Chương 7: Power system blockset

CH NG 7: POWER SYSTEM BLOCKSET§1... M Simulink và copy kh i Scope vào mô hình ct7_1.. ta vào menu này, ch n các thông s cho qua trình mô ph ng và b m nút start... Ta có th dùng giá tr âm

CH NG 7: POWER SYSTEM BLOCKSET

§1 KHÁI NI M CHUNG

Power System Blockset đ c thi t k đ cung c p cho chúng ta công c

hi u qu và ti n l i đ mô ph ng nhanh và d các m ch đi n, các h th ng

đi n Th vi n c a nó ch a các ph n t c b n c a m ch đi n nh máy bi n

áp, đ ng dây, các máy đi n và các thi t b đi n t công su t Giao di n đ

ho cung c p các thành ph n c a h th ng đi n Các thành ph n này d c l u trong th vi n powerlib Đ m th vi n này t c a s MATLAB ta đánh l nh

powerlib Khi này MATLAB m m t c a s ch a các kh i h th ng con khác

nhau Các h th ng con này bao g m:

Electrical Sources

Elements

Power Electronics

Machines

Connectors

Measuremets

Extras

Demos

Ta có th m các h th ng con này đ t o ra các c a s ch a các kh i mà

ta c n copy vào mô hình M i m t thành ph n đ c bi u di n b ng m t icon

đ c bi t

§2 MÔ HÌNH HOÁ M T M CH ĐI N Đ N GI N

Power System Blockset cho phép ta xây d ng và mô ph ng m t m ch

đi n ch a các ph n t tuy n tính cũng nh phi tuy n Ta xét m t m ch đi n

nh hình v :

C

R

e = 2 220sin(314π + 10°) V

R = 10Ω

L E

L = 0.1 H

C = 100µF

Đ mô ph ng m ch đi n này ta dùng các kh i:

ngu n,đi n tr , đi n kháng, đi n dung và d ng

c đo Đ đo đi n áp ta dùng kh i Vmet Nó cho tr s t c th i c a đi n áp Đ

th y đ c giá tr hi u d ng ta dùng kh i RMS Các b c th c hi n nh sau:

•T menu File c a c a s powerlib ch n New r i ch n Model s ch a

m ch đi n đ u tiên c a ta và g i là ct7_1

•M th vi n Electrical Sources đ copy AC Voltage Source Block vào

c a s ct7_1

•M h p tho i AC Voltage Source Block b ng cách nh p đúp lên nó đ

nh p vào biên đ , phase và t n s theo các giá tr đã cho trong s đ Chú ý là biên đ là giá tr max c a đi n áp

•Do kh i đi n tr không có nên copy kh i Series RLC Branch và đ t giá

tr đi n tr nh đã cho và đ t L là vô cùng và C là zero

•Th c hi n t ng t v i ph n t L và C

•L y kh iđo đi n áp trong h th ng con Measurement

•Đ xem đi n áp, dùng kh i Scope c a Simulink chu n M Simulink và copy kh i Scope vào mô hình ct7_1 N u kh i Scope đ c n i tr c ti p v i đ u

ra c a thi t b đo đi n áp nó s hi n th đi n áp theo V

•Đ hoàn thành m ch đi n, ta c n n i các ph n t v i nhau

S đ mô ph ng(l u trong ct7_1.mdl) nh sau:

Bây gi ta có th b t đ u mô ph ng t menu simulation ta vào menu này, ch n các thông s cho qua trình mô ph ng và b m nút start

Đ d dàng cho vi c phân tích tr ng thái xác l p c a m ch đi n chúng ta,

th vi n powerlib cung c p giao di n đ ho (GUI) Copy kh i giao di n

Powergui vào c a s ct7_1 và nh n đúp vào icon đ m nó M i d ng c đo

đ i l ng ra đ c xác đ nh b ng m i chu i t ng ng v i tên c a nó Các bi n

tr ng thái đ c hi n th t ng ng v i các giá tr xác l p c u dòng đi n và

đi n áp Tên các bi n ch a tên các kh i, b t đ u b ng ti p đ u ng Il hay Uc_

D u quy c đ c s d ng v i dòng đi n và đi n áp và các bi n tr ng thái

đ c xác đ nh b ng h ng c a các kh i:

dòng đi n đi n c m ch y theo h ng mũi tên t ng ng v i d u

đi áp trên t C b ng đi n áp ra tr đi đi n áp vao

Ch n menu Tool | Staedy State Voltages and Currents đ xem các tr s xác

l p c a dòng đi n và đi n áp

Bây gi ch n menu Tool | Initial Value of State Variables đ hi n th các giá tr kh i đ u c a các bi n tr ng thái Các giá tr kh i đ u này đ c đ t đ

b t đ u simulation tr ng thái xác l p

Bây gi ta tính các bi u di n c a không gian tr ng thái c a mô hình ct7_1

b ng hàm power2sys Nh p dòng l nh sauđây vào c a s MATLAB :

[A,B,C,D,x0,states,inputs,outputs] = power2sys(’ct7_1’);

Hàm power2sys tr v mô hình không gian tr ng thái c a m ch trong 4

ma tr n A,B,C,D,x0 là vec t các đi u ki n đ u mà ta v a hi n th v i Powergui Tên c a các bi n tr ng thái, các đ i l ng vào và các đ i l ng ra

đ c tr v trong 3 ma tr n chu i

M t khi mô hình tr ng thái đã bi t, nó có th phân tích đ c trong vùng

t n s Ví d các mode c a m ch này có th tìm t các giá tr riêng c a ma tr n A(dùng l nh MATLAB eig(A))

eig(A)

ans =

1.0e+002 *

0.5000 + 3.1225i

0.5000 3.1225i

H th ng này có dao đ ng t t d n vì ph n th c âm N u ta dùng Control System Toolbox, ta có th v đ th Bode Các l nh MATLAB(l u trong

ct7_1m.m) nh sau

freq = 0:1500;

w = 2*pi*freq;

[bien,pha,w] = bode(A,B,C,D);

semilogy(w,mag1(:,2));

semilogy(w,mag1(:,2));

§3 MÔ HÌNH HOÁ QUÁ TRÌNH QUÁ Đ

M t trong nh ng ph m vi ng d ng c a Power System Blockset là

simulation quá trình quá đ trong các m ch đi n Đi u này có th làm đ c c

v i c u dao c khí và m ch đi n t Ta xét quá trình quá đ khi đóng m t

m ch RL vào ngu n đi n xoay chi u S đ mô ph ng (l u trong ct7_2.mdl)

nh sau:

Tr c quá trình quáđ , c u dao ( đ c mô ph ng b ng ph n t breaker)

tr ng thái m Sau kho ng th i gian 1.5 chu kì, c u dao đóng, n i m ch RL vào ngu n e = 2 sin314t

§4 MÔ HÌNH HOÁ Đ NG DÂY DÀI

Đ ng dây dài là đ ng dây có thông s r i Nó đ c mô ph ng b ng

kh i Distributed Parameter Line Nó đ c xây d ng trên c s xét quá trình truy n sóng trên đ ng dây Ta xét m t đ ng dây dài 1000 km có mô hình

(l u trong ct7_3.mdl)nh sau:

Khi s d ng mô hình ta ph i khai báo đi n tr , đi n dung và đi n c m

c a đ ng dây trên m t đ n v dài, s pha và chi u dài c a đ ng dây

§5 MÔ HÌNH HOÁ Đ NG DÂY B NG CÁC ĐO N pi

M c đích c a mô hình này là th c hi n đ ng dây 1 pha v i thông s

đ c t p trung trên t ng đo n Kh i PI Section Line th c hi n đ ng dây

truy n t i m t pha v i thông s t p trung trên t ng đo n pi Đ i v i đ ng dây truy n t i, đi n tr , đi n c m và đi n dung phân b đ u trên su t chi u dài M t mô hình x p x đ ng dây thông s phân b có đ c b ng cách n i nhi u đo n pi gi ng nhau Không gi ng nh đ ng dây thông s r i có s

tr ng thái là vô h n, mô hình tuy n tính các đo n pi có s h u h n các tr ng thái cho phép mô hình không gian tr ng thái đ c dùng đ rút ra đáp ng t n

s S đo n đ c dùng ph thu c vào t n s đ c bi u di n X p x t t nh t

th c hi n theo ph ng trình:

l 8

Nv

fmax = Trong đó:

• N : s đo n pi

• v : t cđ truy n sóng(km/s = 1/√L(H/km)C(F/km)

• l : chi u dàiđ ng dây(km)

Ta xét đ ng dây trên không dài 100 km có t c đ truy n sóng 300000 km/s,

t n s l n nh t bi u di n đ c khi dùng 1 đo n pi là 375Hz Mô hình đ n gi n này đ dùng trong h th ng truy n t i năng l ng Ta xây d ng mô hình (l u

trong ct7_7.mdl)nh sau:

Ta nh p đi n tr , đi n c m và đi n dung trên m t đ n v dài vào 3 ô đ u tiên

c a h p tho i Nh pđ dài và s đo n pi mong mu n vào 2 ô cu i

§6 MÔ HÌNH HOÁ MÁY ĐI N

Các máy đi n n m trong th vi n Machines Các máy đi n đ c mô

ph ng d a trên các ph ng trình c b n c a nó và đ c chia thành 2 d ng: máy đi n trong h đ n v t ng đói và máy đi n trong h đ n v SI ta xét quá trình m máy b ng đi n tr m t đ ng c đi n m t chi u S đ mô ph ng (l u

trong ct7_4.mdl) nh sau:

§7 GI I THI U V ĐI N T CÔNG SU T

Power System Blockset đ c thi t k đ simulation các thi t b đi n t công su t Chúng ta kh o sát m t m ch đi n có thyrsistor cung c p cho m t

m ch RL

S đ mô ph ng (l u trong ct7_5.mdl) nh trên.

§8 MÔ HÌNH HOÁ M CH ĐI N 3 PHA

Ta mô hình hoá m t m ch đi n 3 pha có ngu n đ i x ng nh ng t i không đ i x ng S đ mô ph ng (l u trong ct7_6.mdl) nh sau:

Đi n áp các ngu n có tr hi u d ng là 231 V T i pha th nh t là R = 1Ω,

L = 1H, pha th hai R = 15Ω, L = 2H và pha th 3 là R = 10Ω, L = 1H và C = 1µF

§9 MÔ HÌNH ĐI N KHÁNG H C M

Ph n t đi n kháng h c m th c hi n m i liên h t gi a 2 hay 3 dây qu n

Kh i Mutual Inductance th c hi n liên h t gi a 3 dây qu n riêng bi t Ta mô

t đi n tr và đi n c m c a t ng dây qu n trên m c vào th nh t c a h p tho i và đi n tr , đi n c m h c m trên m c vào cu i cùng Mô hình đi n nh

sau (l u trong ct7_8.mdl):

N u m c vào c a dây qu n th 3 b b tr ng, nghĩa là ch có h c m gi a

2 dây qu n Các đ u vào c a kh i Mutual Inductance là cùng c c tính t i m t

th i đi m

Do simulation nên c n:

Rs > 0 , Rs > Rm , Lm ≠ 0 , Ls ≠ Lm

Đi n tr c a dây qu n ph i d ng và l n h n đi n tr h c m Đi n c m h

c m ph i khác 0 nh ng đi n tr h c m có th b ng 0 Dây qu n có th th n i, nghĩa là không n i v i t ng tr hay ph n còn l i c a m ch

§10 MÔ HÌNH NHÁNH RLC N I SONG SONG

Ph n t này th c hi n nhánh RLC n i song song Kh i Parallel RLC Branch

th c hi n đi n tr , đi n c m và đi n dung n i song song Đ b m t ph n t R,L hay C ta ph i đ t các thông s t ng ng là Inf, Inf và 0 Ta có th dùng giá tr âm cho các thông s

Đ có đáp ng t n c a b l c t n s b c 7 660Hz ta dùng m ch nh trong file

ct7_9.mdl.

T ng tr c a m ch:

RCs LCs

R Ls RLCs )

s (

) s ( V ) s (

2

+

+ +

=

=

Đ có đáp ng t n c a t ng tr ta ph i xác đ nh mô hình không gian tr ng thái (ma tr n A B C D) c a h th ng (l u trong ct7_9m.m)

[A,B,C,D] = power2sys(’ct7_9’);

freq = logspace(1,4,500);

w = 2*pi*freq;

[Z,phaseZ] = bode(A,B,C,D,1,w);

subplot(2,1,1)

loglog(freq,Z)

grid

title(’Bo loc song hai bac 11’)

xlabel(’Tan so, Hz’)

ylabel(’Tong tro Z’)

subplot(2,1,2)

semilogx(freq,phaseZ)

xlabel(’Tan so, Hz’)

ylabel(’Pha Z’)

grid

§11 MÔ HÌNH T I RLC N I SONG SONG

Ph n t này th c hi n t i RLC n i song song Kh i Parallel RLC Load

th c hi n t i tuy n tính nh t h p n i song song c a các ph n t R, L và C

Đ xác đ nh tham s ta nh p đi n áp đ nh m c và t n s đ nh m c vào 2 m c

đ u tiên Nh p công su t tác d ng, công su t ph n kháng trên cu n dây và công su t ph n kháng trên t đi n vào 3 m c cu i Các công su t ph n kháng

ph i d ng T i t n s đã mô t , t i s có t ng tr h ng và công su t t l v i bình ph ng đi n áp đ t vào Ta tìm các giá tr xác l p c a đi n áp và dòng

đi n t i trong m ch trong filect7_10.mdl

§12 MÔ HÌNH NHÁNH RLC N I N I TI P

Ph n t này th c hi n nhánh RLC n i n i ti p Kh i Series RLC Branch

th c hi n đi n tr , đi n c m và đi n dung n i n i ti p Đ lo i tr R, L hay C

ta cho chúng b ng 0, 0 hay Inf Các giá tr này có th đ t là s âm Ta xét môt

mô hình nh trong file ct7_11.mdl T ng tr c a nhánh là:

Cs

1 RCs LCs

) s (

) s ( V ) s ( Z

=

=

Đ nh n đ c đáp ng t n s c a t ng tr ta ph i xây d ng mô hình không gian tr ng thái c a h th ng:

[A,B,C,D] = power2sys(’ct7_11’);

freq = logspace(1,4,500);

w = 2*pi*freq;

[Y,phaseY] = bode(A,B,C,D,1,w);

Z = 1./Y;

phaseZ = phaseY;

subplot(2,1,1)

loglog(freq,Z)

grid

title(’Bo loc song bac 5’)

xlabel(’Tan so, Hz’)

ylabel( Tong tro Z’)

subplot(2,1,2)

semilogx(freq,phaseZ)

xlabel(’Tan so, Hz’)

ylabel(’Pha Z’)

grid

§12 MÔ HÌNH T I RLC N I N I TI P

4SeriePh n t này th c hi n t i RLC n i n i ti p tuy n tính

Kh i Series RLC Load th c hiên t i RLC n i n i ti p tuy n tính Ta nh p giá tr đi n áp và t n s đ nh m c vào 2 ô đ u c a h p tho i Nh p công su t tác d ng,công su t ph n kháng trên đi n c m và công su t tác d ng trên đi n dung vào 3 ô cu i.Các công su t ph n kháng ph i có tr s d ng T i t n s

đã mô t , t i có t ng tr xác đ nh h ng và công su t c a nó t l v i bình

ph ngđi n áp đ t vào Ta tìm giá tr xác l p c a đi n áp và dòng đi n c a t i trong file ct7_11.mdl