Bù Công Suất Phản Kháng Và Tái Cấu Trúc Lưới Điện Bằng Phần Mềm Conus

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Đăng Tuấn
Lớp

: 06D1

Khóa

: 2006 - 2011

Ngành

: Điện Công Nghiệp

1. TÊN ĐỀ TÀI:
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CONUS TÍNH TOÁN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN
KHÁNG CÓ ĐIỀU KHIỂN CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
2 . NỘI DUNG CHÍNH:
Chương 1: Tổng quan về lưới điện phân phối
Chương 2 : Tìm hiểu các phương pháp tính toán trào lưu công suất và phần
mềm ứng dụng
Chương 3 : Các phương pháp tính toán bù công suất phản kháng

Chương 4 : Ứng dụng phần mềm Conus tính toán và lựa chọn phương án bù
công suất phản kháng cho xuất tuyến 22kV – Công ty điện lực Đà
Nẵng
Chương 5: Mạch điều khiển
Kết luận chung: Kết quả đạt được, hạn chế và hướng phát triển của đề tài.
3. THỜI GIAN
Ngày nhận đồ án

: 18/02/2011

Ngày hoàn thành đồ án : 02/06/2011

-1-


Ngày......... tháng.......năm 2011

Ngày……tháng…..năm 2011

Giáo viên hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)

Giáo viên duyệt
(Ký và ghi rõ họ tên)

Trưởng bộ môn
(Ký và ghi rõ họ tên)

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Đăng Tuấn

-2-


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đồ án này, tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS LÊ
THÀNH BẮC cùng cô giáo NGUYỄN THỊ HÀ, đã tận tình hướng dẫn trong quá trình
làm đồ án tốt nghiệp.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong khoa Điện, đặc biệt là các
thầy cô trong bộ môn Điện công nghiệp – Trường Đại Học Bách Khoa – Đại Học Đà
Nẵng đã tận tình truyền đạt kiến thức trong suốt 5 năm học tập của tôi tại trường. Với
vốn kiến thức tiếp thu trong quá trình học tập là nền tảng cho quá trình nghiên cứu đồ
án tốt nghiệp mà quan trọng hơn nó là hành trang quí báu để tôi bước vào đời một cách
vững chắc và tự tin.
Qua đây tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè… những người luôn bên
cạnh tôi, ủng hộ tôi trong những lúc khó khăn nhất.
Cuối cùng, tôi xin kính chúc quý thầy cô, gia đình và tất cả các bạn dồi dào sức
khỏe và thành công trong công việc.

Đà Nẵng, ngày 27 tháng 5 năm 2011.
Sinh viên:
Nguyễn Đăng Tuấn

-3-


MỤC LỤC...........................................................................................................................
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP....................................................................1
LỜI CẢM ƠN..............................................................................................................3

MỤC LỤC ................................................................................................................... 4
Chương 1...................................................................................................................... 5
TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI...........................................................5
Chương 2.................................................................................................................... 10
TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TRÀO LƯU CÔNG SUẤT VÀ
PHẦN MỀM ỨNG DỤNG........................................................................................10
Chương 3.................................................................................................................... 27
CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG............27
Chương 4:................................................................................................................... 36
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CONUS ĐỂ TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG
ÁN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO XUẤT TUYẾN 22kV CÔNG TY
ĐIỆN LỰC ĐÀ NẴNG..............................................................................................36
Chương 5.................................................................................................................... 53
MẠCH ĐIỀU KHIỂN...............................................................................................53
PHỤ LỤC...................................................................................................................59
Phụ lục 1.1 : CHẾ ĐỘ TẢI 50% SO VỚI CÔNG SUẤT ĐỊNH MỨC..................59
Phụ lục 1.2: CHẾ ĐỘ TẢI THỰC............................................................................60
Phụ lục 1.3: CHẾ ĐỘ 125% TẢI THỰC.................................................................62
Phụ lục 1.4: CHẾ ĐỘ 50% TẢI THỰC..................................................................64

-4-


Chương 1

TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
1.1.

TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VIỆT NAM HIỆN NAY
Phân phối điện là khâu cuối cùng của hệ thống điện đưa điện năng trực tiếp đến

người tiêu dùng. Lưới điện phân phối bao gồm lưới điện trung áp và lưới điện hạ áp.
Tính đến cuối năm 2004, tổng chiều dài đường dây trung áp ở nước ta khoảng 115
nghìn km, tổng chiều dài đường dây hạ áp gần 110 nghìn km, tổng dung lượng các
trạm biến áp hạ áp gần 29 nghìn MVA.
Hiện nay một số tỉnh, thành phố đã quy hoạch về lưới 22kV. Trong tương lai sẽ
quy hoạch mạng điện phân phối của cả nước về lưới 22kV để cho đồng bộ và dễ quản
lý.
1.2 . LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI CỦA ĐÀ NẴNG HIỆN NAY
1.2.1 Đặc điểm hình thành hệ thống điện Đà Nẵng
Hệ thống điện Đà Nẵng được hình thành dựa trên mạng lưới điện do chế độ cũ để
lại. Trước năm 1975, hệ thống chủ yếu bao gồm một số nhà máy điện công suất nhỏ cỡ
vài MW và hệ thống lưới điện phân phối 6kV, 15kV phục vụ sinh hoạt trong đô thị và
phục vụ quân đội chế độ cũ. Sau giải phóng, chính quyền cách mạng tiếp quản, cải tạo
và phát triển hệ thống phục vụ công, nông nghiệp, quốc phòng và sinh hoạt của nhân
dân.
Từ năm 1990, hệ thống điện Đà Nẵng đã được kết nối với lưới điện quốc gia qua
trạm biến áp 110 kV Xuân Hà (E10) cấp 110/35/6 kV lấy điện từ trạm biến áp 220
kV Đồng Hới- Quảng Bình.
Đến năm 1994, khi mạch 01 đường dây 500kV xuyên quốc gia hình thành thì hệ
thống điện Đà Nẵng nhận điện chủ yếu từ trạm biến áp 500 kV Đà Nẵng (E51).
Đến năm 1997, thực hiện chia tách Điện lực Đà Nẵng và Điện lực Quảng Nam
theo chủ trương chung của chính phủ về việc phân tách tỉnh Quảng Nam- Đà Nẵng
thành Thành Phố Đà Nẵng và tỉnh Quảng Nam.
Đến nay hệ thống điện Đà Nẵng đã phát triển không ngừng, phục vụ công cuộc
xây dựng và phát triển của thành phố, từng bước đảm bảo cho nhu cầu thiết yêu phục
vụ sản xuất và sinh hoạt của nhân dân.
-5-

1.2.2 Cấu trúc hệ thống điện Đà Nẵng
Hệ thống điện Đà Nẵng nhận điện từ lưới điện Quốc gia qua 6 trạm biến áp 110kV do
Điện lực Đà Nẵng quản lý (Xuân Hà-E10, Liên Trì-E11, Cầu Đỏ-E12, An Đồn –E14,
Liên Chiểu- E92, Hòa Khánh 2-HK2), 01 trạm biến áp 220kV (Hòa Khánh-E9) và 01
trạm biến áp 110kV (Quận Ba-E13) do công ty Truyền tải điện 2 quản lý.
 Trạm 220kV Hoà Khánh (E9) : phía 110kV gồm 2 máy biến áp vận hành song
song, công suất 63 và 25 MVA, có 08 xuất tuyến 22kV đang vận hành (471 đến 478)
cung cấp điện chủ yếu cho quận Liên Chiểu, một phần huyện Hòa vang, khu công
nghiệp Hòa Khánh và Hòa Khánh mở rộng.
 Trạm 110kV Xuân Hà (E10) : gồm hai máy biến áp gồm 2 máy biến áp vận hành
độc lập, công suất 2 x 40MVA, có 06 xuất tuyến 22kV đang vận hành (471 đến 476)
cung cấp điện chủ yếu cho quận Thanh Khê, Hải Châu, các phụ tải quan trọng như
bệnh viện Đà Nẵng, bệnh viện C,…và 01 xuất tuyến 35kV liên lạc với nhà máy điện
Cầu Đỏ (T10) cung cấp điện cho các phụ tải như Xi măng Hòa Khương, tự dùng
500kV Đà Nẵng.

Trạm 110kV Liên Trì (E11) : gồm 2 máy biến áp vận hành song song, công
suất 40 và 25 MVA, có 07 xuất tuyến 22kV đang vận hành (471 đến 477) cung cấp
điện chủ yếu cho quận Hải Châu, khu vực trung tâm thành phố.
 Trạm 110kV Cầu Đỏ (E12) : gồm 1 máy biến áp, công suất 25 MVA, có 04 xuất
tuyến 22kV đang vận hành (471, 473, 475 và 477) cung cấp điện chủ yếu cho quận
Cẩm Lệ, huyện Hòa Vang, khu công nghiệp Hòa Cầm và nhà máy nước Cầu Đỏ, nhà
máy nước Sân bay. Ngoài ra trong thời gian đến sẽ đưa vào vận hành thêm 01 máy
biến áp 110/22kV cải tạo từ máy biến áp 110/35kV cũ vào vận hành, góp phần chống
quá tải cho lưới điện khu vực.
 Trạm 110kV Quận Ba (E13) : gồm 2 máy biến áp vận hành song song, công suất
40 và 25 MVA, có 06 xuất tuyến 22kV đang vận hành (471, 473, 475, 472, 474, 482)
cung cấp điện chủ yếu cho quận Ngũ Hành Sơn, một phần quận Hải Châu và Sơn Trà
và các khu du lịch quan trọng ven biển Sơn trà –Điện Ngọc
 Trạm 110kV An Đồn (E14) : gồm 1 máy biến áp, công suất 25 MVA, có 04 xuất

tuyến 22kV đang vận hành (471, 473, 472 và 474) cung cấp điện chủ yếu cho quận
Sơn Trà, khu công nghiệp Đà Nẵng, khu công nghiệp thủy sản Thọ Quang và các khu
du lịch quan trọng ven biển Sơn trà –Điện Ngọc

-6-


 Trạm 110kV Liên Chiểu : gồm 2 máy biến áp vận hành độc lập, công suất 2x 40
MVA, có 04 xuất tuyến 22kV đang vận hành (471, 473, 475, 472) cung cấp điện chủ
yếu cho quận Liên Chiểu, khu công nghiệp Liên Chiểu và nhà máy thép Đà Nẵng.
 Trạm 110kV Hòa Khánh 2 : gồm 1 máy biến áp vận hành độc lập, công suất 40
MVA, có 04 xuất tuyến 22kV đang vận hành (471, 473, 475, 477) cung cấp điện chủ
yếu một phần khu công nghiệp Hòa Khánh và nhà máy thép Đà Nẵng- Ý
Ngoài ra hệ thống điện Đà Nẵng còn được cấp điện từ nhà máy điện Cầu Đỏ T10,
bao gồm các máy phát Diezel công suất nhỏ với tổng công suất huy động được khoảng
16600kW, gồm :
07 máy GM2100 công suất phát 1000kW mỗi máy.
12 máy SKODA860 công suất phát 600 kW mỗi máy.
02 máy SKODA2100 công suất phát 1200 kW mỗi máy.
Hiện tại toàn bộ nguồn Diezel ở tình trạng dự phòng nguội. Khi có yêu cầu bổ sung
công suất, nguồn này được hoà vào hệ thống điện và tuỳ theo mức độ yêu cầu mà ta
cho vận hành bao nhiêu tổ máy phát. Nguồn công suất này sẽ được đưa lên thanh góp
C1-35 qua các MBA tăng áp, cấp điện cho các xuất tuyến 371, 374, 375 và đưa về
trạm biến áp 110kV Xuân Hà cấp điện cho các phụ tải quan trọng. Nguồn Diezel phát
tại chỗ có các nhiệm vụ :





Chống quá tải cục bộ tại khu vực
Dùng để cấp điện cho các phụ tải ưu tiên khi mất điện lưới Quốc gia.
Hỗ trợ khi sự cố các MBA 110 kV.
Phục vụ công tác thí nghiệm định kỳ máy biến áp 500 kV Đà Nẵng.

1.2.3 Các chế độ vận hành của hệ thống điện Đà Nẵng
1.2.3.1 Chế độ làm việc bình thường
Hệ thống nhận điện từ hệ thống điện Quốc gia qua trạm biến áp 500kV Đà Nẵng
(E51). Trong trường hợp thiếu công suất thì nguồn Diezel được huy động và hoà vào
hệ thống điện. Mọi thao tác cấp nguồn lưới Quốc gia cho hệ thống điện Đà Nẵng và
việc điều động máy Diezel đều do Trung Tâm Điều Độ Miền Trung (A3) điều hành.

-7-


1.2.3.2

Chế độ làm việc sự cố

Khi sự cố mất điện cục bộ ở một trạm 110kV: Dùng các nguồn ở các trạm khác để
hỗ trợ, hoặc cần thiết có thể huy động máy Diezel để cung cấp cho phụ tải các trạm
qua MC 312, 313, 571 hoặc 572 tại NMĐ Cầu Đỏ.
Khi sự cố mất điện lưới Quốc gia (trạm 500kV Đà Nẵng-E51) : Các cụm Diezel
được phát toàn bộ hoà chung với nhau cung cấp chủ yếu cho khu vực nội thành và các
phụ tải ưu tiên. Khi có điện trở lại nguồn Diezel sẽ được hoà lại vào hệ thống quốc gia
tại MC 373 Cầu Đỏ, sau đó được dự phòng toàn bộ hay một phần tuỳ vào yêu cầu
công suất phụ tải thực tế .
1.3

ĐẶC ĐIỂM VÀ NHỮNG VẤN ĐỀ ĐÁNG QUAN TÂM CỦA LƯỚI ĐIỆN

PHÂN PHỐI

1.3.1 Đặc điểm của lưới điện phân phối
Lưới điện phân phối có các đặc điểm về thiết kế và vận hành khác với lưới điện
truyền tải. Lưới điện phân phối phân bố trên diện rộng, thường vận hành không đối
xứng và có tổn thất lớn hơn. Kinh nghiệm các điện lực trên thế giới cho thấy tổn thất
thấp nhất trên lưới phân phối vào khoảng 4%, trong khi trên lưới truyền tải là khoảng
2%. Vấn đề tổn thất trên lưới phân phối liên quan chặt chẽ đến các vấn đề kỹ thuật của
lưới điện từ giai đoạn thiết kế đến vận hành. Do đó trên cơ sở các số liệu về tổn thất có
thể đánh giá sơ bộ chất lượng vận hành của lưới điện phân phối.
1.3.2 Những vấn đề đáng quan tâm của lưới điện phân phối
Những vấn đề đáng quan tâm của lưới điện phân phối hiện nay là tổn thất điện
năng và chất lượng điện áp.
Để đảm bào các chỉ tiêu về điện năng và chất lượng điện áp, ngoài việc sử dụng
các biện pháp tổ chức người ta còn tiến hành các biện pháp kỹ thuật để đảm bảo chỉ
tiêu, thoả mãn các yêu cầu trong giới hạn cho phép. Các biện pháp nhằm giảm tổn thất
công suất và tổn thất điện áp gồm:
 Nâng cao điện áp định mức
Thay đổi cấp điện áp của mạng điện đến cấp cao hơn (khi tính đến khả năng chịu
đựng cách điện của chúng).
 Đặt các thiết bị điều chỉnh, các thiết bị bù bổ sung phụ thêm. Các biện pháp này
như thay đổi các máy biến áp bình thường bằng các máy biến áp điều áp dưới tải. Đặt
-8-


các máy biến áp điều chỉnh, bổ trợ nối tiếp. Đặt các tụ bù, các máy bù, các nguồn điều
chỉnh công suất phản kháng, đặt các thiết bị bù điện kháng đường dây.
 Tối ưu hóa các tham số của các phần tử mạng điện từ đó dẫn đến việc thay thế
công suất các máy biến áp của các trạm tương ứng của phụ tải trong từng giai đoạn
phát triển, thay dây dẫn đường dây trên không, đặt các thiết bị đóng/cắt, áp dụng

những hệ thống hiện đại bảo vệ rơ le tự động điều khiển và đo lường từ xa.
 Tối ưu hóa việc xây dựng và phát triển mạng điện.
1.4 KẾT LUẬN
 Nước ta đang trong thời kì phát triển công nghiệp hoá, hiện đại hoá, nhu cầu tiêu
thụ điện năng ngày càng tăng, do đó lưới điện phân phối phải được mở rộng. Vì vậy ,
vấn đề đặt ra là cần phải đảm bảo và nâng cao chất lượng điện năng cho lưới phân
phối.
 Lưới điện Việt Nam nói chung và của Đà Nẵng nói riêng hiện nay có rất nhiều cấp
điện áp phân phối. Việc phát triển lưới điện có tính chắp vá do khó khăn về vốn đầu
tư, phụ tải phát triển nhanh và chưa có quy hoạch tổng thể. Các thông số kỹ thuật như:
độ dao động điện áp cho phép, hệ số công suất (cosφ), tiêu chuẩn tổn thất điện năng,
hàm lượng sóng hài,... chưa đạt tiêu chuẩn quy định về chỉ tiêu kỹ thuật (theo Thông
tư quy định về hệ thống điện phân phối số 32-2010 của Bộ Công Thương) làm cho
chất lượng điện năng kém.
 Trong tương lai lưới phân phối sẽ được quy hoạch về cấp 22kV cho đồng bộ và dễ
quản lý. Hiện nay Thành phố Đà Nẵng đã quy hoạch lưới phân phối về cấp 22kV.
 Khả năng phát triển của phụ tải Đà Nẵng trong tương lai rất lớn vì thành phố đang
xây dựng nhiều khu công nghiệp, và nhu cầu đời sống nhân dân ngày càng cao vì vậy
nhu cầu về điện cũng tăng trưởng rất nhanh.
 Do vậy, việc nghiên cứu về lưới phân phối để tìm ra hướng giải quyết nhằm nâng
cao chất lượng cung cấp điện là cần thiết, trong đó việc nghiên cứu bù công suất phản
kháng (CSPK) để giảm tổn thất công suất, tổn thất điện năng, cải thiện điện áp, cải
thiện hệ số công suất, hạn chế các dao động điện áp lớn do phụ tải tiêu thụ CSPK thay
đổi nhiều như lò hồ quang và các nhiễu loạn trên lưới do ảnh hưởng các sóng hài bậc
cao nhằm cải thiện điện áp cung cấp và tăng hiệu quả kinh tế là một việc đang được
ngành điện quan tâm.

-9-

Chương 2
TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TRÀO LƯU CÔNG
SUẤT VÀ PHẦN MỀM ỨNG DỤNG
2.1 MỞ ĐẦU
Để tính toán thiết kế và vận hành hệ thống điện thường sử dụng các phương pháp
giải tích mạng điện như Newton-Raphson, Gauss-Seidel…Xuất phát từ các phương
pháp này người ta xây dựng được nhiều phần mềm tính toán.
Trong quá trình vận hành hệ thống điện cần phải tiến hành tính toán mô phỏng hệ
thống và tính toán các quá trình xác lập và quá độ của hệ thống điện để đảm bảo cho
sự vận hành tối ưu, an toàn, liên tục của hệ thống điện.
Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, các máy tính cấu hình mạnh
được sử dụng phổ biến, nhờ đó các chương trình tính toán mô phỏng hệ thống điện có
khả năng tính toán và tốc độ tính toán cao.
-10-


Quá trình xác lập của hệ thống: tính toán phân bố công suất, điện áp, dòng điện
trên các nhánh ở các chế độ làm việc khác nhau và các sơ đồ kết dây khác nhau của hệ
thống. Việc này giúp cho tạo một phương thức vận hành kinh tế và chất lượng điện
năng tối ưu.
Tính các quá trình quá độ khi có các dao động trong hệ thống: sự cố ngắn mạch,
khi có sự cắt/đóng tải đột ngột để có phương án bảo vệ rơle và tiến hành sa thải, huy
động nguồn,…để loại trừ các dao động ảnh hưởng đến sự làm việc của hệ thống.
Trong chương này ta giới thiệu hai phương pháp tính toán giải tích mạng điện và
các phần mềm ứng dụng.
2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TRÀO LƯU CÔNG SUẤT TRONG
HỆ THỐNG ĐIỆN
2.2.1 Phương pháp Newton – Raphson
Phương pháp Newton như sau:
Nếu f(x)=0 là phương trình phi tuyến thì khai triển f(x) theo giá trị đầu x (0) như

sau:
f ( x 0 ) + ( x − x (0) ) f '( x (0) ) +

( x − x (0) ) 2
f ''( x (0) ) + ... = 0
2

(2.1)

Bỏ qua số hạng bậc cao chỉ giữ lại phần tuyến tính ta có:
f(x(0)) + (x-x(0))f ’ (x(0)) =0

(2.2)

Giải (2.2) bằng phương pháp lặp như sau :
Thay x=x’ ta được: x

(1)

=x

(0)

f ( x (0) )
−
f '( x (0) )

(2.3)

Tiếp tục khai triển tại x(1) rồi tính x(1) cứ như thế x(k+1)

x

( k +1)

=x

(k )

f ( x(k ) )
−
f '( x ( k ) )

(2.4)

Đây là công thức lặp Newton, khi mở rộng công thức (2.4 ) cho hàm nhiều biến thì
ta có phương pháp Newton – Raphson. Phương pháp này mới là phương pháp ma trận

-11-


được ứng dụng trong giải tích mạng. Với trường hợp giả thiết có n phương trình phi
tuyến n biến, ta có phương trình sau:
F(x) = 0; fi(x1,x2,…xn) = 0;

i = 1,2,3…n

Vậy : x(k+1) = x(k) – [ f’(x(k))]-1.F(x(k))

(2.5)
(2.6)

Trong đó F’(x) là ma trận Jacobien của F(x):
 ∂f i
 ∂x
 1
M
 ∂f i  
F '( x) =   =  M
 ∂xi   M

 ∂f n
 ∂x1

∂f i
∂x2

∂f n
∂x2

∧ ∧

∧ ∧

∂f i 
∂xn 







∂f n 
∂xn 

(2.7)

Các vòng lặp của (2.6) được chia làm 2 phần: Phần hiệu chỉnh và phần gồm khối
các phương trình tuyến tính.
Đặt J(k) = F’(x(k)) thì phương trình (2.6) tương đương với hệ sau:
-

F(x(k)) = -J(k) ∆X(k)
X(k+1) = X(k) + ∆X(k)

(2.8)
(2.9)

Phương pháp Newton có đặc tính hội tụ bậc 2 và diện mạo hội tụ không giống các
phương pháp khác. Trở ngại ban đầu của nó là phỏng đoán ban đầu phải gần với lời
giải để cho phương pháp hội tụ.
2.2.1.1 Tính toán trào lưu công suất
Xét phương trình hệ thống dưới dạng mở rộng :
n

I p = ∑ YpqVq

p = 1,2…n

(2.10)

q =1

Liên hợp hóa và nhân (2.10) với Vp ta có:
n

V p I *p = S p = VP ∑ Ypq* Vq*

(2.11)

q =1

Tách phần thực và phần ảo ra:

-12-


 n * *
Pp = Re V p ∑ YpqVq 
 q =1


p = 1,2…n

(2.12)

 n

Q p = Im V p ∑ Ypq* Vq* 
 q =1


p = 1,2…n

(2.13)

2.2.1.2 Phương pháp độ lệch công suất ở trong tọa độ cực
Phương pháp Newton sử dụng độ lệch công suất trong tọa độ cực được sử dụng
rỗng rãi trong tính toán trào lưu công suất,trong phần này ta kí hiệu.

Vp = Vp ∠ ( θ p )

θ pq = θ p − θ q
Ypq = G pq + jB pq
Do đó (2.12) và (2.13) biểu diễn trong tọa độ cực như sau:

Pp − V p

Qp − Vp

n

∑ ( G
q =1

pq

cosθ pq + B pq sin θ pq ) Vq  = 0

n

∑ ( G
q =1

pq

cosθ pq − B pq sin θ pq ) Vq  = 0

(2.14)

p = 1,2…n

(2.15)

Giả thiết n là tổng số nút của mạng điện, nút thứ n+1 là nút cân bằng, số nút P-Q là
n1, P-V là n2 và 1 nút hệ thống vì vậy n = n1 + n2 + 1.
Nhiệm vụ của chúng ta là tìm độ lớn điện áp chưa biết V (n1 số) đối với nút P-Q và
góc pha chưa biết (n1+n2 số ) ở các nút P-V và P-Q. Coi X là véc tơ biến (gồm cả ẩn
V và θ ), và vec tơ Y là vec tơ các biến đã biết [thì X gồm 2(n 1+n2) phần tử và Y

gồm 2n1 + 2n2 + 2 phần tử].

-13-


Từ hệ phương trình (2.14) và (2.15) ta chọn số phương trình bằng số biến của X từ
đó đưa dạng phương trình trào lưu công suất phi tuyến F(X,Y) = 0 về dạng F(X)=0
bằng cách khử đi các biến đã biết của Y.
Chúng ta có dạng F(X) như sau:

(2.16)

Cuối cùng ta có 2n1+1n2 phương trình vừa bằng số biến của X.
Các phương trình này viết dưới dạng ma trận:
 ∆P 
 ∆Q  = 0
 

Với

(2.17)

 n

∆Pp = Ppsp − V p  ∑ ( G pq cosθ pq + B pq sin θ pq ) Vq ÷
 q =1


(2..18)

 n

∆Q p = Ppsp − V p  ∑ ( G pq sin θ pq − B pq cosθ pq ) Vq ÷
 q =1


(2.19)

P = 1,2…n; p ≠ s, p ≠ nút P-V
Viết dưới dạng công thức Newton phương trình (2.18)
 ∆P 

H
 ∆Q  =  M
 (k ) 

 ∆θ

N
x
∆ V
L  ( k ) 
 V





 ( k )

(2.20)

∆ θ là véc tơ con gia số của góc pha tại các nút P-Q và P-V.
2.2.2 Phương pháp Gauss – Seidel
Giả thiết tất cả các nút là nút P-Q trừ nút hệ thống V-θ. Vì điện áp hệ thống hoàn
toàn đã biết nên không có vòng lặp nào tính cho nút này. Ta chọn nút hệ thống là nút
cân bằng. Do đó Vq(q ≠ s) coi là áp của nút q so với s (kí hiệu nút s là nút hệ thống).

Ip =

S *p
V p*

n

= ∑ YpqVq

p=1,2…n; p ≠ s

q =1

-14-

(2.21)


Tách Ypq, Vp trong ∑ ra rồi chuyển vế ta được:

1
Vp =
Ypp

 *

n
 Sp − Y V ÷
pq q
 V p* ∑
÷
q =1
÷
q

≠
p



p=1,2…n; p ≠ s

(2.22)

Các vòng lặp của phương trinh Gauss – Seidel được thành lập như sau:
V1( k +1) =


1  P1 − jQ1
(k )
(k )
(k )
 ( k )* − Y12V2 − Y13V3 ... − Y1sVs ... − −Y1nVn 
Y11  V1


V2( k +1) =

1
Y22

 P2 − jQ2

(k )
(k )

−
Y
V
...
−
Y
V
...
−
Y
V

*
21 1
2s s
2n n 
(k )
 V2


V p( k +1) =

1
Ypp

 Pp − jQp

( k +1)
(k )
(k )

−
Y
V
...
−
Y
V
−
Y
V
...
−
Y
V
...
Y
V

p1 1
pp −1 p −1
pp +1 p +1
ps s
pn n 
( k )*
 V p


Vn( k +1) =

1

Ynn

 Pn − jQn

(k )
( k +1)
−
Y
V
...
−
Y
V
...
−
Y
V


*
n
1
1
ns
s
nn
−
1
n
−

1
(k )
 Vn


(2.23)

Hay viết dưới dạng tổng quát là:
V

( k +1)
p

n
 p −1
 S  1
( k +1)
=  − ∑ YpqVq
− ∑ YpqVq( k ) ÷+ ( kp)*  .
q= p
 q =1
 V p  Ypq

Ma trận Ynút là ma trận thu được khi ta xoá đi hàng s và cột s ở ma trận Y nút và Vnút,
Inút cũng có được bằng cách xoá đi phần tử s. Ta viết lại ma trận Y nút bằng cách gồm
các phần tử đường chéo, ma trận gồm các phần tử tam giác dưới đường chéo, ma trận
gồm các phần tử tam giác trên đường chéo.
Ynút = D - L – W

(2.24)

Với:
X


D=

O


X


O 



X 

O


W =
O

O



X 




O 

Vậy các vòng lặp được viết gọn lại như sau:
-15-

O


L=

X



O 

O


O 


Vn(útk +1) = D −1  L.Vn(útk +1) + W .Vn(útk ) + Ynút (Vn(útk ) .Vs ) 
Với
 P1 − jQ1

−

Y
V


*
1
s
s
(k )
 V1

 P − jQ

Ynút (Vn(útk ) ,Vs ) =  p ( k )* p − YpsVs 
 Vp



 Pn − jQn − Y V 
ns s 
 V ( k )*
 n


(2.25)
2.3 CÁC PHẦN MỀM ỨNG DỤNG
2.3.1 Phần mềm PSS/ADEPT
 Xuất xứ: là phần mềm do hãng Shaw power technologics Inc – USA chế tạo.
 Công dụng: Được sử dụng như một công cụ thiết kế và phân tích lưới điện phân
phối. PSS/ADEPT cũng cho phép ta thiết kế, chỉnh sửa và phân tích sơ đồ lưới và các

mô hình lưới điện một cách trực quan theo dao diện đồ hoạ với số nút không giới hạn.
 Ứng dụng: Phần mềm PSS/ADEPT giúp từng bước hệ thống hoá, chuẩn hoá kiến
thức áp dụng tính toán về điện trong hoạt động của công ty nhất là công tác quản lý kỹ
thuật và vận hành lưới điện. Ưu tiên giải quyết các bài toán: phân bố công suất trên
lưới, ngắn mạch, bù công suất phản kháng, độ tin cậy,…là các vấn đề mà các đơn vị
cần giải quyết hàng ngày, thậm chí hàng giờ.
 Ưu điểm: Phần mềm sử dụng rất tốt cho các quy trình phân tích lưới điện phân
phối. Phần mềm PSS/ADEPT sử dụng phương pháp mô phỏng qua mô hình tính toán.
Các phần tử trên lưới điện được mô hình chỉ những người làm việc trong ngành mới
sử dụng được. Người sử dụng chỉ cần hiểu sâu về vấn đề kỹ thuật và các thuật toán về
tính toán phân bố công suất, ngắn mạch, bù công suất…
2.3.2 Phần mềm Powerworld
 Xuất xứ của phần mềm là do hãng PTI của Mỹ sản xuất.
 Công dụng: Phần mềm cung cấp các công cụ mô phỏng hiệu quả và quan trọng
cho phép khảo sát các đối tượng, hệ thống hay quá trình kỹ thuật – vật lý giúp người
kỹ sư điện có khả năng rút ngắn được thời gian và giảm được chi phí nghiên cứu. Điều
quan trọng nhất của phần mềm này là khả năng tính toán bài toán giá thành điện năng
và hiển thị giá thành này tại các thanh cái cũng như các đường dây tải điện. Đây là một

-16-


công cụ rất hữu ích trong tính toán thiết kế và định chế độ vận hành cho hệ thống điện
và hơn nữa là hướng tới mục tiêu thị trường điện ở Việt Nam.
 Ưu điểm: Sử dụng phần mềm Powerworld ta có thể nhận thấy việc tính toán các
bài toán trào lưu công suất và bài toán thị trường điện cho ta kết quả cần thiết và nhanh
chóng trên máy tính, cho phép xây dựng mô hình một cách trực quan và dễ hiểu. Từ
phần mềm này ta có thể xây dựng mô hình mô phỏng, phân tích các quá trình làm việc
của một hệ thống bất kì với các mục đích nghiên cứu khác nhau. Có thể áp dụng phần
mềm này trong quá trình học tập, nghiên cứu, thí nghiệm trong các trường đại học ở

nước ta.
 Nhược điểm: Giá thành để mua phần mềm bản quyền là khá cao.
2.3.3 Phần mềm Conus
 Conus là chương trình tính toán chế độ xác lập và chế độ quá độ của Đại học
Leningrad được cán bộ của khoa Hệ thống điện trường đại học Bách khoa Hà Nội hiệu
chỉnh và nâng cấp sử dụng từ năm 1985. Các chức năng và thuật toán áp dụng cho
chương trình liên tục được bổ sung, cải tiến theo yêu cầu của thực tế tính toán hệ thống
điện và sự phát triển của kỹ thuật máy tính. Chương trình đã được ứng dụng hiệu quả
cho nhiều đề tài thực tế nhằm tính toán, quy hoạch phát triển hệ thống điện Việt Nam
đến năm 2015 và là công cụ tốt cho các cán bộ, nghiên cứu sinh, sinh viên làm nghiên
cứu khoa học.
 Công dụng: Tính toán bù công suất phản kháng trong hệ thống điện.
 Ưu điểm: giá thành phần mềm rẻ, dễ sử dụng. Khi mô phỏng ta có thể quan sát
được bằng trực quan trên sơ đồ về sự quá tải, non tải hay đầy tải
 Chương trình được lập trình bằng ngôn ngữ Fortrant, dùng phương pháp lặp
Newton-Raphson để tính toán. Chương trình có thể thực hiện các nhiệm vụ: tính tổn
thất công suất, điện áp và góc pha tại các nút... ở chế độ xác lập đối với hệ thống đơn
giản cũng như hệ thống phức tạp, có xét cả đến sự thay đổi tỷ số biến áp, sơ đồ nối dây
của mạng, sự đóng cắt từng đường dây, tính ổn định, tính tối ưu về mặt bù công suất
phản kháng...
2.3.4 Phân tích và chọn phần mềm
Trong các phần mềm đã nêu trên em thấy phần mềm Conus là thích hợp nhất vì:
 Phần mềm đã được việt hoá hoàn toàn làm cho việc sử dụng được dễ dàng hơn.
 Dao diện phần mềm rất thân thiện với người sử dụng.
 Khi mô phỏng ta có thể thấy rõ qua sơ đồ khi có quá tải, non tải hay đầy tải dựa
vào màu sắc của đường dây.
-17-


 Độ chính xác không cao lắm nhưng với lưới điện phân phối thì có thể chấp nhận

được.
 Giá thành phần mềm rẻ.
2.4 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM CONUS
2.4.1 Soạn thảo số liệu
Nhấn phím “New” trong “file”. Các bảng số liệu sẽ hiện lên để nhập số liệu
2.4.1.1 Bảng số liệu nút

Hình 2.1
 ĐTT: Số hiệu đặc tính của phụ tải. Số 0 được mặc định cho đặc tính cứng (P,Q
không phụ thuộc vào U và f), số 0 với cấp điện áp 0,4KV. -1 với cấp 22KV.
 Nút số: Số hiệu nút trên sơ đồ
 Uđm(KV): Điện áp định mức nút
 Tên nút: phân biệt các nút bằng tên gọi.
 Ptải (MW), Qtải (MVAr): Công suất phụ tải nhận từ nút.
 Pphát (MW), Qphát(MVAr): Công suất nguồn tại nút
 Umod (kV): điện áp giữ nguồn.
 Qmin(MVAr), Qmax(MVAr): phạm vi điều khiển CSPK của nguồn.
2.4.1.2 Bảng đường dây

Hình 2.2
Bảng này để nhập thông tin các đường dây tải điện, trừ các đường dây siêu cao áp.
 N: Thể hiện trạng thái đường dây (đang làm việc: “-”, bị cắt: ”X”
-18-


 Nút đầu, nút cuối, l(km), R0(Ohm/km), X0(Ohm/km), B0(µS/km) lần lượt là: số
hiệu nút đầu, nút cuối, chiều dài, điện trở, điện kháng, dung dẫn của một km đường
dây trong các đơn vị tương ứng.
 Tên nút đầu, tên nút cuối: không cần cho, máy sẽ tự động chuyển thông tin (khi đã
có) từ bảng “ số liệu nút” .

 Dòng cực đại: nhập dưới hạn dòng điện theo điều kiện phát nóng. Mục đích để
tính hệ số mang tải và hiển thị màu trên sơ đồ cho nhánh đường dây. Số liệu này chỉ
ảnh hưởng đến đến khả năng hiển thị màu trên đồ thị (khi quan tâm).
2.4.1.3 “Bảng nhánh MBA”: Để nhập số liệu các nhánh MBA(máy biến áp)

Hình 2.3





MBA: để lựa chọn loại (2 cuộn dây, 3 cuộn dây-hoặc tự ngẫu).
N: trạng thái hiện hành(làm việc: “-“, bị cắt ra: “x” )
Nút cao, nút trung, nút hạ: số hiệu nút thanh cái các phía của MBA.
Nút giữa: số hiệu nút cần được đánh số thêm trong mô hình MBA 3 cuộn dây hoặc

tự ngẫu, thực chất là đánh số cho điểm tâm của sơ đồ thay thế hình sao của các MBA 3
cuộn dây hoặc tự ngẫu. Chú ý, điện áp định mức của nút này được lấy theo phía cao
áp.
 Đầu phân áp: nhập điện áp điều chỉnh(lệch khỏi định mức) tính bằng % khi vận
hành ở các đầu phân áp khác định mức.
 Số hiệu MBA: là thông tin quan trọng để nhận thông số MBA đưa vào tính
toán.khi cho một số nguyên vào cột này tương đương với việc xác định máy biến áp ở
nhánh đang xét có thông số như MBA cho trong bảng “thông số máy biến áp” với số
hiệu tương ứng.
 Tên nút cao, tên nút trung, tên nút hạ: không cần cho, sẽ được chuyển sang từ các
bảng thông tin nút.

-19-

2.4.1.4 Bảng “Thông số MBA”: Để nhập thông số của các MBA có trong sơ đồ

Hình 2.4
Mỗi MBA có các thông số nằm trên một hàng.
 MBA: để lựa chọn MBA (2 cuộn dây, 3 cuộn dây-hoặc tự ngẫu)
 Số hiệu MBA: cần nhập không trùng nhau. Các số hiệu này sẽ được chọn khi thiết
lập bảng thông tin “Nhánh MBA” do đó cần giữ cố định. Mỗi khi sữa chữa số hiệu
MBA trong bảng này sẽ ảnh hưởng đến thông tin các nhánh MBA.
 Các cột còn lại: tương ứng với các kí hiệu quen biết về thông số MBA.
2.4.1.5 Bảng “các lựa chọn”

Hình 2.5

 Tần số: mặc định 50 (với lưới 50Hz). Giá trị này được sử dụng để giữ tần số hệ
thống khi lựa chọn chế độ xác lập và chế độ quá độ với tần số đã cho (có nhà máy điều

-20-


tần ). Khi tính với tần số hệ thống thay đổi, trị số cho trong ô này được sử dụng làm trị
số đặt f0 của đặc tính tĩnh.
 Nút cân bằng: là số hiệu nút thanh cái của hệ thống công suất vô cùng lớn hoặc
của nhà máy điều tần (khi tính chế độ với tần số đã cho). Khi tính với chế độ tần số
thay đổi, nút cân bằng có ý nghĩa là nút cơ sở (có góc pha bằng 0) để tính góc pha
tương đối của các nút. Khi đó có thể chọn nút bất kì.
 Độ chính xác yêu cầu: là sai số cho phép, tính theo độ lệch (không cân bằng) công
suất nút.
 Nút xác định công suất đồng bộ: số hiệu nút cần in trị số dP/dδ. Khi nút ổn định có
thể cần quan tâm đến trị số này ở một nút nào đó. Khi không cần in để số 0.

 Dải điều khiển in theo U và theo P: giúp in chọn lọc (trong kết quả tính ) các nút
có độ lệch điện áp hoặc công suất vượt quá một giới hạn nào đó so với định mức. kết
quả chỉ được in cho các nút có thông số U hoặc P lệch quá giá trị cho trong ô này. Nếu
để giá trị 0, tất cả các nút đều được in kết quả. Nếu cho trị số này rất lớn (kết quả các
nút đều không được in trừ nút nguồn và nút cân bằng ). Khi đó cần in thêm cho nút
nào thì đưa vào bảng “nút in kết quả”.
2.4.1.6 Bảng thông số bù

Hình 2.6
Cần sử dụng tính toán khi phân tích hiệu quả bù và lựa chọn tối ưu vị trí và dung
lượng bù trong lưới điện.
2.4.1.7 Một số bảng khác
 Bảng LPP (lưới phân phối)
-21-


Hình 2.7
 Bảng MBA đ/c dưới tải

Hình 2.8
 Bảng ĐDSCA (Đường dây siêu cao áp)

Hình 2.9
 Bảng Nhánh chuẩn

Hình 2.10
 Bảng đặc tính phụ tải

-22-

Hình 2.11
 Bảng SVC, kháng, tụ bù

Hình 2.12
 Bảng làm biến thiên chế độ
 Các bảng “thông số máy phát và TĐT”, “ kích từ và TĐT”.
2.4.2 Làm việc với file cũ (File>Open)
Sử dụng chức năng “Open” trong “File” để mở file số liệu cũ.
Các thao tác cơ bản:
+ Thêm 1 hàng: soạn thảo tiếp như lần đầu.
+ Xoá 1 hàng: đặt con trỏ vào hàng cần xoá và nhấn phím “delete”.
+ Chèn 1 hàng vào trước hàng nào đó: đặt con trỏ vào hàng này và nhấn “Insert”.
2.4.3 Làm việc với sơ đồ
Sơ đồ chỉ có ý nghĩa trực quan, có khả năng cập nhật kết quả sau mỗi lần tính.
Hình vẽ (sơ đồ) được thiết lập hoàn toàn độc lập với quá trình nhập số liệu. Có thể vẽ
đầy đủ sơ đồ hay chỉ một phần cần quan tâm. Nếu không vẽ sơ đồ chương trình vẫn
tính toán bình thường nhưng kết quả chỉ in ra dưới dạng text.
Sơ đồ có ý nghĩa ứng dụng sau:
-23-


In kết quả ra dưới dạng sơ đồ. Bên cạnh các nút có thể in ra các số liệu quan tâm
như: điện áp nút, góc pha, công suất tải và nguồn. Bên cạnh nhánh đường dây có thể in
ra công suất chạy ở đầu và cuối nhánh, tổn thất công suất tác dụng và phản kháng,
dòng điện chạy trên đường dây, công suất điện dung. Có thể xuất sơ đồ với kết quả
tính toán kèm theo ra giấy.
Giúp người nghiên cứu phân tích chế độ có cách nhìn trực quan, dễ so sánh. Đặc
biệt có chức năng hiển thị màu các nhánh theo hệ số mang tải giúp nhận ra các phần tử
non tải, quá tải.

2.4.4 Soạn thảo sơ đồ
Nếu đang ở dạng “data”(soạn thảo số liệu), để chuyển sang làm việc với sơ đồ cần
nhấn phím “Diagram” (và ngược lại). Các công cụ và cách thực hiện tương tự
Autocad. Có một số nội dung khác biệt như sau:
 Có các sơ đồ chuẩn cho Máy phát, MBA, kháng điện, tụ điện chọn được trên thanh
bar. Nhấp chuột vào biểu tượng sẽ nổi lên bảng chọn, chọn tên trong “name”, nhấn
“ok” sẽ nhận được hình mẫu. Dùng chức năng thay đổi tỉ xích (scale) và di chuyển
“move” để có độ lớn hình vẽ và đặt đúng vị trí mong muốn.
 Để có kết quả trên sơ đồ cần định vị trí text in kết quả và updatelink thuộc tính cho
text.
• Định vị trí in:
Đối với các nút có kết quả in ra bao gồm: P t, Qt, PF, QF, U, δ. Chúng có thể được
chọn in cạnh nút (in tất cả hoặc chỉ vài thông số). Thường sử dụng text là một dãy các
số 0 để định vị trí in. Sau khi gán thuộc tính thì mỗi lần chạy chương trình chúng sẽ
được cập nhật bằng các kết quả.
Tương tự các nhánh đường dây có thể có các loại số liệu kết quả: P 1, Q1, P2, Q2, I,
∆P, ∆Q, Qc – tương ứng là công suất tác dụng, phản kháng phía nút đầu và nút cuối của
nhánh, dòng điện I, tổn thất công suất tác dụng, phản kháng, công suất điện dung do
đường dây sinh ra.
Số lượng kết quả in trên sơ đồ tuỳ theo mục đích của người sử dụng. Không nhất
thiết phải định vị hết trên sơ đồ.
• Gán thuộc tính (Update link)
Để chương trình nhận biết được dãy số 0 là của số liệu kết quả nào, sau khi định vị
xong cần tiến hành gán thuộc tính cho từng dãy số. Để bắt đầu gán thuộc tính cần nhấp
vào nút “Update link”. Gán xong cần nhấn phím “stop” để trở về trạng thái làm việc
của sơ đồ.
-24-


Để gán thuộc tính số liệu nút, chọn bảng “số liệu nút”. Nhắp đúp chuột trái vào

hàng tương ứng với số liệu nút đã định, màn hình sẽ tự động chuyển sang sơ đồ, nhưng
lúc này các thông tin nút đã sẵn sàng trong bộ nhớ. Đưa con trỏ đến text cần update
link, nhắp chuột trái, một bảng thông số về số liệu nút được hiện ra. Chọn loại số liệu
mong muốn bằng cách nhấp chuột vào vị trí trong bảng. Bảng ẩn đi cũng là lúc kết
thúc quá trình update cho text đã chọn.
Tiếp theo có thể tiến hành cho các nhánh đường dây và các nhánh chuẩn. Cách làm
tương tự. Đối với các đường dây, còn có thuộc tính hiển thị màu. Cách làm: chọn nét
vẽ đường dây cùng trong quá trình update link cho các text. Thường thuộc tính hiển thị
màu được thực hiện cuối cùng sau khi gán hết các thuộc tính cho các text. Chú ý màu
chỉ hiển thị khi cho trị số “dòng cực đại” trong bảng đường dây (để tính hệ số mang tải
k). Màu được hiển thị như sau:
o K > 1.05 – đỏ tía (quá tải nhiều)
o 1< k < 1.05 – đỏ nhạt (quá tải)
o 0.8 < k < 1 – vàng (bình thường)
o 0.5 < k < 0.8 – xanh nhạt (nom tải)
o K < 0.5 – xanh đậm (quá non tải)

Kết thúc update link cần nhấn nút “stop” để trở lại màn hình làm việc.
2.5 KẾT LUẬN
Như đã phân tích em thấy các phần mềm giới thiệu trên đều có chức năng tính
toán đầy đủ, chính xác bài toán giải tích mạng điện. Tuy nhiên, các phần mềm
PSS/ADEPT, POWERWORLD chỉ tính toán đưa ra kết quả mà không cho mã nguồn
mở như phần mềm Conus. Với mã nguồn mở, ta có thể áp dụng các file kết quả của
chương trình. Ngoài ra, Conus còn là một chương trình tính toán chế độ xác lập có tính
ổn định cao, cho kết quả đầy đủ và chính xác, dễ nhập và cập nhật thông số, và có xét
đến tính ổn định tĩnh của hệ thống. Với những ưu điểm như trên, phần mềm Conus sẽ
được chọn để tính toán chế độ xác lập hệ thống trong đồ án này.
-25-