CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PSS/E 1.1 Các công dụng của PSS/E Phần mềm PSS/E (Power System Simulator for Engineering) là phần mềm mô phỏng hệ thống điện (HTĐ) của công ty Power Technologies Inc của Mỹ thuộc sở hữu của Siemens. Tùy theo optinon được chọn lựa, một chương trình đầy đủ có thể mô phỏng, phân tích cả chề chế độ xác lập và ổn định của hệ thống điện. Các ứng dụng chính chương trình gồm: - Tính toán trào lưu công suất và nhiều chức năng khác liên quan; - Tối ưu hóa trào lưu công suất; - Tính toán các chế độ sự cố đối xứng và không đối xứng: Sự cố được đưa ra mô phỏng cả sự cố ngang trục như: như sự cố ngắn mạch, chạm đất; sự cố dọc trục như đứt dây, hở pha ở bất cứ điểm nào trong HTĐ. - Tương đương hóa hệ thống; - Mô phỏng ổn định: Chương trình này có thể được mô phỏng tính toán ổn định động, ổn định tĩnh của hệ thống.
Đối với phần tính toán trào lưu công suất, thông qua giao diện của PSS/E, các chức năng phân tích là sẵn có gồm: - Tính toán trào lưu công suất và nhiều chức năng khác liên quan; - Tối ưu hóa trào lưu công suất; - Truy cập mở; - Phân tích sự cố; - Tương đương hóa hệ thống; - Các sơ đồ một sợi Online; - Các chương trình tự động Tài liệu này giới thiệu tóm tắt một số modue chính của chương trình PSS/E phiên bản 30 đối với việc tính toán chế độ xác lập. Mục đích để biết: - Cách sử dụng giao diện của chương trình PSS/E (phần power flow) - Sử dụng và quản lý các file dữ liệu, mô phỏng hệ thống - Thực hiện tính toán và phân tích các ứng dụng 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PSS/E [CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN PSS/E] HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG 1.2 Giao diện của PSS/E Giao diện của PSS/E (power flower) hỗ trợ rất nhiều tiện ích cho người dùng như: • Tạo, thay đổi và xóa dữ liệu hệ thống dưới dạng bảng • Tạo sơ đồ hệ thống kết hợp với cơ sở dữ liệu • Phân tích chế độ xác lập hệ thống (trào lưu công suất, phân tích sự cố, tối ưu trào lưu.) • Đưa các kết quả phân tích ở chế độ xác lập. Hình 1: Giao diện của PSS/E Hình 1 là giao diện của phần mềm khi khởi động. Giao diện của phần mềm gồm các thành phần sau: - Quản lý dữ liệu kiểu cây (Tree View); - Quản lý dữ liệu kiểu bảng (Spreadsheet View); - Quản lý dữ liệu kiểu sơ đồ (Diagram View); - Cửa sổ hiển thị thông tin ra (Output View): hiển thị các thông tin về quá trình nhập, thay đổi, tính toán dữ liệu và các cảnh báo; - Thanh công cụ (Toolbars); - Menu chính (Main menu); 2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PSS/E [CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN PSS/E] HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG - Thanh trạng thái (Status Bar): cung cấp các thông tin về trạng thái làm việc của chương trình; - Cửa sổ con để nhập lệnh (Command Line Interface Window).3 Cách tạo một hệ thống điện (working case) Một hệ thống điện được mô phỏng trong PSS/E có thể có một hoặc nhiều file kết hợp tùy theo muc đích sử dụng.
Nhưng trong đó file chạy trực tiếp và cơ bản ở chế độ xác lập phổ biến là là file. Để tạo một hệ thống điện mới, chúng ta chọn File rồi New. Khi đó một cửa sổ con hiện ra như Hình 2. Nếu muốn nhập dữ liệu và quản lý dữ liệu kiểu bảng chúng ta chọn Network case; nếu muốn nhập dữ liệu và quản lý dữ liệu trên cả bảng và sơ đồ 1 sợi chúng ta chọn Network case and Diagram; nếu muốn nhập dữ liệu theo sơ đồ 1 sợi chúng ta chọn Diagram.
Sau khi chọn, một cửa sổ mới hiện ra để chúng ta nhập công suất cơ bản (Base MVA), tần số cơ bản (Base Frequency), đơn vị cho công suất máy biến áp (Units for tranformer ratings) và đơn vị cho một số đại lượng của đường dây (Units for ratings of non-transformer branches) .Các dòng Heading line 1 và 2 để nhập những chú thích cho chế độ mà chúng ta tạo. Hình 2: Các lựa chọn khi tạo 1 chế độ làm việc trong PSS/E 3 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PSS/E [CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN PSS/E] HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG 1.4 Dữ liệu vào của các thiết bị cơ bản Các thông số như điện trở, điện kháng, dung dẫn, điện áp, công suất,… của các thiết bị trong hệ thống điện được mô phỏng trên chương trình PSS/E được nhập dưới dạng đơn vị tương đối (pu = per unit), cách quy đổi từ đơn vị có tên sang đơn vị tương đối được nêu chi tiết trong mục 2. Như phần trên ta đã biết có nhiều cách để nhập dữ liệu vào chương trình PSS/E như nhập từ lệnh, xây dựng file.raw để inport vào. hoặc nhập dưới dạng bảng.
Các phương pháp nhập từ lệnh, từ file. được thực hiện ở các version 28 trở về trước. Phiên bản 29 trở đi , trong tài liệu này ta sử dụng cách nhập trực tiếp dưới dạng bảng. Hình 3 dưới dây là giao diện bảng để nhập dữ liệu trong chương trình PSS/E.
Hình 3: Giao diện bảng nhập dữ liệu trong PSS/E. Dữ liệu ở Hình 3 là ở dạng bảng chứa các phần tử và những thông số của mỗi phần tử trong hệ thống điện mà ta cần nhập (cách nhập cụ thể được diễn giải cụ thể trong phần. Sau đây là các dữ liệu của một số phần tử cơ bản trong hệ thống điện mà ta cần khi tính toán trong PSS/E: - Các thông số về định nghĩa về vùng trao đổi dữ liệu (được thể hiện ở Sheet Area Interchange): Định nghĩa về vùng, tên vùng. - Các thông số của nút (được thể hiện ở Sheet Bus): Trong đó thể hiện đầu đủ các thông tin về nút cần bô phỏng như: Tên, điện áp, góc pha của từng nút, dung dẫn.
- Các thông số của đường dây (được thể hiện ở Sheet Branch): Giá trị điện trở, điện kháng, dung dẫn, chiều dài. - Các thông số của thiết bị FACTS (được thể hiện ở Sheet FACTs devices) - Các thông số của máy phát (Plant, Machine): Công suất phát hiện tại và giới hạn công suất phát của máy phát (lớn nhất và nhỏ nhất của công suất tác dụng và công suất phản kháng), điện trở và điện kháng của máy phát; Điện áp đầu cực cần điều chỉnh. - Các thông số của phụ tải (Load): Công suất tác dụng và công suất phản kháng của phụ tải. 4 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PSS/E [CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN PSS/E] HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG - Các thông số máy biến áp 2 cuộn dây (2 Winding): Điện trở và điện kháng cuộn dây, hệ số điều chỉnh điện áp và công suất đặt của máy biến áp; - Các thông số máy biến áp ba cuộn dây (3 Winding): Điện trở và điện kháng giữa các cuộn dây, điện áp định mức của mỗi cuộn, hệ số điều chỉnh điện áp mỗi cuộn dây của máy biến áp.
5 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PSS/E [CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN PSS/E] HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG CHƯƠNG 2: CƠ SỞ DỮ LIỆU CHƯƠNG TRÌNH PSS/E 2.1 Quản lý cơ sỡ dữ liệu phần trào lưu công suất Chương trình toán toán trào lưu được thiết kế với một cấu trúc vừa đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật trong tính toán như độ chính xác cao, thuật toán phù hợp để giải bài toán, đặc biệt cho hệ thống “yếu” có nguy cơ phân kỳ cao. Ngoài ra, chương trình còn hỗ trợ rất tốt về mặt quản lý cơ sở dữ liệu, giúp cho người dùng có thể thực hiện dễ dàng, tránh nhầm lẫn cũng như thực hiện quản lý các thông số đầu vào, các kết quả đầy ra một cách hợp lý để đáp ứng nhu cầu thực tế Quản lý dữ liệu của chương trình trọng tâm vào các vấn đề như: Dữ liệu hệ thống và định dạng của nó để nhập vào PSS/E Các phương pháp nhập dữ liệu Ý nghiã của các cơ sở dữ liệu, có thể được liệt kê ra và đánh giá Phương pháp kiểm tra dữ liệu, kiểm tra lỗi và xung đột Hiệu chỉnh dữ liệu Khám phá dữ liệu Xây dựng hệ thống điện trực tiếp từ sơ đồ phối hợp Xây dựng hệ thống điện trực tiếp từ dữ liệu dạng bảng (Spreadsheet). Dữ liệu trong PSS/E ở chế độ xác lập được định ra 16 thông số chính để mô phỏng các phần từ trong hệ thống điện. Một một phần tử được thể hiện ở dạng dữ liệu riêng.
Tất cả các dữ liệu mô phỏng cho chế độ xác lập có thể được thể hiện như hình vẽ dưới đây. Tất cả các dữ liệu đầu vào trong PSS/E đều được sử dụng đơn vị tương đối (per unit). 6 CƠ SỞ DỮ LIỆU CHƯƠNG TRÌNH PSS/E [CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN PSS/E] HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG Hình 4: Cơ sở dữ liệu để tính toán trào lưu công suất 7 CƠ SỞ DỮ LIỆU CHƯƠNG TRÌNH PSS/E [CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN PSS/E] HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG 2.2 Hệ đơn vị tương đối trong PSS/E Phần mềm PSS/E sử dụng đơn vị tương đối để tính toán. Do đó để mô phỏng được chế độ xác lập của 1 lưới điện bằng PSS/E, người sử dụng phải chuyển các thông số của lưới điện từ đơn vị có tên sang dạng tương đối.
Trị số trong đơn vị tương đối của một đại lượng vật lý nào đó là tỷ số giữa nó với một đại lượng vật lý khác cùng thứ nguyên được chọn làm đơn vị đo lường. Đại lượng vật lý chọn làm đơn vị đo lường được gọi đại lượng cơ bản. Muốn biểu diễn các đại lượng trong đơn vị tương đối trước hết cần chọn các đại lượng cơ bản như: S , U , I , Z , t , ω cb cb cb cb cb cb Một số tính chất của hệ đơn vị tương đối: - Các đại lượng cơ bản dùng làm đơn vị đo lường cho các đại lượng toàn phần cũng đồng thời dùng cho các thành phần của chúng; - Trong đơn vị tương đối điện áp pha và điện áp dây bằng nhau, công suất 3 pha và công suất 1 pha cũng bằng nhau; - Một đại lượng thực có thể có giá trị trong đơn vị tương đối khác nhau tùy thuộc vào lượng cơ bản và ngược lại cùng một giá trị trong đơn vị tương đối có thể tương ứng với nhiều đại lượng thực khác nhau; - Thường tham số của các thiết bị được cho trong đơn vị tương đối với lượng cơ bản là định mức của chúng. Để chuyển tổng trở từ đơn vị có tên sang đơn vị tương đối ta sử dụng công thức sau: ZΩ S Z pu = = Z Ω .