Giải tích hệ thống điện - Phần 1: Tính toán trào lưu công suất (Load Flow)

 tải, phân bổ biểu đồ phát cho các nhà máy điện, xác định mức dự trữ công suất phát, dự báo phụ tải.Tính toán, đề xuất phương án kết lưới hệ thống điện, phương án lên xuống các tổ máy tối ưu nhằm giảm tổn thất điện năng, giảm sụt điện áp, tăng độ tin cậy và ổn định của hệ thống điện, giảm quá tải đường dây và máy biến áp.Thực hiện các báo cáo hàng tuần, tháng, quý.Tính toán tổn thất lưới điện hàng năm.Mục đính tính toán trào lưu công suất (tt)Tính toán kiểm tra điện áp tại các trạm và đề xuất phương án lắp đặt tụ bù tại các trạm để đảm bảo điện áp vận hành cho phép tại các trạm xa nguồn phát.Kiểm tra phân bổ trào lưu công suất khi đưa công trình mới vào vận hành, khi tiến hành công tác sửa chữa, bảo dưỡng, kiểm tra hoặc thay thế thiết bị trên hệ thống và đề xuất phương án vận hành tối ưu.Tính toán qui hoạch nguồn, đường dây truyền tải, trạm biến áp cho các kế hoạch trung và dài hạn.Tính toán mô phỏng trong hệ đơn vị tương đối1Trào lưu công suất là 1 mô hình toán học phi tuyến bao gồm: Các nút (Các thanh cái hoặc các nút trung gian) Các điểm lấy và nhận công suất (Mát phát, Phụ tải) Các phần tử nhánh và shunt (Đường dây truyền tải, máy biến áp, tụ điện, v.v...)Các phần tử trong hệ thống điện: Các nút là các thanh cái hoặc là toàn bộ trạm với các thanh cái liên kếtXác định:P : công suất hữu công|V| : độ lớn điện ápKhi một máy phát đóng vai trò điều tần, được gọi là “Swing bus”, lúc đó chỉ cần xác định V)Xác định:P : công suất hữu côngQ : công suất vô côngCác phần tử thụ động:Điện trở, điện kháng, cảm kháng và phần biến đổi giữa các nút và từ nút tới đất.Các phần tử thụ động (tiếp theo):Điện trở, điện kháng, cảm kháng và phần biến đổi giữa các nút và từ nút tới đất.Hệ đơn vị tương đốiĐơn vị thực: các giá trị có các đơn vị riêng, như Ohm, kV, AmpereĐơn vị tương đối: các giá trị có đơn vị chung là Per Unit (viết tắt là pU)	Trong các tính toán về điện, ta dùng 4 đại lượng cơ bản: dòng điện dây Icb, điện áp dây Ucb, công suất 3 pha Scb, và điện kháng 1 pha Xcb, tất cả các giá trị được qui đổi ra đơn vị tương đối dựa trên 4 đại lượng trên.Hệ đơn vị tương đối	Tổng trở cơ bản	Qui đổi R, X, Z ra đơn vị tương đối	Hệ đơn vị tương đối	Thông thường chọn Scb = 100MVA và Ucb=Điện áp ở cấp điện áp tương ứng	Điện áp dây(pha-pha)(kV)Điện áp pha(pha-đất)(kV)Zcb()158.662.252212.74.8411063.51121220127.02484500288.72500Tính toán đường dây và cáp	Các thông số cần thiết:Chiều dài đường dây: l(km)Điện trở đơn vị thứ tự thuận và thứ tự không: r1 và r0 (/km)Điện kháng đơn vị thứ tự thuận và thứ tự không: x1 và x0 (/km)Điện dẫn đơn vị thứ tự thuận và thứ tự không: b1 và b0 (S/km)Khả năng mang tải của đường dây: S (MVA) hoặc I (A)Tính toán đường dây và cáp	Công thức tính trở kháng và điện dẫn đường dây trong đơn vị thực:R1 = r1*l ()X1 = x1*l ()B1 = b1*l (S)R0 = r0*l ()X0 = x0*l ()B0 = b0*l (S)Tính toán đường dây và cápQui đổi các giá trị ra đơn vị tương đối	hoặc	Tính toán đường dây và cápVí dụ:	Đường dây truyền tải điện trên không 110kV Thủ Đức – Hỏa Xa có các thông số như sau:Cấp điện áp 110kVChiều dài: 13.77kmLoại dây dẫn: ACSR 795MCMDòng điện định mức cho phép vận hành lâu dài: 900AThông số đơn vị thứ tự thuận: z1 = 0.08+j0.3879(/km), b1=2.97(S/km)Thông số đơn vị thứ tự không: z0 = 0.3062+j1.1637(/km), b0=2.1978(S/km)Tính toán đường dây và cápTính toán qui đổi:Cấp điện áp vận hành của đường dây là 110kV, do đó chọn Rcb=121Qui đổi các giá trị thứ tự thuận:	Tính toán đường dây và cápTính toán qui đổi:Qui đổi các giá trị thứ tự không	Tính toán máy biến áp 2 cuộn dây	Các thông số cần thiết:Công suất định mức: Sđm (MVA)Điện áp định mức cuộn cao: Uh (kV)Điện áp định mức cuộn hạ: Ul (kV)Cấp điện áp có điều chỉnh điện ápSố nấc điều ápVị trí nấc giữaMức điều chỉnh điện áp của mỗi nấc: step(%)Tổn thất không tải: PFe hay Po (kW)Tổn thất có tải: PCu hay PN (kW)Điện áp ngắn mạch: UN(%)Tổ đấu dâyTính toán máy biến áp 2 cuộn dây	Mô hình tương đương: với nấc điều áp được đặt ở phía cao ápTính toán máy biến áp 2 cuộn dâyCác công thức tính:	Nấc biến áp qui đổi = Nấc giữa – nấc đặtTính toán máy biến áp 2 cuộn dâyCác công thức tính:	Tính toán máy biến áp 2 cuộn dâyTrong đó:qd	: Nấc biến áp qui đổi Ratio	: Tỷ số biến áp đặt hiện tại của máy biến ápRatiomax	: Tỷ số biến áp đặt cực đại của máy biến ápRatiomin	: Tỷ số biến áp đặt cực tiểu của máy biến ápSoNacTang	: Số nấc điều áp tăng của máy biến ápSoNacGiam	: Số nấc điều áp giảm của máy biến ápUh(kV)	: Điện áp định mức cuộn cao áp của MBAUl(kV)	: Điện áp định mức cuộn hạ áp của MBAUcb-h(kV)	: Điện áp cơ bản ứng với điện áp cuộn caoUcb-l(kV)	: Điện áp cơ bản ứng với điện áp cuộn hạSđm(MVA)	: Công suất định mức của MBATính toán máy biến áp 2 cuộn dâyVí dụ:	Một máy biến áp 2 cuộn dây có các thông số như sau:Công suất định mức: Sđm = 63MVAĐiện áp định mức phía cao: Uh = 115 ± 9x1.78% kVĐiện áp định mức phía hạ: Ul = 15.75kVTổn thất ngắn mạch: PN = 105kWĐiện áp ngắn mạch: UN = 12.5%Hãy qui đổi các thông số MBA ra giá trị tương đối với nấc đặtphía 110kV ở nấc 6Tính toán máy biến áp 2 cuộn dâyTính toán qui đổi:Với các dữ liệu đã cho của bài toán, ta có:Tổng số nấc điều áp = 19Số nấc tăng = 9Số nấc giảm = 9Nấc giữa = 10Nấc đặt = 6Uh = 115kVUcb-h = 110kVUl=15.75kVUcb-l=15kV	Tính toán máy biến áp 2 cuộn dâyTính toán qui đổi:	Tính toán máy biến áp 2 cuộn dâyTính toán qui đổi:	Tính toán máy biến áp 3 cuộn dây	Các thông số cần thiết:Công suất định mức các cuộn: Sđm-h/Sđm-m/Sđm-l (MVA)Điện áp định mức các cuộn: Uh/Um/Ul (kV)Phía điều áp và số nấc điều ápVị trí nấc giữaMức điều chỉnh điện áp của mỗi nấc: step(%)Tổn thất không tải: PFe hay Po (kW)Tổn thất có tải cao-trung/cao-hạ/trung-hạ: PN(h-m), PN(h-l), PN(h-l) (kW)Điện áp ngắn mạch cao-trung/cao-hạ/trung-hạ: UN(h-m),UN(h-l), UN(m-l)(%)Tổ đấu dâyTính toán máy biến áp 3 cuộn dây	Chương trình PSS/E từ phiên bản 27 trở về trước mô phỏng máy biến áp 3 cuộn dây thành 3 máy biến áp 2 cuộn dây với tổng cộng 4 nút, gồm 3 nút cho 3 phía và 1 nút dummy (giả)Tính toán máy biến áp 3 cuộn dâyCác công thức tính cho cuộn cao áp:	Nấc biến áp qui đổi = Nấc giữa – nấc đặtTính toán máy biến áp 3 cuộn dâyCác công thức tính:	Tính toán máy biến áp 3 cuộn dâyTrong đó:qd	: Nấc biến áp qui đổi Ratio	: Tỷ số biến áp đặt hiện tại của máy biến ápRatiomax	: Tỷ số biến áp đặt cực đại của máy biến ápRatiomin	: Tỷ số biến áp đặt cực tiểu của máy biến ápSoNacTang	: Số nấc điều áp tăng của máy biến ápSoNacGiam	: Số nấc điều áp giảm của máy biến ápUh(kV)	: Điện áp định mức cuộn cao áp của MBAUcb-h(kV)	: Điện áp cơ bản ứng với điện áp cuộn caoTính toán máy biến áp 3 cuộn dâyCông thức tính cho các cuộn trung áp, hạ áp cũng áp dụng tương tự như công thức tính cho cuộn cao áp, chỉ thay công suất và điện áp tương ứng.Trong trường hợp không có đủ thông số tổn thất ngắn mạch (khi chỉ biết tổn thất ngắn mạch cao-trung) thì có thể lấy giá trị tổn thất ngắn mạch cao-hạ và tổn thất ngắn mạch trung-hạ bằng tổn thất ngắn mạch cao-trungTính toán máy biến áp 3 cuộn dây	Chương trình PSS/E từ phiên bản 28 trở về sau mô phỏng máy biến áp 3 cuộn dây thực sự, gồm 3 nút cho 3 phíaTính toán máy biến áp 3 cuộn dâyĐiện trở thứ tự thuận:	Tính toán máy biến áp 3 cuộn dâyĐiện kháng thứ tự thuận:	Tính toán máy biến áp 3 cuộn dâyĐiện trở và điện kháng thứ tự không:	Tính toán máy biến áp 3 cuộn dâyCác công thức tính:	Nấc biến áp qui đổi = Nấc giữa – nấc đặtTính toán máy biến áp 3 cuộn dâyTrong đó:qd	: Nấc biến áp qui đổi Ratio	: Tỷ số biến áp đặt hiện tại của máy biến ápRatiomax	: Tỷ số biến áp đặt cực đại của máy biến ápRatiomin	: Tỷ số biến áp đặt cực tiểu của máy biến ápSoNacTang	: Số nấc điều áp tăng của máy biến ápSoNacGiam	: Số nấc điều áp giảm của máy biến ápUh(kV)	: Điện áp định mức cuộn cao áp của MBAUcb-h(kV)	: Điện áp cơ bản ứng với điện áp cuộn caoTính toán máy biến áp 3 cuộn dâyKhi bộ điều áp đặt ở phía trung áp hoặc hạ áp thì công thức tính cũng áp dụng tương tự như công thức tính cho cuộn cao áp, chỉ thay các điện áp tương ứng với các cuộn dây.Trong trường hợp không có đủ thông số tổn thất ngắn mạch (khi chỉ biết tổn thất ngắn mạch cao-trung) thì có thể lấy giá trị tổn thất ngắn mạch cao-hạ và tổn thất ngắn mạch trung-hạ bằng tổn thất ngắn mạch cao-trungTính toán mô phỏng máy phát	Các thông số cần thiết:Công suất định mức của máy phát: Pđm (MW), Qđm (MVAr), Sđm (MVA)Điện áp định mức của máy phát: Uđm (kV)Công suất phát cực đại và cực tiểu: Pmax (MW), Pmin (MW), Qmax (MVAr), Qmin (MVAr)Các điện kháng: Xd”, X0 và X2	Các thông số của máy phát điện được nhập trực tiếp vào chương trình PSS/ECác phần tử cơ bảncủa chương trình PSS/E21. NútBus Data trong file số liệu RAW:I, IDE, PL, QL, GL, BL, IA, VM, VA, ‘name’, BASKV, ZONELoại nút (IDE): 1 – Nút tải 2 – Nút có máy phát điện 3 – Nút cân bằng 4 – Nút cô lậpMiền (IA)Zone: VùngĐiện áp cơ bản (BASKV)Thanh cái phụ tải điển hìnhBus Data trong file số liệu RAW:I, 1, PL, QL,,, IA,,, “name”, BASKV, ZONEThanh cái máy phát điển hìnhGenerator Data trong file số liệu RAW:I, ID, PG,, QT,QB,VS,, MBASE,, ZX,,,, 1,,,Bus Data trong file số liệu RAW:I, 2, PL, QL,,, IA,,, “name”, BASKV, ZONEDữ liệu máy phátGenerator Data trong file số liệu RAW:I, ID, PG, QG, QT,QB,VS, IREG, MBASE, ZR, ZX, RT, XT, GTAP, STAT, RMPCT, PT, PBTrạng thái máy phát (STAT): 1 – Vận hành 2 – Không vận hành2. NhánhBranch Data trong file số liệu RAW:I, J, CKT, R, X, B, RATEA, RATEB, RATEC, RATIO, ANGLE, GI, BI, GJ, BJ, STTrạng thái nhánh (ST): 1 – Vận hành 2 – Không vận hànhThông số đường dây truyền tảiBranch Data trong file số liệu RAW:I, J, CKT, R, X, B, RATEA,,,,,,,,, 13. ShuntSwitched Shunt Data trong file số liệu RAW:I, MODSW, VSWHI, VSWLO, SWREM, BINIT, N1, B1, , N8, B8Shunt điển hìnhSwitched Shunt Data trong file RAW:I, 1, VSWHI, VSWLO,,, 1, Q1, 1, Q2,,,,,,,,,,,,Switched Shunt Data trong file RAW:I, 1, VSWHI, VSWLO,,, 1, -QR,,,,,,,,,,,,,,Máy biến áp 2 cuộn dâyDữ liệu MBA 2 cuộn dây trong file số liệu RAW: gổm 4 recordMáy biến áp 3 cuộn dâyDữ liệu MBA 3 cuộn dây trong file số liệu RAW: gồm 5 recordTrao đổi giữa các miềnArea Interchange Data trong file số liệu RAW:I, ISW, PDES, PTOL, ‘arnam’