MATLAB ứng dụng, tập 2, giáo trình dành cho ngành điện trần quang khánh

Τ^Ν QUANG KHAnh Α\ΊΠΙ Λ ‫و‬ - ‫ذ‬ THƯV‫ا‬εNон NHATRAN 3000025154 ^ ^ Ш NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT TRÀN QUANG KHÁNH Matlab ỨNG DỤNG Giảo trình dùng cho ngành điện Tập II NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT HÀ NÔI-2010 MỞ ĐẨU Cùng với phát triển nhanh chóng cùa tin học, MATLAB ngày trở thành công cụ hữu hiệu ỉrợ giúp đắc lực cho trình nghiên cứu học tập Hiện hầu hết trường đại học danh tiếng giới M4 ĨLAB coi môn học quan trọng chương trình đào tạo hệ, ngành khác nhau, MATLAB nhũng hệ thống soạn thảo chu đáo, mạch lạc với việc áp dụng nhiều thuật toán phong phú, đặc biệt chỉnh tên cùa nỏ - ‘'MATrix LABoratory'\ thuật toán ma trận coi hạt nhản quan trọng lập trình MATLAB Cú pháp ngôn ngữ cùa chương trình MATLAB thiết lập tinh tế đến mức người sử dụng khôn^ có cảm giác tiếp xúc với phép tính phức tạp ma trận Ma trận áp dụng rộng rãi toán kỹ thuật phức tạp hệ thống điện lực, tự động hóa, hệ thống học động, học tĩnh, thủy khí V.V., vỉ AíATLAB phần mềm thuận tiện hiệu lĩnh vực Không dỉmg lại đó, MATLAB đũ vượt giới hạn hệ thống ma trận trờ thành hệ thống vạn nàng kết hợp (integration) cực mạnh, áp dụng cho hầu hết lĩnh vực khoa học kỹ thuật, sinh học, hóa'học v.v Có thê nói MATLAB kết hợp độc đảo công nghệ tin học đại với suy tập phương pháp tính, tích lũy, đúc kết kinh nghiệm, kỹ qua hàng nghìn năm phát triển cùa toán học MATLAB thu hủt hàng nghìn chuyên gia nhiều lĩnh vực tham gia phcỉí triển hoàn thiện, chỉnh mà liên tục có phiên bán xuất thay phiên bàn cũ Là hệ thống mở, MATLAB kết hợp nhiều phương pháp tỉnh mà áp dụng thuận tiện cho ngưửì sừdụng MATLAB có đặc điểm linh hoạt dê thích nghi, cho dù ngườỉ bắt đầu chuyên gia sành sò ì, van có thể sừ dụng MATLAB cách thoải mái hút MATLAB im người sừ dụng, bạn tự tạo chưcmg trình riêng, cho chuyên môn cùa MATLAB sẵn sàng đáp ứng MATLAB cho phép tiếp cận áp dụng dễ dàng hàm có sẵn để giải toán cần thiết đồng thời sáng tạo m.file mà hru giữ với thủ tục phù hợp, MATLAB coi hàm cùa chỉnh hệ thống Điều cho phép mở rộng khả vô hạn MATLAB Đó ưu điểm bật MATLAB mà chương trình có MATLAB thực một'phương tiện hữu hiệu, cho phép nhãn khả cùa người lĩnh vực học tập nghiên cứu ứng dụng khoa học kỹ thuật lên nhiều lần, nước ta người biết điều Hiện Việt nam, sổ trường đại học kỹ thuật bắt đầu đưa MA TLAB vào giảng dạy nghiên cứu, mức độ áp dụng khiêm tốn Mặc dù tài liệu nước MATLAB phong phú, thông tin MATLAB dễ dàng tĩrn thấy trang Web, tài liệu tiếng Việt, đặc biệt Ịà giáo trình MATLAB nghèo nàn Cuốn giáo trĩnh viết theo chương trình tin học ứng dụng cho trường đại học kỹ thuật, với mong muốn tạo điều kiện thuận lợi cho trình giảng dạy, học tập nghiên cứu trường đại học, cao đẳng Giáo trình bao hai phần: phần đầu giới thiệu nội dung bán cùa MATLAB, bao gồm chương: Chương I Khái quát chung Matlab; Chương Lập trình MATLAB; Chương Ma trận: Chuxmg Xứ lỷ số liệu; Chương Đồ họa; Chương Giải phương trình tỉnh toán tối ưu; Chương Giải toán cao cấp Phần hai bao gồm toán cụ thể cho chuyên ngành Nội dung chương trĩnh bày ngắn gọn với nhiều ví dụ minh họa, bạn đọc tự kiểm tra nắm bắt qua tập câu hỏi ôn tập Mặc dù cố gắng, nhuTĩg trình độ có hạn, nên chắn tránh khỏi thiếu sót, mong bạn đọc lượng thứ mong nhận nhận xét, góp ỷ để giáo trình ngày hoàn thiện Các ỷ kiến cùa bạn đọc xin gìrì địa chi cùa tác già: khanhtq(ệ),epu edu vm địa chi nhà xuất bản: NXB KH&KT 70 Trần Himg Đạo, Hà Nội Tác giả CllU O Ìtg ‫و‬ Giảỉ mạch điện ‫ ا‬ C ác p h iro n g p h p giai n١ạch diện 9.1.1 Pluiong pháp ،lOng điện niuinlU Xét SO' dồ diệii (liình 9.1 a)١ '‫'! أ ا‬,'‫اا‬ ‫ ا ا‬١‫خ‬١‫ا ا ا‬ V chiềti dOiig điệii giả định triíớc sơ dO theo ‫ اذذا‬dliili liiật Kirchhottla tliiếl lập liệ plitrong trinh: =‫ا‬+ 1‫ذ‬+1‫;ذ‬ (9 1) 1:Rị -1١R١= E^-E,; E.١ Hinh 9.1a Sơ đồ mạch âìện Bien tli! dii'ô'i dạng ma trận: ‫ا‬.‫ﻻ=ر‬ z = R 1 -R R, -R, (9.2) U - E ,- E , E - E Ma trận dòng điện chạy nhánh: I = U/Z (9.3) Hay viết dạng chia trái: I=Z\U (9.4) Trên sở ta xây dựng chương trình MATLAB xác định giá trị dòng điện chạy nhánh dây » disp('(a) Phương phap dong dien nhanh:'); R=[R|; R?; R3 ]; % Ma fran dien tro nhanh E=[E|; E2; E3]; % Ma tran suat dien dong nguon z=[l 1; R(l) -R(2) 0; R(2) -R(3);]; % Ma tran dien tro mach vong U=[0; E(l)-E(2); E(2)-E(3)]; % Ma ưan dien ap I=z\ư; % Dong dien tren cac nhanh dispCKet qua la;') dispC II 12 13’) fprintf('%g'), disp([I(l), 1(2), 1(3)]); (Luv ý: Phần giải thích chương trình (sau dấu %) viết không dấu, kết hiển thị hình thể chữ nghiêng) 9.1.2 Phương pháp dòng điện vòng Theo phương pháp dòng điện vòng ta thiết lập hệ phương trình; (Ri+Rị )!‫!؛‬ Rilv] ٠٠ ‫اأأ‬-[:‫;ت‬ -R I ) t ( R ‫ ؛‬J , = E٢l (R١: ۶ ‫ل ﺗ ﺎ ا‬١‫ت\ل = ذا;ا‬٠‫ا;ا\ل‬.١= (9.5) ‫ر‬ ٥٦ig pháp dòng d'Chương trinh MA'1'LAB theo phn‫؛‬ện vòng dược thề ‫ا‬١‫ااأ؛^'اااا‬: ‫'ر‬ ‫'(; >ﻵ‬:disp('(b) Phuong phap dong dien vong R=[Ri; R2; R,١]; ;[E=tE,;E2; Ej Z=[R(t)+R(2) -R(2); -R(2) R(2)-R(3)]; U=[l‫ (؛‬l)-E(2); Ẹ(2)-E(3)]; !V=Z\IJ; 0/0 Dong dien vong t=tv(t ! ): ٧/() Dong d‫؛‬en nhanh thn nhat I2:Iv(2)-Iv( 1)‫ ذ‬0‫ ا‬Dong d 0‫؛‬en nhanh ha‫؛‬ !2=-‫ل‬٧(2 )‫ ؛‬ũ Dong dlen nhanh ba/ (':d٤sp('Ket qua la disp( 11 12 13') l٠printf(٠٠)/og٠)٩disp([Il,I2,13]) Hình ỡ.^.b Sơ dồ mạch d٤ ện gỉả‫ ؛‬the phương pháp dOng d‫؛‬ện vOng 9.1.3 Phương pháp điện nút Theo phương pháp dòng điện vòng ta thiết lập hệ phương trình: ١l“(E|+ ٧ AB)-gõ ٧ A B ) - g + I 2“ > (E2‫؛‬ (9.6) ٧ AB-g3 “ I3· Trong đó: ỊT ٧ AB ~ gi = E|g| ^282 (9.7) g| + § +g3 (9.8) R: Chương trình MATLAB theo phương pháp điện nút thể sau: » disp('(c) Phuong phap dien the nut:'); R=[R٠ ; R2; R3]; E=[E٠; E2; E3]; g=l /R; % Ma tran dierr dãn Uab=(-E(l)٠g(l)-E(2)*g(2))/sum(g); % Dien the nut ab Il=(٧ab+E(l))٠g(l); I2=(ưab+E(2))٠g(2); I3=Uab*g(3); dispCKet qua la:') dispC II 12 13') fprintf('%g')١disp([Il, 12,13]) 9.1.4 Phương pháp xếp chồng Theo phương pháp xếp chồng, trước hết ta tách mạch điện thành hai mạch, mạch cung cấp nguồn độc lập, sau xác định giá trị dòng điện ‫؛ا!اا اا'؛ا ا؛اا'ا‬1 ‫ااا‬١‫ﻟﻤﺎااا'ا‬ với tìriig SO' đồ V'à ،‫ ا'ةااة‬cùng tong hợp !ại Chương trinh MATI ,‫ ا'ﻻاااا إ [\ا‬،‫ ﺧﺎا‬hiện Síin: ‫ل‬١‫ '(; ﻵ‬:disp('(d) Phuong phap xcp chong R=|R,;R ٦ ; R١ l; ! :=‫إ‬1:.:‫ا‬: ‫دﺗﺄ‬:‫ذ ؛‬.‫اأ‬: Rldl=R(2)*R(3)/(R(2)+R(3)); ('/() I)ie‫؛‬n tro tuong duong nhanh va nhanh ‫!= ا ! ا‬3( ‫) ا‬/(R( 1)tR td ! ); ! ! Rtdl./R(2); 'ho Dong d'.ien tren nhanh ìư nguon (’A) Dong d* 1! !=2‫؛؛‬en tren nhanh tu nguon ‫ ا ا‬3=t ١ ! *!'(td !/R(3); 'ho Dong dlien tren nhanh tu nguon Rtd2=R(l)*R(3)/(R(l)+R ( )); !lh(2)/'(R('2)tRtd2); !Rtd2/R(l); 'ho Dong ídlen tren nhanh tu nguon= 22 Dong dlentren nhanh tu nguon*22!=!2 o/o Dong dllen tren nhanh tu nguon ‫ ا ! != ا ا‬-Ỉ2 ! ; l23=I22*Rtd2/R(3); 'híi Dong dhen tren nhanh !2- - ‫ !ا‬2+!22; 13=-113-123; dispCKetquala:') dispC !3! 2! ‫)'ا‬ !'pr,nt!' :‬‬ ‫‪:‬‬ ‫;‪.‬‬ ‫‪.< ‬‬ ‫·‪ ■ :.‬‬ ‫‪Λ‬‬ ‫‪ ‬ﻵ‪.٠‬ة‪ ’ ' -.‬ا ‪ ’ ' ' ٠ ‬ذ ؛ ؛ ‪ ‬ز‬ ‫‪,‬ﺀ؟‪,‬ي ‪.‬‬ ‫‪-‬ح‪'.‬ﺀ‪، ‬را ص ‪■: ,.٩‬ﺀ‪ '.‬؛‪:‬‬ ‫‪:‬‬ ‫ع · ‪ :-‬خ‪-٠‬ي‪-٠:‬ﺗﻲ‪:‬ﻳﺖ■ ي‪:‬‬ ‫ي ; ‪| : | :‬‬ ‫ي ‪ :‬ا ه‬ ‫ض ; ؛■ ‪.:■■■-■.г‬‬ ‫"‪;-‬‬ ‫ﻻل‪ :.:‬ا ; ‪ :‬ﺀ‪::‬ئ'ل‪:‬ت'‬ ‫>ا■;‬ Tài liệu tham khả Tiế ng Anh [l j ٨ !len Ị Wood and Bruce F Wol!enberg Power Generation Operation and Gontrol John Wiley & Sons, lnc ١ 1996 (2‫؛‬ (.) Attia, ''Electronics and Circuit Analysis using Matla 1999 [3] At'tia, ''Teaching AC Circuit Analysis with MATLAB'', ASEE/1 Frontiers in Education ’95 WWW elechonic version [4] R R Boyd, "Tolerance analysis of Electronic Circuits Using MATLAB", CRC Press, Inc., 1999 5‫)؛‬ H Broberg, "Laplace and Z-Transform Analysis and Design Using MATLAB", 1996, The Math Works, Inc [6J Dobson, s Greene, R Rajaraman, c L DeMarco, F L Alvarado, M Glavic, ‫ل‬ 1‫ ة‬Rreyszig, Advanced Engineering Mathematics 8‫اا‬١ Edition, John Wiley & Sons, Inc., 1999 | 7]| G Goltling, "Matrix Analysis of Circuits using MATLAB", Prentice Hall, 1995 [8 ] D M Etter, "Engineering Problem Solving with MATLAB", Prentice Hall, 1993 [9] t-Iadi Saadat, “Power System Analysis", McGraw-Hill, 2004 [ ‫ إا‬Jolm j Grainger and William D Stevenson, Jr “Power System Analysis", McGraw-Hill, 1994 305 [11] E w Kamen, B s Heck, "Fundamentals of Signals and Systems Using MATLAB", Prentice Hall, 1997 [12] D s Kirschen and G Strbac, Fundamentals of Power System Economics John Wiley & Sons, 2005 [13] w D Stanley, "Network Analysis With Applications", Prentice Hall, 2000 [14] R D Zimmerman, c E.Murillo-Sanchez, and D Gan,MATPOWER - A Matlab™ Power System Simulation Package Version 3.0.0: User’s Manual Power Systems Engineering Research Center (PSERC) - School of Electrical Engineering, Cornell University, 2005 [15] IEEE Tutorial Course Optimal Power Flow: Solution Techniques, Re­ quirements and Challenges 1996 [16] website: www.ece.umn.edu/qroups/power [17] MATLAB Reference Guide MathWorks [18] MATLAB User’s guide MathWorks Tiếng Pháp [19] Abdellatif EL GHAZI et Said EL HAJJI, Un Petit Guide d’utilisation du logiciel MATLAB, Université Mohammed V - Agdal, Rabat, Maroc 2004 [20] Alfred A Manuel Département de la Physique de la Matière Condensée 15 October 2004 [21] Eberhard A.(LMC, Grenoble France) : Formation MATLAB Ecole sur Algèbre Linéaire et Application FSR et INPT, Rabat, 1999 [22] El Hajji S : Guide MATLAB , FSR, 2003 [23] Lapreste J.T : Introduction MATLAB ; Ellipses [24] Nachaoui A (Université de Nantes, France) ; Formation MATLAB Kénitra, 2001 306 T ỉếng N ga [25] Б.Андриевский, А.фрадков Элементы математического моделирования в программных средах MATLAB и Scilab Наука 2001 [26] А.Гультяев Визуальное моделирование в среде Matlab: Учебный курс Питер 2000 [27] А Данилов Компьютерный практикум по курсу ’’Теория управления" Simulink-моделирование в среде Matlab МГУИЭ 2002 [28] В.Дьяконов MATLAB : Учебный курс Питер 2001 [29] Кетков Ю.Л., Кетков А.Ю., Шульц м м MATLAB x: программирование численных методов — С.-Пб.: BHV, 2003 [30] В.Кондрашов, с Королев Matlab как система программирования научно-технических расчетов Мир 2002 [31] Лазарев, ю Моделирование процессов и систем в MatLab : учеб курс / Киев : BHV, 2005 [32] н.Мартынов, А.Иванов Matlab 5.x Пособие по программированию в системе MATLAB МГУ 2000 [33] Д.Мэтьюз и К.Финк Численные методы Использование MATLAB Вильямс 2001 ٠ [34] С.Поршнев Компьютерное моделирование физических процессов в пакете MATLAB Горячая Линия - Телеком 2003 [35] Потемкин в г Система инженерных и научных расчетов Matlab 5.x т - м.: Диалог-МИФИ, 1999 [36] В.Потемкин Вычисления в среде MATLAB Диалог-МИФИ 2004 [37] И.Черных Simiilink: среда создания инженерных приложений ДиалогМИФИ 2003 [38] К.Чен, П.Джиблин, А.Ирвинг MATLAB в математических исследованиях Мир 2001 307 T i ế n g V iệ t [39] Trần Quang Khánh, Hệ thống cung cấp điện, Nxb KH&KT, Hà Nội 2007 [40] Trần Quang Khánh, Bài tập cung cấp điện, Nxb KH&KT, Hà Nội 2008 [41] Trần Quang Khánh, Mạng điện, Nxb KH&KT, Hà Nội 2007 [42] Trần Quang Khánh, Bảo hộ lao động kỹ thuật an toàn điện, Nxb KH&KT, Hà Nội 2008 [43] Trần Quang Khánh, Vận hành hệ thống điện, Nxb KH&KT, Hà Nội 2009; 308 Mục lục ٠ ٠ Lời nói đầu Phần II Matlab ứng dụng chuyên ngành điện Chương 9: G iả i m ạch điện 9.1 Các phương pháp giải mạch điện 9.1.1 Phương pháp dòng điện nhánh 9.1.2 Phương pháp dòng điện vòng 9.1.3 Phương pháp điện nút 9.1.4 Phương pháp xếp chồng 9.1.5 Phương pháp giải mạch lệnh cài trước frong Matlab 9.1.6 Giải mạch điện với tham số phức 9.2 Mạch điện hình sin 9.2.1 Các đại lượng mạch điện hình sin 9.2.2 Mạch điện xoay chiều ba pha đối xứng 9.2.3 Mạch điện xoay chiều ba pha không đối xứng 9.3 Tính toán trình độ mạch điện hình sin 9.3.1 Phương pháp kinh điển 9.3.2 Phương pháp toán tử 9.3.3 Phương pháp mô phòng Simulink 9.4 Bài tập Chương 10 T ín h 5 8 12 13 13 25 33 36 36 37 37 43 toán phụ tải đ iện 51 61 65 70 10.1 Bài toán xác định phụ tải 10.2 Xây dựng biểu đồ phụ tải 10.3 Dự báo phụ tải 10.4 Bài tập Chương 11 M n g điện 11.1 Dữ liệu đường dây máy biến áp 11.1.1 Dữ liệu đường dây 11.1.2 Dữ liệu máy biến áp 11.2 Xác định tham số hệ thống sơ đồ thay 73 73 82 83 309 í 1.2.1 Xác định tham số đường dây 11.2.2 Các tham số máy biến áp 11.3 Tinh toán chế độ xác lập dường dây 11.4 Tinh toán mạng diện kin 11.5 Dường dây truyền tải siêu cao áp 11.6 Tinh toán hộc dường dây 11.7 Bài tập Chương 12 Giàì tích mang điện 12.1 Phân loại nút hệ thống diện 12.2 Biểu th! tham số hệ thống phân tử hệ dơn vị tương dối 12.3 Chương trinh giải tích mạng diện truyền tải 12.3.1 Chương trinh d liệu 12.3.2 chương trinh lfybus 12.3.3 Chương trinh lígauss lfnewton 12.3.4 Chương trinh bloss 12.3.5 Chương trinh busout 12.4 Giải tích mạng diện phân phối 12.4.1 Mạng diện phần phổi trung áp 12.4.2 Mạng diện phân phối hạ áp 12.5 Bài tập Chương 13 Phân bổ tối ưư cSng sưất hệ thống diện 13.1 Khái quát chung 13.1.1 Dặc tinh chi phi tổ máy phát 13.1.2 Phân bổ tối ưu công suất tổ máy pliát không xét dến tổn thất mạng 13.1.3 Phân bố tối ưu công suất tổ máy phát có xét dến tổ thất mạng 13.2 Chương trinh phân bố tối ưu công suất hệ thống diện 13.2.1 Chương trinh dispatch 13.2.2 Chirơng trinh gencost 13.3 Bài tập 310 83 91 95 104 109 124 130 137 138 143 143 144 145 150 150 163 163 169 174 181 181 181 182 186 186 187 197 Chmrng 14 T ín h to n n g ắ n m ch 14.1 Tính toán ngan mạch đối xứng 14.1.1 Khái quát ngắn mạch đối xứng 14.1.2 Chương trinh tính toán ngắn mạch đối xứng 14.1.2.1 Chương trinh thiết lập ma trận điện trở nút 14.1.2.2 Chương trinh tính toán ngắn mạch đối xứng 14.2 Tính toán ngắn mạch không đối xứng 14.2.1 Khái quát chung ngắn mạch không đối xứng 14.2.1.1 Ngắn mạch pha-đất 14.2.1.2 Ngắn mạch hai pha 14.2.2 Chương trinh tính toán ngắn mạch không đối xứng 14.3 Bài tập Chương 15 T h iế t 201 201 202 202 203 212 212 213 213 214 223 k ế m n g đ iệ n 15.1 Chọn tiết diện dây dẫn 15.2 Chọn cấp điện áp tối ưu lưới phân phối 15.3 Chọn trạm biến áp 15.3.1 Vị trí tối ưu cùa trạm biến áp 15.3.2 Chọn số lượng công suất máy biến áp 15.4 Tính toán nối đất 15.5 Tính toán bù công suất phản kháng 15.6 Phân tích kinh tế tài 15.6.1 Dòng tiền cùa dự án 15.6.2 Các tiêu dự án 15.7 Bài tập 227 234 242 242 243 247 253 257 257 258 265 Đ p sổ Đáp sổ chương Đáp số chương 10 Đáp số chương 11 Đáp số chương 12 Đáp số chương 13 Đáp số chương 14 Đáp số chương 15 Tài liệu tham khảo 271 278 280 284 290 292 300 305 311 M A T L A B Í^G DPVG Tập II C hịu trách nhiệm x u ấ t : TS PHẠM VĂN DIỄN ThS NGUYỄN HUY TIẾN Biên tậ p : T rình b y b ìa : TRỊNH THÙY DUƠNG NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT 70 Trẩn Hưng Đạo, Hà Nội In 700 bản, khổ 16x24c٠Ti, Nhà in Hà Nội - Công ty Sách Hà Nội 67 Phó Đức Chính Ba Đình - Hà Nội Số đâng ký KHXB: 215-2010/CXB/217.2-17/KHKT ngày 05/3/2010 Quyết định xuất số; 202/QĐXB-NXBKHKT ký ngày 01/9/2010 Sô' in; 256/2 In xong nộp lưu chiểu quý IV nâm 2010