Ứng dụng phần mềm matlab simulink mô phỏng hệ thống phương tiện đến mạng lưới trong 24 giờ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÀI BÁO CÁO MÔN XE ĐIỆN - XE LAI ĐỀ TÀI: 24-Hour Simulation Of A Vehicle-To-Grid (V2G) System (Nhóm 04CLC, thứ 3, tiết 9-12) GVHD: NGUYỄN TRUNG HIẾU Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2020 DANH SÁCH NHÓM THAM GIA VIẾT BÁO CÁO HỌC KỲ I NĂM HỌC 2020 - 2021 Tên đề tài: Ứng dụng phần mềm Matlab Simulink mô Hệ thống phương tiện đến mạng lưới 24 MÃ SỐ TỶ LỆ % SINH VIÊN HOÀN THÀNH Trần Minh Đăng 17145118 100% 02 Đỗ Huân Chương 17145095 100% 03 Nguyễn Thành Thiện 17145226 100% STT HỌ VÀ TÊN SINH VIÊN 01 Ghi chú: - Tỷ lệ % = 100% - Trưởng nhóm: Trần Minh Đăng_SĐT: 0362243098 Nhận xét Giảng viên: …………………………………………………………………………………………… ………………………… Ngày tháng 12 năm 2020 Giáo viên chấm điểm MỤC LỤC MỤC LỤC PHỤ LỤC HÌNH ẢNH LỜI CẢM ƠN CHƯƠNG 1: PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Phạm vi nghiên cứu CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MATHLAB, SIMULINK 2.1 Khái quát matlab, simulink 2.2 Các kiểu liệu matlab 2.3 Tạo sở liệu 2.4 Các kiểu đầu vào đầu matlab 2.5 Cấu trúc xây dựng phương pháp mô CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH MODEL .9 3.1 Tổng quan Model, điều kiện thử nghiệm 3.1.1 Tổng quan Model 3.1.2 Tình mơ .10 3.1.3 kí hiệu biểu đồ: 11 3.2 Chi tiết khối lệnh sử dụng, điều kiện đầu vào, ra: 11 3.2.1 Nhóm khối phục vụ truyền tải điện: 11 3.2.2 Hệ máy phát điện lượng gió .19 3.2.3 Cánh đồng lượng mặt trời 21 3.2.4 Máy phát điện Diesel Diesel Generator 26 3.2.5 Tải điện hộ gia đình cơng nghiệp 29 3.2.6 V2G system 33 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 35 4.1 Các biểu đồ thể công suất phát 35 4.1.1 Biểu đồ 35 4.1.2 Tổng công suất phát 35 4.2 Các biểu đồ thể công suất tiêu thụ 35 4.2.1 Biểu đồ 35 4.2.2 Tổng công suất tiêu thụ .35 4.3 Nhận xét tương quan công suất phát công suất tiêu thụ 35 4.4 Thay đổi giá trị ( Phần Này Nghiên Cứu Thêm, Giảm Gió Thì Sẽ Ntn, Giảm Nắng Sẽ Ntn, Đủ Tiêu Thụ Ko, Tăng Tiêu Thụ Sẽ Ntn) 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 36 PHỤ LỤC HÌNH ẢNH Hình Sơ đồ khối Mơ hình .12 Hình Khối điều kiện bắt buộc phải có dùng tải bù RLC, máy điện có cuộn dây 13 Hình Khối máy biến áp .14 Hình Khối nối đất cho hệ thống điện pha 15 Hình Khối tạo điện xoay chiều ba pha chuẩn cho máy phát điện lượng gió .16 Hình Khối tải bù RLC để giảm công suất vô cơng 16 Hình Khối đo lường điện ba pha, xuất giá trị chuẩn 17 Hình Khối giả lập lượng gió 24h .17 Hình Biểu đồ gió 24h mơ 18 Hình 10 Hệ khối mơ turbin gió, xuất dịng điện xoay chiều pha, đồng thời giá trị V, I, S, P, Q 18 Hình 11 Biểu đồ Cơng suất gió ngày .19 Hình 12 Khối đầu vào 20 Hình 13 Khối nhân chia Chọn nhân tố ma trận 21 Hình 14 Tỷ lệ giới hạn 21 Hình 15 Cường độ ánh sáng 22 Hình 16 Tín hiệu nhiễu 22 Hình 17 Đồ thị thể Tổng lượng: Diesel, Wind, PV FARM 23 Hình 18 Biểu đồ mơ lượng mặt trời 24 23 Hình 19 Sơ đồ khối máy phát điện Diesel 24 Hình 20 Đầu vào Hệ thống kích từ 25 Hình 21 Thơng số đầu vào điều tốc 26 Hình 22 Khối đồng ba pha 27 Hình 23 Hệ khối giả lập máy điện công nghiệp (Asynchronous Machine) 28 Hình 24 Biểu đồ giá trị máy điện cơng nghiệp 28 Hình 25 BIểu đồ giá trị tải điện hộ gia đình .29 Hình 26 Khối giả lập tải điện dân dụng 29 Hình 27 Sơ đồ khối giả lập điều kiện 30 Hình 28 Thông số Mô profile 31 Hình 29 State of charge profile   31 Hình 30 Tổng cơng suất phát nguồn lượng .32 Hình 31 Cơng suất có ích đến mạng lưới tiêu thụ 32 Hình 32 Cơng suất tiêu thụ Cư dân (Load Resident) 33 Hình 33 Công suất tiêu thụ từ mạng lưới xe điện (V2G) 33 LỜI CẢM ƠN Trong lời báo cáo môn “Xe điện – xe lai” này, chúng em muốn gửi lời cảm ơn biết ơn chân thành tới tất người hỗ trợ, giúp đỡ chúng em kiến thức tinh thần trình thực Trước hết, xin chân thành cảm ơn anh, bạn hỗ trợ chúng em suốt thời gian học tập làm báo cáo Chúng em xin chân thành cám ơn Giảng viên Nguyễn Trung Hiếu hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện cho chúng em suốt q trình thực mơn học này! Trong trình học tập rèn luyện học phần Xe điện – xe lai chúng em học nhiều kiến thức bổ ích chuyên môn từ thầy anh, chúng em dạy giúp đỡ trình học tập Từ kiến thức mà thầy anh dạy giúp chúng em có tảng để hồn thành báo cáo cách tốt đẹp Do điều kiện kiến thức hạn hẹp trình độ chun mơn, ngoại ngữ kinh nghiệm hạn chế nên báo cáo thực chắn khơng tránh khỏi thiếu sót định Chúng em mong nhận ý kiến đóng góp thầy bạn để em có thêm kinh nghiệm tiếp tục hoàn thiện báo tốt Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG 1: PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Nền công nghiệp chế tạo ô tô giới ngày phát triển mạnh mẽ Ở Việt Nam, thời gian không lâu từ tình trạng lắp ráp xe nay, tiến đến tự chế tạo ô tô Bởi vậy, việc tìm hiểu làm quen để nâng cấp, đánh giá ứng dụng khoa học công nghệ cao vào kiểm tra, kiểm định thông qua việc mô nhiệm vụ quan trọng cấp bách Ngày có nhiều phần mềm hỗ trợ cho công việc người kỹ sư thiết kế Giúp cho công việc người thiết kế trở nên thuận lợi tiết kiệm nhiều thời gian Trong cơng đoạn q trình sản xuất khí tiện ích phần mềm hỗ trợ thực có vai trị đóng góp to lớn Từ việc lên vẽ thiết kế chi tiết máy đến việc mô lắp ghép kiểm tra độ bền chi tiết máy trước đưa vào sản xuất thực tế Do đó, phần mềm hỗ trợ tiết kiệm nhiều thời gian kinh tế sản xuất, hạn chế tránh sai sót gặp phải q trình sản xuất thực tế Phần mềm Matlab Simulink phầm mềm hỗ trợ cho người học tập làm việc lónh vực thiết kế mơ tơ Vì nhóm em chọn việc nghiên cứu ứng dụng phần mềm Matlab Simulink mô lượng điện sản xuất tiêu thụ 24 1.2 Mục đích nghiên cứu Tìm hiểu phần mềm Matlab Simulink để ứng dụng vào việc mô hệ thống mạng lưới điện cung cấp cho sinh hoạt sạc cho ô tô điện 24 Biết phương pháp công cụ để khảo sát đặc tính đồ thị lượng sản suất tiêu thụ 24 Làm quen với việc ứng dụng khoa học công nghệ vào việc thiết kế mơ Mục đích để trau dồi thêm nhiều kiến thức bổ ích cho thân nghành học ứng dụng cho cơng việc tương lai 1.3 Phạm vi nghiên cứu Do điều kiện thời gian hạn hẹp trình độ chuyên mơn, ngoại ngữ kinh nghiệm cịn hạn chế nên nhóm tập trung nghiên cứu số nội dung sau: Tìm hiểu nghiên cứu cách sử dụng phần mềm Matlab Simulink Ứng dụng phần mềm Matlab Simulink để mô mạng lưới sử dụng điện 24 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MATHLAB, SIMULINK 2.1 Khái quát matlab, simulink MATLAB (Matrix Laboratory) phần mềm khoa học thiết kế để cung cấp việc tính tốn số hiển thị đồ họa ngơn ngữ lập trình cấp cao MATLAB cung cấp tính tương tác tuyệt vời cho phép người sử dụng thao tác liệu linh hoạt dạng mảng ma trận để tính tốn quan sát Các liệu vào MATLAB nhập từ "Command line" từ "mfiles", tập lệnh cho trước MATLAB MATLAB cung cấp cho người dùng toolbox tiêu chuẩn tùy chọn Người dùng tạo hộp cơng cụ riêng gồm "mfiles" viết cho ứng dụng cụ thể Chúng ta sử dụng tập tin trợ giúp MATLAB cho chức lệnh liên quan với toolbox có sẵn (dùng lệnh help) Simulink cơng cụ Matlab dùng để mơ hình, mơ phân tích hệ thống động với mơi trường giao diện sử dụng đồ họa Việc xây dựng mơ hình đơn giản hóa hoạt động nhấp chuột kéo thả Simulink bao gồm thư viện khối với hộp cơng cụ tồn diện cho việc phân tích tuyến tính phi tuyến Simulink phần quan trọng Matlab dễ dàng chuyển đổi qua lại trình phân tích, người dùng tận dụng ưu hai môi trường 2.2 Các kiểu liệu matlab MATLAB cung cấp 15 kiểu liệu Mỗi kiểu liệu lưu trữ liệu dạng ma trận mảng Kích thước tối thiểu ma trận mảng hàng cột tối đa kích thước CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH MODEL 3.1 Tổng quan Model, điều kiện thử nghiệm 3.1.1 Tổng quan Model Mơ hình mơ lưới điện nhỏ, chia thành bốn phần quan trọng:  Một máy phát điện diesel, hoạt động máy phát điện Máy phát điện chạy dầu cân công suất tiêu thụ công suất sản xuất Ta xác định độ lệch tần số lưới cách xem tốc độ rôto máy điện đồng  Một trang trại PV kết hợp với trang trại gió, để sản xuất lượng tái tạo:  Đầu tiên trang trại PV tạo lượng tỷ lệ với ba yếu tố: kích thước khu vực bao phủ trang trại PV, hiệu pin mặt trời liệu xạ  Thứ hai mơ hình đơn giản trang trại gió tạo lượng điện theo mối quan hệ tuyến tính với gió Khi gió đạt đến giá trị danh định, trang trại gió tạo cơng suất danh định Trang trại điện gió ngắt khỏi lưới điện tốc độ gió vượt giá trị gió lớn nhất, gió trở lại giá trị danh nghĩa  Phần tải lưới điện mô đại diện cho cộng đồng khoảng nghìn hộ gia đình ngày tiêu dùng thấp vào mùa xuân mùa thu Có 100 xe điện mơ hình sở, có nghĩa tỷ lệ 1:10 tơ hộ gia đình Trong tương lai gần điều hồn tồn thực hóa  Hệ thống V2G lắp đặt bên cạnh phần cuối hệ thống tải lưới điện:  Phương tiện đến lưới Hình 13 Khối nhân chia Chọn nhân tố ma trận Hình 14 Tỷ lệ giới hạn 20 Giới hạn tỷ lệ hạn chế tỷ lệ tăng giảm tín hiệu với tỷ lệ quay vòng tăng 1e4 giảm -1e4… Hình 15 Cường độ ánh sáng Hệ khối mơ IRRADIANCE gồm: Port đầu ra, bảng tra cứu, trị số không đổi, kết thu thời gian mơ Hình 16 Tín hiệu nhiễu 21 Khối mơ tín hiệu nhiễu với phạm vi thời gian định xác định tham số Start Duration, đầu đặt thành 'Factor' Bên phạm vi thời gian định, đầu giữ mức 1,0 Hệ khối mô tính hiệu nhiễu gồm: Thời gian mơn phỏng, phép so sánh số, tốn tử logic, tham số khơng đổi, Khối nhân chia đầu vào, phép tổng thêm bớt đầu vào, đầu hệ khối Hình 17 Đồ thểđồhiện Hình 18 thị Biểu mơ Tổng phỏngnăng nănglượng: lượng Diesel, mặt trờiWind, trongPV 24 FARM 22 3.2.4 Máy phát điện Diesel Diesel Generator Máy phát điện chạy dầu cân công suất tiêu thụ công suất sản xuất Ta xác định độ lệch tần số lưới điện cách xem tốc độ rôto máy điện đồng Hình 19 Sơ đồ khối máy phát điện Diesel Các khối Diesel Generator Excitation System (Hệ thống kích từ) Cung cấp hệ thống kích từ cho máy điện đồng điều chỉnh điện áp đầu cuối chế độ phát  Parameters (Thông số)  Low-pass filter time constant (Hằng số thời gian lọc thơng thấp) Hình 20 Đầu vào Hệ thống kích từ 23 Hằng số thời gian Tr, tính giây, của hệ thống bậc nhất đại diện cho chuyển đổi điện áp đầu cuối stato. Mặc định là 20e-3  Regulator gain and time constant (Hằng số thời gian ổn dịnh tăng tích) Hệ số khuếch đại Ka số thời gian Ta tính giây, của hệ thống bậc nhất đại diện cho điều chỉnh chính. Mặc định là [ 300, 0.001 ]  Exciter (Bộ kích từ) Hệ số khuếch đại Ke số thời gian Te, tính giây, của hệ thống bậc nhất đại diện cho máy kích từ. Mặc định là [ 1, ]  Transient gain reduction (Giảm tăng tích tạm thời) Hằng số thời gian Tb, tính giây (giây) Tc tính giây, của hệ thống bậc nhất biểu thị bù trễ dẫn. Mặc định là [ 0, ]  Damping filter gain and time constant (Lọc giảm chấn tăng tích số thời gian) Hệ số khuếch đại Kf số thời gian Tf, tính giây, của hệ thống bậc nhất biểu diễn phản hồi đạo hàm. Mặc định là [ 0.001, 0.1 ]  Regulator output limits and gain (Giới hạn đầu điều chỉnh tăng tích) Giới hạn Efmin Efmax áp dụng cho đầu điều chỉnh điện áp. Giới hạn khơng đổi Efmax, thay đổi điện áp đầu cuối stato chỉnh lưu Vtf nhân với độ lợi tỷ lệ Kp. Nếu Kp đặt thành 0, giá trị cũ áp dụng. Nếu Kp đặt thành giá trị dương, giá trị sau áp dụng. Mặc định là [ -11.5, 11.5, ]  Initial values of terminal voltage and field voltage (Giá trị ban đầu điện áp đầu cuối trường điện từ) 24 Các giá trị ban đầu điện áp đầu cuối Vt0 (pu) điện áp trường Vf0 (pu). Khi đặt xác, chúng cho phép bạn bắt đầu mô trạng thái ổn định. Điện áp đầu cuối ban đầu thường phải đặt thành pu. Cả hai giá trị Vt0 Vf0 cập nhật tự động tiện ích dịng tải khối Powergui. Mặc định là [1.0 1.28]  Inputs and Outputs vref Giá trị mong muốn, tính pu, điện áp đầu nối stato vd v d thành phần điện áp đầu cuối, tính pu, vq thành phần vq, tính pu, điện áp đầu cuối vstab Kết nối đầu vào với bộ ổn định hệ thống điện để cung cấp thêm ổn định dao động của hệ thống điện Vf Điện áp trường, tính pu, khối Máy đồng  Diesel Engine Governor (Bộ điều tốc dộng Diesel) Hình 21 Thơng số đầu vào điều tốc Khối thực động diesel hệ thống điều tốc: Đầu vào thứ thứ hai: Tốc độ mong muốn thực tế (pu) 25 Đầu ra: Công suất học động Diesel Quán tính động nên kết hợp với máy phát điện  Synchronous Machine Hình 22 Khối đồng ba pha Mơ hình động lực học máy điện đồng ba pha rơto trịn máy điện đồng cực Khối Máy đồng bộ hoạt động chế độ máy phát động cơ. Chế độ hoạt động định dấu hiệu công suất học (dương chế độ máy phát, âm chế độ động cơ). Phần điện của máy được biểu diễn mô hình khơng gian trạng thái bậc sáu phần giống trong khối Máy đồng bộ đơn giản Mơ hình có tính đến động lực cuộn dây stato, trường van điều tiết. Mạch tương đương mơ hình biểu diễn hệ quy chiếu rôto (hệ quy chiếu qd). Tất thông số rôto đại lượng điện xem từ stato. Chúng xác định biến mồi. Các số phụ là:  d, q - d - và q -trục đại lượng  R, s - Số lượng rôto stato  l, m - Độ tự cảm rò rỉ nhiễm từ  f, k - Số lượng cuộn dây van điều tiết 3.2.5 Tải điện hộ gia đình cơng nghiệp 26 Hình 23 Hệ khối giả lập máy điện công nghiệp (Asynchronous Machine) Hình 24 Biểu đồ giá trị máy điện cơng nghiệp 27 Hình 26 Khối giả lập tải điện dân dụng Hình 25 BIểu đồ giá trị tải điện hộ gia đình 28 3.2.6 V2G system Mơ hình tập hợp chung loại xe điện Mơ hình có cấu hình khác sửa đổi mặt nạ cách thay đổi phích cắm bảng tra cứu trạng thái cấu hình Người dùng đặt số lượng xe theo loại cấu hình Cơng suất định mức, cơng suất định mức hiệu suất chuyển đổi điện có Hình 27 Sơ đồ khối giả lập điều kiện thể người sử dụng định Khối triển khai năm hồ sơ người dùng xe khác nhau: Điều kiện thử 1: Những người làm có khả sạc xe nơi làm việc Điều kiện thử 2: Những người làm có khả sạc xe nơi làm việc thời gian lâu Điều kiện thử 3: Những người làm khơng có khả sạc xe nơi làm việc Điều kiện thử 4: Những người nhà Điều kiện thử 5: Những người làm ca đêm 29 Hình 28 Thơng số Mơ profile Hình 29 State of charge profile   30 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ MƠ PHỎNG 4.1 Các biểu đồ thể cơng suất phát 4.1.1 Biểu đồ Hình 30 Tổng cơng suất phát nguồn lượng Hình 31 Cơng suất có ích đến mạng lưới tiêu thụ 4.1.2 Tổng công suất phát 31 4.2 Các biểu đồ thể cơng suất tiêu thụ 4.2.1 Biểu đồ Hình 32 Cơng suất tiêu thụ Cư dân (Load Resident) Hình 33 Công suất tiêu thụ từ mạng lưới xe điện (V2G) 4.2.2 Tổng công suất tiêu thụ 32 4.3 Nhận xét tương quan công suất phát công suất tiêu thụ 4.4 Thay đổi giá trị ( Phần Này Nghiên Cứu Thêm, Giảm Gió Thì Sẽ Ntn, Giảm Nắng Sẽ Ntn, Đủ Tiêu Thụ Ko, Tăng Tiêu Thụ Sẽ Ntn) 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO  24-hour Simulation of a Vehicle-to-Grid (V2G) System https://www.mathworks.com/help/physmod/sps/ug/24-hour-simulation-of-a-vehicle-togrid-v2g-system.html?s_tid=srchtitle  MATLAB - Cách nhập liệu https://thuthuat.taimienphi.vn/matlab-cach-nhap-du-lieu-32683n.aspx  Lý Vĩnh Đạt (2017), Giáo trình Ứng dụng máy tính mơ động đốt trong, NXB Đại Học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh 34 ... cứu cách sử dụng phần mềm Matlab Simulink Ứng dụng phần mềm Matlab Simulink để mô mạng lưới sử dụng điện 24 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MATHLAB, SIMULINK 2.1 Khái quát matlab, simulink MATLAB (Matrix... việc nghiên cứu ứng dụng phần mềm Matlab Simulink mô lượng điện sản xuất tiêu thụ 24 1.2 Mục đích nghiên cứu Tìm hiểu phần mềm Matlab Simulink để ứng dụng vào việc mô hệ thống mạng lưới điện cung... THAM GIA VIẾT BÁO CÁO HỌC KỲ I NĂM HỌC 2020 - 2021 Tên đề tài: Ứng dụng phần mềm Matlab Simulink mô Hệ thống phương tiện đến mạng lưới 24 MÃ SỐ TỶ LỆ % SINH VIÊN HOÀN THÀNH Trần Minh Đăng 17145118