Language
Country/Area
No result found
Phân tích hệ thống điện: Tại sao điện toán số lại quan trọng hơn các thí nghiệm mô phỏng?
Trong lĩnh vực kỹ thuật điện, nghiên cứu dòng điện thường là các phân tích số nhằm phân tích dòng năng lượng điện trong các hệ thống điện được kết nối với nhau. Các nghiên cứu như vậy thường sử dụng các ký hiệu đơn giản hóa như sơ đồ đường đơn và hệ thống trên mỗi đơn vị, tập trung vào các khía cạnh khác nhau của các thông số nguồn điện xoay chiều như điện áp, góc điện áp, công suất thực và công suất phản kháng. Nghiên cứu như vậy không chỉ quan trọng đối với hoạt động bình thường và ổn định của hệ thống mà còn là công cụ chính để lập kế hoạch mở rộng hệ thống điện trong tương lai và vận hành tối ưu các hệ thống hiện có.
Thông tin chính cho nghiên cứu dòng điện bao gồm cường độ điện áp và góc pha của từng thanh cái cũng như công suất tác dụng và công suất phản kháng chạy trong mỗi đường dây.
Khi độ phức tạp của hệ thống điện tăng lên, việc tính toán thủ công dòng điện trở nên không thực tế, vì vậy các máy phân tích dữ liệu cụ thể đã được thiết kế từ năm 1929 đến đầu năm 1960 để cung cấp mô hình vật lý ở quy mô phòng thí nghiệm. Vai trò của những thí nghiệm mô phỏng này cuối cùng đã được thay thế bằng máy tính kỹ thuật số quy mô lớn và các giải pháp số của chúng. Ngày nay, không chỉ các nghiên cứu về dòng điện mà cả các tính toán như phân tích sự cố ngắn mạch, nghiên cứu độ ổn định (trạng thái nhất thời và ổn định), cấu hình tổ máy và điều độ kinh tế, tất cả đều dựa vào các quy trình dựa trên tính toán số. Đặc biệt, một số chương trình sử dụng lập trình tuyến tính để tìm ra dòng điện tối ưu, xác định điều kiện chi phí thấp nhất trên mỗi kWh được cung cấp.
Các nghiên cứu về dòng điện đặc biệt có giá trị đối với các hệ thống có nhiều trung tâm phụ tải, chẳng hạn như các tổ hợp nhà máy lọc dầu. Nó không chỉ phân tích xem công suất của hệ thống có thể cung cấp đầy đủ cho tải kết nối hay không mà còn giúp chúng ta xác định cách thiết bị có thể hoạt động hợp lý, từ đó giảm tổn thất và nâng cao hiệu quả. Việc tiến hành nghiên cứu lưu lượng tải có thể cung cấp thông tin chuyên sâu và đề xuất tối ưu hóa cho hoạt động của hệ thống, nhằm tối đa hóa sản lượng đồng thời giảm thiểu chi phí vận hành.
Thông qua những phân tích này, việc tính toán lưu lượng điện có ý nghĩa quan trọng đối với hoạt động tối ưu của tổ máy phát điện.
Để xử lý độ bất định, nghiên cứu dòng tải có thể được chia thành dòng tải xác định và dòng tải có xét đến độ không đảm bảo. Dòng tải xác định không xem xét độ không đảm bảo do hoạt động phát điện và hoạt động của phụ tải. Để xem xét độ không đảm bảo này, có thể sử dụng lý thuyết xác suất, lý thuyết khả năng, lý thuyết quyết định khoảng cách thông tin, tối ưu hóa mạnh mẽ và phân tích khoảng thời gian.
Mô hình dòng điện xoay chiều được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực kỹ thuật điện để phân tích mạng lưới điện. Nó tạo thành một hệ phương trình phi tuyến mô tả dòng năng lượng dọc theo mỗi đường truyền. Vì dòng điện là một hàm của bình phương điện áp trên trở kháng tải nên vấn đề vốn dĩ là phi tuyến. Vì lý do này, việc phân tích thường không thực tế đối với các mạng lớn, do đó, các mô hình dòng điện một chiều tuyến tính (nhưng kém chính xác) thường được sử dụng.
Trong các ứng dụng thực tế, việc phân tích hệ thống điện ba pha thường được đơn giản hóa bằng cách giả định tải đồng đều cho cả ba pha. Ngoài ra, giả sử rằng tất cả các dạng sóng dòng điện và điện áp đều có dạng hình sin và không có sự thay đổi nhất thời do thay đổi tải hoặc thế hệ. Theo các giả định như vậy, hệ thống hoạt động tương đối ổn định và có thể được đơn giản hóa hơn nữa bằng cách sử dụng phân tích pha.
Một cách đơn giản hóa khác là sử dụng hệ thống trên mỗi đơn vị để chuyển đổi tất cả các giá trị thực tế của điện áp, dòng điện và trở kháng thành một số giá trị tham chiếu thuận tiện.
Mục tiêu của bài toán dòng điện là thu được thông tin về góc và cường độ điện áp hoàn chỉnh cho mỗi bus, dựa trên các điều kiện điện áp và công suất thực của tải và thế hệ đã cho. Khi thông tin này được xác nhận, dòng công suất tác dụng và công suất phản kháng qua từng nhánh của cây có thể được xác định bằng phương pháp phân tích. Tuy nhiên, do tính chất phi tuyến của bài toán nên cần phải có các phương pháp số để có được lời giải trong phạm vi cho phép có thể chấp nhận được.
Phương pháp Newton được sử dụng rộng rãi để giải các phương trình phi tuyến nêu trên. Cách tiếp cận này là một kỹ thuật lặp bắt đầu bằng việc dự đoán ban đầu tất cả các biến chưa biết, chẳng hạn như cường độ điện áp và góc của bus tải cũng như góc điện áp của bus phát điện. Sau đó, việc mở rộng Taylor được thực hiện trên hệ phương trình cân bằng hàm và giải pháp được thực hiện dựa trên hệ phương trình tuyến tính thu được và quá trình này được lặp lại cho đến khi đáp ứng điều kiện dừng và thu được giải pháp cuối cùng.
Ưu điểm của điện toán kỹ thuật số là nó có thể chuyển đổi các hệ thống điện phức tạp thành các mô hình dựa trên dữ liệu, cho phép chúng ta không chỉ tiến hành phân tích nhanh hơn mà còn dự đoán các vấn đề có thể xảy ra chính xác hơn và ứng phó kịp thời. Việc ứng dụng công nghệ số trong hệ thống điện chắc chắn đã trở thành một công cụ thiết yếu đối với các kỹ sư điện hiện đại. Tuy nhiên, trong quá trình phổ biến điện toán số, phải chăng chúng ta cũng đang đánh mất sự hiểu biết trực quan và kinh nghiệm vận hành do các thí nghiệm mô phỏng mang lại?
