PHÂN MỀM TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN

PHẦN MỀM TÍNH TOÁN
HỆ THỐNG ðIỆN
Ts. NGUYỄN ðăng Toản
Khoa HTð-ðHðL
Email:
Tel: 0932282229
TS. Nguyễn ðăng Toản
2
3/9/2011
Tóm tắt nội dung
 Thi: trên máy tính
 Nội dung
 Giới thiệu chung
 Bài toán trào lưu công suất
 POWERWORLD (tính toán cho lưới truyền tải)
 PSS/E (tính toán cho lưới truyền tải)
 PSS/ADEPT (tính toán cho lưới phân phối)
 DOCWIN (Tính toán lưới hạ áp)
 EMTP
TS. Nguyễn ðăng Toản
3
3/9/2011
1.1 Lịch sử phát triển của HTð
 Năm 1882, Thomas Alva Edison lần ñầu thiết
lập nhà máy ñiện ở Mỹ, với tải là 400 bóng ñèn,
công suất 83 W/1bóng.
 ðiện áp là 110 V một chiều (dc=direct current)
 ðồng thời ở châu ÂU, các HTð cũng truyền tải,
phân phối ñiện năng ñến phụ tải cho mục ñích sử
dụng chung (chiếu sáng các con ñường, quảng
trường)

1. Giới thiệu chung
 Năm 1885, Ferranti thiết kết một htñ, bắt ñầu từ một nhà máy ñiện ở
Deptford bên bờ sông Thames ñể cung cấp ñiện cho thủ ñô London:
 Sử dụng dòng ñiện xoay chiều, Dùng hệ thống cáp ngầm
 ðiện áp 10kV
/>Bóng ñèn của Edison
TS. Nguyễn ðăng Toản
4
3/9/2011
1.1 Lịch sử phát triển của HTð (tiếp)
 Hai yếu tố quyết ñịnh ñến sự phát triển
của HTð hiện nay là:
 Sự phát minh MBA (chỉ làm việc với dòng
ñiện xoay chiều)
 Sự phát minh của Từ trường quay: =>ñộng cơ
và máy phát ñiện nhiều pha
 Cuối cùng, những người ủng hộ htd-AC
ñã chiến thắng “Cuộc chiến các hệ thống
ñiện”
1. Giới thiệu chung
 Phát minh của Tesla (US390721): máy phát ñiện Dynamo
Ngày nay, HTð chủ yếu dùng hệ
thống dòng ñiện 3 pha xoay chiều
/>TS. Nguyễn ðăng Toản
5
3/9/2011
1. 2 Sự phát triển của HTð và sự cần thiết PMTTHTð
IPP
ðường dây
Liên lạc

Hệ thống
khác
MV/LV
Tải công
nghiệp
Tải công
nghiệp
HV/MV
Tải dân
dụng
HV/MV
MV/LV
Tòa nhà
Hạt nhân
Than
Thủy ñiện
Cạn kiệt tài nguyên
thiên nhiên
Phi ñiều tiết
Nguồn
Truyền tải
Phân phối
HTð ñóng một vai trò
quan trọng và ngày
càng phát triển
ðiện phân tán
Tải tăng
Áp lực môi trường
IPP
Tính toán phức tạp

Cần thiết các
công cụ tính toán
(PMTTHTð)
1. Giới thiệu chung
TS. Nguyễn ðăng Toản
6
3/9/2011
1.3 Các loại hiện tượng xảy ra trong HTð
 Phân loại các hiện tượng theo thời gian
Quá ñiệ
ệệ
ện áp do sét
Quá ñiệ
ệệ
ện áp do ñóng/cắ
ắắ
ắt ñ/d
Cộ
ộộ
ộng hưở
ởở
ởng tầ
ầầ
ần số
ốố
ố thấ
ấấ
ấp
Ổ
ỔỔ

Ổn ñị
ịị
ịnh quá ñộ
ộộ
ộ/dao ñộ
ộộ
ộng bé
Chế
ếế
ế ñộ
ộộ
ộ ñộ
ộộ
ộng dài hạ
ạạ
ạn
ðiề
ềề
ều chỉ
ỉỉ
ỉnh ñ/d liên lạ
ạạ
ạc
ðiề
ềề
ều chỉ
ỉỉ
ỉnh tả
ảả
ải ngày

10
-7
10
-6
10
-5
10
-4
10
-3
10
-2
0.1 1
10 10
2
10
3
10
4
10
5
10
6
10
7
Khoảng thời gian (giây: s)
1µ
µµ
µs , ở
ởở

ở tầ
ầầ
ần số
ốố
ố 50Hz
Khoả
ảả
ảng 1 chu kỳ
ỳỳ
ỳ 1s 1 phút
1 giờ
ờờ
ờ
1 ngày
Quá ñộ ñiện từ
Quá ñộ ñiện cơ
Bài toán offline
PSS/E,
EUROSTAG,
DIGISLENT…
EMTP_RV,
PSCAD,….
Cần chọn ñúng công cụ, tương ứng với các hiện tượng cần nghiên cứu
1. Giới thiệu chung
TS. Nguyễn ðăng Toản
7
3/9/2011
1.3 Các loại hiện tượng xảy ra trong HTð
 Ví dụ: khi nghiên cứu ổn ñịnh các phần tử trong HTð
MBA tự ñộng ñiều áp dưới tải

Giới hạn kích từ
Chế ñộ ñộng do vận hành
ðiều chỉnh dòng công suất trên ñ/d liên lạc
0.1
1
10
100
1000 10000
Khoả
ảả
ảng thờ
ờờ
ời gian (giây: s)
Ổn ñịnh ngắn hạn
Ổn ñịnh dài hạn
Ổn ñịnh trung hạn
SVC
Quán tính ñộng của MPð
Q/tr ñộng của MPð/kích từ
ðóng cắt tụ ñiện
Q/tr ñộng của ñộng cơ ñiện
ðiều khiển bộ tua bin-máy phát
1. Giới thiệu chung
TS. Nguyễn ðăng Toản
8
3/9/2011
1.4 Vấn ñề cần quan tâm khi chọn PMTTHTð
 Các dạng mô phỏng
 Tùy theo mục ñích nghiên cứu mà
người ta sẽ dùng các mô phỏng khác

nhau
 Môi trường mô phỏng
 Môi trường phụ thuộc thời gian
 Môi trường phụ thuộc tần sô
 Các thiết bị trong thư viện
 Sự sẵn có của các mô hình thiết bị
ñiện như MPð, MBA, kích từ, ñường
dây..
 Sự thân thiện người-máy
 Sử dụng dễ dàng, các tính năng phụ
trợ như in ấn, xuất ra file số liệu, kết
quá..
 Sự tuân theo các tiêu chuẩn
 Các tiêu chuẩn kỹ thuật và công
nghiệp, ví dụ như IEEE, IEC, ..
 Mô hình và phương pháp toán học
 Tuyến tính và phi tuyến
 Tiêu chuẩn tĩnh và ñộng
 Thông số tổng hợp và thông số dải
 Liên tục và rời rạc
 Xác ñịnh và không xác ñịnh
 Các phương pháp phân tích
 Phân tích chế ñộ xác lập: xác ñịnh trào lưu
công suất, ñiện áp, tổn thất…
 Phương pháp giả xác lập: tính toán ngắn
mạch, và sóng hài.
 Phân tích ñộng: kiểm tra xem HTð có mất
ổn ñịnh, thậm chí sụp ñổ ñiện áp khi trải
qua các kích ñộng và ñể xác ñịnh giới hạn
vận hành của HTð

 Phân tích quá trình quá ñộ: mô phỏng sự
làm việc theo thời gian thực, bao gồm các
mô hình phi tuyến, sự mất cân bằng ñiện
kháng, thông số phụ thuộc tần số…
1. Giới thiệu chung
TS. Nguyễn ðăng Toản
9
3/9/2011
1.5 Một số PMTTHTð ñiển hình
1. EMTP-RV
2. PSCAD
3. EMPT-ATP
4. PSS@NETOMAC
5. NEPLAN
6. PSS/E-ADEPT
7. PSLF
8. EUROSTAG
9. SKM
10. CYME
11. DIgSILENT
12. SIMPOW
13. POWERWORLD
14. EDSA
15. IPSA
16. ETAP
17. ASPEN
18. Easy Power
1. Giới thiệu chung
TS. Nguyễn ðăng Toản
10

3/9/2011
1.5 Một số PMTTHTð ñiển hình
19. DSA-TOOLS
20. MATPOWER
21. PSAT
22. MICROTRAN
23. SIMPOWER SYSTEM
24. UWPFLOW
25. PQWeb, SuperHarm,
26. FENDI
27. HOMER, HYBRID 2
28. ObjectStab
29. SPIRA
30. Quickstab
31. CAPE
32. DINIS
33. SPARD
34. PacDyn
35. MiPower
36. TRANSMISSION 2000
37. DOCWIN
1. Giới thiệu chung
TS. Nguyễn ðăng Toản
11
3/9/2011
1.5 Một số PMTTHTð ñiển hình
 Các phần mềm:
 Thương mại:
 Do các công ty phần mềm phát
hành, Chính xác, dễ dùng, số

lượng mô hình lớn nhưng ðắt tiền,
 Miễn phí:
 Do các trung tâm nghiên cứu phát
triển, số lượng mô hình ít, khó
dùng, nhưng miễn phí
 Các tính năng:
 Quá ñộ
 ñiện từ, ñiện cơ
 Các dạng ổn ñịnh
 Góc, tần số, ñiện áp
 Các bài toán tối ưu…
 Các bài toán offline
 Xem thêm trong báo cáo
1. EMTP-RV
2. PSCAD
3. EMPT-ATP
4. EUROSTAG
5. CYME
6. DIgSILENT
7. POWERWORLD
8. UWPLOW
9. SIMPOW
10. ….
1. Giới thiệu chung
TS. Nguyễn ðăng Toản
12
3/9/2011
2.1 Các vấn ñề chung của bài toán trào lưu công suất
 Cần thiết cho mọi các bài toán khác
 Qui hoạch

 Thiết kế
 Vận hành
 Các bài toán nghiên cứu khác
 Cho biết các thông tin
 U (V), I(A), δ, P (MW), Q (MVAr) trên các nhánh, tổn thất,…
 …..
 Là bài toán ñại số phi tuyến
 F(x)=0
 Trong ñó x là: U, I, P, Q, δ…..
2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất
TS. Nguyễn ðăng Toản
13
3/9/2011
2.1 Các vấn ñề chung của bài toán trào lưu công suất
 Yêu cầu tính toán các thông số
 P, Q, V, δ
 Thường biết 2 trong 4 thông số, phải tính 2 thông số còn lại
 Các loại nút
 Nút cân bằng: cho biết modul V và δ cần tìm P,Q ( nút này thường là
nút nhà máy ñiện)- Slack hay Swing bus. Trong HTð thường chỉ có
một nút cân bằng
 Nút PV: hay còn gọi là nút ñiều chỉnh ñiện áp, biết P, V, cần tính Q, δ.
Thường là nút nhà máy ñiện hoặc nút có máy bù, tụ bù, FACTS
 Nút PQ: thường là nút phụ tải, biết PQ, cần tính V và δ, số lượng nút
PQ là nhiều nhất trong HTð
2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất
TS. Nguyễn ðăng Toản
14
3/9/2011
2.2 Mô hình thiết bị

 ðường dây
 Mô hình ñường dây dài và
trung bình
 Mô hình ñường dây hạ áp
 Phụ tải
 Thông thường,
 ðộng cơ / khác
 Máy biến áp
 MBA thông thường
 Có bộ phận ñiều áp dưới tải
 Máy phát ñiện
 Cơ bản
 Chi tiết
 Các thiết bị khác
 HVDC. FACTS, ….
Chú ý: Mô hình thiết
bị cho mỗi nghiên
cứu khác nhau là
khác nhau
2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất
TS. Nguyễn ðăng Toản
15
3/9/2011
ðƯỜNG DÂY TẢI ðIỆN
G
B
X
R
G
B

2.2.1 ðường dây tải ñiện
2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất
TS. Nguyễn ðăng Toản
16
3/9/2011
 ð/dtt là thiết bị q/t trong htñ
 Có nhiều loại ñ/d khác nhau
 Trên không/cáp ngầm…
 Các thông số cơ bản của ñ/d
trên không:
 R, G, L,C
( )
)/(
ln
2
)(
)/(ln102
3/1
7
mF
r
D
k
C
mdddD
mH
D
D
xL
eq

cabcabeq
s
eq








=
=
=
−
π
 Trong ñó
 D
eq
là k/cách tính toán
 d
ab
,d
bc
,d
ca
: khoảng cách giữa
các pha
 r: bán kính dây dẫn
 ðường dây cáp ngầm

 Cũng có các thông số cơ bản
 Có một số tính chất khác:
 Các pha ñặt gần nhau hơn
 ðược quấn quanh bởi lớp
cách ñiện, tấm chắn kim loại ..
 Cách ñiện hiện nay chủ yếu là
loại XLPE..
2.2.1 ðường dây tải ñiện
2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất
TS. Nguyễn ðăng Toản
17
3/9/2011
 ðường dây ngắn
 Z=(R+jX)=(r
0
+jωL)l
 Mô hình mạng hai cửa
 V
1
=AV
2
+BI
2
 I
1
=CV
2
+DI
2
 Trong ñó: A= 1, B=Z, C=0,

D=1
 Vì
 V
1
= V
2
+ZI
2
 I1 = I2
 ðường dây trung bình:dùng
mô hình π
 Z=(R+jX)
 Y=(g+jωC)
 Nếu dùng mô hình mạng 2
cửa:
 V
1
=AV
2
+BI
2
 I
1
=CV
2
+DI
2
 Trong ñó:
 A=(1+ZY/2), B=Z,
C=Y(1+YZ/4), D=(1+ZY/2)

2.2.1 ðường dây tải ñiện
2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất
TS. Nguyễn ðăng Toản
18
3/9/2011
 Ví dụ xét ñoạn của ñ/d dài
 z=R+jωX
 y=G+JωC
 Một ñoạn rất nhỏ
 ðiện áp:
 dV=i.(z.dx) =>i.z=(dV/dx)
 Dòng ñiện:
 di=V.y.dx => di/dx = V.y
 Từ hai p/trình trên ta có
 Giả sử ta biết ð/a và d/ñ ở
cuối ñ/dây (x=0)
2.2.1 ðường dây tải ñiện
2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất
TS. Nguyễn ðăng Toản
19
3/9/2011
 Trong ñó
 Z
C
là tổng trở ñặc tính
 γ là hằng số truyền sóng
 ðối với ñ/d tải ñiện thông
thường (G=~0, R<<ωL)
 Nếu ñ/d là không tổn thất, R=0,
thì và

 Khả năng mang tải tự nhiên
(natural load or surge
impedance load -SlL)
 SIL=V
o
2
/Z
C
(W)
 Nếu V
0
là ñiện áp pha=> công thức
trên là SIL pha
 Nếu V
0
là ñiện áp dây=> công thức
trên là SIL 3 pha
 Dòng và áp:
 Dòng và áp cùng pha với nhau dọc
theo ñ/d
C
L
Z
C
=
LCj
ωγ
=
2.2.1 ðường dây tải ñiện
2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất

TS. Nguyễn ðăng Toản
20
3/9/2011
 Sơ ñồ thay thế hình π
 Ze=~Z=R+JX
 Ye=~Y/2
 ð/dây
 Ngắn (<80km) (có thể bỏ qua Ye
 Trung bình (>80km, <200km) ( có thể
biểu diễn bằng sơ ñồ hình π thông
thường
 Dài (>200km) Phân thành các ñ/dây
trung bình,
 Ví dụ về một số ñường dây
 ð/d 500kV, với chiều dài 160km, tính
các thông số của sơ ñồ thay thế
 X=52Ohm= 0,2pu
 B=Y/2=0,1pu
 B
C
= 160x5.20x 10
-6
= 8. 32x 10
-4
siemens
 B
C
= 8. 32x 10
-4
250=0.208pu

2.2.1 ðường dây tải ñiện
2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất
TS. Nguyễn ðăng Toản
21
3/9/2011
2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất
TS. Nguyễn ðăng Toản
22
3/9/2011
 Ví dụ : ðường dây ngắn:
 Cho một ñ/d 220kV, dai 40km, r
0
= 0,15Ω/1km,
L
0
=1,3263mH/1km, bỏ qua ñiện dung, sử dụng mô hình ñường
dây ngắn ñể tính ñiện áp và công suất ở ñầu ñầu và ñầu cuối
ñường dây, tính ñiện áp ñiều chỉnh khi mang tải 381MVA,
cosϕ=0,8 chậm sau
 Với ñiện áp ñiều chỉnh =(ñiện áp không tải ở cuối ñường dây-
ñiện áp ñầy tải cuối ñường dây)/ ñiện áp ñầy tải cuối ñường
dây
 (trang146)
2.2.1 ðường dây tải ñiện
2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất
TS. Nguyễn ðăng Toản
23
3/9/2011
 Các mô hình ñường dây khác
 ðường dây có tụ bù dọc

 ðường dây có kháng bù ngang
 ðường dây có tụ bù ngang
 Các ñường dây có thiết bị bù linh hoạt FACTS và HVDC…
2.2.1 ðường dây tải ñiện
2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất
TS. Nguyễn ðăng Toản
24
3/9/2011
2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất
TS. Nguyễn ðăng Toản
25
3/9/2011
Ví dụ về HVDC link
Thanh
góp
AC
MC
MBA
Cầu chỉnh/nghịch lưu
Bộ
lọc
ðiện cực
Bộ lọc
xoay
chiều
Bộ biến ñổi
2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất
TS. Nguyễn ðăng Toản
26
3/9/2011

2.2.2 Phụ tải ñiện
2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất
TS. Nguyễn ðăng Toản
27
3/9/2011
 ðóng vai trò quan trọng trong mọi
nghiên cứu
 Thường dùng mô hình tải tĩnh ZIP
 Hoặc là:
 Hoặc là:
 Trong ñó
 P, Q: là công suất tác dụng phản
kháng tại một nút tải
 P
0
, Q
0
: là công suất tác dụng và
phản kháng tại nút tải ở chế ñộ
ban ñầu
 p
1
, p
2
, p
3
và q
1
, q
2

, q
3
: là các
thành phần diễn tả ñiện kháng
không ñổi, dòng ñiện không ñổi
và công suất không ñổi với tổng
của chúng bằng 1.0.
 k
p
f
∆f
, k
q
f
∆f
là các thành phần phụ
thuộc tần số
 Trong công thức dưới
 P
0
, Q
0
là công suất tác dụng và
phản kháng tại giá trị ñiện áp
V=1.0(pu),
 P
v
, Q
v
là hệ số mũ nhạy theo P

và Q.
2
0 1 2
2
0 1 2
3 1
3 1
p
q
P P p V p V p k f f
Q Q q V q V q k f f
   
= + + + ∆
  
 
 
= + + + ∆
 
 
( ) ( )
( ) ( )
2
0 0 0
2
0 0 0
/ /
/ /
p p p
q q q
P P Z V V I V V P

Q Q Z V V I V V Q
 
= + +
 
 
= + +
 
0
0 0
Pv Pf
V f
P P
V f
   
=
   
   
0
0 0
Qv Qf
V f
Q Q
V f
   
=
   
   
2.2.2 Phụ tải ñiện
2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất
TS. Nguyễn ðăng Toản

28
3/9/2011
Ví dụ: ảnh hưởng của phụ tai ZIP ñến ổn ñộ sụt áp

0.91
VOLTAGE MAGNITUDE (PU)
0.86
0.87
0.89
0.90
0.88
2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất
TS. Nguyễn ðăng Toản
29
3/9/2011
2.2.2 Phụ tải ñiện
 Mô hình tải hỗn hợp
 Tính theo % ðộng cơ lớn
 % ñộng ñộng cơ nhỏ
 % công suất không ñổi
 % bóng ñèn
 % loại khác
 …
 Ví dụ mô hình CLOAD
 Tải chi tiết
 ðộng cơ ñiện
2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất
TS. Nguyễn ðăng Toản
30
3/9/2011

30
Ví dụ về sụp ñổ ñiện áp với tải ñộng cơ
Ví dụ về HTð BPA
11
G
1
Vùng tảiVùng Phát
G
2
G
3
ULTC
1
2
5
6
3
7
8
9
10
C
8
C
9
C
7
C
6
C

5
P, Q
 Các thiết bị
 ðiều áp dưới tải ULTC (nút 10 và 11)
 Giới hạn kích từ OEL (G3)
 Tải ñộng cơ ở nút 8
Khoảng t.gian quá ñộ
Tác dộng của ULTC (t=35 s)
Sụp ñổ ñiện áp(t=80s)
Tác ñộng của bộ OEL(t=65s)
ðiện áp nút 11
Công suất phản kháng của G3
 Kịch bản sụp ñổ ñiện áp
 Khi t=5s, cắt 1 mạch 6 - 7
0 5 35 65 80 100(s)
2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất
TS. Nguyễn ðăng Toản
31
3/9/2011
2.3 Máy biến áp
2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất
TS. Nguyễn ðăng Toản
32
3/9/2011
 Trong tính toán trào lưu
công suất, MBA ñược biểu
diễn bởi mô hình pi thông
thường
 Khi tỷ số biến ñổi tương ñối
bằng 1 ( ñầu phân áp vận

hành ở nấc 0) sơ ñồ tương
ñương như hình vẽ
 Khi dùng ñầu phân áp (nấc
ñiều chỉnh khác 0). Lúc ñó
MBA ñược mô tả như sau
MBA
i j
i j
y
MBA
1:a
i
j
y
MBA
MBA
y
a
1a






−
MBA
2
y
a

a1






−
i
y
MBA
x
j
Vj
Vx
MBA
i j
Ij
Ii
2.2.3 Máy biến áp
2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất
TS. Nguyễn ðăng Toản
33
3/9/2011
 Giả thiết MBA không có bù
pha
 Dòng ñiện I
i
ñược tính như
sau

 Thay V
x
vào ta có
 ðồng thời ta có
 Thay vào ta có
 Viết dưới dạng ma trận
2.2.3 Máy biến áp
j
*
i
jx
IaI
V
a
1
V
−=
=
( )
xiti
VVyI −=






−=
jiti
V

a
1
VyI
i
*
j
I
a
1
I −=
j
2
t
i
*
t
j
V
a
y
V
a
y
I +−=



















−
−
=






j
i
2
t
*
t
t
t
j

i
V
V
a
y
a
y
a
y
y
I
I
2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất
TS. Nguyễn ðăng Toản
34
3/9/2011
2.2.4 Máy phát ñiện
2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất
TS. Nguyễn ðăng Toản
35
3/9/2011
 Khi tính trào lưu công suất: MPð như là một nguồn
bơm công suất tác dụng và phản kháng
 Khi tính toán ổn ñịnh, tối ưu, các bài toán khác cần có
mô hình chi tiết, ñặc tính tiêu hao nhiên liệu, các bộ
ñiều khiển,
 Tương tự như vậy ñối với FACTS, HVDC
2.2.4 Máy phát ñiện và HVDC, FACTS
2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất
TS. Nguyễn ðăng Toản

36
3/9/2011
 ðịnh nghĩa
 ð/L
(pu)
=(ñ/l
thực tế
)/(ñ/l
cơ bản
)
 Ví dụ
 Thông thường ñối với S
cb
ba
pha, V
cb
ñiện áp dây
 ðối với HTð, gồm có 4 ñại
lượng S
cb
, V
cb
, Z
cb ,
I
cb
2.2.6 Hệ ñơn vị tương ñối
cb
cb
cb

cb
cb
cb
I3
V
Z;
V3
S
I ==
Một HTð bao gồm nhiều cấp ñiện áp khác nhau, do ñó cần
có sự biến ñổi các ñại lượng về một cấp ñiện áp => dùng
hệ ñơn vị tương ñối
cb
puñvtñ
cb
puñvtñ
cb
pu
cb
puñvtñ
Z
Z
)Z(Z;
I
I
)I(I
;
V
V
)V(V;

S
S
)S(S
ñvtñ
==
==
( ) ( )
)cb(MVA
)cb(kV
S
V
Z
2
cb
2
cb
cb
==
2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất
TS. Nguyễn ðăng Toản
37
3/9/2011
2.2.6 Hệ ñơn vị tương ñối
 Trong hệ ñơn vị tương ñối, giá trị
pha và 3 pha là giống nhau, vẫn
dùng các công thức:
 Nếu công suất tải ba pha có thể
ñược tính theo công thức
 Dòng ñiện tải pha:
 Thay vào ta có:

 Tổng trở tải:
cbcbcb
cb
*
cbcb
IZV;IVS ==
cbP
*
cbP)3(cb
IV3S
−
−Φ
=
P
P
P
Z
V
I =
)3(cb
*
2
LL
)3(cb
*
2
P
P
S
V

S
V3
Z
Φ
−
Φ
==
)3(cb
*
cb
2
cb
2
LL
cb
P
pu
S
S
V
V
Z
Z
Z
Φ
−
==
2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất
TS. Nguyễn ðăng Toản
38

3/9/2011
2.2.6 Hệ ñơn vị tương ñối
 Thay ñổi các ñại lượng cơ bản
 Các thông số của MPð, MBA
ñược cho bởi các nhà phân phối,
thông thường cho bởi hệ ñvtñ cơ
bản ñịnh mức của MPð và MBA.
 Khi tính toán HTð thì thường
chọn một ñại lượng cơ bản chung,
ví dụ Scb=100MVA, Do ñó cần
phải chọn ñiện áp cơ bản. Thông
thường chọn Vcb cho mỗi cấp là
ñiện áp danh ñịnh của mỗi cấp
( )

V
S
Z
Z
Z
Z
2
cb
cu
cb
cu
cb
cu
pu
cu

Ω
Ω
==
( )
2
cb
moi
cb
moi
cb
moi
pu
moi
V
S
Z
Z
Z
Z
Ω
Ω
==
2
cb
moi
cb
cu
cb
cu
cb

moi
cb
cu
pu
moi
V
V
S
S
ZZ








=
2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất
TS. Nguyễn ðăng Toản
39
3/9/2011
 Lợi ích của hệ ñvtñ:
 Hệ ñvtñ cung cấp giá trị tương
ñối của các ñại lượng S, I, V, Z
 Các giá trị trong hệ ñvtñ có giá
trị nhỏ
 Các giá trị trong ñvtñ của MBA,
MPð ñơn giản không cần quan

tâm ñến các phía cao áp, hạ áp,
…
 Rất thuận lợi trong tính toán của
một HTð phức tạp
 Vẫn áp dụng các công thức tính
toán thông thường
 Ví dụ ñối với MPð
 e
s_cb
: ñiện áp pha cơ bản V
 i
s_cb
:dòng ñiện pha cơ bản A
 f
cb
: tần số ñịnh mức Hz
 ω
cb
= 2πf
cb
e_rad/s
 ω
m_cb
= ω
cb
(2/p
f
) m_rad/s
 Z
s_cb

=(e
s_cb
)/i
s_cb
(ôm)
 L
s_cb
=(Z
s_cb
)/ ω
cb
(Henry)
 ψ
s_cb
= L
s_cb
i
s_cb
W.v
 (Ổn ñịnh HTð Trần Bách)
2.2.6 Hệ ñơn vị tương ñối
2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất
TS. Nguyễn ðăng Toản
40
3/9/2011
2.2.6 Hệ ñơn vị tương ñối
2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất
TS. Nguyễn ðăng Toản
41
3/9/2011

2.2.6 Hệ ñơn vị tương ñối
ñm
G
ñmG
2
ñm
G
ñm
G
cb
G
d
d
S
V
Z,
)Z(Z
"X
"X ==
Ω
 Thông thường chọn ñ/a cơ bản chọn riêng cho từng cấp và bằng ñiện
áp tb của các cấp ñó V
cb
=V
tb
 ðiện kháng MPð
 Kháng ñiện
 MBA
 ðiện áp NM của MBA
 MBA hai cuộn dây

ñm
K
ñm
K
ñm
K
ñm
K
K
K
I.3
V
X,100x
X
X
%X ==
Ω
100x
V
V
%V
ñm
kV_N
N
=
cb
2
cb
B
ñm

ñm
2
%_N
1B
V
S
S
V
100
V
X =
2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất
TS. Nguyễn ðăng Toản
42
3/9/2011
2.2.6 Hệ ñơn vị tương ñối
 Ví dụ 1: cho HTð như hình vẽ, Tính các ñại lượng trong hệ
ñvtñ
 Trong ñó: Scb=100MVA
 Vcb=22kV ở phía MPð
 MPð: 90MVA, 22kV, X=18%
 B1: 50MVA, 22/220kV, X=10%
 B2: 40MVA, 220/11kV,X=6%
 B3: 40MVA, 22/110kV, X=6,4%
 B4: 40MVA, 110/11kV, X=8%
 M: 66,5MVA, 10,45kV, X=18,5%
 Tải: 57MVA, cosϕ=0,6 chậm sau, V=10,45kV
 Z1=48,4 Ω (ñ/d 220kV) và Z2=65,43Ω
~
B1

Lưới 220kV
B2
MPð
Tải
M
Lưới 110kV
B3 B4
1
2
3
4
5
6
2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất
TS. Nguyễn ðăng Toản
43
3/9/2011
2.2.6 Hệ ñơn vị tương ñối
 Tính ñiện áp cơ bản các cấp:
 MPð: Vcb=22kV
 B1:
 V
2
=V
3
=22.(220/22)=220kV
 B2:
 V
4
=220.(11/220)=11kV

 B3:
 V
5
=V
6
=22(110/22)=110kV
 Tính các ñại lượng trong hệ ñvtñ
 MPð: X=0,18.(100/90)=0.2pu
 B1: X=0,1.(100/50)=0,2pu
 B2: X=0,06.(100/40)=0,15pu
 B3: X=0,064.(100/40)=0,16pu
 B4: X=0,08.(100/40)=0,2 pu
 M: X=0,185.(100/66,5). (10,45/11)
2
=
0,25 pu
 ñ/d1: Zcb1= 220000
2
/100000000=484Ω
 X=(48,4/484)=0,1pu
 ñ/d2: Zcb2=110000
2
/100000000=121 Ω
 X=65,43/121=0,54pu
2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất
TS. Nguyễn ðăng Toản
44
3/9/2011
2.2.6 Hệ ñơn vị tương ñối
 ðối với tải, hệ số công suất bằng 0,6 chậm sau

 S
tải3pha
=57∠53,13
0
MVA
 Do ñó tổng trở tải dưới dạng ñơn vị có tên là:
 Z
tải
=(V
dây
)
2
/S
*
tải3pha
=(10,45)
2
/(57∠-53,13
0
)
=1,1495+J1,53267 Ω
 Tổng trở cơ bản ở nút 4 là:
 Z4=(11)
2
/100=1,21 Ω
 Tổng trở tải trong hệ ñvtñ:
 Z
tải
=(1,1495+J1.53267)/1,21=0,95+j1,2667 pu
2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất

TS. Nguyễn ðăng Toản
45
3/9/2011
2.2.6 Hệ ñơn vị tương ñối
 Giả sử ñộng cơ vận hành ñầy tải ở hệ số công suất 0,8
vượt trước,ở ñiện áp 10,45kV
 Hãy tính ñiện áp ở phía máy phát (nút 1)
 Xác ñịnh ñiện áp của ñộng cơ
2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất
TS. Nguyễn ðăng Toản
46
3/9/2011
3.1 Tổng trở, tổng dẫn và ma trận tổng dẫn
 Tổng trở:
 Cho ñường dây : z=r+jx
 Tổng dẫn:
 y=1/z=1/(r+jx)=g+jb
 Ma trận tổng dẫn
 Ví dụ ( page:191)
 Phương trình: I
nút
=Y
nút
.V
nút
ijjiij
n
0j
ijii
yYY

ij voi yY
&
&&
&
&
−==
≠=
∑
=
1
2
3
4
I
1
I
2
y
20=
-j1,25
y
10
=-j1
y
12
=-j2,5
y
23
=-j5
y

34
=-j12,5
y
13
=-j5
3. Bài toán trào lưu công suất
TS. Nguyễn ðăng Toản
47
3/9/2011
3.2 Phương pháp tính toán: Gauss-Seidel
 Là phương pháp lặp dùng ñể tính toán nghiệm của pt
ñại số phi tuyến: f(x)=0
 Biến ñổi dưới dạng: x=g(x)
 Nếu gọi x
(k)
là nghiệm dự ñoán ban ñầu, thì nghiệm tại
bước lặp tiếp theo là:
 x
(k+1)
=g(x
(k)
)
 Nghiệm cuối cùng nhận ñược khi mà sai số giữa hai
bước lặp nhỏ hơn sai số ε cho phép
 | x
(k+1)
- x
(k)
|≤ ε
3. Bài toán trào lưu công suất

TS. Nguyễn ðăng Toản
48
3/9/2011
3.2 Phương pháp tính toán: Gauss-Seidel
 Ví dụ: Tính nghiệm của pt f(x)=x
3
-6x
2
+9x-4=0
 Giải:
 Biến ñổi về dạng x=g(x), x=-1/9x
3
+6/9x
2
+4/9
 Pt thực ra có 3 nghiệm, trong ñó x
12
=1, x
3
=4, nếu giả sử lấy giá trị ban ñầu là
x
(0)
=2
 Thì x
(1)
= g(2)=-1/9(2)
3
+6/9(2)
2
+4/9=2,222

 Bước lặp tiếp theo: x
(2)
= g(x
(1)
)= g(2,222)=-
1/9(2,222)
3
+6/9(2,222)
2
+4/9=2,5173
 Tương tự như vậy ñến bước lặp tiếp theo: 2,8966, 3,7398, 3,9568, 3,9933 và
4,000
 Như vậy: G-S cần nhiều bước lặp ñể ñạt ñến sai số cần thiết, và nghiệm phụ
thuộc vào giá trị dự ñoán ban ñầu, ( nếu x
(0)
=6 thì có thể không hội tụ
 Người ta có thể tăng tốc bằng hệ số α: x
(k+1)
=x
(k)
+ α [g(x
(k)
)- x
(k)
]
3. Bài toán trào lưu công suất
TS. Nguyễn ðăng Toản
49
3/9/2011
3.2 Phương pháp tính toán: Gauss-Seidel

 Nếu có n phương trình và n biến
 f
1
(x
1
, x
2
,…, x
n
)=c
1
 f
2
(x
1
, x
2
,…, x
n
)=c
2
 ... (*)
 f
n
(x
1
, x
2
,…, x
n

)=c
n
 Cách giải tương tự, khi biến ñổi thành hệ pt
 x
1
=c
1
+g
1
(x
1
, x
2
,…, x
n
)
 x
2
=c
2
+g
2
(x
1
, x
2
,…, x
n
)
 … (**)

 x
n
=c
n
+g
n
(x
1
, x
2
,…, x
n
)
 Quá trình lặp diễn ra tương tự với giá trị ban ñầu: (x
1
(0)
, x
2
(0)
,…, x
n
(0)
) và giá
trị bước lặp tiếp theo tính bởi (**) (x
1
(1)
, x
2
(1)
,…, x

n
(1)
)
 Cũng có thể dùng hệ số tăng tốc α: x
i
(k+1)
=x
i
(k)
+ α[x
i_tinh toan
(k+1)
–x
i
(k)
]
3. Bài toán trào lưu công suất
TS. Nguyễn ðăng Toản
50
3/9/2011
3.2 Phương pháp tính toán: Gauss-Seidel
 Tính toán cho HTð
 Phương trình cần bằng theo ñịnh luật Kirchoff 1
 Công suất tác dụng và phản kháng
 Thay vào ta có
 Phương trình trên dùng ñể tính toán trong Gauss-seidel
.
.
I
i

V
i
V
1
V
2
V
n
y
i0
y
i1
y
i2
y
in
∑∑
==
≠−=
n
1j
jij
n
0j
ijii
ij VyyVI
*
i
ii
i

*
iiii
V
jQP
I
IVjQP
−
=
=+
ij VyyV
V
jQP
I
j
n
1j
ij
n
0j
iji
*
i
ii
i
≠−=
−
=
∑∑
==
3. Bài toán trào lưu công suất