Xây dựng mô hình và mô phỏng cáp trong trạng thái quá độ

Luận Văn Thạc Sĩ Li cảm ơn HVTH:Trương Thị Họa My GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh v LI CM N Qua thc tp, nghiên cu và thc hin lu ti hc sphm k thut thành ph H Chí Minh.  c sng và hc tu kin thun li nht, trong nhng tm lòng tn ty ging dy ca quý thy cô, vòng tay  và c ca bn bè hc chung lp. Thông qua lu: Thy PGS.TS Quyền Huy Ánh, ni thy mu mc, tn tyng, ch bo, truyt nhng kin thc chuyên môn và kinh nghim nghiên cu trong quá trình tôi thc hin lu Quí Thy/Cô phản bin sung vào c tôi u, giúp tôi hiu r ng nghiên c tài, và t i công vic thc hin ca mình. Quí Thy/Cô Trưng Đại học sư phạm kỹ thuật thành ph H Chí Minh ã truyt kin thc chuyên môn, kinh nghim, giúp tôi t tin tìm hiu kin thc chuyên ngành. Ban Giám hiu, lãnh đạo Khoa Đin-Đin t i hc sphm k thut thành ph H ã to mi u kin tt nht cho tôi hoàn thành khoá hc. Xin chân thành ci thân yêu nht trong Gia đ̀nh khích l cng nh to mi iu kin  tôi hoàn thành lun vn này. Li sau cùng, xin gi lng nghip, các anh ch hc viên cao hc khóa 2009  u ý ki ng h mnh m v mt tinh thn giúp tôi hoàn thành t tài này.  Tp H Chí Minh, ngày 27 tháng 12 2 Hc viên thc hin  Ha My Luận Văn Thạc Sĩ Tóm tắt HVTH:Trương Thị Họa My GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh vi TÓM TT Lu thunh mô hình và mô phn trong tr da trên phn mm mô phng ATP và MATLAB.  loi EMTP bao gm nhic thit k riêng  h tr (cable constants) cho vic tính toán m h thn trong quan h ca mt chui gm 1 ma trn tr kháng ni tip Z và 1 ma trn tng dn song song Y, da trên d linh bi hình dc tính ca vt liu. Mc thc hin tron ph bin hin nay vn có th mô t mt cách chính xác s ph thuc vào tn s ca h thng cáp. Tt c i cùng mt loi thông s ngõ vào, c th là ma trn tr kháng ni tip Z và ma trn tng dn song song Y. Ni vi các h thng cáp, vic các thông s  m thng dây trên không do khong cách hình hc nh khin cho các thông s ca cáp rt nhy so vi nhng sai lch trong các hình da, vn  này li tr nên phc t thiu chính xác trong các d liu hình hc do nhà sn xut cung cp vì h ch  n ch không nht thit là các thit là các s ng thc t. n s d mô t ng dây trên không và cáp cách n có d )2()()()( )1()()()(   CjGY LjRZ   Lum các ni dung sau: ng quan c cho cáp ngm  i thiu phn mm mô phng ATP-EMTP t qu mô phng. t lun. Luận Văn Thạc Sĩ Tóm tắt HVTH:Trương Thị Họa My GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh vii ABSTRACT The thesis presented establishes model and simulation method insulation cable of system transient by using ATP-EMTP and MATLAB software. EMTP- type programs include dedicated support routines (cable constants) for calculating an electric representation of cable systems in terms of a series impedance matrix Z and a shunt admittance matrix Y, based on cable data defined by geometry and material properties. SVERAL line models have been implemented in commonly available EMTP-type programs which can accurately represent the frequency dependence of cable systems. All of these models require the same type of input parameters, namely the series impedance matrix Z and the shunt admittance matrix Y. Sufficiently accurate input parameters are, in general, more difficult to obtain for cable systems than for overhead lines as the small geometrical distances make the cable parameters highly sensitive to errors in the specified geometry. In addition, it is not straightforward to represent certain features, such as wire screens, semi conductive screens, armors, and loss insulation materials. The situation is made further complicated by uncertainties in the geometrical data as provided by the manufacturer as they define guaranteed measures, but not necessarily the actual measures. The content of the thesis is divided into six chapters: Chapter 1: Introduction Chapter 2: Establishes model for Insulation cable Chapter 3: Analysis methods in system transient Chapter 4: Introduction ATP-EMTP and MATLAB software. Chapter 5: Simulation and experimental results. Chapter 6: Conclusions. Luận văn Thạc sĩ Mục lục HVTH:Trương Thị Họa My GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh viii MC LC NI DUNG TRANG TRANG TA QUYT ĐNH GIAO Đ TÀI i LÝ LCH KHOA HC ii LI CAM ĐOAN iv LI CÁM N v TÓM TT vi MC LC viii DANH SÁCH CH VIT TT xii DANH SÁCH CÁC HÌNH xiii DANH SÁCH CÁC BNG xv CHNG 1: TNG QUAN 1 1.1 t v 1 1.2 c và thc tin c tài 3 1.3 ng và m tài 3 1.4 Nhim v  tài 3 1.5 u 3 CHNG 2: MÔ HÌNH TOÁN HC CHO CÁP NGM 4 2.1 Cu tn cáp ngm cao th n XLPE 4 2.1.1 Các t chôn cáp trc tit 7 2.1.2 Li ích ca vic s dng cáp ngm cho h thng truyn ti cao áp 7 2.2 Mô hình toán hc cho cáp ngm cao th 9 2.2.1 Cáp 1 lõi 11 2.2.1.a Tr kháng 11 2.2.1.b H s n áp 15 2.2.2 ng 16 2.2.2.a Tr kháng 16 2.2.2.b H s n áp 19 Luận văn Thạc sĩ Mục lục HVTH:Trương Thị Họa My GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh ix CHNG 3: CÁC PHNG PHÁP GII BÀI TOÁN QUÁ Đ 22 3.1 Lý thuyt v  22 3.2  n t 23 3.2.1  dng sóng xung 23 3.2.2  dng 19 3.3  xy ra trong thi gian ngn 25 3.4 Mt s hi trong h thn 25  n áp không ti 25  m t bù 27 3.5 i quy 28  28  29 3.5.1.2 Nguyên tc 31  Domel 32 3.5.3 Quy tc hình thang 32 3.6 m thing s 32 3.6.1 Khi tu kiu 33 3.6.2 Bii toán hc 33 3.6.2.a Bii Laplace trong tr 33 3.6.2.b i Taylor 35 3.6.2.c Phép tính xp x s hu t 35 3.6.2.d i hình thang phép tích phân 36 3.7 Lý thuyt v nh 37 3.7.1  37 3.7.1.ng 38 3.7.1.ng 38 3.8. Các yu t  ca cáp 39 3.8 t thm 39 3.8.1.Hng s n môi 41 Luận văn Thạc sĩ Mục lục HVTH:Trương Thị Họa My GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh x CHNG 4: TNG QUAN V PHN MM EMTP 42 4.1 Gii thing ATP-EMTP 42 4.2 Nguyên tc, kh a ATP 42 4.2.1 Nguyên tc chung 42 4.2.2 Kh ng dng c 43 4.2.3 Nh vi ATP 44 4.2.4 Nhng tng hp trong ATP 45 4.2.5 Cách to mt file d li mô phng các mn 47 4.3 Mt s ng dng quan trng ca ATP 47 4.4 Gii thiu v ATPDraw 48 4.4c v ATPDraw 48 4.4.2 Các tp tin chính và các file h tr trong ATPDraw 48 CHNG 5: KT QU MÔ PHNG 50 5.1 Thit lng dây trong ATP 53 5.2 Kh dày ca lp Lead sheath 54 5.2.1 Kh dày ca lp Lead sheath khi d=1mm 56 5.2.2 Kh dày ca lp Lead sheath khi d=2mm 56 5.2.3 Kh dày ca lp Lead sheath khi d=3mm 57 5.2.4 Kh dày ca lp Lead sheath trên cùng m th 57 5.3 Kh dày ca lp bán dn 58 5.3.1 Kh dày ca lp bán d r = 2.5 58 5.3.2 Kho sá dày ca lp bán d r = 2.7 59 5.3.3 Kh dày ca lp bán d r = 2.9 59 5.3.4 Kh dày ca lp bán dn trên cùng m th 60 5.4 Kho sát lp giáp bo v 61 5.4.1 Kho sát lp giáp bo v vi µ=1 61 5.5.2 Kho sát lp giáp bo v vi µ=10 61 5.4.3 Kho sát lp giáp bo v vi µ=100 62 5.4.4 Kh dày ca lp giáp bo v trên cùng m th 62 Luận văn Thạc sĩ Mục lục HVTH:Trương Thị Họa My GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh xi CHNG 6: KT LUN 65 6.1 t qu c 65 6.2 Nhng v tn ti c tài 65 6.3 ng phát trin c tài 65 TÀI LIU THAM KHO 66 PH LC 67 Luận Văn Thạc Sĩ Danh sách các ch vit tắt HVTH:Trương Thị Họa My GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh xii DANH SÁCH CÁC CH VIT TT IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineering SC Single core PT Pipe type ATP Alternative Transients Programmer EMTP Electro- Magnetic Transients Program TACS Transient Analysis of Control System Luận Văn Thạc Sĩ Danh sách các hình HVTH:Trương Thị Họa My xiii GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Cu tn ca cáp ngm cao thn XLPE 6 Hình 12: Hình v mt ct ca cáp XLPE 6 Hình 2.1: ng truyn sóng 9 Hình 2.2: wng truyn sóng dng vi phân 10 Hình 3.1: Hình v minh ha dng xung dòng 24 Hình 3.2: Dm t 24 Hình 3.3:  29 Hình 3.4:  th quan h gi) 30 Hình 3.5:  gi Beregon) 31 Hình 3.6: Mn R-L-C (bii laplace) 33 Hình 3.7: ng h thng (bii Taylor) 35 Hình 3.8: i hình thang phép tích phân 36 Hình 4.1: Các phn m vi ATP-EMTP 44 Hình 4.2: Các tin ích trong ATP-EMTP 46 Hình 5.1:   ng dây cáp cao th 52 Hình 5.2: Mô hình cáp cao th trong phn mm ATP 53 Hình 5.3: Bng thit lp mô hình mô phng 53 Hình 5.4a:   t qu mô ph     dày lead sheath=1mm 56 Hình 5.4b: t qu mô ph     dày lead sheath=2mm 56 Hình 5.4c: t qu mô ph     dày lead sheath=3mm 57 Luận Văn Thạc Sĩ Danh sách các hình HVTH:Trương Thị Họa My xiv GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh Hình 5.4: Kt qu kh dày lp Lead Sheath 47 Hình 5.5a: t qu mô ph dày lp bán dn d = 1mm, hng s  r = 2.5mm 58 Hình 5.5b: t qu mô ph dày lp bán dn d = 2mm, hng s  r = 2.7mm 59 Hình 5.5c: t qu mô ph dày lp bán dn d = 3mm, hng s  r = 2.9mm 59 Hình 5.5: Kt qu kh dày lp semiconductor 60 Hình 5.6a: t qu mô phng lp giáp bo v vi µ=1 61 Hình 5.6b: t qu mô phng lp giáp bo v vi µ=10 61 Hình 5.6c: t qu mô phng lp giáp bo v vi µ=100 62 Hình 5.6               62 [...]... i “XÂY D NG MÔ HÌNH VÀ MÔ PH NG CÁP TRONG TR NG THÁI QUÁ Đ ” để đáp ứng tốt hơn cho vi c nghiên cứu quá đ trong h thống đi n HVTH: Trương Thị Họa My 2 GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh Luận Văn Thạc Sĩ Chương 1: T ng quan 1.2 Ý nghĩa khoa học và th c ti n của đề tài Đề tài trình bày phương pháp thành lập mô hình toán học và mô phỏng cáp ngầm cao thế trong tr ng thái quá đ Đề tài có thể được ứng d ng trong. .. thành lập mô hình toán học cho cáp ngầm - D a vào các yếu tố nh hưởng để mô phỏng cáp trong tr ng thái quá đ - Tài li u và kết qu nghiên cứu có thể được sử d ng để tham kh o và ph c v các nghiên cứu ở mức đ cao hơn 1.3 Đ i tượng và mục đích đề tài - Đối tượng nghiên cứu c a đề tài là cáp ngầm cao thế - M c đích c a đề tài là thành lập mô hình toán học để từ đó mô phỏng cáp trong tr ng thái quá đ 1.4... bên ngoài cáp ph thu c vào tác đ ng chống nhi u c a vỏ cáp Điều này ph thu c vào vi c thiết kế vỏ cáp và giá trị tần số quá đ M t vài mô hình đường dây đã được th c hi n trong các chương trình EMTP phổ biến hi n nay vốn có thể mô t m t cách chính xác s ph thu c vào tần số c a h thống cáp Tất c các mô hình này đòi hỏi cùng m t lo i thông số ngõ vào, c thể là ma trận trở kháng nối tiếp Z và ma trận... sát cáp ngầm cao thế - Xây d ng mô hình toán học cho cáp ngầm cao thế - Phân tích các phương pháp phân tích quá đ - Mô phỏng cáp cao thế trong tr ng thái quá đ bằng phần mềm EMTP - Phân tích kết qu mô phỏng - Kết luận 1 5 Phương pháp nghiên cứu - Tham kh o, phân tích, tổng hợp, sử d ng có chọn lọc tài li u từ các công trình nghiên cứu, các bài báo đã được công bố trên các t p chí chuyên ngành trong. .. nư c và ngoài nư c - Mô phỏng bằng phần mềm - Phân tích kết qu đ t được HVTH: Trương Thị Họa My 3 GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh Luận Văn Thạc Sĩ Chương 2: Mô hình toán học cho cáp ng m cao th CH NG 2 MÔ HÌNH TOÁN H C CHO CÁP NG M CAO TH 2.1 C u tạo cơ bản của cáp ng m cao th v i cách đi n XLPE Cấu trúc điển hình c a cáp XLPE bao gồm nh ng l p được mô t theo thứ t từ trong ra ngoài như sau: 1 Lõi cáp: ... chính xác trong quá trình mô phỏng, giúp nghiên cứu được rõ ràng và c thể hơn s nh hưởng c a quá trình quá đ đối v i các phần tử trong h thống đi n Đối v i cáp đi n, trong tính toán quá đ , điều quan trọng là ph i mô t m t cách chính xác ru t dẫn, l p cách đi n, các l p bán dẫn và l p chống nhi u Đối v i quá đ ở tần số cao cần lưu Ủ đến tổn thất về nhu cầu cách đi n giấy dầu ph thu c vào tần số Ý nghĩa... phân tích và nghiên cứu h thống đi n được dùng cho vi c nghiên cứu quá trình quá đ đều sử d ng các mô hình c a các phần tử c a h thống để mô phỏng nghiên cứu s vận hành và nh hưởng c a h thống đi n cũng như c a các phần tử trong suốt thời gian nhi u lo n Vi c xây d ng các mô hình này đòi hỏi HVTH: Trương Thị Họa My 1 GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh Luận Văn Thạc Sĩ Chương 1: T ng quan vi c tính toán và nghiên... c a cáp Trong đó, [Z] và [Y] là ma trận vuông c a trở kháng và dẫn n p Trong trường hợp tổng quát, ma trận trở kháng và dẫn n p c a cáp có thể phân tích dư i d ng sau: Z   Z i   Z p  Z c   Z 0  2.3 Y   s.P1    (2.4)   P  Pi   Pp   Pc   P0  Trong đó, [P] là ma trận h số đi n áp, và s=jω Trong công thức bên trên, ma trận v i chỉ số “i” quan h v i cáp SC, và ma... cáp tr c tiếp trong đất: - Đ sâu c a rãnh chôn cáp ph i đ m b o rằng cáp ngầm ph i được b o v bởi các tác đ ng cơ khí như xe c , s đào b i c a các thiết bị và đ m b o mức đ an toàn cho người trong trường hợp có s cố hư hỏng về đi n trong cáp - Đ r ng c a rãnh chôn cáp ph thu c vào phương pháp đặt cáp, kho ng cách gi a các pha, cấp đi n áp và dòng đi n cần truyền t i Đ r ng c a rãnh chôn cáp sẽ tăng tỉ... toán quá đ CH CÁC PH NG 3 NG PHÁP GI I BÀI TOÁN QUÁ Đ Để mô phỏng chính xác các hi n tượng quá đ đòi hỏi từng phần tử h thống đi n ph i có d i tần số có thể thay đổi từ 0Hz đến vài MHz Mô hình này cần ph i chú Ủ đến các thông số ph thu c tần số và có thể đ t được khi phát triển nh ng mô hình toán học đ chính xác cho m t d i tần số riêng bi t, m i d i tần số thường phù hợp v i m t số hi n tượng quá đ . Hình 4.2: Các tin ích trong ATP-EMTP 46 Hình 5.1:   ng dây cáp cao th 52 Hình 5.2: Mô hình cáp cao th trong phn mm ATP 53 Hình 5.3: Bng thit lp mô hình mô phng 53 Hình. ng thc t. Chính vì vy, cn phXÂY DNG MÔ HÌNH VÀ MÔ PHNG CÁP TRONG TRNG THÁI QUÁ Đ”  ng tc nghiên cu quá  trong h thn. Luận Văn Thạc Sĩ. thành lp mô hình toán hc cho cáp ngm - Da vào các yu t  mô phng cáp trong tr - Tài liu và kt qu nghiên cu có th c s d tham kho và phc v