Thứ năm - 01/02/2018 20:19 Show Trong mạng điện trung áp 35 kV, khi sét đánh vào đường dây sẽ lan truyền theo đường dây vào trạm biến áp dẫn đến quá điện áp và có thể xảy ra hiện tượng phóng điện phá hủy cách điện chuỗi sứ, cách điện trong máy biến áp, gây nên hậu quả nghiêm trọng. Để khắc phục các sự cố do sét đánh, trong thiết kế vận hành người ta thường treo dây chống sét ở đoạn đường dây (1-2 km) gần trạm biến áp và lắp đặt chống sét van bảo vệ đường dây. Việc ứng dụng phần mềm EMTP/ATP để mô phỏng các phần tử đường dây, máy biến áp, nguồn sét, đưa ra kết quả là các đồ thị quá điện áp chứng minh một cách trực quan tác hại của sét cũng như tác dụng của việc treo dây chống sét và sử dụng chống sét van.  Download Free PDF Download Free PDF Mô hình điện gió type 4 trong phần mềm EMTPMô hình điện gió type 4 trong phần mềm EMTPMô hình điện gió type 4 trong phần mềm EMTPMô hình điện gió type 4 trong phần mềm EMTPMô hình điện gió type 4 trong phần mềm EMTP MỤC LỤC CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MÊM EMTP-RV ........................................................... 1 1.1 SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA PHẦN MỀM EMTP .............................. 1 CHƯƠNG 2. CÁC ỨNG DỤNG VÀ LỢI ÍCH CỦA PHẦN MÊM EMTP-RV ......................... 2 2.1 KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA EMTP ....................................................................... 2 2.2 CÁC CHẾ ĐỘ MÔ PHỎNG ......................................................................................... 3 2.2.1 Mô phỏng trạng thái ổn định: ............................................................................... 3 2.2.2 Mô phỏng trạng thái quá độ:................................................................................. 4 2.3 CẤU TRÚC FILE MÔ PHỎNG EMTP......................................................................... 5 2.4 THƯ VIỆN CÁC CÔNG CỤ ........................................................................................ 7 CHƯƠNG 3. MÔ HÌNH CƠ BẢN CỦA CÁC PHẦN TỬ HTĐ TRONG PHẦN MÊM EMTPRV............................................................................................................................ 8 3.1 PHỤ TẢI....................................................................................................................... 8 3.2 ĐƯỜNG DÂY .............................................................................................................. 9 3.2.1 Đường dây 220kV ngắn (30km) ............................................................................ 9 3.2.3 Đường dây 500kV .............................................................................................. 10 3.3 MÁY BIẾN ÁP ........................................................................................................... 12 3.3.1 Máy biến pháp 2 cuộn dây.................................................................................. 12 3.3.2 Máy biến áp nối tam giác: .................................................................................. 13 3.4 MÁY PHÁT ................................................................................................................ 14 3.5 TỤ BÙ DỌC ............................................................................................................... 15 3.6 KHÁNG BÙ NGANG VÀ KHÁNG TRUNG TÍNH ................................................... 16 CHƯƠNG 4. MÔ PHỎNG SỬ DỤNG PHẦN MÊM EMTP-RV ............................................. 16 4.1 TỔNG QUAN ............................................................................................................. 16 4.2 THÔNG SỐ THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP LUẬN: ................................................ 17 4.3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ............................................................................................. 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................... 23 Trang i Tiểu luận môn học: Chất lượng điện năng CHƯƠNG 1. 1.1 Nhóm 1 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MÊM EMTP-RV SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA PHẦN MỀM EMTP Chương trình quá độ điện từ (EMTP – Electromagnetic Transients Programme) là một chương trình máy tính dùng cho việc mô phỏng các quá trình quá độ điện từ, điện cơ và hệ thống điều khiển trong hệ thống điện nhiều pha. Chương trình EMTP được phát triển vào những năm cuối của thập kỷ 60 thế kỷ XX bởi tiến sĩ Hermann Dommel, ông đã mang chương trình này đến Bonneville Power Administration (BPA). Vào năm 1973 khi giáo sư Dommel rời khỏi BPA để chuyển đến đại học British Columbia (UBC), hai phiên bản của chương trình đã được định hình: Phiên bản tương đối nhỏ UBC được sử dụng chủ yếu để phát triển các mô hình; và phiên bản BPA, mở rộng nhằm hướng tới các yêu cầu của các kỹ sư điện. Phiên bản BPA của chương trình EMTP được phát triển nhờ những nỗ lực cộng tác của tiến sỹ Scott Meyer và tiến sỹ Tsu-huei Liu của BPA, cũng như sự đóng góp của hàng loạt các Công ty Điện lực và các Trường đại học Bắc Mỹ. Những năm 1980, EMTP đã trở thành mốt trong lĩnh vực điện năng. Nó phát triển mạnh mẽ từ 70000 đến 80000 cách tập hợp các qui tắc so với lúc nguyên thuỷ là 5000, nhưng lại có xu hướng phân mảng nhỏ. Nhằm hợp lý hóa sự phát triển của chương trình và thu hút sự tài trợ từ các Công ty Điện lực, nhóm phối hợp phát triển chương trình EMTP (DCG) đã được thành lập vào năm 1982 và được thương mại hóa đầu tiên vào năm 1984. Những thành viên ban đầu của DCG bao gồm BPA, Văn phòng khiếu nại Mỹ, Hiệp hội Điện lực miền Tây (WAPA), Hiệp hội Điện lực Canada (CEA), Ontario Hydro, và Hydro Quebec. Nhiệm vụ chính của DCG là phát triển những vấn đề kỹ thuật mới. Kết quả của những nỗ lực này, một chuỗi những sổ tay hướng dẫn và báo cáo được ấn bản trong khoảng thời gian từ 1985 đến 1986. Và với các tài liệu đó, tập hợp các qui tắc nâng cao của chương trình đã được kiểm chứng và dẫn chứng bằng văn bản một cách rộng rãi. Chương trình đã thu hút nhiều sự chú ý và được sử dụng rộng rãi bởi các kỹ sư tại Mỹ và các nơi khác. Phiên bản 2.0 của EMTP đã được ấn bản vào năm 1989 với cùng một kiểu với phiên bản trước. Theo đó, chương trình đã được làm phong phú hơn theo thời gian bởi những người sử dụng. Phiên bản 3.0 của EMTP đã được DCG phát hành vào năm 1996 (EMTP96). EMTP96 đại diện cho phiên bản cuối cùng của EMTP dựa trên bản mã gốc BPA. Hiện nay, EMTP có rất nhiều phiên bản. Ở đây ta sẽ tìm hiểu phiên bản EMTP-RV là phiên bản mới nhất đã được mua bản quyền sử dụng bởi Công ty cổ phần Tư vấn xây dựng điện 2 (PECC 2) thuộc Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN). EMTP-RV bao gồm tất cả các chức năng của EMTP96, nhưng cũng bao gồm các tính năng nâng cao như biến bước thời gian, các chương trình nhúng xử lý, miền nhớ động, và nhiều hơn nữa. Ngoài những phiên bản của EMTP được đề cập ở trên, còn có các chương trình phân tích quá độ khác cho các mạch điện, đáng chú ý đến là các trường hợp: - NETOMAC (Siemens, sản phẩm thương mại) Morgat và Arene (Eletricite của Pháp, sản phẩm thương mại) PSIM (sản phẩm thương mại, lĩnh vực nghiên cứu điện tử công suất) Trang 1 Tiểu luận môn học: Chất lượng điện năng - Nhóm 1 SABER (sản phẩm thương mại, lĩnh vực nghiên cứu điện tử công suất) Spice, PSPICE (sản phẩm thương mại, đối với các mạch điện tử, thỉnh thoảng được sử dụng trong lĩnh vực nghiên cứu điện tử công suất) CHƯƠNG 2. 2.1 CÁC ỨNG DỤNG VÀ LỢI ÍCH CỦA PHẦN MÊM EMTP-RV KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA EMTP EMTP-RV là một phần mềm mô phỏng và phân tích đầy đủ đặc tính cho các hiện tượng quá độ cũng như xác lập trong hệ thống điện. Hình 1: Ứng dụng của phần mềm EMTP-RV Khả năng chung: - - - - - Tính toán thao tác: Xác suất đóng cắt gây quá điện áp Đóng cắt một pha Tự đóng lại nhanh Đóng cắt tụ Điện áp phục hồi Đóng cắt cáp ngầm và bảo vệ vỏ cáp Tính toán Sét: Phóng điện ngược Dập sóng sét Sóng sét lan truyền vào trạm Phối hợp cách điện: Đường dây trên không Trạm ngoài trời Trạm GIS Chống sét van Tính toán moment xoắn trên hệ trục: Cộng hưởng tần số thấp Ảnh hưởng đóng cắt Đường dây siêu cao áp một chiều Điều khiển Trang 2 Tiểu luận môn học: Chất lượng điện năng - - Nhóm 1 Dao động điện Các hài Thiết bị bù tĩnh (SVC - Static VAR Compensation) Điều khiển Quá điện áp Các hài Khảo sát các hài – chất lượng điện năng Cộng hưởng sắt từ Cộng hưởng tụ kháng Khởi động động cơ Hòa đồng bộ ngược pha Tách lưới và các sự cố khác Hệ thống điều khiển chung Hệ thống nối đất Đánh giá dòng điện sự cố không đối xứng Hoán vị pha Tổn thất trên dây chống sét Phân tích chế độ xác lập không đối xứng Đóng cắt tụ Bảo vệ tụ bù dọc Áp dụng cho HTĐ Việt Nam: 1. 2. 3. 4. 5. 2.2 Tính thông số đường dây (Transmission Line Constants) Tính quá điện áp thao tác (Switching Over Voltage) Tính quá điện áp phục hồi (Transient Recovery Voltage) Tính chọn MOV (Metal Oxide Varistor Specification) Tính toán chọn điện trở nối đất, chống sét van. (Surge Aresster) CÁC CHẾ ĐỘ MÔ PHỎNG 2.2.1 Mô phỏng trạng thái ổn định: Như tên gọi cho nó, trạng thái ổn định là trạng thái hoạt động bình thường của một hệ thống điện. Trang 3 Tiểu luận môn học: Chất lượng điện năng Nhóm 1 Trong phân tích hệ thống điện, việc tính toán trạng thái ổn định thường được làm trong các "miền tần số" bằng cách sử dụng phân tích phasor. Phân tích Phasor đơn giản hoá đáng kể những tính toán trong hệ thống điện, nó là cơ sở của hầu hết các chương trình phân tích dòng tải và ngắn mạch. EMTP sử dụng những tính toán ở trạng thái ổn định trong miền tần số để khởi tạo mạng tính toán chuẩn bị cho một mô phỏng quá độ (chứ không phải là bắt đầu mô phỏng quá độ từ các điều kiện không ban đầu). 2.2.2 Mô phỏng trạng thái quá độ: Mô phỏng các hiện tượng quá độ của là mục đích chính của EMTP. Như những định nghĩa trước đó, một hiện tượng quá độ có thể được xác định là những gì xảy ra giữa hai trạng thái ổn định. Ví dụ như trước và sau khi sự cố pha chạm đất. Những mô phỏng của một hiện tượng quá độ gắn liền với tần số của điện áp và dòng điện trong hiện tượng cần xét. Bảng dưới đây cho biết các dải tần số phổ biến của các hiện tượng quá độ: Nguồn Dải tần số Cộng hưởng sắt từ (DC) 0.1 Hz – 1 kHz Sa thải phụ tải 0.1 Hz – 3 kHz Phục hồi khi sự cố 50/60 Hz – 3 kHz Sự cố khởi động 50/60 Hz – 20 kHz Cấp điện dây dẫn 50/60 Hz – 20 kHz Đóng điện dây dẫn (DC) 50/60 Hz – 20 kHz Quá điện áp phục hồi (sự cố đầu cực) 50/60 Hz – 20 kHz Quá điện áp phục hồi (sự cố dây ngắn) 50/60 Hz – 100 kHz Phóng điện lại của sự cố ngắn mạch 10 kHz – 1 MHz Quá điện áp sét, sự cố trạm 10 kHz – 3 MHz Dao cách ly và sự cố trong GIS 100 kHz – 50 MHz Bảng 1: Nguồn gốc của quá độ và phạm vi tần số liên quan (các giá trị phổ biến nhất) Trong một mô phỏng EMTP, phạm vi tần số của một mô phỏng quá độ là rất quan trọng vì một vài lý do: - - Các mô phỏng EMTP được rời rạc hóa theo bước thời gian. Kích cỡ của bước thời gian đặt ra một giới hạn lý thuyết trong việc giải quyết các mô phỏng quá độ. Giới hạn lý thuyết này là tần số Nyquist fN = 1/2 Δt. Trong thực tế, thời gian bước phải nhỏ vì EMTP sử dụng công thức tích phân hình thang để giải những phương trình vi tích phân mô tả hệ thống. Công thức tích phân hình thang chỉ có thề đưa ra lời giải xấp xỉ, và bước thời gian càng nhỏ thì lời giải càng chính xác. Bước thời gian nhỏ hơn tần số Nyquist khoảng 5 lần là có thể đưa ra lời giải chấp nhận được. Vì vậy, như là một nguyên tắc nhỏ, bước thời gian của một mô phỏng sẽ được chọn để cho Δt nhỏ hơn 1/10fmax. Các chi tiết của hệ thống cần phải được mô hình hóa phụ thuộc vào tần số lớn nhất của các hiện tượng được mô phỏng. Ví dụ, trong mô phỏng hiện tượng sét, cần thiết phải mô hình mỗi khoảng vượt và mỗi cột trụ của một đường dây truyền tải chi tiết, trong khi trong một mô phỏng dây cấp điện chi tiết như vậy là không cần thiết. Như là một nguyên tắc nhỏ, khi khảo sát ở các tần số cao hơn thì số lượng chi tiết càng lớn hơn. Trang 4 Tiểu luận môn học: Chất lượng điện năng - 2.3 Nhóm 1 Kích cỡ của hệ thống được mô hình hóa cũng phụ thuộc vào tần số lớn nhất của hiện tượng quá độ đang được nghiên cứu. Ví dụ, mặc dù trong một mô phỏng sét là cần thiết phải mô hình mỗi khoảng vượt và mỗi cột trụ của một đường dây truyền tải chi tiết tuy nhiên chỉ một vài trong những khoảng vượt cần phải mô hình để thay cho tất cả. Nhóm Dải tần số biểu diễn Dạng mô phỏng Biểu diễn chủ yếu cho 0.1 Hz – 3 kHz Dao động tần số thấp Quá điện áp tạm thời I 50/60 Hz – 20 kHz Đầu sóng chậm Quá điện áp đóng cắt II Đầu sóng nhanh Quá điện áp sét III 10 kHz – 3 MHz 100 kHz – 50 MHz Đầu sóng rất nhanh Quá điện áp phóng điện ngược IV Bảng 2: Phân loại dải tần số CẤU TRÚC FILE MÔ PHỎNG EMTP Một mô phỏng EMTP có một số tập tin đầu vào và đầu ra liên kết với nó. Hình sau hiển thị các mối quan hệ giữa những tập tin này và các chương trình hỗ trợ khi sử dụng: Hình 2: Mối quan hệ giữa những tập tin và các chương trình hỗ trợ - - - EMTPWorks có 3 lớp thiết kế. Thấp nhất là một framework cho các giao diện mã thực. Một lớp thứ hai sẽ được thêm vào để hỗ trợ cho các phương thức soạn thảo. Thứ ba là lớp dành người sử dụng hoặc người phát triển truy cập vào các lớp. Nó cung cấp một tập hợp số lượng lớn các soạn thảo dành cho các thay đổi và/hoặc cập nhật hầu như bất cứ điều gì xuất hiện trên thiết kế có sẵn. Các ngôn ngữ soạn thảo là Javascript được thêm vào phương thức giao tiếp với các lớp framework. Tất cả các công cụ trong EMTP được xây dựng cho nhập liệu và xử lý các biểu tượng. Các biểu tượng có thể được cập nhật thông qua trình soạn thảo. Dữ liệu của các công cụ được thu thập dựa trên DHTML. Dạng dữ liệu mạnh này được tạo ra bằng cách sử dụng mã JavaScript, DHTML và ActiveX. Dữ liệu của các công cụ có thể lưu trữ ở bất kỳ nơi nào trên web. Người dùng có thể tạo riêng ra những công cụ của chính họ bên ngoài chương trình với đầy đủ phương thức xử lý dữ liệu. Trang 5 Tiểu luận môn học: Chất lượng điện năng - - - Nhóm 1 Ngoài các thiết bị đã được soạn thảo, EMTPWorks cung cấp đầy đủ các thiết kế soạn thảo. Trình soạn thảo được sử dụng để tìm kiếm các công cụ hoặc để tải về và sửa đổi dữ liệu cho một số lượng lớn các công cụ sử dụng một vài dòng soạn thảo. Trình soạn thảo cũng có thể được áp dụng cho các tín hiệu. Trình soạn thảo cũng được dùng để tạo ra các Netlist tĩnh cho EMTP-RV. EMTPWorks cung cấp các tuỳ chọn riêng và có thể dễ dàng chuyển đổi và được sử dụng cho các ứng dụng khác trong phân tích hệ thống điện. Hình 3: Giao diện của phần mềm EMTP-RV Giao diện người dùng (EMTPWorks) dễ sử dụng, giúp tối đa hóa khả năng của EMTPRV. Thư viện, tài liệu đầy đủ và toàn diện về các thành phần và khối chức năng giúp người dùng nghiên cứu HTĐ hoàn chỉnh và phức tạp Công cụ tính toán mạnh mẽ và nhanh chóng, cung cấp các giải pháp đáng kể cho các mô hình phi tuyến, hệ thống điều khiển và mô hình do người dùng xác định. Hình 4: Giao diện của chức năng MPLOT Trang 6 Tiểu luận môn học: Chất lượng điện năng 2.4 Nhóm 1 Thu thập dữ liệu và xử lý tín hiệu rất tốt cho việc hiển thị và phân tích kết quả mô phỏng bằng MPLOT, ScopeView THƯ VIỆN CÁC CÔNG CỤ Các công cụ được tìm thấy trong các thư viện EMTPWorks sẽ được cập nhật liên tục. Các phiên bản thương mại đầu tiên của EMTP-RV sẽ chứa các thư viện: Công cụ Pseudo: tất cả các công cụ liên kết tín hiệu được xây dựng. Nhánh RLC: - Các công cụ để xây dựng: RLC một hoặc ba pha, mô hình PI một/ba hoặc nhiều pha, mô hình PL kép một/ba hoặc nhiều pha, và nhánh FDB nhiều pha. - Các công cụ đóng gói: tải RLC ba pha (PQ). Điều khiển: được xây dựng điều khiển toàn bộ hệ thống. Công cụ điều khiển của TACS: bổ sung thêm gói các công cụ cũ TACS (loại 50, 51, v.v…). Điều khiển các chức năng: gói công cụ điều khiển các chức năng hệ thống khác nhau, chẳng hạn như PWM., PID, v.v… Điều khiển máy điện: gói công cụ máy điện kích từ đồng bộ, tuabin và bộ điều chỉnh tốc độ. Flip-flops: gói các công cụ flip-flops. HVDC: gói công cụ điều khiển các chức năng cơ bản HVDC. Dây: - Các công cụ để xây dựng: dữ liệu dây, dữ liệu cáp, Corona, mô hình dây CP một/ba hoặc nhiều pha, mô hình dây FD nhiều pha, mô hình cáp FDQ nhiều pha và mô hình dây băng rộng nhiều pha. Máy điện: - Các công cụ để xây dựng: mô hình máy điện 3 pha nhiều khối đồng bộ và không đồng bộ tổng quát. Thiết bị đo: các thiết bị đo đa dạng được xây dựng trong scopes để xác định công suất và tín hiệu điều khiển hệ thống. Thiết bị đo chu kỳ: các thiết bị đo chức năng xác định chu kì tín hiệu, Vrms, P, Q, Vsequences, v.v… Công cụ phi tuyến: - Các công cụ để xây dựng: mô hình điện trở phi tuyến xác định bằng đặc tuyến điện áp phụ thuộc, mô hình điện trở phi tuyến điều khiển, mô hình điện trở phi tuyến đặc tuyến bậc thang thay đổi theo thời gian, mô hình điện cảm phi tuyến và các chức năng tính toán các dữ liệu tương ứng, cuộn kháng Hysteretic và lắp đặt tương ứng, mô hình chống sét van SiC, mô hình chống sét van ZnO và các hàm tính toán dữ liệu tương tứng, các mô hình phóng điện hồ quang ngắn mạch khác nhau. Option: các tùy chỉnh mô phỏng, công cụ chuyển đổi dữ liệu và dịch các file EMTP-V3 cũ, công cụ thống kê. Phasors: Các thao tác chức năng phasor (cộng, trừ, quay, kết hợp, v.v…). Nguồn: Trang 7 Tiểu luận môn học: Chất lượng điện năng Nhóm 1 - Các công cụ để xây dựng: Nguồn áp và dòng xoay chiều một/ba pha, nguồn áp và dòng điều khiển, nguồn áp và dòng 1 chiều, nguồn đặc tuyến áp và dòng, nguồn áp và dòng sét, nguồn dòng CIGRE lightraq. Khóa đóng cắt: - Các công cụ để xây dựng: khóa lý tưởng, khóa điều khiển, mô hình khe hở không khí, mô hình khe hở điều khiển, khóa thống kê/hệ thống, diode lý tưởng và các khóa công suất. Biểu tượng: thư viện các ký hiệu xây dựng cho các thiết kế đơn giản hoặc cho các mạch con được tạo ra. Công cụ chuyển đổi: các gói điều khiển cho các hàm chuyển đổi cổ điển, chẳng hạn như từ ba pha qua dq0, v.v… Máy biến áp: - Các công cụ để xây dựng: mô hình máy biến áp lý tưởng đơn/nhiều pha 2 cuộn dây, BCTRAN - TOPMAG - TRELEG - mô-đun dữ liệu tính toán máy biến áp, mô-đun dữ liệu tính toán dòng xoáy và FDBFIT cho tính toán các mô hình máy biến áp tần số cao. - Các công cụ đóng gói: mô hình máy biến áp đơn pha không lý tưởng, các mô hình máy biến áp ba pha hai và ba cuộn dây và ba pha nối đất ZigZag. CHƯƠNG 3. 3.1 MÔ HÌNH CƠ BẢN CỦA CÁC PHẦN TỬ HTĐ TRONG PHẦN MÊM EMTP-RV PHỤ TẢI Voltage: Cấp điện áp phụ tải Active Power: Công suất thực (P) Reactive Power: Công suất phản kháng (Q) Frequency: tần số Đơn vị kVRMSLL VRMSLL W kW MW Var kVar MVar Hz Bảng 3: Các thông số chính của module tải Trang 8 Tiểu luận môn học: Chất lượng điện năng 3.2 Nhóm 1 ĐƯỜNG DÂY 3.2.1 Đường dây 220kV ngắn (30km) Tất cả các đường dây 220 kV có chiều dài trên 30 km được mô phỏng theo mô hình phân tán có thông số hằng số thông qua thành phần thứ tự thuận và thứ tự không. Trang 9 Tiểu luận môn học: Chất lượng điện năng Nhóm 1 Có 3 cách nhập thông số, ta lựa chọn loại thông số nhập vào tại mục Select type data R' tính bằng Ω/đơn vị chiều dài nếu XOPT=0 1 2 3 Length : chiều dài đường dây L' tính bằng mH/đơn vị chiều dài nếu XOPT=0 Điện kháng ωL' trên 1 đơn vị chiều dài ở tần số XOPT nếu XOPT ≠ 0 C' tính bằng mF/đơn vị chiều dài nếu COPT=0 Điện dẫn ωC' ở µmho/đơn vị chiều dài ở tần số COPT nếu COPT ≠ 0 R' tính bằng Ω /đơn Tổng trở Sóng Zs tính bằng Vận tốc truyền sóng vị chiều dài nếu ohm v ở đơn vị dài/sec: XOPT=0 1.0 Zs L' C' v L' C ' R' tính bằng Ω /đơn Tổng trở Sóng Zs tính bằng Thời gian truyền vị chiều dài nếu ohm sóng của đường dây XOPT=0 t, tính bằng s: L' Zs C' 1 v L' C ' 3.2.3 Đường dây 500kV Do ảnh hưởng quan trọng của mô hình đường dây 500 kV đến diễn biến quá độ của hệ thống điện, tất cả các đường dây 500 kV được mô tả bằng các đoạn đường dây không hoán vị với các thông số phụ thuộc vào tần số (mô hình J. Marti). Các vị trí hoán vị được mô phỏng theo thực tế. Trang 10 Tiểu luận môn học: Chất lượng điện năng Nhóm 1 Mô hình đường dây 500kV 1 mạch Skin effect correction: Hiệu ứng bề mặt Thick/Diam : độ dày dẫn điện None: không có hiệu ứng Solid conductor Galloway Wedepohl Bundled Conductor: Bố trị phân pha dây dẫn Number of conductors in bundle : số lượng trên 1 pha Spacing : Khoảng cách giữa 2 dây phân pha (cm) Angular position : Vị trí góc (độ) Geometrical and electrical data: Dữ điện điện và hình học cho các dây dẫn Trang 11 Tiểu luận môn học: Chất lượng điện năng 3.3 Nhóm 1 MÁY BIẾN ÁP 3.3.1 Máy biến pháp 2 cuộn dây Trong EMTP để biểu diễn máy biến áp có đặc tính từ hóa bão hòa, người ta dùng sơ đồ như sau: Trong đó: - - Mỗi cuộn dây k có một điện kháng tản, được biểu diễn bằng điện trở Rk và điện cảm Lk. Tất cả các điện kháng tản ngoại trừ L1 phải khác không. Đặc tính từ hóa và dòng điện từ hóa được hiểu như là điện kháng phi tuyến một pha ở cuộn dây 1. Tổn thất từ hóa như là hằng số, biểu diễn bằng điện trở tuyến tính Rmag song song với nhánh từ hóa. Các thông số được nhập trong modul MBA 3 pha: Basic Data: Nominal power: Công suất định mức (MVA) Nominal frequency: tần số cơ bản (Hz) Winding 1 voltage: điện áp cuộn 1 Winding 2 voltage: điện áp cuộn 2 Winding R: trở cuộn dây (pu) Winding X: điện kháng cuộn dây (pu) Magnetization data: Dữ liệu đường cong từ hóa Trang 12 Tiểu luận môn học: Chất lượng điện năng Nhóm 1 3.3.2 Máy biến áp nối tam giác: Trên thực tế ta thường gặp máy biến áp đấu tam giác. Trong EMTP để mô phỏng loại biến áp này người ta dùng ba máy biến áp một pha bão hòa. Nếu như cuộn sơ cấp đấu tam giác còn cuộn thứ cấp đấu sao trung tính nối đất thì có thể mô tả như sau: Trong đó R1 và L1 là tổng trở tản của cuộn sơ cấp (xem như giống nhau cho cả ba máy biến áp), R2 và L2 là thông số cuộn thứ cấp. Nút "T1" là nút "BUSTOP" bên trong của máy biến áp một pha thứ nhất có các đầu cực là "TA" và "TB", và tương ứng cuộn thứ cấp nối vào nút "SA" và đất. Một điểm cần lưu ý cần phải có đường dẫn xuống đất cho phía nối tam giác: cuộn dây tam giác không tải là không cho phép, vì về mặt toán học điện áp chỉ quyết định bởi một hằng số tự do. Nếu như máy biến áp nối với đường dây truyền tải điện, khi đó điện dung của đường dây sẽ tạo đường dẫn với đất. Như vậy việc nối cuộn dây tam giác với một hoặc một vài nguồn áp trực tiếp hoặc qua phần tử "đơn giản". Nhưng thông thường thì cuộn tam giác nối cô lập. Trang 13 Tiểu luận môn học: Chất lượng điện năng - Nhóm 1 Các thông số được nhập trong modul MBA 3 pha – 3 cuộn dây: Basic Data: thực hiện nhập các thông số trên 3 cuộn dây (winding1, winding 2, winding 3) Nominal power: Công suất định mức (MVA) Nominal frequency: tần số cơ bản (Hz) Winding R: trở cuộn dây (ohm) Winding X: điện kháng cuộn dây (ohm) Magnetization data: Dữ liệu đường cong từ hóa 3.4 MÁY PHÁT Để mô phỏng mức quá điện áp và các giới hạn đối với thiết bị, nguồn của hệ thống được mô phỏng bởi điện áp không đổi sau trở kháng siêu quá độ. Tỉ số X/R=80 đối với các máy phát có công suất lớn hơn 100 MVA và X/R=50 đối với các máy phát có công suất nhỏ hơn 50 MVA. Các thông số cơ bản được nhập cho modul máy phát như sau: - Bus type: loại bus Frequency: tần số Controlled Voltage: điện áp đặt, đơn vị là kVRMSLL. Phase: Độ lệch pha, đơn vị là độ. Trang 14 Tiểu luận môn học: Chất lượng điện năng - Nhóm 1 P: Công suất thực máy phát, đơn vị là MW. Q: công suất phản kháng của máy phát có khoảng từ Qmin – Q max, đơn vị là MVar. R: điện trở của máy phát, đơn vị là Ohm, bao gồm điện trở thứ tự không (zero), thứ tự thuận (positive), thứ tự nghịch (negative) L: điện kháng của máy phát, đơn vị là Ohm, bao gồm điện kháng thứ tự không (zero), thứ tự thuận (positive), thứ tự nghịch (negative) Đây là mục nhập điện áp ngõ ra của máy phát, tiến hành nhập các thông số như sau: 3.5 Vm: điện áp, được nhập trên 3 pha A, B, C, đơn vị là kVRMSLL F: tần số, chỉ cần nhập trên 1 pha A thì pha B, C tương tự, đơn vị là Hz θ: góc pha, đơn vị là độ tstart, tstop: thời gian tốn tại của điện áp máy phát, đơn vị là giây (s) TỤ BÙ DỌC Mỗi bộ tụ bù dọc được mô phỏng bởi một tụ C song song với một điện trở phi tuyến. Điện trở phi tuyến này mô phỏng MOV với các đặc tính U– I. C tính theo công thức C = 10^6/(Xc.*3.14) (F) Ở khối modul Capacitor ta nhập điện dung của tụ tại các pha A, B, C Trang 15 Tiểu luận môn học: Chất lượng điện năng 3.6 Nhóm 1 KHÁNG BÙ NGANG VÀ KHÁNG TRUNG TÍNH Các kháng bù ngang hiện hữu được mô phỏng với thông số như thực tế, các kháng mới được mô phỏng theo số liệu thiết kế. Đối với kháng 3 pha tỉ số X0/X1 = 0,8. Các kháng trung tính và điện trở trung tính của các đoạn đường dây được mô phỏng với trở kháng ứng với công suất của kháng ở điện áp danh định bằng 500 kV và tần số 50 Hz. XL= U2/QMVAR CHƯƠNG 4. MÔ PHỎNG SỬ DỤNG PHẦN MÊM EMTP-RV Trong nội dung của của đề tài “Tổng quan và các ứng dụng phần mềm EMTP-RV” báo cáo sẽ mô phỏng ứng dụng điển hình của phần mềm EMTP-RV là tính toán các hiện tượng quá độ trong hệ thống điện. Cụ thể, báo cáo sẽ tiến hành mô phỏng tính toán điện áp quá độ phục hồi (TRV) và tốc độ gia tăng điện áp (RRRV) của máy cắt kháng bù ngang tại TBA 500kV Sông Mây bằng phần mềm EMTP-RV. 4.1 TỔNG QUAN TRV trong máy cắt là điện áp xuất hiện tại đầu cực máy cắt sau quá trình cắt mạch. Đây là thông số quan trọng, thể hiện đặc tính cắt của máy cắt điện áp cao. Đặc tính của TVR, RRRV (độ lớn và tốc độ tăng) quyết định sự thành công của quá trình cắt mạch hoặc thất bại (phóng điện trở lại giữa hai cực máy cắt). Thông thường máy cắt kháng không thực hiện cắt khi có sự cố ngắn mạch trong mạch kháng hoặc sự cố ngắn mạch tại các phần tử đấu nối đến cuộn kháng trước máy cắt mà chỉ thực hiện đóng cắt theo yêu cầu cần nâng cao hoặc hạ thấp điện áp tại thanh cái đấu nối kháng. Máy cắt kháng sẽ được điều khiển thông qua thiết bị lựa chọn thời điểm đóng cắt SwitchSync. Khi kháng bù ngang bị sự cố (sự cố trong kháng hoặc sự cố đầu cực của kháng, hoặc từ 50BF..), việc thực hiện loại trừ sự cố bằng máy cắt kháng và thông qua thiết bị SwitchSync sẽ dẫn đến làm việc không chính xác do: - Các thiết bị Switchsync làm việc dựa trên tín hiệu điện áp, dòng điện trong chế độ vận hành bình thường của hệ thống. Khi có tín hiệu yêu cầu cắt máy cắt, SwitchSync ghi nhận giá trị biên độ điện áp, thời điểm… qua đó dự đoán được thời điểm điện áp hệ thống sẽ đạt Zero (theo biểu đồ dao động hình sin 50Hz) từ đó tính toán đưa lệnh cắt máy cắt, sao cho 2 cực máy cắt sẽ tách ra sau khi áp vừa qua Zero. Lúc này TRV, RRRV xuất hiện tuy nhiên sẽ không có phóng điện hồ quang vì 2 cực máy cắt đã tách xa nhau hoàn toàn. Để đảm bảo thiết bị tiên đoán đúng thời điểm đạt Zero của Trang 16 Tiểu luận môn học: Chất lượng điện năng - Nhóm 1 dao động điện áp lưới thì cần thêm một số thông tin lấy từ các cảm biến ở máy cắt, như cảm biến rung chấn của máy cắt, thông tin nhiệt độ môi trường (ảnh hưởng SF6, độ kết dính của dầu.. trong máy cắt).. các thông tin này dùng để thiết bị SwitchSync tính toán bù thêm thời gian nhằm phán đoán đúng thời điểm điện áp lưới đạt zero khi dạng sóng hơi bị méo. Vì nguyên lý vận hành của thiết bị Switchsync là vận hành trong chế độ hệ thống điện hoạt động bình thường, các dao động điện áp là dao động sin 50Hz và không bị méo dạng, vì vậy đối với các thông tin đầu vào là điện áp dao động của lưới khi xảy ra ngắn mạch (có ảnh hưởng sóng hài bậc cao, méo dạng…) thiết bị SwitchSync sẽ không làm việc chính xác. Thời điểm cắt máy cắt có thể bị kéo dài (chờ qua thời gian quá độ) hoặc không thực hiện cắt được, gây ra cắt không chọn lọc trên lưới. Trong trường hợp thực hiện cắt được máy cắt nhưng vì SwitchSync làm việc không chính xác dẫn đến cắt máy cắt kháng không đúng thời điểm, gây hư hỏng do vượt giá trị TRV và RRRV. Do vậy khi yêu cầu máy cắt kháng phải đảm bảo cắt an toàn khi có sự cố ngắn mạch xảy ra trong ngăn kháng, thì cần thiết phải có tính toán phân tích trường hợp cắt sự cố loại này qua đó có giải pháp khắc phục để lựa chọn máy cắt đảm bảo an toàn vận hành. 4.2 THÔNG SỐ THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP LUẬN: Thông số của bộ kháng bù ngang: Thiết bị Kháng bù ngang Kháng trung tính Điện trở trung tính Giá trị 91 600-800-1000 60 Đơn vị MVAr Ohm Ohm Bảng 4: Thông số thiết bị kháng bù ngang tại TBA 500kV Sông Mây Hình 5: Sơ đồ đấu nối TBA 500kV Sông Mây RRRV chịu ảnh hưởng rất nhiều bởi thành phần điện dung ký sinh xuất hiện xung quanh kháng bù ngang gây ra. Do vậy cần mô hình hóa chính xác kháng bù ngang, máy cắt và Trang 17 Tiểu luận môn học: Chất lượng điện năng Nhóm 1 thành phần điện dung ký sinh của các thiết bị đấu nối gần cuộn kháng như biến điện áp kiểu tụ (CVT), biến điện áp (VT), biến dòng (CT), chống sét van (SA), dao cách lý (DS).. để tính toán. Cảm kháng Điện dung* Kết nối với kháng bù ngang bằng µH/m pF/m Thanh cái/ dây dẫn 1 10 Cáp 0.2-0.5 200-400 GIS 0.2 60 Bảng 5: Điện dung và điện cảm thành phần đấu nối với cuộn kháng Thiết bị Biến điện áp kiểu tụ (CVT) Biến dòng (CT) Biến điện áp (VT) Chống sét van (SA) Dao cách lý (DS) Trụ đỡ sứ Điện dung* nF 16-Feb 0.15-0.45 0.15-0.45 0.08-0.12 0.06-0.2 0.01 Bảng 6: Điện dung ký sinh của các thiết bị trong trạm biến áp Hình 6: Mô hình tính toán của kháng bù ngang có đấu nối đến kháng trung tính Trang 18 Tiểu luận môn học: Chất lượng điện năng Nhóm 1 Hình 7: Mô hình kháng bù ngang tại TBA 500kV Sông Mây được mô phỏng bằng phần mềm EMTP-RV - Thứ tự đóng cắt được xác định tuỳ theo các hiện tượng được nghiên cứu. Trong nghiên cứu TRV, RRRV máy cắt kháng với trình tự mở máy cắt được thể hiện trong hình dưới: Reactor_CB Thêi ®iÓm sù cè Df 0 5 15 25 LÖnh c¾t CB 55 65 75 t(ms) Hình 8: Khung thời gian sự cố Df và thời điểm cắt máy cắt CB Trang 19 Tiểu luận môn học: Chất lượng điện năng - Nhóm 1 Phân bố xác suất đối với thời điểm sự cố cũng như thời điểm mở máy cắt CB là phân bố đều. Giá trị TRV, RRRV không những phụ thuộc vào chế độ phụ tải mà còn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố ngẫu nhiên khác. Các yếu tố ngẫu nhiên này bao gồm: Các dạng sự cố: một pha, 2 pha - đất, 2 pha, 3 pha. Vị trí sự cố. Thời điểm mở các cực của máy cắt. - Vì vậy để có thể tìm ra được giá trị TRV, RRRV cao nhất có thể, cần phải tính toán với các chế độ sự cố khác nhau. Do giá trị TRV, RRRV không những phụ thuộc vào chế độ hệ thống, điểm sự cố, dạng sự cố,.., mà còn phụ thuộc rất nhiều vào thời điểm sự cố cũng như thời điểm mở các cực của máy cắt. Vì vậy, khi tính toán giá trị TRV, RRRV nhất thiết phải tính đến sự phấn bố xác suất của các thời điểm này. Trong EMTP-RV, mô phỏng xác suất thời điểm sự cố và thời điểm mở các cực của máy cắt được thực hiện bằng các khoá xác suất (statistical switch) với các thông số sau: Thời điểm sự cố được là giá trị ngẫu nhiên theo phân bố đều trong khoảng 0,015 0,000577s. Thời điểm mở máy cắt là giá trị ngẫu nhiên theo phân bố đều trong khoảng 0,065 0,00577s. Khóa sự cố (Fault switch): xác suất sự cố phân bố theo quy luật đều (Uniform). Khóa máy cắt (CB switch): xác suất cắt phân bố theo quy luật đều (pha A) và quy luật đều (Pha B & pha C). Hình 9: Cài đặt xác xuất đóng cắt của máy cắt kháng tại TBA 500kV Sông Mây Trang 20 Tiểu luận môn học: Chất lượng điện năng - Nhóm 1 Số lần mô phỏng: Mô phỏng, 100 lần tính toán với thời điểm sự cố và thời điểm mở các cực máy cắt là ngẫu nhiên được thực hiện bằng phần mềm EMTP-RV. 4.3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 1.8 TRVa@control_max@1 1.6 TRVb@control_max@1 TRVc@control_max@1 1.4 TRVa@control_min@1 TRV (pu) 1.2 TRVb@control_min@1 TRVc@control_min@1 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 20 40 60 Simulation number 80 100 120 Hình 10: Giá trị TRV 3 pha máy cắt kháng theo số lần mô phỏng. Cắt ngắn mạch 3 pha 5 8 x 10 Reactor_CBa@vb@1 Reactor_CBb@vb@1 Reactor_CBc@vb@1 6 4 TRV (V) 2 0 -2 -4 -6 -8 60 70 80 90 t (ms) 100 110 120 Hình 11: Dạng sóng TRV 3 pha máy cắt kháng. Cắt ngắn mạch 3 pha Từ dạng sóng TRV 3 pha của máy cắt kháng ta tính được giá trị TVR, RRRV (độ lớn và tốc độ tăng) của máy cắt. Trang 21 Tiểu luận môn học: Chất lượng điện năng Nhóm 1 4 5 x 10 4 Branch currents (A) 3 2 Reactor_CBa@is@1 Reactor_CBb@is@1 1 Reactor_CBc@is@1 0 -1 -2 -3 -4 -5 0 20 40 60 t (ms) 80 100 120 Hình 12:Dạng sóng dòng điện ngắn mạch qua máy cắt kháng. Cắt ngắn mạch 3 pha Các giá trị tính toán TRV và RRRV khi mô phỏng bằng phần mềm EMTP-RV, sẽ được sử dụng để lựa chọn các máy cắt có thông số phù hợp sao cho máy cắt có thể chịu đựng được giá trị TRV và RRRV đã tính toán, đảm bảo an toàn cho các máy cắt khi thực hiện thao tác đóng cắt trong trường hợp vận hành bình thường cũng như trường hợp sự cố. Trong trường hợp cần đưa ra giải pháp để đảm bảo vận hành dựa vào kết quả tính toán TRV và RRRV khi mô phỏng bằng phần mềm EMTP-RV, ta có thể đưa ra các giải pháp để giảm thiểu giá trị TRV và RRRV để đảm bảo vận hành an toàn cho máy cắt hiện hữu đồng thời tính toán kiểm tra giải pháp đưa ra. Trang 22 Tiểu luận môn học: Chất lượng điện năng Nhóm 1 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] – EMTP Theory Book. Branch of System Engineering Bonneville Administration Portland, Oregon 97208-3621 United States oh America. Power [2] – EMTP Rule Book. [3] – Vũ Đức Quang (2009). Luận văn tốt nghiệp đề tài “Mô phỏng quá độ sét lan truyền vào trạm biến áp cao áp bằng phần mềm EMTP-RV”. [4] – Các catalogue, slide thuyết trình của công ty Powersys về phần mềm EMTP-RV. |
