Ứng dụng phần mềm PSSE vào vận hành, qui hoạch và đầu tư lưới điện cao thế TP HCM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM

MAI THANH TUẤN

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PSS/E VÀO VẬN
HÀNH, QUI HOẠCH VÀ ĐẦU TƯ LƯỚI ĐIỆN
CAO THẾ TP.HCM

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện
Mã số ngành: 60520202

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 03 năm
2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM

MAI THANH TUẤN

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PSS/E VÀO VẬN
HÀNH, QUI HOẠCH VÀ ĐẦU TƯ LƯỚI ĐIỆN
CAO THẾ TP.HCM

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện
Mã số ngành: 60520202
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN THANH
PHƯƠNG

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 03 năm
2016


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH
TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : PSG.TS. NGUYỄN THANH PHƯƠNG

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM
ngày 12 tháng 03 năm 2016
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
C
h
ứ
d

T
T
1 P
G
2 P
P
G
b
3 T
P
S.
b

4 P
G
5 T
Ủ
S.
v
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã
được hiệu chỉnh theo góp ý.

CHỦ TỊCH
HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ LUẬN VĂN

PGS.TS. Quyền Huy Ánh


TR
Ư
Ờ
N
G

C
Ộ
N
G

T

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Mai Thanh Tuấn. Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 13/04/1975. Nơi sinh: Tỉnh Bình Định
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện. MSHV: 1441830028
I- Tên đề tài: Ứng dụng phần mềm PSS/E vào vận hành, qui hoạch và đầu tư
lưới
điện cao thế TP.HCM
II- Nhiệm vụ và nội dung:
-

Tham khảo tài liệu (sách, báo, tạp chí và tài liệu có liên quan).

-

Tìm hiểu phần mềm PSS/E.

-

Thu thập số liệu, xây dựng sơ đồ kết lưới của khu vực TP.HCM.

-

Cập nhật các thông số nguồn, đường dây, trạm và mô hình hóa trên phần
mềm PSS/E.

-

Xử lý số liệu, mô phỏng tính toán phân bố công suất lưới điện TP.HCM.

-

Phân tích kết quả thu được về các thông số nút và nhánh, so sánh đối chiếu

thực tế và đề xuất ứng dụng.

III- Ngày giao nhiệm vụ: 18/8/2015
IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 31/12/2015
V- Cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Thanh Phương
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

PGS. TS. Nguyễn Thanh
Phương

PGS. TS. Nguyễn Thanh
Phương


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này
đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn
gốc.
HỌC VIÊN THỰC HIỆN

Mai Thanh Tuấn

ii

LỜI CÁM ƠN
Tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Nguyễn Thanh Phương đã tận
tình hướng dẫn, hổ trợ tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi xin cảm ơn quý Thầy/Cô trong Phòng Quản lý khoa học và đào tạo sau đại
học và quý Thầy/Cô tham gia giảng dạy trong niên khóa 14SMD11 đã tận tình
hướng dẫn, giảng dạy, truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt quá trình học tập,
nghiên cứu và rèn luyện tại Trường Đại Học Công Nghệ TP. HCM.
Tôi xin cảm ơn quý Thầy/Cô trong Hội đồng đánh giá Luận văn đã nhiệt tình
góp ý chỉnh sửa để luận văn được hoàn chỉnh hơn.
Tôi xin cảm ơn các anh chị học viên và các đồng nghiệp đã hổ trợ và đóng góp
ý kiến để luận văn của tôi được hoàn thiện hơn.
Chân thành cảm ơn và trân trọng!
HỌC VIÊN THỰC HIỆN

Mai Thanh Tuấn


3

TÓM TẮT
Mục đích của đề tài là sử dụng phần mềm PSS/E xây dựng chương trình tính
toán trào lưu công suất cho lưới điện truyền tải khu vực TP.HCM. Kết quả cuối
cùng đã được kiểm chứng thông qua chương trình mô phỏng là phần mềm PSS/E.
Cũng trên cơ sở phần mềm này chúng ta cũng đánh giá được khả năng cung cấp
điện của lưới điện TP.HCM.
Tính toán phân bố công suất là bài toán quan trọng để xác định chế độ vận
hành tốt nhất trong mọi tình huống của lưới điện hiện hữu và phục vụ qui hoạch,
phát triển hệ thống điện trong tương lai. Việc lựa chọn và xây dựng chương trình

PSS/E cho lưới điện TP.HCM là phù hợp với hệ thống điện Việt Nam hiện nay và
tương thích với các trung tâm điều độ hệ thống điện quốc gia (A0) và các điều độ
miền (A1, A2, A3).
Đề tài bao gồm 5 chương, giới thiệu về cơ sở lý thuyết và giải quyết được
các vấn đề sau:
-

Tìm hiểu về hệ thống điện TP.HCM, các mối quan hệ với hệ thống điện
miền và hệ thống điện quốc gia.

-

Giới thiệu cơ sở lý thuyết về phân bố trào lưu công suất, tìm hiểu về các
thuật toán và phương pháp lặp Gauss – Seidel, Newton – Raphson.

-

Tìm hiểu về cách sử dụng phần mềm PSS/E.

-

Thu thập cơ sở dữ liệu của hệ thống điện TP.HCM, Miền Nam và các
thông số hệ thống của hệ thống điện quốc gia. Xây dựng chương trình
phân bổ trào lưu công suất cho lưới điện TP.HCM, thiết lập sơ đồ một
sợi, cập nhật cơ sở dữ liệu của hệ thống điện vào chương trình.

-

Thực hiện mô phỏng, phân tích kết quả mô phỏng và rút ra kết luận của
đề tài.

4

ABSTRACT
The purpose of this essay is to use the software PSS/E construction program
power flow calculation for regional transmission grid HCMC. The end result was
verified through simulation program is software PSS/E. Also on the basis of this
software we evaluated the ability of the grid, the power supply HCMC.
The program power flow calculation is an important problem to determine
the best operating mode in every situation of the existing grid and for planning and
development of the power system in the future. The selection and construction
program PSS/E for HCMC grid system is in line with Vietnam's current electricity
and is compatible with the National Load Dispatch Centre (A0) and the regional
Load Dispatch Centre (A1, A2, A3).
The essay include five chapters, introduces the theory and address the
following issues:
-

Learn about the power system HCMC, the relationship with the regional
electrical system and the national electrical system.

-

Introduction to the theoretical basis of program power flow, learn about
algorithms and iterative methods Gauss - Seidel, Newton - Raphson.

-

Learn how to use the software PSS/E.

-

Collect data base of power system HCMC, Southern and system
parameters of the national electricity system. Construction program
power flow of HCMC, setting a single diagrams, database update of the
electrical system in the program.

-

Perform simulation, analysis and simulation results to draw conclusions
of the thesis.


5

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................i
LỜI

CÁM

ƠN

......................................................................................................................ii

TÓM

TẮT............................................................................................................................iii
ABSTRACT ........................................................................................................................iv

DANH MỤC CÁC HÌNH ....................................................................................... viii
DANH MỤC CÁC BẢNG...........................................................................................ĩ
CHƯƠNG 1:MỞ ĐẦU ...............................................................................................1
1.1.Tổng quan về đề tài: ..........................................................................................1
1.1.1.Hướng nghiên cứu của đề tài: .....................................................................1
1.1.2.Tầm quan trọng của việc lựa chọn PSS/E để tính toán phân bố công suất: 1
1.2.Tính cấp thiết và ý nghĩa thực tiễn của đề tài: ...................................................5
1.3.Phạm vi nghiên cứu của đề tài: ..........................................................................6
1.4.Phương pháp nghiên cứu của đề tài:..................................................................6
CHƯƠNG 2:LÝ THUYẾT VỀ TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT .................7
2.1.Giới thiệu chung: ...............................................................................................7
2.2.Khảo sát phân bố công suất dùng ma trận Ybus bằng phép lặp Gauss – Seidel: 7
2.3.Khảo sát phân bố công suất dùng ma trận Zbus bằng phép lặp Gauss – Seidel:
....................................................................................................................10
2.4.Phân bố công suất dùng phương pháp Newton – Raphson: ............................12
CHƯƠNG
3:NGHIÊN
...................................................14

CỨU

PHẦN

MỀM

PSS/E

3.1.Giới thiệu chung: .............................................................................................14
3.1.1.Giao diện phần mềm: ................................................................................14
3.1.2.Cách tạo 1 chế độ làm việc của hệ thống điện (Working case): ...............15

3.1.3.Dữ liệu vào của các thiết bị cơ bản: ..........................................................16
3.2.Chuyển các thông số của hệ thống điện sang đơn vị tương đối: .....................17
3.3.Mô hình các phần tử trong PSS/E: ..................................................................18
3.3.1.Đường dây: ................................................................................................18
3.3.2.Máy biến áp 2 cuộn dây: ...........................................................................19


6

3.3.3.Máy biến áp 3 cuộn dây: ...........................................................................21
3.3.4.Máy phát:...................................................................................................25
3.3.5.Thiết bị bù (kháng, tụ):..............................................................................25
3.4.Nhập dữ liệu vào PSS/E: .................................................................................26
3.4.1.Các thông số nút (Bus): .............................................................................26
3.4.2.Các thông số của nhà máy (Plant):............................................................27
3.4.3.Các thông số của máy phát (Machine):.....................................................28
3.4.4.Các thông số của phụ tải (Load): ..............................................................29
3.4.5.Các thông số của thiết bị bù tĩnh (Fixed Shunt):.......................................30
3.4.6.Các thông số của thiết bị bù động (Switched Shunt): ...............................31
3.4.7.Các thông số của đường dây (Branch): .....................................................31
3.4.8.Các thông số nhập vào máy biến áp 2 cuộn dây (2 Windings):................32
3.4.9.Các thông số nhập vào máy biến áp 3 cuộn dây (3 Windings):................34
3.5.Chạy chương trình và xem kết quả phân bố công suất:...................................36
3.5.1.Phương pháp Newton:...............................................................................36
3.5.2.Phương pháp Gauss:..................................................................................38
3.5.3.Kết quả chạy được:....................................................................................39
CHƯƠNG 4:ỨNG DỤNG PSS/E VÀO TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT
CHO LƯỚI ĐIỆN TP.HCM .......................................................42
4.1.Xây dựng sơ đồ một sợi cho lưới điện: ...........................................................42
4.2.Thu thập và xử lý thông số nút và nhánh của lưới điện: .................................43

4.2.1.Thông số trạm biến áp:..............................................................................43
4.2.2.Thông số nhánh: ........................................................................................46
4.3.Tính toán phân bố công suất:...........................................................................46
4.3.1.Thông số nút:.............................................................................................47
4.3.2.Thông số máy phát: ...................................................................................47
4.3.3.Thông số tải:..............................................................................................47
4.3.4.Thông số nhánh: ........................................................................................48
4.3.5.Thông số máy biến áp 2 cuộn dây:............................................................48


vii

4.3.6.Thông số máy biến áp 3 cuộn dây:............................................................49
4.4.Trình bày kết quả và kết luận: .........................................................................51
4.4.1.Kết quả chạy chương trình: .......................................................................51
4.4.2.Một số cảnh báo: .......................................................................................52
4.4.3.Mô phỏng sự cố n-1: .................................................................................55
CHƯƠNG 5:KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ...................63
5.1.Kết luận:...........................................................................................................63
5.2.Hướng phát triển: .............................................................................................63
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................142


8

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 3.1: Giao diện của PSS/E .................................................................................15
Hình 3.2: Các lựa chọn khi tạo một chế độ làm việc trong PSS/E ...........................16
Hình 3.3: Giao diện bảng nhập dữ liệu trong PSS/E ................................................16
Hình 3.4: Sơ đồ thay thế đường dây .........................................................................19

Hình 3.5: Sơ đồ thay thế đầy đủ của máy biến áp 2 cuộn dây ..................................20
Hình 3.6: Sơ đồ thay thế của máy biến áp 2 cuộn dây trong hệ tương đối ...............20
Hình 3.7: Sơ đồ thay thế đầy đủ của máy biến áp 3 cuộn dây ..................................22
Hình 3.8: Sơ đồ thay thế của máy biến áp 3 cuộn dây trong hệ tương đối ...............23
Hình 3.9: Các thông số nút (Bus)..............................................................................26
Hình 3.10: Các thông số của nhà máy (Plant) ..........................................................27
Hình 3.11: Các thông số của máy phát (Machine)....................................................28
Hình 3.12: Các thông số của phụ tải (Load) .............................................................29
Hình 3.13: Các thông số của thiết bị bù tĩnh (Fixed Shunt) .....................................30
Hình 3.14: Các thông số của thiết bị bù động (Switched Shunt) ..............................31
Hình 3.15: Các thông số của đường dây (Branch) ....................................................31
Hình 3.16: Các thông số nhập vào máy biến áp 2 cuộn dây (2 Windings)...............32
Hình 3.17: Các thông số nhập vào máy biến áp 3 cuộn dây (3 Windings)...............34
Hình 3.18: Giải bài toán bằng phương pháp Newton ...............................................36
Hình 3.19: Giải bài toán bằng phương pháp Gauss ..................................................38
Hình 3.20: Bảng kết quả chạy PSS/E ở chế độ xác lập ............................................39
Hình 3.21: Chọn nút cần xem dòng công suất và các thông số của nút ...................40
Hình 3.22: Các dòng công suất trên các nhánh nối với nút 1 và thông số nút..........41


9

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1: Trạng thái đóng mở của các đường dây .....................................................64
Bảng 2: Thông số các trạm biến áp ..........................................................................74
Bảng 3: Thông số các nhánh ..................................................................................106
Bảng 4: Điện áp của các nút thu được ...................................................................124
Bảng 5: Công suất phát của các máy phát .............................................................141

1

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1.

Tổng quan về đề tài:

1.1.1. Hướng nghiên cứu của đề tài:
Lưới điện khu vực TP.HCM nhận nguồn cung cấp từ 2 TBA 500/220/110kV
Phú Lâm, Nhà Bè; 6 TBA 220/110kV Hóc Môn, Cát Lái, Tao Đàn, Thủ Đức, Bình
Chánh, Củ Chi 2 do Công ty Truyền tải điện 4 quản lý và 3 TBA 220/110kV Bình
Tân, Vĩnh Lộc, Hiệp Bình Phước do Tổng công ty Điện lực TP.HCM quản lý.
Ngoài ra phụ tải của Tổng công ty Điện lực TP.HCM còn được cung cấp nguồn từ
TBA 110kV Thủ Đức Bắc do Tổng công ty Điện lực Miền Nam quản lý. Lưới điện
truyền tải do Tổng công ty Điện lực TP.HCM quản lý là 665km đường dây 110kV
(trong đó có 35km cáp ngầm 110kV) và 45km đường dây 220kV (trong đó có 1km
cáp ngầm 220kV) cung cấp cho 47 TBA 110kV với tổng dung lượng MBA là
4.969MVA.
Công suất hệ thống trung bình ngày là 2.650MW, cao điểm là 3.000MW.
Sản lượng bình quân 57 triệu kWh/ngày sản lượng điện TP.HCM chiếm khoảng
40% toàn miền nam và 15% của cả nước.
Tính toán phân bố công suất là bài toán quan trọng để xác định chế độ vận
hành tốt nhất trong mọi tình huống của lưới điện hiện hữu và phục vụ qui hoạch,
phát triển hệ thống điện trong tương lai.
1.1.2. Tầm quan trọng của việc lựa chọn PSS/E để tính toán phân bố công
suất:
Ngày nay với sự phát triển vượt bậc của công nghệ máy tính đã cho ra đời
nhiều phần mềm giúp việc tính toán phân bố công suất dễ dàng hơn như PSS/E,
PSS/Adept, Power Word, Matlab…
1.1.2.1.

Phần mềm PSS/ADEPT:

PSS/ADEPT (The Power System Simulator / Advanced Distribution
Engineering Productivity Tool) là sản phẩm của công ty phần mềm PowerTech Inc.


2

Phần mềm được xây dựng nhằm phục vụ cho các kỹ sư và nhân viên kỹ thuật trong
ngành điện, để thiết kế và phân tích lưới điện phân phối. Phần mềm này có một số
tính năng chính như sau:
-

Với giao diện đồ họa trực quan, PSS/ADEPT cho phép người dùng thiết kế,
chỉnh sửa và phân tích sơ đồ lưới và các mô hình lưới điện một cách trực tiếp
trên màn hình.

-

Khả năng tính toán không hạn chế số nút do tận dụng các tính năng quản lý
bộ nhớ rất mạnh của HĐH Window, vấn đề này không phụ thuộc vào khả
năng của phần mềm mà phụ thuộc vào cấu hình phần cứng.

-

Có thể trao đổi dữ liệu với các phần mềm khác cùng chạy trên môi trường
Windows như Excel, Access….

-

Các module và tiện ích hỗ trợ của PSS/ADEPT rất đầy đủ cho công tác quản
lý lưới phân phối.
* PSS/ADEPT có các module chính như sau:

-

Tính toán trào lưu công suất (Load Flow): phân tích và tính toán điện áp,
dòng điện, công suất thực và công suất phản kháng cũng như góc pha trên
từng nhánh và từng phụ tải cụ thể.

-

Tính ngắn mạch (Short Circuit): tính toán ngắn mạch tại tất cả các nút trên
lưới hoặc một nút được chọn, bao gồm các loại ngắn mạch như ngắn mạch 1
pha, 2 pha và 3 pha.

-

Tính toán khởi động động cơ (Motor Starting Analysis - MSA): tính dòng
điện, điện áp và cho biết độ sụt áp tại tất cả các nút và nhánh trong mạng
điện khi khởi động một động cơ trong mạng điện.

-

Xác định vị trí đặt tụ bù (Optimal Capacitor Placement - CAPO): tìm ra
những điểm tối ưu để đặt các tụ bù cố định và tụ bù ứng động sao cho đạt
hiệu quả kinh tế cao nhất.

-

Phân tích điểm dừng tối ưu (Tie Open Point Optimization - TOPO): tìm ra
những điểm dừng có tổn hao công suất nhỏ nhất trên lưới và đó chính là
điểm dừng lưới trong mạng vòng 3 pha.


3

-

Phân tích độ tin cậy trên lưới điện (Distribution Reliability Analysis - DRA):
tính toán các thông số độ tin cậy trên lưới điện như SAIFI, SAIDI, CAIFI,
CAIDI…

-

Phân tích sóng hài (Harmonics): phân tích các thông số và ảnh hưởng của
các thành phần sóng hài trên lưới.
* Các tiện ích hỗ trợ

-

Line constants: Hỗ trợ người dùng tính toán thông số của đưòng dây dẫn trên
không. Nó có giao diện đồ họa cho phép thiết kế sơ đồ hành lang lưới điện
và nhập số liệu về dây dẫn, khoảng cách tương quan giữa các dây, độ võng…

-

Cơ sở dữ liệu thiết bị bảo vệ: PSS/ADEPT cung cấp một thư viện thiết bị
bảo vệ rất phong phú dưới dạng tập tin cơ sở dữ liệu Access đầy đủ thông tin

của nhiều hãng lớn trên thế giới (Cooper, Bundy, Chance, Westinghouse…)
bao gồm recloser, cầu chì và relay.

-

Công cụ báo cáo: Đây là công cụ hỗ trợ người dùng lập report báo cáo về tất
cả các thông tin liên quan đến lưới điện đang phân tích.

1.1.2.2.

Phần mềm PowerWorld

PowerWorld® Simulator là chương trình được thiết kế mô phỏng và phân
tích hệ thống điện dựa trên giao tiếp đồ họa. Chương trình mô phỏng này có thể giải
bài toán phân bố công suất cho các hệ thống tới 100.000 nút. Dựa trên giao tiếp đồ
họa, các thông số các phần tử trong hệ thống có thể được nhập trực tiếp. Chương
trình đồ họa cho phép người sử dụng quan sát trực tiếp phân bố công suất trên sơ đồ
đơn tuyến và có các công cụ để điều độ kinh tế, phân tích các giao dịch kinh tế
trong thị trường điện, tính toán hệ số phân bố công suất truyền tải, phân tích ngắn
mạch, phân tích sự cố …
Ngoài ra, còn có một số công cụ thêm vào như sau:
-

Voltage Adequacy and Stability Tool (PVQV): cho phép người sử dụng phân
tích đặc tính ổn định điện áp của một hệ thống.

-

Optimal Power Flow Tool (OPF): tính toán cực tiểu hàm chi phí thỏa mãn
các ràng buộc hệ thống sử dụng quy hoạch tuyến tính.

4

-

Security Constrained Optimal Power Flow Tool (SCOPF): cũng giống như
OPF nhưng SCOPF xem xét thêm các sự cố có thể xảy ra trong quá trình vận
hành và bảo đảm rằng ngoài vấn đề cực tiểu chi phí không để xảy ra tình
trạng sự cố mà khôn g có tiên liệu.

-

Optimal Power Flow Reserves (OPFR): được sử dụng để phục vụ các dịch
vụ kèm theo trong thị trường điện.

-

Available Transfer Capability Analysis Tool (ATC): xác định công suất thực
tối đa có thể truyền giữa hai phần của một hệ thống điện mà không có sự vi
phạm nào.

-

Topology Processing: cho phép giải các bài toán có mô hình topo, công cụ
này hữu ích cho những người quy hoạch để chạy trong thời gian thực.

-

Transient Stability (TS): cho phép phân tích đáp ứng động của hệ thống đối

với một sự cố trong hệ thống.

1.1.2.3.

Matlab toolbox (Matpower)

Các file dữ liệu được sử dụng trong Matpower là một file dạng Matlab được
format theo một định dạng có sẵn.
Thực thi phân bố công suất: Dùng lệnh: runpf(‘tenfile’). Trong đó, tenfile.m
là tên file chứa dữ liệu của hệ thống cần thực hiện phân bố công suất.
Thực thi phân bố công suất tối ưu: Dùng lệnh: runopf(‘tenfile’). Trong đó,
tenfile.m cũng giống như trong thực thi phân bố công suất, nhưng có thêm những
thông số cần cho bài toán phân bố công suất tối ưu…
1.1.2.4.

Phần mềm PSS/E

PSS/E là phần mềm hội đủ những chức năng tính toán của các phần mềm
khác nêu trên và giải quyết được bài toán thực tế của hệ thống điện Việt Nam đó là
việc cấu hình và mô phỏng được các loại máy biến áp ba cuộn dây đang tồn tại trên
lưới điện truyền tải.
Hiện nay, trung tâm điều độ HTĐ quốc gia (A0) và các trung tâm điều độ
miền (A1, A2, A3) đang sử dụng phần mềm PSS/E để tính toán trào lưu công suất


5

và mô phỏng lưới điện, nên việc lựa chọn phần mềm PSS/E để thực hiện tính toán
trào lưu công suất cho lưới điện TP.HCM vừa thể hiện tính đồng bộ và an toàn cho
hệ thống điện.

1.2.

Tính cấp thiết và ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
Mặc dù Trung tâm Điều độ HTĐ TP.HCM đã tiếp nhận quản lý vận hành

lưới điện truyền tải trong khu vực TP.HCM từ năm 2000, nhưng đến nay vẫn chưa
có chương trình tính toán phân bố công suất chuyên dùng. Khi cần thay đổi phương
thức vận hành, xử lý hay điều tra sự cố lưới điện, Trung tâm Điều độ HTĐ
TP.HCM chỉ vận dụng kinh nghiệm và sử dụng các bảng tính Excel hoặc nhờ A2 hỗ
trợ. Điều này không còn phù hợp với yêu cầu ngày càng cao của hệ thống điều độ
nói chung và nhu cầu cung cấp điện liên tục ổn định cho khách hàng trên địa bàn
TP.HCM.
Trong quá trình đầu tư lưới điện trên địa bàn TP.HCM, Tổng Công ty Điện
lực TP.HCM (EVNHCMC) chủ yếu thực hiện việc đầu tư theo đúng các định
hướng trong đề án Qui hoạch phát triển điện lực đã được Bộ Công Thương phê
duyệt. Tuy nhiên, trong trường hợp tiến độ đầu tư không đảm bảo hoặc nhu cầu sử
dụng điện chưa thực sự cần thiết thì việc đánh giá sự cần thiết đầu tư các dự án này
hoàn toàn phụ thuộc vào kinh nghiệm của các chuyên gia là chính, mà chưa có một
công cụ, phần mềm nào được áp dụng để tính toán, làm cơ sở vững chắc để đưa ra
quyết định.
Thêm vào đó, trong quá trình vận hành, cải tạo, hoàn thiện lưới điện cao thế
và lập đề án qui hoạch phát triển lưới điện trên địa bàn thành phố, để đánh giá được
trào lưu công suất của lưới điện khi thêm hoặc bớt một phần tử (đường dây/ trạm)
hay để đánh giá được tác động của việc kéo dài tiến độ đầu tư đến vận hành thì nhất
thiết cần phải chạy được bài toán trào lưu công suất mà không cần phải đợi, cũng
như phụ thuộc vào tính toán của các đơn vị tư vấn hay A2 và A0.
Do đó, để chủ động trong công tác xây dựng phương thức vận hành, điều tra
xử lý sự cố lưới điện, cũng như vận hành, cải tạo, hoàn thiện lưới điện cao thế và
lập đề án qui hoạch phát triển lưới điện trên địa bàn thành phố, đề tài “Ứng dụng

6

phần mềm PSS/E vào vận hành, qui hoạch và đầu tư lưới điện cao thế TP.HCM” là
hết sức cần thiết và phù hợp với tình hình vận hành của HTĐ quốc gia và thuận lợi
cho Trung tâm Điều độ HTĐ TP.HCM trong việc khai thác chung cơ sở dữ liệu
trong thời điểm hiện nay.
1.3.

Phạm vi nghiên cứu của đề tài:
Tham khảo tài liệu, cơ sở lý thuyết về hệ thống điện, tham khảo áp dụng thực

tế tại các Trung tâm Điều độ A0, Trung tâm Điều độ A2. Xây dựng cơ sở dữ liệu,
sử dụng phần mềm chuyên dụng để tiến hành kiểm chứng.
Không ngoài mục đích nghiên cứu và thực hiện đề tài phục vụ thiết thực cho
hoạt động sản xuất của đơn vị, đề tài “Ứng dụng phần mềm PSS/E vào vận hành,
qui hoạch và đầu tư lưới điện cao thế TP.HCM“ không đi sâu vào cơ sở lý thuyết
mà chỉ nghiên cứu sản phẩm ứng dụng.
1.4.

Phương pháp nghiên cứu của đề tài:
Đề tài nghiên cứu “Ứng dụng phần mềm PSS/E vào vận hành, qui hoạch và

đầu tư lưới điện cao thế TP.HCM“ tập trung chủ yếu vào các nội dung sau:
-

Tham khảo tài liệu (sách, báo, tạp chí và tài liệu có liên quan).

-

Tìm hiểu phần mềm PSS/E.

-

Thu thập số liệu, xây dựng sơ đồ kết lưới của khu vực TP.HCM.

-

Cập nhật các thông số nguồn, đường dây, trạm và mô hình hóa trên phần
mềm PSS/E.

-

Xử lý số liệu, mô phỏng tính toán phân bố công suất lưới điện TP.HCM.

-

Phân tích kết quả thu được về các thông số nút và nhánh, so sánh đối chiếu
thực tế và đề xuất ứng dụng.

-

Dựa vào kết quả thực hiện công tác tính toán trào lưu công suất, xác định
được phương thức vận hành cho từng thời điểm, thực hiện công tác qui
hoạch và đầu tư lưới điện cao thế TP.HCM một cách hợp lý, hiệu quả nhất.


7

CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CÔNG

SUẤT
2.1.

Giới thiệu chung:
Phân bố công suất là bài toán quan trọng trong quy 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. Thông tin chính có được từ khảo sát phân bố công suất là trị số
điện áp và góc pha tại các thanh cái, dòng công suất tác dụng và công suất phản
kháng trên các nhánh. Trong luận văn này do nghiên cứu thực tế ứng dụng nên chỉ
nêu sơ lược về các phương pháp phân bố công suất.
2.2.

Khảo sát phân bố công suất dùng ma trận Ybus bằng phép lặp Gauss –
Seidel:
Từ phương trình nút viết cho thanh cái k, biểu thức điện áp được viết từ

phương trình như sau:

Các bước tính toán trong phép lặp Gauss – Seidel:
-

Bước 1: Đánh số nút lặp Ybus .

-

Bước 2: Giả thiết các giá trị điện áp ban đầu (trị số và góc pha) ở mỗi thanh
cái phụ tải và góc pha điện áp cho mỗi thanh cái (ngoại trừ thanh cái cân
(0)

(0)

-

bằng δ = 0). Giả thiết các điện áp ban đầu là U2 , U3 ,…, Un(0) .
(1)
Bước 3: Tính U2 theo các điện áp giả thiết ban đầu.

-

Bước 4: Tính U3

(1)

theo U2

(1)

vừa mới tính được ở trên và các điện áp còn lại.


-

(1)

(1)

Bước 5: Tính U2 ,…, Un . Luôn dùng các giá trị điện áp mới tính được
trong bước trước. Khi tính xong điện áp của n thanh cái là xong một lần lặp.

-

Bước 6: Lặp lại các quá trình từ bước 2 đến bước 4 cho đến khi sai số về
điện áp giữa hai lần lặp nhỏ hơn một giá trị

cho trước.

Quá trình trên chỉ thích hợp với thanh cái phụ tải ở đó P và Q được biết và
, góc δ đều được giả thiết và tính gần đúng qua phép lặp. Trường hợp thanh cái k
là thanh cái máy phát hay thanh cái có tụ bù để hiệu chỉnh điện áp ở đó Pk và
được biết còn Qk thì chưa biết, do đó phải tính gần đúng Qk theo công thức.
Biết rằng:

Suy ra:

Trong đó:

và

lấy từ lần lặp hiện tại và lần lặp trước.

Qk sẽ được thay vào phương trình tính điện áp thanh cái máy phát ngay trong
lần lặp đó. Giả sử tính được điện áp

, như vậy trong lần lặp này thay bằng

nghĩa là chỉ dùng góc
vừa tính được.
Trong thực tế công suất Qk phát ra bởi máy phát k phải được giới hạn bởi bất
đẳng thức:

Trong đó Qk,min là giới hạn tối thiểu và Qk,max là gới hạn tối đa của công suất
kháng phát ra bởi máy phát. Trong quá trình tính toán ở một bước lặp nếu Q k ở
ngoài giới hạn nói trên thì Qk được lấy bằng giới hạn mà nó vi phạm, cụ thể
thì lấy

, còn nếu

thì lấy

.

Khi đó nút máy phát (nút P,U) được xử lý như nút phụ tải (nút P,Q) và điện áp phải
được tính toán lại.
Khi bài toán phân bố công suất hội tụ, tính toán dòng công suất trên các
nhánh theo sơ đồ thay thế hình π của các nhánh như sau:

Sơ đồ thay thế hình π Dòng điện vào nút p của nhánh pq:

Trong đó:
: là tổng dẫn thanh pq
: là dung dẫn toàn đường dây pq, nếu là nhánh máy biến áp cho

Công suất tác dụng và phản kháng đi vào đường dây ở thanh cái p.

Hay:


Trong đó:

Ppq : là công suất tác dụng đi vào đường dây pq từ nút p
Qpq: là công suất phản kháng đi vào đường dây pq từ nút p.
Tương tự, công suất đi vào đường dây qp từ nút q:

Tổn thất công suất trên đường dây pq (kể cả công suất nạp do điện dung
đường dây) là tổng đại số công suất ở hai đầu p và q:

Tổn thất công suất toàn mạng điện bằng tổn thất công suất trên tất cả các
nhánh:

2.3.

Khảo sát phân bố công suất dùng ma trận Zbus bằng phép lặp Gauss –
Seidel:
Đối với thanh cái k là thanh cái phụ tải, phương trình điện áp tại nút này cho

bởi phương trình :

Các bước tính toán trong phép lặp Gauss–Seidel:
-

Bước 1: Đánh số nút lặp Zbus

(0)

Bước 2: Giả thiết các điện áp ban đầu U , U (0)
(0)
2 ,…, Un
1

-

Bước 3: Tính U1

-

Bước 4: Thay giá trị U1

(1)

theo các điện áp giả thiết ban đầu.

(1)

vào trở lại phương trình trên để tính lại U1

(1)

(coi

như một bước phụ, bước này không cần tính).
-

Bước 5: Tính điện áp U2
(1)

(1)

trong đó sử dụng U1

Tương tự tính U3 ,…, Un(1).

(1)

vừa tính được ở bước 3.


-

Bươc 6: Lặp lại các bước từ 2 đến 4, luôn luôn dùng các kết quả điện áp vừa
tính được.
Tiếp tục quá trình tính lặp này cho đến khi sai số giữa hai lần lặp đạt độ

chính xác cho trước. Bài toán khi đó được xem như hội tụ.
Quá trình trên chỉ thích hợp với thanh cái phụ tải ở đó Pi và Qi của phụ tải tại
thanh cái i hoàn toàn biết trước. Trường hợp thanh cái k là thanh cái máy phát thì
chỉ biết trước Pk và

và cần phải tính gần đúng Qk trước khi thay vào phương

trình tính điện áp Uk của thanh cái này.
Biết rằng:

Ta có thể suy ra được:

Như vậy:

Trong đó Uk là các giá trị trong lần lặp cuối cùng trước khi đi tính đến thanh
cái k.

2.4.

Phân bố công suất dùng phương pháp Newton – Raphson:
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 tổng quát như sau:

Phương trình công suất nút i :

Trong đó:
là phần tử ma trận tổng dẫn nút,
n là số nút; δ, θ tính ra radian.
Các phương trình nút trên được viết từ nút 2 đến nút N với nút 1 là nút cân
bằng.
Sai số giữa công suất tính toán và công suất qui định của phụ tải cho bởi:

Để đơn giản xét một hệ thống có bốn thanh cái, nút cân bằng là nút 1. Có thể
khai triển các sai số trên như sau:

Tương tự tính: