Nghiên cứu, ứng dụng mô hình matlab - simulink để tính toán đánh giá lưới điện phục vụ công tác đào tạo

Khi thiết kế, vận hành cần phải xét tới các biện pháp đảm bảo và nâng cao chất lượng điện năng vì thế việc đánh giá chính xác các thông số cho mạng, giải quyết hợp lý vấn đề đảm bảo và n

Chương 3 NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MATLAB –

SIMULINK ĐỂ TÍNH TOÁN ĐÁNH GIÁ LƯỚI ĐIỆN HẠ ÁP

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP PHÚC YÊN

21

3.1 Khái niệm và các định nghĩa cơ bản 21

3.2 Đặc điểm và phân loại mô hình hệ thống 22

3.4 Xây dựng thư viện mô hình hoá các thiết bị điện và cáp điện để đánh giá tình

trạng kỹ thuật mạng điện hạ áp

26

3.4.2 Mô hình cáp chính nối từ máy biến áp đến tủ phân phối 30 3.4.3 Mô hình cáp nhánh nối từ tủ phân phối đến tủ động lực 34

3.4.4 Mô hình cáp mềm 38

3.4.5 Mô hình các phụ tải điện 42 3.4.6 Tủ phân phối và tủ động lực 43

Chương 4 ÁP DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀO QUÁ TRÌNH CẢI

TẠO LƯỚI ĐIỆN HẠ ÁP TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP

PHÚC YÊN

46

4.1 Tổng quan về mạng điện hạ áp trường Cao đẳng Công nghiệp Phúc Yên 46

4.1.2 Mạng điện hạ áp Trường CĐ Công nghiệp Phúc yên 46

4.2 Ứng dụng mô hình Matlab – Simulink tính toán đánh giá mạng điện hạ áp

trường Cao đẳng Công nghiệp Phúc Yên

4.3 Ứng dụng mô hình Matlab – Simulink tính toán cải tạo mạng điện hạ áp

trường Cao đẳng Công nghiệp Phúc Yên

52

4.3.1 Các giải pháp có thể áp dụng để nâng cao chất lượng điện năng 52

4.3.2 Cải tạo mạng điện hạ áp trường Cao đẳng Công nghiệp Phúc Yên 53

Chương 5 XÂY DỰNG BÀI GIẢNG ỨNG DỤNG MATLAB

-SIMULINK TRONG TÍNH TOÁN MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP

58

5.1 Những yêu cầu chung về tính toán thiết kế cung cấp điện 58

5.1.1 Những yêu cầu và nội dung chủ yếu khi thiết kế hệ thống cung cấp điện 58

5.1.2 Một số bước chính để thực hiện một phương án thiết kế cung cấp điện 58

5.1.3 Những yêu cầu chung về lưới cung cấp điện: 59

5.2 Tính toán, lựa chọn và kiểm tra mạng điện theo các điều kiện Kinh tế - Kỹ

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 5.1 Phụ tải nhóm 1 phân xưởng cơ khí 74

Bảng 5.2 Phụ tải nhóm 2 phân xưởng cơ khí 75

Bảng 5.3 Phụ tải nhóm 3 phân xưởng cơ khí 75

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1 Sơ đồ thay thế tương đương đơn giản của mạng điện hạ áp 10

Hình 3.1 Sơ đồ khối các dạng mô hình 20

Hình 3.2 Mô hình máy biến áp với kết quả tính toán 26

Hình 3.3 Bảng nhập số liệu máy biến áp 27

Hình 3.4 Mô hình cáp chính với kết quả tính toán. 31

Hình 3.10 Sơ đồ khối phụ tải điện 42

Hình 3.11 Mô hình động cơ điện 42 Hình 3.12 Bảng nhập số liệu động cơ điện 42

Hình 3.13 Mô hình tủ phân phối 43 Hình 3.14 Mô hình tủ động lực 44 Hình 3.15 Thư viện mô hình kiểm tra mạng điện hạ áp 45

Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp vùng Đông Anh 50

Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý mạng hạ áp 0,4 kV 51

Hình 4.3 Mô hình mô phỏng mạng điện hạ áp của trường 55

Hình 4.5 Sơ đồ mô phỏng mạng điện hạ áp trường sau cải tạo 57

Hình 4.6 Sơ đồ mô phỏng mạng điện hạ áp trường Cao đẳng Công nghiệp

Phúc Yên sau cải tạo nâng cấp điện áp

58

Hình5.1 Độ lệch và tổn thất điện áp 59

Hình 5.3 Sơ đồ mô phỏng mạng điện hạ áp phân xưởng cơ khí 77

MỞ ĐẦU

Lưới điện hạ áp - Trường Cao đẳng Công nghiệp Phúc Yên được xây dựng từ những năm trước 2000 Khi nhà trường phát triển lên thành trường cao đẳng số lượng phòng thực hành, thí nghiệm và các trang thiết bị điện tăng đồng nghĩa với việc tăng phụ tải làm cho chất lượng điện năng của lưới điện hạ thế của trường không còn đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật và độ tin cậy cung cấp điện, thường xuyên sảy ra hiện tượng sụt

áp lớn trong mạng điện làm cho điện áp đặt trên cực các thiết bị điện không đảm bảo chất lượng

Do vậy, việc nghiên cứu mô hình hóa mạng hạ áp xác định các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật cho mạng và đề xuất các giải pháp hữu hiệu nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng điện năng phục vụ công tác quản l ý, giảng dạy đồng thời đáp ứng được sự phát triển đi lên của

nhà trường là một nhiệm vụ có ý nghĩa hết sức quan trọng Vì vậy đề tài: Nghiên cứu,

ứng dụng mô hình Matlap - Simulink để tính toán đánh giá lưới điện phục vụ công

tác đào tạo của trường Cao đẳng Công nghiệp Phúc Yên, có ý nghĩa khoa học và

mang tính cấp thiết

2 Lý do đề xuất đề tài

Chất lượng điện năng có quan hệ tới nhiều yếu tố, điều đó đặt ra cho hệ thống cung cấp điện một nhiệm vụ khó khăn là vừa phải thoả mãn lượng điện năng tiêu thụ, vừa phải đảm bảo chất lượng của nó Khi thiết kế, vận hành cần phải xét tới các biện pháp đảm bảo

và nâng cao chất lượng điện năng vì thế việc đánh giá chính xác các thông số cho mạng, giải quyết hợp lý vấn đề đảm bảo và nâng cao chất lượng điện năng thông qua ứng dụng phần mềm để đánh giá với giải pháp hữu hiệu được đề xuất sẽ giải quyết được vấn đề này

Nâng cao chất lượng điện năng đáp ứng được yêu cầu phụ tải qua đó sử dụng hiệu quả và tiết kiệm điện năng trong lưới điện hạ áp không những mang lại hiệu quả sử dụng thiết bị, kinh tế của hộ tiêu thụ mà còn góp phần giảm tổn thất, nâng cao khả năng truyền tải và ổn định hệ thống điện

Lưới điện hạ áp, trường Cao đẳng Công nghiệp Phúc Yên hiện tại khi phụ tải tăng làm cho chất lượng điện năng của lưới điện hạ áp của trường không còn đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật và độ tin cậy cung cấp điện, thường xuyên sảy ra hiện tượng sụt áp

lớn trong mạng điện làm cho điện áp đặt trên cực các thiết bị điện không đảm bảo chất lượng Do vậy, việc nghiên cứu mô hình hóa mạng hạ áp xác định các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật cho mạng và đề xuất các giải pháp hữu hiệu nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng, tiết kiệm điện năng phục vụ công tác đào tạo của trường, là rất cần thiết và đây là lý do mà tác giả nghiên cứu đề tài

3 Mục đích và phạm vi nghiên cứu

3.1 Mục đích của đề tài

Mục đích của đề tài là nghiên cứu mô hình hóa mạng hạ áp, đánh giá các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của mạng, đưa ra giải pháp vận hành tối ưu, giải pháp nâng cao hiệu quả

sử dụng điện năng giảm thiểu chi phí mạng lại hiệu quả kinh tế

Tiến hành nghiên cứu: Xây dựng hệ phương trình toán học mạng điện hạ áp; Nghiên cứu xây dựng mô hình Matlap – Simulink và ứng dụng mô hình để tính toán đánh giá mạng điện há áp nhằm nâng cao chất lượng điện năng; Làm sáng tỏ lợi ích của việc sử dụng hiệu quả, tiết kiệm điện năng với điều kiện thực tế hiện tại mạng điện của trường và triển vọng tương lai trên các mạng điện hạ áp, đồng thời nâng cao chất lượng đào tạo sinh viên chuyên ngành tại trường CĐ Công nghiệp Phúc Yên

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Đề tài tập trung đi sâu vào nghiên cứu 3 vấn đề chính đó là: Nghiên cứu xây dựng

mô hình Matlap – Simulink để tính toán đánh giá các chỉ tiêu chính về kỹ thuật của mạng điện hạ áp, nâng cao chất lượng và sử dụng tiết kiệm điện năng phục vụ công tác đào tạo; Ứng dụng mô hình Matlap – Simulink đề xuất các giải pháp hữu hiệu và cải tạo nâng cao chất lượng điện năng lưới điện hạ áp; Nghiên cứu xây dựng bài giảng phục vụ công tác đào tạo trường Cao đẳng Công nghiệp Phúc Yên

3.3 Phương pháp nghiên cứu

Thống kê, đo lường, thu thập số liệu phục vụ cho công tác nghiên cứu Xây dựng

hệ phương trình toán học, xây dựng mô hình mô phỏng, mô hình hóa mạng hạ áp Mô phỏng tính toán các thông số cho mục đích phân tích, đánh giá hiện trạng vận hành thực tế trên cơ sở sử dụng các thông số thu thập được tại trường, nghiên cứu đưa ra các giải pháp cải tạo nâng cao chất lượng cung cấp điện và xây dựng bài giảng phục vụ công tác đào tạo chuyên ngành

4 Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

- Nghiên cứu xây dựng hệ phương trình toán học mạng điện hạ áp

- Nghiên cứu ứng dụng mô hình Matlap – Simulink để tính toán đánh giá lưới điện

* Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Nâng cao chất lượng cung cấp điện, sử dụng hiệu quả, tiết kiệm điện năng và nâng cao chất lượng đào tạo chuyên ngành ở trường CĐ Công nghiệp Phúc Yên

6 Những đóng góp mới của đề tài

Xây dựng được mô hình Matlap - Simulink để đánh giá mạng điện hạ áp theo một

Chương 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1.1 Tổng quan về các phần mềm đang sử dụng để tính toán đánh giá lưới điện

1.1.1 Tình hình ứng dụng các phần trong tính toán đánh giá lưới điện

Kế hoạch phát triển của Tổng Công ty Điện lực Việt Nam trước đây nay là Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) đến năm 2015 là thách thức lớn cho EVN trong việc quản

lý hiệu quả hệ thống lưới điện hiện tại, vừa phải mở rộng phát triển Trong vòng 5 năm tới, EVN dự tính sẽ xây lắp thêm 280.000 km đường dây điện phân phối, 14.000 km truyền tải, 5.000 trạm biến áp mới; tăng gấp đôi số lượng thiết bị Viễn thông, nhằm đáp ứng được việc tăng 360% nhu cầu phụ tải trong nước Tốc độ tăng trưởng này đưa ra nhu cầu thông tin cấp bách về công tác vận hành hệ thống Điện hiện có, và về các dự án mới đối với các nhà quản lý của EVN Tự động hóa thông tin sẽ đẩy mạnh công suất các nhà máy điện, nâng cao độ chính xác, và giảm thiểu nhân công trong các quy trình EVN đã cam kết thực hiện những dự án cung cấp thông tin cho việc đưa ra các quyết định tốt hơn Những dự án này bao gồm: Hệ thống Thông tin Quản lý Tài chính (FMIS), Hệ thống Thông tin chăm sóc Khách hàng (CCIS), Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS) và triển khai áp dụng các phần mềm phân tích tính toán lưới điện Về việc áp dụng các phần mềm phân tích và tính toán lưới điện, từ năm 2004 EVN đã chỉ đạo áp dụng các phần mềm chuyên ngành để tính toán lưới điện cho tất cả các đơn vị trực thuộc

Trong các phần mềm tính toán và phân tích lưới điện hiện nay, có nhiều phần mềm phân tích tính toán như: Phân bố cống suất, ngắn mạch, đặt tụ bù tối ưu, phối hợp bảo vệ.v.v…Với các sản phẩm thương mại như: APEN Oneliner, họ PSS/*, CYME, EMTP, VPro.v.v…

Hơn nữa, do lưới điện không ngừng phát triển mở rộng, theo đó các yêu cầu cung cấp điện liên tục cho khách hàng với chất lượng điện năng ngày càng cao cũng gia tăng Thiết bị trên lưới điện phân phối hiện nay vốn có đặc điểm là đa dạng về chủng loại, phức tạp về cấu tạo Quá trình vận hành nhằm thực hiện những thao tác mang tính lập đi lập lại nhiều lần nhưng lại đòi hỏi độ chính xác cao vì vậy rất cần thiết phải tự động hóa bằng cách đưa nhiều thiết bị tự động, xử lý thông tin tự động nhằm tăng khả năng truyền đạt và

xử lý thông tin Bằng máy tính và các phần mềm chuyên dùng chúng ta có thể ngăn chặn

trước và hạn chế hỏng hóc trong quá trình vận hành lưới điện Những thành tựu mới về Công nghệ Thông tin như về khả năng lưu trữ của phần cứng, tốc độ tính toán, các phương pháp hệ chuyên gia, mạng neuron,…đã cung cấp những phương tiện và công cụ mạnh để tăng cường nghiên cứu mở rộng ứng dụng trong lĩnh vực điện năng Đảm bảo và giữ vững mối liên hệ hữu cơ của các thành phần trong hệ thống sản xuất truyền tải, phân phối và sử dụng điện năng

Như vây, để quản ly, tính toán phân tích mạng điện ngày nay có nhiều phần mềm như: APEN Oneliner, họ PSS/*, CYME, EMTP, Vpro, Electronics Workbench, Circuit Maker, Matlab, Ecodial

Trong số các phần mềm trên, Matlab là công cụ tính toán số mạnh, được dùng để

mô hình hóa, mô phỏng và phân tích các hệ thống kỹ thuật qua sơ đồ cấu trúc dạng khối, với giao diện tiện lợi, có thể nhìn nhận hệ thống một cách trực quan Vì vậy sử dụng phần mềm mô phỏng này để giải bài toán mạng điện hạ áp sẽ đáp ứng được các yêu cầu đặt ra

1.1.2 Matlab và khả năng ứng dụng

Matlab (Matrix Laboratory) theo tên gọi của nó, là một công cụ phần mềm của Math Work, ban đầu nó được phát triển nhằm phục vụ chủ yếu cho việc mô tả các nghiên cứu kỹ thuật bằng toán học với những phần tử cơ bản là ma trận Trong các lĩnh vực kỹ thuật chuyên ngành như điện và điện tử, vật lý hạt nhân, điều khiển tự động, robot công nghiệp, trong các ngành xử ly toán chuyên dụng như thống kê - kế toán và ngay cả lĩnh vực nghiên cứu về gien sinh học hay khí hậu và thời tiết… thường gặp những dữ liệu rời dạc (discret) ta có thể lưu trữ dưới dạng ma trận Còn đối với hệ dữ liệu liên tục (continuous) như âm thanh, hình ảnh hoặc đơn giản như các đại lượng vật ly tương tự (Analog): điện áp, dòng điện, tần số, áp suất, lưu lượng… phải được biến đổi thành các tín hiệu số (Digital) rồi mới tập hợp lại trong các file dữ liệu Quá trình đó có thể được xử

lý bằng các hàm toán học của Matlab

Mức phát triển của Matlab ngày nay đã chứng tỏ nó là một phần mềm có giao diện cực mạnh cùng nhiều lợi thế trong kỹ thuật lập trình để giải quyết những vấn đề rất đa dạng trong nghiên cứu khoa học kỹ thuật

Trước hết, các câu lệnh của Matlab được viết rất sát với các mô tả kỹ thuật khiến cho việc lập trình bằng ngôn ngữ này được thực hiện nhanh hơn, dễ hơn so với nhiều

ngôn ngữ đã trở nên thông dụng như Pascal, Fortran… Những hàm sẵn có trong Matlab

có cấu trúc thiết lập gần giống như ngôn ngữ C, bởi vậy người sử dụng không mất nhiều thì giờ học hỏi khi đã nắm được những vấn đề cơ bản của một số ngôn ngữ lập trình thông dụng

Tiếp theo, Matlab không chỉ cho phép đặt vấn đề tính toán mà còn có thể xử lý dữ liệu, biểu diễn đồ họa một cách mềm dẻo, đơn giản và chính xác trong không gian 2D cũng như 3D, kể cả khả năng tạo hoạt cảnh cho những mô tả sinh động, bởi những công

cụ như các thư viện chuẩn, các hàm có sẵn cho các ứng dụng đa dạng, các tệp lệnh ngày càng được mở rộng bởi 25 thư viện trợ giúp (Tools box) và bản thân các hàm ứng dụng được tạo lập bởi người sử dụng Không cần nhiều kiến thức về máy tính cũng như kỹ thuật lập trình có tính xảo thuật, mà chỉ cần đến những hiểu biết cơ bản về lý thuyết số, toán ứng dụng, phương pháp tính và khả năng lập trình thông dụng, người sử dụng đã có thể dùng Matlab như một công cụ hữu hiệu cho lĩnh vực chuyên ngành của mình

Sau hết, việc cài đặt Matlab thật là dễ dàng Ta chỉ cần chú y đôi chút nếu muốn dùng thêm các thư viện trợ giúp như Simulink, Fuzzy, Toolbox, DSP (Digital signal Processing) hay muốn tích hợp phần mềm này với một vài ngôn ngữ quen thuộc của người sử dụng như C, C++, Fortran… Matlab có thể hoạt động trên hầu hết các hệ máy tính, từ máy tính cá nhân (PC) đến các hệ máy tính lớn (SC); với các version 3.5 trở về trước, nó chạy trong môi trường MS – Dos., các version 4.0, 4.2, 5.1, 5.2 chạy trong môi trường Windows Còn lại các version Matlab khác cần đến môi trường tương tác Unix

Được các công ty phần mềm hàng đầu trên thế giới phát triển, ngày nay Matlab đã trở thành công cụ phổ biến, đắc lực trong các môi trường công tác rất khác nhau, từ việc giảng dạy, đào tạo trong các nhà trường đại học và trung học chuyên nghiệp, đến việc triển khai ứng dụng trong các cơ sở nghiên cứu, sản xuất, dịch vụ và thương mại; từ các lĩnh vực khoa học cơ bản như toán học, vật lý, hóa học, sinh học… đến các lĩnh vực kỹ thuật công nghiệp, kinh tế, quốc phòng…

Các nhà khoa học, các kỹ sư và kỹ thuật viên luôn luôn quan tâm đến việc phát triển, nâng cao khả năng tính toán và xử lý trên máy tính những vấn đề chuyên môn rất đa dạng của họ Nhưng để viết được một chương trình bằng ngôn ngữ lập trình cấp cao nhằm giải quyết những vấn đề như vậy, thường phải tốn nhiều công sức và thời gian, nhất là bên

cạnh những kiến thức sâu sắc của chuyên ngành khoa học kỹ thuật, người lập trình còn phải có hiểu biết tường tận về hệ thống máy tính, về bản thân bộ môn toán học và những xảo thuật của kỹ thuật lập trình Đôi khi điều đó là nan giải đối với các nhà chuyên môn

kỹ thuật

Để tạo điều kiện ứng dụng nhanh chóng và hiệu quả cho các nhà chuyên môn ngoài ngành tin học, các chuyên gia phát triển phần mềm đã thiết lập những công cụ trợ giúp cho những mục đích sử dụng đa dạng trên nhiều lĩnh vực chuyên môn khác nhau Matlab cũng chính là một trong những phần mềm như vậy

Matlab là chương trình phần mềm trợ giúp cho việc tính toán và hiển thị Matlab được điều khiển bởi tập các lệnh, tác động qua bàn phím trên cửa sổ điều khiển Nó cũng cho phép một khả năng lập trình với cú pháp thông dịch lệnh- còn gọi là script file Các lệnh hay bộ lệnh của Matlab lên đến con số hàng trăm và ngày càng được mở rộng bởi các phần Toolbox (thư viện trợ giúp) hay thông qua các hàm ứng dụng được tạo lập bởi người sử dụng

Các lệnh của Matlab rất mạnh và hiệu quả, nó cho phép giải các loại hình toán khác nhau và đặc biệt hữu dụng cho các hệ phương trình tuyến tính hay các bài toán ma trận Cùng với 25 Toolbox khác nhau, Matlab cho bạn một sự lựa chọn hoàn chỉnh và phong phú các công cụ trợ giúp đắc lực cho những lĩnh vực nghiên cứu chuyên môn khác nhau

Với Matlab, các vấn đề cần giải quyết sẽ được phân tích và sử ly theo các bước:

Bước 1 Đặt vấn đề

Bài toán đưa ra cần được phân tích, biểu diễn một cách rõ ràng và cụ thể Đây là bước mở đầu rất quan trọng, nó quyết định toàn bộ hướng giải quyết tiếp theo của bài toán đặt ra

Bước 2 Mô tả các giá trị dữ liệu vào/ra

Việc mô tả các thông tin cần giải đáp có liên quan trực tiếp đến các tham số được

sử dụng trong tính toán, bởi vậy bước này cần được tiến hành cẩn trọng Trong nhiều trường hợp, sơ đồ khối được sử dụng để xác định vị trí các luồng vào ra, tuy nhiên đôi khi chúng chỉ là các hộp đen vì không thể xác định được luồng ra tại một điểm nào đó trong các bước Mặc dầu vậy, ta vẫn chỉ ra được những thông tin để tính toán luồng ra

Bước 3 Các tính toán bằng tay với các tập dữ liệu đầu vào đơn giản

Đây là bước tiến hành để nhằm tìm kiếm những giải pháp cụ thể, không nên bỏ qua

kể cả với các bài toán đơn giản Nếu trong bước này chưa lấy được dữ liệu hay chưa tính được đầu ra thì có thể chuyển sang bước kế tiếp

Bước 4 Chuyển bài toán sang giải pháp bằng Matlab

Ở bước này bạn sẽ sử dụng các hàm toán, cũng là các lệnh để mô tả bài toán theo Matlab

Bước 5 Kiểm tra

Đây là bước cuối cùng trong tiến trình giải bài toán Bài toán được kiểm tra bằng các dữ liệu đầu vào Matlab thực hiện bài toán và cho kết quả ở đầu ra

Trong trường hợp không có kết quả hoặc kết quả sai thì điều đó có nghĩa là Matlab chưa thực hiện được bài toán, cần kiểm tra lại cả tính toán bằng tay và thao tác bằng Matlab

Matlab ngày nay đã trở nên thông dụng và là một công cụ trợ giúp hữu hiệu cho các nhà chuyên môn, những sinh viên đang theo học trong các trường Đại học, Cao đẳng

và các trường trung học chuyên nghiệp, các kỹ sư, cán bộ kỹ thuật… nhằm giải quyết các vấn đề rất đa dạng trong công việc

1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Công tác tính toán đánh giá lưới điện là khâu quan trọng trong lĩnh vực Hệ thống cung cấp điện, đặc biệt đối với các mạng điện hạ áp Cho đến nay, trong và ngoài nước việc đánh giá lưới điện vẫn chưa được giải quyết thoả đáng vì nhiều lý do khác nhau

Hiện tại, ở Việt Nam có nhiều công trình nghiên cứu, tính toán đánh giá chất lượng điện năng; chất lượng điện áp; hiệu quả sử dụng điện năng và nghiên cứu phương pháp

mô hình hóa mạng hạ áp Đồng thời có nhiều tác giả bàn về vấn đề nâng cao chất lượng cung cấp điện, vấn đề tiết kiệm điện năng, vấn để mô hình hóa như:

Nghiên cứu phương pháp mô hình hóa mạng hạ áp mỏ hầm lò nhằm giảm chi phí điện năng cho khu khai thác mỏ - Phạm Trung Sơn, Luận văn thạc sỹ chuyên ngành Mạng

và Hệ thống điện, Cung cấp điện và điện khí hóa, mã số 2.03.01 Năm 2006

Nghiên cứu đánh giá và đề xuất các giải pháp hứu hiệu nhằm nâng cao chất lượng điện áp các mạng hạ áp mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh - Trần Quốc Hoàn, Luận văn thạc

sỹ chuyên ngành Mạng và Hệ thống điện, Cung cấp điện và điện khí hóa, mã số 2.03.01 Năm 2006

Nghiên cứu hiện trạng sử dụng thiết bị điện mỏ hầm lò và đề xuất các giải pháp hữu hiệu nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng điện năng ở các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh -

Nguyễn Đình Thống, Luận văn thạc sỹ chuyên ngành Mạng và Hệ thống điện, Cung cấp điện và điện khí hóa, mã số 2.03.01 Năm 2005

Tác giả Tống Thị Phương “Phân tích sự ảnh hưởng của các thiết bị điện tử công suất đến chất lượng cung cấp điện hạ áp mỏ và giải pháp khắc phục” - Trường Đại học Công

Nghiệp Quảng Ninh – 2010

Sử dụng Matlab/Simulink để mô hình hóa và mô phỏng tụ bù tĩnh nhằm giảm nhẹ ảnh hưởng của lò hồ quang đến lưới điện, Tuyển tập báo cáo hội nghị Nghiên cứu khoa

Chương 2 NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG HỆ PHƯƠNG TRÌNH TOÁN HỌC

CHO CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN CỦA MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP

2.1 Các phần tử cơ bản của mạng điện hạ áp

Đối với mạng điện hạ áp, các phần tử cơ bản của mạng bao gồm: Máy biến áp, đường dây cung cấp và động cơ điện Vậy để mô hình hóa mạng hạ áp trên quan điểm nghiên cứu các điều kiện kỹ thuật, cần phải lập mô hình mạch và thiết lập phương trình toán học cho từng phần tử, sau đó lập mô hình tổng quát để mô hình hóa chúng

Với giả thiết mạng điện hạ áp là mạng ba pha đối xứng có trung tính nối đất thì mô hình mạch tương đương đơn giản như sau:

Hình 2.1 Sơ đồ thay thế tương đương đơn giản của mạng điện hạ áp

a) Sơ đồ nguyên lý tổng quát;

b) Sơ đồ tương đương;

c) Sơ đồ thay thế tương đương

Trên cơ sở mô hình mạch thay thế tương đương, xây dựng hệ phương trình toán học cho các phần tử của mạng

2.2 Hệ phương trình toán học cho các phần tử cơ bản của mạng hạ áp

2.2.1 Phương trình toán học của máy biến áp

Khi máy biến áp làm việc, trong máy biến áp sẽ xuất hiện các loại tổn thất như tổn

thất công suất, tổn thất năng lượng, tổn thất điện áp… Do đó việc tính toán về điện cho máy biến áp đóng vai trò quan trọng trong việc thiết kế và vận hành hệ thống cung cấp điện, đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật nhằm nâng cao chất lượng cung cấp điện

Việc xác định tổn thất điện năng trong máy biến áp được tiến hành xuất phát từ các thông số kỹ thuật, mức độ mang tải và số giờ vận hành

* Tổn thất công suất trong máy biến áp sẽ là:

2 '

S

S P P

P (2.1)

trong đó : ∆P =∆P +k kt.∆Q ;∆P n' =∆P n +k kt.∆Q n

0 0

' 0

0

P

∆ - tổn thất công suất tác dụng không tải, kW;

n P

∆ - tổn suất công suất khi ngắn mạch, kW;

i S

Q dm - công suất phản kháng không tải để từ hóa máy biến áp,kVAr;

Q - tổn thất công suất phản kháng khi ngắn mạch, kVAr;

S P t P

A (2.2)

trong đó: t – thời gian vận hành máy biến áp;

τ - thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất, trị số τ có thể xác định theo đồ thị quan hệ τ =f(Tmax,cosϕ ) hoặc có thể xác định theo công thức kinh nghiệm của HEezevits như sau:

τ =(0,124+ Tmax.10− 4)2.8760; (2.3)

Tmax - thời gian sử dụng công suất lớn nhất

pt

S ,S đm - phụ tải và dung lượng định mức của máy biến áp

+ Phụ tải tính toán của máy biến áp

Công suất tính toán thực tế của các máy biến áp được tính theo công thức sau:

P k

S , kVA (2.4) Trong đó:

k - hệ số yêu cầu của nhóm phụ tải

+ Hệ số mang tải của máy biến áp được xác định theo công thức:

+ TÝnh to¸n kiÓm tra m¹ng h¹ ¸p theo ®iÒu kiÖn dßng nung nãng cho phÐp

+ TÝnh to¸n kiÓm tra m¹ng h¹ ¸p theo ®iÒu kiÖn tæn hao ®iÖn ¸p cho phÐp khi m¹ng lµm viÖc b×nh th−êng

+ Tính toán kiểm tra mạng hạ áp theo điều kiện khởi động động cơ (lúc động cơ có công suất lớn nhất và xa nhất khởi động, trong khi các động cơ khác làm việc ở chế độ

định mức)

+ Tính toán tổng tổn thất điện năng trong mạng điện

Như vậy, Với mục đớch mụ hỡnh húa mạng hạ ỏp cần thiết phải lập cỏc phương trỡnh toỏn học theo tất cả cỏc điều kiện trờn

2.2.2.1 Phương trỡnh toỏn học mạng hạ ỏp theo điều kiện dũng điện nung núng cho phộp

Khi đường dõy cung cấp cho một phụ tải thỡ dũng điện tớnh toỏn lấy bằng dũng định mức của phụ tải theo cụng thức sau:

dm dm

dm

dm dm

tt

U

P I

I

ϕ

η cos

.3

10..

3

=

= ,A (2.6)

Trong đú:

P dm - Cụng suất định mức của phụ tải, kW

U dm - Điện ỏp định mức của phụ tải, V

ηdm,cosϕdm - Hiệu suất định mức và hệ số cụng suất định mức của phụ tải Khi đường dõy cung cấp cho một nhúm cỏc phụ tải, dũng tớnh toỏn được xỏc định theo cụng thức:

tb dm

dm yc tt

U

P k I

ϕcos 3

10

∑P dm - Tổng cụng suất định mức của nhúm phụ tải, kW;

cosϕtb - Hệ số cụng suất trung bỡnh thực tế của nhúm phụ tải;

K yc - Hệ số yờu cầu thực tế của nhúm phụ tải

2.2.2.2 Phương trỡnh toỏn học mạng hạ ỏp theo điều kiện tổn hao điện ỏp khi mạng làm việc bỡnh thường

Thực tế trong vận hành, việc đảm bảo giỏ trị điện ỏp định mức trờn cực phụ tải là khú cú khả năng hoặc khụng hợp lý về mặt kinh tế Vỡ vậy trong mạng điện hạ ỏp độ lệch điện ỏp cho phộp trờn cực phụ tải là +10% và -5% so với điện ỏp định mức Từ đú tổn hao

điện áp cho phép trong mạng hạ áp (từ máy biến áp đến cực phụ tải) được xác định theo công thức:

∆U cp.m =U dba −95%U d (2.8) trong đó:

U dba- Điện áp định mức phía thứ cấp máy biến áp khi không tải

U d- Điện áp định mức của phụ tải

- Đối với mạng hạ áp 380V tổn hao điện áp cho phép trong mạng là

U cp m 380 39V

100

95400

∆

Đặc điểm của mạng điện hạ áp là công suất động cơ có thể so sánh với công suất máy biến áp, đồng thời do điều kiện vận hành mà tiết diện cáp không được quá lớn (không vượt quá 120mm2) Để đảm bảo trạng thái làm việc bình thường của mạng, tổn hao điện áp của mạng không được vượt quá tổn hao điện áp cho phép, nghĩa là:

Σ∆U <∆U cp

Tổng tổn hao điện áp cho phép từ máy biến áp đến cực phụ tải được xác định theo công thức:

Σ∆ U = ∆ Uba + ∆ Ucc + ∆ Ucm (2.9) trong đó:

∆U ba- Tổn hao điện áp trong máy biến áp,V;

∆U cc- Tổn hao điện áp trên cáp chính, V;

∆U cm- Tổn hao điện áp trên cáp mềm, V;

- Tổn hao điện áp trong máy biến áp được xác định theo công thức sau:

U2dm - Điện áp định mức phía thứ cấp máy biến áp, V

∆U ba%- Tổn hao điện áp trong máy biến áp tính bằng %

∆U ba%=β(U acosϕtb +U p%sinϕtb),% (2.11)

% 100

dm

nm a

∆ (2.12)

U nm- Điện áp ngắn mạch % của máy biến áp

Tổn hao điện áp trên cáp nhánh được xác định theo công thức:

,

10

dc dm cm

cm dm

cm S U

l P U

ηγ

=

∆ V (2.13)

trong đó:

P dm- Công suất định mức của động cơ; kW

lcm- Chiều dài đoạn cáp nhánh, m

S cm-Tiết diện đoạn cáp nhánh; mm2

η - Hiệu suất định mức của động cơ dc

Tổn hao điện áp trên cáp chính được xác định theo công thức:

∆U cc =[ ]∆U cp −∆U .a −∆U cm

Tiết diện cáp chính:

cc yc dm[ ]dm cc cc

U U

L P K K S

∆

Σ

=

10

γ = 50 – Điện dẫn mặt của cáp lõi đồng, m/Ω.mm2

2.2.2.3 Phương trình toán học mạng hạ áp theo điều kiện khởi động động cơ

Khi khởi động trực tiếp các động cơ rôto lồng sóc, dòng điện mở máy của động cơ

đạt tới 5 - 7 lần giá trị dòng định mức Do đó tổn hao điện áp trong máy biến áp và trong

mạng có thể đạt giá trị lớn, điện áp còn lại trên cực động cơ không đủ để đông cơ tăng tốc

và có thể dừng cưỡng bức các động cơ khác đang làm việc, nghĩa là tạo trạng thái “ngắn mạch” của các động cơ Ngoài ra nếu điện áp giảm quá thấp, các tiếp điểm của công tắc

tơ trong thiêt bị điều khiển mở ra, đãn đến động cơ ngừng làm việc

Như vậy, việc kiểm tra mạng điện hạ áp theo điều kiện khởi động động cơ nhằm đảm bảo cho động cơ rôto lồng sóc có công suất lớn nhất, xa nhất mở máy được trong khi tất cả các dộng cơ còn lại vẫn làm việc bình thường

Để động cơ khởi động được thì mô men mở máy thực tế trên trục động cơ phải lớn hơn mô men mở máy tối thiểu cần thiết để động cơ mở máy được Khi khởi động động

cơ, tổn hao điện áp trên toàn mạng bao gồm tổn hao điện áp trong máy biến áp, tổn hao điện áp trên cáp chính, cáp mềm

Điện áp tối thiểu để động cơ khởi động được, xác định theo công thức:

a

K U

U kddcmin =1,1 dm. (V) (2.15) trong đó:

1,1 – hệ số dự trữ đảm bảo cho mômen mở máy tối thiểu lớn hơn mô men trên trục động cơ 10%

K= Mm.min / Mdm- bội số mô men mở máy tối thiểu

a = Mmdm/ Mdm- bội số mô men mở máy định mức

M mdm- mô men mở máy định mức của động cơ

M dm- mô men định mức của động cơ

Điện áp thực tế trên cực động cơ khi khởi động là:

U kdtt =U2dmba − Σ∆U kd, V (2.16) Tổn hao điện áp trong máy biến áp khi khởi động động cơ xác định theo công thức:

badm

bakd badm bakd

I

I U

U = ∆

trong đó:

A U

P I k I

tb dm

di yc

cos 3

10

ϕ

∑

I - Dòng điện thứ cấp của máy biến áp lúc làm việc bình thường; A

bakd

I - Dòng điện thứ cấp của máy biến áp khi khởi động động cơ roto lồng công

suất lớn nhất, xa nhất trong khi các động cơ khác làm việc bình thường; A

Ibakd= (I kddc cos ϕkddc +I ba' cos ϕtb)2 + (I kddc sin ϕkddc +I ba' sin ϕtb)2 (2.19)

3

10 .

1

1

3

tbtt dm

n di ycU

P K

kddc kddc

Việc kiểm tra điều kiện khởi động động cơ được thực hiện theo trình tự trên, đọng

cơ đảm bảo khởi động được nếu thỏa mãn điều kiện:

Ukdtt = U2dmba − ∆ Ubakd − ∆ Uccka − ∑ ∆ Ucmkd ≥ UkddcMin

2.2.2.4 Phương trình toán học mạng hạ áp theo điều kiện tổn thất điện năng

Tổn thất điện năng trên đường dây được xác định theo công thức:

trong đó:

∆Pdd - tổn thất công suất lớn nhất trên đường dây, kW

τ - thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất, trị số τ có thể xác định theo

đồ thị quan hệ τ =f(Tmax,cosϕ ) hoặc có thể xác định theo công thức kinh nghiệm của HEezevits như sau:

τ =(0,124+ Tmax.10−4)2.8760; (2.26)

Tmax - thời gian sử dụng công suất lớn nhất

Chương 3 NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MATLAB – SIMULINK ĐỂ TÍNH TOÁN ĐÁNH GIÁ LƯỚI ĐIỆN HẠ ÁP TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG

NGHIỆP PHÚC YÊN

3.1 Khái niệm và các định nghĩa cơ bản

Mô phỏng là một phương pháp nghiên cứu cơ bản, khoa học và đang được ứng dụng rộng rãi nhờ sự phát triển của công nghệ thông tin Mô phỏng giúp nghiên cứ các bài toàn

kỹ thuật một cách chủ động, giải quyết những khó khăn khi tiến hành nghiên cứu các mô hình thực, các bài toán mà trước đây đưa ra nhiều giả thiết nhằm giản ước các biến Đồng thời mô phỏng cho phép ta tiệm cận với quá trình ở những góc độ khác nhau

Hiện nay có nhiều phần mềm mô phỏng khác nhau và việc áp dụng các phần mềm đó rất tiện lợi Nhưng đối với mỗi bài toán, lĩnh vực cụ thể cần xem xét lựa chọn và ứng dụng phương pháp phù hợp nhất Để phân tích, tính toán một quá trính, quá trình đó phải được diễn tả bằng toán học, phản ánh quy luật khách quan của quá trình với độ chính xác cần thiết

Dưới đây là một số định nghĩa cơ bản dùng trong mô hình hóa, mô phỏng

+ Mô hình là một sơ đồ phản ánh đối tượng hoặc hệ thống dùng để nghiên cứu, thực hiện nhằm tìm ra các quy luật hoặc hoạt động của đối tượng hoặc hệ thống Mô hình là đối tượng thay thế của đối tượng thực tế dùng để nghiên cứ thực tế

+Mô hình hóa là thay thế đối tượng thực tế bằng một mô hình để nhằm thu nhận các thông tin về đối tượng bằng cách tiến hành các thực nghiệm, tính toán trên mô hình

+ Mô phỏng là phương pháp mô hình hóa dựa trên mô hình số và dùng phương pháp

số để tìm lời giải

Phương pháp mô phỏng là phương pháp nghiên cứu khoa học được ứng dụng để mô hình hóa trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: Kỹ thuật, kinh tế, xã hội, sinh học… Riêng đối với ngành điện phương pháp mô phỏng là phương pháp hữu hiệu để nghiên cứu đối tượng, bởi vì trước đây thường dùng phương pháp giải tích gặp nhiều khó khăn do phải chấp nhận nhiều giả thiết để đơn giản hóa mô hình, do đó các kết quả nghiên cứu có độ chính xác không cao

3.2 Đặc điểm và phân loại mô hình hệ thống

Cùng với sự phát triển của phương pháp lý thuyết, các phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu, phân tích và tổng hợp hệ thống ngày càng được hoàn thiện Đối với hệ thống thực có hai phương pháp cơ bản để nghiên cứu thực nghiệm nghiên cứu trên hệ thực và nghiên cứu trên mô hình của nó Nghiên cứu trên hệ thực cho ta các số liệu khách quan, trung thực Ở đây giải quyết vấn đề lấy mẫu thống kê, ước lượng tham số, phân tích và xử

lý số liệu… Tuy nhiên, việc nghiên cứu thực nghiệm trên hệ thực nghiệm trên các mô hình là phương pháp có nhiêu triển vọng

Mô hình hóa là thay thế đối tượng thực bằng mô hình của nó để thuận tiện trong việc nghiên cứu Vì vậy mô hình phải phản ánh trung thực các hiện tượng xảy ra trong đối tượng Các kết quả thực nghiệm trên mô hình phải có độ chính xác, độ tin cậy thỏa mãn được yêu cầu đề ra

Mô hình được chia ra làm hai nhóm chính: Mô hình vật lý và mô hình toán học hay còn gọi là mô hình trừu tượng

Hình 3.1 Sơ đồ khối các dạng mô hình

Mô hình vật lý là mô hình được cấu tạo bởi các phần tử vật lý Các thuộc tính của đối tượng được phản ánh bằng các định luật vật lý xảy ra trong mô hình Nhóm mô hình vật lý được chia thành mô hình thu nhỏ và mô hình tương tự

Mô hình vật lý thu nhỏ có cấu tạo giống như đối tượng thực nhưng có kích thước nhỏ hơn cho phù hợp với điều kiện của phòng thí nghiệm

Mô hình hệ thống

Mô hình vật lý Mô hình toán học

Mô hình thu nhỏ Mô hình tương tự hh giải tíc Mô hìn

hình mpg

Mô hình vật lý tương tự được cấu tạo bằng các phần tử vật lý không giống với đối tượng thực nhưng quá trình xảy ra tương đương với quá trình xảy ra trong đối tượng thực

Mô hình toán học thuộc loại mô hình trừu tượng Các thuộc tính của đối tượng được phản ánh bằng các biểu thức, phương trình toán học Mô hình toán học được chia thành

mô hình giải tích và mô hình số

Mô hình giải tích được xây dựng bởi các biểu thức giải tích

Mô hình số được xây dựng theo phương pháp số tức là bằng các chương trình chạy trên máy tính số Ngày nay nhờ sự phát triển của kỹ thuật máy tính và kỹ thuật tin học, người ta đã xây dựng các mô hình số có thể mô phỏng được quá trình hoạt động của đối tượng thực Những mô hình loại này được gọi là mô hình mô phỏng Ngày nay mô hình

mô phỏng được ứng dụng rất rộng rãi

Khi có mô hình toán học của hệ thống thực người ta có thể tìm thông tin về hệ thồng bằng nhiều cách Trong trường hợp mô hình tương đối đơn giản người ta có thể dùng phương pháp giải tích, ngược lại người ta phải dùng phương pháp số Phương pháp giải tích cho ta lời giải tổng quát, còn phương pháp số cho ta lời giải của từng bước tính với những điều kiện xác định Đối với những hệ thống lớn, có cấu trúc phức tạp thì phương pháp giải tích tỏ ra bất lực Trong trường hợp này người ta phải dùng phương pháp mô phỏng Bản chất của phương pháp mô phỏng là xây dựng một mô hình số tức mô hình được thể hiện bằng các phương trình máy tính Khi đã có mô hình số người ta tiến hành các thực nghiệm trên mô hình để giải thích dự đoán hành vi của hệ thống thực Các thực nghiệm đó được lặp lại nhiều lần và kết quả được đánh giá theo xác suất Kết quả càng chính xác nếu số lần “ thực nghiệm” càng lớn

Như vậy, phương pháp mô phỏng đòi hỏi khối lượng tính toán rất lớn, điều này chỉ có thể giải quyết được khi ứng dụng máy tính tốc độ nhanh Nhờ có máy tính mà phương pháp mô phỏng ngày càng được hoàn thiện

* So sánh giữa phương pháp mô phỏng và phương pháp giải tích

Khi cho một mô hình toán học, có thể dùng phương pháp giải tích hoặc mô phỏng để thu được lời giải về mô hình Các điểm khác biệt cơ bản giữa phương pháp giải tích và phương pháp mô phỏng như sau:

- Phương pháp giải tích cho một lời giải tổng quát và chính xác với giả thiết là thông

số mô hình không thay đổi trong suốt quá trình được khảo sát

- Phương pháp mô phỏng (còn được gọi là phương pháp số) chỉ cho lời giải của từng bước tính mỗi bước ứng với một điều kiện nhất định của mô hình, muốn có kết quả chính xác ta phải tăng số bước lên đủ lớn và lời giải nhận được ở dạng đánh giá theo xác suất Trong mô hình nếu có các yếu tố ngẫu nhiên thì phương pháp giải tích không thể giải thích được với loại mô hình đó Trong trường hợp này phương pháp mô phỏng là giải pháp duy nhất để nghiên cứu loại mô hình ngẫu nhiên

3.3 Các phương pháp mô phỏng

Tùy theo trạng thái của hệ thống thay đổi liên tục hay gián đoạn theo thời gian mà người ta phân biệt thành hệ thống liên tục hay gián đoạn Đứng về mặt mô hình mà xét, người ta có thể chọn một trong hai mô hình liên tục hay gián đoạn để mô hình hệ thống Vậy không nhất thiết phải có sự tương đương giữa loại hệ thống và loại mô hình Việc phân biệt mô hình liên tục hay gián đoạn trở nên quan trọng khi tiến hành mô phỏng, đặt biệt là khi lập trình trên máy tính để thực hiện việc mô phỏng, bởi vì kỹ thuật tính dùng cho các loại mô hình sẽ rất khác nhau Chính vì vậy có hai phương pháp mô phỏng chủ yếu là phương pháp mô phỏng liên tục và phương pháp mô phỏng gián đoạn

Phương pháp mô phỏng liên tục thường được dùng cho hệ liên tục mà mô hình của nó

được biểu diễn bằng các hệ phương trình vi phân Nếu phương trình vi phân tương đối đơn giản nó có thể được giải bằng phương pháp giải tích và cho lời giải tổng quát là một hàm của giái trị biến trạnh thái tại thời điểm t = 0 Có nhiều trường hợp phương pháp giải tích không giải được, trong trường hợp này người ta phải dùng phương pháp số như đã trình bày để giải phương trình vi phân và cho lời giải đặc biệt của biến trạng thái tại thời điểm t = 0

Phương pháp mô phỏng gián đoạn hay còn có tên gọi là phương pháp mô phỏng các sự kiện gián đoạn thường được dùng cho hệ gián đoạn Trong những sự kiện này sự kiện xảy

ra tại các thời điểm gián đoạn và làm thay đổi trạng thái hệ thống

Nhận xét: Qua việc xét các phương pháp mô phỏng có thể rút ra kết luận, trong hai

phương pháp mô phỏng thì phương pháp mô phỏng liên tục tỏ ra thích hợp với chuyên ngành kỹ thuật điện bởi khi cần giải một bài toán kỹ thuật điện cần phải thành lập mô

hình mạch và mô hình tính toán mà trong đó cac trạng thái và thuộc tính của mô hình thay đổi một cách liên tục Mô hình toán học của mạch điện thường là hệ phương trình vi phân Trường hợp đơn giản nhất là hệ phương trình vi phân tuyến tính với các hệ số hằng

và được giải một cách dễ dàng bằng phương pháp giải tích Tuy nhiên, trong các mô hình mạch và mô hình toán trong kỹ thuật điện thường có phần tử phi tuyến có vùng bão hòa, trễ, vùng chết… Thì phương pháp giải tích khó hoặc không giải được Vậy trong trường hợp này hợp lý nhất là dùng phương pháp mô phỏng để giải các bài toán trong kỹ thuật điện và tùy vào bài toán cụ thể mà có thể lựa chọn một trong hai phương pháp mô phỏng trên

Hiện nay, với sự phát triển mạng mẽ của các phần mềm mô phỏng mạch, cho phép giải các bài toán về mạch một cách chính xác như Matlab, workbench, Ecodial… Nhưng mỗi một phần mềm lại bó hẹp trong phạm vi nhất định để giải quyết một số khâu trong các bài toán mạch chỉ có phần mềm Matlab là mang tính tổng quát hơn cả, với sự hỗ trợ của công

cụ mô phỏng Similink Similink cung cấp cho người sử dụng một thư viện rất phong phú,

có sẵn với số lượng lớn các khối chức năng cho các hệ tuyến tính, phi tuyến tính và cả hệ gián đoạn

Xuất phát từ cách đặt vấn đề như trên, trong chương này để mô phỏng mạng hạ áp và xác định các thông số của mạng, tác giả chọn phương pháp xây dựng mô hình mạch tương đương, sau đó mô phỏng bằng phần mềm Matlab để nghiên cứu

3.4 Xây dựng thư viện mô hình hoá các thiết bị điện và cáp điện để đánh giá tình trạng kỹ thuật mạng điện hạ áp

Dựa vào cơ sở lý thuyết đã trình bày kết hợp với sơ đồ nguyên lý cung cấp điện của mạng điện có thể hiện đầy đủ các thông số: công suất máy biến áp, động cơ, chiều dài từng đoạn mạng, hệ số công suất, là cơ sở để ứng dụng phần mềm Matlab xây dựng mô hình tính toán cho từng phần tử trong mạng điện

3.4.1 Mô hình máy biến áp

- Hệ số mang tải;

- Tổn thất điện năng cho phép của mạng;

- Tổn hao điện áp trong máy biến áp ở chế độ làm việc bình thường;

- Tổn hao điện áp trong máy biến áp ở chế độ mở máy;

- Điện trở, điện kháng của máy biến áp;

- Tổng tổn thất điện năng trong máy biến áp và toàn mạng

2 Xây dựng mô hình

Bước 1: Tiến hành lập trình chương trình M-file dựa trên cơ sở lý thuyết, tạo cơ sở

xây dựng mô hình máy biến áp như sau:

function

[sba,stt,kmt,dammba,kyc,cosphitb,pnba,unba,duba,dubam] = tinhbienap(p,cosphi,idcm,pm,da,u,s,pn,un,po,io,tt)

%% xac dinh tong tro cua may bien ap

rba = (pnba*1000*ucbcf*ucbcf)/((sba*1000)^2); % dien tro cua may bien ap

zba = (unba*((ucbcf)^2))/(100*sba*1000); % tong tro cua may bien ap

xba = sqrt((zba^2)-(rba^2)); % dien khang may bien ap

% ton that cong suat phan khang khong tai

Bước 2: Chuyển chương trình này vào một function ứng dụng trong simulink và

tiến hành nhập các thông số đã biết vào mô hình, kết quả tuỳ thuộc vào yêu cầu của mục đích và gọi ra kết quả mong muốn

3 Tạo mô hình máy biến áp

Dựa vào mục 2, xây dựng được mô hình máy biến áp như hình 3.2:

Hình 3.2 Mô hình máy biến áp trọn bộ với kết quả tính toán

Để nhập các thông số vào máy biến áp, chỉ việc kích đúp chuột vào mô hình máy biến áp sẽ hiện ra bảng nhập thông số như sau:

Hình 3.3 Bảng nhập số liệu máy biến áp

* Các số liệu cần nhập:

+ Điện áp của mạng điện cần kiểm tra: 380V;

+ Công suất máy biến áp cần kiểm tra trong mạng, kVA;

+ Nhập tổn thất công suất ngắn mạch của máy biến áp, kW;

+ Nhập điện áp ngắn mạch % của máy biến áp kiểm tra, %;

+ Nhập tổn thất công suất không tải của máy biến áp, kW;

+ Nhập dòng điện không tải của máy biến áp, %;

+ Nhập thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất, h;

Kết thúc nhập kết quả ấn “ok”, kết quả sẽ được lưu vào máy biến áp kết nối với mô hình mạng để tiến hành chạy, thu thập kết quả

Nhận xét: Khi chạy chương trình máy biến áp sẽ cho kết quả như hiện trên bảng “kq máy biến áp”, các dữ liệu tính toán khác sẽ được chuyển đi để phục vụ tính toán tiếp các yêu

cầu khác Mô hình máy biến áp được xây dựng lưu vào thư viện kiểm tra mạng điện hạ áp, khi cần chỉ việc kéo thả là đã có một mô hình máy biến áp mới

3.4.2 Mô hình cáp chính nối từ máy biến áp đến tủ phân phối

1 Mục tiêu

Mục tiêu của mô hình là chỉ cần nhập các thông số đầu vào của cáp chính như tiết diện cáp, chiều dài cáp còn các thông số như dòng điện cho phép, giá trị điện trở và điện kháng của mỗi km đường dây đã có sẵn trong bảng nhập số liệu như vậy với đoạn cáp chính sẽ xác định được:

- Dòng điện tính toán chạy qua cáp chính để đối chiếu so sánh với dòng điện cho phép, tương ứng với tiết diện cáp đã chọn (kiểm tra tiết diện dây dẫn theo điều kiện nung nóng cho phép);

- Tổn hao điện áp trên cáp chính ở chế độ làm việc bình thường;

- Tổn hao điện áp trên cáp chính ở chế độ mở máy;

- Điện trở, điện kháng trên cáp chính;

- Tổn thất điện năng trên đường cáp chính

2 Xây dựng mô hình

Bước 1: Tiến hành lập trình chương trình M-file dựa trên cơ sở lý thuyết, để tạo cơ

sở xây dựng mô hình cáp chính như sau:

function

[kyc,scc,icctt,icc,ducc,dutccm,duccba,duccbam,dacc,daccmm] = capchinh(p,cosphi,idcm,pm,da,u,l,s,stc,itc,xo,ro,tt,duba,dubam)

% lua chon tiet dien cap chinh

may bien ap den cap chinh

% ton hao dien ap trong cap chinh khi dong co nay khoi dong

% tong ton hao tu may bien ap den cap chinh khi

trong mang co dong co khoi dong

Bước 2: Chuyển chương trình này vào function ứng dụng trong Simulink và tiến

hành nhập các thông số đã biết vào mô hình, kết quả hiện ra tuỳ theo yêu cầu của mục đích và gọi ra kết quả mong muốn

3 Tạo mô hình cáp chính

Dựa vào mục 2, xây dựng mô hình cáp chính như hình 3.4:

Hình 3.4 Mô hình cáp chính với kết quả tính toán

Nhập các thông số vào cáp chính chỉ việc kích đúp chuột vào mô hình cáp chính, bảng nhập thông số sẽ hiện ra như sau:

Hình 3.5 Bảng nhập số liệu cáp chính

yêu cầu khác mô hình cáp chính xây dựng được lưu vào thư viện kiểm tra mạng điện hạ

áp khi cần chỉ việc kéo thả là đã có mô hình cáp chính mới

3.4.3 Mô hình cáp nhánh nối từ tủ phân phối đến tủ động lực

1 Mục tiêu

Mục tiêu của mô hình là chỉ cần nhập các thông số đầu vào của cáp nhánh như tiết diện cáp, chiều dài cáp còn các thông số như dòng điện cho phép, giá trị điện trở và điện kháng của mỗi km đường dây đã có sẵn trong bảng nhập số liệu như vậy với đoạn cáp nhánh sẽ xác định được:

- Dòng điện tính toán chạy qua cáp nhánh để đối chiếu so sánh với dòng điện cho phép, tương ứng với tiết diện cáp đã chọn (kiểm tra tiết diện dây dẫn theo điều kiện nung nóng cho phép);

- Tổn hao điện áp trên cáp nhánh ở chế độ làm việc bình thường;

- Tổn hao điện áp trên cáp nhánh ở chế độ mở máy;

- Điện trở, điện kháng trên cáp nhánh;

- Tổn thất điện năng trên đường cáp nhánh

2 Xây dựng mô hình

Bước 1: Tiến hành lập trình chương trình M-file dựa trên cơ sở lý thuyết, để tạo cơ

sở xây dựng mô hình cáp chính như sau:

function

[scc,icctt,icc,ducc,dutccm,duccba,duccbam,dacn,dacnmm] = capnhanh(p,cosphi,idcm,pm,da,u,l,s,stc,itc,xo,ro,tt,duba,dubam)

n = length(p);

% xac dinh he so kyc

% xac dinh ton hao dien ap binh thuong tu may bien ap den cuoi duong cap

ducc=(kyc*sum(p)*l)/(50*u*scc); % ton hao dien ap tren cap chinh

may bien ap den cap chinh

% ton hao dien ap trong cap chinh khi dong co nay khoi dong

dutccm = duccm;

end

if idcmcc==0&& sdc>0

% tong ton hao tu may bien ap den cap chinh khi

trong mang co dong co khoi dong

Bước 2: Chuyển chương trình này vào function ứng dụng trong Simulink và tiến

hành nhập các thông số đã biết vào mô hình, kết quả hiện ra tuỳ theo yêu cầu của mục đích và gọi ra kết quả mong muốn

3 Tạo mô hình cáp nhánh

Dựa vào mục 2, xây dựng mô hình cáp chính như hình 3.6:

Hình 3.6 Mô hình cáp nhánh với kết quả tính toán

Nhập các thông số vào cáp nháh chỉ việc kích đúp chuột vào mô hình cáp chính, bảng nhập thông số sẽ hiện ra như sau:

các yêu cầu khác mô hình cáp nhánh xây dựng được lưu vào thư viện kiểm tra mạng điện

hạ áp khi cần chỉ việc kéo thả là đã có mô hình cáp nhánh mới