6.1.3.1.AC Voltage Source (Nguồn áp xoay chiều):
Chức năng : Mô hình một nguồn áp hình sin
Thư viện : Power System Blockset/Electrical Sources
Mô tả : Khối AC Voltage Source mô hình một nguồn áp xoay chiều lý tưởng. Ngõ ra và ngõ vào của khối tương ứng với các cực dương và cực âm của nguồn. Khối tạo ra một giá trị điện áp U thông qua mối quan hệ sau:
U = Amplitude x sin (2 x Frequency x t + Phase x /180) Với:
Amplitude và Phase cho phép các giá trị âm.
Khi Frequency (tần số) bằng không thì tương ứng với nguồn áp DC và không cho phép giá trị của Frequency là âm.
Có thể thay đổi ba thông số của nguồn (Amplitude, Phase và Frequency) bất cứ lúc nào trong quá trình thực hiện mô phỏng.
Hộp thoại và các thông số:
Chương 6: Khảo sát các chế độ làm việc của máy phát điện đồng bộ với Matlab
Peak amplitude – giá trị điện áp đỉnh của nguồn áp (V). Phase – giá trị góc pha của điện áp (0).
Frequency – giá trị tần số của nguồn áp (Hz)
Sample time – khoảng thời gian lấy mẫu (s). Mặc định là bằng 0 tương ứng với một nguồn liên tục.
Measurements – chọn Voltage để đo điện áp rơi trên các đầu cực của nguồn áp.
Đặt khối Multimeter vào sơ đồ mô phỏng để hiển thị các giá trị đo lường được lựa chọn trong suốt quá trình thực hiện mô phỏng.
6.1.3.2.DC Voltage Source (Nguồn áp một chiều):
Chức năng : Mô hình một nguồn áp DC
Thư viện : Power System Blockset/Electrical Sources
Mô tả : Khối DC Voltage Source mô hình một nguồn áp DC lý tưởng. Ngõ ra và ngõ vào của khối tương ứng với các cực dương và cực âm của nguồn. Giá trị điện áp nguồn được thiết lập trong hộp thoại. Có thể thay đổi giá trị điện áp này bất cứ thời điểm nào trong quá trình mô phỏng.
Hộp thoại và các thông số:
Chương 6: Khảo sát các chế độ làm việc của máy phát điện đồng bộ với Matlab
Amplitude – giá trị biên độ của nguồn áp (V).
Measurements – Chọn Voltage để đo giá trị điện áp trên các đầu cực của khối nguồn DC.
Đặt khối Multimeter vào sơ đồ mô phỏng để hiển thị các giá trị đo lường được lựa chọn trong suốt quá trình thực hiện mô phỏng.
6.1.3.3.Diode:
Chức năng : Mô hình một diode
Thư viện : Power System Blockset/Power Electronics
Mô tả : Diode là một thiết bị bán dẫn được điều khiển bởi các giá trị điện áp và dòng điện của chính nó.
Diode được mô hình bao gồm một điện trở, một cuộn dây điện cảm và một nguồn áp DC (Vf) được nối tiếp với một khóa đóng/ngắt. Khóa đóng/ngắt được điều khiển bằng điện áp Vak và dòng điện Iak.
Hình 6.9.Nguyên lý hoạt động của diode
Khối Diode cũng bao gồm một mạch giảm sóc Rs – Cs nối tiếp mà có thể được mắc song song với diode.
Chương 6: Khảo sát các chế độ làm việc của máy phát điện đồng bộ với Matlab
6.1.3.4.Ground (Nối đất):
Chức năng : Cung cấp một liên kết đến đất Thư viện : Power System Blockset/Connectors
Mô tả : Khối Ground thực hiện một liên kết đến đất. Để dễ dàng vẽ các sơ đồ thực hiện mô phỏng, simulink cung cấp 2 dạng khối Ground bao gồm:
Ground (input) – (khối với một ngõ vào) Ground (output) – (khối với một ngõ ra) Hộp thoại:
Hình 6.10.Hộp thoại nối đất 6.1.3.5.Parallel RLC Branch (Nhánh RLC song song):
Chức năng : Mô hình một nhánh RLC song song Thư viện : Power System Blockset/Elements
Mô tả : Khối Parallel RLC Branch có thể mô hình cho một điện trở, một cuộn dây điện cảm và một tụ điện một cách độc lập hoặc được liên kết song song với nhau. Để bỏ qua phần tử điện trở, cuộn dây điện cảm hoặc tụ điện của nhánh thì các giá trị R, L và C phải thiết lập tương ứng là inf, inf (vô cùng) và 0. Khi ấy, các phần tử tồn tại sẽ được hiển thị trong biểu tượng của khối.
Chương 6: Khảo sát các chế độ làm việc của máy phát điện đồng bộ với Matlab
Hộp thoại và các thông số
:
Hình 6.11.Hộp thoại nhánh RLC song song Resistance R – điện trở của nhánh ().
Inductance L – điện cảm của nhánh (H). Capacitance C – điện dung của nhánh (C). Measurements
Chọn Branch voltage để đo điện áp trên các đầu cực của khối Parallel RLC Branch.
Chọn Branch current để đo tổng dòng điện (tổng của các dòng trên R, L và C) của khối Parallel RLC Branch.
Chọn Branch voltage and current để đo điện áp và dòng điện của khối Parallel RLC Branch.
Đặt khối Multimeter vào sơ đồ mô phỏng để hiển thị các giá trị đo lường được lựa chọn trong suốt quá trình thực hiện mô phỏng.
Chương 6: Khảo sát các chế độ làm việc của máy phát điện đồng bộ với Matlab
6.1.3.6.Parallel RLC Load (Tải RLC song song):
Chức năng : Mô hình một tải RLC song song tuyến tính Thư viện : Power System Blockset/Elements
Mô tả : Khối Parallel RLC Load mô hình một tải tuyến tính với các phần tử RLC được kết hợp song song với nhau. Ở một tần số xác định, tải sẽ biểu diễn một tổng trở hằng và công suất của nó tỉ lệ với bình phương điện áp sử dụng.
Lưu ý: chỉ có các phần tử tương ứng với công suất khác không mới được hiển thị trong biểu tượng của khối.
Hộp thoại và các thông số:
Chương 6: Khảo sát các chế độ làm việc của máy phát điện đồng bộ với Matlab
Nominal voltage Vn - Điện áp định mức của tải (V). Nominal frequency fn - Tần số định mức (Hz). Active power P - Công suất tác dụng của tải (W).
Inductive reactive power QL - Công suất phản kháng cuộn dây tự cảm QL (VAR): xác định một giá trị dương hoặc bằng 0.
Capacitive reactive power QC - Công suất phản kháng tụ điện QC (VAR): xác định một giá trị dương hoặc bằng 0.
Measurements
Chọn Branch voltage để đo điện áp trên các đầu cực của khối Parallel RLC Load. Chọn Branch current để đo tổng dòng điện (tổng của các dòng trên R, L và C) của
khối Parallel RLC Load.
Chọn Branch voltage and current để đo điện áp và dòng điện của khối Parallel RLC Load.
Đặt khối Multimeter vào sơ đồ mô phỏng để hiển thị các giá trị đo lường được lựa chọn trong suốt quá trình thực hiện mô phỏng.
6.1.3.7.Series RLC Branch (Nhánh RLC nối tiếp)
Chức năng : Mô hình một nhánh RLC nối tiếp. Thư viện : Power System Blockset/Elements
Mô tả : Khối Series RLC Branch mô hình một điện trở, một cuộn dây điện cảm hoặc một tụ điện độc lập hoặc nối tiếp với nhau. Để bỏ qua điện trở, cuộn dây điện cảm hoặc điện dung của một nhánh thì các giá trị của R, L và C phải được thiết lập tương ứng với các giá trị là 0, 0 và inf. Khi ấy, các phần tử tồn tại sẽ được hiển thị trong biểu tượng của khối.
Chương 6: Khảo sát các chế độ làm việc của máy phát điện đồng bộ với Matlab
Hộp thoại và các thông số:
Hình 6.13.Hộp thoại nhánh RLC nối tiếp Resistance R – điện trở của nhánh ().
Inductance L – điện cảm của nhánh (H). Capacitance C – điện dung của nhánh (C). Measurements
Chọn Branch voltage để đo điện áp trên các đầu cực của khối Series RLC Branch. Chọn Branch current để đo tổng dòng điện (tổng của các dòng trên R, L và C) của
khối Series RLC Branch.
Chọn Branch voltage and current để đo điện áp và dòng điện của khối Series RLC Branch.
Đặt khối Multimeter vào sơ đồ mô phỏng để hiển thị các giá trị đo lường được lựa chọn trong suốt quá trình thực hiện mô phỏng.
6.1.3.8.Series RLC Load (Tải RLC nối tiếp)
Chức năng : Mô hình một tải RLC nối tiếp tuyến tính Thư viện : Power System Blockset/Elements
Chương 6: Khảo sát các chế độ làm việc của máy phát điện đồng bộ với Matlab
Mô tả : Khối Series RLC Load mô hình một tải tuyến tính với các phần tử RLC được kết hợp nối tiếp với nhau. Ở một tần số xác định, tải sẽ biểu diễn một tổng trở hằng và công suất của nó tỉ lệ với bình phương điện áp sử dụng.
Lưu ý: chỉ có các phần tử tương ứng với công suất khác không mới được hiển thị trong biểu tượng của khối.
Hộp thoại và thông số:
Hình 6.14.Hộp thoại tải RLC nối tiếp Nominal voltage Vn - Điện áp định mức của tải (V).
Nominal frequency fn - Tần số định mức (Hz). Active power P - Công suất tác dụng của tải (W).
Inductive reactive power QL - Công suất phản kháng cuộn dây tự cảm QL (VAR): xác định một giá trị dương hoặc bằng 0.
Capacitive reactive power QC - Công suất phản kháng tụ điện QC (VAR): xác định một giá trị dương hoặc bằng 0.
Chương 6: Khảo sát các chế độ làm việc của máy phát điện đồng bộ với Matlab
Measurements
Chọn Branch voltage để đo điện áp trên các đầu cực của khối Series RLC Load. Chọn Branch current để đo tổng dòng điện (tổng của các dòng trên R, L và C) của
khối Series RLC Load.
Chọn Branch voltage and current để đo điện áp và dòng điện của khối Series RLC Load.
Đặt khối Multimeter vào sơ đồ mô phỏng để hiển thị các giá trị đo lường được lựa chọn trong suốt quá trình thực hiện mô phỏng.
6.1.3.9.Voltage Measurement (Đo điện áp)
Chức năng : Thực hiện đo điện áp của một sơ đồ. Thư viện : Power System Blockset/Measurements
Mô tả : Khối Voltage Measurement thực hiện đo điện áp tức tời giữa 2 nút trong sơ đồ.
Hộp thoại và các thông số
Chương 6: Khảo sát các chế độ làm việc của máy phát điện đồng bộ với Matlab
6.1.3.10.Hydraulic Turbine and Governor (HTG) :
wref : vận tốc đặt.
pref : công suất đặt.
we: vận tốc thực
pe : công suất thực.
dw : độ lệch tần số.
Pm:công suất cơ .
gate: cổng đóng mở van.
Chức năng : Thực hiện mô phỏng tuabin nước và bộ điều tốc Thư viện : Power System Blockset/Machines
Mô tả : Khối HTG cấu tạo bởi 1 mô hình turbine nước phi tuyến, 1 hệ thống ổn định PID, và 1 động cơ điều khiển.
Chương 6: Khảo sát các chế độ làm việc của máy phát điện đồng bộ với Matlab
*Turbine nước được cấu tạo bởi hệ thống phi tuyến.
Hình 6.17.Cấu tạo Turbine nước *Cổng động cơ điều khiển được mô hình bởi 1 hệ thống thứ cấp.
Chương 6: Khảo sát các chế độ làm việc của máy phát điện đồng bộ với Matlab
Hộp thoại và các thông số:
Hình 6.19.Hộp thoại HTG
Động cơ điều khiển(Servo-motor):hệ số khuếch đại Ka và thời hằng Ta của hệ thống thứ nhất đại diện cho động cơ điều khiển( tính bằng giây).
Cổng mở giới hạn( gate opening limits):giới hạn gmin and gmax (p.u) đặt lên cổng mở và vgmin và vgmax đặt lên cổng vận tốc.
Độ lệch cố định và máy điều chỉnh(permanent droop and regulator): hệ số tĩnh của bộ ổn định cân bằng với hệ số 1/R của vòng hồi tiếp. Máy điều chỉnh PID có hệ số cân bằng Kp , hệ số tích phân Ki , và hệ số vi phân Kd. Hệ số tần số cao của PID được giới hạn bởi bộ lọc chậm với thời hằng Td (s).
Turbine nước(hydraulic turbine):độ lệch vận tốc làm hoãn xung với hệ số và thời gian khởi động nước Tw(s).
So sánh độ lệch(droop reference):ngỏ vào đặc biệt của vòng hồi tiếp: vị trí cổng(ở mức 1) hoặc độ lệch công suất điện(ở mức 0).
Công suất cơ đầu: công suất cơ đầu Pmo (pu) ở trục máy. Giá trị này được tính toán bởi dòng tải cung cấp bởi khối Powergui.
Chương 6: Khảo sát các chế độ làm việc của máy phát điện đồng bộ với Matlab
6.1.3.11.Hệ thống kích từ trong Matlab:
Cung cấp hệ thống kích từ cho máy điện đồng bộ và điều chỉnh đầu ra máy phát.
vref: điện áp đặt đầu ra stator.
vd: thành phần điện áp ra vd.
vg:Thành phần điện áp ra vd.
vstab: điện áp ổn định cung cấp từ bộ ổn định hệ thống điện.
vf: ngỏ ra điện áp kích từ đưa đến ngõ vào 2 của máy điện đồng bộ.
Chức năng : Thực hiện mô phỏng hệ thống kích từ Thư viện : Power System Blockset/Machines
Mô tả : Khối kích từ trong simulink cung cấp nguồn kích từ một chiều ở hình [1]. Yếu tố cơ bản của khối kích từ là điện áp chính xác và sự kích từ.
Chương 6: Khảo sát các chế độ làm việc của máy phát điện đồng bộ với Matlab
Hệ thống kích từ được cấu tạo bởi hàm truyền đạt giữa điện áp kích từ Vfd và áp ngõ ra ef: sTe Ke ef Vdf 1 Hộp thoại và tham số: Hình 6.21.Hộp thoại hệ thống kích từ
Hằng số thời gian lọc thấp (low-pass filter constant): thời hằng Tr của hệ thống 1 mà được mô tả bởi bộ chuyển đổi điện áp đầu ra của stator.
Bộ ổn định (regulator) : hệ số Ka và thời hằng Ta được mô tả bởi bộ ổn định chính. Hệ số Ke và thời hằng Te được mô tả bởi hệ thống kích từ.
Hệ số suy giảm tạm thời của thời hằng (transient gain reduction time constant): thời hằng Tb và Tc được mô tả bởi bộ bù trể.
Bộ lọc (damping filter): hệ số Kf và thời hằng Tf được mô tả bởi vòng hồi tiếp.
Bộ ổn định giới hạn ngõ ra (Regulator output limits):giới hạn Efmin và Efmax đặt ở ngõ ra của bộ điều chỉnh điện áp. Giới hạn trên có thể là hằng số và bằng Efmax hoặc thay đổi và bằng thời gian chỉnh lưu điện áp đầu ra máy phát Vtf theo tỉ lệ của hệ số Kp. Nếu Kp đặt ở 0 thì xác lập chế độ ban đầu. Nếu Kp đặt giá trị dương sẽ xác lập chế độ trể hơn.
Chương 6: Khảo sát các chế độ làm việc của máy phát điện đồng bộ với Matlab
Điều kiện đầu (initial conditions): giá trị đặt điện áp ngõ ra ban đầu Vto và khoảng điện áp Vfo. Khi đặt đúng simulation sẽ hoạt động ở chế độ xác lập. Thông thường điện áp ngõ ra đặt ở giá trị 1 . Khoảng điện áp thì sẽ được tính từ khối Powergui
6.2.Khảo sát các chế độ làm việc của máy phát: Xét sơ đồ đơn giản sau: Xét sơ đồ đơn giản sau:
Hình 6.22.Sơ đồ hệ thống điện cần mô phỏng
~
Tải Tải
Máy phát MBA Nguồn vô cùng lớn U = const
Chương 6: Khảo sát các chế độ làm việc của máy phát điện đồng bộ với Matlab
6.3.1.Khảo sát chế độ vận hành bình thường của máy phát trong hệ thống điện: 6.3.1.1.Sơ đồ mô phỏng:
Hình 6.23.Sơ đồ mô phỏng máy phát đang vận hành ở chế độ bình thường bằng MATLAB
Chương 6: Khảo sát các chế độ làm việc của máy phát điện đồng bộ với Matlab
6.2.1.2.Các kết quả mô phỏng: 6.2.1.2.1.Tốc độ quay của tuabin:
Hình 6.24.Kết quả mô phỏng tốc độ quay của tuabin (rôto) 6.2.1.2.2.Điện áp kích từ:
Chương 6: Khảo sát các chế độ làm việc của máy phát điện đồng bộ với Matlab
6.2.1.2.3.Dòng stator:
Hình 6.26.Kết quả mô phỏng dòng stator 6.2.1.2.4.Điện áp pha a máy phát:
Chương 6: Khảo sát các chế độ làm việc của máy phát điện đồng bộ với Matlab
6.2.2.Khảo sát chế độ sự cố ngắn mạch đầu cực máy phát: 6.2.2.1.Sơ đồ mô phỏng: 6.2.2.1.Sơ đồ mô phỏng:
Chương 6: Khảo sát các chế độ làm việc của máy phát điện đồng bộ với Matlab
6.2.2.2.Các kết quả mô phỏng: 6.2.2.2.1.Tốc độ quay của tuabin:
Hình 6.29.Kết quả mô phỏng tốc độ quay của tuabin (rôto) 6.2.2.2.2.Điện áp kích từ:
Chương 6: Khảo sát các chế độ làm việc của máy phát điện đồng bộ với Matlab
6.2.2.2.3.Dòng stator:
Hình 6.31.Kết quả mô phỏng dòng stator 6.2.2.2.4.Điện áp pha a máy phát:
TAØI LIỆU THAM KHẢO 1. Máy điện 1 2. Máy điện 2 Vũ Gia Hanh Trần Khánh Hà Phan Tử Thụ Nguễn Văn Sáu
Nhà Xuất Bản Khoa Học và Kỹ Thuật HAØ NỘI 1998 3. Ứng dụng Matlab trong tính toán kỹ thuật
Nguyễn Hoài Sơn Đỗ Thanh Việt Bùi Quân Lâm