Áp dụng pss / adept 5.0 trong lưới điện phân phối

Tài liệu tập huấn HÀ HỘI – THÁNG 10 NĂM 2007 The Power System Simulator/Advanced Distribution Engineering Productivity TooL ÁP DỤNG PSS/ADEPT 5.0 TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI Phần 1 Kiến thức chuẩn bị HÀ HỘI – THÁNG 10 NĂM 2007 The Power System Simulator/Advanced Distribution Engineering Productivity TooL ÁP DỤNG PSS/ADEPT 5.0 TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI GIÁO TRÌNH TẬP HUẤN Áp dụng PSS-ADEPT 5.0 trong lưới điện phân phối Biên soạn-Trình bày: Nguyễn Hữu Phúc Đặng Anh Tuấn Nguyễn Tùng Linh Chủ biên: PGS. TS. Nguyễn Hữu Phúc I Lời nói đầu Kế hoạch phát triển của Tổng Công ty Điện lực Việt Nam trước đây nay là Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) đến năm 2010 là thách thức lớn cho EVN trong việc quản lý hiệu quả hệ thống lưới Điện hiện tại, vừa phải mở rộng phát triển. Trong vòng 5 năm tới, EVN dự tính sẽ xây lắp thêm 280.000 km đường dây Điện phân phối, 14.000 km Truyền tải, 5.000 trạm biến áp mới; tăng gấp đôi số lượng thiết bị Viễn thông, nhằm đáp ứng được việc tăng 360% nhu cầu phụ tải trong nước. Tốc độ tăng trưởng này đưa ra nhu cầu thông tin cấp bách về công tác vận hành hệ thống Điện hiện có, và về các dự án mới đối với các nhà quản lý của EVN. Tự động hóa thông tin sẽ đẩy mạnh công suất các nhà máy điện, nâng cao độ chính xác, và giảm thiểu nhân công trong các quy trình. EVN đã cam kết thực hiện những dự án cung cấp thông tin cho việc đưa ra các quyết định tốt hơn. Những dự án này bao gồm: Hệ thống Thông tin Quản lý Tài chính (FMIS), Hệ thống Thông tin chăm sóc Khách hàng (CCIS), Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS) và triển khai áp dụng các phần mềm phân tích tính toán lưới điện. Về việc áp dụng các phần mềm phân tích và tính toán lưới điện, từ năm 2004 EVN đã chỉ đạo áp dụng các phần mềm chuyên ngành để tính toán lưới điện cho tất cả các đơn vị trực thuộc. Trong các phần mềm tính toán và phân tích lưới điện hiện nay, có nhiều phần mềm phân tích tính toán như: Phân bố cống suất, ngắn mạch, đặt tụ bù tối ưu, phối hợp bảo vệ.v.vVới các sản phẩm thương mại như: APEN Oneliner, họ PSS/*, CYME, EMTP, VPro.v.vCác phần mềm này có thuật toán phức tạp và thường phải qua tập huấn mới sử dụng được. Phần mềm PSS/ADEPT của Shaw Power Technologics, Inc được sử dụng rất phổ biến. Chúng tôi được biết Trường Đại học Điện lực Hà Nội là trường Đại học đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao và chủ yếu cho EVN. Trường Đại học Điện lực Hà Nội luôn hướng đến việc đẩy mạnh các nghiên cứu triển khai nhằm giúp cho sinh viên của trường nắm vững những kiến thức cơ bản và có kỹ năng thực hành trong các lĩnh vực công tác chuyên môn nói chung và áp dụng các phần mềm chuyên ngành tiên tiến nói riêng. Hiện nay, trườngđang triển khai nhiều chương trình đào tạo nhằm trang bị kiến thức và kỹ năng sử dụng phần mềm chuyên ngành Điện cho EVN. Với việc đào tạo áp dụng phần mềm PSS/ADEPT, các sinh viên và kỹ sư điện sau khi học xong các khoá học có thể đảm nhận được việc khai thác và quản lý trực tiếp các hệ thống lưới điện phân phối và có thể làm tốt công tác quản lý II nghiên cứu, có khả năng thích ứng trước sự phát triển của khoa học, kỹ thuật và giải quyết những vấn đề thuộc chuyên ngành điện trong quá trình áp dụng các phần mềm cùng chức năng. Hơn nữa, do lưới điện không ngừng phát triển mở rộng, theo đó các yêu cầu cung cấp điện liên tục cho khách hàng với chất lượng điện năng ngày càng cao cũng gia tăng. Thiết bị trên lưới điện phân phối hiện nay vốn có đặc điểm là đa dạng về chủng loại, phức tạp về cấu tạo. Quá trình vận hành nhằm thực hiện những thao tác mang tính lập đi lập lại nhiều lần nhưng lại đòi hỏi độ chính xác cao vì vậy rất cần thiết phải tự động hóa bằng cách đưa nhiều thiết bị tự động, xử lý thông tin tự động nhằm tăng khả năng truyền đạt và xử lý thông tin. Bằng máy tính và các phần mềm chuyên dùng chúng ta có thể ngăn chặn trước và hạn chế hỏng hóc trong quá trình vận hành lưới điện. Những thành tựu mới về Công nghệ Thông tin như về khả năng lưu trữ của phần cứng, tốc độ tính toán, các phương pháp hệ chuyên gia, mạng neuron,đã cung cấp những phương tiện và công cụ mạnh để tăng cường nghiên cứu mở rộng ứng dụng trong lĩnh vực điện năng. Đảm bảo và giữ vững mối liên hệ hữu cơ của các thành phần trong hệ thống sản xuất truyền tải, phân phối và sử dụng điện năng. Trường Đại học Điện lực Hà Nội đã phối hợp cùng Khoa Điện-Điện tử trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh nghiên cứu áp dụng phần mềm này. Trường Đại học Điện lực Hà Nội thực hiện tập huấn cho các đơn vị trực thuộc nhằm trang bị khả năng sử dụng phần mềm chuẩn tính toán và phân tích lưới điện dựa trên phần mềm PSS/ADEPT. Điều này, nhằm giúp các đơn vị Điện lực tham dự từng bước hệ thống hoá, chuẩn hoá kiến thức áp dụng tính toán về điện trong các hoạt động của mình nhất là công tác quản lý kỹ thuật vận hành lưới điện. Ưu tiên là các bài toán: phân bố công suất trên lưới, ngắn mạch, bù công suất phản kháng, độ tin cậy. Phần mềm PSS/ADEPT được phát triển dành cho các kỹ sư và nhân viên kỹ thuật trong ngành điện. Nó được sử dụng như một công cụ để thiết kế và phân tích lưới điện phân phối. PSS/ADEPT cũng cho phép chúng ta thiết kế, chỉnh sửa và phân tích sơ đồ lưới và các mô hình lưới điện một cách trực quan theo giao diện đồ họa với số nút không giới hạn. Tháng 04-2004, hãng Shaw Power Technologies đã cho ra đời phiên bản PSS/ADEPT 5.0 với nhiều tính năng bổ sung và cập nhật đầy đủ các thông số thực tế của các phần tử trên lưới điện. Trường Đại học Điện lực Hà Nội sẽ trang bị kiến thức Công nghệ Thông tin nói chung và phần mềm tính toán kỹ thuật chuyên ngành điện nói riêng cho các đơn vi tham dự khoá học. Trường Đại học Điện lực Hà Nội thông qua các khoá III đào tạo kết hợp với trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, triển khai ứng dụng các phần mềm tính toán kỹ thuật điện theo yêu cầu của EVN. Tạo điều kiện để các đơn vị trong EVN tìm hiểu các phương pháp tính toán các bài toán điện cơ bản và cách xây dựng thuật toán tính toán áp dụng trong phần mềm tính toán chuyên nghiệp là phần mềm PSS/ADEPT của hãng Shaw Power Technologics Inc-USA. Đánh giá, theo dõi và giám sát hiệu quả công tác phát triển xây dựng mới, đại tu cải tạo, quản lý kỹ thuật và vận hành lưới điện của các đơn vị dựa vào công cụ hiệu quả là phần mềm tính toán kỹ thuật điện PSS/ADEPT. Làm cơ sở để đội ngũ cán bộ kỹ thuật các đơn vị dễ dàng tiếp thu và nắm bắt các phầm mềm khác sau này, ví dụ như PSS/E. EasyPower, Các khoá đào tạo sử dụng phần mềm do trường Đại học Điện lực tổ chức, sẽ góp phần nâng cao khả năng ứng dụng máy tính, nhất là sử dụng các phần mềm tính toán chuyên ngành điện cho các đơn vị trực thuộc các Công ty Điện lực trong EVN. Qua khóa học, sẽ phổ biến kinh nghiệm và triển khai các kết quả nghiên cứu các phần mềm, để các đơn vị tiếp tục áp dụng vào thực tế công tác tại đơn vị. Góp phần hoàn thành tốt công tác sản xuất kinh doanh của đơn vị trên cơ sở các kết quả tính toán từ các phần mềm mạnh. Tạo ra sự phối hợp sẵn sàng dựa trên quan hệ tốt đẹp vốn có giữa các Công ty Điện lực-đơn vị quản lý lưới điện và trường Đại học Điện lực-đơn vị giáo dục đào tạo đều là các thành viên trực thuộc EVN. Và giáo trình này được biên soạn nhằm mục đích phục vụ cho các buổi tập huấn phần mềm PSS/ADEPT 5.0 như trên. Nhóm biên soạn rất cám ơn sự hợp tác mà Trường Đại học Điện lực Hà Nội đã dành cho nhóm nói riêng cũng như cho Khoa Điện-Điện tử trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh nói chung. Đặc biệt, nhóm biên soạn chân thành cám ơn Khoa Công nghệ Thông tin của Trường Đại học Điện lực Hà Nội nhất là Thầy Nguyễn Hữu Quỳnh đã nhiệt tình hỗ trợ chúng tôi thực hoàn thành giáo trình tập huấn này cũng như cơ hội được tham gia giảng dạy tại Trường Đại học Điện lực Hà Nội . Nhóm biên soạn cũng cám ơn một số công tác viên đã hỡ trợ xây dụng giáo trình này. Nhóm biên soạn IV Tóm tắt nội dung Giáo trình này được biên soạn phục vụ cho các buổi tập huấn sử dụng phần mềm phân tích và tính toán lưới điện PSS/ADEPT 5.0. Giáo trình gồm các phần: ¾ Phần 1: Kiến thức chuẩn bị yêu cầu-ôn tập kiến thức ¾ Phần 2: Hướng dẫn sử dụng PSS/ADEPT ¾ Phần 3: Các kỹ năng sử dụng phần mềm PSS/ADEPT Ngoài ra còn có Giáo trình điện tử lưu trữ trên đĩa CD-ROM: Gồm các tài liệu đa phương tiện (Multimedia) hỗ trợ thêm cho các học viên chuẩn bị bài học trước khi lên lớp, ôn tập sau khóa học về địa phương công tác. Các chương trình chuyển đổi: 1. Chương trình Chuyển Excel Æ DAT File. 2. Chương trình Chuyển DAT File Æ Excel. 3. Chương trình xử lý số liệu đầu vào 4. Chương trình Tính Công Suất Nguồn. 5. Chương trình Tính Tổng Trở Máy Biến Thế. 6. Chương trình thi kết thúc khoá học bằng trắc nghiệm trực tiếp trên máy tính Và các CD-ROM: -CD1: Giáo trình điện tử hỗ trợ -CD2: Các bài giảng và bài tập -CD3: Dữ liệu lưới điện -CD4: Dữ liệu lưới điện (tt) và source các chương trình họ PSS/* -CD5: Các chương trình hỗ trợ khoá học Gồm các tài nguyên học tập như: tài liệu tham khảo, User’s Guide, website PTI (offline, xem không cần kết nối internet), web documents, source software PSS/ADEPT and untilities, các phần mềm chuyển đổi dữ liệu và demo phục vụ ứng dụng tính toán bằng PSS/ADEPT, Qua kinh nghiệm tập huấn và để giúp các học viên thuộc các đơn vị Điện lực áp dụng nhanh phần mềm PSS/ADEPT. Chúng tôi chú trọng chính vào 4 mục tiêu áp dụng triển khai PSS/ADEPT như sau: V Và các nội dung nâng cao: ¾ Biểu diễn trạng thái lưới điện trước và sau khi giải các bài toán phân tích. ¾ Sử dụng các lớp dữ liệu. ¾ Tổ chức và quản lý phụ tải và khách hàng sử dụng điện. ¾ Khả năng hỗ trợ các cơ sở dữ liệu khác. ¾ Bổ sung các thông số dây dẫn vào từ điển cấu trúc dây dẫn. ¾ Mở rộng bài toán phân tích cho lưới điện qui mô lớn, nhiều cấp điện áp ¾ Đánh giá lưới điện trước và sau khi giải các bài toán phân tích. ¾ Áp dụng kết quả tính toán làm cơ sở để vận hành lưới điện. Thực hiện lập và bảo vệ các kế hoạch tiểu, trung và đại tu hay phát triển mới lưới điện. Những nội dung này giúp học viên tìm hiểu thêm một số kiến thức hữu ích liên quan. Tóm lược nội dung sẽ được trình bày trang đầu tiên của các phần và các chương các tập giáo trình. Nhóm biên soạn Tạo sơ đồ Creating diagrams Thiết lập thông số mạng lưới Program, network settings Chạy 8 bài toán phân tích Power System Analysis BÁO CÁO Reports, diagrams VI Thuật ngữ, ký hiệu và viết tắt. CAD: Computer Aided Design CAM: Computer Aided Manufacture CNPM: Công nghệ phần mềm CNTT: Công nghệ thông tin. CSDL: Cơ sở dữ liệu. GUI: Graphic user interface. GIS: Hệ thống thông tin địa lý-Geographic Information System IA: Trí tuệ nhân tạo-Inlelligence Artificielle MIS: Hệ Thông Tin quản lý NNLT: Ngôn ngữ lập trình. PC: Personal computer SQL: Structured query language. CB: Cán bộ DS: Disconect Swicth-Dao cách ly. EVN: Tập đoàn Điện lực Việt Nam Hộ sử dụng điện: Hộ sử dụng điện qua câu lại, qua điện kế phụ. HTĐ: Hệ thống điện. IEC: Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế-International Electro- technical Commission. ISO: Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế-International Organization for Standardization Khách hàng: Hộ sử dụng điện theo hợp đồng cung ứng sử dụng điện với ngành điện qua điện kế chính. LBS: Load break switch-Dao cách ly đóng cắt có tải. LĐPP: Lưới điện phân phối. LTD: Dao cách ly chịu sức căng-Line Tenson Disconect MBA: Máy biến áp ĐLKV: Điện lực khu vực. PC HCMC: Công ty điện lực TP HCM EPU Trường Đại học Điện lực Hà Nội REC: Máy cắt tự động đóng lại-Recloser SCADA: Hệ thống điều khiển và giám sát thu thập dữ liệu. TP.HCM: Thành phố Hồ Chí Minh VHLĐ: Vận hành lưới điện. KĐĐC: Khởi động động cơ Network: Lưới điện VII Dữ liệu mẫu có sẵn trên CD-ROM/DATA Hết chương ! Chú ý Liên quan Ví dụ, bài tập Lưu tập tin ví dụ mẫu Hết chương VIII Mục lục tổng quát Phần Một: Kiến thức chuẩn bị CHƯƠNG 1: MÔ HÌNH LƯỚI ĐIỆN CHƯƠNG 2 PHÂN BỐ CÔNG SUẤT CHƯƠNG 3: NGẮN MẠCH CHƯƠNG 4: BÀI TOÁN KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ VÀ XÁC ĐỊNH ĐIỂM DỪNG TỐI ƯU CHƯƠNG 5: PHỐI HỢP BẢO VỆ CHƯƠNG 6: SÓNG HÀI CHƯƠNG 7: XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ BÙ TỐI ƯU CHƯƠNG 8: ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CHƯƠNG 9: CÁC VẤN ĐỀ KHÁC CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI Phần Hai: Hướng dẫn sử dụng phần mềm CHƯƠNG 1: HƯỚNG DẪN CÀI ĐẶT PHẦN MỀM PSS/ADEPT CHƯƠNG 2: HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM PSS/ADEPT Phần Ba: Kỹ năng áp dụng CHƯƠNG 1: DỮ LIỆU CHUẨN BỊ CHƯƠNG 2: CÁC BƯỚC THỰC HIỆN CHƯƠNG 3: MỘT SỐ KẾT QUẢ ÁP DỤNG CHƯƠNG 4: XỬ LÝ SỐ LIỆU CHƯƠNG 5: BỔ SUNG THÔNG SỐ DÂY DẪN VÀO TỪ ĐIỂN DÂY DẪN CHƯƠNG 6: BIỂU DIỄN, PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN HỖ TRỢ RA QUYẾT ĐỊNH CHƯƠNG 7: ĐÚC KẾT KINH NGHIỆM ÁP DỤNG TẠI MỘT SỐ LƯỚI ĐIỆN CỦA CÁC ĐIỆN LỰC KHU VỰC ÁP DỤNG PSS/ADEPT 5.0 TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI Phần Một Kiến thức chuẩn bị 01 MỤC LỤC CHI TIẾT PHẦN 1 MỤC LỤC CHI TIẾT PHẦN 1 ........................................................................ 1 CHƯƠNG 1: MÔ HÌNH LƯỚI ĐIỆN............................................................. 6 I. Lưới điện phân phối ....................................................................................... 7 I.1. Lưới điện phân phối .................................................................................................... 8 I.2. Các loại sơ đồ hệ thống lưới phân phối:...................................................................... 9 I.2.1. Sơ đồ hình tia: .................................................................................................... 10 I.2.2. Sơ đồ hình tia được cải tiến................................................................................ 11 II. Mô hình lưới điện của phần mềm PSS/ADEPT 5.0 ................................... 13 II.1. Nút ........................................................................................................................... 13 II.2. Nguồn....................................................................................................................... 14 II.2.1. Nhiều nguồn hoạt động..................................................................................... 14 II.2.2. Nguồn 3 pha...................................................................................................... 15 II.3. Phụ tải ...................................................................................................................... 16 II.4. Tụ bù ........................................................................................................................ 17 II.5. Đường dây................................................................................................................ 17 II.6. Máy biến thế ............................................................................................................ 18 II.6.1. Máy biến thế lực ............................................................................................... 19 II.6.2. Máy biến thế lực được kết nối thành máy biến thế tự ngẫu.............................. 22 II.6.3. Bộ điều áp ......................................................................................................... 23 II.7. Mô hình máy điện .................................................................................................... 30 CHƯƠNG 2: PHÂN BỐ CÔNG SUẤT ......................................................... 38 I. Phương trình đại số phi tuyến ...................................................................... 39 I.1. Phương pháp Gauss – Seidel..................................................................................... 39 I.2. Phương pháp Newton – Raphson.............................................................................. 40 II. Phân bố công suất trong lưới điện .............................................................. 41 II.1.1. Phương trình cân bằng công suất ...................................................................... 41 II.1.2. Phương pháp Gauss – Seidel ............................................................................ 41 II.1.3. Phương pháp Newton – Raphson giải bài toán phân bố công suất................... 42 III. Phương pháp tính phân bố công suất của phần mềm PSS/ADEPT 5.0 .... 44 III.1.1. Nguồn .............................................................................................................. 45 III.1.2. Dây và cáp ....................................................................................................... 45 III.1.3. Máy biến thế .................................................................................................... 45 III.1.4. Mô hình máy điện............................................................................................ 46 CHƯƠNG 3: NGẮN MẠCH......................................................................... 49 I. Lý thuyết bài toán ngắn mạch...................................................................... 50 I.1. Phương pháp đơn vị tương đối.................................................................................. 50 I.2. Tổng trở tương đương Thevenin ............................................................................... 51 I.3. Sự cố không đối xứng ............................................................................................... 53 I.4. Xây dựng mạng thứ tự của hệ thống điện ................................................................. 55 I.5. Sự cố trên đường dây phân phối hình tia: ................................................................. 56 II. Phương pháp tính ngắn mạch của phần mềm PSS/ADEPT 5.0 ................. 57 II.1.1. Nguồn................................................................................................................ 57 II.1.2. Đuờng dây và cáp ............................................................................................. 57 II.1.3. Máy biến áp ...................................................................................................... 58 II.1.4. Mô hình máy điện ............................................................................................. 58 II.1.5. Mô hình tải tĩnh................................................................................................. 59 2 II.1.6. Tổng trở tương đương Thevenin....................................................................... 59 CHƯƠNG 4: BÀI TOÁN KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ VÀ XÁC ĐỊNH ĐIỂM DỪNG TỐI ƯU .............................................................................................. 62 I. Khảo sát và tính toán máy điện.................................................................... 63 I.1. Máy điện đồng bộ...................................................................................................... 63 I.2. Máy điện không đồng bộ........................................................................................... 63 I.3. Tính khởi động động cơ của phần mềm PSS/ADEPT 5.0 ........................................ 66 I.3.1. Nguồn................................................................................................................. 66 I.3.2. Máy điện đang hoạt động................................................................................... 66 I.3.3. Khởi động máy điện........................................................................................... 66 I.3.4. Khởi động máy biến thế tự điều chỉnh ............................................................... 66 I.3.5. Các phương pháp tính khởi động động cơ ......................................................... 67 I.3.6. Gia tốc động cơ .................................................................................................. 68 I.3.7. Khởi động động cơ tĩnh............................................................