Tính toán quá độ trên đường dây truyền tải bằng phương pháp RBF FDTD

HCM TÍNH T -FDTD Chuyên ngành: TP , tháng 09 n 2013 HCM -FDTD Chuyên ngành: Mã TP , tháng 09 n HCM Cán : TP.HCM n ) r c - TR NG KHOA I H C BÁCH KHOA C NG HÒA XÃ H I CH I N - I N T cl p C NGH A VI T NAM T , ngày H nh phúc tháng n 2013 NHI M V LU N V N TH C S H tên h c viên: Bùi Quang Tri u Phái : Nam Ngày, tháng, n N i sinh : Trà Vinh MSHV : 12820140 sinh: 09-09-1988 Chuyên ngành: Thi t b , m ng nhà máy i n I TÊN TÀI: NG DÂY TRUY N T I B -FDTD II NHI M V VÀ N I DUNG: u i thi : Gi i thi -FDTD 4: Tính tốn mơ ph ng dây truy n t i t lu n III NGÀY GIAO NHI M V : 21/01/2013 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : 10/09/2013 V CÁN B H NG D N: TS V PHAN TÚ TP.HCM, Ngày .tháng CÁN B H NG D N (H tên ch ký) CH NHI M B MÔN O (H tên ch ký) NG KHOA N- NT (H tên ch ký) -i- L IC c h t xin t lịng bi ng d trình th c hi n lu ph n th i Th n ng l i khuyên quý báo cho su t ng ý ki n quý báu c a Th c t p kh c c nhi u thi u sót trình th c hi n lu Xin chân thành c n t t c quý Th ih ng d y, trang b cho nh ng ki n th c r t b ích quý báu su t trình h c t p t i ng C tc b trình h c t Cu i cùng, xin c m u ki n thu n l i nh i ki n th c, kinh nghi m su t t trình th c hi n lu c nh n Cha, M , Ch ng viên t o yên tâm h c t p t t th i gian v a qua Thành ph H Chí Minh, H c viên th c hi n Bùi Quang Tri u -ii- TÓM T T LU Trong h th n, vi c nghiên c u ch c a m t vi c làm c n thi s giúp cho vi c ch làm vi c hi c nghiên c u, tính tốn k tb n hành h p lý ch x y th i gian r t ng qua Tuy nhiên chúng l i ng r t l Các hi ng t hi ng thoáng n thi t b , h th ng có th sinh nhi ng c a sét, ng n m ng dây B u t mơ hình m t pha r n mơ hình ba pha Lu M u i thi i thi -FDTD ng Dây t Lu n Lu d tính tốn nhi i kh c k t qu ng n tr -FDTD Bên c vào ng d ng th c t ph ng ATP- th y hi u qu c -FDTD, lu ng d n tr ng thái ph n m m mô cs d ki -iii- xác c a k t qu u c a Các s li u, k t qu nêu lu c công b b t k cơng trình khác TP H Tác gi lu Bùi Quang Tri u -iv- M CL C NHI M V LU L IC i ii TÓM T T LU iii L iv M C L C v DANH M C CÁC B NG TRONG LU viii DANH M C CÁC HÌNH TRONG LU ix CH VI T T T TRONG LU xiii tV ng ti p c tài cc 1.4 M tài uc tài 1.5 K t Qu mong mu n 1.6 Ph m vi nghiên c u c 1.7 N i dung c a lu tài 2.1 Khái Quát 2.2 M ch RC 2.3 M ch RL 10 2.4 M ch RLC 15 i Laplace 19 -v- -FDTD 3.1 Gi i thi 23 23 3.1.2 Các công th c sai phân mi n th i gian 25 3.2 Gi i thi -FDTD 27 cv -FDTD 27 3.2.2 RBF-FDTD không gian m t chi u 28 3.2.3 Các công th c RBF-FDTD mi n th i gian 31 3.3 So sánh gi -FDTD FDTD 32 3.4 Ví d 34 i tích 35 n tr ng thái 37 3.4.2.1 Gi i thi n tr ng thái 37 3.4.2.2 Nghi m c ng thái 37 n tr 38 3.4.2.4 Áp d n tr ng thái 41 41 -FDTD 42 3.4.5 K t qu mô ph ng 42 46 ng Dây 46 4.2 Gi i thi u ph n m m ATP-EMTP 47 4.2.1 T ng quan v ph n m m ATP-EMTP 47 4.2.2 Nguyên t c ho ng 47 4.2.3 Các thành ph n tro u c a ATP 48 -vi- 4.2.4 Nh ng Module ATP 49 4.2.5 M t s ng d ng quan tr ng c a ATP 50 4.3 Mơ Hình M t Dây D n 51 ng dây h m ch cu n vô l n 51 ng dây h m ch cu n có t ng tr 57 ng dây có t bù 64 ng dây có t i 70 4.4 Mơ Hình Ba Pha 73 i x ng 75 ng dây ba pha hoán v 79 4.5 ng d ng th c t 83 4.5.1 Gi i thi 4.5.2 ng dây th c t 83 ng d ng vào ng dây 173 Trà Nóc 84 4.6 T ng k t 88 K T LU N 89 5.1.Nh n xét t k t qu c 89 5.2 So sánh nh 89 ng phát tri tài 90 5.4 L i k t 90 TÀI LI U THAM KH O 91 PH L C xiv LÝ L CH TRÍCH NGANG xv -vii- 5: K T LU N 5.1.Nh n xét t k t qu c Ta th ng h lên r ng dây khơng t ng h dây có th b ng n nh v t lên c n áp cu t T i th c n áp l u so v ng h n áp ngu n c ng dây có t khơng có t n áp nh v t lên nh v t lên c ng h p n áp nhi ng h p khơng có t ng h p n u th u l n so v iv n áp ngu n c n áp ngu n áp ng h t ng dây pha, t i th pha khác nh máy c nh v t lên ng h p ngu n vô l n ng h nh n l ng n áp ngu n c c ti u u n có t ng tr ng dây th Tr thi t b cu ng dây ph thu c vào th i tn ng h cu u nh n áp t c th i c a pha khác N u t i th n áp t c th i c a pha l c l n 5.2.So sánh nh Lu kh t mơ hình m t pha r ng dây Và b u n mơ hình ba pha Khi so sánh k t qu i n tr ng thái ct -FDTD, c , cho th y chúng g n gi ng Ngoài thêm s xác lu -89- cịn có s d ng ph n m m mô ph ng 5: ATP- t qu u cho th y tính xác c a -FDTD ng phát tri n c tài tài ch t p trung nghiên c u trình q ngu t n Có nhi ng dây truy n t ng dây b ng n m c gi i quy t v h uh i ph c t p Tuy nhiên, v n c thi t l p D -FDTD vào áp d ng hồn tồn có th gi i quy c v M di n không ch dây, mà c m i ph n t c a h th ng, vi c áp d gi có th ng -FDTD vào c phát tri gi i quy h th ng 5.4.L i k t -FDTD m lu m c m t s k t qu u nh c s d ng nh c n có thêm th i gian phát tri n ng d t Tuy nhiên, lu n ng dây Và th i gian th c hi n lu nhi u h n ch nên k t qu mc a c lu u sai sót -90- ki n th c n ánh chi ti t TÀI LI U THAM KH O [1] Nguy n Nh ng dây S d n tr tài lu gi ih Circuit Analysis II with MATLAB Applications [3] ELECTROMAGNETIC SIMULATION USING THE FDTD METHOD Theory and Techniques Society, Sponsor nt tb ih c Qu c Gia thành ph H Chí Minh, tháng 7/2013 Higher-Order FDTD (2,6)/(2,8) Method for Calculating Lightning-Induced Voltages on Power Lines 2004 Higher-Order FDTD, FE and Meshfee Method for Selected EMC Problems in Power System: Part I-Calcullating LightningInduced Voltages on Tramsmission Lines Introduction to the Finite Element Method in Electromagnetics ege, Cyprus Numerical Methods in Engineering with Matlab Pennsylvania State University s 33 (2003) -91- Numerial Techniques in Electromagnetic Press Boca Raton London New York Washington, D.C n Nh t Nam, Hu ng Quá Sét c in n, Hu nh Qu c Vi tb Mơ Ph ng nT H uH n p chí phát tri n KH&CN, t p 13, S K1-2010 [12] ZHANG Lei, YU Tong-bin and XIE Xiao- Analysis of Microstrip Circuit by Using Finite Difference Time Domain (FDTD) ence and Technology NanJing, China The Finite Difference Time Domain Method for Electromagnetics Washington, D.C [14] Amilton Soares, Jr., Marco Aurélio O.Schroeder, and Silvério Visacro, Transient Voltages in Transmission Lines Caused by Direct Lightning Strikes Transactions on Power Delivery, Vol 20, No 2, April 2005 [15] Mohazzab JAVED, Hussain AFTAB, Muhammad QASIM, Mohsin SATTAR, RLC Circuit Response and Analysis (Using State Space Method) International Journal of Computer Science and Network Security, Vol.8 No.4, April 2008 [16] Nguy Tính tốn mơ ph ng dây truy n t i 500kV b nt h uh n nt c a p chí khoa h c 2012:21a 19-29 Truncated Gaussian RBF Differences are Always Inferior to Finite Differences of the Same Stencil Width Computational Physics, Vol.5, No 1, pp.42-60 -92- [18] J ELECTRONICS and CIRCUIT ANALYSIS using MATLAB Department of Electrical Engineering Prairie View A&M University [19] Jose A Rosendo Macias, Antonio Gómez Exposito, and Alfonso Bachiller Soler A Comparision of Techniques for State-Space Transient Analysis of Transmission Lines [20] Won Y.Yang, Wenwu Cao, Tae- Publication, October, 2004 [21]Yong Yuan Shan1, Chan Shu1,* and Ning Qin2 Multiquadric Finite difference (MQ-FD) Method and its Application Mechanics, Vol.1, No.5, pp 615-638 n Ti C ng D ng Ph n M m ATP-EMTP Kh o Sá ng Dây Và Tr m Bi n Áp 110kV Trà Nóc Bách Khoa, tháng 6/2012 [23] www.4tech.com.vn -93- tài lu t nghi ih c PH L C Ph L c 1:[23] B ng bi TT i Laplace c a m t s hàm thông d ng f(t) F(s) 1 s s>0 t s2 s>0 tn n! sn e- t s>0 1 s> s t e- t )2 s2 s>0 s>0 sin( t) s cos( t) s e tsin( t) (s e tcos( t) 10 df dt 11 t f ( )d F(t- ) )2 )2 s (s 12 s> (s sF(s)-f(0+) F (s) s e- sF(s) -94- Ph l Ví d 2.1: Q trình n p t % Charging of an RC circuit % c = 10e-6; r1 = 1e3; tau1 = c*r1; t = 0:0.002:0.05; v1 = 10*(1-exp(-t/tau1)); r2 = 10e3; tau2 = c*r2; v2 = 10*(1-exp(-t/tau2)); r3 = 1e3; tau3 = c*r3; v3 = 10*(1-exp(-t/tau3)); plot(t,v1,'b ','linewidth',2); hold on; plot(t,v2,'k-.','linewidth',2); hold on; plot(t,v3,'r.','linewidth',2); axis([0 0.06 12]) -95- title('Qua trinh nap tu voi cac hang so thoi gian') xlabel('Thoi gian (giay)') ylabel('Dien apt u (V)') text(0.03, 5.0, ' for R = Kilohms') text(0.03, 6.0, '- for R = 10 Kilohms') text(0.03, 7.0, '- for R = 0.1 Kilohms') Ngu n cung c p ngu n xoay chi u: % Charging of an RC circuit c = 10e-6; r1 = 1e3; tau1 = c*r1; t = 0:0.001:0.06; psi=0; vsm=10; w=100*pi; zc=1/(w*c); vcm=zc*vsm/sqrt(r1*r1+zc*zc); phi=atan(1/(w*tau1)); v0=0; a=v0-vcm*sin(psi+phi-pi/2); v1f = vcm*sin(w*t+psi+phi-pi/2); v1n =a*exp(-t/tau1); -96- v1 = v1f+v1n; plot(t,v1, 'r ',linewidth',2); hold on plot(t,v1f, 'b ',linewidth',2); axis([0 0.06 -5 5]) title('Dien apt u voi nguon xoay chieu ac') xlabel('Thoi gian (giay)') ylabel('Dien apt u (V)) text(0.035, 2, ' for v0(t)') text(0.035, 3, ' for v0f(t)') Ví d 2.2: % The problem will be solved using a function program rceval function [v, t] = rceval(r, c) % rceval is a function program for calculating % the output voltage given the values of % resistance and capacitance % usage [v, t] = rceval(r, c) % r is the resistance value(ohms) % c is the capacitance value(Farads) % v is the output voltage, t is the time corresponding to voltage v tau = r*c; -97- for i=1:50 t(i) = i/100; v(i) = 5*(1-exp(-t(i)/tau)); end vmax = v(50); for i = 51:100 t(i) = i/100; v(i) = vmax*exp(-t(i-50)/tau); end end % The problem will be solved using function program % rceval % The output is obtained for the various resistances c = 10.0e-6; r1 = 2500; [v1,t1] = rceval(r1,c); r2 = 10000; [v2,t2] = rceval(r2,c); % plot the voltages plot(t1,v1,'b ',linewidth',2); -98- plot( t2,v2,'r ',linewidth',2);) axis([0 6]) title('Qua trinh nap va xa tu mach RC') xlabel('Thoi gian (giay)') ylabel('Dien ap (V)') text(0.55,5.5,'- is for 2500 Ohms') text(0.55,5.0, ' is for 10000 Ohms') nh Matlab hình 2.8: % Charging of an RL circuit l = 0.0637; r = 20; tau = l/r; t = 0:0.001:0.06; psi=0; vsm=100; w=100*pi; zl=l*w; z=sqrt(r*r+zl*zl); im=vsm/z; phi=atan(w*tau); i0=0; -99- a=i0-im*sin(psi-phi); ilf = im*sin(w*t+psi-phi); in =a*exp(-t/tau); i = ilf+in; plot(t,i,t,ilf,'*') axis([0 0.06 -5 5]) title('Mach RL noi tiep voi nguon xoay chieu ') xlabel('Thoi gian (giay)') ylabel('Dong qua L (A)') text(0.035, 1, '- for i(t)') text(0.035, 0.5, '* for if(t)') ch 2.10: MATLAB Script tau1 = 200/100; for k=1:20 t(k) = k/20; i(k) = 0.4*(1-exp(-t(k)/tau1)); end imax = i(20); tau2 = 200/200; for k = 21:120 -100- t(k) = k/20; i(k) = imax*exp(-t(k-20)/tau2); end % plot the current plot(t,i,'o') axis([0 0.18]) title('Dong qua L mach RL') xlabel('Thoi gian (giay)') ylabel('Dong qua dien cam L (A)') Ví d 2.4: t = 0:0.001:0.35; k1=4; k2=3.8784; anfa1=20; anfa2=24.4949; it=exp(-anfa1*t).*(k1*cos(anfa2*t)+k2*sin(anfa2*t)); plot(t,it) title('Mach RLC voi nguon DC') xlabel('Thoi gian (giay)') ylabel('Dong chay mach dien (A)') -101- ng h p ngu n xoay chi u: % Charging of an RLC circuit c = 100e-6; r = 400; l=10; tau = c*r; t = 0:0.001:0.3; psi=0; vsm=100; w=100*pi; zc=1/(w*c); zl=w*l; z=sqrt(r^2+(zl-zc)^2); phi=atan((zl-zc)/r); ifm=vsm/z; i_f=ifm*sin(w*t+psi+phi); a=-ifm*sin(psi+phi); b=(20*a-ifm*w*cos(psi+phi))/24.4949; in = exp(-20*t).*(a*cos(24.4949*t)+b*sin(24.4949*t)); i_=i_f+in; -102- plot(t,i_,t,t-t) axis([0 0.3 -0.1 0.1]) title('Dong dien mach RLC voi nguon xoay chieu ac') xlabel('Thoi gian (giay)') ylabel('Dong chay mach RLC (A)') Ví d 2.5: t = 0:0.001:0.02; k1=-6.67; k2=26.67; anfa1=1600; anfa2=400; vt=k1*exp(-anfa1*t)+k2*exp(-anfa2*t); plot(t,vt) title('Phuong phap bien doi Laplace') xlabel('Thoi gian (giay)') ylabel('Dien ap tu (V)') -103- ... 25 3.2 Gi i thi -FDTD 27 cv -FDTD 27 3.2.2 RBF- FDTD không gian m t chi u 28 3.2.3 Các công th c RBF- FDTD mi n th i gian 31 3.3 So sánh gi -FDTD FDTD 32 3.4 Ví d... 59 Hình 4.15 ng dây (RBF- FDTD, c=5,01) (phi=-90) 60 Hình 4.16 ng dây mô ph ng b ng ATP-EMTP 60 Hình 4.17 n áp cu ng dây (RBF- FDTD, c=5,01) (phi=-90) 61 Hình 4.18 n áp cu ng dây mơ ph ng b... 61 Hình 4.19 ng dây (RBF- FDTD, c=5,01) (phi=0) 62 Hình 4.20 ng dây mô ph ng b ng ATP-EMTP 62 Hình 4.21 n áp cu ng dây (RBF- FDTD, c=5,01) (phi=0) 63 Hình 4.22 n áp cu ng dây mơ ph ng b ng