Nghiên cứu và xây dựng mô hình chống sét van trong matlab-simulink để bảo vệ chống quá điện áp cho thiết bị điện

Tài liệu tham khảo chuyên ngành tin học Nghiên cứu và xây dựng mô hình chống sét van trong matlab-simulink để bảo vệ chống quá điện áp cho thiết bị điện

MỞ ĐẦU1 Lý do chọn đề tài

Quá điện áp khí quyển và quá điện áp do các sự cố trong hệ thống điện có thểlớn hơn điện áp thí nghiệm xung của cách điện, dẫn đến gây chọc thủng cách điện, pháhoại thiết bị quan trọng như tụ bù dọc, kháng bù ngang và máy biến áp

Thiết bị CSV được sử dụng để bảo vệ các thiết bị nói trên với mục đích là luôngiới hạn điện áp trên các đầu cực thiết bị được bảo vệ ở dưới mức điện áp an toàn củathiết bị.

Sự phát triển của HTĐ và yêu cầu chất lượng điện năng ngày càng cao, làm chovấn đề bảo vệ chống quá điện áp cho các thiết bị điện được quan tâm từ lâu và ngàycàng cao cùng với sự cần thiết của các thiết bị chống sét đến việc vận hành an toàn, tincậy của hệ thống cung cấp điện.

Nghiên cứu chống sét đánh lan truyền từ đường dây vào trạm biến áp hay cảmứng trên đường dây tải điện cũng đóng một vai trò rất quan trọng trong việc lựa chọnthiết bị bảo vệ cho phù hợp.

Để thực hiện bảo vệ chống sóng truyền vào trạm biến áp, trong hệ thống điệnchúng ta dùng rất nhiều CSV, do thiết bị chống sét là thiết bị phi tuyến, cho nên việcđánh giá các đáp ứng ngõ ra ứng với các dạng xung sóng sét lan truyền từ đường dâyvào trạm theo phương pháp truyền thống gặp nhiều khó khăn Phương pháp hiệu quảđể thực hiện việc đánh giá một cách trực quan là mô hình hóa và tiến hành mô phỏngđáp ứng của chúng.

Hiện nay, nhiều nhà nghiên cứu và sản xuất thiết bị chống sét lan truyền trênđường dây đã đi sâu nghiên cứu và đề ra các mô hình thiết bị chống sét với mức độchính xác cao, các quan điểm xây dựng mô hình cũng khác nhau Mặt khác một sốphần mềm mô phỏng cũng đã hổ trợ trong việc xây dựng mô hình các thiết bị chốngsét Tuy nhiên, do đặc điểm của phương pháp mô hình hóa và mô phỏng là có yêu cầuvề mức độ chính xác, mức độ tương đồng cao giữa mô hình và nguyên mẫu của đốitượng, các phương pháp xây dựng mô hình và mô phỏng các phần tử chống sét lantruyển vẫn còn nhiều tranh cãi và được tiếp tục nghiên cứu để phát triễn

Việc nghiên cứu lập mô hình và tiến hành mô phỏng thiết bị CSV dạng MOV,nhận tín hiệu xung không chu lỳ ngõ vào từ đó cho các đáp ứung ở ngõ ra gần nhưthực tế, qua đó cung cấp một công cụ mô phỏng hữu ích cho sinh viên trong việc

nghiên cứu các hành vi và đáp ứng thiết bị CSV dưới tác dụng của xung sét Đồng thờicũng làm công cụ để lựa chọn, kiểm chứng, phát triển và áp dụng mô hình.

2 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Đề tài đề xuất việc sử dụng mô hình CSV trong Matlab-Simulink để nghiên cứusự làm việc của CSV bảo vệ cho các thiết bị điện, đồng thời đề xuất việc lựa chọn cácthông số, số lượng của CSV cần đặt nhằm bảo vệ cho các thiết bị điện và cả CSV.Đồng thời đề tài cũng đề xuất việc mô hình hóa thiết bị CSV để phục vụ nghiên cứubảo vệ máy điện khi có quá điện áp khí quyển.

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của để tài là nghiên cứu cấu tạo, tính năng kỹ thuật, cácmô hình mô tả các đặc tính làm việc, xây dựng mô hình mô phỏng và tiến hành môphỏng đáp ứng của các loại chống sét van MOV, từ đó đánh giá chính xác, lựa chọn vàphát triển mô hình, sử dụng vào trong việc nghiên cứu tác dụng bảo vệ và phối hợpcách điện cho TBA, tụ bù dọc, kháng bù ngang.

4 Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng phương pháp mô hình hóa trong Matlab-Simulink và mô phỏng CSVdưới tác dụng của các dạng xung sét không chu kỳ.

5 Đặt tên đề tài

Căn cứ vào mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu, đề tài được đặt tên:

“NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH CHỐNG SÉT VAN TRONGMATLAB-SIMULINK ĐỂ BẢO VỆ CHỐNG QUÁ ĐIỆN ÁP CHO THIẾT BỊĐIỆN”

6 Bố cục của đề tài

Đề tài gồm những nội dung chính sau:

Chương 1: Cấu tạo, nguyên lý làm việc và tính năng kỹ thuật của chống sét van MOVChương 2: Công cụ Matlab-Simulink trong mô phỏng hệ thống điện

Chương 3: Mô phỏng quá trình hoạt động của CSV bảo vệ quá điện áp cho tụ bù dọc và kháng bù ngang.

Chương 4: Xây dựng mô hình mô phỏng chống sét van MOV và áp dụng mô hình mô phỏng CSV bảo vệ trạm biến áp

Hình 2.1 Cấu trúc của biến trở và đặc tính V-I

Thành phần cơ bản của biến trở là ZnO với thêm một lượng nhỏ bismuth,cobalt, manganses và các ôxit kim loại khác Cấu trúc của biến trở bao gồm một matrận hạt dẫn ZnO nối qua biên hạt cho đặc tính tiếp giáp P-N của chất bán dẫn Cácbiên này là nguyên nhân làm cho biến trở không dẫn ở điện áp thấp và là nguồn dẫnphi tuyến khi điện áp cao.

Mỗi một hạt ZnO của ceramic hoạt động như tiếp giáp bán dẫn tại vùng biêncủa hạt Các biên hạt ZnO có thể quan sát được qua hình ảnh vi cấu trúc của ceramicnhư hình 1.2 Hành vi phi tuyến về điện xảy ra tại biên tiếp giáp của hạt bán dẫn ZnO,biến trở có thể xem như là một thiết bị nhiều tiếp giáp tạo ra từ nhiều liên kết nối nốitiếp và song song của biên hạt Hoạt động của thiết bị có thể phân tích chi tiết từ vi cấutrúc của ceramic, kích thước hạt và phân bổ kích thước hạt đóng vai trò chính tronghành vi về điện

Hình 1.2 Vi cấu trúc của MOV

Hỗn hợp rắn ôxit kẽm với ôxyt kim loại khác dưới điều kiện đặc biệt tạo nênceramic đa tinh thể, điện trở của chất này phụ thuộc vào điện áp Hiện tượng này gọi làhiệu ứng biến trở Bản thân hạt ôxyt kẽm dẫn điện rất tốt (đường kính hạt khoảng 15-100 m), trong khi các ôxyt kim loại khác bao bên ngoài có điện trở rất cao Chỉ tạicác điểm ôxyt kẽm gặp nhau tạo nên “vi biến trở”, tựa như hai diode zener đối xứng,với mức bảo vệ khoảng 3,5V Chúng có thể nối nối tiếp hoặc song song Việc nối nốitiếp hoặc song song các vi biến trở làm cho MOV có khả năng tải được dòng điện caohơn so với các chất bán dẫn, hấp thu nhiệt tốt và có khả năng chịu được dòng xungđột biến tăng cao.

MOV được chế tạo từ việc hình thành và tạo hạt ZnO dạng bột vào trong thành phầnceramic Các hạt ZnO có kích thước trung bình là d, bề dày biến trở là D, ở hai bề mặtkhối MOV được áp chặt bằng hai phiến kim loại phẳng Hai phiến kim loại này lạidược hàn chắc chắn với hai chân nối ra ngoài (hình 2.3).

Hình 1.3 Vi cấu trúc của MOV

Điện áp của MOV được xác định bởi bề dày của MOV và kích thước cả hạtZnO Một đặc tính cơ bản của biến trở ZnO là điện áp rơi qua biên tiếp giáp giữa cáchạt ZnO gần như là hằng số, khoảng từ (2-3,5V) Mối liên hệ này được xác định nhưsau:

Điện áp biến trở: VN = 3,5.n (1.1)Bề dày của biến trở: D(n1)dVN 3d,5 (1.2)Trong đó:

n là số tiếp giáp trung bình giữa các hạt ZnO d là kích thước trung bình của hạt

VN là điện áp rơi trên MOV khi chuyển hoàn toàn từ vùng dòng rò tuyến tínhsang vùng không tuyến tính cao, tại điểm trên vùng đặc tính V-I với dòng điện 1mA.Biên tiếp giáp hạt ZnO của vi cấu trúc là rất phức tạp Chúng gồm 3 vùng cấu trúc(hình 2.4):

Vùng I: Biên có độ dày khoảng (100-1000 nm) và đây là lớp giàu bột Bi2O3.Vùng II: Biên có độ mỏng khoảng (1-200 nm) và đây là lớp giàu bột Bi2O3.Vùng III: Biên này có đặc tính là tiếp xúc trực tiếp với các hạt ZnO.

Ngoài ra Bi, Co và một lượng các ion ôxy cũng tìm thấy xen giữa biên này vớiđộ dày vài nanomet.

Hình 2.4 Sơ đồ cấu trúc của lớp biên tiếp giáp biến trở ZnO

1.2 Tính năng hoạt động của biến trở ZnO

Biến trở ZnO là rất phức tạp, nhiều thành phần, hành vi về điện các ôxytceramic đa tinh thể tùy vào vi cấu trúc của thiết bị này và chi tiết quá trình xảy ra tạicác biên tiếp hạt ZnO Thành phần chính của biến trở là ZnO chiếm 90% hoặc hơnnữa, còn lại là các ôxyt kim loại khác Một hỗn hợp tiêu biểu như sau: 97mol-%ZnO,1mol-%Sb2O3, 0,5mol-% mỗi Bi2O3, Cô, MnO, Cr2O3.

Quá trình chế tạo biến trở ZnO theo tiêu chuẩn kỹ thuật ceramic Các thànhphần được trộn thành hỗn hợp và xay thành bột Hỗn hợp bột được làm khô và nénthành hình dạng mong muốn Sau đó các viên được vón cục ở nhiệt độ cao,cụ thể là từ1000-14000C Hai phiến kim loaị thường là bằng bạc tiếp xúc với các hạt được vón cụcbên ngoài làm điện cực và được hàn chắc chắn với hai chân nối ra ngoài, thiết bị đượcđóng gói bằng vật liệu trùng hợp Sản phẩm được hoàn thành sau cùng được kiểm trađáp ứng các tính năng yêu cầu kỹ thuật Quá trình được diễn tả theo lưu đồ hình 2.5.

Giá trị tiêu biểu kích thước biến trở ôxyt kim loại được cho bảng 2.1:Điện áp biến trở (V rms) D( µm ) N (hạt) Điện trường

V/mm tại 1mA

Bề dày củaMOV(mm)

Bảng 2.1 Kích thước biến trởĐường kính đĩa danh định bảng 2.2.

Đường kính đĩa danh định -mm 3 5 7 10 14 20 32 34 40 62Bảng 2.2 Đường kính danh định

Lưu đồ chế tạo MOV hình 2.5

Hình 2.5.Lưu đồ chế tạo biến trở ZnO

Cấu trúc biến trở oxyt kim loại là đa tinh thể tự nhiên nên hoạt động vật lý làphức tạp hơn chất bán dẫn thông thường Giải thích nguyên lý hoạt động của biến trởZnO dựa trên sự hiểu biết về hiện tượng điện xảy ra ở vùng biên tiếp giáp của các hạtôxyt kẽm, một vài lý thuyết ban đầu đã giải thích dựa trên cơ sở của hiện tượng xuyênhầm Tuy nhiên, có thể diễn tả bằng sự sắp xếp các diode bán dẫn nối tiếp-song song(hình 2.1)

Cấu trúc cơ bản của khối biến trở ZnO là kết quả tạo hạt ZnO Trong suốt quátrình xử lý, sự biến đổi các thành phần hóa học làm cho vi cấu trúc vùng gần biên tiếpgiáp hạt ZnO có điện trở suất rất cao ( =1010 -1012cm ), bên trong các hạt tính dẫnđiện rất cao( =0.1-10cm ) Điện trở suất giảm mạnh từ biên đến hạt khoảng 50-100nm, vùng này được biết như là vùng hẹp

Vì vậy, tại một biên hạt có sự tồn tại vùng hẹp cả hai phía đến các hạt kế cận.Hoạt động của biến trở chính là do sự có mặt của vùng hẹp này Bởi vì vùng này thiếuhụt các điện tử tự do, trong hạt ôxyt kẽm tại miền gần các biên tiếp giáp của các hạt.Điều này giống như ở tiếp giáp p-n của diode bán dẫn và điện dung của lớp tiếp giápnày phụ thuộc vào lớp tiếp giáp theo biểu thức :

CqVNV

 : hằng số điện môi của chất bán dẫn

Hình 1.6 Sơ đồ năng lượng tiếp giáp ZnO- biên –ZnO.

Độ lớn điện thế rào L của biến trở là một hàm theo điện áp (hình 1.7) Sự giảmnhanh của điện thế rào ở điện áp cao tương ứng với lúc bắt đầu vùng dẫn phi tuyến.Ở vùng dẫn cao, giá trị điện trở tùy thuộc vào tính dẫn điện của các hạt bán dẫn ZnO,ở vùng dẫn này mật độ hạt dẫn khoảng từ 1017 -1018cm3 Điện trở suất của ZnO có giátrị dưới 0,3 cm.

Hình 1.7.Quan hệ điện thế rào với điện áp đặt vào

K hệ số phụ thuộc vào loại biến trở  là hệ số phi tuyến

Nguyên lý bảo vệ của biến trở thể hiện qua điện áp phụ thuộc giá trị điện trở:

(1.5) suy ra:

Theo đề nghị của Marned Holzer và Willi Zapsky, xấp xỉ hóa đặc tính V-I của biến trở được biểu diễn theo phương trình:

logV = B1 + B2log(I) + B3e-log(I) + B4e-log(I) (1.8)V = 10logV = 10B1 + B2log(I) + B3e-log(I) + B4e-log(I) (1.9)

Hình 1.8 Đặc tính V-I của MOV

1.4 Thời gian đáp ứng

Hoạt động của biến trở tùy thuộc vào cơ chế dẫn điện giống như các thiết bị bándẫn khác Sự dẫn điện xảy ra rất nhanh với thời gian trễ tính bằng nano giây Hình 1.9đường cong (1) phía trên là trường hợp không có biến trở, đường cong (2) phíadưới là trường hợp có biến trở và không đồng bộ với đường (1) cho thấy ảnhhưởng điện áp kẹp xảy ra rất nhanh.

Tuy nhiên thời gian đáp ứng của MOV bị thay đổi bởi một số lý do:

Điện áp đầu dây nối góp phần gia tăng dáng kể điện áp ngang qua đầu cực củabiến trở ở xung dòng cao và độ đốc sườn trước lớn

Điện dung ký sinh của chính bản thân MOV.Trở kháng ngoài của mạch.

Đáp ứng của biến trở bị ảnh hưởng bởi dạng sóng dòng điện và độ vọt điện ápcực đại xuất hiện tại đầu cực của biến trở trong suốt quá trình tăng dòng điện như hình1.9.

Hình 1.9 Đáp ứng của biến trở ZnO ứng với xung tốc độ cao

Hình 1.10 Đáp ứng của biến trở tính đến điện cảm đầu dây nối với xung dònga) Đặc tính V-I của biến trở ZnO khi thay đổi thời gian tăng xung dòng

b) Điện áp kẹp thay đổi tương ứng với thay đổi dòng xung 8/20µs

1.5 Năng lượng cho phép và công suất tiêu tán trung bình1.5.1 Năng lượng cho phép

Sự già hóa của biến trở liên quan đến năng lượng quá độ, được xác định bởi giátrị điện áp dư cực đại Vp với dòng điện đỉnh Ip cũng như dạng xung Đối với dạng xungsét chuẩn, năng lượng cho phép và được tính toán theo công thức (1.10):

W = VPIP(1,4T2 – 0,88T1)10-6 (1.10) Năng lượng cho phép của MOV phụ thuộc vào đường kính của MOV và nănglượng vượt giá trị cho phép khi:

Dòng điên rò cao Điện áp tại 1mA bị suy giảm (điện áp ngưỡng).

Hệ số phi tuyến bị suy giảm

Tuổi thọ của MOV còn thể hiện qua số lần xung tối đa mà MOV có thể chịuđựng được với xung vuông (hình 1.11).

Hình 1.11 Số lần xung có thể chịu được của CSV MOV

1.5.2 Công suất tiêu tán trung bình

Giá trị công suất tiêu tán trung bình đặc biệt quan tâm trong trường hợp điện ápthay đổi, hệ số phi tuyến cao Từ công thức (1.4), công thức tiêu tán trung bình đượcxác định:

P = K.Vα+1 (1.11)Với sự thay đổi nhỏ của điện áp hiện hành có thể làm tăng công suất tiêu tántrung bình T vì sự tăng cao của hệ số phi tuyến α

Nếu như MOV làm việc ở trạng thái quá độ tần số cao thì nhiệt độ trung bình sẽ giatăng và được cho bởi công thức :

PT 

CSV là thiết bị dùng để bảo vệ qúa áp Theo ANSI, CSV là một “thiết bị bảo vệđể hạn chế điện áp trên thiết bị bằng cách phóng hay dẫn dòng điện xung theo mạchphân dòng” Bên cạnh đó, dòng điện chạy qua CSV sẽ phải được ngắt càng nhanhcàng tốt để tránh tác động nhầm của máy cắt (sự cố chạm đất) và trở về chế độ bìnhthường.

Theo tiêu chuẩn ANSI, CSV được chia thành 3 loại cơ bản: cấp phân phối, cấptrung gian và cấp dùng cho trạm Sự khác nhau của các loại này được xác định bằngđiện áp định mức, đặc tính bảo vệ và độ bền về mức chịu áp lực hay khả năng chịuđựng dòng ngắn mạch.

CSV phân phối được sử dụng phổ biến nhất, xác định bởi tiêu chuẩn là chốngsét có định mức từ 1kV đến 30kV So với các cấp khác, CSV cấp phân phối có điện ápdư cao nhất do đó gây nên điện áp cao đặt lên thiết bị tương ứng với một xung đầu vàocho trước.

Các CSV trung gian được xác định có điện áp định mức từ 3kV đến 120 kV.Loại CSV có đặc tính bảo vệ tốt hơn CSV phân phối Tính năng an toàn áp lực thực sựrất cần thiết dù rằng vài loại CSV trung gian đặc biệt dùng bảo vệ hệ thống cáp ngầmkhông có thiết bị an toàn áp lực.

CSV dùng cho trạm có điện áp dư nhỏ nhất do đó điện áp đặt trên thiết bị khixảy ra phóng điện sẽ thấp và như thế sẽ cung cấp mức bảo vệ cao nhất Theo tiêuchuẩn, loại này có định mức từ 3 kV đến 648 kV và phải có tính năng an toàn áp lực.

Đối với CSV dùng để ngăn ngừa không cho điện áp tăng lên quá cao ở các thiếtbị được bảo vệ, phải phối hợp với các mức chịu đựng xung cơ bản BIL của thiết bị đó.Nghĩa là quy trình chọn CSV phải tính đến khả năng chịu quá áp của thiết bị và đảmbảo cho CSV hoạt động tốt trong giới hạn cách điện của thiết bị.

Hình 1.12.Chức năng phối hợp cách điện của CSV

Hiện nay có hai tiêu chuẩn được sử dụng phổ biến để thiết kế chống sét là IEC vàANSI Một số thuật ngữ cơ bản được sử dụng như sau:

1.6.1 Điện áp định mức (Ur)

Thông thường điện áp định mức của một thiết bị là giá trị điện áp được đặt liêntục lên thiết bị mà vẫn đảm bảo được tính năng của nó, trong nhiều trường hợp CSVkhông phải là như vậy.

Theo IEC: Điện áp định mức của chống sét là giá trị hiệu dụng cho phép tối đacủa điện áp tần số công nghiệp đặt vào hai cực chống sét mà tại đó công suất đượcthiết kế để vận hành đúng ở các điều kiện được thiết lập trong các thí nghiệm chu kỳlàm việc.

Theo IEC: Một CSV đáp ứng tiêu chuẩn phải chịu đựng được điện áp định mứccủa nó ít nhất trong 10 giây, sau khi đã được gia nhiệt trước đến 600C và chịu tác độngmột xung dòng cao hay hai xung dòng trong thời gian dài và sau đó được phối kiểm độổn định nhiệt đối với điện áp vận hành liên tục trong khoảng 30 phút

Theo ANSI: Điện áp chu kỳ làm việc cũng được định nghĩa là một chu kỳ thửnghiệm khá phức tạp Định mức chu kỳ làm việc là điện áp mà tại giá trị này các mẫuthử nghiệm được nạp điện mà không gia nhiệt trước Điện áp thử nghiệm này được giửkhoảng 20 phút, trong thời gian đó 20 xung dòng loại (8/20s-10kA), được sử dụngvới khoảng thời gian giữa các lần tao tác là 50 giây đến 60 giây.

Hiển nhiên, sự xác định định mức chống sét ANSI không thể đo trực tiếp trênchống sét, cũng không liên quan đến các điều kiện làm việc gắn chặt với các đánh giáthử nghiệm

Mặc dầu các thử nghiệm là khác nhau giữa IEC và ANSI, trong thực tế các địnhmức được xác định bởi các nhà sản xuất khác nhau, đối với các đặc tính chính thì hầunhư tương tự dù là được xác định theo IEC hay ANSI Lý do là trong thực tế điện ápđịnh mức được sử dụng như là một thông số tham khảo các đặc tính khác của chốngsét mà sẽ được xác định từ hệ thống hay các yêu cầu thử nghiệm Do vậy trong lựachọn chống sét, điều quan trọng quyết định là các thông số đo được, chẳng hạn nhưcác mức bảo vệ tuyệt đối.

1.6.2 Dòng điện quy chẩn (Iref)

Theo IEC : Dòng điện quy chuẩn là giá trị đỉnh (giá trị đỉnh của hai cực sẽ caohơn nếu dòng điện bất đối xứng) của thành phần điện trở ở dòng điện tần số côngnghiệp được sử dụng để xác định điện áp quy chuẩn của chống sét Dòng điện quychuẩn phải đủ lớn để có thể bỏ qua các ảnh hưởng của điện dung tản của chống sét tạigiá trị điện áp quy chuẩn đo được và được quy định bởi nhà sản xuất.

Theo tiêu chuẩn IEC 99-4 thì dòng điện quy chuẩn cho phép khi đặt dòng điệnxoay chiều tần số công nghiệp vào hai cực của chống sét là tương ứng với mật độ dòngđiện khoảng (0,05mA  1,0mA)/cm2 của tiết diện đĩa MOV của các chống sét loạimột trụ.

Theo ANSI: Dòng điện quy chuẩn là giá trị đỉnh của thành phần điện trở củadòng điện tần số công nghiệp đủ lớn để có thể bỏ qua các ảnh hưởng của các điệndung tản của chống sét Mức dòng điện này là do nhà sản xuất quy định.

Theo tiêu chuẩn ANSI C62-11 thì khi nâng điện áp lên 1,25 lần điện áp làmviệc liên tục lớn nhất vào hai cực của chống sét thì dòng điện qua chống sét là dòngđiện quy chuẩn Dòng điện quy chuẩn cho phép theo tiêu chuẩn này là (0,05mA1,0mA)/cm2 của tiết diện đĩa MOV.

1.6.3 Điện áp quy chuẩn (Uref)

Theo IEC :Điện áp quy chẩn là giá trị đỉnh của điện áp tần số công nghiệp chiacho 2được sử dụng cho chống sét để đạt dòng điện quy chuẩn.

Điện áp quy chuẩn là một tổ hợp nhiều chống sét ghép lại là tổng số của các điện ápquy chuẩn thành phần.

Theo ANSI: Điện áp quy chuẩn là giá trị đỉnh thấp nhất của điện áp tần số côngnghiệp của cực độc lập chia cho 2, được yêu cầu tạo ra thành điện trở của dòng điệnbằng dòng quy chuẩn của chống sét Điện áp quy chuẩn của một tổ hợp gồm nhiềuchống sét ghép nối tiếp là tổng số của các điện áp quy chuẩn của từng thành phần.Mức điện áp này do nhà sản xuất quy định.

1.6.4 Quá điện áp tạm thời (TOV)

Quá điện áp với tần số vài Hz đến vài trăm Hz, thời gian kéo dài từ vài ms đếnhàng giờ Các nguyên nhân của quá áp tạm thời có thể là do chạm đất một pha, haipha, cộng hưởng sắt từ trong lưới điện, sa thải phụ thải Thông thường xung này khôngđược quá 3pu và không gây nguy hiểm trong vận hành luới điện Tuy nhiên, nó làyếu tố quyết định đến kích cỡ của chống sét.

Uc cao hơn không tương ứng đối với điện áp ngưỡng cao hơn, không cải thiệnđặc tính ô nhiễm hoặc khả năng chịu đựng TOV.

Do vậy, tốt nhất là cần quy định Uc, TOV và các thông số khác riêng lẻ dựatrên yêu cầu thực tế của lưới điện và theo đó lựa chọn chống sét thích hợp

Theo ANSI: Thuật ngữ MCOV là giá trị hiệu dụng của điện áp tần số công nghiệp tốiđa có thể áp đặt liên tục vào hai cực của chống sét.

Theo tiêu chuẩn ANSI tất cả các định mức chống sét đều được liệt kê trong mộtbảng có MCOV tương ứng cho mỗi định mức điện áp chu kì làm việc.

Trong trường hợp này, có một sự quan hệ cố định giữa MCOV và định mức chukì làm việc và không xem xét đến việc áp dụng thực tế Do vậy, MCOV được sử dụngnhư là điện áp thí nghiệm trong các thí nghiệm chủng loại theo tiêu chuẩn ANSI.Không có xem xét sự phân bố điện áp không tuyến tính làm cho các thử nghiệm theoANSI ít khắc nghiệt so với các thử nghiệm theo IEC.

Hơn nữa, các thuận lợi trong việc lựa chọn một điện áp định mức cao hơn chomột áp dụng riêng biệt không được chỉ ra ở các thí nghiệm như thế, như các thínghiệm nhiễm bẩn và các phối kiểm TOV Bất kỳ khi nào có sự lựa chọn hai định mứcchống sét cho áp dụng giống nhau, điều hiển nhiên là các thử nghiệm phải được thựchiện với điện áp công tác tối đa thực tế để đạt được một giá trị thích đáng.

Các định nghĩa cho Uc và MCOV ở các tiêu chuẩn là tương đương.Tuy nhiên,khi xem xét đến sự phân bố điện áp không đồng nhất không có ở tiêu chuẩn ANSI, dovậy MCOV chỉ được xem như là giá trị áp liên tục tối đa được sử dụng trong thửnghiệm phân loại, được chia theo tỷ lệ cho các đĩa trong một CSV, không phải củachống sét hoàn chỉnh.

1.6.6 Hệ số bền chịu đựng quá áp tạm thời (T)

Hình 1.13 Hệ số chịu đựng quá điện áp tạm thời

TOV là một hàm số theo thời gian t ở nhiệt độ môi trường t = 60C (nhiệt độ không khí bên ngoài chống sét), t là khoảng thời gian quá áp tần số công nghiệp (hình 1.13).

Hệ số bền chịu đựng quá áp tạm thời T là khả năng chịu đựng TOV của CSVđược định nghĩa như sau:

Để thể hiện khả năng quá áp tạm thời của chống sét MOV các nhà sản xuấtthường cung cấp kèm theo chống sét đặc tính khả năng quá áp tạm thời theo thời gian.Cần lưu ý có hai cách thể hiện :

Cách 1: Cách này thường gặp ở các nhà sản xuất Châu Âu và theo tiêu chuẩn IECTrên hình 1.13, đường đặc tuyến ở phía trên có giá trị đối với các chống sétkhông có mang tải trước đáng kể Vì lý do ổn định nhiệt nên nhiệt độ MOV không thểvượt quá một giá trị xác định, năng lượng do chống sét hấp thụ cũng bị giới hạn Vớilý do đó, tải cho phép khoảng thời gian t sẽ giảm theo giá trị của T đáp ứng với TOV.Đường đặc tuyến phía dưới có giá trị đối với chống sét khi ở thời điểm t=0 đã mang tảitrước là Uc Đường đặc tuyến này nằm bên dưới đường đặc tuyến chưa mang tải bởi vì

trong từng trường hợp, năng lượng hấp thụ vào CSV trong khoảng thời gian t củađường đặc tuyến mang tải phải nhỏ hơn.

Cách 2: Cách này thường gặp ở các nhà sản xuất Châu Mĩ tyheo tiêu chuẩn ANSI.

Hình 1.14 Khả năng quá áp tạm thời của CSV McGraw-Edison VariSTAR loại AZL8Ở hình 1.15, đường cong được thiết lập bằng cách sử dụng điện áp tần số côngnghiệp để gia nhiệt trước đến 60 mẫu thử nghiêm, trên định mức chu kỳ làm việc củachống sét nhiều lần từ 0,1 đến 104 giây Một thí nghiệm quá áp được giảm đến giá trịMCOV trong vòng 200ms trước khi bị hỏng do nhiệt Khu vực bên dưới đường conglà đặc tính điện áp, thời gian mà ở đó các mẫu thử đã được xác định ổn định nhiệttrong khoảng thời gian chu kỳ sau 30 phút với tổn thất bằng hay ít hơn giá trị gốc Tuynhiên điều này không phải là thí nghiệm được bắt buộc hay được mô tả tiêu chuẩnANSI hay IEC Cần lưu ý ở tiêu chuẩn ANSI thử nghiệm mang tải trước để có đườngcong Prior Duty chỉ yêu cầu áp dụng đối với chống sét loại trạm và loại trung gian.

Tổng trở ngắn mạch nhìn từ chống sét trong quá trình xảy ra TOV đóng vai tròquan trọng để xác định yêu cầu năng lượng, các yếu tố khác ảnh hưởng đến dunglượng TOV là năng lượng hấp thụ như nhiệt độ ban đầu của các thớt của bộ chống sétkhi có TOV và điện áp đưa vào sau TOV Đối với các TOV có tần số cao hơn tần sốcông nghiệp có thể giả thiết ở cùng một biên độ điện áp thì khoảng thời gian chịu đựngcủa chống sét trong hai trường hợp này được xem như nhau nếu quá trình này ngắnhơn 10s Đối với các trường hợp khác thì phải tham khảo ý kiến nhà sản xuất.

Theo IEC là các thử nghiệm chịu đựng xung dòng thời gian dài(Long durationcurrent impulse withstand test) Và theo ANSI là thí nghiệm chịu đựng dòng phóng(Discharge curent withstand test) đó là các xung dòng chữ nhật dài 2-3,2ms, biên độ200-1000A và số xung là 18 hay 20 Nói chung, các yêu cầu IEC là khắc nghiệt hơn

Phương thức nối đất của lưới điện Ke

Hệ thống 4 dây nối đất lặp lại 1,25-1,35

Hệ thống 3 dây nối đất tổng trở nhỏ 1,40Hệ thống 3 dây nối đất tổng trở cao 1,73

ANSI do năng lượng mỗi xung là cao hơn Thông thường các chống sét MOV chịuđựng mức năng lượng cao hơn ở các dòng thấp có thời gian dài (như các ứng suất tầnsố công nghiệp) So với dòng cao có thời gian ngắn (như dòng phóng của tụ điện) Khiđề cập đến dung lượng năng lượng phải kèm theo chu trình thử nghiệm nếu không thìkhông có nghĩa Cũng cần lưu ý các số liệu cho bởi các nhà sản xuất thường khác nhauvà khó so sánh trừ khi chúng cũng được tiến hành bởi các chu trình thử nghiệm tươngđương Các số liệu có thể được giới thiệu bằng nhiều cách chẳng hạn như kJ/kVMCOV hay kJ/kV định mức Có thể xem sự khác nhau là 25% định mức khảng là 1,25lần MCOV.

1.6.9 Biên hạn bảo vệ (PM)

Sau khi xác định được một CSV có thể làm việc trên một hệ thống, khả năngbảo vệ một CSV đối với một thiết bị phải xem xét Điều này thực hiện bởi so sánh đặctính bảo vệ của CSV với BIL của thiết bị được bảo vệ Sử dụng điện áp dư của CSV sovới mức cách điện chung của máy biến áp để xác định biên hạn bảo vệ nhỏ nhất Đồngthời về cơ bản một phép so sánh khác sẽ được so sánh với giá trị đỉnh của CSV với thửnghiệm đầu sóng Tuy nhiên thử nghiệm đầu sóng không được sử dụng ở tất cả cácmáy biến áp nên sự so sánh thường được thực hiện ở mức thử nghiệm sóng cắt.

1.6.9.1 Biên hạn bảo vệ đầu sóng tương đương (PM1)

CWW : là điện áp chịu đựng sóng cắt ngọn của thiết bị

FOW : Là mức bảo vệ của chống sét đối với điện áp dư đầu sóng

1.6.9.2 Biên hạn bảo vệ xung thiết bị (PM2)

BIL: Mức cách điện cơ bản của thiết bị

LPL: là điện áp phóng ở dòng xung sét được xếp loại chống sét

1.6.9.3 Biên hạn bảo vệ xung thao tác thiết bị (PM3)

BSL : là mức cách điện xung thao tác cơ bản của thiết bịSPL : Mức bảo vệ chống sét đối với một xung thao tác

Độ bền của các thiết bị có cách điện thiết bị khô tăng không đáng kể khi thờigian chịu điện áp xung giảm Vì vậy với mục đích phối hợp cách điện, độ bền của cáchđiện thiết bị được xem như các giá trị BIL là tương đương cho tất cả các phóng điệnxung Khi xây dựng các thiết bị cách điện khô có cùng trị số BIL như thiết bị loại cáchđiện dầu cho cùng một điện áp vận hành là không thực tế Do đó, vấn đề phối hợp cáchđiện đối với thiết bị loại khô gặp khó khăn hơn so với thiết bị loại dầu Để bảo vệ ápcho thiết bị loại này phải dùng CSV đặc biệt.

Các biên hạn bảo vệ tối thiểu theo ANSI đề xuất là:PM1 (Mức thử nghiệm sóng cắt): 20%

PM2 (Mức BIL): 20%

PM3 (Dãy xung đóng cắt ): 15%

Biên hạn bảo vệ tối thiểu này có chứa 1 hệ số an toàn để giải thích các trườnghợp phát sinh đa dạng, không biết trước như sai số trong các tính toán dòng xung lớnnhất, khoảng cách đến máy biến áp và thiết bị khác, trường hợp giảm khả năng chịuđựng điện áp do sự xuống cấp của thiết bị đã cũ Trong phạm vi các thông số đã đượcnêu ra, một biên hạn bảo vệ qui định không phải là mối quan tâm đáng kể khi so sánhviệc bảo vệ bởi hai CSV với định mức gần nhau của nhà sản xuất Tuy nhiên chúngphải được đặc biệt chú trọng khi so sánh các CSV có cùng định mức do nhà sản xuấtkhác nhau chế tạo hoặc khi so sánh các kiểu CSV khác nhau.

CHƯƠNG 2

CÔNG CỤ MATLAB - SIMULINK TRONG MÔ PHỎNG HỆTHỐNG ĐIỆN

2.1 Matlab-Simulink2.1.1 Matlab

MATLAB có nguồn gốc từ chữ Matrix laboratory, là ngôn ngữ máy tính dùngđể tính toán kỹ thuật Matlab kết hợp tính toán với lập trình và đồ họa trong môitrường phát triển tương tác, với các hàm và công cụ có sẵn Phần cốt lõi của chươngtrình bao gồm một số hàm toán, các chức năng nhập xuất cũng như khả năng điềukhiển chu trình, thêm vào đó có thể thêm vào các bộ công cụ (toolbox) với phạm vichức năng chuyên dùng mà người sử dụng cần.

Những năm gần đây, Matlab-simulink và các toolbox kèm theo đã trở thànhcông cụ không thể thiếu đối với các ngành kỹ thuật Điều này trước hết là do Matlabcung cấp một công cụ tính toán và lập trình bậc cao dễ sử dụng, hiệu quả và thân thiệnvới người dùng.

Matlab-Simulink giúp người sử dụng dễ dàng thực hiện các bài toán mô hìnhhóa, mô phỏng trên máy tính và sau cùng là tạo ra được các sản phẩm ứng dụng trongthực tế.

Ưu điểm tiếp theo của Matlab là tính mở Các hàm Matlab và các toolboxkhông ngừng phát triễn bổ sung theo sự phát triển của khoa học và kỹ thuật, là công cụtrợ giúp phong phú và trực tiếp Do đó người dùng dễ dàng tra cứu bất kỳ một vấn đềnào đó cần thiết.

2.1.2 Simulink

Simulink là phần mở rộng của Matlab Simulink là công cụ dùng để mô phỏngvà phân tích hệ thống động liên tục, rời rạc, tuyến tinh và phi tuyến thông qua giaodiện GUI dưới dạng sơ đồ khối Giao diện đồ họa trên màn hình của Simulink chophép thể hiện hệ thống dưới dạng tín hiệu với các khối chức năng quen thuộc.Simulink cung cấp cho người sử dụng một thư viện rất phong phú, có sẵn với số lượnglớn các khối chức năng cho các loại hệ thống khác nhau Hơn thế nữa người sử dụngcũng có thể tạo nên các khối riêng của mình.

Để làm việc với Simulink, trước hết phải khởi động Matlab, sau đó gọi lệnhsimulink ta sẽ thu được kết quả như hình 2.1

Hình 2.1 Cửa sổ giao diện của Matlab- Simulink

Simulink gồm các khối thư viện, mỗi thư viện có chứa nhiều thư viện con, mỗikhối thư viện con có một chức năng riêng

Trong thư viện con có các khối chức năng

Tính chất của các khối chức năng : Tất cả các khối chức năng đều được xâydựng theo mẫu giống nhau Mỗi khối có một hay nhiều đầu vào/ ra (trừ các khối đặcbiệt ), tên ở giữa các khối thể hiện đặc điểm của khối Người sử dụng có thể tùy ý thayđổi tên của khối, tuy nhiên mỗi tên chỉ sử dụng duy nhất một lần trong phạm vi cửa sổmô hình mô phỏng Khi nháy kép trực tiếp vào khối ta sẽ mở cửa sổ tham số BlockParameters và có thể nhập thủ công các tham số đặc trưng của khối

Simulink phân biệt hai loại khối chức năng : Khối ảo và khối thực Các khốithực đóng vai trò quyết định khi chạy mô hình mô phỏng simulink Việc thêm bớt khốithực sẽ thay đổi đặc tính của hệ thống đang mô phỏng Ngược lại, các khối ảo khôngcó khả năng thay đổi đặc tính của hệ thống, chúng chỉ có nhiệm vụ thay đổi diện mạođồ họa của mô hình simulink Một số khối chức năng mang đặc tính ảo hay thực tùythuộc vào vị trí hay cách thức sử dụng chúng trong mô hình mô phỏng, các mô hình đóđược xếp vào loại mô hình ảo có điều kiện.

2.1.4.2 Làm việc với các loại tín hiệu

Bên cạnh các đặc điểm đã được giới thiệu, mỗi tín hiệu thuộc sơ đồ cấu trúcSimulink đều được gắn một loại số liệu nhất định, quyết định đến dung lượng bộ nhớdành cho mỗi tín hiệu Simulink cũng hỗ trợ tất cả các loại số liệu như Matlab

Số liệu mặc định của Simulink là kiểu double Trong quá trình mô phỏngSimulink sẽ kiểm tra xem việc đảo giữa các loại số liệu có đúng hay không, nhằm loạitrừ các kết quả sai lầm có thể xảy ra.

Khả năng khai báo, xác định loại số liệu của tín hiệu cũng như tham số thuộccác khối chức năng thật có ý nghĩa, nếu ta chọn mô hình chạy với thời gian thật, nhucầu bộ nhớ và tốc độ tính toán phụ thuộc vào số liệu được ta chọn

2.1.5 Khởi động và dừng mô phỏng 2.1.5.1 Khai báo tham số

Trước khi tiến hành mô phỏng cần phải có những thao tác chuẩn bị nhất định đólà khai báo tham số và phương pháp tích phân Các thao tác chuẩn bị được thể hiện trên hình 2.2 với hộp thoại Simulink Parameters gồm 5 trang.

Hình 2.2 Trang khai báo tham số mô phỏng

Trong trang Solver có thể khai báo thời gian bắt đầu và kết thúc, thuật toán tíchphân và phương pháp xuất kết quả của mô hình Simulink cung cấp một số thuật toánkhác nhau đáp ứng khá rộng rãi cho các bài toán đặt ra Đối với hệ gián đoạn ta dùngthuật toán discrete với bước tích phân linh hoạt (Variable-step) cố định ( Fixed-step)

Trang Workspace I/O ta có thể gửi số liệu vào hoặc đọc số liệu ra từ môi trườngWorkspace mà không cần sử dụng các khôi To Workspace, From Workspace trong môhình mô phỏng.

Trang Diagnótíc có thể khai báo phương thức xử lý của Simulink đối với các sựkiện xảy ra trong quá trình mô phỏng.

Trang Avanced khai báo nâng cao, khi đó thời gian mô phỏng có thể tăng lên,cos thể khai báo tác động tới khối lượng tính toán mô phỏng.

2.1.5.2 Khởi động và dừng mô phỏng

Quá trình mô phỏng của mô hình Simulink được khởi động qua menuSimulink/Start Trong khi mô phỏng, có thể chọn Simulation/Pause để tạm ngừng hoặcSimulink/Stop để ngừng hẳn quá trình mô phỏng Hoặc ta có thể điều khiển quá trìnhmô phỏng bằng các dòng lệnh trên cửa sổ lệnh của Matlab Điều này đặc biệt có ýnghĩa khi ta muốn tự động hóa toàn bộ quá trình mô phỏng.

2.1.5.3 Lựa chọn phương pháp mô phỏng liên tục hay rời rạc

Điều quan trọng trong mô phỏng hệ thống điện là việc lựa chọn phương thứckhảo sát tín hiệu Hệ thống mô phỏng hệ thống điện có vai trò như một hệ thống liêntục về thời gian, hay cũng có thể mô phỏng theo những bước giá trị cố định Vớinhững hệ thống nhỏ, phương thức mô phỏng liên tục cho độ chính xác cao hơn Vớicác bước cố định làm bỏ qua các sự thay đổi nhỏ nên mức chính xác của mô phỏng

không cao Nhưng với phương thức mô phỏng theo bước cố định thì trình tự và thờigian mô phỏng nhanh hơn vì số bước giải thuật cho các trạng thái sẽ ít đi.

Vậy cần xem xét với những hệ thống nào nên mô phỏng theo phương thức liêntục và những hệ thống nào nên mô phỏng theo phương thức bước cố định Với nhữnghệ thống có chứa hơn 30 trạng thái và 6 chuyển đổi cần thực hiện phương thức môphỏng theo bước cố định.

Hình 2.3 Bảng thông báo lỗi khi chạy chương trình

Trong phần phía trên của hộp thoại báo lỗi ta thấy danh sách các khối gây nênlỗi Khi chuyển vạch đó tới khối nào, ta sẽ thấy ở phần dưới hộp thoại mô tả kỹ về lỗicủa khối đó Nếu nháy chuột để Open, cửa sổ Block Parameters của khối sẽ mở ra chophép ta thay đổi, sửa lại các tham số khai báo tại đó Đôi khi nguồn gây lỗi trên sơ đồcòn được đổi màu để nhanh chóng phát hiện.

2.2 Hệ thống con trong mô hình Simulink 2.2.1 Tổng quan về hệ thống con

Để có thể bao quát được tất cả các khối chức năng của mô hình một hệ thốngphức tạp Simulink cho phép tạo mới các thư viện con hay gọi là các hệ thống con(Subsystem) Bên cạnh ưu điểm giảm khối lượng các khối chức năng trong một cửa sổmô hình, ta có thể gom các khối chức năng có liên quan với nhau thành một hệ thốngcon độc lập

2.2.2 Tạo hệ thống con

Có 2 cách tạo ra hệ thống con như sau :

Cách 1: Dùng chuột để đánh dấu tất cả các khối mà ta muốn gom lại với nhau.Cần chú ý các đường tín hiệu kèm theo Sau đó chọn Create Subsystem thuộc menuEdit Các khối chức năng được đánh dấu sẽ được Simulink thay thế bởi một khốiSubsystem Khi nháy chuột kép vào khối mới, cửa sổ có tên của khối mới sẽ mở ra.Các tín hiệu vào/ra sẽ tự động nối ghép với hệ thống mẹ bởi các khối Import vàOutport.

Cách 2 : Dùng khối Subsystem có sẵn trong thư viện Signals & System Sau khigắn các khối đó sang mô hình hệ thống đang mở, ta nháy chuột kép vào khối để mởcửa sổ của khối và lần lượt đưa các khối cần thiết vào để tạo ra hệ thông con Việcghép nối với hệ thống mẹ phải được chủ động thực hiện bằng tay nhờ các khối Importvà Outport.

2.2.3.Khai báo tham số hệ thống con

Các biến sử dụng trong hệ thống con đã đánh dấu được gán giá trị cụ thể tại hộpthoại Block Paramers Điều này thể hiện tính độc lập của các hệ thống con và có thể sửdụng chúng nhiều lần trong cùng một mô hình mô phỏng Cách tạo mặt nạ và khai báocác tham số cho hệ thống con ta vào menu Edit chon Mask Subsystem, hộp thoại MaskEdit sẽ mở ra

Hình 2.4 Hộp thoại tạo ra mặt nạ cho hệ thống con

Trang Icon có chứa các khả năng trình bày của khối mới, có thể tiến hành tạo dáng và trang trí biểu tượng của khối, tại đó có một số lệnh phục vụ cho việc biểu diễnlời văn, đường nét cũng như hàm truyền đạt.

Trang Parameter cho phép mô tả các biến sử dụng trong khối mới.

Trang Initialization khai báo tên các biến và các tham số sẽ xuất hiện tại hộp thoại Block Parameter của khối mới.

Trang Documentation cho phép ta viết một đoạn ngắn mô tả chức năng và nôi dung help cho khối mới.

Sau khi khai báo xong khối mới mà ta muốn thay đổi Khi muốn mở khối ta chọn Edit/ Look under mask sẽ cho ta cửa sổ giống như khi ta chưa đánh dấu.

2.3 Giới thiệu một số khối chức năng của Simulink2.3.1 Khối Import và Outport

Khối Import và Outport là các khối đầu vào, đầu ra của một số mô hình môphỏng Cần lưu ý đến một vài tham số quan trọng khác của khối Outport Ví dụ,

Outport when disabled cho hệ thống biết cần xử lý tín hiệu ra như thế nào khi hệ thốngmô phỏng đang ngừng không chạy (xóa về không hay giữ nguyên giá trị cuối cùng).Initial Outport cho biết giá trị cần lập cho đầu ra.

2.3.2 Khối Subsystem

Khối Subsystem được sử dụng để tạo hệ thống con trong khuôn khổ của mộtmô hình SIMULINK Việc ghép các mô hình thuộc các tầng cấp trên được thực hiệnnhờ khối Import và Outport Số lượng đầu vào/ra của khối Subsystem phụ thuộc sốlượng khối Import và Outport.

Đầu vào/ra của khối Subsystem sẽ được đặt theo tên mặc định của các khốiImport và Outport.

2.3.3 Khối Transfer Fnc

Mặc dầu chức năng của Simulink có thể giải quyết được các bài toán có xuấthiện vòng lặp đại số nhưng thời gian giải các bải toán rất chậm Nhờ khối TransferFnc, có thể tránh được vòng lặp bằng cách đưa tín hiệu liên tục về rời rạc với một thờigian trích mẫu phù hợp Ở ví dụ cho khối trên, thời gian trích mẫu là T= 0.01 μs.s.

2.3.4.Khối look-up Table

Khối look-up Table tạo tín hiệu ra từ tín hiệu vào trên cơ sở thông tin một bảngtra (Vector of input x vector of output values) Nếu giá trị hiện tại của tín hiệu vàotrung với một giá trị thuộc vector of input values, giá trị tương đương trong bảng thuộcvector of output values sẽ được đưa tới đầu ra Nếu giá trị của tín hiệu vào nằm giữa

hai giá trị thuộc vector of input values, SIMULINK thực hiện nội suy hai giá trị tươngứng của vector of output values Nếu giá trị của tín hiệu vào bé hơn hay lớn hơn giá trịđầu tiên/giá trị cuối cùng của vector of input values, SIMULINK sẽ thực hiện ngoạisuy hai giá trị đầu tiên/cuối cùng của vector of output values Vector of input valuescó thể là một vector hàng hay một vector cột.

2.3.5 Khối Controlled Current Source và Controlled Voltage Source

Khối Controlled Current Source và Controlled Voltage Source có chức năngchuyển đổi tín hiệu vào thành tín hiệu điện Khối Controlled Current Source vàControlled Voltage Source hoạt động khi có tín hiệu vào block.

Khối Current Measurement dùng để đo tức thời một tín hiệu dòng điện chạyqua bất kỳ khối nào, đầu ra cung cấp tín hiệu cho các khối chức năng khác.

2.3.7 Khối scope

Nằm trong thư viện Sinks

Chức năng hiển thị tín hiệu đã được phân tích trong suốt quá trình mô phỏng.Nó hiển thị giá trị được đưa vào nó theo thời gian Khối có nhiều trục tọa độ, tất cảnhững trục này có chung một phạm vi thời gian với trục y độc lập Scope cho phép tachỉnh khoảng thời gian và dãy giá trị tín hiệu đã được hiển thị Ta có thể di chuyển,thay đổi kích thước của khối này và thay đổi thông số của khối trong quá trình môphỏng Scope có thể zoom hình ảnh hiển thị sao cho tối ưu nhất.

2.3.8 Khối Mux

Nằm trong thư viện Singals & Systems.

Chức năng liên kết nhiều đường ngõ vào tạo thành một vector ngõ ra Tín hiệuvào có thể mang một giá trị vô hướng hay một vector nhưng giá trị ngõ ra là mộtvector Nếu đặt thông số Number là vô hướng thì Simulink sẽ quyết định bằng cáchkiểm tra những ngõ ra được bổ sung cho khối Mux Nếu bất cứ tín hiệu vào nào là mộtvector thì tất cả những phần tử của nó sẽ được nối vào khối.

2.3.9 Khối Pi Section line

Khối này được dùng để mô phỏng mô tả đường dây truyển tải hình piKhai báo thông số trong block

Các thông số khai báo trong đơn vị có tên.gồm điện trở, điện kháng, điện dung trên 1 km đường dây, còn phải khai báo tần số hệ thống điện và chiều dài đường dây.

2.3.10 Khối Series RLC Branch

Khối Series RLC Branch thay thế thông số RLC+Nếu chỉ có R thì khai báo L=0 ; C=inf+Nếu chỉ có L thì khai báo R=0 ; C=inf

+Nếu chỉ có C thì khai báo L=0 ; R=0

2.3.11 Khối Surge Arrester

Khối Surge Arrester mô phỏng hoạt động của chống sét van

Hình 1 : Đặc tính V- I tuyến tính hóa và đặc tính V- I logarit hóa của CSV.

Hình 2 Hộp thoại và những tham số trong mô phỏngProtection voltage Vref

Điện áp bảo vệ của khối chống sét van,đơn vị Volt(V).Number of columns

Số cột đĩa oxit kim loại.Ít nhất là 1.Reference current per column Iref

Dòng điện tham chiếu của 1 cột sử dụng để xác định điện áp bảo vệ, đơn vịAmpe(A).

Tham số K và α của đoạn 3Measurements

Chọn Branch voltage để đo điện áp giữa 2 đầu của khối chống sét van.ChọnBranch currentđể đo dòng điện chạy qua khối chống sét van.Chọn Branch voltage and current để đo điện áp và dòng điện.

Đặt 1 khối Multimeter trong mô hình để hiển thị phép đo đã được chọn trongkhi tính toán.Trong hộp Available Measurements của khối Multimeter, phép đo thìđược xác định bởi nhãn bên dưới bởi tên khối.

Measurement LabelBranch voltage Ub:Branch current Ib:

2.3.12 Khối AC Voltage Source

Khối AC Voltage Source là nguồn áp xoay chiều một pha, các thông số, biên độ, góc pha, tần số được cài đặt trong block.

2.4 Kết luận

Với công cụ Matlab-Simulink ta hoàn toàn có thể mô phỏng mọi trạng thái vậnhành của hệ thống điện, khảo sát được tất cả các tình trạng làm việc không bìnhthường cũng như sự cố đối với hệ thống điện.

Trong nội dung đề tài sử dụng công cụ Matlab-Simulink sẽ đảm bảo tính tương tự nhưcác công cụ khác mô phỏng hệ thống điện khác Hơn thế nữa, công cụ mô phỏngSimulink còn cho chúng ta việc thay đổi và hiệu chỉnh sơ đồ cấu trúc một cách đơngiản, thay đổi thông số làm việc của hệ thống, thay đổi trạng thái khảo sát nhanh và dễthực hiện.

Công cụ Simulink có giao diện trực quan nên rất dễ theo dõi và điều chỉnh cácsai sót trong quá trình xây dựng.

Đối với công cụ Matlab-Simulink tính mỡ rộng cao, ta có thể thêm các đốitượng mới để tạo ra được các hệ thống điện khác nhau Từ đó cho phép ta khảo sát cáctrường hợp đặc biệt khi có sự thay đổi cấu trúc của hệ thống.

CHƯƠNG 3

MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA CSV BẢO VỆQUÁ ĐIỆN ÁP CHO TỤ BÙ DỌC VÀ KHÁNG BÙ NGANG3.1 Các tác dụng của tụ bù dọc và kháng bù ngang

3.1.1 Các tác dụng của tụ bù dọc

Xét một đường dây hình tia với tụ bù dọc nối tiếp trên đường dây:

Hình 3.1 Đường dây hình tia với tụ bù dọc nối tiếp trên đường dây

Hình 3.2 Vecto điện áp đầu và cuối đường dây khi không có tụ bù dọc và khi có tụ bùdọc.

Tổn thất điện áp trên đường dây khi có bù dọc:U'I[(R j(XL XC)(3.1)

Từ biểu thức (3.1) và đồ thị vecto ta có nhận xét:Với cosφ thấp hoặc điện khángđường dây lớn thì sụt áp do điện kháng là quan trọng Bù dọc có tác dụng làm giảm sụt

áp của đường dây Tụ bù dọc làm giảm độ sụt áp bằng cách bù một phần điện kháng