ứng dựng tin học trong hệ thống điện

PHẦN MỀM TÍNH TOÁN
HỆ THỐNG ĐIỆN
Ts. NGUYỄN Đăng Toản
Khoa HTĐ-ĐHĐL
Email:
Tel: 0966691586


Tóm tắt nội dung



Thi: trên máy tính
Nội dung




5/21/2016

Giới thiệu chung
Bài toán trào lưu công suất
POWERWORLD (tính toán cho lưới truyền tải)

TS. Nguyễn Đăng Toản

2


1. Giới thiệu chung

1.1 Lịch sử phát triển của HTĐ

110VDC

5/21/2016

TS. Nguyễn Đăng Toản

3


1. Giới thiệu chung

1.1 Lịch sử phát triển của HTĐ









Đầu những năm 1880 – Edison giới thiệu HTĐ ở phố
Pearl Street - Manhattan cung cấp cho 59 khách hàng
bằng HTĐ DC
1884 – Sprague giới thiệu động cơ DC
1885 – Phát minh MBA
Giữa những năm 1880 – Westinghouse/Tesla giới thiệu
HTĐ AC

Cuối những năm 1880 – Tesla phát minh ra động cơ
không đồng bộ AC
1893 – Đường dây truyền tải AC đầu tiên được đưa vào
vận hành với điện áp 2,3 kV
1896 –Đường dây AC cung cấp điện từ Thủy điện
Niagara Falls đến Buffalo, với khoảng cách 20 dặm

5/21/2016

TS. Nguyễn Đăng Toản

4




Khi truyền tải điện năng đi xa, công suất lớn








Tổn thất công suất/ điện năng
Tổn thất điện áp
Các chỉ tiêu kinh tế/ kỹ thuật
Vấn đề ổn định / điều khiển
Các tiêu chuẩn kèm theo

Chọn HTĐ nào: AC hay DC

Sự ra đời của MBA+Từ trường quay (MPĐ-ĐC xoay chiều đã giúp
HTĐ AC chiếm ưu thế
Ngày nay, HTĐ chủ yếu dùng hệ thống dòng điện 3 pha xoay chiều
5/21/2016

TS. Nguyễn Đăng Toản

5


1. Giới thiệu chung

1.1 Lịch sử phát triển của HTĐ






Đầu những năm 1900 – Công ty
tư nhân cung cấp điện trong
các vùng nhỏ (recognized as a
natural monopoly)
Khoảng 1920 – Các công ty liên
bang lớn kiểm soát phần lớn
htđ
Khoảng từ1930 – các công ty

điện lực được thành lập dưới
hình thức độc quyền theo chiều
dọc (vertical monopolies)

5/21/2016

TS. Nguyễn Đăng Toản

Phần phát điện

Phần truyền tải

Phần phân phối

Dịch vụ khách hàng

6


1. Giới thiệu chung

1.1 Lịch sử phát triển của HTĐ


Đối với hình thức độc quyền theo chiều dọc









5/21/2016

Mỗi vùng chỉ có một công ty điện lực phục vụ
Các công ty bên cạnh chỉ đóng vai trò người hỗ trợ,
chứ không phải là đối thủ cạnh tranh
Các công ty liên kết với nhau, và đến những năm 1970
thì hệ thống đường dây liên lạc có điện áp đến 765 kV.
Các HTĐ lớn, MPĐ lớn (thiết bị càng lớn, thì càng
giảm giá đầu tư, tiêu hao nhiên liệu trên một đơn vị)
cùng với sự tăng lên của nhu cầu làm giá trung bình
Sự giảm giá trung bình làm mọi khách hàng đều cảm
thấy hài lòng

TS. Nguyễn Đăng Toản

7


1. Giới thiệu chung

1.1 Lịch sử phát triển của HTĐ








Từ 1970 , do lạm phát, tăng giá nhiên liệu (1973 oil crisis), lo
ngại ảnh hưởng môi trường đòi hỏi phải phát triển bền vững,
gìn giữ tài nguyên
Trong bối cảnh đó, Quốc hội US thông qua luật chính sách
điều hành các công ty dịch vụ công (Public Utilities Regulator
Policies Act (PURPA) năm1978, PURPA thể hiện sự cạnh
tranh phần nguồn
Bộ luật chính sách năng lượng quốc gia 1992 đã mở đường cho sự
cạnh tranh
Từ 2000-nay xu hướng phát triển HTĐ theo hướng thông minh
 Dùng nguồn năng lượng tái tạo, nguồn hiệu suất cao
 HT truyền tải thông minh
 HT phân phối thông minh, tiết kiệm năng lượng

5/21/2016

TS. Nguyễn Đăng Toản

8


1. Giới thiệu chung

1. 2 Sự cần thiết PMTTHTĐ
IPP

Cạn kiệt tài nguyên

thiên nhiên

Nguồn

HTĐ đóng một vai trò
quan trọng và ngày
càng phát triển

Than

Áp lực môi trường

Thủy điện

Hạt nhân

Truyền tải

IPP

Đường dây
Liên lạc

Tính toán phức tạp

Phi điều tiết

HV/MV

Cần thiết các

công cụ tính toán
(PMTTHTĐ)

Hệ thống
khác

Tải công
nghiệp

Điện phân tán
SmartGrid

HV/MV

Tải công
nghiệp

MV/LV

MV/LV

Tòa nhà

Tải dân
dụng

Tải tăng

Phân phối
5/21/2016

TS. Nguyễn Đăng Toản

9


1. 2 Sự cần thiết PMTTHTĐ


Xu hướng phát triển của HTĐ


Mô hình cũ

Thành công trên 120 năm
5/21/2016

Không thể chia tách
TS. Nguyễn Đăng Toản

10


1. 2 Sự cần thiết PMTTHTĐ

Với sự có mặt thiết bị Viễn thông/
tự động/thiết bị thông minh…
5/21/2016

-nguồn n/l tái tạo, thông tin/ thiết bị

sử dụng thông minh

TS. Nguyễn Đăng Toản

11


1. 2 Sự cần thiết PMTTHTĐ

HỆ THỐNG CÓ THỂ CHIA TÁCH, TỰ KHÔI PHỤC, …

5/21/2016

TS. Nguyễn Đăng Toản

12


1. 2 Sự cần thiết PMTTHTĐ






Nguồn hiệu suất
cao/ năng lượng
tái tạo/ xanh/
thân thiện môi
trường

Lưới điện thông
minh/ điều
khiển/giám sát…
Tải thông minh/
hiệu suất cao

5/21/2016

TS. Nguyễn Đăng Toản

13


~



Phân tích hệ thống điện


Nhiều loại nhà máy điện




TG
500kV

TG
500kV

Thủy điện, nhiệt điện, tua
bin khí, gió mặt trời





TG
500kV

500kV, 220kV,110kV,
35kV,22kV, 0,4kV

TG
220kV
Liên lạc
đến
HTĐ
khác

Lưới điện
truyền tải

Lưới điện
trung gian/
Khu vực

Chế độ xác lập
Chế độ giả xác lập ( ngắn

mạch, sóng hài)
Quá độ điện cơ, ( quá độ,
dao động nhỏ…

TG
110kV

Trung
tâm
phụ tải

Trung
tâm
phụ tải

TG
110kV

Tải
công
nghiệp

TG
22kV

~
MPĐ
nhỏ,
DG

MBA
Phân
phối
TG
0,4kV

5/21/2016

TG
24 kV
~

Liên lạc đến
HTĐ khác

Nhiều hiện tượng


TG
220kV

~

Nhiều cấp điện áp




TG
20kV

Lưới điện
hạ áp

Lưới phân
phối


1. Giới thiệu chung

1.3 Các loại hiện tượng xảy ra trong HTĐ


Phân loại các hiện tượng theo thời gian
Quá điện áp do sét

Powerworld

Quá độ điện từ
Quá điện áp do đóng/cắt đ/d

EMTP_RV,
PSCAD,….

PSS/E,
EUROSTAG,
DIGISLENT…

Cộng hưởng tần số thấp

Quá độ điện cơ
Ổn định quá độ/dao động bé
Chế độ động dài hạn

Điều chỉnh đ/d liên lạc

Bài toán offline
Điều chỉnh tải ngày

10-7 10-6

10-5

1s , ở tần số 50Hz

10-4

10-3

10-2

Khoảng 1 chu kỳ

10
1
0.1
Khoảng thời gian (giây: s)

1s

1 phút

102

103

1 giờ

104

105

106

107

1 ngày

Cần 5/21/2016
chọn đúng công cụ, tương
vớiToản
các hiện tượng cần nghiên cứu15
TS. ứng
Nguyễn Đăng


1. Giới thiệu chung

1.3 Các loại hiện tượng xảy ra trong HTĐ


Ví dụ: khi nghiên cứu ổn định các phần tử trong HTĐ
Ổn định ngắn hạn

Ổn định dài hạn

Ổn định trung hạn
Giới hạn kích từ

Q/tr động của động cơ điện

Chế độ động do vận hành

Đóng cắt tụ điện

Điều chỉnh dòng công suất trên đ/d liên lạc
Điều khiển bộ tua bin-máy phát

Q/tr động của MPĐ/kích từ

MBA tự động điều áp dưới tải

Quán tính động của MPĐ
SVC

0.1

5/21/2016

1

10
100
Khoảng thời gian (giây: s)

TS. Nguyễn Đăng Toản

1000

10000

16


1. Giới thiệu chung

1.4 Vấn đề cần quan tâm khi chọn PMTTHTĐ


Mô hình và phương pháp toán học
 Tuyến tính và phi tuyến
 Tiêu chuẩn tĩnh và động
 Thông số tổng hợp và thông số dải
 Liên tục và rời rạc
 ….

R

B

X

G

5/21/2016

B

G

TS. Nguyễn Đăng Toản

17


1.4 Vấn đề cần quan tâm khi chọn PMTTHTĐ


Các phương pháp phân tích








5/21/2016

Phân tích chế độ xác lập: xác định trào lưu công suất,

điện áp, tổn thất…
Phương pháp giả xác lập: tính toán ngắn mạch, và
sóng hài.
Phân tích động: kiểm tra xem HTĐ có mất ổn định,
thậm chí sụp đổ điện áp khi trải qua các kích động và
để xác định giới hạn vận hành của HTĐ
Phân tích quá trình quá độ nhanh/chậm, điện từ/ điện
cơ, mô phỏng sự làm việc theo thời gian thực, các mô
hình phi tuyến,
TS. Nguyễn Đăng Toản

18


1.4 Vấn đề cần quan tâm khi chọn PMTTHTĐ




Các dạng mô phỏng
 Tùy theo mục đích nghiên cứu mà người ta sẽ
dùng các mô phỏng khác nhau
Môi trường mô phỏng (simulation environment)
 Môi trường phụ thuộc thời gian (time domain)
 Môi trường phụ thuộc tần số (frequency domain)

5/21/2016

TS. Nguyễn Đăng Toản

19


1.4 Vấn đề cần quan tâm khi chọn PMTTHTĐ






Các thiết bị trong thư viện
 Sự sẵn có của các mô hình thiết bị điện như MPĐ,
MBA, kích từ, đường dây..
Sự thân thiện người-máy
 Sử dụng dễ dàng, các tính năng phụ trợ như in ấn,
xuất ra file số liệu, kết quả..
Sự tuân theo các tiêu chuẩn
 Các tiêu chuẩn kỹ thuật và công nghiệp, ví dụ như
IEEE, IEC, ..

5/21/2016

TS. Nguyễn Đăng Toản

20


1. Giới thiệu chung

1.5 Một số PMTTHTĐ điển hình

1. EMTP-RV

10. CYME

2. PSCAD

11. DIgSILENT

3. PSS@NETOMAC

12. SIMPOW

4. EMTP-ATP

13. POWERWORLD

5. NEPLAN

14. EDSA

6. PSS/E-ADEPT

15. IPSA

7. PSLF

16. ETAP

8. EUROSTAG

17. ASPEN

9. SKM

18. Easy Power

5/21/2016

TS. Nguyễn Đăng Toản

21


1. Giới thiệu chung

1.5 Một số PMTTHTĐ điển hình
19. DSA-TOOLS

28. ObjectStab

20. MATPOWER

29. SPIRA

21. PSAT

30. Quickstab

22. MICROTRAN

31. CAPE

23. SIMPOWER SYSTEM

32. DINIS

24. UWPFLOW

33. SPARD

25. PQWeb, SuperHarm,

34. PacDyn

26. FENDI

35. MiPower

27. HOMER, HYBRID 2

36. TRANSMISSION 2000

5/21/2016

37. DOCWIN

TS. Nguyễn Đăng Toản

22

1. Giới thiệu chung

1.5 Một số PMTTHTĐ điển hình


Các phần mềm:
 Thương mại:




Do các công ty phần mềm phát
hành, Chính xác, dễ dùng, số
lượng mô hình lớn nhưng Đắt tiền,
Do các trung tâm nghiên cứu phát
triển, số lượng mô hình ít, khó
dùng, nhưng miễn phí

Các tính năng:
 Quá độ




Các dạng ổn định





5/21/2016

điện từ, điện cơ
Góc, tần số, điện áp

Các bài toán tối ưu…
Các bài toán offline

Xem thêm trong các website
1. EMTP-RV
2. PSCAD
3. EMPT-ATP

Miễn phí:






4. EUROSTAG
5. CYME
6. DIgSILENT
7. POWERWORLD
8. UWPLOW
9. SIMPOW
10. ….

TS. Nguyễn Đăng Toản

23


2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất

2.1 Các vấn đề chung của bài toán trào lưu công suất


Cần thiết cho mọi các bài toán khác







Cho biết các thông tin





Qui hoạch
Thiết kế
Vận hành
Các bài toán nghiên cứu khác
V(V), I(A),  (độ), P (MW), Q (MVAr) trên các nhánh, tổn thất,…
…..

Là bài toán đại số phi tuyến



5/21/2016

F(x)=0
Trong đó x là: V, I, P, Q, …..

TS. Nguyễn Đăng Toản

24


2. Các mô hình thiết bị trong nghiên cứu bái toán trào lưu công suất

2.1 Các vấn đề chung của bài toán trào lưu công suất


Yêu cầu tính toán các thông số





P, Q, V, 
Thường biết 2 trong 4 thông số, phải tính 2 thông số còn lại

Các loại nút






5/21/2016

Nút cân bằng: cho biết modul V  và  cần tính P,Q ( nút này
thường là nút nhà máy điện)- Slack hay Swing bus. Trong HTĐ
thường chỉ có một nút cân bằng
Nút PV: hay còn gọi là nút điều chỉnh điện áp, biết P,  V , cần
tính Q, . Thường là nút nhà máy điện hoặc nút có máy bù, tụ bù
có điều khiển (FACTS)
Nút PQ: thường là nút phụ tải, biết P, Q tại nút đó, cần tính  V 
và , số lượng nút PQ là nhiều nhất trong HTĐ

TS. Nguyễn Đăng Toản

25