126356135 Loadflow Lab6 53 Handout

Electrical Power Engineering Department

Mahanakorn University of Technology 1

3:39 PMElectrical Power Engineering

Department MUT. 1

การทดลองท่ี 6

การศึกษาการถายเทกําลังไฟฟาPower Flow Analysis

อ.สุรัช ณ สงขลาF 304

[email protected]

Electrical Power Engineering Department MUT. 23:39 PM

วัตถุประสงคของการทดลอง

เพื่อศึกษาการไหลของกําลังไฟฟาที่จุดตางๆในระบบไฟฟากําลังในสภาวะการทํางานปกติ เพื่อศึกษาการใชโปรแกรมการคํานวณการไหลของกําลังไฟฟา เพื่อศึกษาถึงพฤติกรรมของระบบไฟฟากําลังในขณะที่ ความ

ตองการไฟฟาเปลี่ยนไป เพื่อศึกษาการควบคุมระบบสงจายกําลังไฟฟา




จะทําการศึกษาในสภาวะ steady-state operating conditions ของระบบไฟฟากําลังเพ่ือหาปริมาณตางๆ อาทิ เชน

Voltage Profile Power Flows Current Flows Power Factors Transformer LTC Setting Voltage Drops Generator’s Mvar Damand (Qmax & Qmin) Total Generation & Power Demand MW & Mvar losses

การศึกษาการไหลของกําลังไฟฟา (Power flow หรือ Load flow)


ประโยชนของการวิเคราะหการไหลของกําลังไฟฟา

ศึกษาผลท่ีเกิดเนื่องจาก การทํางานของเครื่องกําเนิดไฟฟา โดยดูจากแรงดันไฟฟาท่ีบัสของระบบวามีการเปลี่ยนแปลงมากนอยเพียงใด

ศึกษาการกระจายของโหลด ศึกษาผลการเชื่อมโยงระบบเขาดวยกันเม่ือมีการติดตั้งเครื่องกําเนิด

ไฟฟาใหม หรือ มีการเชื่อมตอโหลดใหม ศึกษาการสูญเสียท่ีเกิดขึ้นในระบบ เพ่ือท่ีจะพยายามลดการสูญเสียให

นอยลง ปรับปรุงและเปลี่ยนแปลงระดับแรงดันไฟฟาของระบบ




Size & Determine System Equipment & Parameter Cable / Feeder Capacity Capacitor Size Transformer MVA & kV Rating (Turn Ratios) Transformer Impedance & Tap Setting Current Limiting Reactor Rating & Imp. MCC & SW.Gear Current Ratings Generator Operating Mode (Isochronous / Droop) Generator’s Mvar Demand Transmission, Distribution & Utilization kV


Optimize Operating Condition

Bus Voltage are Within Acceptable Limits Voltage are Within Rated Insulation Limits of

Equipment Power & Current Flows Do Not Exceed the Maximum

Rating System MW & Mvar Losses are Determined Circulating Mvar Flows are Eliminated




การศึกษาการไหลของกําลังไฟฟา

การคํานวณ ทําการจําลองเปน Single line Circuit ในสภาวะที่ระบบ

สมดุล (Balance Load) จัดบัสใหอยูในรูปของ Admittance Metric (YBUS) หรือ

Impedance Metric (ZBUS)


การศึกษาการไหลของกําลังไฟฟา

การคํานวณ (Admittance Metric) กําหนดให Bus i เปน Bus สงกําลังไฟฟา (send) กําหนดให Bus j เปน Bus รับกําลังไฟฟา (received)

Vi Vj

Yij




การศึกษาการไหลของกําลังไฟฟาVi Vj

Yij

)sin(cos jViiViVi

ijijijijijijijij jBGYjYYY sincos

N

nnini VYI

1

N

nniniii VYVjQP

1

*

Ii


Constant Power Loads• ในการคํานวณ Power Flow induction, synchronous and lump loads จะมีพฤติกรรมเปน constant power load

• power output จะมีคาคงท่ีถึงแมวา input voltage จะเปลี่ยนไป (constant kVA)

• power output ของ lump load จะพฤติกรรมเปน constant power load ตามท่ีปรับตั้ง คา % motor load ไว

P

VmaxVmin

Running MotorPower Output

V




Constant Impedance Loads• ในการคํานวณ Power Flow Static Loads, lump Loads (% static), Capacitors and Harmonic Filters และ Motor Operated Valves จะมีพฤติกรรมเปน constant Impedance load

• Input Power จะเพิ่มข้ึนเปนสัดสวนตาม Input Voltage.

• Load Flow ท่ีเปนผลมาจาก Harmonic Filters อาจพิจารณาเชนเดียวกับ capacitive loads เพื่อปรับปรุง Power Factor ได

• MOVs ถูกจําลองใหเปน constant impedance loads เพราะเปนลักษณะการทํางานเฉพาะของมอเตอรชนิดนี ้


Constant Current Loads

V

I

• กระแสจะมีคาคงที่ตลอดถึงแมวาแรงดันจะเปลี่ยนแปลงไป

• DC AC Constant current loads จะใชสําหรับทดสอบ Battery discharge capacity

• AC Constant current loads จะใชสําหรับทดสอบ UPS systems performance.




ประเภทของบัส 1. Slack bus หรือ Reference bus หรือ Floating bus หรือ

Swing bus 2. Voltage Control bus หรือ Generator bus หรือ P-V bus 3. Load bus หรือ P-Q bus


Slack Bus

คือ bus ที่ใชเปน reference ของมุมของ voltage ในระบบทั้งหมด โดยสวนใหญจะเปน bus ที่มี generator ขนาดใหญที่สุด และ กําหนดให Slack bus เปน node ที่ 1 ดังน้ันจะได 1 = 0 และ จะทราบคา |V1|

รุคา |V1| และ 1สายสงอื่นๆ




Voltage Control Bus

คือ bus ที่มี Generator ตออยูทําใหทราบคา Pgi กับ |Vi| สวนตัวแปรที่ไมทราบคาคือ i, และ Qgi บางครั้ง bus ชนิดนี้เรียกวา P-V bus

รุคา |Vi| และ Pgiสายสงอื่นๆ


Load Bus Load bus คือ bus ที่ไมมี Generator ตออยู ทําให

Pgi = Qgi = 0 สวน Pdi กับ Qdi สามารถคํานวณจาก load forecast, ขอมูลเกาหรือ การวัดโดยตรง ในกรณีทราบ Pdi ตัวเดียวก็จะสามารถประมาณ Qdi ไดโดยใชคาประมาณ pf = 0.85 สวนตัวแปรที่ไมทราบคาคือ i, และ |Vi| บางครั้ง bus ชนิดนี้เรียกวา P-Q bus

รุคา Pdi และ Qdiสายสงอื่นๆ




สรุปตัวแปรท่ีทราบคาและไมทราบคา

ชนิดของ Bus V P Q

Load Bus ทราบคา ทราบคา Voltage Control Bus ทราบคา ทราบคา Swing Bus ทราบคา ทราบคา


Generator Operation Modes

m e

Turbine Generator Exciter System




Governor Operating Modes• Isochronous: governor จะปรับตาม generator’s power output ที่เปล่ียนแปลงไปตาม demand.

• Droop: governor จะปรับให generator ทํางานเปน Base Loaded, หรือหมายความวา MW output จะคงที่


In PowerStation Generators and Power Grids have Three operating modes that are used in Load Flow calculation.

Swing Mode

• Governor is operating in Isochronous mode

• AVR Action

Voltage Control Mode

• Governor is operating in Droop Mode

• AVR Action

MVar Control mode

• Governor is operating in Droop Mode

• Fixed Field excitation




• Swing Mode, voltage จะคงที ่P&Q จะเปล่ียนแปลงตาม Power Demand.

• Voltage Control Mode, P&V จะคงที ่แต Q & จะเปล่ียนแปลงได

• Mvar Control Mode, P&Q จะคงที ่แต Q & จะเปล่ียนแปลงได

Const. P&Q??√√Load

Voltage Ctrl.

?√?√AVR / Droop

Swing√√??AVR / Isoch.

VQP

• หากอยูใน Voltage Control Mode, P&Q มีคาสูงเกิน limit , โมเดลจะเปลี่ยนพฤติกรรมเปน Load (P&Q are kept fixed)


Maximum & Minimum Reactive Power




Load Flow Calculation Methods

** VYVjQP BUST

VJJJJ

QP

43

21

2. Newton-Raphson Method

• Fast in speed, but high requirement on initial values.

• First order derivative is used to speed up calculation.

1. Accelerated Gauss-Seidel Method

• Low Requirements on initial values, but slow in speed.

3. Fast-Decoupled Method

• Two sets of iteration equations: real power-voltage angle

• Fast in speed, but low in solution precision.

• Better for radial system and system with long lines.

VJQ

JP

4

1


Department MUT. 24

INPUTS ของการคํานวณ Power Flow




Single line diagram


Line data




Bus data


Department MUT. 28

OUTPUTS ของการคํานวณ Power Flow




Output Table


การทดลอง

1 1 1 1 2 22Data

1. Power Grid : Sym MVAsc = 297.24 MVAsc, X/R = 13.4

SLG MVAsc = 109 MVAsc, X/R = 13.4

2. OH-Incoming Feeder : 25kV-SAC 1(1x3c 185 sq.mm.) length = 250m.

3. UGC Feeder : 25kV-XLPE 1(3x1c 185 sq.mm.) length = 300m.

4. OH Tap to Riser Pole length = 7m.

5. Tr On-Ground

6. LV Feeder to MDB length = 25m.




Transformer Installation


การทดลองการวิเคราะห Case 1

1. Choose Lump Load Type and Set Dynamic load 80%, only for Office set 60%.

2. Set Loading 2 Category ท่ี 100% และท่ี 70%3. Set Loading Alert at 95% Marginal, 100%

Critical.4. Set Bus Voltage Alert at 98-102% Marginal, 95-

105% Critical.5. Run Load Flow ท่ี 100% และ 70 % บันทึกผลฯ6. วิเคราะหผลการไหลของกําลังไฟฟา




Home Work / Reportการวิเคราะห Case 2

1. เพิ่มเติม Load 3 Branch และ Set การวิเคราะหตาม Case 1

2. Run Load Flow ท่ี 100% และ 70 % บันทึกผลฯ3. วิเคราะหผลการไหลของกําลังไฟฟา


Load Flow Report

สงที่สงที่ ตูสงงานตูสงงาน ออ..สุรัชสุรัช ณณ สงขลาสงขลา

ภายในภายใน 1 1 สัปดาหสัปดาห

Documents

126356135 Loadflow Lab6 53 Handout