ỨNG DỤNG ETAP ĐỂ SO SÁNH KHẢ NĂNG ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI HVAC VÀ HVDC

Contents
Chương 1.

ETAP .......................................................................................................................................... 4

MỞ ĐẦU: ............................................................................................................................................... 4

I.

.................................................................................... 4
II. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ETAP: .................................................................................................... 4
1.

Các khả năng tính toán của etap: ..................................................................................................... 4

2.

Giao diện etap: ................................................................................................................................... 5

3.

Các phần tử chính: ............................................................................................................................ 7
3.1.

Nguồn (hệ thống) :..................................................................................................................... 7

3.2.

Máy phát: ................................................................................................................................. 10

3.3.

Bus: ........................................................................................................................................... 13

3.4.

Đường dây: .............................................................................................................................. 13

3.5.

Cáp lực ..................................................................................................................................... 18

3.6.

Máy biến áp 2 cuộn dây:......................................................................................................... 26

3.7.

Máy biến áp 3 cuộn dây .......................................................................................................... 30

3.8.

Tải ............................................................................................................................................. 30

III. XÂY DỰNG SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN .................................................................................................... 32
IV. TRAO ĐỔI DỮ LIỆU VỚI CÁC PHẦN MỀM KHÁC ................................................................... 35
V. THƯ VIỆN THIẾT BỊ ........................................................................................................................ 35
VI. KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN: ..................................................................................... 36
1.

Tổng quan: ....................................................................................................................................... 36

2.

Module khảo ổn định trong etap : ................................................................................................... 36
2.1.

Thanh công cụ: ........................................................................................................................ 36

2.2.

Cửa sổ Edit Study Case: ......................................................................................................... 37

2.3.

Trang Events: .......................................................................................................................... 37

2.4.

Đồ thị ........................................................................................................................................ 39

2.5.

Trang Adjustment:.................................................................................................................. 39

2.6.

Trang Dyn Model: ................................................................................................................... 40

Chương 2.

TRUYỀN TẢI ĐIỆN MỘT CHIỀU CAO ÁP (HVDC)....................................................... 41

I.

GIỚI THIỆU:....................................................................................................................................... 41

1


II. CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT CHÍNH CỦA TRYỀN TẢI ĐIỆN SIÊU CAO ÁP MỘT CHIỀU:42
1.

Thành phần cơ bản:......................................................................................................................... 42

2.

Trạm chuyển đổi: ............................................................................................................................. 44

3.

Các kiểu truyền tải điện cao áp 1 chiều: ......................................................................................... 46
3.1.

Cấu hình đường dây và trạm chuyển đổi: ............................................................................ 46

3.2.

Các kiểu đấu nối hệ thống truyền tải điện một chiều như sau:........................................... 47

3.3.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống truyền tải điện 1 chiều: ................................................ 48

Ưu nhược điểm của hệ thống truyền tải điện cao áp 1 chiều: ....................................................... 50

4.

a) Lý do kinh tế: ................................................................................................................................ 50
b) Lý do kỹ thuật: .............................................................................................................................. 51
III. MÔ HÌNH HỆ THỐNG HVDC ......................................................................................................... 51
Chương 3.

ỔN ĐỊNH QUÁ ĐỘ ................................................................................................................ 52

GIỚI THIỆU ........................................................................................................................................ 52

I.

II. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ỔN ĐỊNH QUÁ ĐỘ CỦA HTĐ.................................................. 52
1.

Đáp ứng đối với sự thay đổi của công suất cơ đầu vào .................................................................. 54

2.

Tiêu chuần cân bằng điện tích (Equal-area Criterion) .................................................................. 56

3.

Đáp ứng đối với sự cố ngắn mạch ................................................................................................... 57

Chương 4.
ỨNG DỤNG ETAP ĐỂ SO SÁNH KHẢ NĂNG ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN
TẢI HVAC VÀ HVDC ................................................................................................................................... 60
MÔ HÌNH KHẢO SÁT VÀ THIẾT LẬP THÔNG SỐ HỆ THỐNG AC ...................................... 60

I.
1.

Hệ thống IEEE 9 bus của etap 14.0: ............................................................................................... 60

2.

Thiết lập thông số hệ thống AC:...................................................................................................... 61
2.1.

Máy Phát:................................................................................................................................. 61

2.2.

Máy biến áp: ............................................................................................................................ 64

2.3.

Tải: ........................................................................................................................................... 67

II. THIẾT LẬP THÔNG SỐ HVDC....................................................................................................... 69
1.

Trang info: ....................................................................................................................................... 69

2.

Trang rating: .................................................................................................................................... 69

3.

Một số trang khác: ........................................................................................................................... 71

III. SO SÁNH KẾT QUẢ GIỮA 2 HỆ THỐNG ..................................................................................... 71
Hệ thống xoay chiều ........................................................................................................................ 71

1.
a.

Trường hợp sự cố và hệ thống đạt tới thời gian cắt tới hạn CCT = 0.43s ..................................... 71

b.

Trường hợp hệ thống không còn ổn định quá độ khi CCT > 0.43 ................................................ 73
Hệ thống xoay chiều nhưng thay line4 bằng HVDC...................................................................... 74

2.

3.

a.

Trường hợp hệ thống tại thời gian cắt tới hạn CCT = 0.66s ......................................................... 75

b.

Trường hợp thời gian xóa lỗi > CCT = 0.66 ................................................................................. 76
So sánh kết quả 2 mô hình .............................................................................................................. 77

IV. KẾT LUẬN .......................................................................................................................................... 77
TÀI LIỆU KHAM KHẢO.......................................................................................................................... 78

2


3


Chương 1.ETAP
I. MỞ ĐẦU:
Tính toán hệ thống là một khâu hết sức quan trọng trong công tác tư vấn xây dựng
Điện. Sáng kiến xin giới thiệu một công cụ tính toán và phân tích hệ thống mạnh mẽ.
Etap là phần mềm được phát triển bởi Operation Technology, Inc (OTI) của Mỹ
OTI được thành lập từ năm 1986, chuyên cung cấp các giải pháp để phân tích hệ
thống điện, mô phỏng, thiết kế, vận hành, kiểm soát, tối ưu hóa, và tự động hóa. Phiên
bản mới nhất hiện nay là Etap 14.0
Hiện OTI đã cung cấp 50.000 sản phẩm cho các công ty, tổ chức, doanh nghiệp ở hơn
100 quốc gia trên toàn thế giới.
Điểm nổi bật nhất của Etap là Real-Time: kiểm soát và điều khiển hệ thống trực tiếp
theo thời gian thực nhằm tăng cường độ tin cậy, và vận hành hệ thống một cách tối
ưu và tiết kiệm.
OTI sở hữu một đội ngũ kỹ sư, chuyên gia giàu kinh nghiệm hàng đầu thế giới
luôn tiếp cận những tiến bộ công nghệ mới nhất.

Hình 1.1 Operation Technology, Inc.-OTI

II. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ETAP:
1.
-

Các khả năng tính toán của etap:
Tính trào lưu công suất tải cân bằng
Tính trào lưu công suất tải không cân bằng
Tính ngắn mạch
Đóng ngắt động cơ, máy điện quay
Phân tích sóng hài
Khảo sát ổn định hệ thống
Phối hợp các thiết bị bảo vệ
Tối ưu trào lưu công suất
Tính độ tin cậy hệ thống
Bù tối ưu công suất phản kháng
Quản lý thiết bị đóng cắt
Xa thải phụ tải thông minh
Tính lưới nối đất
Tính toán cáp ngầm
Thiết kế mạch điều khiển
Quảng lý hệ thống theo thời gian thực (Real time)
4


-

Quảng lý lưới điện trên sơ đồ đia lý GIS

2. Giao diện etap:
 Cửa sổ chính:

Hình 2.1 cửa sổ chính

5


 Các chức năng tính toán:

Hình 2.2 các chức năng tính toán
 Các phần tử AC:

Hình 2.3 các phần tử AC

6


 Các thiết bị đo lường, bảo vệ:

Hình 2.4 các thiết bị đo lường và bảo vệ

3. Các phần tử chính:
3.1. Nguồn (hệ thống) :
Nguồn được xem là thay thế cho 1 hệ thống phức tạp vô cùng lớn được đặc trưng
bởi các thông số sau:

Hình 2.5 trang info của nguồn
- IP: tên của nguồn (hệ thống)
- Bus: kết nối với bus nào (kèm điện áp định mức)

- Mode: chọn chức năng của nguồn
+ Swing: nút cân bằng
+ Voltage Control: điều chỉnh điện áp
+ Mvar Control: điều chỉnh công suất kháng
+ PF control: điều chỉnh hệ số công suất
7


Hình 2.6 Trang Rating của nguồn
-

Rated: điện áp định mức (kèm kiểu đấu dây)
Balanced/Unbalanced: ba pha cân bằng/ không cân bằng
Generation Categories: các thiết lập các thông số hoạt động của nguồn
Operating: các giá trị của trạng thái hoạt động gần nhất
SC Rating: Công suất ngắn mạch và trở kháng hệ thống
SC Imp (100MVA base): trở kháng hệ thống ở công suất cơ bản 100MVA

Trang Hamnic :
Lựa chọn dạng điện áp đầu ra và sóng hài của hệ thống(sin, không sin, các dạng sóng nghịch
lưu…). Nếu là hệ thống cho điện áp đầu ra hình sin thì ta chọn None.

Hình 2.7 Trang Hamnic của nguồn
8


Hình 2.8 Trang Reliability của nguồn
Các thông số để tính bài toán xác định độ tin cậy cung cấp điện toàn hệ thống
-

λA: số lần sự cố/ năm
MTTR: thời gian sửa chữa (giờ)/ năm
μ: tỷ lệ sửa chữa trung bình/ năm( μ=8760/MTTR)
FOR = MTTR/(MTTR + 8760/ λA)
MTTF: khoảng thời gian giữa 2 lần hư hỏng
rp: thời gian thay thiết bị
switch Time: thời gian chuyển sang nguồn cung cấp mới

Hình 2.9 Trang Energy Price của nguồn
Giá cung cấp điện của hệ thống. Ta có thể xây dựng hàm chi phí của hệ thống để tính
toán khi sử dụng chức năng vận hành tối ưu nguồn phát
9


3.2.

Máy phát:

Máy phát cũng tương tự như nguồn chỉ khác 1 vài điểm sau:
- Rating:
+ MW: công suất P định mức
+ kV: điện áp định mức
+ %PF: hệ số công suất
+ MVA: công suất S định mức
+ %Eff: hiệu suất làm việc.
+ Poles: số cực.
+ FLA: dòng pha ở công suất định mức.
+ RPM: tốc độ đồng bộ.
- Prime Mover Rating: công suất liên tục và cao điểm dùng để tính các cảnh bảo lúc khởi
động các phụ tải động cơ.

- Mvar Limits: giới hạn công suất kháng lúc cao điểm. Có thể cài đặt hoặc Etap tự tính theo
Prime Mover Rating

Hình 2.10 Trang rating của máy phát

10


Hình 2.11 Trang Imp/Mode của máy phát
- Impedance: thông tin về trở kháng siêu quá độ, thứ tự thuận, nghịch, không dùng trong
tính toán ngắn mạch.
- Dynamic Model: mô hình máy phát và các thông số (bộ thông số chuẩn) để phân tích
ổn định hệ thống.
- Type: kiểu máy phát (hơi, khí, thủy điện) và loại rotor (cực ẩn, cực lồi).
- IEC 60909 S.C: giới hạn chịu được khi ngắn mạch theo tiêu chuẩn IEEE
60909

Hình 2.12 Trang capalibity của máy phát
Thông tin về giới hạn hoạt động an toàn của máy phát.
11


Hình 2.13 Trang Exciter cuả máy phát
Thông tin về hệ thống kích từ và bộ tự điều chỉnh điện áp AVR.

Hình 2.14 Trang Govemor của máy phát
Thông tin về bộ điều tốc của máy phát

12

3.3. Bus:

Hình 2.15 Trang info của Bus
- Nominal kV: điện áp định mức
- Bus Voltage: giá trị ban đầu của vòng lập trong tính toán
3.4. Đường dây:

Hình 2.16 Trang info của đường dây
- ID: tên đường dây.
- From/to: dây nối từ Bus /đến Bus.
- Length: chiều dài dây, chọn đơn vị thích hợp

13


Hình 2.17 Trang parameter của đường dây
- Conductor Type: loại dây đồng hay nhôm
- R-T1: điện trở ở nhiệt độ T1
- R-T2: điện trở ở nhiệt độ T2 (R-T1 và R-T2 là 2 điểm để Etap nội suy ra điện trở đường
dây ở các nhiệt độ khác)
- Outside Diameter: đường kính ngoài của dây
- GMR: bán kính trung bình nhân giữa các nhóm dây dây cùng pha (Dm).
- Xa: trở kháng của dây pha trên 1 đơn vị chiều dài (Etap tự tính).
- Xa’: dung dẫn của dây pha (với khoảng cách trung bình hình học giữa các dây pha là 1 ft)
trên 1 đơn vị chiều dài (Etap tự tính).
- Ground Wire : thông số dây nối đất.

14

Ngoài ra Etap còn cung cấp 1 thư viện dây phổ biến với đầy đủ các thông số rất tiện lợi.
Thư viện này có thể tùy biến theo điều chỉnh của người dùng

-

Hình 2.18 Trang configuration của đường dây
Configuration: cách bố trí dây(thẳng đứng, nằm ngang, tam giác, mạch kép)
GMD: khoảng cách trung bình nhân giữa các dây pha (Dm)
Phase: khoảng các giữa các dây pha, các dây pha với đất
Transposed: chọn nếu dây dẫn có hoán vị đầy đủ
Separation: khoảng cách trung bình hình học giữa các dây (trường hợp phân pha)
Conductors/phase: số dây trong cùng một pha (trương hợp phân pha)
Ground wires: dây chống sét

Với các thông số trên Etap sẽ tự tính ra trở kháng đường dây

15


Hình 2.19 Trang Grouping của đường dây
Các thông tin về nối đất đường dây (nối dất chống sét, nối đất lập lại…).

Hình 2.20 Trang Earth của đường dây
Các thông tin về lớp đất bên dưới dây dẫn.

16


- Calculated: nhận kết quả tính từ Etap (R, X, B)

- User Defined: nhập số liệu có sẵn (R, X, B)
- Impedance (per phase ): các thông số R, X, B cho thứ tự thuận, nghịch và thứ tự không

Hình 2.21 Trang Sag & Tension của đường dây
- Line Section:
+ Same Tower Height: các cột có cùng độ cao
+ Op Temp: nhiệt độ vận hành của đường dây
+ Horiz. Tension: lực căng ngang
+ Ruling Span: khoảng vượt (khi các cột có cùng độ cao)
+ Span: khoảng vượt cụ thể
+ Height Diff: sai biệt độ cao giữa 2 cột
+ Span: khoảng vượt
+ Sag: độ võng
- Loaded Conditions
+ Weight: trọng lượng dây
+ k Factor:
+ Ice: độ dày lớp băng bám trên dây
+ Wind: áp lực gió
+ Elongation Coefficient: hệ số giản nở của dây dẫn
- Al/Cu Strands: số sợi và đường kính mỗi sợi phần dẫn điện
- Steel Strands: số sợi và đường kính mỗi sợi phần chịu lực
- Modulus of Elasticity: khả năng chiu lực kéo
- Known Conditions: các điều kiện
+ Ice: độ dày của lớp băng bám trên dây dẫn
+ Wind: áp lực gió
17


+
+

+
3.5.

k Factor: hệ số k
Temperature: nhiệt độ vận hành
Tension or Sag: chọn giá trị độ võng hay lực căng dây cho phép
Cáp lực

Hình 2.22 Trang info của cáp
ID: Tên cáp
- Connection: cáp cấp điện cho tải 1pha/3pha
- Length: chiều dài cáp
- Tolerance: sai số chiều dài
- # conductors/phase: số sợi cáp/ 1 pha

18


Hình 2.23 Trang impedance của cáp
- Impedance(per conductor): trở kháng thứ tự thuận và thứ tự nghịch
- Units: đơn vị trở kháng
- Cable temperature: nhiệt độ cáp
+ Base: nhiệt độ tính R (ở mục trở kháng)
+ Min: nhiệt độ vận hành nhỏ nhất
+ Max: nhiệt độ vận hành lớn nhất
Giá trị nhiệt độ này dùng để nội suy ra điện trở của cáp ở nhiệt độ hoạt động khác
nhau.

19

Hình 2.24 Trang physical của cáp
Rdc: điện trở DC ở 25oC
Cable OD: đường kính ngoài
Condutor OD: đường kính lõi
Insulation t: chiều dày cách điện
Sheath t: chiều dày giáp bọc
Jacket t: chiều dày vỏ bọc
Wright: khối lượng cáp trên một đợn vị chiều dài
Max.Tension: lực kéo lớn nhất cho phép trên mộ đơn vị điện tích
Max.SW: áp lực lớn nhất cho phép trên một đợn vị chiều dài
Conductor Construction: Cấu trúc lõi dẫn. Gồm các cấu trúc sau.
+ ConRnd:
Concentric Round None Coated None Treated
+ ConRnd-Coated: Concentric Round Coated
None Treated
+ ConRnd-Treated: Concentric Round None Coated Treated
+ CmpRnd-Treated: Compact Round
None Coated Treated
+ CmpSgm:
Compact Segmental None Coated None Treated
+ CmpSgm-Coated: Compact Segmental Coated
None Treated
+ CmpSgm-Treated: Compact Segmental None Coated Treated
+ CmpSct-Treated: Compact Sector
None Coated Treated
- Shielding: có/ không giáp bọc
- Sheath/Shield End Connection: có/không nối đất vỏ cáp
- Sheath/Armor Type: vật liệu giáp bọc. Gồm các loại sau.
+ None

+ Lead Sheath
+ Aluminum Sheath
+ St Armor/30 dg/ 15 W
+ St Armor/30 dg/ 20 W
+ St Armor/30 dg/ 25 W
-

20


+ St Armor/45 dg/ 15 W
+ …
+ St Armor/45 dg/ 9999 W
- Jacket Type: vật liệu vỏ ngoài của cáp. Gồm các vật liệu sau.
+ None
+ Paper
+ PE
+ PVC
+ XLPE
+ EPR
+ SBR
+ Rubber
+ Rubber1
+ Rubber2
+ …
Trang loading
- Operating Load/Current: giá trị dòng điện để tính ổn định nhiệt
+ Avg: giá trị dòng điện cho tải 3 pha cân bằng
+ Phase A: giá trị dòng điện pha A (tải 3 pha không cân bằng)
+ Phase B: giá trị dòng điện pha B (tải 3 pha không cân bằng)

+ Phase C: giá trị dòng điện pha C (tải 3 pha không cân bằng)
+ Growth factor (GF): hệ số tăng tải trong tương lai
- Loading current for sizing: giá trị dòng điện để xác định tiết diện cáp tối ưu
+ Operating current: dòng điện cáp đang tải (theo sơ đồ 1 sợi)
+ FLA of Element: dòng điện theo thiết bị cáp cấp điện
+ User-Defined: người dùng nhập
- UnderGround raceway (UGS): tính toán mương cáp
+ Sheath/Armor Current: giá trị dòng điện chạy trong vỏ cáp (tính theo % dòng trong
lõi cáp)
+ Optimization options: lựa chọn này để xác định bài toán tính ổn định nhiệt theo tiết
diện tối ưu
Fixed Current: cố định dòng điện
Fixed size: cố định kích thước cáp

21


Hình 2.25 Trang loading của cáp
+ Load factor: hệ số mang tải (qui về tải đỉnh). Được tính như sau
Load _ factor  100

(kWi Ti )

 100

(kW pTt )

E
%
kWiTt

Trong đó:
i: Các khoảng thời gian tải hoạt động
kWi: công suất tải ở khoảng i Ti: Thời gian
trong khoảng i kWp: công suất đỉnh ở khoảng
i
Tt = Ton + Toff (Ton thời gian tải hoạt động; Toff thời gian tải nghỉ)
+ Transient load profile: dạng đồ thị phụ tải

22


Trang Protection:

Hình 2.26 Trang protection của cáp
- Themal capability: đường cong khả năng chịu nhiệt của cáp, đường cong này phụ thuộc vào
loại cách điện, nhiệt độ ruột dẫn và số sợi cáp mỗi pha.
+ Conductor Temperature: nhiệt độ cáp bắt đầu quá giới hạn cho phép
- Reference kV: giá trị điện áp tham khảo tính công suất ngắn mạch
- Short circuit current (Sym, ms): giá trị dòng ngắn mạch cáp phải chiệu đựng. Giá trị này
dùng để xác định kích thước cáp tối ưu, trở kháng tương đương.
- Protective device:
- Protective grounding Z: Trang ampacity
Thermal Capability:
- Installation: hình thức lắp đặt cáp. Chọn tiêu chuẩn và hình thức lắp đặt cáp
- Temperature/RHO: Nhiệt độ hoạt động và nhiệt trở suất
+ Ta: nhiệt độ môi trường
+ Tc: nhiệt độ tối đa cho phép của cáp
+ RHO: nhiệt trở suất môi tường
- Ampacity: Dòng tải hoạt động của cáp

+ Operating: Dòng điện cáp đang hoạt động
+ Base: dòng điện định mức của cáp
 Derated: dòng điện trong điều kiện lắp đặt cụ thể (theo tiêu chuẩn tính toán lựa chọn)
Allowable Ampacity (Alert): dòng tối đa cho phép của cáp. Dùng để cảnh báo khi quá giới
hạn và giới hạn cho tính toán tối ưu
-

-

23


Hình 2.27 Trang ampacity của cáp
Trang sizing của cáp
- Standard: tiêu chuẩn tính toán (được chọn trong trang ampacity)
- Results: kết quả tính tối ưu kích thước cáp
- Requirements: yêu cầu của phụ tải
- Cable Application: hế số nhân dòng (yêu cầu của thiết bị)
- Options: xem xét hệ số tăng trưởng phụ tải
- Cable Library Selection: lựa chọn cáp trong thư viện (cùng một nhóm/ tất cả các
cáp có trong thư viện)

24


Hình 2.28 Trang sizing của cáp
Trang Routing

Hình 2.29 Trang routing của cáp
- Routed Raceways: các mương cáp mà đặt cáp này

- Available Raceways: Các mương cáp đang tồn tại trong dự án

25