Hướng dẫn sử dụng Power World Simulator HƯỚNG DẨN SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH POWERWORLD SIMULATOR Đinh Công Thiện Đinh Công Thiện-ĐH Tây Đô (1) Hướng dẫn sử dụng Power World Simulator 1.Giới thiệu PowerWorld Simulator phần mềm mô hệ thống điện hãng PTI Phần mềm cung cấp công cụ mô hiệu quan trọng cho phép khảo sát đối tượng, hệ thống hay trình kỹ thuật - vật lý giúp người kỹ sư điện có khả rút ngắn thời gian giảm chi phí nghiên cứu Điều quan trọng phần mềm khả tính toán toán giá thành điện hiển thị trực tiếp giá thành đường dây tải điện Đây công cụ hữu ích việc tính toán thiết kế định chế độ vận hành cho hệ thống điện hướng tới mục tiêu thị trường điện Việt Nam 2.1 Sơ lược đối tượng sơ đồ đơn tuyến Thanh (Bus): Bus nơi mà thiết bị đường dây/máy biến áp,máy phát, tải… nối vào Có loại Bus: C Slack bus(swing): bus cân C Load bus:hầu hết hệ thống load bus C Voltage controlled bus: điện áp bus điều chỉnh phạm vi cho trước  Đường dây/máy biến áp(Transmission line/transformer): thiết bị truyền tải công suất bus  Nguồn( Generator): nguồn phát công suất  Tải(load): Thiết bị tiêu thụ công suất  Thiết bị bù: C Swiched shunt: Bù ngang C Series capacitor: Bù dọc  Máy cắt (Circuit Breakers ): thiết bị đóng/cắt thiết bị khác như: DZ/MBA, nguồn,tải…  Biểu đồ hình tròn: thiết bị thể mức độ mang tải DZ/MBA…  Và số thiết bị khác: mặt phân cách, hình nền…  2.2.Tạo Case Để khởi động chương trình nhấp đôi chuột vào biểu tượng PowerWorld Simulator Để tạo Case mới, từ menu chọn File>New Case click lên nút Open simulator Case công cụ Màn hình chuyển sang màu trắng, màu mặc định sơ đồ sợi Powerworld, sơ đồ sợi dùng việc phân tích để tái lại hệ thống điện pha dùng dây để thể thiết bị pha Để xem file có sẵn chọn File >Open Case từ menu chọn nút Open Case công cụ Đinh Công Thiện-ĐH Tây Đô (2) Hướng dẫn sử dụng Power World Simulator 2.2.1 Chèn thiết bị phân phối( Bus ) Bus thành phần quan trọng mô hình hệ thống điện, dùng để thể điểm kết nối nơi mà thiết bị kết nối với hệ thống điện Trong việc xây dựng mô hình hệ thống điện dùng PowerWorld Simulator bạn vẽ Bus sơ đồ sợi gắn với thiết bị máy phát tải với Bus Việc chèn Bus sơ đồ sợi nói chung đơn giản gồm bước sau: - chọn Insert>Bus từ menu chọn nút Bus công cụ - Click chuột lên sơ đồ nơi mà bạn muốn đặt Bus Khi xuất hộp thoại Bus Options Hình2.1- Hộp thoại Bus options Từ hộp thoại nhập đầy đủ thông tin cần thiết đặt tên, kích cỡ, định hướng vùng, điện áp định mức Bus Tải thành phần rẽ nhánh nối vào - Click OK để đóng hộp thoại, Bus xuất hiện, có hình dạng đường thẳng nằm ngang thẳng đứng sơ đồ Chèn máy phát Tiếp theo gắn Máy phát với Bus, Máy phát chèn theo bước tương tự chèn Bus, trình tự sau: - Chọn Insert>Generator từ menu chọn nút Generator công cụ - Click chuột trái lên Bus sơ đồ vị trí mà bạn muốn gắn vào, lúc hộp thoại Generator Options xuất Đinh Công Thiện-ĐH Tây Đô (3) Hướng dẫn sử dụng Power World Simulator Hình 2.2 - Hộp thoại Generator Options Từ hộp thoại nhập đầy đủ thông tin cần thiết, lựa chọn đơn vị Máy phát, kích thước hiển thị, chiều, công suất tác dụng giới hạn, công suất phản kháng giới hạn, điểm đặt điện áp bảng giá - Click OK, để đóng hộp thoại kết thúc việc tạo lập Máy phát Sơ đồ trông giống sơ đồ Hình 2.3 – Sơ đồ sợi gồm Bus Máy phát Thêm Bus thứ hai với Tải Tương tự, để thêm Bus thứ hai chọn Insert>Bus từ menu click vào nút Bus công cụ - Click chuột lên sơ đồ nơi phía bên phải Bus thứ Khi xuất hộp thoại Bus Options Điền đầy đủ thông số cần thiết,và click OK để kết thúc việc chèn Bus thứ hai - Để vẽ Tải ta chọn Insert>Load từ menu click vào nút Load công cụ Click chuột trái lên điểm cuối Bus thứ hai này, lúc hộp thoại Load Options xuất Đinh Công Thiện-ĐH Tây Đô (4) Hướng dẫn sử dụng Power World Simulator Hình2 – Hộp thoại Load Options - Điền đầy đủ thông số cần thiết Tải công suất tác dụng(MW), công suất phản kháng(Mvar), hướng biểu tượng, - Click OK để đóng hộp thoại kết thúc việc chèn Tải Sơ đồ lúc có dạng hình vẽ One slac k Two 200 MW 100 Mvar 203 MW 111 Mvar Hình 2.5 – Sơ đồ sợi có Bus, Máy phát Tải Chèn đường dây xoay chiều Để nối hai Bus với nhau, chèn đường dây AC cách: - Chọn Insert>Tranmission Line từ menu click vào nút Tranmission Line công cụ Click chuột trái vào điểm bắt đầu đường dây kéo chuột đến điểm cuối đường dây Trong trình kéo chuột bạn vẽ đoạn đường dây theo ý cách click chuột trái lần cho đoạn, để kết thúc đoạn cuối hình thành đường dây nhấp đôi chuột điểm cuối đường dây Hộp thoại Tranmission Line / Transformer Options xuất Đinh Công Thiện-ĐH Tây Đô (5) Hướng dẫn sử dụng Power World Simulator Hình 2.6 – Hộp thoại Tranmission Line / Transformer Nhập đầy đủ thông số cần thiết thông số đường dây điện trở, điện kháng, dung dẫn… - Click OK để kết thúc việc chèn đường dây Hình 2.7 – Sơ đồ sợi gồm : 2Bus , Máy phát, Tải , Đường dây Chèn flow pie chart đường dây Khi đường dây vẽ xong tự động có flow pie chart, bạn chèn thêm vào line flow pie chart cách click vào nút line flow pie chart sau click gần đường dây, hộp thoại xuất hiện, điền thay đổi kích cỡ Hình 2.8 – Hộp thoại Line/ Tranformer flow pie chart - Click OK để đóng hộp thoại Đinh Công Thiện-ĐH Tây Đô (6) Hướng dẫn sử dụng Power World Simulator Chèn máy cắt - Chọn Insert> Circuit breaker từ menu chọn nút Circuit breaker công cụ click lên đường dây gần Bus Hộp thoại Circuit breaker Options xuất Hình 9- Hộp thoại Circuit breaker - Click OK để kết thúc, tương tự ta chèn máy cắt gần Bus Chèn máy biến áp Để chèn máy biến áp trước hết cần chèn Bus thứ khác cấp điện áp - Chọn Insert> Tranformer từ menu chọn nút Tranfomer công cụ, sau click lên Bus vẽ đường dây tới Bus bạn vẽ xong đường dây hộp thoại Tranmission Line /Transformer Option xuất Nhập thông số cần thiết điện trở, điện kháng,dung dẩn, kích cỡ … Hình 2.10 – Hộp thoại Tranmission Line /Transformer Option Đinh Công Thiện-ĐH Tây Đô (7) Hướng dẫn sử dụng Power World Simulator - Click OK để kết thúc,và lặp lại tương tự vẽ thêm máy biến áp Bus Bus hoàn thành ta có sơ đồ đây: Hình 2.11 – Sơ đồ 3Bus , Máy phát, Máy biến áp, Đường dây, Tải Chèn tụ bù ngang (Swichted Shunt ) Swichted Shunt gồm tụ điện ghép lại để cung cấp lượng phản kháng (MVAR) tiêu thụ công suất phản kháng - Chọn Insert>Swichted Shunt từ menu chọn nút Swichted shunt công cụ Click lên Bus mà bạn muốn đặt hộp thoại Swichted Shunt Option xuất Hình 2.12 – Hộp thoại Swichted Shunt Options Xác định số Bus nhập giá trị định mức vào ô Nominal Mvar Đinh Công Thiện-ĐH Tây Đô (8) Hướng dẫn sử dụng Power World Simulator - Click OK để đóng hộp thoại , giả sử ta đặt tụ bù Bus , sơ đồ sau: Hình 2.13 – Sơ đồ sợi có Swichted Shunt Ghi tiêu đề, hiển thị thông số cho Bus đường dây Chúng ta xây dựng gần xong Case mới, nhiên trước kết thúc nhập số ô thông tin trực tiếp lên sơ đồ để giúp ta quan sát hoạt động sơ đồ tốt - Chọn Insert>text từ menu để đưa hộp thoại text object nhập tên mà ban muốn đặt click OK Để định dạng nhanh chọn Fromat>Font để chọn font, màu, cỡ chữ từ hộp thoại Format Multiple Objects - Để thêm thông số hiển thị điện áp, dòng công suất, tổn thất công suất… ta thực sau:  Nhấp chuột phải lên Bus Đường dây để gọi menu Chọn Add new fields Around Bus từ menu Nó mở hộp thoại Bus fields  Hình 2.14- Hộp thoại Bus fields Chọn vị trí mà bạn muốn thêm ô click OK Hộp thoại Bus fields mở  Đinh Công Thiện-ĐH Tây Đô (9) Hướng dẫn sử dụng Power World Simulator Hình 2.15 – Hộp thoại Bus Field Options  Chỉnh sửa lựa chọn kiểu hiển thị click OK Lần lượt làm tương tự cho Đường dây, Máy phát, Tải ta có thông số sơ đồ mà ta muốn hiển thị Ta có sơ đồ đơn giản sau: Hình 2.16 – Sơ đồ Case có hiển thị thông số đơn giản Chạy mô Case Để chạy mô Case trước hết click vào nút Run Mode công cụ Sau chọn Simulator>Play click vào nút single solution công cụ Sơ đồ hoạt động hình 17, bạn hoàn thành Case Đinh Công Thiện-ĐH Tây Đô (10) Hướng dẫn sử dụng Power World Simulator Hình 2.17 – Sơ đồ Case hoạt động 2.3.Cách giải vấn đề tối ưu công suất (OPF) PowerWorld Simulator phần mềm ứng dụng thiết kế để mô hoạt động hệ thống điện cao áp Trong chế độ chuẩn Simulator giải toán tính trào lưu công suất thuật toán Newton – Raphson Với tăng cường công suất tối ưu (OPF), Simulator OPF giải phương trình sử dụng OPF Đặc biệt Simulator OPF giải toán OPF sử dụng thuật toán LP Mục đích OPF xác định cực tiểu hàm mục tiêu (hàm chi phí) cách thay đổi điều khiển hệ thống khác mà có ý đến ràng buộc cân ràng buộc không cân bằng, dùng để mô tả ràng buộc cân công suất giới hạn hoạt động khác Trong Simulator OPF, chức LP OPF tìm lời giải tối ưu cách thử dần lời giải chuẩn tiếp đến giải thuật toán tuyến tính để thay đổi điều chỉnh hệ thống để loại bỏ vi phạm giới hạn Giải OPF, ví dụ cho hệ thống Bus: Ở bắt đầu với Case Bus (B3LP) có PowerWorld / Simulator/ Sample Cases Bus Slack bus.Tất Bus kết nối với qua đường dây có kháng 0,1pu có giới hạn 100MVA, có tải 180MW Bus3 Chi phí máy phát là: - Bus 1: 10 $/ MWh, phạm vi ÷ 400 MW - Bus 2: 12 $/ MWh, phạm vi ÷ 400 MW - Bus 1: 20 $/ MWh, phạm vi ÷ 400 MW Đinh Công Thiện-ĐH Tây Đô (11) Hướng dẫn sử dụng Power World Simulator Ta tiến hành bước sau: - Mở Case B3LP - Kiểm tra thông số đường dây cách click phải lên đường dây, Bus, máy phát chọn hộp thoại Line/Bus/Generator information từ menu sổ xuống - Chọn Run Mode Hình 2.18 – Sơ đồ Bus mô sử dụng LP OPF > Primal LP - Để tính OPF, yêu cầu trường trạng thái AGC tất miền (Areas) phải chọn OPF Để đặt AGC miền thành OPF: Chọn LP OPF>OPF Areas Hộp thoại OPF Areas Records tự động mở Kiểm tra trường trạng thái AGC chọn OPF chưa Nếu chưa, nhấp đôi chuột lên trường để thay đổi giá trị, sau đóng hộp thoại OPF Areas Records - Chọn LP OPF > Primal LP để mô Case Chú ý giới hạn đường dây không đặt trước để ép buộc Bạn thấy hình giống đây: Chú ý: Đường dây nối Bus Bus bị tải toàn Bus có chi phí OPF Line Limit Enforcement (Ràng buộc giới hạn đường dây) - Chọn LP/OPF >OPF Areas Cột Branch MVA xác định liệu giới hạn MVA đường dây máy biến áp (mà có đầu nối vào miền này) có ép buộc hay không Đối với đường dây truyền tải hay máy biến áp có ràng buộc OPF chức Line/ Transformer Constraints phải không bị vô hiệu hóa hộp thoại OPF Option Và riêng đường dây/máy biến áp phải thực ràng buộc hình hiển thị OPF line/ Tranformer MVA Constraints Đinh Công Thiện-ĐH Tây Đô (12) Hướng dẫn sử dụng Power World Simulator - Nhấp đôi chuột lên trường Branch MVA để thay đổi giá trị thành Yes, sau đóng hộp thoại OPF Areas - Chọn LP/ OPF > Options - Hộp thoại LP OPF tự động mở ra, chọn mục Constraint Option click Disable line/ Tranformer MVA Limit Enforcement để loại bỏ dấu chọn - Click Solve LP OPF sau click OK Hình 2.19 –Giải ví dụ 3PLP với ép buộc giới hạn đường dây LP – OPF phân bố lại để loại bỏ vi phạm giới hạn Chi phí Bus có thay đổi so với ví dụ trước Chi phí Bus 14 $/MWh Để kiểm tra điều ta thực tiếp: - Tăng 1MW Bus 3, click chuột phải lên tải nhập 181.0 lên trường Constant Power /MW Value hộp thoại Load option click OK - Chọn LP OPF > Primal LP Toàn chi phí tăng lên 1935 $/hr so với giá trị trước 1921 $/hr, ta thấy chênh lệch 14$/hr Bus tăng lên 1MW Giải thích vấn đề Bus LMP = 14$/MWh Toàn đường dây có tổng trở, công suất chạy mạch phân bố tỉ lệ nghịch với tổng trở - Đối với Bus để cấp 1MW cho Bus 3, 2/3MW chạy trực đường từ đến 3, 1/3MW theo đường đến đến - Tương tự, Bus cung cấp 1MW cho Bus 3, 2/3 MW theo đường đến 1/3MW theo đường đến đến Đinh Công Thiện-ĐH Tây Đô (13) Hướng dẫn sử dụng Power World Simulator - Để cung cấp thêm 1MW cho Bus 3, ta cần thay đổi công suất phát máy phát (Pg1) cộng với công suất thay đổi máy phát (Pg2) 1MW Pg1 + Pg2 = 1MW - Với đường dây từ đến bị giới hạn nên cho phép tăng công suất truyền (2/3)Pg1 + (1/3)Pg2 = - Giải hệ phương trình ta có: Pg1 = - 1MW Pg2 = 2MW ∆ Cost = ∑ ( ∆ Pg*LMP) = [(-1MW)*(10.00$/MWh) + (2MW)*(12.00$/MWh)] = 14.00$/hr Chi phí OPF có ràng buộc Tương tự chi phí Bus, bạn tính chi phí việc thực ràng buộc đường dây Đối với đường dây truyền tải giá trị thể phần chi phí hệ thống tiết kiệm giới hạn công suất tăng lên 1.0MVA Chọn LP OPF>OPF Line and Transformer, hộp thoại OPF constraints mở Chú ý: cột MVA Marginal Cost hiển thị 6.0 cho đường dây từ Bus đến Bus Giá trị xác định sau: - Nếu thay đổi hệ thống tải Pg1 + Pg2 = - Nếu ta thêm MVA cho dòng nhánh từ Bus Đến Bus (2/3)Pg1 + (1/3) Pg2 = - Giải hệ phương trình ta có: Pg1 = 3MW Pg2 = - 3MW ∆ Cost = ∑ ( ∆ Pg*LMP) = [(3MW)*(10.00$/MWh) + (-3MW)*(12.00$/MWh)] = - 6.00$/hr Như lưới tiết kiệm 6.00$/hr OPF ép buộc ràng buộc Tiếp theo ta quan sát Case với ràng buộc không ép buộc Ta tiến hành tăng tải Bus lên 250 MW chạy lại LP OPF - Click chuột phải lên Bus nhấp 250 vào trường Constant Power/ MW Value - Chọn LP OPF > Primal LP Chú ý đường dây nối Bus với Bus khác đạt giới hạn MVA máy phát Bus cung cấp cho tải Khi tải vượt giới hạn đường dây truyền tải Đinh Công Thiện-ĐH Tây Đô (14) Hướng dẫn sử dụng Power World Simulator Hình 2.20 –Giải ví dụ B3LP với máy phat Bus mang tải Tiếp theo ta mở máy phát Bus ràng buộc không ép buộc nữa: - Click lên biểu tượng máy cắt màu đỏ nối máy phát Bus để mở máy cắt - Chọn LP OPF > Primal LP Hình 2.21-Giải ví dụ B3LP với ràng buộc không ép buộc Tất hai ràng buộc ép buộc, ràng buộc ép buộc không điều khiển Slack gắn với ép buộc mà ràng buộc loại bỏ từ LP Đinh Công Thiện-ĐH Tây Đô (15) Hướng dẫn sử dụng Power World Simulator Chú ý giá trị LMP Bus đạt đến 1000$/MWh Chi phí phụ thuộc chi phí tùy ý biến Slack, giá trị xác định trường Marginal Violation Cost hộp thoại LP OPF > Options Đinh Công Thiện-ĐH Tây Đô (16) [...].. .Hướng dẫn sử dụng Power World Simulator Hình 2.17 – Sơ đồ Case đang hoạt động 2.3.Cách giải quyết vấn đề tối ưu công suất (OPF) PowerWorld Simulator là một phần mềm ứng dụng được thiết kế để mô phỏng hoạt động của hệ thống điện cao áp Trong chế độ chuẩn Simulator giải bài toán tính trào... (B3LP) có trong PowerWorld / Simulator/ Sample Cases Bus 1 là Slack bus.Tất cả các Bus được kết nối với nhau qua đường dây có kháng 0,1pu và có giới hạn là 100MVA, có một tải 180MW ở Bus3 Chi phí của các máy phát là: - Bus 1: 10 $/ MWh, phạm vi 0 ÷ 400 MW - Bus 2: 12 $/ MWh, phạm vi 0 ÷ 400 MW - Bus 1: 20 $/ MWh, phạm vi 0 ÷ 400 MW Đinh Công Thiện-ĐH Tây Đô (11) Hướng dẫn sử dụng Power World Simulator... OPF - Click chuột phải lên Bus 3 và nhấp 250 vào trường Constant Power/ MW Value - Chọn LP OPF > Primal LP Chú ý rằng đường dây nối giữa Bus 3 với các Bus khác đã đạt giới hạn MVA và máy phát ở Bus 3 đang cung cấp cho tải Khi tải đã vượt quá các giới hạn trên đường dây truyền tải Đinh Công Thiện-ĐH Tây Đô (14) Hướng dẫn sử dụng Power World Simulator Hình 2.20 –Giải ví dụ B3LP với máy phat ở Bus 3 đang... khi 1/3MW sẽ theo đường 1 đến 2 đến 3 - Tương tự, đối với Bus 2 cung cấp 1MW cho Bus 3, thì 2/3 MW sẽ theo đường 2 đến 3 và 1/3MW sẽ theo đường 2 đến 1 đến 3 Đinh Công Thiện-ĐH Tây Đô (13) Hướng dẫn sử dụng Power World Simulator - Để cung cấp thêm 1MW cho Bus 3, ta cần thay đổi công suất phát của máy phát 1 (Pg1) cộng với công suất thay đổi máy phát 2 (Pg2) bằng 1MW Pg1 + Pg2 = 1MW - Với đường dây từ... vô hiệu hóa trên hộp thoại OPF Option Và riêng từng đường dây/máy biến áp phải thực hiện ràng buộc trên màn hình hiển thị OPF line/ Tranformer MVA Constraints Đinh Công Thiện-ĐH Tây Đô (12) Hướng dẫn sử dụng Power World Simulator - Nhấp đôi chuột lên trường Branch MVA để thay đổi giá trị thành Yes, sau đó đóng hộp thoại OPF Areas - Chọn LP/ OPF > Options - Hộp thoại LP OPF tự động mở ra, chọn mục Constraint... Tất cả hai ràng buộc không thể ép buộc, nếu 1 ràng buộc có thể ép buộc do không điều khiển Slack gắn với sự ép buộc mà ràng buộc không thể loại bỏ từ LP cơ bản Đinh Công Thiện-ĐH Tây Đô (15) Hướng dẫn sử dụng Power World Simulator Chú ý là giá trị LMP ở Bus 3 đạt đến 1000$/MWh Chi phí phụ thuộc chi phí tùy ý của biến Slack, giá trị này được xác định ở trường Marginal Violation Cost của hộp thoại LP OPF... Simulator giải bài toán tính trào lưu công suất bằng thuật toán Newton – Raphson Với sự tăng cường công suất tối ưu (OPF), Simulator OPF cũng có thể giải những phương trình đó sử dụng OPF Đặc biệt Simulator OPF giải bài toán OPF sử dụng thuật toán LP Mục đích của OPF xác định cực tiểu hàm mục tiêu (hàm chi phí) bằng cách thay đổi sự điều khiển hệ thống khác nhau mà có chú ý đến các ràng buộc cân bằng cũng... các thông số trên đường dây bằng cách click phải lên mỗi đường dây, Bus, máy phát và chọn các hộp thoại Line/Bus/Generator information từ menu sổ xuống - Chọn Run Mode Hình 2.18 – Sơ đồ 3 Bus mô phỏng sử dụng LP OPF > Primal LP - Để tính OPF, yêu cầu trường trạng thái AGC của tất cả các miền (Areas) phải được chọn là OPF Để đặt AGC của miền thành OPF: Chọn LP OPF>OPF Areas Hộp thoại OPF Areas Records... Chi phí ở các Bus có thay đổi so với ví dụ trước Chi phí mới ở Bus 3 là 14 $/MWh Để kiểm tra điều này ta thực hiện tiếp: - Tăng 1MW ở Bus 3, click chuột phải lên tải và nhập 181.0 lên trường Constant Power /MW Value trong hộp thoại Load option và click OK - Chọn LP OPF > Primal LP Toàn bộ chi phí tăng lên 1935 $/hr so với giá trị trước là 1921 $/hr, ta thấy chênh lệch 14$/hr khi Bus 3 đã tăng lên 1MW