.3.2 Phương pháp Adaptive Newton-Raphson 32
2.3.3 Phương pháp Fast-Decoupled Method 32
2.3.4 Phương pháp Accelerated Gauss-Seidel Method 33
2.4 ÁP DỤNG CHI TIẾT THÔNG QUA VÍ DỤ 34
2.5 TỔNG KẾT 44
CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 45
Trang 124.2 KHÁI NIỆM VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN 55
4.3 CÁC LOẠI ỔN ĐỊNH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 55
4.3.1 Ổn định góc rotor 55
4.3.2 Ổn định điện áp 56
4.4 ÁP DỤNG CHI TIẾT THÔNG QUA VÍ DỤ : 57
4.4.1 Giới thiệu hệ thống IEEE9 -BUS 57
4.4.2 phân tích ổn định 64
4.5 TỔNG KẾT 75
CHƯƠNG 5 : TÍNH TOÁN LỰA CHỌN DÂY DẪN 76
5.1 GIỚI THIỆU : 76
5.2 KHÁI NIỆM : 76
5.3 TÍNH TOÁN DÂY DẪN CHO ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI : 77
5.3.1 Giới thiệu tính toán : 77
5.3.2 Phương pháp tính toán : 78
5.4 ÁP DỤNG CHI TIẾT THÔNG QUA VÍ DỤ : 87
5.5 TỔNG KẾT 101
CHƯƠNG 6 :HỆ THỐNG NỐI ĐẤT 102
6.1/ GIỚI THIỆU : 102
6.2/ SỬ DỤNG ETAP CHO THIẾT KẾ LƯỚI NỐI ĐẤT : 103
6.2.1/ Thiết lập lưới nối đất từ sơ đồ 1 sợi 103
6.2.2/ Thanh công cụ FEM Editor và IEEE Editor 104
6.2.3/ Thanh công cụ Ground Grid Study Method 105
6.2.4/Thiết lập lưới nối đất và mô hình nối đất 106
6.2.5/ Thiết lập các thông số tính toán 110
6.3/ÁP DỤNG CHI TIẾT THÔNG QUA VÍ DỤ 112
6.4/TỔNG KẾT 122
KẾT LUẬN ĐỀ TÀI 123
T ài liê ̣u tham khảo 124
Trang 13DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ BIỂU ĐỒ
Hình 1.1 Cửa sổ khởi động 13
Hình 1.2 Hệ thống điện mô phỏng trên ETAP 14
Hình 1.3 Giao diện chức năng ETAP 15
Hình 1.4 Cửa sổ quản lý dự án 16
Hình 1.5 Cửa sổ công cụ File 17
Hình 1.6 Cửa sổ công cụ Edit 18
Hình 1.7 Cửa sổ công cụ View 19
Hình 1.8 Cửa sổ công cụ Project 20
Hình 1.9 Cửa sổ công cụ Tool 21
Hình 1.10 Thanh công cụ hệ thống 22
Hình 1.11 Hộp thoại Rating 23
Hình 1.12 Hộp thoại Short Circuit 23
Hình 1.13 Trang Rating của máy biến áp 25
Hình 1.14 Trang impedance của máy biến áp 26
Hình 1.15 Hộp thoại Info của cáp 27
Hình 1.16 Trang Impedance của cáp 28
Hình 1.17 Trang info của cầu chì 29
-
Trang 14Hình 2.5 Công thức tính S của Gauss –seider 33
Hình 2.6 Thông số các bus dùng để mô phỏng 35
Hình 2.7 Sơ đồ mô phỏng trên ETAP 36
Hình 2.8 Thông số tải 37
Hình 2.9 Thẻ Info máy phát 38
Hình 2.10 Thẻ Rating máy phát 39
Hình 2.11 Thẻ Parameter của đường dây 40
Hình 2.12 Thẻ Protection của đường dây 40
Hình 2.13 Sơ đồ kết nối một sợi hệ thống 41
Hình 2.14 Hộp thoại Load Flow Study case 42
Hình 2.15 Kết quả mô phỏng 43
-
Hình 3.1 Mô hình dạng sóng ngắn mạch xảy ra 46
Hình 3.2 Cửa sổ khởi động dự án 48
Hình 3.3 Sơ đồ đơn tuyến ngắn mạch 49
Hình 3.4 Thanh công cụ Study case 49
Hình 3.5 Hộp thoại Study case Short circuit 50
Hình 3.6 Kết quả sau khi chạy tính toán ngắn mạch 50
Hình 3.7 Mẫu báo cáo Short – circuit 51
Hình 3.8 Thành phần AC của dòng sự cố 52
Hình 3.9 Dòng điện đỉnh ngắn mạch 52
Trang 15-
Hình 4.1 Cửa sổ khởi động dự án 58
Hình 4.2 Mô hình IEEE – 9 bus 59
Hình 4.3 Mô hình hệ thống dự án 60
Hình 4.4 Thanh công cụ chức năng 60
Hình 4.5 Thanh công cụ và biểu tượng PV array 61
Hình 4.6 Thẻ PV Panel của PV array 61
Hình 4.7 Thẻ PV array của tấm pin 62
Hình 4.8 Thẻ Inverter của PV array 62
Hình 4.9 Thẻ rating của máy biến áp 63
Hình 4.10 Thẻ Impedance của máy biến áp 63
Hình 4.11 Mô hình khi được thêm các tấm PV 64
Hình 4.12 Mô hình Solar được thêm tại bus 6 65
Hình 4.13 Mô hình Solar được thêm tại bus 8 65
Hình 4.14 Biểu đồ điện áp tại bus 5 66
Hình 4.15 Biểu đồ điện áp tại bus 6 66
Hình 4.16 Biểu đồ điện áp tại bus 8 67
Hình 4.17 Tổn thất công suất theo MW tại bus 5, 6, 8 68
Trang 16Hình 4.23 Biểu đồ điện áp góc roto tại máy phát G2 .72
Hình 4.24 Biểu đồ điện áp tại bus 7 với các mức NLTT 73
Hình 4.25 Biểu đồ điện áp tại bus 4 với các mức NLTT 73
-
Hình 5.1 Thẻ Info của cáp 78
Hình 5.2 Thẻ Loading của cáp 81
Hình 5.3 Bảng điện áp theo từng loại động cơ .83
Hình 5.4 Bảng chọn loại dây 84
Hình 5.5 Bảng kết quả chọn dây 85
Hình 5.6 Bảng yêu cầu để xác định loại dây dẫn 85
Hình 5.7 Mô hình mô phỏng hệ thống 22kv/220v 87
Hình 5.8 Thẻ info nguồn 88
Hình 5.9 Thẻ rating nguồn 89
Hình 5.10 Thông số máy biến áp 22kv/380v 90
Hình 5.11 Thông số máy biến áp 380/220v 91
Hình 5.12 Trang info tải 92
Hình 5.13 Trang Nameplate nhập thông số tải .93
Hình 5.14 Trang info của cáp thứ nhất 94
Hình 5.15 Trang Loading của cáp thứ nhất 95
Hình 5.16 Trang Sizing – phase của cáp thứ nhất 96
Hình 5.17 Kết quả chọn dây thứ nhất 96
Trang 17Hình 5.20 Trang Sizing – phase của cáp thứ hai 99
Hình 5.21 Kết quả chọn dây thứ hai .99
Hình 5.22 Kết quả mô phỏng chọn dây 100
-
Hình 6.1 Thanh công cụ ground – grid 103
Hình 6.2 Lưới Ground grid .104
Hình 6.3 Cửa sổ giao diện làm việc Ground - Grid 104
Hình 6.4 Mô hình các dạng nối đất trong Ground – Grid 105
Hình 6.5 Thanh công cụ Ground Grid Study 106
Hình 6.6 Thẻ Conductors của Group Editor 107
Hình 6.7 Thẻ Rods của Group Editor 107
Hình 6.8 Giới thiệu chức năng của Group Editor 108
Hình 6.9 Bảng chọn loại đất 109
Hình 6.10 Cửa sổ Ground Grid System với lưới nối đất và mô hình đất đã thiết lập 109
Hình 6.11 Cửa sổ Study case 110
Hình 6.12 Mô hình mô phỏng nối đất với lưới nối đất 112
Hình 6.13 Trang Info của hộp thoại Short-circuit study case 113
Hình 6.14 Trang Standard của hộp thoại Short-circuit study case 114
Trang 18Hình 6.19 Cửa sổ GRD thiết lập tính toán 118
Hình 6.20 Cửa sổ kết quả chọn số thanh dẫn nối đất 119
Hình 6.21 Cửa sổ kết quả chọn số thanh dẫn và cọc nối đất 119
Hình 6.22 Kết quả tính toán lưới nối đất 120
Hình 6.23 Kết quả mô phỏng lưới nối đất 121
Trang 19CHƯƠNG 1 :GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM ETAP 1.1 TỔNG QUAN VỀ ETAP
Hiện nay có nhiều phần mềm được ứng dụng vào việc tính toán và thiết kế cho hệ thống điện hoặc các nhà máy điện, với phần mềm ETAP đang được sử dụng rộng rãi trong các công ty thiết kế về mảng điện ETAP là giải pháp doanh nghiệp toàn diện nhất cho thiết kế, mô phỏng, vận hành, kiểm soát, tối ưu hóa, và tự động hóa của hệ thống, truyền tải, phân phối, và các hệ thống điện công nghiệp
ETAP là một sản phẩm của công ty Operation Technology,Inc (OTI) ETAP được ra đời ngay từ những buổi đầu tiên khi máy tính điện toán bắt đầu được sử dụng để hỗ trợ công việc Ban đầu, ETAP là một phần mềm chuyên về thiết kế lưới điện, tính toán các thông số của một lưới điện tĩnh (off-line) Năm 1992, ETAP cũng giới thiệu mảng thứ hai, toàn diện và thiết thực hơn, đó là quản lý lưới điện trong thời gian thực (Real-time) với khả năng điều khiển, kiểm soát và dự báo lưới điện ngay trong vận hành thực tế Kể từ đó, ETAP phát triển rất nhanh với việc độc quyền trên nền tảng thời gian thực, ETAP thu hút được số lượng lớn người dùng đông đảo và ngày càng được tin dùng
ETAP cung cấp một bộ giải pháp phần mềm tích hợp đầy đủ bao gồm cả flash Điện hồ quang, dòng tải ngắn mạch, ổn định hệ thống điện, lưu lượng điện năng tối ưu, và nhiều hơn nữa Chức năng của nó có thể được tùy chỉnh để phù hợp với nhu cầu của bất kỳ công ty nào, từ hệ thống nhỏ đến hệ thống năng lượng lớn Phần mềm ETAP tích hợp đầy đủ các module cho phép người dùng tính toán đầy đủ các bài toán điện như tính ngắn mạch, phân bố công suất, hệ thống năng lượng tái tạo, GIS Về thư viện thì phần mềm ETAP tích hợp đủ cái loại cable, relay, cb của các hãng và các dòng sản phẩm thường được sử dụng nên rất tiện cho việc chọn lựa thiết kế
Phần mềm ETAP được sử dụng trong các tính toán liên quan tới các bài toán
hệ thống điện chủ yếu như sau :
Trang 20- Bài toán phân tích sóng hài (Harmonic Analysis)
- Bài toán phân tích ổn định quá độ (Transient Stability Analysis)
- Bài toán phối hợp các thiết bị bảo vệ (Star – Protective device coordination)
- Bài toán phân bố công suất tối ưu (Optimal Power flow analysis)
- Bài toán độ tin cậy trên lưới điện (Reliability Assessment)
- Bài toán đặt tụ bù tối ưu (Optimal Capacitor Placecement)
1.2 CÁC THÀNH PHẦN VÀ GIAO DIỆN CỦA ETAP
ETAP là một giải pháp toàn diện cho việc thiết kế, mô phỏng, phân tích hệ thống điện trong quá trình phát điện, truyền tải, phân phối và điện công nghiệp ETAP tổ chức công việc trên một nền tảng dự án Mỗi dự án được tạo ra, ETAP cung cấp tất cả những dụng cụ cần thiết và hỗ trợ cho việc mô hình hóa và phân tích một hệ thống điện Với giao diện và các thành phần trực quan, dễ sử dụng, ETAP phù hợp cho tất cả các đối tượng học tập, nghiên cứu và vận hành
Hình 1.1 Cửa sổ khởi động
Trang 21Hình 1.2 Hệ thống điện mô phỏng trên ETAP
Khi một dự án được khởi tạo, ETAP sẽ cung cấp dự liệu của dự án trong file
có phần mở rộng là *.OTI Cơ sở dữ liệu được lưu trong một tập tin cơ sở dữ liệu ODBC (Open Data Connectivity – kết nối cơ sở dữ liệu mở) như Microsoft Access (*.MDB) Các file của dự án được lưu trong một thư mục có tên là tên của dự án ETAP cũng lưu trữ các báo cáo trong thư mục này
ETAP được thiết kế và phát triển bởi đội ngũ kỹ sư để giải quyết các vấn đề của hệ thống điện sử dụng gói phần mềm được tích hợp sẵn với nhiều giao diện như: mạng điện AC và DC, mương cáp, cáp ngầm, lưới nối đất, hệ thống thông tin địa lý (GIS), phối hợp thiết bị bảo vệ, sơ đồ hệ thống điều khiển AC và DC…
Trang 22ETAP cung cấp tất cả các hệ thống và các giao diện để giúp người sử dụng
có thể mô hình hóa và phân tích tất cả các vấn đề của hệ thống điện, từ các hệ thống điều khiển đến các bảng điều khiển, cũng như các lưới điện truyền tải và phân phối lớn Các giao diện được hiển thị đồ họa hoàn chỉnh và các đặc tính kỹ thuật của mỗi thành phần mạng điện có thể được điều chỉnh trực tiếp Các kết quả tính toán của ETAP được hiển thị trực quan và thuận tiện cho người sử dụng
Tất cả hệ thống ETAP tận dụng lợi thế của việc sử dụng chung một cơ sở dữ liệu ETAP cũng chưa một thư viện tích hợp sẵn và có thể truy cập từ các tập tin dự
án Người dùng có thể tạo ra thư viện mới hoặc hiệu chỉnh lại thư viện hiện tại để thêm dữ liệu của nhà sản xuất
Giao diện và hệ thống ETAP có thể được kết nối bằng cách sử dụng thanh công cụ hệ thống
Hình 1.3 Giao diện chức năng trên ETAP
Trang 231.3 QUẢN LÝ DỮ LIỆU TRONG ETAP
ETAP thiết lập một hệ thống điện trong một dự án riêng Trong dự án này, ETAP tạo ra ba thành phần chính của hệ thống
Giao diện hệ thống quản lý dữ liệu
- Hiển thị (Presentation): thiết lập số lượng không bị giới hạn, hiển thị đồ
học độc lập của sơ đồ đơn tuyến mà nó mô tả dữ liệu thiết kế hoặc bất kỳ mục đích nào khác (ví dụ: sơ đồ trở kháng, các kết quả nghiên cứu hoặc đồ thị)
- Cấu hình (Configuration): Thiết lập với số lượng không bị giới hạn, hệ
thống cấu hình độc lập có thể nhận dạng tình trạng của các khóa điện (mở hoặc đóng), động cơ và tải (liên tục, gián đoạn và dự trữ), các chế độ vận hành của máy phát ( cân bằng, điều khiển điện áp, điều khiển công suất phản kháng, điều khiển hệ số công suất) và MOVs (Mở, đóng, điều tiết và dự trữ)
- Dữ liệu hiệu chỉnh (Revision Data): Dữ liệu cơ sở được thiết lập với số
lượng không bị giới hạn với các dữ liệu hiệu chỉnh để theo dõi các thay đổi
và điều chỉnh các đặc tính kỹ thuật
Trang 24ETAP dựa trên khái niệm cơ sở dữ liệu ba chiều để thực hiện tất cả Hiển thị,
Cấu hình, Dữ liệu cơ sở và hiệu chỉnh Việc sử dụng khái niệm dữ liệu nhiều chiều cho phép người dùng lựa chọn tùy ý như Hiển thị, Cấu hình, Dữ liệu cơ sở và hiệu chỉnh cụ thể với cùng một dữ liệu dự án
1.4 CÁC THANH MENU
1.4.1 Giới thiệu các thanh công cụ
1.4.1.1 Thanh công cụ File
Thanh công cụ File có khả năng truy cập các hoạt động của hệ điều hành như mở,lưu,in một sơ đồ đơn tuyến.Thanh công cụ này với các chức năng :
- New Project :Tạo một dự án mới
- Open project :mở một file có sẵn
- Close project : đóng cửa sổ hiện hành trong Stusy View và có thể mở dự án
trở lại
- Log Off :rời khỏi chương trình hiện hành và mở một dự án mới
Trang 25- Save Library : Lưu tập tin vào trong thư viện của phần mềm
- Batch print :cho phép in tất cả sự liên kết với sự trình bày của sơ đồ
- Data Exchange : Chuyển đổi đuôi định dạng của chương trình là *.OTI và
chuyển sang định dạng hình có đuôi *.EMF
1.4.1.2 Thanh công cụ Edit
- Cut :xoá một phần tử từ sơ đồ và di chuyển phần tử đến vùng lưu trữ
- Copy :sao chép một phần tử từ sơ đồ
- Paste : dán một phần tử từ vùng sao lưu vào trong sơ đồ
- Move from :Di chuyển phần tử từ vùng này đến vùng khác
- Deselect All : Loại bỏ các phần tử trong sơ đồ
- Clear : Xoá một đối tượng được chọn từ sơ đồ đơn tuyến
Trang 261.4.1.3/ Thanh công cụ View
- Zoom In : phóng lớn tất cả các phần tử trong màn hình Study view
- Zoom Out : thu nhỏ tất cả các phần tử trong màn hình Study View
- Zoom to fit : xem tất cả các phần tử trên cửa sổ Window ở chế độ tốt nhất
trong Study view
Trang 271.4.1.4 Thanh công cụ Project
- Information : hộp thoại chứa các thông tin của dự án như : tên dự án , vị trí
của dự án , mã số của hợp đồng ,
- Standards : các tiêu chuẩn định dạng cho hệ thống dự án như : tần số , đơn
vị chiều dài , ngày , tháng , năm
- Settings : cài chế độ hoạt động của tải như : hoạt động theo hiệu suất , theo
động cơ hoặc tải ưu tiên
- Options : cài đặt chế độ tự động Save trong bao nhiêu phút , nhắc nhở trước
khi Save
Trang 281.4.1.5 Thanh công cụ Tool
- Size : dùng để thay đổi kích cỡ từng phần tử hay thay đổi toàn bộ các phần tử
trong vùng Study View
- Symbols : Thay đổi tất cả các kí hiệu khi chọn các phần tử trên sơ đồ đơn
tuyến với kí hiệu IEC hoặc kí hiệu ANSI
- Orientation : thay đổi góc quay của từng phần tử hay tất cả các phần tử trên
sơ đồ đơn tuyến với các góc quay :00 ; 900 ; -900 ; 1800;
- Group : nhóm các phần tử được chọn thành một nhóm , các phần tử chỉ phụ
thuộc duy nhất vào một nhóm
- Ungroup : tách một nhóm thành những phần tử riêng lẻ trên sơ đồ
- Use Default Annotation Position : chú thích cho từng phần tử đơn tuyến
trên sơ đồ
Trang 29Hệ thống kiểm soát thời gian thực
Hệ thống thông tin địa lý
sơ đồ hệ thống điều khiển AC
sơ đồ hệ thống điều khiển DC
sơ đồ không gian địa lý
Hệ thống các hàm tính toán
Hệ thống đã xoá
scenario wizard
Study wizard
Trang 301.5 MỘT SỐ PHẦN TỬ CƠ BẢN CỦA ETAP
1.5.1 Nguồn
*hộp thoại Rating
- Rated kV :nhập vào điện áp định mức của hệ thống
*Hộp thoại Short Circuit
Trang 31- Grounding : chọn kiểu đấu dây (sao, tam giác), sơ đồ nối đất (TN-C, TN-S,
TN-CS, …) Lưu ý, người sử dụng chỉ có thể chọn sơ đồ nối đất cho mạng điện có điện áp nhỏ hơn hoặc bằng 1kV
- SC Rating : xác định công suất cho sự cố ngắn mạch ba pha và một pha Khi
nhập hay điều chỉnh thông số công suất ngắn mạch (Mvasc) hoặc tỷ số X/R, phần mềm sẽ tính toán lại giá trị trở kháng một cách phù hợp
- SC Impedance : Xác định giá trị trở kháng ngắn mạch phần trăm trên 100
MVA Giá trị trở kháng này bao gồm trở kháng thứ tự thuần, thứ tự nghịch, thứ tự không Một khi nhập hoặc điều chỉnh giá trị này thì ETAP sẽ tính toán lại giá trị MVAsc và tỷ số X/R cho phù hợp
Trang 321.5.2 Máy biến áp
*Hộp thoại Rating
Trang 33Voltage Rating :
- Prim/sec : Điện áp định mức sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp
- FLA (Full Load Amperes) : dòng đầy tải khi hệ thống hoạt động ở điện áp
và công suất định mức
- Power rating : Công suất định mức máy biến áp
- Installation : cài đặt độ cao (Altitude) và nhiệt độ môi trường xung quanh
(Ambient Temp) của máy biến áp
- Type/Class : Phần này cung cấp các loại máy biến áp (máy biến áp dầu, máy
biến áp khô, …)
*Hộp thoại Impedance :
- Positive and Zero Sequence Impedances : cài đặt trở kháng thứ tự thuận và
thứ tự không, tính theo đơn vị phần trăm, dựa trên giá trị điện áp và công suất đinh mức
Trang 341.5.3 Cáp
*Hộp thoại Info
- Length : cài đặt chiều dài đường dây
- Library : vào thư viện chọn loại dây phù hợp (Type : Cu/Al; điện áp định
mức (kV); số lõi; kích thước (size); …)
Trang 35*Hộp thoại Impedance :
- Option Pos/Zero : trở kháng dựa theo thông số dây dẫn được lựa chọn trong
thư viện hoặc tự tính toán
- Impedance : khi chọn dây ở Library trong trang Info, điện trở, trở kháng sẽ
được cập nhật tự động Tuy nhiên, người sử dụng có thể điều chỉnh lại thông
số này
Trang 361.5.4 Cầu chì
*Hộp thoại Rating
- Library : để lựa chọn cầu chì (fuse) từ thư viện (Library), nhấp vào Library
Sau đó, lựa chọn Fuse theo hãng sản xuất (manufactures), kiểu (Model), điện
áp (Max.kv) và tốc độ (Speed)
- Rating : Khi lựa chọn Fuse từ thư viện, các thông số trong mục này sẽ được
cập nhật theo loại Fuse tương ứng Tuy vậy, người sử dụng có thể điều chỉnh các thông số này tuỳ ý
Trang 37CHƯƠNG 2 : PHÂN BỐ CÔNG SUẤT 2.1 GIỚI THIỆU
Trong quá trình tính toán hệ thống điện(HTĐ), phân bố công suất (PBCS) là việc cần thiết và vô cùng quan trong để phân tích sự ổn định của một hệ thống điện.Vì vậy, việc xác định dung lượng điện áp, góc lệch pha tại các nút, là rất cần thiết để từ đó đưa ra hướng giải pháp phù hợp với từng mạng điện
Mục tiêu trong chương này là có thể tìm hiểu, vận dụng một cách cơ bản nhất các thành phần tính toán phân bố công suất theo phương pháp Newton-
Raphson Giúp người đọc có thể hình dung rõ nhất cách vận hành tính toán PBCS
2.2 PHÂN BỐ CÔNG SUẤT (PBCS) LÀ GÌ
Phân bố công suất (PBCS), tính toán thông số điện áp, góc lệch pha tại các nút, … mang ý nghĩa rất quan trọng trong việc tính toán và qui hoạch phát triển hệ thống điện Vì vậy, việc ứng dụng mô hình toán học để giải quyết chính xác và có hiệu quả nhằm phục vụ cho thiết kế và vận hành hệ thống điện như khảo sát hệ thống ở chế độ trước và sau sự cô, điều chỉnh điện áp và công suất, vận hành kinh tế
hệ thống điện, … luôn đóng vai trò quan trọng
Trong mô hình toán học, các nút trong hệ thống điện bao gồm :
- Nút cân bằng (slack hay swing bus) : cho biết giá trị độ lớn điện áp U và
góc lệch pha điện áp Cần xác định P, Q (nút này thường là nút nhà máy điện) Trong hệ thống điện thường chỉ có một nút cân bằng
- Nút máy phát (generator buses, hay voltage-controlled buses) : còn gọi là
nút P-U, cho biết trước công suất thực P và độ lớn điện áp U, cần xác định góc pha điện áp và công suất phản kháng Q
- Nút phụ tải (load buses) : hay còn gọi là nút P-Q, cho biết công suất P và Q
của phụ tải Cần xác định độ lớn điện áp U và góc pha điện áp
Trang 382.3 CƠ SỞ TOÁN HỌC GIẢI PHƯƠNG TRÌNH PHI TUYẾN
2.3.1 Phương Pháp Newton-Raphson
Phương pháp Newton-Raphson xây dựng và giải quyết lặp lại phương trình dòng tải sau:
trong đó ΔP và ΔQ lần lượt là các vectơ công suất thực và công suất phản kháng giữa giá trị được chỉ định và giá trị tính toán; ΔV và Δδ biểu thị cường độ điện áp của bus và vectơ góc ở dạng tăng dần; và J1 đến J4 được gọi là ma trận Jacobian
Phương pháp Newton-Raphson sở hữu một đặc tính hội tụ bậc hai độc đáo
Nó thường có tốc độ hội tụ rất nhanh so với các phương pháp tính toán lưu lượng tải khác Nó cũng có lợi thế là các tiêu chí hội tụ được chỉ định để đảm bảo sự hội tụ cho công suất thực của bus và sự không phù hợp của công suất phản kháng Tiêu chí này cho phép bạn kiểm soát trực tiếp độ chính xác mà bạn muốn chỉ định cho giải pháp dòng tải Các tiêu chí hội tụ cho phương pháp Newton - Raphson thường được đặt thành 0,001 MW và Mvar
Phương pháp Newton-Raphson phụ thuộc nhiều vào giá trị ban đầu của điện
áp bus Nên lựa chọn cẩn thận các giá trị ban đầu của điện áp bus Trước khi chạy dòng tải bằng phương pháp Newton-Raphson, ETAP tạo ra một vài lần lặp
Gauss-Seidel để thiết lập một tập hợp các giá trị ban đầu cho điện áp của bus
Phương pháp Newton-Raphson được khuyến nghị sử dụng với bất kỳ hệ thống nào làm lựa chọn đầu tiên
Trang 392.3.2 Phương pháp Adaptive Newton-Raphson
Phương pháp Newton-Raphson được cải tiến này giới thiệu một tập hợp các bước nhỏ hơn cho các lần lặp trong đó gặp phải điều kiện phân kỳ tiềm năng Các mức tăng nhỏ hơn có thể giúp đạt được giải pháp dòng tải cho một số hệ thống trong đó phương pháp Newton-Raphson thông thường có thể không đạt được
Phương pháp Newton-Raphson dựa trên xấp xỉ chuỗi Taylor Để đơn giản và các bước tăng dần, phép nội suy / ngoại suy tuyến tính của bước tăng thời gian bổ sung được thực hiện để cải thiện giải pháp
2.3.3 Phương pháp Fast-Decoupled Method
Phương pháp tách nhanh có nguồn gốc từ phương pháp Newton-Raphson Thực tế là một sự thay đổi nhỏ về cường độ của điện áp bus không làm thay đổi đáng kể công suất thực ở bus và tương tự đối với một thay đổi nhỏ trong góc pha của điện áp bus, công suất phản kháng không thay đổi đáng kể Do đó, phương trình dòng tải từ phương pháp Newton-Raphson có thể được đơn giản hóa thành hai bộ phương trình dòng tải tách rời riêng biệt, có thể được giải quyết lặp lại:
Trang 402.3.4 Phương pháp Accelerated Gauss-Seidel Method
Từ hệ phương trình điện áp nút
phương pháp Gia tốc Gauss-Seidel rút ra phương trình dòng tải sau và giải quyết nó theo cách lặp:
Trong đó P và Q là các vectơ công suất thực và công suất phản kháng được chỉ định, V là vectơ điện áp của bus và YBUS là ma trận tiếp nhận hệ thống
Y * BUS và V * lần lượt là liên hợp của YBUS và V.VT là chuyển vị của V
Phương pháp Gia tốc Gauss - Seidel có yêu cầu tương đối thấp hơn về các giá trị điện áp ban đầu của bus so với phương pháp Newton - Raphson và phương pháp Phân tách nhanh Thay vì sử dụng công suất thực của bus và công suất phản kháng không phù hợp làm tiêu chí hội tụ, phương pháp Gia tốc Gauss-Seidel kiểm tra dung sai cường độ điện áp của bus giữa hai lần lặp liên tiếp để kiểm soát độ chính xác của giải pháp Giá trị tiêu biểu cho độ chính xác cường độ điện áp của bus được đặt thành 0,000001 pu
Phương pháp Gia tốc Gauss-Seidel có tốc độ hội tụ chậm hơn Khi bạn áp dụng các yếu tố gia tốc thích hợp, có thể tăng đáng kể tốc độ hội tụ Phạm vi cho hệ
số tăng tốc nằm trong khoảng từ 1,2 đến 1,7 và thường được đặt thành 1,45