Đồ án môn học II

Ứng dụng phần mềm ATP
Mục Lục

1


Đồ án môn học II

Ứng dụng phần mềm ATP

Chương 1. Dẫn nhập:
Sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế và nhất là sự phát triển
vượt bậc của khoa học kỹ thuật, nguồn điện là thứ thiết yếu nhất trong mọi
sinh hoạt cũng phải đảm bảo chất lượng, ổn định và công suất đạt yêu cầu
mà chỉ cần chi trả một lượng tiền hợp lý. Thế nên vấn đề công suất phát ra
và truyền tải, tiêu thụ vẫn đang là vấn đề “nóng hổi” được bàn đến và nghiên
cứu trong tất cả các trường có chuyên nghành điện. Tổn hao công suất ảnh
hưởng đến chất lượng và kinh tế nên có các giải pháp được đưa ra nhưng
một trong những biện pháp hữu hiệu nhất là bù công suất phản kháng cho
hệ thống điện.
Sự tiêu thụ công suất phản kháng: Các thiết bị liên quan đến từ
trường, không thể triệt tiêu được vì nó là yếu tố để tạo ra từ trường, chủ yếu
là động cơ không đồng bộ (60-65%)
Các nguồn phát công suất phản kháng: Các máy bù đồng bộ (động cơ
đồng bộ chạy không tải..), tụ điện tĩnh, động cơ không đồng bộ roto dây quấn
được đồng bộ hóa, mạng cáp...

Ưu điểm của bù tụ tĩnh so với các trường hợp khác:
Chi phí cho một kVAr rẻ hơn

Giá cho một kVAr tĩnh thường là cố định
Tổn thất công suất cho trường hợp này thường ít (0.3-0.5%)
Vận hành đơn giản, độ tin cậy cao, khi một cấp tụ hư hỏng thì các
cấp còn lại vẫn còn khả năng bù
• Lắp đặt, bảo dưỡng đơn giản
• ...
•
•
•
•

Ý nghĩa bù công suất phản kháng:
•
•
•

Giảm tổn thất công suất
Giảm tổn thất điện áp trong mạng điện
Tăng khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp

2


Đồ án môn học II

Ứng dụng phần mềm ATP

Các tiêu chí bù công suất phản kháng
Yêu cầu về cosφ
Đảm bảo mức điện áp cho phép

Giảm tổn thất công suất đến giới hạn cho phép
Về vấn đề kinh tế
Lợi ích khi đặt bù và chọn thiết bị
•
•
•
•

Chi phí khi đặt bù (tập trung, phân phối, thiết bị, phương pháp....)

Các phương pháp bù:
•
•
•

Bù riêng
Bù nhóm
Bù tập trung...

Kết luận:

Công suất phản kháng là vấn đề không thể thiếu trong các động cơ,
máy biến áp, đèn huỳnh quang...Tuy nhiên do chất lượng truyền tải chưa đáp
ứng được chất lượng gây tổn thất công suất, sụt áp, làm tăng công suất
truyền tải gây tổn thất về mặt xây lắp nghĩa là phải tăng chi phí gây thiệt hại
về kinh tế...Do đó việc bù công suất phản kháng là cần thiết.
Việc bù công suất phản kháng có thể thực hiện với nhiều nguồn bù
khás nhau nhưng theo phận tích và đánh giá trên thì bù bằng tụ bù tĩnh là
khả quan và giá thành rẻ nhất, đáp ứng yêu cầu kinh tế và kỹ thuật và được
áp dụng rộng rãi.

Khi phân tích lựa chọn các thiết bị cần thiết có liên quan trong quá trình
bù công suất phản kháng bằng tụ bù ta kết hợp cả yếu tố kỹ thuật và kinh tế
để hài hòa và đảm bảo yêu cầu khi đó thì trách nhiệm của nhà kỹ sư và nhà
kinh doanh sẽ đạt được lợi ích cân đối và tốt đẹp.

3


Đồ án môn học II

Ứng dụng phần mềm ATP

Chương 2. Làm quen với phần mềm ATPDraw và những kinh

nghiệm khi sử dụng phần mềm:
1.1.

Giới thiệu về ATPDraw:

Đối với tất cả những người nghiên cứu khoa học nói chung, mô phỏng
là công cụ quan trọng cho phép khảo sát các đối tượng, hệ thống hay các
quá trình kỹ thuật – vật lý, mà không nhất thiết phải có đối tượng hay hệ
thống thực. Được trang bị một công cụ mô phỏng mạnh và có hiểu biết về
các phương pháp mô hình hoá, người nghiên cứu sẽ có khả năng rút ngắn
và giảm chi phí nghiên cứu, thử nghiệm sản phẩm một cách đáng kể. Điều
này đặc biệt có ý nghĩa khi đối tượng nghiên cứu là các hệ thống thiết bị kỹ
thuật phức hợp với giá trị kinh tế lớn. Trước tình hình đó, hàng loạt các phần
mềm như là một công cụ hỗ trợ đã ra đời, làm đơn giản hơn rất nhiều khi cần
kiểm tra hay tính toán một hệ thống điện. Với cùng mục đích, phần mềm ATP
giúp người nghiên cứu dễ dàng làm việc trên các hệ thống điện, từ hạ áp cho

đến cao áp. Ứng dụng chủ yếu của ATP là mô hình hoá và mô phỏng các
hiện tượng quá độ có thể xảy ra trên hệ thống điện với độ tin cậy cao.
1.2.

Các chức năng trong ATPDraw:
• Chủ yếu là sử dụng phương pháp tích phân hình thang để giải các
hệ phương trình của các thành phần hệ thống trong miền thời gian.
• Điều kiện ban đầu khác không, được xác định một cách tự động
bằng phương pháp tính toán ở chế độ xác lập hoặc người sử dụng có
thể đưa vào các điều kiện ban đầu để làm cho các thành phần đơn giản
hơn.
• TACS (Transient Analysis of Control Systems) và MODELS (a
simulation language) có khả năng mô hình hoá hệ thống điều khiển và
các thành phần bằng các đặc tính phi tuyến.
• Mô phỏng hiện tượng hỏng hóc, xung sét và các dạng đóng cắt kể
cả chuyển mạch của các van.
• Tính toán tính đáp ứng của tần số đối với hệ thống bằng cách sử
dụng đặc tính quét tần số FREQUENCY SCAN.
• Phân tích harmonic (sóng hài) trong miền tần số bằng cách sử
dụng HARMONIC FREQUENCY SCAN

1.3.

Một số ứng dụng quan trọng:
4


Đồ án môn học II

Ứng dụng phần mềm ATP


o Quá điện áp do sét đánh (Lightning overvoltage).
o Quá độ do đóng cắt và sự cố (Switching transients and faults).
o Quá điện áp đồng bộ và tĩnh (Statistical and systematic
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o

1.4.

overvoltage).
Quá độ thay đổi nhanh trong GIS và nối đất.
Xây dựng mô hình máy điện (Machine modeling).
Ổn định quá độ và khởi động động cơ (Transient stability, motor
startup).
Các dao động xoắn trục (Shaft torsional oscillations).
Đóng cắt máy biến áp và kháng điện/tụ điện (Transformer and
shunt reactor/capacitor switching).
Cộng hưởng sắt từ (Ferroresonance).
Những ứng dụng của thiết bị điện tử công suất (Power electronic
applications).
Chế độ máy cắt (hồ quang điện), sự thay đổi nhanh của dòng

điện..
Thiết bị FACTS: Xây dựng mô hình STATCOM, SVC, UPFC,
TCSC.
Phân tích harmonic, cộng hưởng lưới (network resonances).
Thử nghiệm thiết bị bảo vệ.

Thực hiện mô phỏng ví dụ với ATPDraw:

Sau khi cài đặt ATPDraw, phần mềm sẽ xuất hiện icon ATPDraw trên
Desktop, D-Click vào biểu tượng để chạy chương trình, chương trình
ATPDraw có giao diện:

Trên giao diện chính có các danh mục chính:

5


Đồ án môn học II









Ứng dụng phần mềm ATP

File: sử dụng để quản lý các file.

Edit: dùng để hiệu chỉnh và thay đổi những thực thể.
Liblary: sử dụng để quản lý các trang.
Tools: Là những công cụ chọn lựa và tính toán hệ thống.
View: Quản lý màn hình.
Settings: Xác định dữ liệu hệ thống.
Help: yêu cầu giúp đỡ và đưa ra những gợi ý.
ATP: để thực hiện thao tác mô phỏng (xuất hiện thẻ khi có file
mở sẵn)

Mở một ví dụ trong ATPDraw có sẵn để làm quen:
Ở đây ta dùng ví dụ trong project của chương trình: click vào
file/open/Exa_1.acp

Sau khi mở file Exa_1.acp ta được một hình vẽ mô phỏng đơn giản,
đầy đủ:

6


Đồ án môn học II

Ứng dụng phần mềm ATP

Ta thấy xuất hiện thẻ ATP, để chạy mô phỏng ta chọn ATP/run ATP
hoặc ấn phím tắt F2.
Tuy nhiên sau khi chạy xong ta sẽ không thấy có thêm gì do ATPDraw
giờ mới chỉ tao ra file *.pl4 để trong thư mục ATP , vậy nên muốn xem đồ thị
ta cần bổ sung thêm lệnh Plot (vẽ đồ thị) cho chương trình.
Vào thẻ ATP, chọn Edit Commands => click vào New => Sửa tên ở
mục Name => và click vào Browse tìm tới file PlotXY.exe => click Update =>

click Exit.
Ta được như hình:

Chọn ATP / Plot hoặc ấn tổ hợp phím tắt Ctrl + Alt + 0 để thực hiện
lệnh plot:

7


Đồ án môn học II

Ứng dụng phần mềm ATP

Cửa sổ PlotXY xuất hiện: chọn Load , tìm tới file *pl4 cần mở, ở đây ta
vừa chạy file Exa_1.acp, ATPDraw sẽ tạo ra file exa_1.pl4.
Chọn mở file exa_1.pl4

Sau khi mở file ta được như hình dưới, chọn thông số cần vẽ đồ thị,
click chuột vào thông số đó ở cột Variables và chọn plot để vẽ.
Ở đây xem ngõ vào Vs:

8


Đồ án môn học II

Ứng dụng phần mềm ATP

Khảo sát dòng điện và điện áp :


9


Đồ án môn học II

Ứng dụng phần mềm ATP

Ví dụ : Thực hiện mạch cơ bản sau
Dùng ATPDraw vẽ mạch :
R=40 Ω
H= 20mH
Vdc=5V

Chú ý cài đặt thông số linh kiện :

VALUE : nhập thông số giá trị (giá trị điện trở, giá trị nguồn áp, giá trị
của cuộn cảm, tụ …)

10


Đồ án môn học II

Ứng dụng phần mềm ATP

Name : chú ý mục này để khi vẽ đồ thị ta biết được đồ thị này tương
ứng cho thông số nào
Output : Giá trị cần xuất ra để vẽ đồ thị (ở đây số 3 là xuất ra dòng và
áp)
Sau khi chạy ATP mạch trên, ta mở PlotXY để vẽ đồ thị :

Kết quả như hình :

Điện áp quá độ tại R và L

Dòng điện quá độ

11


Đồ án môn học II

Ứng dụng phần mềm ATP

Nhiều lúc ta vẽ đồ thị không thấy được quá trình quá độ, cần lưu ý
chỉnh thông số của Switch đóng ngắt nhanh hơn :

12


Đồ án môn học II

Ứng dụng phần mềm ATP

Chương 3. Áp dụng vào bài toán thực tế:
Máy biến áp 6.5MVA 22kV/1kV, cung cấp cho 2 động cơ 1900kW
cosφ=0.85.
Yêu cầu bù lên cosφ=0.95
Tính toán và lựa chọn thiết bị.

1.5.


Tính toán bù:

Ta có:
P=1900x2=3800kW=3.8 MW
 S=P/cosφ=4.47 MVA

Hệ số công suất trước khi bù:
Hệ số công suất sau khi bù:

cosφ1 = 0.85 → tgφ1 = 0.62
cosφ2 = 0.95 → tgφ2 = 0.33

Vậy công suất phản kháng cần bù là
Qbù = P ( tgφ1 – tgφ2 ) = 3.8 (0.62-0.33) = 1.1 MVAr = 1100 kVAr

13


Đồ án môn học II

Ứng dụng phần mềm ATP

Vậy ta chọn bộ tụ bù 4 cấp : 2x 3(pha) x TAFL-106200KS (200kVAr)
Lượng bù thực tế: Qbuthuc=2x3x200 =1200kVAr
Dòng điện tổng qua bộ tụ bù:
14


Đồ án môn học II


Ứng dụng phần mềm ATP
Qbuthuc =UIbu

 Ibu=Qbuthuc/(U)= 1200/(*1000)= 692.8A
 Dòng điện qua mỗi cấp I=692.8/4= 173.2 A

Tính toán giá trị C dùng để mô phỏng ATP:
Upha=Ipha*Xc = => C = = = 955 µF

1.6.

Tính toán MBA:

Tra tiêu chuẩn IEC: Un%=8.0
Pn ~= 60kW
 R_mba= = 1.42 mΩ
 X_mba= = 0.0123 Ω
 L_mba = = 39.2 µH

1.7.

Tính toán thông số động cơ:
Với 2 Động cơ 1900 kW 1000V cosφ=0.85 hiệu suất η =0.95

Pin =P/η=1900/0.95=2000 kW
Ta có: Pin =Udm Idm cosφ
15



Đồ án môn học II

Ứng dụng phần mềm ATP

 Idm= = =1358.5 A

Ta mô phỏng động cơ thành mô hình đơn giản là tải R L đấu Y. Các
thông số tương đương động cơ:

Z=Upha /Ipha=1000//1358.5= 0.4249 Ω
Pin = 3 R Idm 2
 R = = =0.3612 Ω
 ZL== 0.2238 Ω
ZL = ωL
 L=ZL / ω= 0.2238 / 100π = 0.712 mH

16


Đồ án môn học II
1.8.

Ứng dụng phần mềm ATP

Mô phỏng hệ thống bằng phần mềm ATPDraw

Mô phỏng hệ thống bằng phần mền ATPDraw, Kết quả mô
phỏng cho phép xác định được các giá trị biên đô ô điê ôn áp và dòng điê ôn, phân
tích được các tình huống nguy hiểm có thể xảy ra với tụ điê ôn.
1.8.1.


MẠCH TƯƠNG ĐƯƠNG 1 PHA

Kết quả mô phỏng:
3.1.1.1. Đóng cả 4 bộ tụ bù

Dòng qua CB tổng:

6000
[A]
3400

800

-1800

-4400

-7000
0.00

(file new.pl4; x-var t) c:BUSBAR-CB

0.04

0.08

17

0.12


0.16

[s]

0.20


Đồ án môn học II
Dòng xung kích tổng
(970A).

Ứng dụng phần mềm ATP
Ixk=6912 A => Gấp 7 lần dòng làm việc bình thường

Dòng qua từng bộ tụ:
1500
[A]
1000

500

0

-500

-1000

-1500


-2000
0.00

(file new.pl4; x-var t) c:TU1 -BUSBAR

0.04

0.08

0.12

0.16

[s]

0.20

Dòng qua mỗi bộ tụ bù : I_bu=242/ = 171A
=> phù hợp kết quả tính toán.
Dòng xung kích qua tụ Ixk=2056 A => Gấp 9 lần dòng làm việc bình
thường.

3.1.1.2. Đóng 1 tụ khi 1 bộ được đóng trước

18


Đồ án môn học II

Ứng dụng phần mềm ATP


Theo lý thuyết tính toán:

= 7726 A
f0 = 2102Hz
6000
[A]
3400

800

-1800

-4400

-7000
0.00

(file new.pl4; x-var t) c:TU1 -BUSBAR

0.02

0.04

0.06

0.08

[s]


0.10

Tần số dao động f0 = 2127Hz
Dòng xung kích qua tụ Ixk=6233 A
 Kết quả sát với tính toán lý thuyết , tuy nhiên do điện cảm L trong mạch
quá bé nên dòng điện xảy ra dao động không đưa về xác lập, ta cần
mắc thêm cuộn cảm L để mạch làm việc.
19


Đồ án môn học II

Ứng dụng phần mềm ATP

20


Đồ án môn học II

Ứng dụng phần mềm ATP

3.1.1.3. Đóng 1 tụ độc lập

I=
=3753 A

f0
=766Hz

2000

[A]
1000

0

-1000

-2000

-3000

-4000
0.00

(file new.pl4; x-var t) c:TU1 -BUSBAR

0.04

0.08

0.12

0.16

Dòng xung kích Ixk=3172 A => Gấp 18 lần dòng làm việc bình thường.
Tần số dao động f0 ~= 800Hz

21

[s]


0.20


Đồ án môn học II

Ứng dụng phần mềm ATP

22


Đồ án môn học II
1.8.2.

Ứng dụng phần mềm ATP

MẠCH TƯƠNG ĐƯƠNG 3 PHA

Kết quả mô phỏng:
3.1.1.4. Đóng cùng lúc 4 bộ tụ

Dòng điện qua CB tổng
4000
[A]
2000

0

-2000


-4000

-6000
0

5

(file new3p.pl4; x-var t) c:BUSBAA-CBA

10
c:BUSBAB-CBB

15
c:BUSBAC-CBC

23

20

25

30

35

[ms]

40



Đồ án môn học II

Ứng dụng phần mềm ATP

Dòng xung kích nhận được:
Ixk_A= 5890 A
Ixk_B= 2731 A
Ixk_C= 3580 A
Nhận xét: Pha A có dòng xung kích lớn nhất do đóng bộ tụ vào lúc pha A
cực đại tại đỉnh. Kết quả nhận được sát với kết quả tính toán theo lý
thuyết.
Dòng điện qua Contactor:
1000
[A]
500

0

-500

-1000

-1500
0

5

(file new3p.pl4; x-var t) c:TU1A -BUSBAA

10


c:TU1B -BUSBAB

15

c:TU1C -BUSBAC

20

25

30

35

[ms]

40

Nhận xét: Pha A có dòng xung kích lớn nhất do đóng bộ tụ vào lúc pha
A cực đại tại đỉnh.

24


Đồ án môn học II

Ứng dụng phần mềm ATP

3.1.1.5. Đóng 1 bộ tụ khi 1 bộ tụ được đóng trước

6000
[A]
4000

2000

0

-2000

-4000

-6000
0

(file new3p.pl4; x-var t) c:TU1A -BUSBAA

10

c:TU1B -BUSBAB

20

30

c:TU1C -BUSBAC

40

[ms]


50

Dòng xung kích: Ixk = 5990
Tần số dao động f0 =2096 Hz
Nhận xét: Mạch trở nên dao động không xác lập khi đóng tụ tứ 2 vào, để
mạch hoạt động cần phải tăng điện kháng L trước tụ bù.

3.1.1.6. Đóng 1 bộ tụ độc lập
1500
[A]
1000

500

0

-500

-1000

-1500

-2000

-2500
0

10


(file new3p.pl4; x-var t) c:TU1A -BUSBAA

c:TU1B -BUSBAB

20

c:TU1C -BUSBAC

25

30

40

50

[ms]

60