Luận văn tốt nghiệp Tìm hiểu phần mềm PSSADEPT và tính toán cho tuyến dây 473TN

LỜI CẢM ƠN
Được sự phân công của bộ môn Hệ thống điện, khoa Điện – Điện tử trường đại
học Bách Khoa và sự đồng ý hướng dẫn của thầy ThS. Trần Thế Tùng, em đã thực
hiện đề tài luận văn tốt nghiệp: “Tìm hiểu phần mềm PSS/ADEPT và tính toán cho
tuyến dây 473TN Cần Thơ”.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban giám hiệu nhà trường, các thầy cô
trong trường, đặc biệt là quý thầy cô thuộc khoa Điện - Điện tử trường Đại học Bách
Khoa TP. HCM đã tận tình chỉ dạy và truyền đạt cho em những kiến thức cơ bản và
nâng cao trong suốt những năm học vừa qua.
Em xin chân thành cảm ơn thầy ThS. Trần Thế Tùng đã tận tình chỉ dạy, hướng
dẫn cho em trong thời gian qua. Thầy đã cung cấp nhiều tài liệu quý, tổng hợp những
kiến thức cơ bản, bổ sung những kiến thức chuyên sâu và dành nhiều thời gian quan
tâm theo dõi, động viên và hỗ trợ em hoàn thành luận văn tốt nghiệp này.
Em cũng xin cảm ơn công ty Điện lực thành phố Cần Thơ đã cung cấp tài liệu
và luôn tạo điều kiện tốt nhất giúp em hoàn thành luận văn này.
Khi thực hiện luận văn tốt nghiệp, em đã cố gắng phân tích tổng hợp và tham
khảo một số tài liệu chuyên môn nhằm đạt kết quả tốt nhất. Tuy nhiên, do thời gian và
tài liệu tham khảo có hạn nên những thiếu sót là không thể tránh khỏi, kính mong quý
thầy cô đóng góp những ý kiến quý báo để luận văn được hoàn thiện hơn.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 12 năm 2015
Sinh viên thực hiện: Hà Quang Biển

1


TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Lưới điện phân phối và truyền tải không ngừng phát triển để đáp ứng nhu cầu
điện ngày càng gia tăng và yêu cầu cung cấp điện đòi hỏi phải ổn định, liên tục với
chất lượng điện ngày càng cao để phục vụ cho nền kinh tế và các thành phần sử dụng
điện khác. Do đó, việc tính toán, phân tích hệ thống điện là một yêu cầu cần thiết đối

với một kỹ sư điện. Những thông số có được trong quá trình phân tích, tính toán hệ
thống điện giúp người kỹ sư rất nhiều trong công tác qui hoạch, thiết kế, lựa chọn thiết
bị, cài đặt bảo vệ rơle, tự động hóa, quản lý vận hành cũng như dự đoán được các chỉ
tiêu kinh tế kỹ thuật của hệ thống điện. Việc tính toán, phân tích hệ thống điện là mảng
rất lớn, luận văn này chỉ tập trung đề cập đến vấn đề tính toán phân bố công suất, tính
toán ngắn mạch, tính toán đặt tụ bù để giảm tổn thất và tăng tính ổn định của hệ thống
lưới điện phân phối.
Với ý nghĩa đó, từ tháng 01-2005 Tổng Công ty Điện lực Việt Nam (EVN)
trước đây, nay là Tập đoàn Điện lực Việt Nam đã chỉ đạo áp dụng phần mềm
PSS/ADEPT để tính toán lưới điện theo địa bàn quản lý của các đơn vị trực thuộc để
nâng cao hiệu quả của quá trình sản xuất kinh doanh điện. Tổng Công ty Điện lực
miền Nam (đơn vị trực thuộc Tập đoàn Điện lực Việt Nam) cũng đã phối hợp cùng
Khoa Điện - Điện tử trường Đại học Bách Khoa TP.HCM nghiên cứu áp dụng phần
mềm, hướng dẫn áp dụng cho các Công ty Điện lực trực thuộc.
Luận văn “Tìm hiểu phần mềm PSS/ADEPT và tính toán cho tuyến dây
473TN Cần Thơ” đã trình bày được các vấn đề sau đây:
-

Chương I: Giới thiệu chung về điện lực Tp Cần Thơ và tuyến dây 473TN Cần
Thơ.

-

Chương II: Phân bố công suất trong hệ thống điện.

-

Chương III: Lý thuyết ngắn mạch.

-

Chương IV: Bù công suất phản kháng.

-

Chương V: Sử dụng phần mềm PSS/ADEPT để tính toán cho tuyến dây 473TN
Cần Thơ.

Nội dung chính trong từng chương:
2


-

Chương 1: Giới thiệu công ty Điện lực Tp Cần Thơ, Điện lực Thốt Nốt, Trạm
Thốt Nốt và tuyến dây 473TN

-

Chương 2: Giới thiệu sơ lược về bài toán phân bố công suất, sử dụng phương
pháp Newton - Raphson, ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT để tính toán phân
bố công suất trên mạng điện nhỏ gọn.

-

Chương 3: Phân tích ngắn mạch đối xứng, bất đối xứng được đề cập đến hai
phương pháp tính toán ngắn mạch là: phương pháp thành lập ma trận tổng trở
[Z]bus của các thành phần thứ tự trong hệ thống và phương pháp Sơ đồ thay thế
tương đương. Ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT để tính toán ngắn mạch trên
mạng điện nhỏ gọn.

-

Chương 4: Xác định vị trí bù tối ưu, mô tả sơ lược về một số vấn đề về bù công
suất phản kháng trên lưới phân phối, lý thuyết bù cho lưới phân phối. Ứng dụng
phần mềm PSS/ADEPT để chạy bài toán CAPO trên mạng điện nhỏ gọn.

-

Chương 5: Mô tả đầy đủ phần mềm PSS/ADEPT, ứng dụng phần mềm
PSS/ADEPT trong tính toán phân bố công suất, tính toán ngắn mạch, đặt tụ bù
tối ưu, xác định điểm dừng tối ưu. Ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT tính toán
trên lưới điện thực tế tuyến dây 473TN Cần Thơ. Qua việc ứng dụng phần mềm
này, ta nhận thấy với sự hỗ trợ của máy tính và phần mềm thì việc phân tích,
tính trên lưới điện có nhiều nút được thực hiện rất đơn giản, nhanh chóng và
chính xác.

3


MỤC LỤC
ĐỀ MỤC

TRANG

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN

DANH MỤC HÌNH
DANH MỤC BẢNG

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
CAPO:

Optimal Capacitor Placement

Tp:

Thành phố

TD:

Tuyến dây

PBCS:

Phân bố công suất
x


CSPK:

Công suất phản kháng

LĐPP:

Lưới điện phân phối

PP:

Phương pháp

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐIỆN LỰC
THÀNH PHỐ CẦN THƠ VÀ TUYẾN DÂY 473TN
1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TY ĐIỆN LỰC THÀNH PHỐ CẦN THƠ
1.1.1 Giới thiệu công ty Điện Lực Thành phố Cần Thơ
-

Tên cơ quan: CÔNG TY ĐIỆN LỰC THÀNH PHỐ CẦN THƠ.
Địa chỉ: 06 Nguyễn Trãi, P.An Hội, Q.Ninh Kiều – Thành phố Cần Thơ.
Điện thoại: 0710.2221000 - Fax: 0710.2221039.

1.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển
1.1.2.1 Đặc điểm chung:
-

Thành phố Cần Thơ có 05 quận (Ninh Kiều, Cái Răng, Bình thủy, Ô Môn, Thốt
Nốt) và 04 huyện (Phong Điền, Thới Lai, Cờ Đỏ, Vĩnh Thạnh).

-

Điện năng tiêu thụ bình quân đầu người trong năm 2013 là: 669
kWh/người/năm. Sản lượng điện thương phẩm đạt vượt mức kế hoạch được
giao, tốc độ phát triển phụ tải cung cấp điện Thành phố Cần Thơ tăng hàng năm
từ 12 đến 17 %.

1.1.2.2 Sự hình thành và phát triển của Cty Điện Lực TP Cần Thơ:
-

Tiền thân của Công ty Điện Lực TP Cần Thơ là do Công ty Thủy điện tư nhân
SCEE (Pháp) từ thời pháp thuộc quản lý. Trước năm 1975, Công ty Điện Lực

TP Cần Thơ mang tên là Trung Tâm Điện Lực Phong Dinh thuộc khu Điện Lực
Miền Tây quản lý. Từ ngày giải phóng hoàn toàn Miền Nam thống nhất đất
nước, đổi tên là Sở Quản lý và Phân phối điện tỉnh Hậu Giang.

-

Năm 1978 đổi tên thành Sở Điện Lực Hậu Giang.

x


-

Năm 1992 tỉnh Hậu Giang tách chia làm 2 tỉnh: Cần Thơ và Sóc Trăng, Sở Điện
Lực Hậu Giang đổi tên thành Sở Điện Lực TP Cần Thơ (theo Quyết định số 146
NL/TCCB-LĐ ngày 21/03/1992 của Bộ Năng Lượng).

-

Đầu năm 1995, Chính phủ thành lập Tổng Công ty Điện Lực Việt Nam, sang
năm 1996 sát nhập Bộ Năng Lượng – Bộ Công Nghiệp Nặng – Bộ Công
Nghiệp Nhẹ thành Bộ Công Nghiệp và giao chức năng quản lý Nhà nước về
điện cho Bộ Công Nghiệp, các Sở Công Nghiệp, ngành điện chỉ đảm nhận
nhiệm vụ sản xuất – kinh doanh.

-

Ngày 08/3/1996 Tổng Công ty Điện lực Việt Nam có quyết định số
249/ĐVN/TCCB-LĐ về việc đổi tên Sở Điện Lực TP Cần Thơ thành Điện Lực
TP Cần Thơ.

-

Năm 2004, Tỉnh Cần Thơ tách chia làm 2 tỉnh: TP Cần Thơ và tỉnh Hậu Giang.
Điện Lực TP Cần Thơ được thành lập theo Quyết định số: 46/EVN – HĐQT
ngày 20/02/2004 của Hội Đồng Quản Trị Tổng Công ty Điện Lực Việt Nam
V/v: thành lập Điện Lực TP Cần Thơ trực thuộc Công ty Điện Lực 2.

-

Năm 2010, Điện lực TP Cần Thơ đổi tên thành Công ty Điện lực TP Cần Thơ
theo quyết định số 235/QĐ-EVN ngày 14/04/2010 của Hội Đồng Quản Trị Tập
Đoàn Điện Lực Việt Nam về việc đổi tên các Điện lực trực thuộc Tổng công ty
Điện lực Miền Nam.

1.1.3 Cơ cấu tổ chức Công ty Điện lực TP.Cần Thơ
1.1.3.1 Nhân sự:
1.1.3.1.1 Ban Giám Đốc:
-

Giám Đốc chỉ đạo điều hành chung

-

Phó Giám Đốc phụ trách kỹ thuật

-

Phó Giám Đốc phụ trách kinh doanh

1.1.3.1.2 Khối Phòng, Ban, Đội, Phân Xưởng: 17 Đơn vị
-

Phòng Kỹ thuật Sản xuất.

-

Phòng Kỹ thuật An toàn.

-

Phòng Kế hoạch.

-

Phòng Điều Độ.

-

Phòng Kinh doanh.
x


-

Phòng Kiểm tra- Giám sát mua bán điện.

-

Phòng Tổ chức Nhân sự.

-

Phòng Thanh tra Bảo vệ Pháp chế.

-

Phòng Quản lý đầu tư.

-

Phòng Viễn thông Công nghệ thông tin.

-

Phòng Vật tư.

-

Ban Quản lý Dự án.

-

Văn phòng.

-

Phòng Tài chánh kế toán.

-

Đội Xây dựng Điện.

-

Phân xưởng Cơ Điện.

-

Phân xưởng thí nghiệm điện.

1.1.3.2 Khối Điện lực: 9 Điện lực
Các Điên lực trực thuộc được Công ty Điện Lực TP Cần Thơ phân công, quản lý và
điều hành hệ thống lưới điện trong phạm vi thuộc Điện lực quản lý.
-

Điện lực Ninh Kiều.

-

Điện lực Cái Răng.

-

Điện lực Phong Điền.

-

Điện lực Bình Thủy.

-

Điện lực Ô Môn.

-

Điện lực Thới Lai.

-

Điện lực Cờ Đỏ.

-

Điện lực Thốt Nốt.

-

Điện lực Vĩnh Thạnh.

Hiện nay Công ty Điện Lực TP Cần Thơ đang nhận điện từ lưới điện quốc gia, thông
qua các trạm 110KV: Cần Thơ, Long Hòa, Hưng Phú, Bình Thủy, Khu Công nghiệp
Cần Thơ, Thốt Nốt, Thới Thuận.

x


1.1.4 Hệ thống lưới điện phân phối thành phố Cần Thơ
1.1.4.1 Tổng quan về các trạm 110/ 22 kV và các phát tuyến 22 kV
Hiện nay Thành phố Cần Thơ nhận điện chủ yếu từ 7 trạm biến áp trung gian.

-

Trạm Cần Thơ: Cấp điện áp 110/22 kV, công suất (40 + 40) MVA.

-

Trạm Bình Thủy: Cấp điện áp 110/22 kV, công suất 40 MVA.

-

Trạm Thới Thuận: Cấp điện áp 110/22 kV, công suất 63 MVA.

-

Trạm Công Nghiệp: Cấp điện áp 110/22 kV, công suất (63 + 40) MVA.

-

Trạm Long Hòa: Cấp điện áp 110/22 kV, công suất 40 MVA.

-

Trạm Hưng Phú: Cấp điện áp 110/22 kV, công suất 40 MVA.

-

Trạm Thốt Nốt: Cấp điện áp 110/22 kV, công suất 40 MVA.

Ngoài ra còn Trạm Phát Thanh Nam Bộ: Cấp điện áp 110/11 kV, công suất 2 x 16
MVA chỉ cấp điện phục vụ chính trị cho Đài Phát Nam Bộ.

1.1.4.2 Quản lý đường dây trung áp, máy biến áp phân phối
Bảng 1.1: Quản lý đường dây trung áp, máy biến áp phân phối
Đơn vị

1.1.4.3
-

Chiều dài đd (km)

Trạm biến áp

Điện lực Ninh Kiều

129,887

833

Điện lực Bình Thủy

141,345

783

Điện lực Cái Răng

116,481

508

Điện lực Phong Điền

133,682

331

Điện lực Ô Môn

154,961

533

Điện lực Thới Lai

217,440

476

Điện lực Cờ Đỏ

208,358

386

Sản lượng điện thực hiện:
Sản lượng điện thực hiện năm 2013: 1.666.484.140 kWh.
Sản lượng điện bình quân (tháng) năm 2013: 138.873.678 kWh.

x

1.1.4.4

Công suất toàn Công ty: (trong năm 2013)
P max = 270 MW; P min = 250 MW.

1.2 GIỚI THIỆU ĐIỆN LỰC THỐT NỐT, TRẠM THỐT NỐT VÀ TUYẾN
DÂY 473TN
-

Điện lực Thốt Nốt chịu trách nhiệm quản lý và cung cấp điện trong địa bàn
quận Thốt nốt từ cấp điện áp trung thế trở xuống. Các số liệu quản lý kỹ thuật:

+ Lưới trung thế: 22kV là 180,062 km
+ Trạm biến thế phân phối: 1 pha 346 trạm, 3 pha 419 trạm với tổng dung lượng
là 242347 KVA.
+ Tụ bù:

-

• Tụ bù trung thế

: 11700 KVAR

• Tụ bù hạ thế

: 65462,5 KVAR

Trạm Thốt Nốt: cấp điện áp 110kV/22kV, công suất 40MVA, gồm 4 tuyến nhận
điện từ thanh cái qua 4 máy cắt ngoài trời:

+ Tuyến 471TN: Hướng tuyến dọc theo khu vực quận Thốt Nốt (khu vực Trà Cui,
Nhà văn hóa Thốt Nốt).
+ Tuyến 472TN: Hướng tuyến dọc theo quận Thốt Nốt và đồng thời cung cấp
điện cho xã Trung An, xã Trung Hưng (một phần huyện Cờ Đỏ).
+ Tuyến 473TN: Cấp điện một phần khu vực Thốt Nốt, phường Trung Kiên,
Thuận Hưng, cầp điện về Nông trường Sông Hậu thuộc H.Cờ Đỏ.
+ Tuyến 474TN: Cấp điện một phần khu vực xã Trung Hưng, Thạnh Phú thuộc
H.Cờ Đỏ.
Luận văn này ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT tính toán cho tuyến dây 473TN.

CHƯƠNG II: PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRONG
HỆ THỐNG ĐIỆN

x


2.1 SƠ LƯỢC VỀ BÀI TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT
-

Phân bố công suất là bài toán quan trọng trong qui hoạch, thiết kế phát triển hệ
thống trong tương lai cũng như trong việc xác định chế độ vận hành tốt nhất của

-

hệ thống hiện hữu.
Khảo sát phân bố công suất thường áp dụng cho hệ thống ba pha cân bằng, dựa
trên sơ đồ tương đương một pha của hệ thống điện và tính toán trên đơn vị có

-

tên hoặc đơn vị tương đối.
Cơ sở lý thuyết của bài toán phân bố công suất dựa trên hai định luật Kirchoff

-

về dòng điện điểm nút và điện thế mạch vòng.
Đối tượng của khảo sát phân bố công suất là xác định giá trị điện áp và góc pha
ở các điểm nút, dòng công suất trên các nhánh và tổn thất công suất trong mạng

-

điện.
Mục đích của phân bố công suất: phục vụ cho thiết kế và vận hành hệ thống
điện, khảo sát hệ thống ở chế độ trước và sau sự cố, điều chỉnh điện áp và công
suất, vận hành kinh tế hệ thống điện…

2.2 PHÂN BIỆT CÁC LOẠI ĐIỂM NÚT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
Hệ thống điện thường có 3 loại nút:
-

Nút nguồn: được chọn làm cơ sở khi điện áp và góc pha tại đó biết trước.
Nút phụ tải: công suất tiêu thụ và công suất phản kháng biết trước, còn điện áp

-

và góc pha chưa biết, còn gọi là nút P-Q.
Nút điều chỉnh điện áp: công suất tiêu thụ và điện áp biết trước, còn công suất
phản kháng và góc pha chưa biết, còn gọi là nút P-U.

2.3 PHƯƠNG TRÌNH CÔNG SUẤT NÚT

-

Dòng công suất đi vào nút k:
(trong đơn vị tương đối)
Mà
Suy ra
x


Trong đó:
: tổng số các tổng dẫn nối đến nút k
với

là tổng dẫn của nhánh nối giữa nút k và nút i

: điện áp tại nút i
-

Nhận xét tính phi tuyến của phương trình này. Đối với nút phụ tải k, trong 4
biến số

,

,

,

thì hai biến

,

được biết, còn hai biến

,

chưa biết.
2.4 PHƯƠNG PHÁP NEWTON – RAPHSON
2.4.1 Giải phương trình phi tuyến bằng phương pháp Newton – Raphson
-

Nếu f(x) = 0 là phương trình phi tuyến thì khai triển f(x) theo giá trị đầu x (0) như
sau:

(2.1)
-

Bỏ qua số hạng bậc cao chỉ giữ lại phần tuyến tính ta có :
(2.2)

-

Giải (2.2) bằng phương pháp lặp như sau :

Thay x = x(1) ta được
x


Tiếp tục khai triển tại

rồi tính

cứ như thế

(2.3)
-

Với trường hợp giả thiết có n phương trình phi tuyến n biến, ta có phương trình
như sau:

Với:

;

2.4.2 Phân bố công suất và phương pháp Newton-Raphson
Cho mạng điện có ba thanh cái (hình vẽ), thanh cái 1 là thanh cái cân bằng.
Phương trình công suất đi vào các thanh cái viết theo điện áp thanh cái và các phần tử
trong ma trận tổng dẫn thanh cái được viết theo phương trình
(2.4)

x


Hình 2. 1: Sơ đồ 3 nút.

Tổng quát:

(2.5)

2.4.3 Tính toán theo số phức dạng cực
Từ phương trình nút i suy ra từ phương trình:

(2.6)

(2.6)

(2.7)
Trong đó: Phần tử ma trận tổng dẫn nút
x


(2.8)
N : Số nút ;

tính ra radiant

Các phương trình trên được viết từ nút 2 đến N với nút một là nút cân bằng. Sai số
giữa công suất tính toán và công suất qui định của phụ tải cho bởi:
(2.9)
(2.10)
Để đơn giản xét một hệ thông bốn thanh cái, nút cân bằng là nút 1, có thể khai triển
các sai số trên như sau:

(2.11)
Từ đó ta có được phương trình ma trận

=

.

(2.12)

Các đạo hàm riêng tính tại
Phương trình trên được giải bằng cách nghịch đảo ma trận Jacobi để xác định

x


kế đó điều chỉnh lại góc và điện áp:

(2.13)
Và dùng các giá trị này trong lần lặp tiếp theo.
2.4.4 Bài toán áp dụng
Cho sơ đồ và chiều công suất như hình 2.1.
Điện áp nút 1 được điều chỉnh đến 1,05 đơn vị tương đối (đvtđ) và điện áp nút
3 được giữ cố định 1,04 đvtđ. Tổng trở đường dây cho trong đơn vị tương đối trên
cơ bản 100MVA, bỏ qua dung dẫn đường dây. Tính công suất tại nút 1 và nút 3
thực hiện bằng phương pháp Newton-Raphson sau ba lần lặp.

Hình 2. 2: Tóm tắt bài toán.
Giải
1. Tính tổng dẫn của đường dây:

x


2. Các phần tử của ma trận

:

3. Ma trận tổng dẫn thanh cái

có dạng:

4. Chuyển các phần tử của ma trận

sang dạng cực với góc tính ra radian:

5. Nút 2 là nút P,Q, nút 3 là nút P,U
Giả sử các giá trị ban đầu

và

là:

* Lần lặp thứ 1:
-

Tính công suất tác dụng và công suất phản kháng:
x


-

Tính đạo hàm riêng của các phần tử trên theo

x

:

-

Công suất phụ tải và máy phát được biểu diễn trong đơn vị tương đối:

(đvtđ)

(đvtđ)
-

Sai số công suất được tính như sau:
x


-

Với hệ thống ba thanh cái có được phương trình ma trận Jacobi:

* Lần lặp thứ 2:
x


-

Tính công suất tác dụng và công suất phản kháng:

-

Tính đạo hàm riêng của các phần tử trên theo

x

:


-

Sai số công suất được tính như sau:

x


-

Ta được phương trình ma trận Jacobi:

x


* Lần lặp thứ 3:
-

Tính công suất tác dụng và công suất phản kháng:

-

Tính đạo hàm riêng của các phần tử trên theo

x

:

x


-

Sai số công suất được tính như sau:

-

Ta được phương trình ma trận Jacobi:

x