Báo cáo bài tập lớn mô hình hóa thiết bị điện

Báo cáo bài tập lớn mô hình hóa thiết bị điện

PHẦN 1 : PHẦN LÝ THUYẾT

1.1.1 Trình bày lý thuyết thực hiện tính toán máy điện đồng bộ

Để thực hiện tính toán với máy phát đồng bộ ta cần phải qui đổi các đại lượng về giá trị tương đối Trong các hồ sơ, tài liệu của máy điện có thể biết được một số thông số có trong hệ phương trình của máy phát đồng bộ việt ở hệ phương trình tương đối, còn một

số khác như hệ số tương quan, hằng số thời gian của cuộn ổn định thì không tra cứu ngay được mà phải tính toán từ các thông số khác thường trong hồsơ có các thông số sau : P n ,U n , I n , f n :

T d: Hằng số thời gian của cuộn kích từ

Q D d

q

Trở kháng siêu quá độ được xác định bằng tỷ số giữa gia số của từ thông tăng với gia sốdòng điện ứng với từng trục

q q

d

d d

i

X i

d

q

X : d   X d.i d i f i D   d   X d i d  i f  i D

Ta có :

D d

d d f

f i   X .i g1.i

f d

d d D

 có thể giả thiết rằng  f   D  0 nếu so sánh chúng với  d

Khi đó ta tính được i  f, i D theo i d:

d d

d d

g g

g X

.

2 1 1 '





d d

d d

g g

g X

.

2 1 2

g g

1

' 2

1

1 1

1

d d

d d

d

g g

g g

i

1

1 1

1

2 1

1

' 2

ad f

ad q

Q

aq q

d D

ad d

d f

ad d

X

X g X

X g X X

X X

X

X X

'

2

;

;

;

ad S f

ad S d

X X

X

X X

X

X X

ad

S d

X X X

X

X

1 1 1

S d

X X

X X

1 1

S q

X X

X

X

1 1

Từ các công thức thu được, người ta đưa ra phương pháp tính các hệ số trong hệ phươngtrình của

máy phát đồng bộ như sau:

aq q

X X

S d

X X

X X

1 1

fS

X X X

ad d

X X

D D

D D

r

X r

L T

D

X T

D

X

X T

X T

T 



fS S ad

DS D

DS fS

ad

S d

X X X

X X

X X X

X

X

1 1 1 1

1 1 1 1

Q Q Q Q

Q Q Q

Q b

Q Q

Q Q

Q b

Q Q

Q Q

Q q

X

X T T X

X T T

r

X r

L T

r

X r

L T

T T

X

X T

T 



Ta có:

QS aq

S q

X X

X X

1 1

QS Q

X X

X X

1 1

0,92 1,69

3,37

0,17 0,051 1, 46 0, 23 3,37 1, 46 4,83

1, 46

0, 28 4,83.1,56

Tính Xaq

0,71 0,78.0,65

1, 46 0,051 0, 23 4,83

dt d

u i

dt d i

dt d

1.2 Trình bày lý thuyết tính toán động cơ không đồng bộ

1.2.1 ĐƯA HỆ PHƯƠNG TRÌNH CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VỀ GIÁ TRỊ TƯƠNG ĐỐI

P M

b b b b

U L Z

U I L

dD

b Db

M I

M I

Qb Q Qb

Db D Db

I L

I L

1.2.1.2 THỰC HIỆN CHUYỂN ĐỔI

+ Các pt (3.4), (3.5) đó viết ở giá trị tương đối

dt

.

dt

.

dt

0 dt

.

Q S D

D

D D

Db

Q S Db

D

D D

S Q D D

S Q D

D

S i L

r d

S I L

i r d

S i

r d

S

d i r

qQ d

I I L

L

M M

D r

r

L r

d L i M .i



Db dD

D dD b

b

d d b

d

I M

i M I L

i L

.

.

( Vỡ: X X X

X

X L

L L

L

q d b

d b

d b

D

D D Db D

d Dd D D D

i M I

L

i L

i M i L

.

.

b D d

b D Db D

M X

L L I M

L L M L I

.

.

.

.

D

* D

d Dd D

L L

M M X

d Dd

d Dd q

Q

Qq

L L

M M L

L

M M

.

.

dt

d J M M

M M

M

dt

d J M

M

r b b

c e

b

r b b

b

c b e

r c

b

b c

M c e

*

*

q d b

e

d q q d e

M

i M

i M

M

i i

M

.

2 3

.

2 3

d q b b

q d e

I

i I

i M

2 3

.

2 3

2

dt

d i

q

q

dt

d i

D

T

i d







.

(ST: Vận tốc từ trường quay ở giá trị thật)

D ST r

Q

T

i d







.

D d

d X.i i

Q q

q X.i i

d D

D i X. i

q Q

Q i X. i

dt

d T M

M c e





d q q d

+ Hệ phương trình trên được viết chung cho động cơ không đồng bộ roto lồng sóc và rotodây quấn, nhưng cuộn stato được nối hình sao Để chuyển từ roto lồng sóc sang roto dây quấnchỉ cần giảm giá trị Tr là được.

+ Nếu là động cơ không đồng bộ mà các cuộn stato nối hình tam giác ta sử dụng cácphương trình (3.24)  (3.33) với chú ý :

- Vế trái của phương trình (3.24) , (3.25) ta nhân lên 3 lần, vế phải giữ nguyên

- Các phương trình còn lại vẫn giữ nguyên

1.2.2 Ứng dụng xây dựng mô hình của động cơ không đồng bộ với các thông số sau

Một động cơ không đồng bộ roto lồng sóc 4A160 M80 M2

2 376,8 / 0,028

0,875 1,11 13,96 15,07

0, 2

0,9

376,8 1

MÔ PHỎNG MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ Ở TRẠNG THÁI ỔN ĐỊNH

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỆN

Tóm tắt : Bài báo trình bày về mô hình toán tuyến tính của máy điện đồng bộ với sự ổn định

khi có kích thích từ hệ thống nguồn Đối với hệ thống lớn phương trình không gian trạng thái được sử dụng thường xuyên hơn chúng được kết nối với các hệ thống thông qua phương trình tuyến tính hóa và mô tả được hoạt động của hệ thống Các hệ thống hoàn chỉnh thường

thường chủ yếu gồm các hệ số ma trận Những giá trị riêng được xác định bằng các phương trình Các đặc tính trong mạch của máy có ổn định hay không ổn định phụ thuộc vào các giá trị riêng của các thông số Hoàn thành các phương trình không gian trạng thái ở hàng đầu tiên cho biết được đáp ứng của tín hiệu đầu ra của máy không phụ thuộc vào điện áp Chúng

ta có thể dễ dàng chuyển đổi không gian trạng thái sang hàm truyển bằng phần mềm

MATLAB/SIMULINK , Các hệ thống xấp xỉ cho phép biết được giá trị riêng của hệ thống và

đặc biệt quan tâm đến thông sô 35 MVA ,11kV của máy đồng bộ bằng cách tăng kích thích sử dụng MATLAB/SIMULINK dể mô phỏng lấy đặc tính

I.GIỚI THIỆU

Thiết kế bộ điều khiển và phân tích sự ổn định của máy điện đồng bộ trong thời gian thực Nếu các phương trình của hệ thống tuyến tính (đã được tuyến tính hóa) thì các tiêu chuẩn được đưa ra đánh giá khi có các tác động thay đổi lưới điện Các phương pháp tốt nhất dùng

để mô phỏng hàm truyển đạt và đánh giá là sự dụng phương pháp gán điểm cực , quĩ đạo tần

số , tiểu chuẩn Nyquist , tiểu chuẩn Routh ,Hurwitz ,Đây là những tiêu chuẩn thường xuyên đểdánh giá tính ổn định của hệ thống Cho một mô hình không gian trạng thái lớn đã được tuyếntính hóa Qua phần mềm MATLAB ta đã mô phỏng được các đặc tính

Các mô hình toán học của các hệ thống cho ta các đáp ứng , kích thích , khuếch đại và các thành phần của bộ điều khiển ,các mô hình không gian trạng thái dược sử dụng thường xuyên hơn và được chuyển thành hàm truyền

II HỆ THỐNG

Chế độ máy phát của máy đồng bộ

Để tiến hành mô phỏng một hệ thống ta phải tiến hành các bước sau

Giả sử ta có mô hình toán như hình 1

Các bước tiến hành

Bước 1 :Vẽ sơ đồ cấu trúc của hệ thống máy phát đồng bộ

Bước 2: Biến đổi mô hình khối thành mô hình toán

Bước 3: Nêu chức năng của từng khối

Bước 4: Chuyển sang mô hình khối

Bước 5 : Vẽ trên M-file

A Đặc tính của máy đồng bộ

Trạm phát điện lớn được sản xuất bởi các máy điện đồng bộ ba pha để làm quay các máy điệnđồng bộ có thể dùng động cơ hơi nước tuabin hydro tuabin ga Các cuộn dây phần ứng của máy phát thường được đặt trên stato Các cuộn dây phần cảm được đặt lệch nhau trong khônggian ,Trên roto có đặt các vòng ngắn mạch ,Trên trục có đặt cánh quạt giúp tản nhiệt Kích từ mới thương được lấy dòng điện xoay chiều và thông qua bộ chỉnh lưu để cấp kích từ máy phátđồng bộ này được gọi là máy phát không chổi than

III Mô hình toán của máy phát đồng bộ

Phương trình toán học của máy phát đồng bộ được biến đổi từ hệ trục a,b,c thành các hệ truc d,q Bằng cách chuyển đổi tất cả các biến

Ta có ma trận P được xác định như sau

2 sin π 3

2 sin sin

π 3

2 cos π 3

2 cos cos

2

1 2

1 2

π δ

 : Mô men xoắn góc

Phương trình cân bằng điện áp máy phát

n

V i

Q Q

Q q

D R

D

R F

F

D F

d

Q

D F

d

D F

Q q

i i i i i

L M

k

M k L

L M

M

k

M L

M

k

M k M k

L

r

r M

k M

k L

r r

M k L r

0

0 0

0

0 0

0 0

.

0 0

.

0 0

.

i i i i i

0 0

0 0

0

.

.

0 0

0 0

0 0

0 0

.

0 0

Ld = điện cảm tương đương theo trục dọc

LQ =điện cảm tương đương theo trục ngang

LD = tự cảm cuộn dây ổn định

LF = độ tự cảm cuộn dây kích từ

KMD = cuộn dây stator ổn định theo trục dọc

KMD = cuộn dây ổn định stato theo trục ngang

RQ = điện trở của cuộn dây ổn định

iq =dòng điện phần ứng theo trục ngang

iF = dòng kích từ

iD = dòng điện chạy trong cuộn ổn định theo trục dọc

r = điện trở cuộn dây

L L M  L

ax

3 2

Hình 2 a và hình 2 b biểu diễn stator của máy phát đồng bộ khi chưa qui đổi và qui đổi theo trục dq

IV Máy Điện Đồng Bộ Được Kết Nối Với Hệ Thống Trên Một Đường Truyền

Các phương trình vi phân của máy điện đồng bộ được kết nối với nhau thông qua một đường truyền với trở kháng Ze=Re+jωLωLe trong phương trình (7) thì id,iq là dòng một chiều thu được nhờ phương trình tương đương

 

v  V Sin    R i  L i (7)

 

v  V C    R i  L i .Nếu máy phát được nối với tải của máy phát thì dòng id,iq¸phải được thay thế bằng các dòng

itd,itq (8) là phương trình biểu diễn khi có thêm tải

áp kết nối tới máy phát có thể được xác định

A Hệ phương trình tuyến tính cho máy điện đồng bộ với hệ thống nhiều đường Bus

Khi hệ thống đường Bus của máy điện phải chịu một thay đổi nhỏ thì nó có các phép toán với không gian trạng thái mới Đầu tiên các xấp xỉ được minh họa bơi (7) ,(8) và rồi cac biến trạng thái xi và xjωL có giá trị ban đầu là xi0 và xjωL0 và giá trị thay đổi của cac biến này là

xiΔ và xjωLΔ , như vậy (7) được sử dụng để tuyến tính hóa hệ thống như hệ phương trình (9)

Như vậy hệ , mô hình không gian trạng thái của hệ thống như (11) và (12)

Và giống như

, Ax+Bu

x 

(12)Tính ổn định của hệ thống có thể xác định bằng cách kiểm tra các ma trận hệ số

Ma trận A là ma trận đại điện cho tín hiệu đầu vào, x là véc tơ n biểu diễn trạng thái của hệ thống Ma trận này biểu diễn mối quan hệ với Ma trận B theo một phương trình toán học Và điều này có lợi cho việc mô tả một số đầu vào

V Không gian trạng thái

Hệ thống điều khiển cung cấp kích từ của máy phát và không chỉ điều khiển điển áp đầu ra màcòn là nguồn cung cấp dòng kích từ tốt

Hệ thống điều khiển tỉ lệ tích phân của bộ kích từ là nhân tố mở rộng KA và hằng số thời gian

R

 rất nhỏ 0,01 tới 0,06 s

A Một sơ đồ khối cho sự mô phỏng mọi hệ thống

Hình 3:Hệ thống mạch vòng miêu tả máy điện đồng bộ và hệ thống kích từ

Thuật toán xây dựng máy đồng bộ có khâu phản hồi của hệ thống kích từ nó cho phép :

1 Mô hình toán của máy phát đồng bộ với hệ thống kích từ là cần thiết đối với yêu cầu

2.Giá trị riêng của ma trận hệ thống có thể được tính bằng phương trình (1) tới (10)

3 Hoàn thành tuyến tính hóa phương trinh mô hình không gian trạng thái là hàm truyền đầu racủa dòng điện stato và roto bởi sử dụng chương trình MATLAB

4 Phương pháp tọa độ cực thì được dùng để chứng minh hệ thống

5 Quá trình này tiếp tục cho đến khi tất cả các điểm cực nằm bên trái mặt phẳng phức

Sơ đồ khối biểu diễn các bước tiến hành trên MATLAB được biểu diễn trên hình 4

VI MÔ HÌNH và MÔ PHỎNG

Hình 4 : Sơ đồ khối biểu diễn các bước mô phỏng

Phần mềm MATLAB/SIMULINK được dùng để kiểm tra các điều kiện của máy đồng bộ với nhiều đầu vào

Các m-file và simulink có thể kết hợp bởi lệnh

[num,den]=ss2tf(A,B,C,D,1);c=step(num,den,t);plot(t,c);title;xlabel;ylabel Các thông số cho máy phát

35MVA, 11KA kích từ và hàm truyền tuyến tính cho dưới bảng I và II Cung cấp đầu vào chương trình mô phỏng, kết quả mô phỏng được miêu tả dưới hình 5 tới hình 9 Đầu ra của dòng điện cảm ứng của máy điện đồng bộ được biểu diễn trên hình 5 Dòng stator và cuộn ổn định theo trục d được biểu diễn trên hình 6 ,hình 7

Dáp ứng là dao động lớn với cường độ lớn và thời gian điều chỉnh dài Nó không thể có trạng thái ổn định nhỏ và không có đáp ứng nào vừa ý trong những khoảng thời gian như nhau Hệ thống có ổn định hay không ổn định không chỉ phụ thuộc vào giá trị riêng của ma trận A mà còn dựa vào tọa độ cực ở hình 8 tất cả các điểm cực có phần thực âm là nghiệm của phương trình đặc tính như vậy hệ thống là ổn định Hình 9 là đáp ứng của điện áp không có phản hồi nghiệm của phương trình đặc tính là 0,02 + 0,4jωL

Với ý nghĩa tất cả các phần thực của nghiệm phương trình đặc tính là âm thì hệ thống ổn định

Hình 5

Học viện Kỹ thuật, Khoa học và Công nghệ thế giới 3/9/ 2008

VII KẾT LUẬN

Mục đích của bài này là để giới thiệu đến kỹ thuật viên

mô hình của máy đồng bộ với hệ thống kích thích dựa trên

nghiên cứu sự ổn định và sử dụng mô phỏng máy tính như một công cụ cho phép tiến hành nghiên cứu và kiểm soát tạm thời Bên cạnh việc có một hệ thống thực tế để thử nghiệm trên,

mô phỏng thường được lựa chọn

Hình 6

kỹ sư nghiên cứu thực hiện thoáng qua và kiểm soát hoặc để kiểm tra khái niệm thiết

kế MATLAB / SIMULINK được sử dụng vì nó giúp việc học tập ngắn mà hầu hết học sinh cần để bắt đầu sử dụng, phân phối rộng rãi của nó, và bản chất chung của nó

Điều này sẽ chứng minh những ưu điểm của việc sử dụng MATLAB

để phân tích ổn định hệ thống điện ổn định trạn thái và khả năng mô phỏng việc ngắn trong các hệ thống điện,bao gồm cả hành vi điều khiển Bài viết này đề cập chỉ là một phần

nghiên cứu của tác giả và tiếp cận nghiên cứu của mình trong phần mềm MATLAB Các ứng dụng thực tế của nghiên cứu này là sự ổn định của máy đồng bộ với nhiều tín hiệu như đã đề cập ở trên

NHÌN NHẬN

Trước hết tác giả xin cảm ơn cha mẹ của mình: U Pann

Nyunt và Daw Nyein Nu cho mong muốn tốt nhất của họ để tham gia nghiên cứu Tiến sĩ Cảm

ơn đặc biệt là người hướng dẫn mình đứng đầu Bộ môn Kỹ thuật Điện lực, MTU, Liên hiệp cácMyanmar: Aung Myint Myo Dr Các tác giả muốn bày tỏ cảm ơn tới thầy cô giáo của mình: ông Than Zaw Htwe và Ông Hla Myo Aung Tác giả cảm ơn cô rất nhiều

để tất cả những người mà sẽ quan tâm để hỗ trợ trong việc chuẩn bị này

Tài liệu tham khảo

[1] Paul M Aerson, AA Fouad, "Hệ thống điều khiển điện và tính ổn định,"

Hệ thống điện Kỹ thuật IEEE series, 1997

[2] M K EI Sherbiny và D M Mehta, "Động năng, hệ thống ổn định," IEEE

Trans; PAS-92:1538 - 46, năm 1973

[3] Hadi Saadat, " Phân tích hệ thống điện" các công ty McGraw-Hill, Inc,

Năm 1999

[4] Hadi Saadat, "Tính toán Aids trong hệ thống kiểm soát bằng cách sử dụng

MATLAB, "McGraw-Hill Companies, Inc, 1993

[5] GT Heydt, "Xác định và theo dõi các thông số cho một

Máy phát điện đồng bộ công suất lớn , "Báo cáo cuối cùng dự án, Sở Điện

Cơ Khí Điện, Arizona State University, 2002.

[6] P Kundur, "Hệ thống điện ổn định và kiểm soát," McGraw-Hill

các công ty, Inc, 1994

[7] Được phép của Kinda Nhà máy thủy điện

[8] toán công trình, năm 2001, Giới thiệu về MATLAB, Toán các công trình, Inc

[9] toán công trình, năm 2001, MÔ PHỎNG, Toán các công trình, Inc

[10] toán công trình, năm 2001, MÔ PHỎNG là gì, Toán các công trình, Inc

Tin Win Mon sinh ngày 29 tháng 11 năm 1980 A GTI Giấy chứng nhận trong năm 2000,Tháng mười một Tốt nghiệp 03 tháng 11 năm 2003 với BE (điện Power) và xong Cao học vào Tháng Ba năm 2006 với ME (điện Power)

Hiện nay, cô là một ứng cử viên tiến sĩ của Bộ môn Kỹ thuật Điện lực,

MTU, Mandalay, Myanmar Tôi đang cố gắng để hoàn thành luận án tiến sĩ của tôi

Cô từng là một biểu tình tại Mandalay GTC từ tháng một, năm 2002

2004 khi cô tham dự khóa học Kỹ thuật đặc biệt trong

MTU Từ tháng Hai, 2004 đến nay, cô là một giảng viên Trợ lý

Hpa-một Đại học Công nghệ, Cục Kỹ thuật và Dạy nghề

Giáo dục, Myanmar Bây giờ, cô đang làm nghiên cứu tiến sỹ tại Mandalay

Đại học công nghệ (MTU), Myanmar với danh hiệu "Mô phỏng

Máy đồng bộ trong học tập ổn định cho hệ thống điện

PHẦN II MÔ PHỎNG VỚI SIMULINK

Xây dựng mô hình mô phỏng động cơ không đồng bộ khởi động từ MFĐB, coi MFĐB có tốc

độ phụ thuộc vào bộ điều tốc

Dưới đây là các đặc tính lấy được từ mô hình

Đặc tính giữa tốc độ và mô men

Một số đặc tính khác ở các khối hiện thị

Như tốc độ và hệ số trong động cơ diesel trong máy phát

Trong đó màu vàng là đường của hệ số động cơ diesel

Màu hồng là tốc dộ động cơ sơ cấp

Bên dưới là đặc tính của điện áp kích từ và điện áp máy phát

Đường màu hồng là điện áp của kích từ

Màu vàng là điên áp của máy phát ở giá trị tương đối