Simpower-system Page 1 of 545 Nhập môn SimPowerSystems SimPowerSystems and Physical Modeling SửdụngmôphỏngSimPowerSystemsvớicácsản phẩmMathWorks khác để thiết kế hệ thống điện Using This GuideHiểunhữngyêucầucơsởcủangườisửdụngvà cách tiếp cận hiệu quả nhất đối với tài liệu này Simulating a Simple CircuitXâydựngmạchđơngiảnvớikhối SimPowerSystems và nối với khối Simulink khác Analyzing a Simple CircuitSử dụng khối Powergui và phân tích đáp ứng tĩnh và miền tần số Simulating TransientsTạohệthốngđiệnnhỏ,môphỏngquáđộ,and discretize simple circuits Introducing the Phasor Simulation Method Dùngphưongphápphasorđểphântíchbiênđộvà pha mạch tuyến tính Mô hình các hệ thống đơn giản SimPowerSystems làm việc trên môi trường Simulink đ . Do đó trước khi bắt đầu với tài liệu này, bạn nên làm quen với Simulink. ở phần trợ giúp Simulink, xem tài liệu Using Simulink. Đến phần chính SimPowerSystems, bạn phải học cách để mô hình và mô phỏng mạch điện. Chương này sắp xếp theo 4 phần, tất cả dựa trên hệ thống điện đơn giản, mà nó trình diễn mô hình mạch, phân tích và mô phỏng. SimPowerSystems and Physical Modeling SửdụngmôphỏngSimPowerSystemsvớicácsản phẩmMathWorks khác để thiết kế hệ thống điện Using This GuideHiểunhữngyêucầucơsởcủangườisửdụngvà cách tiếp cận hiệu quả nhất đối với tài liệu này Simulating a Simple CircuitXâydựngmạchđơngiảnvớikhối SimPowerSystemsvànốivớicáckhốiSimulink Simpower-system Page 2 of 545 khác Analyzing a Simple CircuitSửdụngkhốiPowerguivàphântíchđápứngtĩnh và miền tần số Simulating TransientsTạohệthốngđiệnnhỏ,môphỏngquáđộ,vàlàm gián đoạn mạch đơn giản Introducing the Phasor Simulation Method Dùng phưowng pháp phasor để phân tích biên độ và pha mạch tuyến tính SimPowerSystems và mô hình vật lý SimPowerSystems và SimMechanics là sản phẩm mô hình vật lý làm việc cùng với Simulink để mô phỏng điện, cơ và các hệ thống điều khiển. The Role of Simulation in Design Hệ thống điện là sự kết hợp các mạch điện và các thiết bị điện cơ như động cơ và máy phát.Các kỹ sư làm việc trongmônnày luôn cải thiện sự làm việc của hệ thống. Các yêu cầu đưa ra ngày càng tăng cao làm cho người thiết kế hệ thống điện sử dụng thiết bị điện tử công suất và những khái niệm hệ thống điều khiển phức tạp là gánh nặng cho các công cụ phân tích và kỹ thuật truyền thống. Xa hơn nữa làm phức tạp cho người phân tích vì hệ thống thường phi tuyến do đó cách duy nhất để hiểu nó là mô phỏng. Thế hệ máy phát điện từ thủy điện, hơi nước, hoặc các thiết bị khác không chỉ dùng cho hệ thống năng lượng. Một thuộc tính chung những hệ năng lượng này là sửdụngnhữngnhữnghệthốngđiệntửcôngsuấtvàhệthốngđiềukhiểnđểđạt được những mục tiêu cần thực hiện. SimPowerSystemslàcôngcụthiếtkếhiệnđạichophépcácnhàkhoahọcvà các kỹ sư nhanh chóng và dễ dàng xây dựng các mô hình mô phỏng hệ thống điện. SimPowerSystems sử dụngmôi trường Simulink, cho phép bạn xây dựng mô hình dùng thủ tục đơn giản nhấp và kéo. Không chỉ có thể vẽ mạch tôpô nhanh chóng mà bạnphântíchmạchcóthểtươngtácvớicơkhí,nhiệt,điềukhiểnvàcácmônkỹ thuật khác. Điều này là có thể vì tất cả các phần điện mô phỏng tác động qua lại với thư viện mô hình Simulink mở rộng. Từ đây Simulink sử dụng MATLAB như động cơ tính toán, người thiết kế cũng có thể sử dụng các công cụ MATLAB và các khối Simulink. SimPowerSystems và SimMechanics chia sẻ khối mô hình vật lý đặc biệt và kết nối giao diện. Các thư viện SimPowerSystems BạncóthểnhanhchóngđưaSimPowerSystemsvàolàmviệc.Cácthưviện chứacácmôhìnhthiếtbịđiệntiêubiểunhưmáybiếnáp,đườngdây,độngcơvà điệntửcôngsuất.Cácmôhìnhnàyđãđượccáctàiliệuchứngminh,tínhhợplý Simpower-system Page 3 of 545 dựakinhnghiệmtrongphòngthínghiệmkiểmtravàmôphỏnghệthốngnăng lượngcủaHydro-Quybec,mộtvùngBắcMỹrộnglớnởCanada,vàởEcolede TechnologiesuperieurevàđạihọcLaval.Minhhọakhảnăngcủa SimPowerSystemslàmôhìnhhệthốngđiệntiêubiểu.Vàngườisửdụngmuốn củng cố kiến thức về lý thuyết hệ thống, cũng có các trường hợp tự nghiên cứu. Yêu cầu và sản phẩm liên quan Bạn phải cài đặt các sản phẩm sau để sử dụng SimPowerSystems: MATLAB 7.0 Simulink 6.0 NgoàiSimPowerSystems,giađìnhsảnphẩmmôhìnhvậtlýbaogồm SimMechanics, để mô hình và mô phỏng các hệ thống cơ khí. Sử dụng cùng lúc các sản phẩm này để mô hình các hệ thống vật lý trong Simulink. Có môt số toolbox liên quan và một số sản phảm khác của MathWorks mà bạn có thể sử dụng với SimPowerSystems. Những thông tin cụ thể hơn về các sản phẩm này,xemWebsiteMathWorksởđịachỉhttp://www.mathworks.com;xemphần "Products". Sử dụng tài liệu Nếu bạn là người mới sử dụng Bắt đầu từ chương này và các chương kế tiếp học cách: Xây dựng và mô phỏng mạch điện sử dụng thư viện powerlib Giao diện một mạch điện với các khối Simulink Phân tích trạng thái ổn định và đáp ứng tần số của mạch điện Ngắt mô hình để tăng tốc độ mô phỏng, đặc biệt cho các mạch điện tử công suất và hệ thống công suất lớn Sử dụng phương pháp mô phỏng phasor Xây dựng các mô hình không tuyến tính cho riêng bạn Nếu bạn là người có kinh nghiệm Xem chi tiết ở Release Notes. Cũng nên xem các chương: ModelingSimpleSystemshọccáchmôphỏngcácmạchđiệntheoý mình Advanced Components and Techniques học cách mô phỏng phasor để nghiên cứu ổn định quá trình quá độ các hệ thống nhiều máy Improving Simulation Performance học cách tăng tốc độ mô phỏng All SimPowerSystems Users Simpower-system Page 4 of 545 Nhữngthôngtinthamkhảocáckhối,vídụđơngiản,vàcáccôngcụGUIcơ bản, sử dụng SimPowerSystems Block Reference. Vớicáccâulệnh,liênquanđếnphầnSimPowerSystemsCommandReference có tóm tắt cú pháp lệnh, giải thích đầy đủ các tùy chọn và làm việc. Đơn vị Tài liệu này sử dụng hệ thống đơn vị quốc tế (SI) và hệ thống đơn vị tương đối (p.u.). Xem chi tiết ở phụ lục A, "Technical Conventions". Mô phỏng mạch điện đơn giản SimPowerSystems cho phép bạn xây dựng và mô phỏng các mạch điện có các thành phần tuyến tính hoặc phi tuyến. Trong phần này bạn Khám phá thư viện powerlib của SimPowerSystems Học cách để xây dựng mạch điện đơn giản từ thư viện powerlib Nối các khối Simulink Mạch điện bên dưới thể hiện hệ thống điệntương đương đường dâytruyền tải dài 300 km. Bù cảm ở cuối đường dây. Máy cắt cho phép đường dây làm việc hoặc không. Để đơn giản chỉ thể hiện một pha. Các thông số trên hình vẽ là kiểu hệ thống 735 kV. Hình 1-1: Mạch để mô phỏng bằng SimPowerSystems Xây dựng mạch điện bằng thư viện powerlib Giao diện đồ họa người sử dụng dùng các chức năng của Simulinkđể nối liền cácphầnđiệnkhácnhau.Cácphầnđiệnnhómtrongthưviệnđặcbiệtgọilà powerlib. NhậplệnhsauởdấunhắccủaMATLABMởđểmởthưviện SimPowerSystems: powerlib Lệnh này hiển thị cửa sổ Simulink có các khối thư viện khác. Simpower-system Page 5 of 545 Bạn có thể mở các thư viện này sẽ hiện lên các cửa sổ có các khối có thể copy vào mạch của bạn. Thể hiện mỗi thành phần bằng biểu tượng (icon) đặc biệt có một hoặc nhiều đầu vào hoặc đầu ra tương ứng với các đầu của thành phần: 1. TừmenuFilecủacửasổpowerlib,mởmộtcửasổmớichứamạch đầu tiên của bạn và lưu với tên circuit1. 2. MởthưviệnnguồnvàcopykhốiACVoltageSourcevàocửasổ circuit1. 3. Mở hộp hội thoại AC Voltage Source bằng cách nhấp đôi chuột vào biểu tượng vànhập các thôngsố biên độ, pha và tần số theo các giá trị cho trên hình 1-1. 1. Lưuýrằngxácđịnhbiênđộchonguồnhìnhsincógiátrịđỉnhlà (424.4e3*sqrt(2) volts). 4. Thay đổi tên khối từ Voltage Source thành Vs. 5. CopykhốiParallelRLCBranch,trongthưviệnElementscủa powerlib, đặt các thông số cho khối như trong hình 1-1, và tên là Z_eq. 6. Điện trở mạch Rs_eq có ở khối Parallel RLC Branch. Nhấp đôi chuột vào khốiParallelRLC Branch, có trên cửa sổcircuit1, đặt thông số R theo hình 1-1, và đặt thông sốL và C tương ứng là vô cùng (inf) và 0 (0). 1. Khi đóng hộp hội thoại lưu ý thành phần L và C biến mất vì vậy boểu tượngbâygiờchỉcònđiệntrở.KếtquảtươngtựđốivớikhốiSeriesRLC Branch bằng cách đặt L và C tương ứng là 0 và inf. 7. Tên khối này là Rs_eq. 8. Thay đổi kích thước các thành phần và nối các khối lại với nhau bằng cách kéo các đường từ đầu ra đến đầu vào khối thích hợp. Simpower-system Page 6 of 545 Để hoàn thành mạch hình 1-1, bạn cần thêm đường dây truyền tải và điện kháng shunt. Bạn thêm máy cắt sau trong phần Simulating Transients. MôhìnhđườngdâyvớicácthôngsốphânphốiR,L,vàCkhôngđổithông thườngcóthờigiantrễbằngthờigiantruyềnsóngtrênđườngdây.Môhìnhnày không thể mô phỏng như hệ tuyến tính vì trễ tương ứngvới số trạng thái hữu hạn. Tuynhiên,thíchhợpnhấtvớiđườngdâycósốtrạngtháihữuhạncóthểcóbằng cách ghép nối vài mạch PI, mỗi PI thể hiện một phần nhỏ đường dây. PhầnPIcónhánhR-Lnốitiếpvà2nhánhshuntC.Môhìnhchínhxáctùy thuộc vào số PI dùng cho mô hình. Copy khối PI Section Line từ thư viện Elements vào cửa sổ circuit1, đặt thông số như trong hình 1-1. Mô hình điện kháng shunt bằng điện trở nối tiếp với điện cảm. Bạn có thể dùng khốiSeriesRLCBranchđểmôhìnhđiệnkhángshunt,trừkhibạntínhtoánbằng tay và đặt các giá trị R và L từ hệ số phẩm chất và công suất phản kháng xác định trong hình 1-1. Do vậy, bạn có thểthấythuận lợi hơnkhi sử dụng khối SeriesRLC Load cho phép xác định trực tiếp công suất tác dụng và phản kháng do điện kháng shunt tiêu thụ. Copy khốiSeries RLC Load, trongthư việnElements của powerlib. Tên khối này là 110 Mvar. Đặt các thông số như sau: Vn424.4e3 V fn60 Hz P110e6/300 W (quality factor = 300) QL110e6 vars Qc0 Lưuý,khikhôngcódunglượngđiệndungxácđịnh,tụxuấthiệntrênbiểu tượng khối khi đóng hộp hội thoại. Nối các khối mới lại với nhau như hình vẽ. Simpower-system Page 7 of 545 Bạn cần khối Voltage Measurement để đo điện áp ở nút B1. Khối này có trong thưviệnMeasurementscủapowerlib.CopyvàđặttênlàU1.Nốiđầudươngđến nút B1 và đầu vào âm đến khối Ground mới. Để quan sát điện áp đo bằng khối Voltage Measurement tên là U1, cần một hệ thống hiển thị. Điều này có thể thực hiện với bất kì thiết bị nào tìm trongthư viện Sinks của Simulink. Mở thư viện Sinks của Simulink và copy khối Scope vào cửa sổcircuit1. Nếu scope đã nối trực tiếp ở đầu ra đo áp, nó sẽ hiển thị áp là volts. Tuy nhiên, các kỹ sư điện sử dụng các đại lượng thông thường (hệ thống đơn vị tương đối). Điện áp bình thường giá trị volts chia cho điện áp cơ bản tương ứng giá trị đỉnh điện áp định mức hệ thống. Trong trường hợp này hệ số tỉ lệ K là Copy khối Gain từ thư viện Simulink và đặt hệ số khuyếch đại ở trên. Nối đầu ra với khối Scope và nối đầu ra khối Voltage Measurement với khối Gain. Copy hệ thống đo điện áp này đến nút B2 như hình vẽ dưới. Giao diện mạch với Simulink KhốiVoltageMeasurementlàmviệcnhưmộtgiaodiệngiữakhối SimPowerSystems và khối Simulink. Đối với hệ thống ở trên, bạn đã thực hiện như Simpower-system Page 8 of 545 mộtgiaodiệntừhệthốngđiệnthànhhệthốngSimulink.KhốiVoltage Measurement chuyển đổi giá trị điện áp đo được thành các tín hiệu Simulink. Lưu ý rằng khối Current Measurement từ thư viện Measurements của powerlib cũngcóthểsửdụngđểchuyểnđổibấtkìdòngđiệnđođượcnàothànhtínhiệu Simulink. Bạn cũng có thể giaodiện các khối từ Simulink với hệ thốngđiện.Ví dụ, bạn có thể dùng khối Controlled Voltage Source để xen điện áp vào mạch điện như hình vẽ sau. ElectricalTerminalPortsandConnectionLines: SimPowerSystemslà một phần môi trường mô hình vật lý. Các khối thường có cả 2 cổng đầu vào và đầu ra Simulink thông thường > và cổng đầu cuối đặc biệt: oCác đường nối cổng Simulink thông thường > là các đường tín hiệu trực tiếp. oCác đường nối các cổng đầu cuối là các đường nối đặc biệt. Cóthểphânnhánhcácđườngvôhướng,nhưngbạnkhôngthểnối chúngvớicổngSimulink>hoặcvớiđườngtínhiệuSimulinkthông thường. oBạncóthểnốicổngSimulink>chỉđếncáccổngSimulink khác và các cổng đầu cuối chỉ đến các cổng đầu cuối khác. oChuyểnđổitínhiệuSimulinkthànhnốiđiệnhoặcyêucầu ngượclạidùngkhốiSimPowerSystemslàmnổibậtcảcáccổng Simulink và đầu cuối. Đặc tính một vài khối SimPowerSystems chỉ kiểu 1 cổng. Mô phỏng mạch Simpower-system Page 9 of 545 Bây giờ bạn có thể bắt đầu mô phỏng từ menu Simulation. Dòng lệnh hiển thị câu thông báo SimPowerSystems trong thời gian phân tích mô hình. Bạn có thể bỏ những thông báo bằng cách kéo khối Powergui trong mô hình của bạn và xóa Show messages during simulation. Xem tham khảo khối Powergui để có những trình bày cụ thể hơn khối này. Khi đang chạy mô phỏng, mở hộp hội thoại khối Vs và thay đổi biên độ. Quan sát ảnh hưởng từ 2scope. Bạn cũngcó thể thay đổi tần sốvà góc pha. Bạn có thể phóng to dạng sóng trên cửa sổ scope bằng cách vẽ một khung chữ nhật xung quanh vùng quan tâm bằng nút trái chuột. Lưu ý: Để mô phỏng mạch điện này sử dụng thuật toán tích phân mặc định (ode45). Tuy nhiên, hầu hết các ứng dụng của SimPowerSystems, mạch của bạn có các khóa và các mô hình phi tuyến khác. Trong mỗi trường hợp bạn phải xác định thuật toán tích phân khác. Điều này thảo luận trong Simulating Transients (mô phỏng quá độ), khi thêm máy cắt vào mạch. Phân tích mạch đơn giản Trong phần này bạn Sử dụng khối Powergui (giao diện đồ họa người sử dụng) Thiết lập các đầu ra trạng thái ổn định của hệ thống Phân tích mạch với lệnh power_analyze Phân tích mạch và phạm vi tần số Phân tích trạng thái ổn định Đểdễdàngphântíchtrạngtháiổnđịnhcủamạch,thưviệnpowerlibcómột khốigiaodiệnđồhọangườisửdụng(GUI).CopykhốiPowerguivàomạch circuit1 và nhấp đôi chuột trên biểu tượng để mở khối. TừmenuAnalysistoolskhốiPowergui,chọnSteady-StateVoltagesand Currents. Nó sẽ mở cửa sổ Steady-State Tool đo các pha trạng thái ổn định bằng 2 khối đo hiển thị theo dạng cực. Simpower-system Page 10 of 545 Xác định mỗi đầu ra đo bằng chuỗi tương ứng tên khối đo. Biên độ pha U1 và U2 tương ứng với giá trị đỉnh điện áp hình sin. Từ cửa sổ Steady-State Tool, bạn cũng có thể hiển thị giá trị trạng thái ổn định điện áp nguồn hoặc giá trị trạng thái ổn định các trạng thái bằng cách chọn ô kiểm tra Sources hoặc States. Simpower-system Page 11 of 545 Tênbiếntrạngtháichứatênkhốicóđiệncảmhoặcđiệndung,tiềntốIlcho dòng cảm và tiền tố Uc cho áp tụ. Ký hiệu quy ước sử dụng cho áp và dòng nguồn và xác định các biến trạng thái bằng sự định hướng các khối: Dòng cảm theo hướng mũi tên xem là dòng dương. Điện áp tụ là V block output - V block input . Lưu ýTùy thuộc thứ tự bạn thêm các khối vào mạch circuit1, các biến trạng thái không thể không sắp xếp theo cách đó như trong mạch trên. BâygiờtừmenuAnalysistoolscủaPowergui,chọnInitialStateSettings. Hiển thị các giá trị đầu của 6 biến trạng thái (3 dòng cảm và 3 áp tụ). Đặt những giá trị trạng thái này để khởi động trạng thái ổn định. Simpower-system Page 12 of 545 Phân tích tần số Thư viện Measurements củapowerlib có khối ImpedanceMeasurement để đo điện kháng giữa 2 nút bất kì trong mạch. Trong 2 mục sau, bạn đo điện kháng của mạch giữa nút B2 với đất theo 2 phương pháp: Tính toán từ mô hình không gian trạng thái Đo tự động sử dụng khối Impedance Measurement và khối Powergui Tìmmốiquanhệgiữađiệnkhángvàtầnsốtừmôhìnhkhônggian trạng thái(State-Space) Để đo điện kháng phụ thuộc tần số ở nút B2, bạn cần nguồn dòng ở nút B2 cấp đầu vàothứ haimô hình không gian trạng thái. Mở thư viện Electrical Sources và copy khối AC Current Source vào mô hình. Nối nguồn này ở nút B2 như hình dưới. Đặt độ lớn nguồn dòng là 0 và giữ tần số 60 Hz. Sắp xếp lại các khối như sau. Simpower-system Page 13 of 545 Nguồn dòng AC ở nút B2 Bâygiờtínhtoánhiểnthịkhônggiantrạngtháimôhìnhcircuitlvớilệnh power_analyze. Nhập lệnh sau tại dấu nhắc MATLAB. [A,B,C,D,x0,states,inputs,outputs] = power_analyze('circuit1') Lệnh phân tích công suất đưa ra mô hình không gian trạng thái mạch điện trong 4 ma trận A, B, C, và D. x0 là vectơ điều kiện đầu chỉ hiển thị với khối Powergui. Tên các biến trạng thái, các đầu vào và các đầu ra trả lại trong 3 ma trận. states = Il_110 Mvars Uc_input PI Section Line Il_ sect1 PI Section Line Uc_output PI Section Line Il_Z_eq Uc_Z_eq inputs = U_Vs I_AC Current Source outputs = U_U1 U_U2 Lưuýrằngbạncóthểcótênvàđiềuchỉnhcáctrạngthái,đầuvào,vàđầura trực tiếp từ khối Powergui. Simpower-system Page 14 of 545 Thứnhấtmôhìnhkhônggiantrạngtháicủahệthốngđãbiết,nócóthểphân tíchtrongphạmvitầnsố.Vídụ,cácmôhìnhmạchnàycóthểtìmtừ ***eigenvalues ma trận A (dùng lệnh eig MATLAB). eig(A) ans = 1.0e+05 * -2.4972 -0.0001 + 0.0144i Create subsystem. Hai khối bây giờ có dạng là một khối mới gọi là hệ thống con (Subsystem). Simpower-system Page 19 of 545 2. Dùng menu Edit --> Mask subsystem, thay đổi biểu tượng hệ thống con. Trong Icon trình soạn thảo, nhập lệnh sau: odisp('Equivalent\nCircuit') 3. Biểu tượng bây giờ tên Equivalent Circuit, như hình vẽ trên. 4. DùngmenuFormat-->Showdropshadowđểđổbóngchokhối Subsystem.BạncóthểnhấpđôivàokhốiSubsystemvàxemnộidungcủa nó. 5. Chènmáycắtvàomạchđểmôphỏngsựlàmviệccủađườngdây bằng cách mở thư viện Elements củapowerlib. Copy khối Breaker vào cửa sổ circuit2. Máycắtlàmôhìnhphituyếnvìmáycắtnốitiếpvớimộtđiệntrở.Vìnhững ràng buộc mô hình, điện trở này không thể đặt là 0. Tuy nhiên nó có thể đặt với một giá trị rất nhỏ, như 0.001, điều đó không ảnh hưởng đến sự làm việc của mạch: 1. Mở hộp hội thoại máy cắt và đặt các thông số như sau: Ron0.001 Initial state0 (open) Rsinf Cs0 Switching times[(1/60)/4] 2. Chènmáycắtnốitiếpđầuđườngdây,sauđósắpxếplạimạchnhư hình vẽ trước. 3. MởscopeU2vànhấpbiểutượngParametersvàchọntabData history.NhấpnútSavedatatoworkspaceđặttênbiếnU2đểlưukếtquả mô phỏng; sau đó thay đổi chức năng Format cho U2 theo Array. Tương tự Simpower-system Page 20 of 545 xóaLimitrowstolastđểhiểnthịtoànbộdạngsóngkhisốlầnmôphỏng nhiều. Bạn bây giờ sẵn sàng mô phỏng hệ thống của bạn. Thuật toán tích phân với bước thời gian liên tục và thay đổi Mở hộp hội thoại PI section Line và chắc chắn các phần đặt là 1. Mở hộp hội thoạiSimulation-->Simulationparameters.Bâygiờhệthốngcókhóa,bạncần một thuật toán tích phân mạnh để mô phỏng mạch. Trong ô Solver, chọn bước biến thuật toán tích phân mạnh ode23tb. Giữ các tham số mặc định (dung sai tương đối đặt là 1e-3) và đặt thời gian cao nhấtlà0.02s.Mởscopevàbắtđầumôphỏng.Xemdạngsóngđiệnápgửiđivà nhận về trên ScopeU1 và ScopeU2. Khi mô phỏng hoàn thành, copy biến U2 vào U2_1 bằng cách nhập lệnh sau ở của sổ MATLAB. U2_1 = U2; Hai biến này bây giờ chứa dạng sóng đang có với mô hình đường dây một PI. MởhộphộithoạiPIsectionLinevàthayđổisốphầntừ1thành10.Bắtđầu mô phỏng. Khi mô phỏng hoàn thành, copy biến U2 vào U2_10. Trước khi thay đổi mạch bạn dùng thông số phân phối mô hình đường dây, lưu hệ thống là circuit2_10pi, bạn có thể sử dụng lại mạch này. Xóa mô hình đường dây PI và thay bằng khối Distributed Parameter Line. Đặt số pha là 1 và dùng như R, L, C, và các thông số chiều dài như một PI (xem hình 1- 1). Lưu hệ thống này là circuit2_dist. Khởi động lại mô phỏng và lưu điện áp U2 vào biến U2_d. Bâygiờbạncóthểsosánh3dạngsóngđãcóvớimôhình3dây.Mỗibiến U2_1, U2_10, và U2_d là ma trận 2 cột với cột 1 là thời gian và cột 2 là điện áp. Vẽ 3 dạng sóng trên cùng một đồ thị bằng cách nhập lệnh sau. plot(U2_1(:,1), U2_1(:,2), U2_10(:,1),U2_10(:,2), U2_d(:,1),U2_d(:,2)); Các dạng sóng này vẽ trong hình kế tiếp. Trong khi Analyzing a Simple Circuit thực hiện phân tích tần số như mong muốn, mô hình một PI không đáp ứng với tần số cao hơn 229 Hz. Mô hình 10 PI cho độ chính xác cao hơn, mặc dù giao động tần số cao giới thiệu cho gián đoạn đường dây. Bạn có thể xem hình vẽ rõ ràng hơn với thời gian trễ là 1.03 ms kết hợp với thông số phân phối đường dây. Simpower-system Page 21 of 545 Receiving End Voltage Obtained with Three Different Line Models Gián đoạn hệ thống điện MộtđặctínhquantrọngcủaSimPowerSystemslàkhảnăngmôphỏngvớicả thuật toán tích phân liên tục, gián đoạn hoặc với các phép toán giải riêng. Với các hệthốngnhỏ,thuậtgiảibướcthờigianthayđổithườngnhanhhơnsovớiphương pháp bước cố định, bởi vì số bước tích phân ít hơn. Với các hệ thống lớn chứa nhiều trạng thái hoặc nhiều khối phi tuyến như các chuyển mạch điện tử công suất nó rất thuận lợi để suy xét hệ thống điện. Khi bạn gián đoạn hệ thống, điều khiển độ chính xác mô phỏng bằng bước thời gian. Nếu dùng bước thời gian quá lớn, độ chính xác có thể không đủ. Chỉ có một cách để biết nếu chấp nhận mô phỏng lại với bước thời gian khác và tìm bước thời gianlớnnhấtchấpnhậnđược.Thườngbướcthờigianlà20usđến50uschokết quả tốt nhất khi mô phỏng quá trình quá độ trên hệ thống 50 Hz hoặc 60 Hz hoặc hệ thốngdùngthiếtbịđiệntửcôngsuấttínhtoánđườngdâynhưdiodevàthyristor. Bạnphảigiảmbướcthờigianchohệthốngdùngchuyểnmạchđiệntửcôngsuất. Cácthiếtbịnày,trabsistorlưỡngcựccổngcáchđiện(IGBT),transistortrường (FET), thyristor cổng ngắt (GTO) làm việc với tần số cao. Vídụmôphỏngbộchuyểnđổiđiềubiếnđộrộngxung(PWM)làmviệcở8 kHz yêu cầu bước thời gian 1 us. Bây giờ bạn học cách gián đoạn hệ thống và so sánh các kết quả mô phỏng đã cóvớihệthốngliêntụcvàgiánđoạn.Mởhệthốngcircuit2_10piđãlưutừmô phỏngtrước.Hệthốngnàycó24trạngtháivà1khóa.MởPowerguivàchọn Discretizeelectricalmodel.Đặtthờigianmẫulà25e-6s.Khikhởiđộnglạimô phỏng, hệthống côngsuất bị gián đoạndùng phương pháp Tustin (tương ứngtích phân hình thang) dùng thời gian mẫu là 25 us. Simpower-system Page 22 of 545 MởhộphộithoạiSimulation-->Simulationparameters-->Solvervàđặt thời gian mô phỏng là 0.2 s. Bắt đầu mô phỏng. Lưu ýĐầu tiên hệ thống gián đoạn, không có trạng thái liên tục khác trong hệthốngđiện.Vìvậybạnkhôngcầnphươngpháptíchphânbướcbiếnđể mô phỏng. Trong hộp hội thoại Simulation --> Simulation parameters --> Solver, bạn có thể chọn bước cố định và gián đoạn (không có trạng thái liên tục) và xác định bước cố định là 25 us. Để đo thời gian mô phỏng, bạn có thể khởi động lại mô phỏng bằng cách nhập lệnh sau. tic; sim(gcs); toc Khi kết thúc mô phỏng hiển thị thời gian đã mô phỏng trong cửa sổ MATLAB. Đểquaylạimôphỏngliêntục,mởkhốiPowerguivàchọnContinuous.Nếu bạn so sánh thời gianmôphỏng, bạn thấy thời gianmô phỏng hệ thốnggián đoạn nhanh xấp xỉ 3.5 lần so với hệ thống liên tục. Để so sánh sự chính xác của 2 phương pháp, thực hiện 3 mô phỏng sau: 1. Mô phỏng hệ thống liên tục, với Ts = 0. 2. Mô phỏng hệ thống rời rạc, với Ts = 25 us. 3. Mô phỏng hệ thống rời rạc, với Ts = 50 us. MỗilầnmôphỏnglưuđiệnápU2trongbiếnkhác.DùngtươngứngU2c, U2d25, và U2d50. Vẽ dạng sóng U2 trên cùng một đồ thị bằng cách nhập lệnh sau. plot(U2c(:,1), U2c(:,2), U2d25(:,1),U2d25(:,2), U2d50(:,1),U2d(50:,2)) Phóng to trênmiền từ4 đến 12mscửa sổ vẽ để sosánh sựkhác nhau quá độ tần số cao. 25 us là tốt với mô phỏng liên tục. Tuy nhiên tăng bước thời gian lên 50 us sinh ra lỗi. Đối với mạch này bước thời gian 25 us là chấp nhận được, trong khi tốc độ mô phỏng tăng lên 3.5 lần. Simpower-system Page 23 of 545 So sánh kết quả mô phỏng hệ thống liên tục và gián đoạn Giới thiệu phương pháp mô phỏng Phasor Trong phần này bạn Cung cấp phương pháp mô phỏng phasor cho mạch tuyến tính Học những thuận lợi và những hạn chế của phương pháp Bây giờ bạn dùng 2 phương pháp để mô phỏng mạch điện: Mô phỏng với bước thời gian thay đổi dùng bộ giải Simulink liên tục Mô phỏng với bước thời gian cố định dùng hệ thống gián đoạn Phần nàygiải thích cách sử dụng phương phápmô phỏng thứ 3, phương pháp giải phasor. Khi nào dùng giải Phasor Phươngphápgiảichủyếuđượcsửdụngđểkhảosátsựdaođộngđiệncơhệ thốngcôngsuấtbaogồmnhữngmáyphátvàđộngcơlớn.Mộtvídụchophương phápnàylàmôphỏnghệthốngnhiềumáytrongThree-PhaseSystemsand Machines. Tuy nhiên kỹ thuật này không hạn chế khảo sát ổn định quá trình quá độ của nhiều máy. Nó có thể thực hiện đối với bất kì hệ thống tuyến tính nào. Nếu trong mạch tuyến tính bạn chỉ quan tâm thay đổi biên độ và góc pha điện ápvàdòngkhikhóađónghoặcmở,bạnkhôngnêngiảikếtquảcácphươngtrình khác (mô hình không gian trạng thái) từ sự ảnh hưởng lẫn nhau của các thành phần R, L, và C. Bạn có thể thay vì giải nhiều tập hợp đơn giản hơn các phương trình đại sốliênquandòngvàáp.Đâylànhữnggìmàphươngphápgiảiphasorthựchiện Simpower-system Page 24 of 545 được.Nhưtênngụýcủanó,phươngphápnàytínhtoándòngvàápnhưphasors. Phasors là số phức thể hiện áp và dòng sin ở tần số đặc biệt. Chúng thể hiện trong tọa độ đề các (thực và ảo) hoặc tọa độ cực (biên độ và pha). Khi bỏ qua các trạng thái điện, phương pháp giải phasor không yêu cầu phép giải riêng để giải phần điện của hệ thống. Sự mô phỏng vì vậy thực hiện nhanh hơn nhiều. Bạn phải lưu ý rằng kỹ thuật giải nhanh chỉ cho phép giải với một tần số đặc biệt. Mô phỏng Phasor quá độ Bây giờ bạn dùng phương pháp giải phasor cho mạch tuyến tính đơn giản. Mở thưviệnDemoscủapowerlib.MởthưviệnGeneralDemosvàchọntêndemo "Transient Analysis." Một hệ thống tên power_transient mở ra. Xây dựng mạch điện tuyến tính đơn giản trong SimPowerSystems Mạch này là một mô hình hệ thống điện 3 pha đơn giản 60 Hz, 230 kV chỉ thể hiện 1 pha. Mô hình nguồn đẳng trị bằng nguồn điện áp (230 kV RMS/sqrt(3) hoặc 132.8kVRMS,60Hz)nốitiếpvớiđiệnkhángtrongcủanó(RsLs).Môhình nguồncungcấpchotảiRLthôngquađườngdâytruyềntải150kmbằngmộtPI (nhánhRL1vàđiệndungshunt,C1vàC2).Sửdụngmáycắtđểđóngcắttải(75 MW, 20 Mvar) ở đầu đường dây. Sử dụng hai khối đo để giám sát áp và dòng tải. KhốiPowerguiởgócthấpbêntráibiểuthịmôhìnhlàliêntục.Bắtđầumô phỏng và quan sát dạng sóng quá độ áp và dòng khi ngắt tải ở t = 0.0333 s (2 chu kì) và đóng lại ở t = 0.1167 s (7 chu kì). Gọi giải Phasor trong khối Powergui Bây giờ bạn mô phỏng mạch tương tự sử dụng phương pháp mô phỏng phasor. TùychọnnàycóthểtruycậpthôngquakhốiPowergui.Mởkhốinàyvàchọn Simpower-system Page 25 of 545 Phasorsimulation.Bạncũngphảixácđịnhtầnsốsửdụngđểgiảiphươngtrình mạngđạisố.Giátrịmặcđịnh60HznhậpsẵntrongmenuFrequency.Đóng Powergui và chú ý rằng từ Phasors bây giờ xuất hiện trên biểu tượng Powergui, thể hiệnbâygiờPowerguicungcấpphươngphápPhasorsđểmôphỏngmạch.Trước khi khởi động lại mô phỏng, bạn nên xác định dạng thích hợp cho 2 tín hiệu gửi đến khối Scope. Chọn định dạng đo tín hiệu Phasor NếubâygiờbạnnhấpđôichuộtvàokhốiVoltageMeasurementhoặckhối Current Measurement, bạn thấy menu cho phép tín hiệu đầu ra phasor ở 4 dạng khác nhau:Phức(chọnmặcđịnh),Thực-ảo,Biênđộ-gócpha,hoặcchỉbiênđộ.Dạng phứcthườngrấthữuíchkhibạnmuốnxửlýtínhiệuphức.Lưuýrằngmáyhiện sóng không chấp nhận tín hiệu phức. Chọn dạng biên độ cho các khối Line Voltage và Load Current Measurement. Điều này cho phép bạn quan sát biên độ điện áp và dòng phasor. Bắtđầulạimôphỏng.Cácbiênđộápvàdòng60Hzbâygiờhiểnthịtrên scope. Các dạng sóng của mô phỏng liên tục và phasor trên cùng đồ thị. Dạng sóng của phương pháp mô phỏng liên tục và Phasor Lưu ý với mô phỏng liên tục, mở máy cắt xảy ra ở thời điểm dòng đi qua bằng 0 theo quy định mở; trong khi mô phỏng phasor mở tức thời. Vì không có khái niệm 0 trong mô phỏng phasor. Simpower-system Page 26 of 545 Xử lý phasor áp và dòng Cho phép sử dụng dạng phức để thực hiện và xử lý phasors mà không tách phần thực và phần ảo riêng. Ví dụ bạn cần tính công suất tiêu thụ của tải (công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q). Công suất phức S có từ dòng và áp phasor như Với I* là phức liên hợp dòng phasor. Yêu cầu hệ số 1/2 để chuyển đổi biên độ áp và dòng từ các giá trị đỉnh đến giá trị RMS. ChọnđịnhdạngComplexchodòngvàáp,dùngcáckhốitrongthưviện Simulink Math, thực hiện đo công suất như hình vẽ sau. Tính toán công suất dùng áp và dòng phức GiátrịphứccáckhốiMagnitude-Anglebâygiờyêucầuchuyểnđổiphức phasor thành biên độ trước khi đưa đến scope. Hệthốngtínhtoáncôngsuấtchỉthựchiệnkhixâydựngtrong SimPowerSystems. Khối Active & Reactive Power (Kiểu Phasor) có trong thư viện Extras. SimPowerSystems User's Guide Modeling Simple Systems4 hướng dẫn, tất cả dựa vào hệ thống công suất đơn giản, trình diễn mô hình mạch cơ bản, phân tích, và mô phỏng Advanced Components and Techniques Giớithiệucácphươngphápvàthiếtbịtăngcường mô phỏng hệ thống và làm cho chúng hiện thực hơn Simpower-system Page 27 of 545 Improving Simulation Performance Các công cụ và tiếp cận để tăng tốc độ mô phỏng hệ thống, bao gồm thực hiện mô hình, tạomã, tạo mô hình riêng cho bạn, và điều chỉnh tham số các khối Systems with Electric DrivesGiới thiệu thư viện ứng dụng vào điện: nội dung, ví dụ từng bước và nghiên cứu các tình huống Transients and Power Electronics in Power Systems Nghiêncứucáctìnhhuốngvớicácvídụcụthể cáchsửdụngSimPowerSystemstrongcácứng dụng tiêu biểu. Transient Stability of Power Systems Using Phasor Simulation Nghiên cứu các tình huống với các ví dụ cụ thể thực hiệnphươngphápmôphỏngphasorcủa SimPowerSystems như thế nào trong các ứng dụng tiêu biểu Technical ConventionsTrình bày 2 đơn vị đo dùng trong tài liệu Converting Version 2 ModelsGiảithíchcáchcậpnhậtcácmôhìnhtừVersion2 sang Version 3 AcknowledgmentsThông tin về tác giả các công cụ AdvancedComponentsand Techniques Chươngnàygiớithiệunhữngphươngphápvànhữngcôngcụtăngcườngđể mô phỏng hệ thống công suất và làm cho chúng hiện thực hơn. Hai phần đầu minh họa điện tử công suất, động cơ đơn giản và phân tích Fourier. Phần3 trình bày hệ thốngnănglượng3pha,độngcơđiệnvàtràolưucôngsuất,vàsửdụngphương pháp giải phasor để khảo sát ổn định quá trính quá độ hệ thống điện cơ. Phần 4 giải thích cách nào mà bạn có thể tạo và biến đổi các khối phi tuyến. Introducing Power Electronics Dùngđiệntửcôngsuấtvàmáybiếnápvàthayđổi điều kiện ban đầu cho mạch Simulating Variable Speed Motor Control Mô hình và các động cơ đơn giản gián đoạn với các khối đặc biệt. Dùng công cụ phân tích FFT của khối Simpower-system Page 28 of 545 Powergui để thực hiện phân tích sóng hài Three-Phase Systems and Machines Sử dụng các động cơđiện và các thành phần 3 pha. Cungcấpphươngphápgiảiphasorđểkhảosátdao động điện cơ trong hệ thống điện Building and Customizing Nonlinear Models Môhìnhhệthốngphituyếnvàtạocáckhốiriêng cho bạn để thể hiện chúng Giới thiệu điện tử công suất Trong phần này bạn Học cách dùng thành phần điện tử công suất Học cách dùng máy biến áp Thay đổi các điều kiện đầu của mạch ThiếtkếSimPowerSystemsđểmôphỏngcácthiếtbịđiệntửcôngsuất.Phần này dùng mạch đơn giản dựa vào thyristor như là một ví dụ cơ bản. Xétmạchởhìnhvẽdưới.Nóthểhiệnmộtphabộbùtĩnh(SVC)dùngtrong mạng truyền tải 735 kV. Trên cuộn thứ cấp của máy biến áp 735 kV/16 kV, 2 nhánh điệnnạpnốisongsong:mộtnhánhđiệnkhángđiềukhiểnthyristor(TCR)vàmột nhánh điện dung khóa thyristor (TSC). Các thông số máy biến áp Công suất danh định 110MVA Sơ cấp: Điện áp định mức 424.4kV Điện kháng móc vòng RMS = 0.15 Điện trở p.u = 0.002 p.u Thứ cấp: Điện áp định mức 16kV Điện kháng móc vòng RMS = 0 Các thông số thyristor Ron = 1m ohm; Vf = 14*0.8 V (14 thyristor nối tiếp) Bộ đệm: Rs = 500 ohm; Cs = 0.15uF Simpower-system Page 29 of 545 p.u. Điện trở = 0.002 p.u Dòng từ hóa ở 1 p.u. Điện áp: cảm ứng: 0.2% Điện trở: 0.2% Hình 2-1: Bộ bù Var tĩnh TCR/TSC một pha Điều khiển 2 nhánh TCR và TSC bằng van có 2 chuỗi thyristor nối song song. MộtmạchđệmRCnốiquamỗivan.NhánhTSClàbật/tắt,đểthayđổibướcgián đoạn dòng dung SVC.Điều khiển pha nhánh TCR để có sự thay đổi liên tục dòng kháng mạng SVC. Bây giờ xây dựng 2 mạch minh họa sự làm việc của các nhánh TCR và TSC. Mô phỏng nhánh TCR 1. Mở cửa sổ mới và lưu tên circuit3. 2. MởthưviệnPowerElectronicsvàcopykhốiThyristorvàomôhình circuit3. 3. Mở menu Thyristor và đặt thông số như sau: Ron 1e-3 Lon 0 Vf 14*0.8 Cs 500 1. Lưu ý mạch đệm là toàn bộ hộp hội thoại Thyristor. 2. Thay đổi tên khối là Th1 và nhấp đôi vào nó. 3. Nối thyristor Th2 song song với Th1, như hình vẽ 2-2. 4. Khi xác định bộ đệm là Th1, thì phải loại trừ Th2. 5. Mở hộp hội thoại Th2 và đặt tham số bộ đệm là Rs Inf Cs 0 1. Lưu ý rằng bộ đệm xuất hiện trên biểu tượng Th2. MáybiếnáptuyếntínhtrongthưviệnElements.CopyvàđổitênthànhTrA, mở hộp hội thoại ra. Đặt công suất định mức, tần số, và thông số cuộn dây (winding 1 = sơ cấp; winding 2 = thứ cấp) như hình 2-1. Simpower-system Page 30 of 545 Lưu ý điện kháng móc vòng và điện trở mỗi cuộn có thể xác định trực tiếp trong đơn vị tương đối. Như không có cuộn thứ 3, chọn lại Three windings transformer. Lưu ý rằng cuộn thứ 3 không xuất hiện trên khối TrA. Cuốicùng,đặtthôngsốnhánhtừhóaRmvàXmlà[500,500].Cácgiátrị tương ứng 0.2% điện trở và điện cảm. Thêm nguồn áp, nối tiếp với RL, và khối Ground. Đặt các thông số như hình vẽ 2-1. Thêm Current Measuremant để đo dòng sơ cấp. Nối các mạch lại với nhau như hình 2-2. Lưu ý khối Thyristor có một đầu ra xác nhận bằng chữ cái m. Đầu ra này trở lại tín hiệu vectơ Simulink có áp (Vak) và dòng (Iak) thyristor. Nối khối Demux với 2 đầuraởđầumcủaTh1.Rồinối2đầurabộphânkênhtớiscope,đổitên Scope_Th1.(Đểtạođầurathứ2đếnscope,trongmenuScopeproperties--> General, đặt số trục là 2.) Tên 2 đường nối Ith1 và Vth1. Các tên này tự động hiển thị trên mỗi đường. Hình 2-2: Mô phỏng nhánh TCR BâygiờbạncóthểmôhìnhmáyphátxungđồngbộkíchhoạtTh1vàTh2. Copy2máyphátxungSimulinkvàohệthống,tênlàPulse1andPulse2,vànối chúng đến cổng Th1 và Th2. Bây giờ bạn phải có thời gian xung Th1 và Th2. Ở bất kì chu kì nào 1 xung phải gửiđếnmỗithyristor 0 saukhiđiệnáptínhtoánthyristorđiquagiátrị0.Đặt thông số Pulse1 và Pulse2 như sau: Biên độ 1 Chu kì 1/60 s Simpower-system Page 31 of 545 Độ rộng xung (% chu kì) 1% (3.6 degrees pulses) Trễ pha1/60+T cho xung1 1/60+1/120+T cho xung2 Lưu ý xung gửi đến Th2 trễ 180 0 so với xung gửi đến Th1. Dùng thời gian trễ T để xác định góc mở. Để có góc mở là 120 0 , xác định T trong không gian làm việc bằng cách nhập T = 1/60/3; Bây giờ mở hộp hội thoại Simulation --> Simulation parameters. Chọn thuật giải tích phân ode23tb. Giữ lại các tham số mặc định nhưng đặt dung sai tương đối là 1e-4 và thời gian dừng là 0.1. Bắt đầu mô phỏng. Kết quả như trong hình 2-3. Lưuý bạncũngcóthểchọnhệthốnggiánđoạn.Hãythử,vídụ,thờigian mẫu là 50 us. Kết quả mô phỏng tốt nhất nên so sánh với hệ thống liên tục. Hình 2-3: Các kết quả mô phỏng TCR Mô phỏng nhánh TSC Bâygiờbạncóthểthayđổihệthốngcircuit3vàthayđổinhánhTCRthành nhánh TSC. Lưu circuit3 như hệ thống mới và đặt tên là circuit4. Simpower-system Page 32 of 545 Nối tụ điện nối tiếp với điện cảm RL và Th1/Th2 như hình vẽ bên dưới. Thay đổicácthamsốR,L,vàCnhưtronghình2-1.Nốivoltkếvàscopeđểgiámsát điện áp qua tụ điện. Trái với nhánh TCR, mà được kích hoạt bằng máy phát xung đòngbộ, tín hiệu kích hoạt liên tục cấp cho 2 thyristor. Xóa 2 máy phát xung. Copy khối Step từ thư viện Simulink và nối đầu ra ở cả 2 cổng Th1 và Th2. Đặt bước thời gian là 1/60/4 (hoạt động ở đỉnh dương đầu tiên điện áp nguồn). Mạch của bạn tương tự với mạch dưới đây. Mô phỏng nhánh TSC Mở 3 scopes và bắt đầu mô phỏng. Tụ hoạt động từ 0, bạn có thể quan sát quá độ đệm thấp ở 200 Hz, chồng lên 60 Hz thànhphần độ lớnđiện áp và dòng điệnsơ cấp. Trong thời gian TSC làm việc bình thường, tụ điện có điện áp đầu khi van cuối cùng mở. Để cực tiểu đóng quá độ tụ nạp, thyristors nhánh TSC phải mở khi điện áp nguồn đạt giá trị cực đại và đúng cựctính.Điệnáptụbanđầutươngứngđiệnáptrạngtháiổnđịnhđãcókhikhóa thyristorđóng.Điệnáptụlà17.67kVrmskhivandẫn.Ởthờiđiểmđóng,tụphải nạp với điện áp đỉnh. Bây giờ bạn cóthể dùng khối Powergui để thay đổi điện áp ban đầu của tụ. Mở Powergui và chọn Initial States Setting. Một bảng liệt kê tất cả các biếntrạng thái vớicácgiátrịmặcđịnhbanđầuxuấthiện.GiátrịđiệnápđầuđiquatụC(biến Uc_C) là -0.3141 V. Điện áp này không chính xác không vì bộ đệm cho phép dòng nhỏđiquakhicảhaithyristorsđóng.BâygiờchọnbiếntrạngtháiUc_Cvànhập Simpower-system Page 33 of 545 24989 vào phía trên bên phải trường. Sau đó nhấp nút Apply để xác nhận thay đổi này. Bắt đầu mô phỏng. Trong khi chờ thành phần quá độ dòng và áp tụ biến mất. So sánh điện áp sinh ra với hoặc không với điện áp đầu trong hình vẽ này. Transient Capacitor Voltage With and Without Initial Charge Mô phỏng điều khiển thay đổi tốc độ động cơ Trong phần này bạn Sử dụng các động cơ điện và điện tử công suất để mô phỏng động cơ AC đơn giản với điều khiển thay đổi tốc độ động cơ Học cách sử dụng khối Universal Bridge Gián đoạn mô hình và so sánh với phương pháp mô phỏng bước thay đổi và bước cố định Học cách sử dụng khối Multimeter Học cách sử dụng công cụ FFT ĐiềukhiểnthayđổitốcđộđộngcơđiệnACdùngcáckhóađiệntửcôngsuất chuyển mạch như là IGBT, MOSFET, và GTO. Các máy không đồng bộ được cung cấpbởiđiềuchếđộrộngxung(PWM)bộchuyểnđổiđiệnápnguồn(VSC)ngày nay dần thay thế bằng động cơ DC và cầu thyristor. Với PWM, kết hợp với kỹ thuật điềukhiểnhiệnđạinhưđiềukhiểnhuớngđiệntrườnghoặcđiềukhiểnhướng mômen, bạn có thể có sự linh hoạt trong điều khiển tốc độ vàmômen như với các máyDC.Phầnnàytrìnhbàycáchxâydựng1mạchvònghởđơngiảnACđiều khiển một máy không đồng bộ. Chương 4 sẽ giới thiệu cho bạn 1 thư viện có 13 mô Simpower-system Page 34 of 545 hình điều khiển DC và AC. Những mô hình đó "sẵn sàng sử dụng" cho phép bạn mô phỏng hệ thống điều khiển điện mà không cần xây dựng hệ thống phức tạp. Thư viện Machines có 4 máy 3 pha thông dụng nhất: máy đồng bộ đơn giản và đầyđủ,máyđồngbộ,vàmáyđồngbộnamchâmvĩnhcửu.Cóthểsửdụngmỗi máy ở cả hai chế độ máy phát hoặc động cơ. Kết hợp các thành phần tuyến tính và phi tuyến như mày biến áp, đường dây, tải , máy cắt..., có thể sử dụng chúng để mô phỏngquáđộđiệncơtrongmạngđiện.Chúngcóthểkếthợpcácthiếtbịđiệntử công suất để thực hiện mô phỏng. ThưviệnPowerElectronicscócáckhốichophépbạnmôphỏngdiode, thyristor, thyristor GTO, MOSFET, và IGBT. Bạn có thể nối liền nhiều khối lại với nhau để xây dụng cầu 3 pha. Ví dụ, một cầu chuyển đổi IGBT yêu cầu 6 IGBT và 6 antiparallel diodes. Để dễ dàng thực hiện các cầu, khối Universal Bridge tự động thực hiện nối cho bạn. Hình 2-4: Mạch 5: Điều khiển PWM động cơ cảm ứng Xây dựng và mô phỏng động cơ theo PWM Các bước sau xây dựng động cơ điều khiển PWM. Lắp ráp và cấu hình khối Motor Bước đầu tiên bạn copy và đặt khối động cơ: 1. Mở cửa sổ mới và lưu tên circuit5. 2. Mở thư viện Power Electronics và copy khối Universal Bridge vào mô hình circuit5. 3. Mở hộp hội thoại Universal Bridge và đặt thông số như sau: Thiết bị điện tử công suấtIGBT/Diodes Simpower-system Page 35 of 545 Snubber Rs1e5 Csinf Ron1e-3 Điện áp thuận Vf0 V Vfd0 V Tail Tf1e-6 s Tt1e-6 s 1. Lưuýrằngmạchđệmlàkhôngthểthiếuđốivớihộphộithoại Universal Bridge. Khi giá trị tụ Cs bộ đệm đặt là Inf (ngắn mạch), chúng ta sử dụng bộ đệm thuần trở. Nhìn chung cầu IGBT không sử dụng bộ đệm; tuy nhiên,vìmôhìnhthànhphầnphituyếntrongSimPowerSystemsnhưmột nguồn dòng, bạn phải cấp 1 đường dẫn song song qua mỗi IGBT để cho phép nốiđếnmộtmạchcảm(statormáyđồngbộ).Giátrịđiệntrởcaobộđệm không ảnh hưởng thực hiện mạch. 4. Mở thư viện Machines. Copy khối SI Asynchronous Machine Unit và khối Machine Measurement Demux vào mô hình circuit5. 5. Mở menu Asynchronous Machine và xem các thông số. Đặt chúng là máy 3 HP, 60 Hz với 2 cặp cực. Tốc độ định mức của nó giảm thấp một ít so với tốc độ đồng bộ 1800 rpm, hoặc w s = 188.5 rad/s. 6. Lưu ý có thể tiếp cận 3 đầu động cơ a, b, và c. Trong khi các động cơ làm việc bình thường các đầu nên nối ngắn mạch lại với nhau. Trong menu AsynchronousMachinethayđổikiểuđộngcơlàSquirrelcage(lồngsóc). Lưu ý rằng sau khi thay đổi thì không được nối rotor. 7. MởmenukhốiMachineMeasurementDemux.Khikhốinàynốivới đầuramáyđo,nóchophépbạntruycậpnhữngthôngtincụthểbêntrong máy. Đầu tiên chọn kiểu máyAsynchronous. Chọn lại tất cả tín hiệu ngoại trừ 3 tín hiệu sau: is_abc (3 dòng stator), wm (tốc độ rotor), và Te (mômen điện từ). Loading and Driving the Motor Simpower-system Page 36 of 545 Bâygiờbạnthựchiệnđặctínhmômentốcđộtảiđộngcơ.Giảthiếtđặctính mômentốc độ bậc hai (tải kiểu quạt hoặc bơm). MômenT bằng bình phương tốc độ. Mômen định mức của động cơ là Do đó hằng số k nên là 1. MởthưviệnMathOperationscủaSimulinkvàcopykhốiMath Function vào mô hình circuit5. Mở menu khối và nhập biểu thức mômen như một hàm tốc độ: 3.34e-4*u^2. 2. NốiđầurakhốiMathFunctionđếnđầuratốcđộkhốiMachines MeasurementDemux,tênwm,vàđầuracủanóđếnđầuvàođộngcơ,tên Tm. 3. Mở thư viện Electrical Sources và copy khối DC Voltage Source vào mô hình circuit5. Mở menu khối và đặt điện áp là 400 V. 4. MởthưviệnMeasurementsvàcopykhốiVoltageMeasurementvào mô hình circuit5. Thay đổi tên khối là Vab. 5. DùngkhốiGroundởthưviệnElements,nhậpcôngsuấtvàđiệnáp như hình 2-4. Điều khiển cầu chuyển đổi bằng máy phát xung Để điều khiển cầu chuyển đổi, bạn nên dùng máy phát xung. Máy phát có trong thư viện Extras của powerlib: 1. MởthưviệncáckhốiđiềukhiểnExtras/Discretevàcopykhốimáy phát xung 3phaPWM vàomô hình circuit5.Có thể dùng khối nàyđể phát xungchocầumức2hoặcmức3.Ngoàirakhốiphát2xung(đầuraP1và P2) có thể gửi đến 2 cầu 3 nhánh khác khi bộ chuyển đổi sử dụngcấu hình cầukép.Trongtrườnghợpnày,sửdụngnónhưmộtmáyphátxungPMW cầuđơn2cấp.Bộchuyểnđổilàmviệctrongmạchvònghở,vàphátbên trong3tínhiệuđiềuchếPWM.NốiđầuraP1vớiđầuvàoxungkhối Universal Bridge 2. MởhộphộithoạikhốiDiscreteThree-PhasePWMGeneratorvàđặt các tham số như sau. Type2 level Simpower-system Page 37 of 545 Mode of operationUn-synchronized Carrier frequency18*60Hz (1080 Hz) Internalgenerationofmodulating signals Selected Modulation index m0.9 Output voltage frequency60 Hz Output voltage phase0 degrees Sample time10e-6 s 3. Dùng menu Edit --> Look Under Mask của cửa sổ mô hình để xem PWM thựchiện như thế nào.Hệ thống điềukhiển nàyđược tạo đầyđủ với cáckhốiSimulink.Khốicógiánđoạnvìvậycácxungthayđổinhiềubước thờigianxácđịnh.Mộtbướcthờigianlà10ustươngứng-0.54%chukì đóng mở ở 1080 Hz. 4. Một phương pháp thông dụng để phát xung PWM là sử dụng so sánh điện áp ra kết hợp với dạng sóng chữ nhật (trong trường hợp này là 60 Hz) ở tần số đóng mở (trong trường hợp này là 1080 Hz). Đây là phương pháp thực hiện trong khối Discrete 3-Phase PWM Pulse Generator. Điện áp dây đầu ra RMS là một hàm điện áp vào DC và chỉ số điều chế m cho theo phương trình sau: 5. Do đó, điện áp DC 400 V và hệ số điều chế0.90 điện ápdây đầu ra 220 Vrms, là điện áp định mức động cơ không đồng bộ. Hiển thị các tín hiệu và đo áp, dòng cơ bản 1. Bây giờ bạn thêm cáckhối đo lường thành phần cơ bản (60 Hz)vào điện áp Vab và dòng pha A. Mở thư viện Extras/Discrete Measurements của powerlib và copy khối gián đoạn Fourier vào mô hình circuit5. 2. MởhộphộithoạikhốiDiscreteFouriervàkiểmtracácthamsốđặt như sau: Tần số cơ bản f160 Hz Số họa tần1 Đầu vào ban đầu[0 0] Simpower-system Page 38 of 545 Thời gian mẫu10e-6 s 3. Nối khối này với sensor điện áp Vab. 4. NhấpđôikhốiDiscreteFourier.ĐểđodòngphaA,bạncầnchọn thành phần đầu tiên đầu ra is_abc của khối ASM Measurement Demux. 5. Copy khối Selector từ thư viện Signals & Systems của Simulink. Mở menu và đặt Element là 1. Nối đầu ra Selector với khối Discrete Fourier thứ haivàđầuracủanóvớiđầurais_abccủakhốiMachinesMeasurement Demux như trong hình 2-4. 6. Cuối cùng, thêm scopes vào mô hình. Copy một khối Scope block vào mạch.SửdụngScopenàyđểhiểnthịcácgiátrịtứcthờicủađộngcơnhư điện áp, dòng điện, tốc độ, và mômen điện từ. Trong menu Scope Properties --> General của scope, đặt các tham số như sau: Số trục4 Dải thời gian0.05 s Tick labelsbottom axis only 1. Nối 4 đầu vào và nhãn 4 đương kết nối như hình 2-3. Khi bắt đầu mô phỏng, các nhãn hiển thị phía trên mỗi hàng. Để cho phép hiển thị xử lý tín hiệu nhiều hơn trên màn hình hiển thị giao động, bạn phải lưu chúng trong biến a. Trong menu Scope Parameters/Data history của scope, đặt các tham số như sau: Limit data point to lastdeselected Save data to workspaceselected variable nameASM FormatStructure with time Sau khi mô phỏng, hiển thị sẵn 4 tín hiệu trên scope theo cấu trúc mảng tên ASM. 2. NhấpđôivàoScope4đầuvàovàthayđổisốđầuvàolà2.Sửdụng Scope này để hiển thị thành phần cơ bản điện áp Vab và dòng Ia. Nối 2 đầu vào với 2 đầu vào khối Fourier. Tên 2 đường nối như hình 2-3. 3. Bây giờ bạn sẵn sàng mô phỏng khởi động động cơ. MôphỏngđiềukhiểnPWMđộngcơbằngthuậttoántíchphânliên tục Simpower-system Page 39 of 545 MởmenuSimulation-->Simulationparameters.Chọnthuậttoántíchphân ode23tb.Đặtdungsaitươngđốilà1e-4,dungsaituyệtđốivàcỡbướccựcđạilà auto, và thời gian dừng là 1 s. Bắt đầu mô phỏng. Kết quả mô phỏng như trong hình 2-5. Độngcơkhởiđộngvàđạttốcđộổnđịnh181rad/s(1728rpm)sau0.5s.Tại thời điểm khởi động biên độ dòng 60 Hz đạt đỉnh 90 A (64 A RMS) trong khi giá trị trạng thái ổn định là 10.5 A (7.4 A RMS). Như mong muốn, biên độ điện áp 60 Hz có trong khe sóng ở Cũng nên lưu ý sự dao động mạnh mômen điện từ ở thời điểm khởi động. Nếu bạnphóngtomômentrạngtháiổnđịnh,bạnnênquansáttínhiệunhiễuởgiátrị 11.9 N.m, tương ứng mômen tải ở tốc độ định mức. Nếu phóng to dòng động cơ 3 pha, bạn có thể thấy lọc tất cả sóng hài (bội số tần số đóng mở 1080Hz) bằng điện cảm stator, vì vậy thànhphần 60 Hz là quan trọng nhất. . Hình 2-5: PWM Motor Drive; Kết quả mô phỏng động cơ khởi động ở điện áp đây Dùng khối Multimeter KhốiUniversalBridgekhôngphảihệthốngcontruyềnthốngmàcóthểtruy cập6khóariêngbiệt.Nếubạnmuốnđoápvàdòngkhóa,bạnphảidùngkhối Multimeter, cho phép truy cập các tín hiệu bên trong cầu: Simpower-system Page 40 of 545 1. Mở hộp hội thoại Universal Bridge và đặt thông số Measurement là thông số dòng Device. 2. CopykhốiMultimetertừthưviệnMeasurementsvàocircuit5.Nhấp đôi khối Multimeter. Một cửa sổ có 6 khóa dòng xuất hiện. 3. Chọn 2 dòng nhánh cấu nối với pha A. Xác định chúng như sau iSw1Universal Bridge iSw2Universal Bridge 4. Nhấp OK. Số tín hiệu (2) hiển thị trong biểu tượng Multimeter. 5. Dùng khối Demux, gửi 2 tín hiệu đầu ra đồng hồ đa năng đến 2 scope và tên 2 dây nối (Trace 1: iSw1 Trace 2: iSw2). 6. Bắt đầu lại mô phỏng. Ta có dạng sóng trong 20ms đầu tiên như hình vẽ sau. Currents in IGBT/Diode Switches 1 and 2 Như mong muốn, dòng trong khóa 1 và 2 là bù. Dòng dương thể hiện dòng đi vào IGBT, trong khi dòng âm thể hiện dòng trong diode antiparallel. Lưu ýKhối Multimeter sử dụng không giới hạn khối Universal Bridge. Rất nhiềukhốiElectricalSourcesvàthưviệnElementscóthôngsố Measurement, bạn có thể chọn điện áp, dòng hoặc máy biến áp bảo hòa. Tốt Simpower-system Page 41 of 545 nhất dùng khối Multimeter giảm số sensor dòng và áp trong mạch. Discretizing the PWM Motor Drive Bạn nên lưu ý rằng mô phỏng dùng thuật toán tích phân bước biến là tương đối lâu.Tùythuộcvàomáytínhcủabạn,nócóthểmấtmộtvàiphútđểmôphỏng1 giây. Để rút ngắn thời gian mô phỏng, bạn có thể gián đoạn mạch và mô phỏng với bước thời gian mô phỏng cố định. Mở Powergui và chọn Discretize electrical model. Đặt Sample Time là 10e-6 s. Khi khởi động lại mô phỏng hệ thống, bao gồm máy không đồng bộ, gián đọan ở giá trị thời gian mẫu là 10 us. Khikhôngcótrạngtháiliêntụctronghệthống,bạnkhôngcầnphươngpháp tíchphânbướcbiếnđểgiảihệthốngnày.TrongôhộphộithoạiSimulation--> Simulationparameters-->Solver,chọnFixed-stepvàDiscrete(khôngchọn continuous). Bắtđầumôphỏng.Quansátsựmôphỏngbâygiờnhanhgấp3lầnsovớihệ thống liên tục. So sánh kết quả ta thấy tốt hơn so với hệ thống liên tục. Performing Harmonic Analysis Using the FFT Tool Hai khối Discrete Fourier cho phép tính toán thành phần cơ bản áp và dòng khi đang chạy mô phỏng. Nếu bạn thích quan sát thành phần sóng hài cũng như bạn cần khối Discrete Fourier cho mỗi sóng hài. Cách tiếp cận này không thích hợp. BâygiờdùngcôngcụFFTcủaPowerguiđểhiểnthịphạmvitầnsốcácdạng sóngápvàdòng.Lưucáctínhiệutrongkhônggianlàmviệctheocấutrúcmảng ASM. Mở Powergui và chọn FFT Analysis. Một cửa sổ mới mở ra. Đặt thông số xác định tín hiệu phân tích, thời gian cửa sổ và dải tần như sau: Cấu trúcASM Đầu vàoVab Số tín hiệu1 Thời gian khởi động0.7 s Số chu kì2 (Menu kéo xuống)Hiển thị cửa sổ FFT Tần số cơ bản 60 Hz Tần số cơ bản5000 Hz Simpower-system Page 42 of 545 Trục tần sốHarmonic order Kiểu hiển thịThanh (relative to Fund or DC) Hiển thị tín hiệu phân tích ở trên cửa sổ. Nhấp Display. Hiển thị phạm vi tần số ở dưới cửa sổ, như hình vẽ sau. FFT Analysis of the Motor Line-to-Line Voltage Hiển thị thành phần cơ bản và sự méo hài tổng (THD) điện áp Vab trên cửa sổ. Biênđộcơbảnđiệnápbộchuyểnđổi(312V)sosánhđúngvớigiátrịlýthuyết (311 V với m=0.9). Hiển thị sóng hài theo tỉ lệ % thành phần cơ bản. Như mong muốn sóng hài xảy ra quanh bội số tần số mang (n*18 +- k). Sóng hài cao nhất (30%) xuất hiện ở sóng hài thứ 16 (18 - 2) và sóng hài thứ 20 (18 + 2). Lưu ý tính toán giá trị THD (69%) để xác định dải tần từ 0 đến 5000 Hz. Nếu bạn tính toán lại FFT với dải tần số cực đại là 10000 Hz, bạn sẽ thấy THD tăng lên đến 74% (5% phân phối trong THD với tần số 5000 đến 10000 Hz). Cuối cùng, chọn đầu vào Ia thay cho Vab và hiển thị phổ dòng của nó. Simpower-system Page 43 of 545 Hệ thống 3 pha và các máy điện Trong phần này bạn Học cáchmô phỏng hệ thống điện 3pha cócác động cơ điện vàmô hình 3 pha khác Thựchiệnnghiêncứutràolưucôngsuấtvàkhởitạocácmáyđểbắt đầumôphỏngtrạngtháiổnđịnhbằngcáchsửdụngtùychọnLoadFlow and Machine Initialization của Powergui Mô phỏng hệ thống và quan sát sựthực hiện động sử dụng cả hai kỹ thuật giải tiêu chuẩn là phương pháp giải liên tục (Continousvà Phasor Bây giờ bạn dùng 3 kiểu máy điện trong thư viện Electrical Machines: máy điện đồng bộ đơn giản, máy điện đồng bộ chi tiết, và máy điện không đồng bộ. Bạn nối các máy điện này với thành phần tuyến tính và phi tuyến như là máy biến áp, tải và máy cắt để nghiên cứu ổn định quá trình quá độ nguồn cung cấp liên tục dùng máy phát diesel. Mạng 3 pha có máy điện Hệ thống 2 máy điện vẽ theo sơ đồ 1 sợi là ví dụ chính trong phần này: Hình2-6:MáyphátDieselvàđộngcơkhôngđồngbộtrongmạngphân phối Hệthốngnàycómộtcây(nútB2),môphỏngbằngmộttảitrở1MWvàtải động cơ (ASM) 2400 V từ mạng phân phối 25 kV qua máy biến áp 6 MVA, 25/2.4 kV, và từ máy phát điện đồng bộ khẩn cấp/đơn vị diesel (SM). Môhìnhmạng25kVbằngnguồntươngđươngR-L(mứcngắnmạch1000 MVA,hệsốtỉlệX/R=10)vàtải5MW.Độngcơkhôngđồngbộcócácgiátrị định mức 2250 HP, 2.4 kV, và máy điện đồng bộ có giá trị định mức 3.125 MVA, 2.4 kV. Đầutiênđộngcơphátcôngsuấtcơ2000HPvàmáyphátdieseldựphòng, khôngchuyểncôngsuấttácdụng.Dođómáyđiệnđồngbộlàmviệcnhưmộttụ phát đồng bộ chỉyêucầu côngsuất phản kháng để điều chỉnh điện áp 2400 V nút B2 1.0 p.u. ở t = 0.1 s, sự cố 3 pha xảy ra trên hệ thống 25 kV, là nguyên nhân mở Simpower-system Page 44 of 545 máy cắt 25 kV ở t = 0.2 s, và tăng đột ngột tải máy phát. Trong chu kì quá độ theo sựcốvàcôlậpmáyphát-độngcơ,hệthốngkíchtừmáyphátđồngbộvàbộđiều chỉnh tốc độ động cơ diesel phản ứng lại để duy trì điện áp và tốc độ ở giá trị không đổi. Mô phỏng hệ thống này trong demo SimPowerSystems. Mở thư viện Demo của powerlibvànhấpđôidemotên"Three-PhaseMachinesandLoadFlow."Mộthệ thống tên power_machines mở ra. Hình 2-7: Hệ thống công suất hình 2-6 xây dựng với SimPowerSystems KhốiSynchronousMachine(SM)dùngcácthôngsốtiêuchuẩn,nhưngngược lại khối Asynchronous Machine (ASM) dùng thông số SI. Các thành phần 3 pha khác điện áp nguồn cảm, máy biến áp nối Y 0 /A, và tải là khốitiêuchuẩntừthưviệnElectricalSourcevàElementscủapowerlib.Nếubạn mởhộphộithoạiThree-PhaseFaultvàkhốiThree-PhaseBreaker,bạnthấythời gian chuyển mạch xác định như thế nào. Khối Machine Measurement Demux trong thư viện Machines dùng để giải kênh tín hiệu đầu ra của các máy SM và ASM. Sử dụng điện áp SM các đầu ra tốc độ như các đầu vào hồi tiếp âm với hệ thống điều khiển Simulink có cả máy diesel và khối điều tiết cũng như khối kích thích. Hệ thống kích thích là khối tiêu chuẩn có trong thư viện Machines. Thông số SM cũng như máy diesel và các mô hình điều tiết xem tham khảo [1]. Simpower-system Page 45 of 545 Diesel Engine and Governor System Nếu bạn mô phỏng hệ thống này lần đầu tiên, thông thường bạn không biết điều kiện đầu cho SM và ASM để bắt đầu trạng thái ổn định. Các điều kiện đầu là Khối SM: Các giá trịđầu độ lệch tốc độ (thường 0%), góc lệch rôto, biênđộvàphadòngđiệntrongcuộndâystator,điệnápđầuyêucầuđểcó điện áp đầu cuối mong muốn xác định từ trào lưu công suất. KhốiASM:Giátrịđầuđộtrượt,góclệchrôto,biênđộvàphadòng điện trong cuộn dây stator. MởhộphộithoạicáckhốiSynchronousMachinevàAsynchronousMachine. Tất cả các điều kiện đầu nên đặt là 0, trừ điện áp SM và độ trượt ASM đặt là 1 p.u. Mở 3 scope giám sát tín hiệu SM và ASM cũng như điện áp ở nút B2. Bắt đầu mô phỏng và quan sát 100 ms đầu trước khi thực hiện sự cố. Khi mô phỏng bắt đầu, luu ý rằng 3 dòng ASM bắt đầu từ 0 và có chuyển đổi chậm thành phần DC. Tốc độ máy cần nhiều thời gian hơn để đạt trạng thái ổn định vì quán tính của hệ thống tải động cơ và máy phát diesel. Trong ví dụ của chúng tôi, ASM thậm chí quay sai hướng vì mômen khởi động của động cơ thấp hơn mômen tải. Dừng mô phỏng. Trào lưu công suất và khỏi tạo máy Để bắt đầu mô phỏng trạng thái ổn định với dòng hình sin và tốc độ không đổi, tất cả các máyđiện phải phù hợp hơn điều kiện đầu. Đây là điều hết sức khó khăn thựchiệnngaycảvớihệthốngđơngiản.Trongphầntiếptheobạnhọccáchsử dụng chức năng Load Flow and Machine Initialization của khối Powergui để thực hiện trào lưu công suất và điều kiện đầu cho các máy điện. NhấpđôichuộtvàokhốiPowergui.TrongmenuTools,nhấpnútLoadFlow andMachineInitialization.Mộtcửasổmớixuấthiện.Góctrênbênphảicửasổ bạncódanhsáchcácmáyđiệnxuấthiệntronghệthống.Chọnmáyđiệncócông suất SM 3.125 MVA. Lưu ý kiểu nút (Bus Type), bạn có menu cho phép bạn chọn máy phát PV, máy phát PQ, hoặc máy phát dao động. Với các động cơ đồng bộ thông thường bạn phải xác định điện áp đầu ra mong muốn và công suất tác dụng bạn muốn phát (công suất dương cho chế độ máy phát) hoặc tiêu thụ (công suất âm cho chế độ động cơ). Điều này là có thể giống như bạn có nút dao động (hoặc slack) là các máy phát hoặc tiêu thụ công suất vượt quá yêu cầu cân bằng công suất tác dụng trong mạng. Nút dao động có thể là nguồn áp hoặc một loại động cơ đồng bộ nào khác. Nếu bạnkhôngcóđiệnápnguồntronghệthống,bạnphảibiểuthịnólàđộngcơnhư độngcơdaođộng.Trongphầntiếptheo,bạnthựchiệntràolưucôngsuấtvớiáp nguồn 25 kV nối ở nút B1, nó được xem như nút dao động. Trào lưu công suất không máy dao động Trongcửasổtràolưucôngsuất,kiểunútSMcủabạnnênkhởitạonhưmáy phát P & V, thể hiện rằng thực hiện trào lưu công suất với máy điều khiển công suát Simpower-system Page 46 of 545 tác dụng và điện áp đầu cuối. Mặc định, điện áp đầu cuối mong muốn UAB khởi tạo ởđiệnápdanhđịnhcủamáyđiện(2400Vrms).Giữkhôngthayđổivàđặtcông suất tác dụng (Active Power) là 0. Bởi vậy các máy đồng bộ tiêu thụ hoặc phát công suất phản kháng chỉ để giữ điện áp đầu cuối là 1 p.u. Bây giờ chọn máyđiện ASM 2250HPphíatrênbênphảicửasổ.Chỉcầnthamsốduynhấtlàcôngsuấtcơcủa động cơ. Nhập 2000*746 (2000 HP). Bây giờ bạn thực hiện trào lưu công suất với các thông số như sau. SM Điện áp đầu2400 Vrms Công suất tác dụng0 kW ASM Công suất cơ2000*746 W (2000 HP) Nhấp nút Update Load Flow. Đầu tiên giải trào lưu công suất, cập nhật điện áp dây3phavàdòngnhưhìnhvẽsau.HiểnthịcácgiátrịcảtrongđơnvịSI(RMS volt hoặc RMS ampe) và đơn vị p.u. Hiển thị công suất tác dụng và phản kháng SM, công suất cơ, và trường điện áp. Simpower-system Page 47 of 545 P0 W Q856 kvar hoặc 856/3125 = 0.2739 p.u. Pmec844.2Wor0.00027p.u.,thểhiệntổnhaoben trong cuộn dây stator Ef (field voltage)1.427 p.u. Hiển thị công suất tác dụng và phản kháng ASM tiêu thụ do động cơ, trượt và mô men. P1.515 MW (0.9024 p.u.) Q615 kvar (0.3662 p.u.) Pmec1.492 MW (2000 HP) Slip (Trượt)0.006119 Torque (mômen)7964 N.m (0.8944 p.u.) Đóng cửa sổ Load Flow. Giá trị mômen ASM (7964 N.m) nhập ở khối Constant nối đầu ra mômen ASM. Nếu bạn mở hộp hội thoại SM và ASM bạn có thể thấy cập nhật các điều kiện đầu. Nếu bạn mở Powergui, bạn có thể cập nhật các giá trị ở các đầu ra. Bạn cũng có thể nhấp nút Nonlinear để có điện áp và dòng các khối phi tuyến. Ví dụ, bạn nên tìm biênđộđiệnápphaAđiquasựcốmáycắt(tênUc_3-PhaseFault/Breaker1)là 14.42 kV RMS, tương ứng 24.98 kV RMS pha-pha. Để bắt đầu mô phỏng trạng thái ổn định, các khốitrạng thái Governor & Diesel EnginevàExcitationcũngnênkhởitạotừcácgiátrịtínhtoántràolưucôngsuất. Mở hệ thống con Governor & Diesel Engine, bên trong có Diesel Engine Speed và Voltage Control. Lưu ý công suất cơ ban đầu đặt tự động là 0.0002701 p.u. Mở khối Excitation và lưu ý rằng điện áp đầu cuối ban đầu và điện áp trường đạt tương ứng là 1.0 và 1.427 p.u. Lưu ý rằng trào lưu công suất cũng khởi tạo các khối nối ở đầu vào quy chiếu (wref và vref) khối Governor and Excitation cũng như khối Constant nối ở đầu vào mômen tải (Tm) của khối Asynchronous Machine. Mở 3 scope hiển thị tín hiệu bên trong các máy đồng bộ và không đồng bộ và điện áp pha A. Bắt đầu mô phỏng. Kết quả mô phỏng như trong hình vẽ sau. Simpower-system Page 48 of 545 Hình 2-8: Kết quả mô phỏng Quan sát quá trình sự cố, điện áp đầu cuối giảm xuống khoảng 0.2 p.u.,và điện áp kích thíchđạt đến giới hạn6 p.u. Sau khixóa bỏ và cô lập sự cố, công suất cơ SM tăng lên nhanh chóng từ giá trị ban đầu 0 p.u. đến 1 p.u. và yêu cầu ổn định ở giá trị cuối cùng là 0.82 p.u.do điện trở và tải động cơ (1.0 MW tải trở + 1.51 MW tải động cơ = 2.51 MW = 2.51/3.125 = 0.80 p.u.). Sau 3 giâyđiện áp đầu cuối dần ổn định đến giá trị quy chiếu 1.0 p.u. Tốc độ động cơ tạm thời giảm xuống từ 1789 rpm đến 1635 rpm, sau đó trở về lại về giá trị bình thường sau 2 giây. Nếu bạn tăng thời gian sự cố lên 12 chu kì bằng cách thay đổi thời gian mở máy cắtlên0.3s,lưuýrằnghệthốngsẽbịsụpđổ.TốcđộASMgiảmnhanhxuống0 sau 2 giây. Trào lưu công suất một máy dao động Trongphầnnàybạntạotràolưucôngsuấtvới2máyđồngbộkiểu:mộtmáy phátPVvàmộtmáyphátdaođộng.Trongcửasổpower_machines,xóanguồn cảmvàthaybằngkhốiSimplifiedSynchronousMachineđơnvịp.u.từthưviện Machines. Đổi tên máy SSM 1000MVA. Thêm 2 khốihằng số ở đầu vào Pm và E Simpower-system Page 49 of 545 Simplified Synchronous Machine. 2 khối này, sử dụng để xác định công suất cơ và điện áp đầu cuối, sẽ tự động khởi tạo khi khi thực hiện trào lưu công suất mới. Lưu hệthốngnàyvàothưmụcđanglàmviệctênpower_machines2.mdl.Mởhộphội thoại SSM 1000 MVA và nhập các thông số như sau: Connection type3-wire Y Pn(VA), Vn(Vrms), fn(Hz)[1000e6 25e3 60] H(s), Kd(), p ()[inf 0 2] R(p.u.), X(p.u.)[0.1 1.0] Init. cond.Leave all initial conditions at zero. Khi bạn xác định quán tính vô cùng, tốc độ hay tần số giữ không đổi. Lưu ý một cách thức rất dễ dàng bạn có thể định rõ mức ngắn mạch cảm ứng 1000 MVA và hệ số đặc trưng là 10 trong hệ thống đơn vị tương đối. Tương tự, nối đầu vào 1 và 2 khối SSM. 2 khối Constant xác định tương ứng với côngsuấtcơyêucầu(Pmec)vàđiệnápđầucuối(E).Cậpnhật2hằngsốnàytự động tùy thuộc giải trào lưu công suất. Khikhôngcónguồnápảnhhưởngmạnhđếngócđiệnápquychiếu,bạnphải chọn 1 máy điện đồng bộ như là điểm quy chiếu. Trong chương trình giải trào lưu công suất, gọi điểm quy chiếu này là nút dao động. Nút dao động tiêu thụ hoặc phát côngsuấtcầnthiếtđểcânbằngcôngsuấttácdụngdomáyphátkhácphátravà công suất tải cũng như tổn hao trên các thiết bị. Mở Powergui. Trong menu Tools, chọn Load Flow and Machine Initialization. ThaySSMBusTypethànhSwingGenerator.Xácđịnhtràolưucôngsuấtbằng cách nhập các thông số sau cho máy SM và ASM: SM 1000 MVA: Điện áp đầu cuối (Terminal voltage) UAB2400 Vrms Công suất tác dụng (Active power)0 W ASM 2250 HP: Công suất cơ (Mechanical power)1.492e+06 W (2000 HP) Với máy dao động SSM bạn chỉ phải xác định điện áp đầu cuối yêu cầu (biên độ và pha). Không biết công suất tác dụng. Tuy nhiên bạn có thể xác định công suất tác dụng sử dụng như phỏng đoán ban đầu và trợ giúp hội tụ trào lưu công suất. Tương ứng các thông số SSM như sau: Terminal voltage24984 Vrms (áp này có ở nút B1 từ giải trào lưu trước) Phase of UAN voltage0 0 Active power guess7.5e6 W (công suất ước lượng = 6 MW (tải trở) + 1.5 MW tải động cơ) Simpower-system Page 50 of 545 NhấpnútUpdateLoadFlow.Đầutiênhiểnthịgiảitràolưucôngsuất.Dùng thanh cuốn bên trái cửa sổ để tìm phép giải cho từng máy. Hiểnthịcôngsuấttácdụngvàphảnkháng,côngsuấtcơ,vàđiệnápbêntrong cho khối SSM. P=7.542 MW; Q=-147 kvar Pmec=7.547 MW (or 7.547/1000=0.007547 p.u.) Internal voltage E=1.0 p.u. Công suất tác dụng và phản kháng, công suất cơ, và điện áp trường khối SM là P=0 W; Q=856 kvar Pmec=844 W Vf=1.428 p.u. Simpower-system Page 51 of 545 Cũnghiểnthịcôngsuấttácdụngvàphảnkhángdođộngcơhấpthụ,trượt,và mômen khối ASM. P=1.515MW Q=615 kvar Pmec=1.492 MW (2000 HP) Slip=0.006119 Torque=7964 N.m Như mong muốn, phép giải đưa ra độ chính xác như đã có với nguồn điện áp R- L.Côngsuấttácdụngnútdaođộnglà7.54MW(6.0MWtảitrở+1.51MWtải động cơ = 7.51 MW, các công suất khác (0.03 MW) tương ứng tổn hao trong máy biến áp). Khởi động lại mô phỏng. Bạn nhận được cùng dạng sóng như trong hình 2-8. Tham khảo [1] Yeager, K.E., and J.R.Willis, "Modeling of Emergency Diesel Generators in an 800 Megawatt Nuclear Power Plant," IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 8, No. 3, September, 1993. Dùng phương pháp giải Phasor để nghiên cứu ổn định Đếnlúcnày,bạnđãmôphỏnghệthốngđiệntươngđốiđơngiảnbaogồmsố máy điện nhiều nhất là 3 chiếc. Nếu bạn tăng thêm độ phức tạp cho mạng bằng cách thêm đường dây, tải, máy biến áp, máy phát hoặc động cơ, thời gian mô phỏng yêu cầu sẽ rất lâu. Hơn nữa nếu bạn quan tâm đến chế độ dao động điện cơ chậm (đặc biệt giữa 0.02 Hz và 2 Hz trong các hệ thống lớn) bạn có thể phải mô phỏng trong vàichụcgiây,nghĩalàthờigianmôphỏngcóthểvàiphútvàhằnggiờ.Bởivậy không dùng phươngpháp giải liêntục hoặcgián đoạn truyền thống để nghiên cứu ổn định kèm theo các chế độ dao động tần số thấp. Để nghiên cứu kỹ hơn, bạn phải sử dụng kỹ thuật phasor (xem giới thiệu phương pháp mô phỏng Phasor). Đểnghiêncứuổnđịnhchúngtakhôngquantâmđếnkếtquảcácchếđộdao động nhanh từ sự ảnh hưởng của các thành phần tuyến tính R, L, C thông số phân phối đường dây. Các chế độ dao động, thường ở tần số cơ bản 50 Hzhoặc 60 Hz, không giao tiếp với các chế độ máy chậm và hằng số thời gian bộ điều chỉnh. Trong phươngphápmôphỏngphasor,bỏquacácchếđộnhanhbằngcáchthaythế phương trình khác của hệ thống bằng phương trình đại số. Dovậythaythếmôhìnhkhônggiantrạngtháihệthốngbằngướclượnghàm chuyển đổi ở tần số cơ bản và liên quan đến các đầu vào (dòng do máy bơm vào hệ thống) và các đầu ra (điện áp đầu cuối của máy). Phương pháp giải phasor dùng mô hìnhkhônggiantrạngtháirútgọnbaogồmcáctrạngtháichậmcủamáyđiện, turbine,và bộ điều chỉnh, nhưvậy giảmbớtđáng kể thời gianmôphỏngyêu cầu. Phép giảibiến bước liên tục là rất hiệuquả trong việcgiải quyết vấn đề này.Giới thiệu các phép giải là ode15s hoặc ode23tb với bước thời gian cực đại 1 chu kì tần số cơ bản (1/60 s hoặc 1/50 s). Bây giờ bạn dùng phương pháp giải phasor cho hệ thống 2 máy điện, bạn chỉ mô phỏng theo phương pháp thông thường. Nhiều ví dụ power_machines. Nhấp đôi Powergui. Chọn Phasor simulation. Bạn cũng phải xác định tần số cơ bản dùng để giải các phương trình mạng đại số. Giá trị mặc định là 60 Hz đã nhập sẵn trongmenuFrequency. Đóng Powerguivà xuất hiệnPhasors trênbiểu tượng Powergui, ý nói rằng bây giờ có thể dùng phương pháp mới để mô phỏng mạch. Để Simpower-system Page 52 of 545 khởi động mô phỏng trạng thái ổn định, đầu tiên bạn phải lặp lại giải trào lưu công suấtvàcácthủtụckhởitạomáyđiệnđãgiảithíchởphầntrước(LoadFlowand Machine Initialization). Trong hộp hội thoại Simulation Parametersx, xác định Max step size là 1/60 s (một chu kì) và bắt đầu mô phỏng. Quan sát mô phỏng bây giờ nhanh hơn nhiều. So sánh kết quả với các mô phỏng trước. Sự so sánh tín hiệu máy điện đồng bộ và máy điện không đồng bộ như hình dưới. Simpower-system Page 53 of 545 So sánh kết quả phương pháp mô phỏng Continuous và Phasor Minhhọaphươngphápgiảiphasormạngđiệnphứctạphơncótrongthưviện Demo. Dạng các demo này là Ổn định quá trình quá độ 2 máy với ổn định hệ thống (PSS) và bù tĩnh (SVC) Thựchiệnổnđịnhhệthống3phachonhữngvùngdaođộnggiao nhau DemođầutiênminhhọatácđộngcủaPSSvàdùngSVCđểổnđịnh2máy. Demo thứ hai so sánh sự thực hiện 3 kiểu khác nhau ổn định hệ thống công suất trên 4 máy, hệ thống 2 miền. Xây dựng và tỳ biến các mô hình phi tuuyến SimPowerSystemscungcấprộngrãicácmôhìnhphituyến.Nócóthểxảyra, tuy nhiên bạn cần giao diện mô hình phi tuyến của bạn với các mô hình tiêu chuẩn trongthưviệnpowerlib.Môhìnhnàycóthểlàđiệntrởphituyếnđơngiảnmô phỏng arc hoặc varistor, điện cảm có thể bảo hòa, kiểu động cơ mới, … Trongphầnsaubạnhọccáchxâydựngmôhìnhphituyến.Điệncảmbảohòa đơn giản và điện trở phi tuyến là ví dụ dùng cho phần này. Mô hình điện cảm phi tuyến Xét một điện cảm 2 H làm việc ở điện áp định mức, Vnom = 120 V RMS, và tần số định mức, fnom = 60 Hz. Từ 0 đến 120 V RMS điện cảm có giá trị không đổi, L = 2 H. Khi điện áp vượt quá giá trị định mức, điện cảm bảo hòa và giá trị điện cảm giảmxuốngLsat=0.5H.Vẽđặctínhdòng-từthôngtrênhìnhvẽtiếptheo.Từ thôngvàdòngtrongđơnvịtươngđối.Chọnđiệnápđịnhmứcvàdòngđịnhmức như giá trị cơ bản trong hệ thống đơn vị tương đối. Hình 2-9: Đặc tính từ thông-dòng điện cảm phi tuyến Dòng i trong điện cảm là hàm phi tuyến từ thông móc vòng, lần lượt một hàm v xuất hiện ở các đầu cuối. Mối quan hệ này thể hiện trong phương trình sau: Simpower-system Page 54 of 545 Mô hình điện cảm phi tuyến có thể có thể thực hiện như nguồn dòng điều khiển, với dòng i là một hàm phi tuyến của điện áp v, như hình vẽ. Mô hình điện cảm phi tuyến Hình2-10vẽmạchdùngđiệncảmphituyến2H.Nốiđiệncảmphituyếnnối tiếpvới2nguồnáp(mộtkhốinguồnápAC120voltsRMS,60Hz,vàmộtkhối nguồn áp DC) và một điện trở 5. Tất cả các thành phần dùng để xây dựng mô hình phi tuyến nhóm thành hệ thống con tên là Nonlinear Inductance. Tên đầu cuối điện cảm là In và Out. Lưu ý đầu ra thứ 2 trả lại từ thông thêm vào hệ thống con. Bạn có thể dùng đầu ra Simulink này để quan sát từ thông bằng cách nối nó với khối Simulink Scope. Mô hình phi tuyến dùng 2 khối powerlib và 2 khối Simulink. 2 khối powerlib là khốiVoltageMeasurementđểđọcđiệnápđầucuốiđiệncảmvàkhốiControlled CurrentSource.Hướngmũitênnguồndònglàphươngtừđầuvàođếnđầuratùy thuộc mô hình như trên. 2khốiSimulinklàkhốiIntegratortínhtoántừthôngtừđầurađiệnápvàkhối Look-Up Table thực hiện đặc tính bảo hòa i = f( ) mô tả ở hình 2-9. Simpower-system Page 55 of 545 Hình 2-10: Sự thực hiện điện cảm phi tuyến Sửdụng2khốiFouriertrongthưviệnMeasurementscủapowerlib_extrasđể phân tích thành phần cơ bản và thành phần DC cho dòng điện. Dùng các khối của powerlib và thư viện Simulink, xây dựng mạch như trên. Để thựchiệnmốiquanhệi=f( ),xácđịnhrõcácvectorsautrongkhốiLook-Up Table: Vector giá trị đầu vào (từ thông)[-1.25 -1 1 1.25 ] *(120*sqrt(2)/(2 *60)) Vector giá trị đầu ra (dòng)[-2 -1 1 2]*(120*sqrt(2)/(4 *60)) Lưu mạch là circuit7. Đặt thông số cho 2 nguồn như sau: Nguồn AC Biên độ đỉnh120*sqrt (2) Pha90 0 Tần số60 Hz Nguồn DC Biên độ0 V Simpower-system Page 56 of 545 Điều chỉnh thời gian mô phỏng là 1.5 s và chọn thuật toán tích phân ode33tb với các thông số mặc định. Bắt đầu mô phỏng. Như mong muốn, dòng và từ thông hình sin. Giá trị đỉnh tương ứng giá trị định mức. Dạng sóng dòng và từ thông như hình vẽ. Hình 2-11: Dạng sóng dòng và từ thông với VDC = 0 V và VDC = 1 V Bây giờ thay đổi điện áp DC là 1 V và mô phỏng lại. Quan sát dòng bị biến dạng. Bây giờ nhập lại áp 1 V DC, nguyên nhân bù từ thông, tạo từ thông nhập vào miền phituyếnđặctínhtừthông-dòng( >0.450V.s).Nhưkếtquảbãohòatừthông, dòng có sóng hài. Phóng to 3 chu kì cuối mô phỏng. Giá trị đỉnh dòng bây giờ đạt 0.70Avàthànhphầncơbảntăngđến0.368A.Nhưmongmuốn,thànhphầnDC của dòng là 1 V/ 0.5 = 0.2. Có dạng sóng dòng, từ thông có và không có bão hòa chồng lên hình vẽ trên. Tùy biến mô hình phi tuyến Simulink cung cấp mặt nạ rất thuận lợi để tạo hộp hội thoại các mô hình. Bạn có thể tạo mặt nạ để xác định các biến và các dấu nhắc sau: Điện áp định mức (Nominal voltage) (Volts rms):Vnom Simpower-system Page 57 of 545 Tần số định mức (Nominal frequency) (Hz):Fnom Điện cảm không bảo hòa (Unsaturated inductance) (H):L Đặctínhbảohòa(Saturationcharacteristic)[i1(pu) phi1(pu); i2 phi2; ...]: sat Kết quả mặt nạ khối điện cảm phi tuyến như trong hình vẽ sau. Hộp hội thoại khối điện cảm phi tuyến Sau đây là đoạn chương trình khởi tạo mặt nạ khối chuẩn bị 2 vectơ Current_vect và Flux_vect sử dụng trong khối Look-Up Table. % Define base current and Flux for p.u. system I_base = Vnom*sqrt(2)/(L*2*pi*fnom); Phi_base = Vnom*sqrt(2)/(2*pi*fnom); % Check first two points of the saturation characteristic if ~all(all(sat(1:2,:)==[0 0; 1 1])), h=errordlg('The first two points of the characteristic must be [0 0; 1 1]','Error'); uiwait(h); end Simpower-system Page 58 of 545 % Complete negative part of saturation characteristic [npoints,ncol]=size(sat); sat1=[sat ; -sat(2:npoints,:)]; sat1=sort(sat1); % Current vector (A)and flux vector (V.s) Current_vect=sat1(:,1)*I_base; Flux_vect=sat1(:,2)*Phi_base; Xác định như đặc tính bão hòa chỉ trong góc phần tư thứ nhất, thêm vào 3 dòng mã để hoàn thiện phần âm đặc tính bảo hòa. Chú ý làm cách nào đó để tính toán hợp lý đoạn đầu của đặc tính bảo hòa. Đoạn này phải được định nghĩa bởi 2 điểm [0 0; 1 1] xác định điện cảm 1 p.u. (giá trị định mức) cho phần đầu tiên. Trướckhibạnsửdụngkhốimặtnạ,bạnphảicungcấpđịnhnghĩa2biếnbên trong trong phần khởi tạo khối. Mở hộp hội thoại khối Look-Up Table và nhập tên biến sau vào 2 trường: Vector of input values (flux)Flux_vect Vector of output values (current)Current_vect Đónghệthốngconvàbắtđầumôphỏng.Bạnnhậncùngdạngsóngnhưtrong hình 2-11. Mô hình điện trở phi tuyến Kỹ thuật mô hình điện trở phi tuyến tương tự như điện cảm phi tuyến. Ví dụ varistor oxit kim loại (MOV) có đặc tính V-I như sau: Trong đó v, i =Áp và dòng tức thời Vo =Áp bảo vệ Io =Sử dụng dòng tham chiếu để xác định áp bảo vệ =Số mũ đặc trưng đặc tính phi tuyến (đặc trưng giữa 10 và 50) HìnhsaulàmộtứngdụngđiệntrởphituyếnđểmôphỏngMOVdùngbảovệ thiết bị trong mạng 120 kV. Để mạch đơn giản, chỉ thể hiện một pha. Simpower-system Page 59 of 545 Điện trở phi tuyến trong mạng 120 kV SửdụngcáckhốicủathưviệnpowerlibvàSimulinkđểxâydựngmạchnày. Nhómtấtcảcácthànhphầnđểmôhìnhhệphituyếntronghệthốngcontênlà NonlinearResistance.DùngkhốiX-YGraphvẽđặctínhV-Ihệthốngcon Nonlinear Resistance. MôhìnhkhôngdùngkhốiLook-UpTablenhưtrongtrườnghợpmôhìnhđiện cảmphituyến.Biểuthứcphântíchdòngnhưhàmđiệnáp,thựchiệnđặctínhphi tuyếnI(V)trựctiếpvớikhốiMathFunctiontừthưviệcMathOperationscủa Simulink. Môhìnhmạchtoàntrởnàykhôngcótrạngtháinào.Nósinhravòngđiệntrở trongsựthểhiệnkhônggiantrạngtháimạch,nhưtronghìnhsau.Xem SimPowerSystems Block Reference để có chi tiếthơn SimPowerSystems làm việc như thế nào. Giới thiệu vòng đại số bằng mô hình điện trở phi tuyến Simpower-system Page 60 of 545 MặcdùSimulinkcóthểgiảivòngđạisố,chúngthườnglàmchothờigianmô phỏnglâu.Bạnnênngắtvòngvới1khốimàkhôngthayđổiđặctínhphituyến. Giới thiệu đây là hàm truyền đầu tiên H(s) = 1/(1+Ts) trong hệ thống, dùng hằng số thời gian nhanh (T = 0.01 µs). Sử dụng kỹ thuật giải thích khối điện cảm phi tuyến để mặt nạ và tùy biến khối điện trở phi tuyến như sau. Hộp hội thoại khối điện trở phi tuyến (Nonlinear Resistance) Mở hộp hội thoại khối mặt nạ mới và nhập thông số như hình vẽ trên. Lưu ý điện ápbảovệVođặtbằng2p.u.điệnápđịnhmứchệthống.Điềuchỉnhápnguồn bằng.3 p.u. bằng cách nhập biên độ đỉnh như sau: 120e3/sqrt(3)*sqrt(2)*2.3 Lưu mạch là circuit8. Dùng thuật giải tích phân ode23tb, mô phỏng hệ thống circuit8 với 0.1 s. Kết quả như hình vẽ dưới. Simpower-system Page 61 of 545 Dạng sóng dòng và áp và đặc tính V-I vẽ bằng khối graph X-Y Tạo thư viện riêng Simulink để bạn tạo thư viện riêng các khối SimPowerSystems. Để tạo thư viện, trongmenuFilechọnNewLibrary.MộtcửasổSimulinkmớitênLibrary: untitled mở ra. Bây giờ copy khối Nonlinear Inductance hệ thống circuit7 và khối NonlinearResistancehệthốngcircuit8vàothưviện.Lưuthưviệnnàylà Simpower-system Page 62 of 545 my_powerlib. Lần tiếp theo bạnphát triểnmô hìnhmới, bạn có thể thêm vào thư viện riêng của bạn. Bạn cũng có thể thiết lập thư viện riêng trong thư viện con khác tùy thuộc vào hàm, như đã thực hiện trong thư viện powerlib. Khối điện cảm và điện trở phi tuyến trong my_powerlib Một thuận lợi khi dùng thư viện là tất cả các khối bạn copy từ thư viện đều được quychiếuđếnthưviện.Nóicáchkhác,nếubạntạochínhxáctrongkhốithưviện của bạn, sự chính xác tự động đưa đến tất cả các khối dùng trong mạch. Nối mô hình của bạn với các khối phi tuyến khác Bây giờ bạn học cách tránh những câu báo lỗi có thể xuất hiện đối với các khối phituyếnkhimôphỏngnguồndòng.Rõràng,nguồndòngkhôngthểnốitiếpvới điệncảm,mộtnguồndòngkhác,hoặcmạchhở.Nhưmạchtôpôlàcấmtrong SimPowerSystems. Tương tự, nếu mô hình phi tuyến của bạn dùng khối Controlled Voltage Source, mô hình này không nên ngắn mạch hoặc nối qua tụ. Giả sử, bạnmuốnnghiên cứu dòng đi vào điện cảm phituyến khilàm việc với nguồn áp. Dùng các khối trong thư viện powerlib và my_powerlibrary, bạn có thể xây dựng mạch này. Thay đổi thông số khối Breaker như sau: Snubber resistance Rsinf (no snubber) Snubber capacitance Cs0 External controlNot selected Switching times[1/60] Mạch tôpô là nguyên nhân báo lỗi Nếu bạn thử mô phỏng mạch này, bạn nhận câu báo lỗi sau. Simpower-system Page 63 of 545 Cấm mạch tôpô vì 2 thành phần phi tuyến mô phỏng bằng 2 nguồn dòng nối nối tiếp:khốiBreakervàkhốiNonlinearInductance.Đểcóthểmôphỏngmạchnày, bạnphảicungcấpđườngdòngquanhmộttrong2khốiphituyến.Bạncóthểnối một điện trở lớn khoảng 1 M , qua khối Breaker hoặc khối Inductance. Trong trường hợp này, thật tiện lợi để chọn khối Breaker vì cung cấp mạch đệm nối tiếp RC cho mô hình. Mở hộp hội thoại khối máy cắt (Breaker) và xác định các thông số chỉnh như sau: Snubber resistance Rs (ohms)1e6 Snubber capacitance Cs (F)inf Lưu ý để có chỉnh toàn trở bạn phải dùng một điện dung vô cùng. LưuýDùngđiệnkhángnguồnđiệncảm(nốitiếpR-L)thayvìmộttrở khángđiệntrởthuầntúysẽsinhrathôngbáolỗikhác,vìmôhìnhnguồn dòng điện cảm phi tuyến có thể nối tiếp với 1 điện cảm, thậm chí cả bộ đệm điệntrởnốiquamáycắt.Trongmỗitrườnghợp,bạncóthểthêmcảđiện cảmsongsongthôngquanguồnđiệncảmhoặcđiệntrởsongsonglớnnối giữa 1 đầu máy cắt và đầu nối đất. Chắcchắngócphanguồnáplà0.Dùngthuậtgiảitíchphânode23tbvàmô phỏng mạch trong 1 giây. Dạng sóng điện áp và dòng như hình vẽ. Simpower-system Page 64 of 545 Dạngsóngdòngvàtừthôngkhilàmviệcđiệncảmphituyếnbùtừthông cực đại Hìnhtrênthểhiệnsựlàmviệccủađiệncảmởđiểmkhôngthôngquakếtquả điện áp khi độ lệch từ thông cực đại và bão hòa. Cải thiện thực hiện mô phỏng SimPowerSystems cho bạn rất nhiều công cụ để tăng tốc độ mô phỏng hệ thống điện.Tùythuộcmôhìnhmạch,bạncóthểchọnthuậtgiảitíchphânliêntục (continuous),giánđoạn(discrete)vàphasor.Simulinkvàcácsảnphẩmliênquan cung cấp thêm các cách thức để nâng cao thực hiện mô hình, bao gồm mã máy phát, tạo thư viện mô hình mạch riêng cho bạn, và khối điều chỉnh các thông số. HowSimPowerSystems Works Khái quát SimPowerSystems thực hiện khi phân tích và chạy mô hình của bạn ChoosinganIntegration Method Thuậnlợivàkhókhăncủamôphỏngliêntục, gián đoạn vàphasor mô hình hệ thống công suất Simpower-system Page 65 of 545 SimulatingwithContinuous Integration Algorithms Cách thức để hợp nhất những mô hình thời gian liên tục với SimPowerSystems SimulatingDiscretized Electrical Systems Cáchgiảicácmôhìnhcôngsuấtgiánđoạnvới SimPowerSystems Increasing Simulation SpeedCáccáchđểtốiưuhóatốcđộvàhiệuquảmô phỏng,gồmSimulinkAcceleratorvàReal-Time Workshop đ The Nonlinear Model LibrarySửdụngvàthayđổithưviệnpowerlib_models để mô hình thành phần phi tuyến CreatingYourOwnLibrary of Models Tạonhữngkhốihệthốngcôngsuấtchoriêng người sử dụng với khối Simulink đặc tính mặt nạ ChangingYourCircuit Parameters Thay đổi thông số khối SimPowerSystemstrong khi mô phỏng và tự động với MATLAB scripts Cách SimPowerSystems làm việc Đầu tiên bạn phải xây dựng mạch với các khối powerlib, bạn có thể bắt đầu mô phỏng như mô hình Simulink khác. Mỗi lần bạn bắt đầu mô phỏng, gọi cơ chế khởi tạo đặc biệt. Quá trình khởi tạo này tính toán mô hình không gian trạng tháimạch điện và xây dựng hệ thống tương đương có thể mô phỏng bằng Simulink. Lệnh power_analyze là một phần của chu trình. Nó có mô hình không gian trạng thái và xây dựng mô hình Simulink mạch điện. Bạn cũng có thể gọi power_analyze từdònglệnhđểcómôhìnhkhônggiantrạngtháiphầntuyếntínhcủamạch.Khi gọi bằng quá trình khởi tạo, power_analyze thực hiện 5 bước sau như hình 3-1: 1.Sắp xếp tất cả các khối SimPowerSystems, nhận các thông số khối và ước lượng mạng tôpô. Tách các khối vào 2 khối tuyến tính và phi tuyến, và mỗi nút tự động cho số nút. 2.Mỗi một lần mạng tôpô thu được, tính toán mô hình không gian trạng thái(matrậnA,B,C,D)thànhphầntuyếntínhcủamạchbằnglệnh power_statespace.Tấtcảsựtínhtoánvàsựkhởitạođềuthựchiệnởgiai đoạn này. 3.Nếubạnchọngiánđoạnmạch,tínhtoánmôhìnhkhônggiantrạng thái gián đoạn từ mô hình không gian trạng thái liên tục, dùng phương pháp Tustin. 4.Nếu bạn dùng phương pháp giải phasor, thay thế mô thình không gian trạng thái bằng ma trận chuyển đổi phức H(j ) liên quan đến các đầu vào và đầura(phasorápvàdòng)ởtầnsốxácđịnh.Matrậnnàyđịnhnghĩacác phương trình đại số mạng. Simpower-system Page 66 of 545 5.XâydựngmôhìnhSimulinkmạchvàlưuvàokhốimeasurement. Điềunàycónghĩalàbạncầnítnhất1khốimeasurement(khốiCurrent Measurement,khốiVoltageMeasurement,khốiThree-PhaseV-I Measurement, hoặc khối Multimeter) trong mô hình. Thực hiện kết nối mạch đẳngtrịvớicáckhốiđolườngbằngliênkếtvôhìnhdùngkhốiGotovà From. Hình 3-1: Giản đồ PowerSystems Mô hình Simulink dùng khối State-Space hoặc khối S-Function để mô hình phần tuyếntính.SửdụngmôhìnhSimulinkthiếtlậpbanđầuđểmôphỏngcácthành phầnphituyến.Cácmôhìnhcóthểtìmtrongthưviệnpowerlib_models SimPowerSystemstạosẵn.CáckhốiSimulinkSourcesửdụngnốiởđầuvàokhối State-Space để mô phỏng khối nguồn. Hình vẽ tiếp theo thểhiện kết nối giữa các phầnmô hình Simulink hoàn chỉnh. Nốimôhìnhphituyếnhồitiếpâmgiữacácđầuraápvàđầuvàodòngmôhình tuyến tính. Simpower-system Page 67 of 545 Hình 3-2: Liên kết giữa mạch tuyến tính và mô hình phi tuyến Mỗilầnpower_analyzehoànthànhchutrìnhkhởitạo,Simulinkbắtđầumô phỏng. Bạn có thể quan sát dạng sóng trên scopes nối ở các đầu ra khối đo lường. Thông qua Powergui, bạn có thể truy cập LTI và có hàm chuyển đổi hệ thống giữa bất kì cặp đầu vào và đầu ra nào. Powergui cũng cho phép bạn thực hiện phân tích FFT tín hiệu đã ghi để có quang phổ tần số của chúng. NếubạndừngmôphỏngvàcopykhốiPowerguivàocửasổmạch,bạncóthể truy cập các giá trị không gian trạng thái đầu vào, đầu ra và hiển thị các biến trạng tháinhưphasor.Bạncũngcóthểdùnggiaodiệnđểthayđổiđiềukiệnđầu.Giao diện khối Powergui cho phép bạn thực hiện trào lưu công suất với các mạch có máy điện 3 pha và khởi tạo các mô hình máy điện, vì vậy mô phỏng bắt đầu trong trạng tháiổnđịnh.Đặctínhnàytránhquáđộlâuvìhằngsốthờigiancơkhícủamáy điện.KhốiPowerguichophépbạnxácđịnhdảitầnmongmuốn,làmtrựcquan đường cong điện kháng, và lưu kết quả vào không gian làm việc (workspace) khối Impedance Measurement nối trong mạch. Chọn phương pháp tích phân 3 phương pháp giải có trong khối Powergui. Đó là: Phương pháp giải Continuous dùng phép giải biến bước Simulink Sự gián đoạn giải ở bước thời gian cố định Phương pháp giải Phasor dùng phép giải biến bước Simulink Continuous versus Discrete Solution MộtđặctínhquantrọngcủaSimPowerSystemslàkhảnăngmôphỏngcáchệ thống điện ngay cả với các thuật giải liên hợp bước biến liên tục hoặc cố định. Sử dụnghệthốnggiánđoạn.Đốivớicáchệthốngnhỏphươngphápliêntụcthường chođộchínhxáchơn.Thuậttoánbướcbiếnnhanhhơnvìsốbướcíthơnsovới phương pháp bước cố định khi so sánh về độ chính xác. Khi sử dụng đường chuyển mạchđiệntửcôngsuất,bướcbiến,cácthuậtgiảinhạycảmvớisựkiệnpháthiện dòng bằng 0 đi qua diode và thyristors với độ chính xác cao vì vậy bạn không quan sát được dòng biến đổi nhanh. Tuy nhiên, đối với các hệ thống lớn (có nhiều trạng thái hoặc các khối phi tuyến), hạn chế của phương pháp liên tục là nó rất chính xác do vậy làm mô phỏng chậm. Trong mỗi trường hợp nó là thuận lợi để gián đoạn hệ thống. Trong 2 phần sau, chúng ta giải thích 2 phương pháp này, những thuận lợi và hạn chế của chúng. "smallsize"và"largesize"cóýnghĩagì?Mặcdùphânbiệtlàkhôngrõràng, bạn có thể xét hệ thống kích thước nhỏ có chứa ít hơn 30 phần tử và ít hơn 6 khóa Simpower-system Page 68 of 545 điện tử. Máy cắt không ảnh hưởng nhiều đến tốc độ, bởi vì không giống như khóa điện tử công suất, chuyểnmạch từng chu kì, các thiết bị chỉ làmviệc gấp đôi thời gian trong giai đoạn kiểm tra. Phương pháp giải Phasor Nếubạnchỉquantâmbiênđộvàphacủaápvàdòngkhiđónghoặcmởkhóa, bạn không cần kết quả giải các phương trình khác (mô hình không gian trạng thái) từ sự ảnh hưởng củaR, L, C.Thay vào đó bạn có thể nhiều tập hợp đơn giản hơn các phương trình đại số liên quan phasor áp và dòng. Đây là cách thức mà phương pháp giải phasor thực hiện. Như tên ngụ ý của nó, phương pháp này tính điện áp và dòng như phasors. Phương pháp phasor là đặc biệt hữu ích trong việc nghiên cứu ổn địnhquátrìnhquáđộhệthốngcónhiềumáyphátvàđộngcơ.Trongvấnđềnày, chúng ta quan tâmkếtquả dao động điện cơtừ sự ảnh hưởng của quán tính và bộ điều chỉnh. Sự dao động này sinh ra sự điều chế biên độ và phađiện áp cơ bản và dòngởtầnsốthấp(đặcbiệtgiữa0.02Hzvà2Hz).Dovậyyêucầuthờigianmô phỏngkéodài(severaltensofseconds).Phươngphápgiảiliêntục(continuous) hoặc gián đoạn (discrete) là không thích hợp để giải quyết vấn đề này. Trong phương pháp mô phỏng phasor, bỏ qua các chế độ nhanh bằng cách thay thế phương trình khác của hệ thống bằng phương trình đại số. Do vậy thay thế mô hình không gian trạng thái hệ thống bằng ước lượng ma trận phức ở tần số cơ bản và các đầu vào liên quan (dòng do máy điện bơm vào hệ thống) và các đầu ra (điện ápđầucuốicủamáyđiện).Phươngphápgiảiphasordùngmôhìnhkhônggian trạngtháirútgọnbaogồmcáctrạngtháichậmcủamáyđiện,turbine,vàbộđiều chỉnh, như vậy giảm bớt đáng kể thời gian mô phỏng yêu cầu. Phép giải biến bước liên tục là rất hiệu quả trong việc giải quyết vấn đề này. Giới thiệu các phép giải là ode15s hoặc ode23tb với bước thời gian cực đại 1 chu kì tần số cơ bản (1/60 s hoặc 1/50 s). Bạn phải nhớ rằng tuy kỹ thuật giải này nhanh hơn nhưng chỉ giải đối với tần số gần định mức. Mô phỏng với thuật giải hợp nhất liên tục Simulink cung cấp đa dạng phép giải. Hầu hết phép giải biến bước là tốt đối với mạch tuyến tính. Tuy nhiên mạch có mô hình phi tuyến, các mạch đặc biệt có máy cắt và thiết bị điện tử công suất, yêu cầu phép giải không đổi. Chnj thuật giải hợp nhất Ode23tb hoặc ode15s thường đạt tốc độ mô phỏng nhanh nhất với các thông số mặc định. Solverode23tb or ode15s Relative tolerance1e-3 Absolute toleranceauto Maximum step sizauto Initial step sizeauto Simpower-system Page 69 of 545 Maximum order(for ode15s) = 5 Thôngthường,bạncóthểchọndungsaituyệtđốivàkíchthướcbướccựcđại. Trongmộtsốtrườnghợpbạnphảigiớihạnkíchthướcbướccựcđạivàdungsai tuyệt đối. Chọn dung sai quá nhỏ có thể làm mô phỏng chậm. Chọn dung sai tuyệt đốiphụthuộcbiênđộmongmuốncựcđạicácbiếntrạngthái(dòngcảmvàáp dung). Ví dụ, nếu bạn làm việc với các bộ chuyển đổi công suất cao mà dòng và áp mong muốn là hàng ngàn volt và hàng ngàn ampe, dung sai tuyệt đối là 0.1 hoặc 1.0 là hiệu quả. Nếu bạn đang làm việc với các mạch công suất thấp có các giá trị cực đại 100 V và 10 A, bạn nên sử dụng dung sai tuyệt đối nhỏ hơn, là 0.001 hoặc 0.01. Mô phỏng khóa chuyển mạch và thiết bị điện tử công suất Sử dụng 2 phương pháp mô phỏng các khóa và thiết bị điện tử công suất: Nếu xétmô hình khóa toàn trở như 1 phầncủamạchtuyến tính.Mô hìnhkhônggiantrạngtháimạch,baogồmkhóađóngvàmở,dovậytính toán lại mỗi lần khóa mở hoặc đóng, sinh ra thay đổi trong mạch tôpô. Luôn dùng phương pháp này đối với khối máy cắt (Breaker) và khối Ideal Switch bởi vì các thành phần này không có điện cảm trong. Nó cũng cung cấp khối DiodevàkhốiThyristor,vớiRon>0vàLon=0,vàUniversalBridgevới các thiết bị chuyển mạch lực. Nếu khóa có điện cảm nối tiếp (Diode và Thyristor có Lon > 0, IGBT, MOSFET,hoặcGTO),môphỏngkhóanhưnguồndòngdođiệnápđiều khiển thông qua các đầu cuối. Phần tử phi tuyến (với đầu vào điện áp và đầu ra dòng) nối hồi tiếp mạch tuyến tính, như hình 3-2. Dovậybạncóthểchọnmôphỏngdiodevàthyristorvớihoặckhôngvớiđiện cảmLon.Tronghầuhếtcácứngdụng,khôngcầnxácđịnhđiệncảmLon.Tuy nhiên, kết quả mạch tôpô chuyển mạch 0 hoặc góc gối lên nhau, bạn phải xác định điện cảm khóa Lon để trợ giúp chuyển mạch. Xét ví dụ như hình vẽ sau. Mạch này có trong mô hình bộ chỉnh lưu công suất. Cầuthyristorđượccungcấptừnguồnvôhạn(điệnkháng0)vìvậychuyểnmạch giữa các thyristor gần như là tức thời. Bộ chỉnh lưu Thyristor 3 pha có nguồn vô cùng lơn Simpower-system Page 70 of 545 Nếubạnmôphỏngmạhnàymàkhôngcóđiệncảmtrongthyristor(Lon=0), quansátđỉnhdòngsautrong3đường.Điềunàyxảyravìtrongsuốtthờigian chuyểnmạch2thyristornốivớicùngđầucuốidươnghoặcâmcủacầulàsựdẫn chu kì thời gian ngắn, cung cấp ngắn mạch pha-pha ở nguồn (xem hình 3-3). Trong thời gian chuyển mạch, giới hạn dòng chỉ bằng điện trở trong của thyristor (với Ron = 0.01 ohm, dòng đạt 7.35 kA (208**sin(30 o ) / (2*0.01) hoặc 245 lần dòng DC bìnhthườnglà30A).CóthểtránhngắnmạchbằngcáchdùngLon=1uHtrong môhìnhthyristor.Nếubạnlặplạimôphỏng,bạncódạngsóngdònghìnhvuông với giá trị đỉnh là 30 A. Nếubạnphóngtođườngdòngtrongthờigianchuyểnmạch,bạnkhámphára rằng sự chuyểnmạch là không tức thời. Thời gian chuyểnmạchtùy thuộc vàogiá trị Lon và dòng DC. Simpower-system Page 71 of 545 Hình 3-3: Nguồn dòng và áp tải DC với Lon = 0 và Lon = 1 uH Mô phỏng hệ thống gián đoạn BạnthựchiệngiánđoạnbằngcáchkéokhốiPowerguivàohệthốngcủabạn. Xácđịnhcụthểthờigianmẫutronghộphộithoại.Giánđoạnhệthốngdùng phương pháp Tustin, đẳng trị hợp nhất hình thang bước cố định. Để tránh các vòng đại số, gián đoạn máy điện dùng phương pháp Forward Euler. Kiểm soát độ chính xác mô phỏng bằng bước thời gian bạn chọn gián đoạn. Nếu bạn dùng thời gian mẫu quá lớn, độ chính xác có thể không đủ. Chỉ có một cách để biết là nếu lặp lại mô phỏng với thời gian mẫu khác hoặc so sánh với phương pháp liêntục(continuous)vàtìmthấythờigianmẫulớnnhấtcóthểchấpnhậnđược. Simpower-system Page 72 of 545 Thôngthườngthờigianmẫulà20usđến50uschokếtquảmôphỏngtốtnhất chuyển mạch quá độ ở hệ thống 50 Hz hoặc 60 Hz hoặc hệ thống dùng thiết bị điện tử công suất chuyển đường dây như là diode và thyristor.Tuy nhiên, với hệ thống khóađiệntửcôngsuấtchuyểnmạch,bạnphảigiảmbướcthờigian.Cácthiếtbị này, transitor lưỡng cực cổng cách ly (IGBT), transistor trường (FET), và thyristor cổngngắt(GTO)thườnglàmviệcởtầnsốđóngmởcao.Vídụ,môphỏngbộ chuyểnđổiđiềubiếnđộrộngxung(pulse-width-modulated)(PWM)làmviệcở8 kHz yêu cầu bước thời gian là 1 us hoặc thấp hơn. Lưuýrằngnếubạngiánđoạnmạch,bạncóthểvẫndùnghệthốngđiềukhiển liên tục. Tuy nhiên, tăng tốc độmô phỏng bằng cách sử dụng hệ thống điều khiển gián đoạn. Hạn chế của gián đoạn đối với mô hình phi tuyến Có một vài hạn chế đối với gián đoạn mô hình phi tuyến. Không cho phép gián đoạn các thiết bị điện tử chuyển mạch riêng Chophépgiánđoạnmạchcóthiếtbịđiệntửcôngsuấtchuyểnmạch(IGBT, GTO,hoặcMOSFET)chỉvớikhốiUniversalBridge.Khôngchophépgiánđoạn các mạch có thiết bị chuyển mạch riêng. Ví dụ, thử gián đoạn bộ chuyển mạch DC lưu mạch trong mô hình power_buckconv sinh ra câu cảnh báo sau: Simpower-system Page 73 of 545 Một mạch có khóa chuyển mạch riêng không thể gián đoạn Trong mạch này, mở GTO dẫn gần như tức thời. Nếu gián đoạn mạch, mở diode trễmộtbước,vàdothayđổinhanhdòngcảmsinhraquáđiệnáplớn.Tuynhiên, với mạch tôpô bộ chuyển đổi quy ước như trong trường hợp cầuUniversal Bridge, biếttrướctươngtácchuyểnđổi.Vídụ,trongbộchuyểnđổi6khóaIGBT/Diode (xem hình 3-4), mở IGBT1 là nguyên nhân gây ra sự chuyển dẫn tức thời D2 trong cùngphía.Khiđịnhtrướcmạchtôpô,nócóthểmởdiodetrongcùngbướckhi IGBTmở.Bạnnênsửdụngphươngphápliêntụcnếubạnthíchsửdụngcáckhối IGBT và Diode riêng biệt để mô phỏng hoàn thiện bộ chuyển đổi. Hình 3-4: Mô phỏng bộ chuyển đổi IGBT bằng cầu Universal Yêu cầu tải cực tiểu ở đầu cuối máy Khi dùng máy điện trong hệ thống gián đoạn, bạn có thể phải dùng tải trở kí sinh nhỏ, nối ở các đầu cuối máy điện, để tránh giao động nhiều. Thời gian mẫu lớn yêu cầutảilớn.Tảitrởcựctiểulàcânđốivớithờigianmẫu.Theokinhnghiệmvới bướcthờigianlà25ustronghệthống60Hz,tảicựctiểuxấpxỉ2.5%côngsuất địnhmứcmáy điện. Ví dụ,mộtmáyđiệnđồng bộ200 MVAtrong hệ thống công suấtgiánđoạncóthờigianmẫulà50usyêucầutảitrởxấpxỉ5%hoặc10MW. Nếu giảm thời gian mẫu xuống 20 us, tải trở 4 MW là hiệu quả nhất. Lon = 0 dùng cho Diode và Thyristor trong mạch gián đoạn Diodevàthyristordùngtrongmạchgiánđoạnphảicóđiệncảmtrongbằng không.NếubạngiánđoạnmộtmạchcódiodehoặcthyristorcóLon>0, SimPowerSystems nhắc bạn với cảnh báo rằng Lon sẽ đặt lại là 0. Tăng tốc độ mô phỏng Mỗi phương pháp thích hợp (liên tục, gián đoạn, hoặc phasor), loại giải và chọn các thông số, có các bước thêm vào bạn có thể tối ưu hóa tốc độ mô phỏng: Gián đoạn mạch và hệ thống điều khiển. Bạn có thể sử dụng ngay cả thời gian mẫu lớn cho hệ thống điều khiển, miễn là bội số thời gian mẫu bé nhất. Mô phỏng các hệ thống lớn hoặc các bộ chuyển đổi điện tử công suất phức tạp có thể gây tốn nhiều thời gian. Nếu bạn phải lặp lại mô phỏng nhiều lầntừđiểmlàmviệcđặcbiệt,bạncóthểlưuthờigianbằngcáchxácđịnh mộtvectơtrạngtháiđầutronghộphộithoạiSimulation-->Simulation parameters --> Workspace IO. Vectơ này là điều kiện đầu phải lưu từ lần chạy mô phỏng trước. Simpower-system Page 74 of 545 Giảm số scope mở và số điểm lưu trên scope cũng giúp giảm thời gian mô phỏng. Nếu bạn có cài đặt tùy chọn Simulink Performance Tools, bạn có thể dùng Accelerator. Lợi ích thu được từ Accelerator là thay đổi kích thước và độphứctạpmôhình.Tiêubiểubạncóthểcảithiệnthựchiệnmongmuốn bằng hệ số từ 2 đến 10. Dùng Accelerator Mode và Real-Time Workshop GiảithíchchếđộSimulinkAcceleratortronghướngdẫnsửdụngSimulink.Bộ tăngtốcSimulinktăngtốcđộthựchiệncácmôhìnhSimulinkbằngcáchthaythế mãMchạyởcáckhốiSimulinkvớimãđượctổnghợpnhưmôhìnhthựchiện. Simulink Accelerator dùng phần chia Real-Time Workshop (RTW) để sinh mã trên khoảngchia.MặcdùSimulinkAcceleratordùngkỹthuậtRTW,Real-Time Workshop không yêu cầu chạy nó. Cũng vậy nếu bạn không cài đặt trình soạn thảo C, bạn có thể dùng trình soạn thảo lcc C của MATLAB. ĐểthựchiệnSimulinkAccelerator,chọnAcceleratorthayvìNormaltrong menu Simulation cửa sổ mô hình. Cách khác, chọn Accelerator ở menu kéo xuống từ bên phải và ở dưới menu Simulation. Bảng sau cho thấy lợi ích các kiểu thực hiện gián đoạn và Simulink Accelerator thểhiệntrong2vídụsau:điềukhiểnDCdùngthayđổinhanhvàbộchuyểnđổi AC-DC 3 pha, 3 mức bộ chuyển đổi áp nguồn. 2 version mô hình điều khiển DC có trongthưviệnDemos:versionliêntục,power_dcdrive,vàversiongiánđoạn, power_dcdrive_disc. Bộ chuyển đổi AC-DC là có sẵn như ví dụ power_3levelVSC. Thời gian mô phỏng (giây)* Phương pháp mô phỏngDC drive (Stop time = 1 s) AC-DC converter (Stop time = 0.15 s) Continuous: ode23tb default parameters 175-- Discrete23 (Ts = 10 µs)25 (Ts = 5 µs) Discrete + Accelerator10 (Ts = 10 µs)8.4 (Ts = 5 µs) * Yêu cầu cấu hình máy tính để mô phỏng là bộ vi xử lý Pentium II 500 MHz, có 128MB RAM Bảng sau đưa ra cách gián đoạn mạch thúc đẩy tốc độ mô phỏng bằng hệ số7.6 cho điều khiển DC. Dùng chế độ Accelerator, một hệ số bổ sung 2.3 thu được nhiều lợiíchkhithựchiện.Vớicácmôhìnhbộchuyểnđổiđiệntửcôngsuấtphứctạp, Accelerator cung cấp độ lợi thực hiện lên tới hệ số 10. Đểcóđầyđủthuậnlợinângcaosựlàmviệccóthểbằngviệcchuyểnđổimô hìnhthànhmã,bạnphảidùngReal-TimeWorkshopđểphátmãCđứng1mình (stand-alone). Bạn có thể biên dịch và chạy mã này, với xPC Target, cũng chạy nó trên một PC làm việc với thời gian thực xPC Target. Thưviệnmôhìnhphituyến(TheNonlinearModel Library) Simpower-system Page 75 of 545 Xây dựng mô hình để sử dụng tập hợp mô hình Simulinkmạch phi tuyến lưu ở thư viện tên powerlib_models. Thông thường bạn không cần làm việc với thư viện powerlib_models. Tuy nhiên bạn có thể phải xem xét bên trong mô hình hoặc thay đổi chúng cho các ứng dụng đặc biệt. Bạn có thể truy cập thư viện bằng cách đánh lệnh powerlib_models ở cửa sổ lệnh của MATLAB. Thư viện powerlib_models Thư viện Continuous Thư viện Continuous có 2 kiểu khối: Các mô hình máy liên tục mô phỏng nguồn dòng, chống sét, máy biến áp bão hòa, và thông số đường dây phân phối Các khóa logic dùng các thiết bị điện tử công suất đảm bảo: máy cắt, diode, cầu 3 mức, thyristor, cầu tổng quát, và thiết bị chuyển mạch riêng biệt. Mô phỏng khối phi tuyến bằng nguồn dòng Các khối này dùng đầu vào áp (đầu ra mô hình không gian trạng thái mạch tuyến tính) và cung cấpđầura dòng vàomô hình không gian trạng thái.Đối với cácmô hình phức tạp, như các máy điện yêu cầu nhiều đầu vào và đầu ra, sử dụng tín hiệu vectơ. Hầu hết các mô hình cũng trả lại các tín hiệu hữu ích vectơ đầu ra m. Simpower-system Page 76 of 545 Vídụ,lưumôhìnhmáyđiệnkhôngđồngbộ(AsynchronousMachine)trong khối tên asynchronous_machine. Mô hình dùng như một vectơ đầu vào 4 điện áp, 2 điện áp rotor và 2 áp stator tương ứng: (VabR, VbcR, VabS, VbcS). Nó trả lại vectơ 4 dòng, 2 dòng và 2 dòng stator tương ứng: (IaR, IbR, IaS, IbS). Mô hình cũng trả lại vectơ đo lường đầu ra 20 tín hiệu. Khi sử dụng khối Asynchronous Machine từ thư viện powerlib, vectơ đo lường đầu ra có thể truy cập thông qua đầu ra m biểu tượngmáyđiện.Bạncóthểcóchitiếtmôhìnhđầuvàovàđầuratừtàiliệu powerlib và các biểu tượng khối powerlib_models. Logic khóa và các thiết bị điện tử công suất Đối với khóa và các thiết bị điện tử công suất, các khối có duy nhất logic trở về trạngtháikhóa(mởhoặcđóng).TrạngtháikhóathôngquahàmS-function,tính toán lại mô hình không gian trạng thái mạch tuyến tính mỗi lần trạng thái khóa thay đổi. Đầu ra m là một vectơ trả lại dòng và áp khóa. Đầu ra i trả lại dòng các thiết bị chuyển đổi như là IGBT và GTO. Tất cả logic khóa là vectơ. Điều này có nghĩa là sử dụng power_analyze để mô phỏng tất cả các thiết bị có cùng kiểu. Thư viện gián đoạn (Discrete Library) Thư viện Discrete có phiên bản gián đoạn các mô hình liên tục trình bày ở trên. Thư viện Phasor (Phasors Library) Thư viện Phasorscó các phiên bảnphasormột vài mô hình liên tục trình bàyở trên. Xem Modeling Simple Systems để có chi tiết hơn về mô phỏng phasor. Thư viện Switch Current Source Thư viện này có các thiết bị điện tử công suất, mô phỏng bằng nguồn dòng bên ngoài mạch tuyến tính. CácthiếtbịnàylàdiodevàthyristorcóLon>0,và3thiếtbịchuyểnmạch: GTO, MOSFET, và IGBT. Tất cả các mô hình là liên tục và có điện cảm trong, cho phép bạn điều khiển những chuyển biến nhanh các bộ chuyển đổi. Như là máy điện, các mô hình này dùng áp đầu vào (đầu ra mô hình không gian trạng thái mạch tuyến tính) và cung cấp dòng đầu ra của chúng vào mô hình không gian trạng thái. Tất cả các mô hình là vectơ. Những hạn chế mô hình phi tuyến (Nonlinear Model) Vìmô phỏng cácmôhình phi tuyến như các nguồn dòng, chúngkhông thể nối nối tiếp với điện cảm và các đầu cuối không thể để mở. Nếubạnnốiquanguồncảm,power_analyzenhắcbạncâunhắnlỗi.Bạncóthể tránh điều này bằng cách nối điện trở lớn song song với điện cảm nguồn hoặc thông qua đầu cuối máy. Simpower-system Page 77 of 545 Mộtmạch đệm RC nối tiếp bao gồmmô hình khối Breaker và cáckhối điện tử công suất. Bạn sẽ không có bất cứ vấn đề gì nếu bạn giữ lại mạch đệm. Có thể thay đổi mạch đệm thành một điện trở bằng cách đặt Cs là Inf, hoặc tụ bằng cách đặt Rs = 0. Để loại bỏ bộ đệm bạn đặt Rs = Inf hoặc Cs = 0. Thay đổi mô hình phi tuyến thư viện powerlib_models Đểsửdụngthưviệnpowerlib_modelscủabạn,đầutiênbạnphảicopyfile powerlib_models.mdl và thư mục đang làm việc hoặc bất kì thư mục nào khác. Nếu bạn đang sử dụng thư mục khác thư mục hiện hành, bạn phải xác định thư mục mới nàyởđườngdẫntìmkiếmtrongMATLABtrướckhithestandardblockset directory. Rồi bạn có thể tùy biến thư viện powerlib_models mới này, miễn là bạn không thay đổi tên khối, số đầu vào và đầu ra, và nhiều thông số trong hộp hội thoại. Lần chạy mô phỏng tiếp theo, những sự thay đổi này thực hiện hiệu quả trong mạch của bạn. Tạo thư viện mô hình riêng SimPowerSystems cung cấp thay đổi các khối cơ bản để xây dựng các khối phức tạp hơn. Dùng đặc tính mặt nạ Simulink, bạn có thể tập hợp vài khối cơ bản từ thư viện powerlib vào hệ thống con, xây dựng hộp hội thọai thông số cho chính mình, tạo biểu tượng khối mong muốn, và thay thế khối mới này trong thư viện riêng của bạn. Mô hình các hệ thốngđơn giản (Modeling Simple Systems) giải thích cách xây dựngmôhìnhphituyếndùngkhốiVoltageMeasurementvàkhốiControlled CurrentSource.Cácvídụđưara(mộtđiệncảmphituyếnvàmộtđiệntrởphi tuyến) là tương đối đơn giản. Dùng nguyên lý tương tự bạn có thể phát triển các mô hình phức tạp hơn nhiều dùng nguồn dòng điều khiển là thông dụng nhất hoặc ngay cảnguồnápđiềukhiển.Liênquanđếnxâydựnghướngdẫnvàtùybiếncácmô hình phi tuyến. Thay đổi thông số mạch Mỗilầnbạnthayđổithôngsốcáckhốithưviệnpowerlib,bạnphảikhởiđộng lại mô phỏng để ước lượng mô hình không gian trạng thái và cập nhật các thông số mô hình phi tuyến. Tuy nhiên bạn có thể thay đổi bất kì thông số nguồn nào (Biên độ, tần số, pha) trong khi mô phỏng. Sự thay đổi xảy ra ngay khi bạn thực hiện thay đổi hoặc đóng menu khối nguồn. NhưcáckhốiSimulink,tấtcảcácthôngsốkhốithưviệnpowerliblàphảixác định trong hộp hội thoại có thể chứa các biểu thức MATLAB dùng kí hiệu tên biến (symbolic). Trước khi chạymô phỏng, bạn phải ấn định giá trị của mỗi biến trong khônggianlàmviệccủaMATLAB.Điềunàychophépbạnthựchiệnnghiêncứu ma trận tham số bằng cách thay đổi giá trị thông số trong scriptMATLAB. Ví dụ MATLAB Script thực hiện nghiên cứu thông số Mục đích là bạn muốn thực hiện nghiên cứu thông số với tên mạch là my_circuit để tìm ảnh hưởng khi thay đổi điện cảm ở quá độ đóng mở. Bạn muốn tìm quá điện áp lớn nhất và giá trị điện cảm mà nó đã xảy ra. Simpower-system Page 78 of 545 GiátrịđiệncảmcủamộttrongnhữngkhốichứabiếnL1,nênđịnhnghĩatrong khônggianlàmviệc.L1thayđổitrong10bướctừ10mHđến100mHvàgiátrị kiểmtralưutrongmộtvectơ,L1_vec.Dạngsóngđiệnápđểphântíchlưutrong khối ToWorkspace theo định dạng ma trận với tên biến là V1. Bạn có thể viết vòng MATLAB M-file với 10 giá trị điện cảm và hiển thị trường hợp xấu nhất. L1_vec= (10:10:100)*1e-3; % 10 inductances values 10/100 mH V1_max=0; for i=1:10 L1=L1_vec(i); fprintf('Test No %d L1= %g H\n', i, L1); sim('my_circuit'); % performs simulation % memorize worst case if max(abs(V1))>V1_max, imax=i; V1_max=max(abs(V1)); end end fprintf('Maximum overvoltage= %g V occured for L1=%g H\n', V1_max, L1_vec(imax)); Systems with Electric Drives ChươngnàygiớithiệuthưviệnElectricDrivescủaSimPowerSystems.Đâylà thư viện đặc biệt được thiết kế cho các kỹ sư muốn dễ dàng và hợp nhất chính xác điều khiển điện trong mô phỏng hệ thống. AbouttheElectricDrives Library TrìnhbàythưviệnElectricDrives:nộidungvà thuận lợi cho người sử dụng. Getting StartedThôngtincơbảnđiềukhiểnđiện,baogồmcách trình bày và đặc tính thư viện đồ thị giao diện người dùng (GUI). SimulatingaDCMotor Drive Vídụtừngbướccáchmôphỏngmôhìnhđiều khiển DC. Simpower-system Page 79 of 545 SimulatinganACMotor Drive Vídụtừngbướccáchmôphỏngmôhìnhđiều khiển AC. Mechanical ModelsTrình bày khối cơ khí và khối bộ giảm tốc. MechanicalCouplingof Two Motor Drives Nghiên cứu ghép nối cơ khí bằng khối AC4 (DTC three-phaseinductionmotor-baseddrive)vàDC2 (single-phase dual-converter DC motor drive). Winding MachineNghiêncứumáydâyquấnbằngkhốiDC3(two- quadrant three-phase rectifier DC motor drive). RobotAxisControlUsing Brushless DC Motor Drive Nghiêncứu6robotdegrees-of-freedomđiều khiển bằng khối AC6 (điều khiển động cơ DC không chổi than). Building Your Own DriveNghiêncứucáchxâydựngmôhìnhđiềukhiển động cơ tùy thuộc yêu cầu cụ thể. About the Electric Drives Library ThiếtkếthưviệnElectricDriveschocáckỹsưmuốnliênkếtdễdàngvàđiều khiểnchínhxácmôphỏnghệthống.Mộtgiaodiệnđặcbiệtthểhiệncácthôngsố chọn điều khiển trong hệ thống tôpô, do vậy đơn giản hóa sự điều chỉnh, người sử dụng có thể đưa đến giá trị mặc định. Rồi chúng có thể không ghép nối để sử dụng các toolbox hoặc blockset để phân tích khuynh hướng thời gian hoặc tần số, sự tác độngqualạiđiềukhiểnđiệnvớihệthống.Thưviệnlàrấthữuíchkhiđiềukhiển công suất phải **carefully maneuvered không bỏ qua giới hạn làm việc của tải ở 1 phía và nguồn ở phía kia. Một ví dụ hay là hệ thống điều khiển điện xe hơi có thể đóng mở trong một vài milli giây từ điều khiển bánh xe để nạp pin khi ăn khớp các bánh xe. Các kỹ sư và nhà khoa học có thể nhanh chóng làm việc vớithư viện. Thư viện có 7 loại điều khiển dòng một chiều (DC) điều khiển trong hệ thống công nghiệp và vận chuyển, 6 dòng điều khiển xoay chiều(AC) cung cấp điều khiển động cơ hiệu quả hơn và linh hoạt hơn từ việc đưa đến vị trí thiết bị, và mô hình bộ giảm tốc trục và tốc độ rất hữu ích cho việc kết nối động cơ một mô hình tải của khối Simulink. Giátrịthêmvàothưviệnlàcácthôngsốđảmbảotínhhợplệcủađộngcơ,bộ chuyển đổi công suất, và hệ thống điều khiển. Khi thiết kế thư viện, một lưu ý đặc biệt đối với mô hình động cơ bằng việc so sánh kết quả các mô hình sinh ra và dữ liệudonhàsảnxuấtcungcấp.Thưviệncungcấpnhiềuvídụ,demohoặccác trường hợp nghiên cứu điều khiển đặc biệt. Hy vọng rằng, những hệ thống sử dụng tiêu biểu tương tự với các hệ thống đã phân tích, do đó tiết kiệm thời gian xây dựng hệ thống thực hành và cung cấp điểm quy chiếu trong phân tích. ĐểtruycậpthưviệnElectricDrives,mởthưviệnchínhSimPowerSystems, powerlib,rồinhấpđôibiểutượngApplicationsLibraries.Mộtcửasổmớichứa Simpower-system Page 80 of 545 những biểu tượng các thư viện Electric Drives, FACTS, và DR, như hình minh họa sau. Accessing the Electric Drives Library Getting Started ĐểlàmchủthưviệnElectricDrives,bạnphảicó1vàihiểubiếtvềđiềukhiển điện cơ bản và biết cách chạy mô phỏng trong môi trường Simulink. Phần này và 3 Simpower-system Page 81 of 545 phần tiếp theo giới thiệu cho bạn điều khiển DC và AC cơ bản thông qua các ví dụ mô phỏng đơn giản. Điều khiển điện là gì? Điềukhiểnđiệnlàhệthốngthựchiệnchuyểnđổinănglượngđiệnthànhnăng lượngcơởnhữngtốcđộcóthểđiềuchỉnh.Đâylàlýdotạisaođiềukhiểnđiện cũngcóthểgọilàđiềuchỉnhtốcđộ(ASD).Hơnnữađiềukhiểnđiệnchúngtasẽ xétsau,luôncóđiềuchỉnhdòng(hoặcmômen)đểcungcấpdòngđiềukhiểnan toàn cho động cơ. Do đó điều chỉnh mômem hoặc tốc độ là có thể chống lại trong trạng thái ổn định đặc tính mômen/tốc độ bất kì tải cơ nào. Động cơ có tải cơ phù hợp nghĩa là hiệu quả năng lượng tốt hơn và tổn hao năng lượng thấp hơn. Ngoài ra trong thời gian chu kì quá độ gia tốc và giảm tốc, điều khiển điện cung cấp động lực nhanh và cho phép khởi động hoặc dừng êm. Một số lớn ứng dụng yêu cầu mômen và tốc độ phải thay đổi để chống lại tải cơ. Vận chuyển điện có nghĩa là, thang máy, ổ đĩa máy tính, máy công cụ, và robot là những ví dụ ứng dụng hiệu quả cao ở đó theo dõi rất chính xác những chuyển động mong muốn chống lại mặt cắt thời gian. Bơm, quạt, dây chuyền, và HVAC (nhiệt, quạt, điều hòa) là những ví dụ giảm thực hiện ứng dụng ở đó tốc độ làm việc thay đổi nghĩa là dự trữ năng lượng. 3 thành phần chính điều khiển điện Một điều khiển điện có 3 thành phần chính: Động cơ điện Bộ chuyển đổi điện tử công suất Bộ điều khiển Hìnhvẽsauđưaratôpôcơbảnđiềukhiểnđiện.Bêncạnh3thànhphầnchính, hình vẽ còn đưa ra một nguồn công suất, một tải cơ, sensor điện và chuyển động, và một giao diện người sử dụng. Electric Drive Basic Topology Độngcơdùngtrongđiềukhiểnlàcảđộngcơ1chiều(DC)hoặcxoaychiều (AC). Phân loại độngcơ dùng để điều khiển là động cơ mộtchiều DC và động cơ xoay chiều AC. Thật dễ dàng để có nguồn áp DC thay đổi trong dải rộng điều khiển tốc độ làm cho điều khiển động cơ DC bằng điện được ưa chuộng vào những năm 1960.Rồinhữngbướcpháttriểnđiệntửcôngsuấtkếthợpvớinhữngđiềukhiển Simpower-system Page 82 of 545 đáng lưu ý trên nền bộ vi điều xử lý mở đường cho sự phát triển điều khiển động cơ AC. Trong những năm 1990, điều khiển động cơ AClấy lại những ứng dụng biến tốc độ hiệu quả cao. Bộ chuyển đổi điện tử công suất đưa ra biến điện áp và tần số AC từ nguồn công suất điện. Có rất nhiều loại bộ chuyển đổi tùy thuộc vào loại điều khiển điện. Điều khiểnđộngcơDCdựavàobộchỉnhlưuđiềukhiểnpha(bộchuyểnđổiAC-DC) hoặcbộchuyểnđổinhanh(bộchuyểnđổiDC-DC),trongkhiđiềukhiểnđộngcơ ACdùngbộchuyểnđổi(bộchuyểnđổiDC-AC)hoặcbộchuyểnđổicyclo(bộ chuyển đổi AC-AC). Thành phần cơ bản của tất cả các bộ chuyển đổi điện tử công suấtlàcáckhóađiệntửcôngsuất,màlàcảbánđiềukhiển(điềukhiểntrạngthái đóng), như trong trường hợp thyristor, hoặc điều khiển hoàn toàn (điều khiển trạng tháiđóngvàmở),nhưlàtrongtrườnghợpkhốiIGBT(transistorlưỡngcựccổng cách điện) và GTO. Đặc tính có thể điều khiển khóa điện tử là cho phép bộ chuyển đổi đưa ra biến điện áp và tần số AC. Mục đích của bộ điều khiển thực chất là chuyển đổi mặt cắt mômen/tốc độ điều khiển mong muốn thành xung khởi động cho bộ chuyển đổi điện tử công suất, tính đến hồi tiếp âm các biến điều khiển thay đổi (dòng, tốc độ …) bằng các sensor. Để hoànthiệnđiềunàybộđiềukhiểnđầutiêndựavàobộđiềuchỉnhdòng(hoặc mômen). Bộ điều chỉnh dòng là bắt buộc vì như đã đề cập ở trước, nó bảo vệ động cơbằngsựđiềuchỉnhgầnchínhxácdòngđộngcơ.Điểmtậphợp(SP)bộđiều chỉnhnàycóthểcungcấpngoàinếuđiềukhiểnlàđiềuchỉnhmômen,hoặctrong bằngbộđiềuchỉnhtốcđộnếuđiềukhiểnlàđiềuchỉnhtốcđộ.Trongthưviện SimPowerSystems Electric Drives,bộ điều chỉnh tốc độ nối tiếp với bộ điều chỉnh dòngvàdựavàobộđiềukhiểnPIcó3đặctínhquantrọng.Đầutiên,tốcđộbiến thiên SP là có hạn vì vậy tốc độ mong muốn dốc dần tới SP, để tránh các bước thay đổi đột ngột. Thứ 2 bộ điều chỉnh tốc độ đầu ra là SP cho bộ điều chỉnh dòng bị giới hạnbởicậntrênvàcậndưới.Cuốicùng,cũnggiớihạncácphầnnguyênđểtránh kết thúc. Hình vẽ sau đưa ra sơ đồ khối bộ điều chỉnh tốc độ cơ bản PI. Block Diagram of the PI Controller-Based Speed Regulator Sự làm việc của các góc phần tư Vớimỗiứngdụngđiềukhiểnđiện,điềukhiểntảicơkhícóyêucầugiátrịđặt đặc biệt. Mômen/ tốc độ điều khiển điện có thể thể hiện như tốc độ ngược lại đồ thị mômen4gócphầntư.Tronggócphầntưthứnhất,mômenđiệnvàtốcđộcódấu dương (+), thể hiện hướng mômen điện là hướng chuyển động. Trong góc phần tư thứhai,mômenđiệncódấuâmvàtốcđộdấudương,thểhiệnhướnghãmtừ mômenđiệnlànghịchvớihướngchuyểnđộng.Tronggócphầntưthứ3,dấucủa mômen điện và tốc độ là âm, thể hiện chuyển động ngược.Tronggóc phần tư thứ Simpower-system Page 83 of 545 tư,dấumômenđiệnlàdươngvàtốcđộlàâm,thểhiệnhãmngược.Điềukhiển truyềnđộnghãmbằngbộđệmhãm(hãmđộng)hoặcbằngtràolưucôngsuất2 chiều (hãm tái sinh). Hình sau minh họa theo miền làm việc 4 phần tư điều khiển điện. Mỗi phần tư có miền mômen hằng từ 0 đến +/- tốc độ định mứce b và miền mà mômen giảm theo đường cong với tốc độ từe b đến tốc độ cực đại e max . Miền thứ 2 này là miền công suất hằng và có được bằng cách giảm từ thông kích từ động cơ. Sự làm việc của 4 góc phần tư của điều khiển điện Một giao diện mới Cácmôhìnhđiềukhiểncungcấptrongthưviệnlàtươngđốiphứctạpvàcó nhiều thông số. Thư viện Electric Drives cung cấp GUI mới cho tất cả các mô hình. GUI mới giúp đỡ tất cả các chức năng mà bạn mong muốn từ sự có mặt của mặt nạ Simulink, cộng thêm một vài đặc tính mới, như phác thảo ở dưới. General Layout of the Library's GUIs Cách trình bày tổng quát GUIs giống như mặt nạ Simulink. Một mô tả ngắn xuất hiện phía trên, nhập thông số vào phần giữa, và thay thế các nút ở bên dưới. Chia phần thông số vào 3 tab ở phía trên, cho tất cả các mô hình điều khiển cung cấp trong thư viện. Bạn nhập thông số liên quan vào máy điện, các bộ chuyển đổi và nút DC, và các điều khiển ở tab đầu, tab thứ 2 và thứ 3 tương ứng. Hình sau minh họahướngdẫnSelf-ControlledSynchronousMotorDrivetabControllerlàm việc. Simpower-system Page 84 of 545 Các đặc tính GUI mới GUI mới trợ giúp cùng chức năng như mặt nạ Simulink. Bạn có thể nhập các giá trịsốthôngsố,cácbiểuthứcMATLABhợplệ,vàbiếnMATLAB.Mộtsựkhác biệtgiữaGUIvàmặtnạSimulinklàbạnchỉcóthểnhập1giátrịvàotrongmỗi trường đầu vào (ví dụ không cho phép các vectơ và mảng). Các đặc tính mới (đối với những mặt nạ Simulink) phác thảo ở dưới. Thông số hợp lệ GUI được thiết kế để báo hiệu những thông số sai càng sớm càng tốt. Từ đó nếu bạnnhậphằngsốkhônghợplệ(vídụ1.2.3hoặc--2)môhìnhđiềukhiểntrong GUI, một lỗi hiện lên nhanh chóng bỏ đi thông số không hợp lệ (ví dụ nếu bạn thử thay đổi thông số khác trong GUI). Các biến được xem khác nhau đôi chút. Nếu bạn nhập tên biến mà không có định nghĩa trong không gian làm việc MATLAB, hoãn lại thông số hợp lệ cho đến khi bạn khởi động lại mô phỏng sơ đồ có mô hình. Lưu thông số trong File Bạn có thể xem hình vẽ trước là GUI có các nút thông dụng ở phía dưới mặt nạ Simulink, thêm vào 2 nút mới, Load và Save. Nút Save cho phép bạn lưu trong một filehoànchỉnhcácthôngsốnếuGUI.Địnhdạngfilelàđịnhdạngtiêuchuẩnnhị Simpower-system Page 85 of 545 phânMATLAB(.MAT).NútLoadchophépbạnkhôiphụcphầnthôngsốlưu trướcđóđốivớikiểuđiềukhiểnđãcho(vidụ:AC1,DC2,v..v..).Khibạntảitập hợpcácthôngsố,kiểuthôngsốđiềukhiểnđãlưuđượcsosánhvớikiểumôhình điềukhiểnbạnđangtảithôngsốvào,đểđảmbảolàbạnđangtảinhữngthôngsố phù hợp với mô hình. KhibạndùngnútLoad,hộphộithoạixuấthiệnsẽchỉvàothưmụccàiđặt MATLABcóchứatiêuchuẩncàiđặtthôngsốcungcấpchotấtcảcácđiềukhiển trong thư viện. Tuynhiên,khibạndùngnútSave,hộphộithoạixuấthiệnsẽchỉvàothưmục làm việc hiện hành trong không gian làm việc của MATLAB. Hiển thị sơ đồ bộ điều khiển Thêm vàonút Schematic ở góc cao bên phải tab bộ điều khiểntrong tất cả các mô hình điều khiển. Khi bạn nhấp nút này, sơ đồ điều khiển mô hình điều khiển sẽ xuất hiện trong một của sổ mới. Advanced Usage Mộtlưuýquantrọnglànếubạnmuốnvôhiệuhóamốiliênkếtgiữamộtmô hình điều khiển và thư viện của nó, GUI mới sẽ không tồn tại để thể hiện mô hình đặc biệt đó. Nhấp đôi chuột vào mô hình trong những điều kiện như vậy sẽ đơn giản làmởhệthốngcon,nhưtrongtrườnghợphệthốngconSimulinkkhôngmặtnạ. Bạncóthểnhậpthôngsốtrongmặtnạriênghệthốngconđượcsoạnthảotừmô hình điều khiển. Lưu ý rằng ở trạng thái "tiêu chuẩn" (ví dụ: liên kết), vô hiệu hóa những mặt nạ này để đảm bảo rằng GUI mức cao là chỉ thay thế các thông số có thể thay đổi. Đây là yêu cầu đảm bảo đồng bộ hóa thích hợp 2 mức giao diện người dùng (ví dụ: GUI mới và mặt nạ của những hệ thống con bên dưới). Mô phỏng điều khiển động cơ DC TrongphầnnàybạnhọccáchsửdụngmôhìnhđiềukhiểnDCcủathưviện SimPowerSystems Electric Drives. Đầu tiên, chúng ta xác định kiểu động cơ, các bộ chuyển đổi, và các bộ điều khiển dùng trong 7 mô hình điều khiển DC của thư viện, thiết kế từ DC1 đến DC7. 7 mô hình này dựa vào động cơ chổi thanDC trong thư viện Electric Drives. Như trong bất kì động cơ điện nào, động cơ chổi than DC có 2 phầnchính,phầnstator(tĩnh)vàphầnrotor(cóthểchuyểnđộng).Độngcơchổi than DC cũng có 2 kiểu cuộn dây, cuộn kích từ hoặc cuộn trường và cuộn dây phần ứng. Như tên gọi của nó, cuộn trường dùng để sinh từ trường kích thích trong động cơ khi mà lõi phần ứng mang dòng cảm động cơ. Từ hằng số thời gian (L/R) mạch phần ứng là nhỏ hơn nhiều lần cuộn từ trường, điều khiển tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng là nhanh hơn so với thay đổi điện áp. Do vậy cung cấp kích từ từ hằngsốđiệnápnguồnDCtrongkhicuộndâyphầnứngđượccungcấptừnguồn DC thay đổi. Nguồn mới sinh ra từ bộ chuyển đổi thyristor điều khiển 3 pha cho mô hìnhDC1đếnDC4vàbằngbộđệmtransistorchomôhìnhDC5,DC6,vàDC7. Cung cấp bộ chuyển đổithyristor bằng nguồn 1 pha AC trong trường hợp DC1 và DC2vàbằngnguồn3phaACtrongtrườnghợpDC3vàDC4.Cuốicùng,7mô Simpower-system Page 86 of 545 hình DC có thể làm việc trong các góc phần tư. Tổng hợp tất cả các khả năng này trong bảng sau. DC Models Mô hìnhLoại chuyển đổiGóc phần tư làm việc DC1Bộ chuyển đổi 1 pha thyristor I-II DC2Bộ chuyển đổi 1 pha thyristorI-II-III-IV DC3Bộ chuyển đổi 3 pha thyristorI-II DC4Bộ chuyển đổi 3 pha thyristorI-II-III-IV DC5Bộ đệm I DC6Bộ đệmI-II DC7Bộ đệmI-II-III-IV Hãm tái sinh LàmviệcởphầntưthứIIvàIVtươngứnghãmthuậnvàngược.Vớimôhình DC của thư viện Electric Drives, hãm này sinh ra nghĩa là năng lượng động học của hệ thống tải động cơ chuyển đổi từ năng lượng điện và trả lại cho nguồn công suất. Thuvềtràolưucôngsuất2chiềunàybằngcáchchuyểnđổikếtnốiđộngcơkhi dòng trở nên vô hiệu (DC1 vàDC3)hoặc bằng cách sửdụng bộ chuyển đổithứ 2 (DC2vàDC4).Cả2phươngphápchophépchuyểnđổidòngđộngcơđểtạo mômenđiệnngượchướngchuyểnđộng.MôhìnhđiềukhiểnDCbộđệm(DC5, DC6, DC7) sinh ra hãm tái sịnh theo cách tương tự. Ví dụ: Bộ chuyển đổi Thyristor cơ bản điều khiển độngc cơ DC Trong ví dụ này bạn sẽ xây dựng và mô phỏng bộ chuyển đổi thyristor đơn giản điều khiẻn động cơ DC như hình 4-1. Hình 4-1: Ví dụ mạch điều khiển động cơDC bằng bộ chuyển đổi thyristor cơ bản Simpower-system Page 87 of 545 Đây là ví dụ từng bước minh họa việc sử dụng mô hình DC3 với thông số động cơ 200 hp DC đặt trong thời gian điều chỉnh tốc độ. Mô hình khối DC3 điều khiển bộ chuyển đổi 3 pha 2 góc phần tư. Trong ví dụ này, động cơ sẽ nối với tải và điều khiển nó ở tốc độ định mức 1750 rpm. Trong phần này bạn học về: Lấy mô hình DC3 từ thư viện Drives Nối mô hình DC3 với nguồn áp Nối mô hình DC3 với tải cơ Định nghĩa điểm đặt Làm trực quan tín hiệu trong Đặt môi trường mô phỏng bước cố định Đặt thông số điều khiển công suất cao Đặt giá trị quán tính động cơ Đặt thông số bộ điều khiển DC3 và các kết quả mô phỏng Getting the DC3 Model from the Drives Library 1.Mở cửa sổ mới và lưu tên DC_example. 2.MởthưviệnSimPowerSystemsElectricDrives.Bạncóthểmởthư viện bằng cách đánh electricdrivelib trong cửa sổ lệnh MATLAB hoặc dùng menuSimulink.VịtrímôhìnhDC3trongthưviệnDCDrives.Copykhối DC3 và thả vào cửa sổ DC_example. Simpower-system Page 88 of 545 DC3 Model Inside the SimPowerSystems Electric Drives Library Connecting the DC3 Model to a Voltage Source Tất cả các mô hình thư viện có 3 kiểu đầu vào: đầu vào công suất điện, đầu vào điểm đặt mômen và tốc độ (SP), và đầu vào mômen cơ (Mec_T). Vì mô hình DC3 là điều khiển 3 pha, nó thể hiện 3 đầu vào điện: A, B, và C. Để mô hình DC3 làm việc, bây giờ bạn phải nối các đầu vào này với nguồn áp thích hợp: 1.MởthưviệnElectricalSourcesvàcopykhối3-PhaseSourcevào mạch.NốiđầuranguồnápA,B,vàCvớiđầuvàoA,B,vàCDC3tương ứng. Simpower-system Page 89 of 545 2.MởthưviệnConnectorsvàcopykhốiGround(output)vào DC_example.NốiđầuraGroundvớiđiểmtrungtínhNnguồn3pha(3- Phase Source). 3.Trongvídụnày,bạnđangđiềukhiểnđộngcơ200hpDCđiệnáp phần ứng định mức 500 V. Điện áp đầu ra trung bìnhcầu chỉnh lưu 3 pha thyristor cho là 4.Với V l, rms là giá trị áp pha-pha rms của nguồn áp 3 pha và o là giá trị góc mở thyristor. Để điều khiển điện áp tốt hơn, thông thường áp dụng giới hạngócmởthấphơn,vàđiệnápđầuratrungbìnhcựcđạicósẵntừcầu chỉnh lưu cho bởi 5.với o min là giới hạn góc mở thấp nhất. Trong trường hợp của chúng ta, giớihạngócmởthấpdùngtrongmôhìnhDC3là20 0 .Vớimỗigiátrịgóc mởvàđểcógiátrịđiệnápđầuracựcđạilà500Vđểđiềukhiểnđộngcơ 200 hp ở tốc độ định mức, giá trị điện áp pha-pha cần cho trong phương trình trước là 370 V. Giả thiết nối điều khiển với mạng điện của Mỹ, giá trị áp tiêu chuẩn là 460 V. 6.Đặt giá trị áp nguồn pha-pha AC rms là 460 V và tần số là 60 Hz. Tên nguồn AC 460 V 60 Hz. 7.Lưuýrằngbiênđộnguồnápvàcácgiátrịtầnsốcầnchomỗimô hìnhđiềukhiểncủathưviệnElectricDriveslibrarycóthểtìmtrongchúý thamkhảo.Cácgiátrịđịnhmứcđộngcơtươngứngcũngcó.Bảng 4-1có các giá trị tương ứng là mô hình DC3 200 hp. Bảng 4-1: Điều khiển DC3, 200 HP Điện áp đầu vào điều khiển Biên độ460 V Tần số Giá trị định mức động cơ Công suất200 hp Tốc độ1750 rpm Điện áp500 V 8.Để thể hiện nguồn 3 pha thực tế, bạn phải xác định giá trị điện cảm L và điện trở R nguồn chính xác. Để xác định, thường sử dụng công suất ngắn mạchPscvàtỉsốX/R(vớiX=L.e,elàtầnsốgócnguồnáp).Theokinh nghiệm, giả thiết công suất ngắn mạch điện kháng nguồn hấp thụ ít nhất lớn Simpower-system Page 90 of 545 hơn 20 lần công suất định mức điều khiển, và tỉ số X/R thường là 10 đối với máy móc công nghiệp. 9.Giá trị điện kháng nguồn Z có từ 1.Với V là giá trị áp pha-pha rms áp nguồn. Với r tỉ số X/R cao, điện trở nguồn R xấp xỉ bằng (4-1) 2.và điện cảm nguồn L là (4-2) 3.Trong ví dụ này, áp pha-pha rms có giá trị 460 Vvà tần số nguồnlà 60 Hz. Nếu chúng ta giả thiết công suất ngắn mạch là25 lần công suất điều chỉnh địnhmức, chúng ta tìm được điện kháng nguồnlà0.056O.Với tỉ số X/Rlà10,dùngphươngtrình 4-1và 4-2,chúngtatìmgiátrịđiệntrởlà 0.0056 O và điện cảm là 0.15 mH. 4.Đặt giá trị điện trở nguồn AC là 0.0056 O và điện cảm là 0.15 mH. Connecting the DC3 Model to a Mechanical Load Đầu vào Mec_T thể hiện mômen tải cung cấp cho trục động cơ DC. Nếu giá trị mômen tải và tốc độ có dấu ngược nhau, mômen gia tốc sẽ là tổng mômen điện từ vàmômentải.Nhiềumômentảicânbằngvớitốcđộđiềukhiểntảithểhiệnbằng phương trình (4-3) Vớie m là tốc độ rad/s và N là tốc độ vòng trên phút (rpm). Bây giờ bạn sẽ xây dựng tải. Đểtínhtoánloạimômentảicơnày,cầntốcđộđộngcơDC.Tốcđộcóthểcó bằng cách sử dụng các đầu ra mô hìnhDC3.Tất cả các chế độ điều khiển của thư viện Electric Drives có 3 vectơ đầu ra: Motor, Conv., và Ctrl. Vectơ Motor có tất cả các biến liên quan đến động cơ, vectơ Conv. Có tất cả giá trị dòng và áp bộ chuyển đổi,vàvectơCtrlcótấtcảgiátrịđiềuchỉnhquantrọng,nhưtínhiệutốcđộhoặc mômen quy chiếu, sai số điều chỉnh mômen hoặc tốc độ, giá trị góc mở,...v..v. Tất cả mô tả đầu vào-đầu ra có trong tham khảo từng mô hình. Vớimômen tải cơ, bạn có thể có tốc độ bằng cách dùng đầu ra Motor. Khi bạn đang dùng động cơ DC, vectơ này gồm điện áp phần ứng và vectơ m động cơ DC, như trong hình 4-2. Simpower-system Page 91 of 545 Hình 4-2: Vector động cơ Vectơ động cơ có các phần sau: Áp phần ứng Tốc độ động cơ rpm (tốc độ chuyển đổi từ rad/s sang rpm) Dòng phần ứng Dòng trường Mômen điện cơ Bởi vậy tốc độ thu được bằng cách rút thành phần thứ 2 vectơ động cơ. Tốc độ là hệ số nhân thời gian bằng K ’ phương trình 4-3 để có tín hiệu mômen tải nối với đầu vào Mec_T mô hình DC3: 1.Xây dựng hệ thống con sau và đặt tên là Linear load torque. Hệ thống con mômen tải tuyến tính 1.Hằng số K có thể tính theo tốc độ định mức, động cơ nên tăng mômen định mức. Như trong bảng 4-1, động cơ DC dùng trong mô phỏng này có tốc độ định mức N m, n là 1750 rpm. Từ đó công suất cơ đầu ra P m, n của động cơ là200hp,mômentảicơđịnhmứcN mec,n cóthểtínhtheophươngtrình 4-4 (bỏ qua ma sát nhớt) (4- 4) Simpower-system Page 92 of 545 1.với e m, n là tốc độ định mức (rad/s). Dùng phương trình này, chúng ta tìm được mômen cơ định mức là 814 N.m. Phương trình cuối 4-3 cho chúng ta giá trị K là 0.47. 2.Đặt giá trị hằng khối mômen tải tuyến tính (Linear load) là 0.47. 3.Nốiđầuvàovàđầurakhốimômentảituyếntínhvớivectơđầura động cơ (Motor) và đầu vào Mec_T khối DC3 tương ứng. Sơ đồ của bạn bây giờ như hình vẽ sau. . Building the Example Circuit Defining the Set Point Đặt đầu vào mô hình DC3 có thể cả giá trị tốc độ (rpm) hoặc mômen (N.m) tùy thuộcvàochếđộđiềuchỉnh(điềuchỉnhtốcđộhoặcmômen).Trongvídụnày, chúng ta đặt khối DC3 ở chế độ điều chỉnh tốc độ và điều khiển động cơ DC 200 hp hoặc tốc độ định mức là 1750 rpm. 1.MởthưviệnSimulinkSourcesvàcopykhốiConstantvào DC_example. 2.NốikhốiConstantđểđặtđiểmđầuramôhìnhDC3vàtênlàSpeed reference. 3.Đặt điểm đặt là 1750 rpm. Visualizing Internal Signals BâygiờbạnphảisửdụngmôhìnhđầuraDC3đểlàmtrựcquantínhiệuquan tâm ở scope. Nghĩa là bạn cần làm trực quan các tín hiệu sau: Góc mở cầu thyristor Điện áp phần ứng động cơ Dòng điện và quy chiếu phần ứng động cơ Tốc độ quy chiếu và tốc độ động cơ Lưu ý rằngsựmô tả tất cảmô hìnhđầu vào đầu ra có thểtìm trong tham khảo tươngứng.ĐểxemcáctínhiệunốivớiđầuraDC3,chọnmôhìnhDC3vàmenu Edit/Look Under Mask. Simpower-system Page 93 of 545 Nhưbạnthấybêndưới,gócmởcóởvectơđầuraCtrl.Gócmởo(xemlưuý tham khảo khối DC3) là thành phần thứ 2 của vectơ này. Location of the Firing Angle Signal Inside the Ctrl Output Vector Véctơ động cơ (Motor) có 3 tínhiệu cần thiết: áp phần ứng và tín hiệu dònglà phần tử đầu tiên và thứ 3, tương ứng (Hình 4-2). Tốc độ là phần tử thứ 2 của vectơ Motor. Cuốicùng,tínhiệudòngvàtốcđộquychiếulàphầntửthứnhất vàthứtưcủa vectơCtrl,tươngứng(xemhìnhsau).LưuýrằngtínhiệuRef.khốiRegulation switch là mômen quy chiếu trong chế độ điều chỉnh mômen. Location of the Speed Reference Signal Inside the Ctrl Output Vector Các tín hiệu dòng và áp cầu bên trong có thể lấy thông qua đầu ra Conv. output, nối với đầu ra đồng hồ đa năng (Multimeter). Bằng cách nhấp khối Multimeter, bạn Simpower-system Page 94 of 545 cóthểchọncáctínhiệubộchuyểnđổibạnmuốnởđầura.Xemthamkhảokhối Multimeter để có nhiều thông tin hơn cách thức sử dụng khối Multimeter. Bằng cách sử dụng các khối Selector của thư viện Signal Routing, bây giờ bạn có thể lấy các tín hiệu cần từ 3 vectơ đầu ra: 1.Xâydựnghệthốngconsauđểlấytấtcảcáctínhiệutrựcquancần thiết. Tên là Signal selector. Signal Selector Subsystem 2.Nối Motor, Conv., và các đầu ra Ctrl khối DC3 với Motor, Conv., và đầu vào Ctrl trong khối Signal selector. 3.Copy một scope vào mô hình. Bạn sẽ sử dụng để hiển thị tín hiệu đầu rakhốiSignalSelector.MởhộphộithoạiScopeParameters.Trêntab General, đặt số trục là 4, dải thời gian mô phỏng là tự động (auto), và dùng là 20. Xóa hộp kiểm tra Limit Data Points to last ở tab Data history. Nối 4 đầu ra khối Signal Selector với đầu vào scope. Setting the Fixed-Step Simulation Environment Tất cả các mô hình điều khiển trong thư viện mô hình gián đoạn. Để mô phỏng hệ thống, bây giờ bạn phải xác định bước thời gian mô phỏng chính xác và đặt tùy chọn giải fixed-step. Khuyến cáo giá trị thời gian mẫu đối với điều khiểnDC, AC, vàmôhìnhcơkhícóthểtìmtrongphầnRemarkscủacáctrangthamkhảokhối tương ứng. Thời gian mẫu khuyến cáo đối với mô hình DC3 là 5 µs. Theo các bước sau: 1.Mở thư viện SimPowerSystems và copy khối Powergui vào ví dụ DC. Đặt thời gian mẫu là 5 µs. 1.Mạch của bạn bây giờ giống hình 4-1. 2.MởhộphộithoạiSimulation/ConfigurationParameters.Chọntùy chọngiảibướccốđịnh,giánđoạn(khôngcótrạngtháiliêntục).Đặtthời gian dừng là 12 s. Trước khi mô phỏng, đầu tiên bạn phải đặt thông số bên trong DC3 chính xác. Đặt bộ thông số điều khiển công suất cao Simpower-system Page 95 of 545 Nhiều mô hình thư viện Electric Drives có 2 thông số đặt: đặt công suất thấp và đặt công suất cao. Mặc định, tất cả các chế độ tải ban đầu đặt công suất thấp. Thông số mô hình DC3 tải hiện hành trong DC_example là 5 hp. Bây giờ bạn đặt các thông số điều khiển công suất cao, 200 hp. Để làm được điều này, bạn sẽ sử dụng đồ họa giao diện người sử dụng: 1.Mở giao diện người sử dụng bằng cách nhấp đôi chuột vào khối DC3. Giao diện như hình sau. DC3 User Interface 1.Chia giao diện làm 3 phần chính sau: thông số động cơ (DC Machine tab), thông số bộ chuyển đổi (Converter tab), và thông số điều chỉnh bộ điều khiển (Controller tab). 2.Để thông số tải 200 hp, nhấp nút Load. 3.Khi bạn nhấp nút Load, một file cửa sổ có thông số công suất thấp và công suất cao cho mỗi mô hình AC và DC xuất hiện. File này chứa tất cả các thôngsốsửdụnggiaodiệnđồhọangườisửdụng.Tênmỗifilelàtheotên môhìnhbằnggiátrịcôngsuất.Version200hpDC3bởivậytênlà DC3_200hp. Simpower-system Page 96 of 545 Cửa sổ chọn thông số 4.Trong cửa sổ chọn thông số, chọn file DC3_200hp.mat và nhấp Load. Tải các thông số 200 hp. Lưu ý bạn cũng có thể lưu thông số bằng cách dùng nút Save. Khi làm điều đó thì thông số được lưu theo định dạng MAT-file và có thể tải lại bất cứ lúc nào. Đặt giá trị quán tính động cơ (Setting the Motor Inertia Value) Tấtcảquántínhmặcđịnhthưviệnđiềukhiểnlàquántính"khôngtải"chỉthể hiện quán tínhrotor.Khi ghép động cơ vớitải, trường quán tính tab DC Machine thểhiệnkếthợpquántínhgiữarotorvàtải.Trongvídụnày,quántínhkhôngtải động cơ DC3 200 hp là 2.5 kg.m2. Từ đó điều khiển ghép trực tiếp với tải, bạn phải tăng giá trị này bằng cách thay đổi dần tải. Quán tính kết hợp mới có thể đạt đến 15 kg.m2. 1.TrongphầnDCMachinehộphộithoại,thayđổigiátrịquántính thành 15 kg.m2. 2.Nhấp OK để xác nhận thay đổi và đóng hộp hội thoại. Đặt thông số bộ điêu khiển DC3 và kết quả mô phỏng TốcđộvàcácbộđiềukhiểnhiệnhànhkhốiDC3baogồmbộđiềuchỉnhcân bằng-nguyên (proportional-integral). Xem chi tiết bộ điều chỉnh trong mỗi mô hình điều khiển của thư viện có thể tìm trong phần tham khảo tương ứng. Để có ý tưởng nhanhvềcấutrúcbêntrongbộđiềukhiển,sơđồlàcósẵnbêntronggiaodiện người sử dụng của mỗi mô hình. Hãy mở sơ đồ liên quan với mô hình DC3: 1.Mởgiaodiệnngườisửdụng.NhấpControllervàđếnSchematic button. Bạn xem sơ đồ điều khiển hình 4-3. Simpower-system Page 97 of 545 Hình 4-3: Sơ đồ bộ điều khiển giao diện người sử dụng Simpower-system Page 98 of 545 Hình 2-8: Kết quả mô phỏng Quan sát quá trình sự cố, điện áp đầu cuối giảm xuống khoảng 0.2 p.u.,và điện áp kích thíchđạt đến giới hạn6 p.u. Sau khixóa bỏ và cô lập sự cố, công suất cơ SM tăng lên nhanh chóng từ giá trị ban đầu 0 p.u. đến 1 p.u. và yêu cầu ổn định ở giá trị cuối cùng là 0.82 p.u.do điện trở và tải động cơ (1.0 MW tải trở + 1.51 MW tải động cơ = 2.51 MW = 2.51/3.125 = 0.80 p.u.). Sau 3 giâyđiện áp đầu cuối dần ổn định đến giá trị quy chiếu 1.0 p.u. Tốc độ động cơ tạm thời giảm xuống từ 1789 rpm đến 1635 rpm, sau đó trở về lại về giá trị bình thường sau 2 giây. Nếu bạn tăng thời gian sự cố lên 12 chu kì bằng cách thay đổi thời gian mở máy cắtlên0.3s,lưuýrằnghệthốngsẽbịsụpđổ.TốcđộASMgiảmnhanhxuống0 sau 2 giây. Trào lưu công suất một máy dao động Simpower-system Page 99 of 545 Trongphầnnàybạntạotràolưucôngsuấtvới2máyđồngbộkiểu:mộtmáy phátPVvàmộtmáyphátdaođộng.Trongcửasổpower_machines,xóanguồn cảmvàthaybằngkhốiSimplifiedSynchronousMachineđơnvịp.u.từthưviện Machines. Đổi tên máy SSM 1000MVA. Thêm 2 khốihằng số ở đầu vào Pm và E Simplified Synchronous Machine. 2 khối này, sử dụng để xác định công suất cơ và điện áp đầu cuối, sẽ tự động khởi tạo khi khi thực hiện trào lưu công suất mới. Lưu hệthốngnàyvàothưmụcđanglàmviệctênpower_machines2.mdl.Mởhộphội thoại SSM 1000 MVA và nhập các thông số như sau: Connection type3-wire Y Pn(VA), Vn(Vrms), fn(Hz)[1000e6 25e3 60] H(s), Kd(), p ()[inf 0 2] R(p.u.), X(p.u.)[0.1 1.0] Init. cond.Leave all initial conditions at zero. Khi bạn xác định quán tính vô cùng, tốc độ hay tần số giữ không đổi. Lưu ý một cách thức rất dễ dàng bạn có thể định rõ mức ngắn mạch cảm ứng 1000 MVA và hệ số đặc trưng là 10 trong hệ thống đơn vị tương đối. Tương tự, nối đầu vào 1 và 2 khối SSM. 2 khối Constant xác định tương ứng với côngsuấtcơyêucầu(Pmec)vàđiệnápđầucuối(E).Cậpnhật2hằngsốnàytự động tùy thuộc giải trào lưu công suất. Khi không có nguồn áp ảnh hưởng mạnh đến góc điện áp quy, bạn phải chọn 1 máy đồng bộ như là điểm quy chiếu. Trong chương trình giải trào lưu công suất, gọi điểm quy chiếu này là nút dao động. Nút dao động tiêu thụ hoặc phát công suất cần thiết để cân bằng công suất tác dụng do máyphát khác phát ra và và công suất tải cũng như tổn hao trên các thiết bị. Mở Powergui. Trong menu Tools, chọn Load Flow and Machine Initialization. ThaySSMBusTypethànhSwingGenerator.Xácđịnhtràolưucôngsuấtbằng cách nhập các thông số sau cho máy SM và ASM: SM 1000 MVA: Điện áp đầu cuối (Terminal voltage) UAB2400 Vrms Công suất tác dụng (Active power)0 W ASM 2250 HP: Công suất cơ (Mechanical power)1.492e+06 W (2000 HP) Với máy dao động SSM bạn chỉ phải xác định điện áp đầu cuối yêu cầu (biên độ và pha). Không biết công suất tác dụng. Tuy nhiên bạn có thể xác định công suất tác dụng sử dụng như phỏng đoán ban đầu và trợ giúp hội tụ trào lưu công suất. Tương ứng các thông số SSM như sau: Terminal voltage24984 Vrms (áp này có ở nút B1 từ giải trào lưu trước) Phase of UAN voltage0 0 Simpower-system Page 100 of 545 Active power guess7.5e6 W (công suất ước lượng = 6 MW (tải trở) + 1.5 MW tải động cơ) NhấpnútUpdateLoadFlow.Đầutiênhiểnthịgiảitràolưucôngsuất.Dùng thanh cuốn bên trái cửa sổ để tìm phép giải cho từng máy. Hiểnthịcôngsuấttácdụngvàphảnkháng,côngsuấtcơ,vàđiệnápbêntrong cho khối SSM. P=7.542 MW; Q=-147 kvar Pmec=7.547 MW (or 7.547/1000=0.007547 p.u.) Internal voltage E=1.0 p.u. Công suất tác dụng và phản kháng, công suất cơ, và điện áp trường khối SM là P=0 W; Q=856 kvar Simpower-system Page 101 of 545 Pmec=844 W Vf=1.428 p.u. Cũnghiểnthịcôngsuấttácdụngvàphảnkhángdođộngcơhấpthụ,trượt,và mômen khối ASM. P=1.515MW Q=615 kvar Pmec=1.492 MW (2000 HP) Slip=0.006119 Torque=7964 N.m Như mong muốn, phép giải đưa ra độ chính xác như đã có với nguồn điện áp R- L.Côngsuấttácdụngnútdaođộnglà7.54MW(6.0MWtảitrở+1.51MWtải động cơ = 7.51 MW, các công suất khác (0.03 MW) tương ứngtổn hao trong máy biến áp). Khởi động lại mô phỏng. Bạn nhận được cùng dạng sóng như trong hình 2-8. Tham khảo [1] Yeager, K.E., and J.R.Willis, "Modeling of Emergency Diesel Generators in an 800 Megawatt Nuclear Power Plant," IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 8, No. 3, September, 1993. Dùng phương pháp giải Phasor để nghiên cứu ổn định Đếnlúcnày,bạnđãmôphỏnghệthốngđiệntươngđốiđơngiảnbaogồmsố máynhiềunhấtlà3chiếc.Nếubạntăngthêmđộphứctạpchomạngbằngcách thêm đường dây, tải, máy biến áp, máy phát hoặc động cơ, thời gian mô phỏng yêu cầu sẽ rất lâu. Hơn nữa nếu bạn quan tâm đến chế độ dao động điện cơ chậm (đặc biệt giữa 0.02 Hz và 2 Hz trong các hệ thống lớn) bạn có thể phải mô phỏng trong vàichụcgiây,nghĩalàthờigianmôphỏngcóthểvàiphútvàhằnggiờ.Bởivậy không dùng phươngpháp giải liêntục hoặcgián đoạn truyền thống để nghiên cứu ổn định kèm theo các chế độ dao động tần số thấp. Để nghiên cứu kỹ hơn, bạn phải sử dụng kỹ thuật phasor (xem giới thiệu phương pháp mô phỏng Phasor). Đểnghiêncứuổnđịnhchúngtakhôngquantâmđếnkếtquảcácchếđộdao động nhanh từ sự ảnh hưởng của các thành phần tuyến tính R, L, C thông số phân phối đường dây. Các chế độ dao động, thường ở tần số cơ bản 50 Hzhoặc 60 Hz, không giao tiếp với các chế độ máy chậm và hằng số thời gian bộ điều chỉnh. Trong phươngphápmôphỏngphasor,bỏquacácchếđộnhanhbằngcáchthaythế phương trình khác của hệ thống bằng phương trình đại số. Dovậythaythếmôhìnhkhônggiantrạngtháihệthốngbằngướclượnghàm chuyển đổi ở tần số cơ bản và liên quan đến các đầu vào (dòng do máy bơm vào hệ thống) và các đầu ra (điện áp đầu cuối của máy). Phương pháp giải phasor dùng mô hìnhkhônggiantrạngtháirútgọnbaogồmcáctrạngtháichậmcủamáy,turbine, và bộ điều chỉnh, như vậy giảm bớt đáng kể thời gian mô phỏng yêu cầu. Phép giải biếnbướcliêntụclàrấthiệuquảtrongviệcgiảiquyếtvấnđềnày.Giớithiệucác phép giải là ode15s hoặc ode23tb với bước thời gian cực đại 1 chu kì tần số cơ bản (1/60 s hoặc 1/50 s). Bâygiờbạndùngphươngphápgiảiphasorchohệthống2máybạnchỉmô phỏng theo phương pháp thông thường. Nhiều ví dụ power_machines. Nhấp đôi Powergui. Chọn Phasor simulation. Bạn cũng phải xác định tần số cơ bản dùng để giải các phương trình mạng đại số. Giá trị mặc định là 60 Hz đã nhập Simpower-system Page 102 of 545 sẵn trongmenuFrequency. Đóng Powerguivà xuất hiệnPhasors trênbiểu tượng Powergui, ý nói rằng bây giờ có thể dùng phương pháp mới để mô phỏng mạch. Để khởi động mô phỏng trạng thái ổn định, đầu tiên bạn phải lặp lại giải trào lưu công suấtvàcácthủtụckhởitạomáyđãgiảithíchởphầntrước,tràolưucôngsuấtvà khởi tạo máy (Load Flow and Machine Initialization). Trong hộp hội thoại Simulation Parametersx, xác định Max step size là 1/60 s (một chu kì) và bắt đầu mô phỏng. Quansátmôphỏngbâygiờnhanhhơnnhiều.Cáckếtquảsosánhvớicáckết quả mô phỏng trước. Sự so sánh tín hiệu máy đồng bộ và máy không đồng bộ như hình dưới. Simpower-system Page 103 of 545 So sánh kết quả phương pháp mô phỏng Continuous và Phasor Minhhọaphươngphápgiảiphasormạngđiệnphứctạphơncótrongthưviện Demo. Dạng các demo này là Ổn định quá trình quá độ 2 máy với ổn định hệ thống (PSS) và bù tĩnh (SVC) Thựchiệnổnđịnhhệthống3phachonhữngvùngdaođộnggiao nhau Simpower-system Page 104 of 545 DemođầutiênminhhọatácđộngcủaPSSvàdùngSVCđểổnđịnh2máy. Demo thứ hai so sánh sự thực hiện 3 kiểu khác nhau ổn định hệ thống công suất trên 4 máy, hệ thống 2 miền. Xây dựng và tỳ biến các mô hình phi tuuyến SimPowerSystemscungcấprộngrãicácmôhìnhphituyến.Nócóthểxảyra, tuy nhiên bạn cần giao diện mô hình phi tuyến của bạn với các mô hình tiêu chuẩn trongthưviệnpowerlib.Môhìnhnàycóthểlàđiệntrởphituyếnđơngiảnmô phỏng arc hoặc varistor, điện cảm có thể bảo hòa, kiểu động cơ mới, … Trongphầnsaubạnhọccáchxâydựngmôhìnhphituyến.Điệncảmbảohòa đơn giản và điện trở phi tuyến là ví dụ dùng cho phần này. Mô hình điện cảm phi tuyến Xét một điện cảm 2 H làm việc ở điện áp định mức, Vnom = 120 V RMS, và tần số định mức, fnom = 60 Hz. Từ 0 đến 120 V RMS điện cảm có giá trị không đổi, L = 2 H. Khi điện áp vượt quá giá trị định mức, điện cảm bảo hòa và giá trị điện cảm giảmxuốngLsat=0.5H.Vẽđặctínhdòng-từthôngtrênhìnhvẽtiếptheo.Từ thôngvàdòngtrongđơnvịtươngđối.Chọnđiệnápđịnhmứcvàdòngđịnhmức như giá trị cơ bản trong hệ thống đơn vị tương đối. Hình 2-9: Đặc tính từ thông-dòng điện cảm phi tuyến Dòng i trong điện cảm là hàm phi tuyến từ thông móc vòng, lần lượt một hàm v xuất hiện ở các đầu cuối. Mối quan hệ này thể hiện trong phương trình sau: Mô hình điện cảm phi tuyến có thể có thể thực hiện như nguồn dòng điều khiển, với dòng i là một hàm phi tuyến của điện áp v, như hình vẽ. Simpower-system Page 105 of 545 Mô hình điện cảm phi tuyến Hình2-10vẽmạchdùngđiệncảmphituyến2H.Nốiđiệncảmphituyếnnối tiếpvới2nguồnáp(mộtkhốinguồnápAC120voltsRMS,60Hz,vàmộtkhối nguồn áp DC) và một điện trở 5. Tất cả các thành phần dùng để xây dựng mô hình phi tuyến nhóm thành hệ thống con tên là Nonlinear Inductance. Tên đầu cuối điện cảm là In và Out. Lưu ý đầu ra thứ 2 trả lại từ thông thêm vào hệ thống con. Bạn có thể dùng đầu ra Simulink này để quan sát từ thông bằng cách nối nó với khối Simulink Scope. Mô hình phi tuyến dùng 2 khối powerlib và 2 khối Simulink. 2 khối powerlib là khốiVoltageMeasurementđểđọcđiệnápđầucuốiđiệncảmvàkhốiControlled CurrentSource.Hướngmũitênnguồndònglàphươngtừđầuvàođếnđầuratùy thuộc mô hình như trên. 2khốiSimulinklàkhốiIntegratortínhtoántừthôngtừđầurađiệnápvàkhối Look-Up Table thực hiện đặc tính bão hòa i = f( ) mô tả ở hình 2-9. Hình 2-10: Sự thực hiện điện cảm phi tuyến Sửdụng2khốiFouriertrongthưviệnMeasurementscủapowerlib_extrasđể phân tích thành phần cơ bản và thành phần DC cho dòng điện. Simpower-system Page 106 of 545 Dùng các khối của powerlib và thư viện Simulink, xây dựng mạch như trên. Để thựchiệnmốiquanhệi=f( ),xácđịnhrõcácvectorsautrongkhốiLook-Up Table: Vector giá trị đầu vào (từ thông)[-1.25 -1 1 1.25 ] *(120*sqrt(2)/(2 *60)) Vector giá trị đầu ra (dòng)[-2 -1 1 2]*(120*sqrt(2)/(4 *60)) Lưu mạch là circuit7. Đặt thông số cho 2 nguồn như sau: Nguồn AC Biên độ đỉnh120*sqrt (2) Pha90 0 Tần số60 Hz Nguồn DC Biên độ0 V Điều chỉnh thời gian mô phỏng là 1.5 s và chọn thuật toán tích phân ode33tb với các thông số mặc định. Bắt đầu mô phỏng. Như mong muốn, dòng và từ thông hình sin. Giá trị đỉnh tương ứng giá trị định mức. Dạng sóng dòng và từ thông như hình vẽ. Simpower-system Page 107 of 545 Hình 2-11: Dạng sóng dòng và từ thông với VDC = 0 V và VDC = 1 V Bây giờ thay đổi điện áp DC là 1 V và mô phỏng lại. Quan sát dòng bị biến dạng. Bây giờ nhập lại áp 1 V DC, nguyên nhân bù từ thông, tạo từ thông nhập vào miền phituyếnđặctínhtừthông-dòng( >0.450V.s).Nhưkếtquảbảohòatừthông, dòng có sóng hài. Phóng to 3 chu kì cuối mô phỏng. Giá trị đỉnh dòng bây giờ đạt 0.70Avàthànhphầncơbảntăngđến0.368A.Nhưmongmuốn,thànhphầnDC của dòng là 1 V/ 0.5 = 0.2. Có dạng sóng dòng và từ thông có và không bão hòa chồng lên hình vẽ trên. Tùy biến mô hình phi tuyến Simulink cung cấp mặt nạ rất thuận lợi để tạo hộp hội thoại các mô hình. Bạn có thể tạo mặt nạ để xác định các biến và các dấu nhắc sau: Điện áp định mức (Nominal voltage) (Volts rms):Vnom Tần số định mức (Nominal frequency) (Hz):Fnom Điện cảm không bảo hòa (Unsaturated inductance) (H):L Đặctínhbảohòa(Saturationcharacteristic)[i1(pu) phi1(pu); i2 phi2; ...]: sat Kết quả mặt nạ khối điện cảm phi tuyến như trong hình vẽ sau. Simpower-system Page 108 of 545 Hộp hội thoại khối điện cảm phi tuyến Sau đây là đoạn chương trình khởi tạo mặt nạ khối chuẩn bị 2 vectơ Current_vect và Flux_vect sử dụng trong khối Look-Up Table. % Define base current and Flux for p.u. system I_base = Vnom*sqrt(2)/(L*2*pi*fnom); Phi_base = Vnom*sqrt(2)/(2*pi*fnom); % Check first two points of the saturation characteristic if ~all(all(sat(1:2,:)==[0 0; 1 1])), h=errordlg('The first two points of the characteristic must be [0 0; 1 1]','Error'); uiwait(h); end % Complete negative part of saturation characteristic [npoints,ncol]=size(sat); sat1=[sat ; -sat(2:npoints,:)]; sat1=sort(sat1); % Current vector (A)and flux vector (V.s) Simpower-system Page 109 of 545 Current_vect=sat1(:,1)*I_base; Flux_vect=sat1(:,2)*Phi_base; Xác định như đặc tính bão hòa chỉ trong góc phần tư thứ nhất, thêm vào 3 dòng mã để hoàn thiện phần âm đặc tính bảo hòa. Chú ý làm cách nào đó để tính toán hợp lý đoạn đầu của đặc tính bảo hòa. Đoạn này phải được định nghĩa bởi 2 điểm [0 0; 1 1] xác định điện cảm 1 p.u. (giá trị định mức) cho phần đầu tiên. Trướckhibạnsửdụngkhốimặtnạ,bạnphảicungcấpđịnhnghĩa2biếnbên trong trong phần khởi tạo khối. Mở hộp hội thoại khối Look-Up Table và nhập tên biến sau vào 2 trường: Vector of input values (flux)Flux_vect Vector of output values (current)Current_vect Đónghệthốngconvàbắtđầumôphỏng.Bạnnhậncùngdạngsóngnhưtrong hình 2-11. Mô hình điện trở phi tuyến Kĩ thuật mô hình điện trở phi tuyến tương tự như điện cảm phi tuyến. Một ví dụ là varistor oxit kim loại (MOV) có đặc tính V-I như sau: Trong đó v, i =Áp và dòng tức thời Vo =Áp bảo vệ Io =Sử dụng dòng tham chiếu để xác định áp bảo vệ =Số mũ đặc trưng đặc tính phi tuyến (đặc trưng giữa 10 và 50) HìnhsaulàmộtứngdụngđiệntrởphituyếnđểmôphỏngMOVdùngbảovệ thiết bị trong mạng 120 kV. Để mạch đơn giản, chỉ thể hiện một pha. Simpower-system Page 110 of 545 Điện trở phi tuyến trong mạng 120 kV SửdụngcáckhốicủathưviệnpowerlibvàSimulinkđểxâydựngmạchnày. Nhómtấtcảcácthànhphầnđểmôhìnhhệphituyếntronghệthốngcontênlà NonlinearResistance.DùngkhốiX-YGraphvẽđặctínhV-Ihệthốngcon Nonlinear Resistance. MôhìnhkhôngdùngkhốiLook-UpTablenhưtrongtrườnghợpmôhìnhđiện cảmphituyến.Biểuthứcphântíchdòngnhưhàmđiệnáp,thựchiệnđặctínhphi tuyếnI(V)trựctiếpvớikhốiMathFunctiontừthưviệcMathOperationscủa Simulink. Môhìnhmạchtoàntrởnàykhôngcótrạngtháinào.Nósinhravòngđiệntrở trongsựthểhiệnkhônggiantrạngtháimạch,nhưtronghìnhsau.Xem SimPowerSystems Block Reference để có chi tiếthơn SimPowerSystems làm việc như thế nào. Giới thiệu vòng đại số bằng mô hình điện trở phi tuyến Simpower-system Page 111 of 545 MặcdùSimulinkcóthểgiảivòngđạisố,chúngthườnglàmchothờigianmô phỏnglâu.Bạnnênngắtvòngvới1khốimàkhôngthayđổiđặctínhphituyến. Giới thiệu đây là hàm truyền đầu tiên H(s) = 1/(1+Ts) trong hệ thống, dùng hằng số thời gian nhanh (T = 0.01 µs). Sử dụng kỹ thuật giải thích khối điện cảm phi tuyến để mặt nạ và tùy biến khối điện trở phi tuyến như sau. Hộp hội thoại khối điện trở phi tuyến (Nonlinear Resistance) Mở hộp hội thoại khối mặt nạ mới và nhập thông số như hình vẽ trên. Lưu ý điện ápbảovệVođặtbằng2p.u.điệnápđịnhmứchệthống.Điềuchỉnhápnguồn bằng.3 p.u. bằng cách nhập biên độ đỉnh như sau: 120e3/sqrt(3)*sqrt(2)*2.3 Lưu mạch là circuit8. Dùng thuật giải tích phân ode23tb, mô phỏng hệ thống circuit8 với 0.1 s. Kết quả như hình vẽ dưới. Simpower-system Page 112 of 545 Dạng sóng dòng và áp và đặc tính V-I vẽ bằng khối graph X-Y Tạo thư viện riêng Simulink để bạn tạo thư viện riêng cho bạn các khối SimPowerSystems. Để tạo thưviện,trongmenuFilechọnNewLibrary.MộtcửasổSimulinkmớitên Library: untitled mở ra. Bây giờ copy khối Nonlinear Inductance hệ thống circuit7 vàkhốiNonlinearResistancehệthốngcircuit8vàothưviện.Lưuthưviệnnàylà Simpower-system Page 113 of 545 my_powerlib. Lần tiếp theo bạnphát triểnmô hìnhmới, bạn có thể thêm vào thư viện riêng của bạn. Bạn cũng có thể thiết lập thư viện riêng trong thư viện con khác tùy thuộc vào hàm, như đã thực hiện trong thư viện powerlib. Khối điện cảm và điện trở phi tuyến trong my_powerlib Một thuận lợi khi dùng thư viện là tất cả các khối bạn copy từ thư viện đều được quychiếuđếnthưviện.Nóicáchkhác,nếubạntạochínhxáctrongkhốithưviện của bạn, sự chính xác tự động đưa đến tất cả các khối dùng trong mạch. Nối mô hình của bạn với các khối phi tuyến khác Bây giờ bạn học cáchtránh những câulỗisai có thể xuất hiện đốivới các khối phituyếnkhimôphỏngnguồndòng.Rõràng,nguồndòngkhôngthểnốitiếpvới điệncảm,mộtnguồndòngkhác,hoặcmạchhở.Nhưmạchtôpôlàcấmtrong SimPowerSystems. Tương tự, nếu mô hình phi tuyến của bạn dùng khối Controlled Voltage Source, mô hình này không nên ngắn mạch hoặc nối qua tụ. Giả sử, bạnmuốnnghiên cứu dòng đi vào điện cảm phituyến khilàm việc với nguồn áp. Dùng các khối trong thư viện powerlib và my_powerlibrary, bạn có thể xây dựng mạch này. Thay đổi thông số khối Breaker như sau: Snubber resistance Rsinf (no snubber) Snubber capacitance Cs0 External controlNot selected Switching times[1/60] Mạch tôpô là nguyên nhân báo lỗi Nếu bạn thử mô phỏng mạch này, bạn nhận câu báo lỗi sau. Simpower-system Page 114 of 545 Cấm mạch tôpô vì 2 thành phần phi tuyến mô phỏng bằng 2 nguồn dòng nối nối tiếp:khốiBreakervàkhốiNonlinearInductance.Đểcóthểmôphỏngmạchnày, bạnphảicungcấpđườngdòngquanhmộttrong2khốiphituyến.Bạncóthểnối một điện trở lớn khoảng 1 M , qua khối Breaker hoặc khối Inductance. Trong trường hợp này, thật tiện lợi để chọn khối Breaker vì cung cấp mạch đệm nối tiếp RC cho mô hình. Mở hộp hội thoại khối máy cắt (Breaker) và xác định các thông số chỉnh như sau: Snubber resistance Rs (ohms)1e6 Snubber capacitance Cs (F)inf Lưu ý để có chỉnh toàn trở bạn phải dùng một điện dung vô cùng. LưuýDùngđiệnkhángnguồnđiệncảm(nốitiếpR-L)thayvìmộttrở khángđiệntrởthuầntúysẽsinhrathôngbáolỗikhác,vìmôhìnhnguồn dòng điện cảm phi tuyến có thể nối tiếp với 1 điện cảm, thậm chí cả bộ đệm điệntrởnốiquamáycắt.Trongmỗitrườnghợp,bạncóthểthêmcảđiện cảmsongsongthôngquanguồnđiệncảmhoặcđiệntrởsongsonglớnnối giữa 1 đầu máy cắt và đầu nối đất. Chắcchắngócphanguồnáplà0.Dùngthuậtgiảitíchphânode23tbvàmô phỏng mạch trong 1 giây. Dạng sóng điện áp và dòng như hình vẽ. Simpower-system Page 115 of 545 Dạngsóngdòngvàtừthôngkhilàmviệcđiệncảmphituyếnbùtừthông cực đại Hình trên đưa ra sự làm việc của điện cảm ở điểm không thông qua kết quả điện áp khi độ lệch từ thông cực đại và bảo hòa. Cải thiện thực hiện mô phỏng SimPowerSystems cho bạn rất nhiều công cụ để tăng tốc độ mô phỏng hệ thống côngsuất.Tùythuộcmôhìnhmạch,bạncóthểchọnthuậtgiảitíchphânliêntục (continuous),giánđoạn(discrete)vàphasor.Simulinkvàcácsảnphẩmliênquan cung cấp thêm các cách để nâng cao thực hiện mô hình, bao gồm mã máy phát, tạo thư viện mô hình mạch riêng cho bạn, và khối điều chỉnh các tham số. HowSimPowerSystems Works Khái quát SimPowerSystems thực hiện khi phân tích và chạy mô hình của bạn ChoosinganIntegration Method Thuậnlợivàkhókhăncủamôphỏngliêntục, gián đoạn vàphasor mô hình hệ thống công suất Simpower-system Page 116 of 545 SimulatingwithContinuous Integration Algorithms Cách thức để hợp nhất những mô hìnhthời gian liên tục với SimPowerSystems SimulatingDiscretized Electrical Systems Cáchgiảicácmôhìnhcôngsuấtgiánđoạnvới SimPowerSystems Increasing Simulation SpeedCáccáchđểtốiưuhóatốcđộvàhiệuquảmô phỏng,gồmSimulinkAcceleratorvàReal-Time Workshop đ The Nonlinear Model LibrarySửdụngvàthayđổithưviệnpowerlib_models để mô hình thành phần phi tuyến CreatingYourOwnLibrary of Models Tạonhữngkhốihệthốngcôngsuấtchoriêng người sử dụng với khối Simulink đặc tính mặt nạ ChangingYourCircuit Parameters Thay đổi thông số khối SimPowerSystemstrong khi mô phỏng và tự động với MATLAB scripts Cách SimPowerSystems làm việc Đầu tiên bạn phải xây dựng mạch với các khối powerlib, bạn có thể bắt đầu mô phỏng như mô hình Simulink khác. Mỗi lần bạn bắt đầu mô phỏng, gọi cơ chế khởi tạo đặc biệt. Quá trình khởi tạo này tính toán mô hình không gian trạng tháimạch điện và xây dựng hệ thống đẳng trị mà có thể mô phỏng bằng Simulink. Lệnh power_analyze là một phần của chu trình. Nó có mô hình không gian trạng thái và xây dựng mô hình Simulink mạch điện. Bạn cũng có thể gọi power_analyze từdònglệnhđểcómôhìnhkhônggiantrạngtháiphầntuyếntínhcủamạch.Khi gọi bằng quá trình khởi tạo, power_analyze thực hiện 5 bước sau như hình 3-1: 6.Sắp xếp tất cả các khối SimPowerSystems, nhận các thông số khối và ước lượng mạng tôpô. Tách các khối vào 2 khối tuyến tính và phi tuyến, và mỗi nút tự động cho số nút. 7.Mỗi một lần mạng tôpô thu được, tính toán mô hình không gian trạng thái(matrậnA,B,C,D)thànhphầntuyếntínhcủamạchbằnglệnh power_statespace.Tấtcảsựtínhtoánvàsựkhởitạođềuthựchiệnởgiai đoạn này. 8.Nếubạnchọngiánđoạnmạch,tínhtoánmôhìnhkhônggiantrạng thái gián đoạn từ mô hình không gian trạng thái liên tục, dùng phương pháp Tustin. 9.Nếu bạn dùng phương pháp giải phasor, thay thế mô thình không gian trạng thái bằng ma trận chuyển đổi phức H(j ) liên quan đến các đầu vào và đầura(phasorápvàdòng)ởtầnssốxácđịnh.Matrậnnàyđịnhnghĩacác phương trình đại số mạng. Simpower-system Page 117 of 545 10.XâydựngmôhìnhSimulinkmạchvàlưuvàokhốimeasurement. Điềunàycónghĩalàbạncầnítnhất1khốimeasurement(khốiCurrent Measurement,khốiVoltageMeasurement,khốiThree-PhaseV-I Measurement, hoặc khối Multimeter) trong mô hình. Thực hiện kết nối mạch đẳngtrịvớicáckhốiđolườngbằngliênkếtvôhìnhdùngkhốiGotovà From. Hình 3-1: Giản đồ PowerSystems Mô hình Simulink dùng khối State-Space hoặc khối S-Function để mô hình phần tuyến tính của mạch. Sử dụng mô hình Simulink thiết lập ban đầu để mô phỏng các thànhphầnphituyến.Cácmôhìnhcóthểtìmtrongthưviệnpowerlib_models SimPowerSystemstạosẵn.CáckhốiSimulinkSourcesửdụngnốiởđầuvàokhối State-Space để mô phỏng khối nguồn. Hình vẽ tiếp theo thểhiện kết nối giữa các phầnmô hình Simulink hoàn chỉnh. Nốimôhìnhphituyếnhồitiếpâmgiữacácđầuraápvàđầuvàodòngmôhình tuyến tính. Simpower-system Page 118 of 545 Hình 3-2: Liên kết giữa mạch tuyến tính và mô hình phi tuyến Mỗilầnpower_analyzehoànthànhchutrìnhkhởitạo,Simulinkbắtđầumô phỏng. Bạn có thể quan sát dạng sóng trên scopes nối ở các đầu ra khối đo lường. Thông qua Powergui, bạn có thể truy cập LTI và có hàm chuyển đổi hệ thống giữa bất kì cặp đầu vào và đầu ra nào. Powergui cũng cho phép bạn thực hiện phân tích FFT tín hiệu đã ghi để có quang phổ tần số của chúng. NếubạndừngmôphỏngvàcopykhốiPowerguivàocửasổmạch,bạncóthể truy cập các giá trị không gian trạng thái đầu vào, đầu ra và hiển thị các biến trạng tháinhưphasor.Bạncũngcóthểdùnggiaodiệnđểthayđổiđiềukiệnđầu.Giao diện khối Powergui cho phép bạn thực hiện trào lưu công suất với các mạch có máy 3phavàkhởitạocácmôhìnhmáy,vìvậymôphỏngbắtđầutrongtrạngtháiổn định.Đặctínhnàytránhquáđộlâuvìhằngsốthờigiancơkhícủamáy.Khối Powerguichophépbạnxácđịnhdảitầnmongmuốn,làmtrựcquanđườngcong điệnkháng,vàlưukếtquảvàokhônggianlàmviệc(workspace)khốiImpedance Measurement nối trong mạch. Chọn phương pháp tích phân 3 phương pháp giải có trong khối Powergui. Đó là: Phương pháp giải Continuous dùng phép giải biến bước Simulink Sự gián đoạn giải ở bước thời gian cố định Phương pháp giải Phasor dùng phép giải biến bước Simulink Continuous versus Discrete Solution MộtđặctínhquantrọngcủaSimPowerSystemslàkhảnăngmôphỏngcáchệ thống điện ngay cả với các thuật giải liên hợp bước biến liên tục hoặc cố định. Sử dụnghệthốnggiánđoạn.Đốivớicáchệthốngnhỏphươngphápliêntụcthường chođộchínhxáchơn.Thuậttoánbiếnbướcnhanhhơnvìsốbướcíthơnsovới phương pháp bước cố định khi so sánh về độ chính xác. Khi sử dụng đường chuyển mạchđiệntửcôngsuất,bướcbiến,cácthuậtgiảinhạycảmvớisựkiệnpháthiện dòng bằng 0 đi qua diode và thyristors với độ chính xác cao vì vậy bạn không quan sát được dòng biến đổi nhanh. Tuy nhiên, đối với các hệ thống lớn (có nhiều trạng thái hoặc các khối phi tuyến), hạn chế của phương pháp liên tục là nó rất chính xác do vậy làm mô phỏng chậm. Trong mỗi trường hợp nó là thuận lợi để gián đoạn hệ thống. Trong 2 phần sau, chúng ta giải thích 2 phương pháp này, những thuận lợi và hạn chế của chúng. "smallsize"và"largesize"cóýnghĩagì?Mặcdùphânbiệtlàkhôngrõràng, bạn có thể xét hệ thống kích thước nhỏ có chứa ít hơn 30 phần tử và ít hơn 6 khóa Simpower-system Page 119 of 545 điện tử. Máy cắt không ảnh hưởng nhiều đến tốc độ, bởi vì không giống như khóa điện tử công suất, chuyểnmạch từng chu kì, các thiết bị chỉ làmviệc gấp đôi thời gian trong giai đoạn kiểm tra. Phương pháp giải Phasor Nếubạnchỉquantâmbiênđộvàphacủaápvàdòngkhiđónghoặcmởkhóa, bạn không cần kết quả giải các phương trình khác (mô hình không gian trạng thái) từ sự ảnh hưởng củaR, L, C. Thay vào đó bạn có thể nhiều tập hợp đơn giản hơn các phương trình đại số liên quan phasor áp và dòng. Đây là cách thức mà phương pháp giải phasor thực hiện. Như tên ngụ ý của nó, phương pháp này tính điện áp và dòng như phasors. Phương pháp phasor là đặc biệt hữu ích trong việc nghiên cứu ổn địnhquátrìnhquáđộhệthốngcónhiềumáyphátvàđộngcơ.Trongvấnđềnày, chúng ta quan tâmkếtquả dao động điện cơtừ sự ảnh hưởng của quán tính và bộ điều chỉnh. Sự dao động này sinh ra sự điều chế biên độvà pha điện áp cơ bản và dòngởtầnsốthấp(đặcbiệtgiữa0.02Hzvà2Hz).Dovậyyêucầuthờigianmô phỏngkéodài(severaltensofseconds).Phươngphápgiảiliêntục(continuous) hoặc gián đoạn (discrete) là không thích hợp để giải quyết vấn đề này. Trong phương pháp mô phỏng phasor, bỏ qua các chế độ nhanh bằng cách thay thế phương trình khác của hệ thống bằng phương trình đại số. Do vậy thay thế mô hình không gian trạng thái hệ thống bằng ước lượng ma trận phức ở tần số cơ bản và các đầuvào liên quan (dòng domáybơmvào hệ thống) và các đầu ra (điệnáp đầu cuối của máy). Phương pháp giải phasor dùng mô hình không gian trạng thái rút gọn bao gồm các trạng thái chậm của máy, turbine, và bộ điều chỉnh, như vậy giảm bớt đáng kể thời gian mô phỏng yêu cầu. Phép giải biến bước liên tục là rất hiệu quả trongviệcgiảiquyếtvấnđềnày.Giớithiệucácphépgiảilàode15shoặcode23tb với bước thời gian cực đại 1 chu kì tần số cơ bản (1/60 s hoặc 1/50 s). Bạn phải nhớ rằng tuy kỹ thuật giải này nhanh hơn nhưng chỉ giải đối với tần số gần định mức. Mô phỏng với thuật giải hợp nhất liên tục Simulink cung cấp đa dạng phép giải. Hầu hết phép giải biến bước là tốt đối với mạch tuyến tính. Tuy nhiên mạch có mô hình phi tuyến, các mạch đặc biệt có máy cắt và thiết bị điện tử công suất, yêu cầu phép giải không đổi. Chnj thuật giải hợp nhất Ode23tb hoặc ode15s thường đạt tốc độ mô phỏng nhanh nhất với các thông số mặc định. Solverode23tb or ode15s Relative tolerance1e-3 Absolute toleranceauto Maximum step sizauto Initial step sizeauto Maximum order(for ode15s) = 5 Simpower-system Page 120 of 545 Thôngthường,bạncóthểchọndungsaituyệtđốivàkíchthướcbướccựcđại. Trongmộtsốtrườnghợpbạnphảigiớihạnkíchthướcbướccựcđạivàdungsai tuyệt đối. Chọn dung sai quá nhỏ có thể làm mô phỏng chậm. Chọn dung sai tuyệt đốiphụthuộcbiênđộmongmuốncựcđạicácbiếntrạngthái(dòngcảmvàáp dung). Ví dụ, nếu bạn làm việc với các bộ chuyển đổi công suất cao mà dòng và áp mong muốn là hàng ngàn volt và hàng ngàn ampe, dung sai tuyệt đối là 0.1 hoặc 1.0 là hiệu quả. Nếu bạn đang làm việc với các mạch công suất thấp có các giá trị cực đại 100 V và 10 A, bạn nên sử dụng dung sai tuyệt đối nhỏ hơn, là 0.001 hoặc 0.01. Mô phỏng khóa chuyển mạch và thiết bị điện tử công suất Sử dụng 2 phương pháp mô phỏng các khóa và thiết bị điện tử công suất: Nếu xétmô hình khóa toàn trở như 1 phầncủamạchtuyến tính.Mô hìnhkhônggiantrạngtháimạch,baogồmkhóađóngvàmở,dovậytính toán lại mỗi lần khóa mở hoặc đóng, sinh ra thay đổi trong mạch tôpô. Luôn dùng phương pháp này đối với khối Máy cắt (Breaker) và khối Ideal Switch bởi vì các thành phần này không có điện cảm trong. Nó cũng cung cấp khối DiodevàkhốiThyristor,vớiRon>0vàLon=0,vàUniversalBridgevới các thiết bị chuyển mạch lực. Nếu khóa có điện cảm nối tiếp (Diode và Thyristor có Lon > 0, IGBT, MOSFET,hoặcGTO),môphỏngkhóanhưnguồndòngdođiệnápđiều khiển thông qua các đầu cuối. Phần tử phi tuyến (với đầu vào điện áp và đầu ra dòng) nối hồi tiếp mạch tuyến tính, như hình 3-2. Dovậybạncóthểchọnmôphỏngdiodevàthyristorvớihoặckhôngvớiđiện cảmtrongLon.Tronghầuhếtcácứngdụng,khôngcầnthiếtxácđịnhđiệncảm Lon. Tuy nhiên, kết quả mạch tôpô chuyển mạch 0 hoặc góc gối lên nhau, bạn phải xác định điện cảm khóa Lon để trợ giúp chuyển mạch. Xét ví dụ như hình vẽ sau. Mạch này có trong mô hình bộ chỉnh lưu công suất. Cầuthyristorđượccungcấptừnguồnvôhạn(điệnkháng0)vìvậychuyểnmạch giữa các thyristor gần như là tức thời. Bộ chỉnh lưu Thyristor 3 pha có nguồn vô cùng lơn Nếubạnmôphỏngmạhnàymàkhôngcóđiệncảmtrongthyristor(Lon=0), quansátđỉnhdòngsautrong3đường.Điềunàyxảyravìtrongsuốtthờigian Simpower-system Page 121 of 545 chuyểnmạch2thyristornốivớicùngđầucuốidươnghoặcâmcủacầulàsựdẫn chu kì thời gian ngắn, cung cấp ngắn mạch pha-pha ở nguồn (xem hình 3-3). Trong thời gian chuyển mạch, giới hạn dòng chỉ bằng điện trở trong của thyristor (với Ron = 0.01 ohm, dòng đạt 7.35 kA (208**sin(30 o ) / (2*0.01) hoặc 245 lần dòng DC bìnhthườnglà30A).CóthểtránhngắnmạchbằngcáchdùngLon=1uHtrong môhìnhthyristor.Nếubạnlặplạimôphỏng,bạncódạngsóngdònghìnhvuông với giá trị đỉnh là 30 A. Nếubạnphóngtođườngdòngtrongthờigianchuyểnmạch,bạnkhámphára rằng sự chuyểnmạch là không tức thời. Thời gian chuyểnmạchtùy thuộc vàogiá trị Lon và dòng DC. Simpower-system Page 122 of 545 Hình 3-3: Nguồn dòng và áp tải DC với Lon = 0 và Lon = 1 uH Mô phỏng hệ thống gián đoạn BạnthựchiệngiánđoạnbằngcáchkéokhốiPowerguivàohệthốngcủabạn. Xácđịnhcụthểthờigianmẫutronghộphộithoại.Giánđoạnhệthốngdùng phương pháp Tustin, đẳng trị hợp nhất hình thang bước cố định. Để tránh các vòng đại số, gián đoạn máy điện dùng phương pháp Forward Euler. Kiểm soát độ chính xác mô phỏng băng bước thời gian bạn chọn gián đoạn. Nếu bạn dùng thời gian mẫu quá lớn, độ chính xác có thể không đủ. Chỉ có một cách để biếtlànếunócóthểchấpnhậnlặplạimôphỏngvớithờigianmẫukháchoặcso sánh với phươngpháp liên tục (continuous)và tìm thấythời gianmẫu lớnnhất có thể chấp nhận được. Thông thường thời gian mẫu là 20 us đến 50 us cho kết quả mô phỏngtốtnhấtchuyểnmạchquáđộởhệthống50Hzhoặc60Hzhoặchệthống dùngthiếtbịđiệntửcôngsuấtchuyểnđườngdâynhưlàdiodevàthyristor.Tuy nhiên, với hệ thống khóa điện tử công suất chuyển mạch, bạn phải giảm bước thời gian.Cácthiếtbịnày,transitorlưỡngcựccổngcáchly(IGBT),transistortrường (FET), và thyristor cổng ngắt (GTO) thường lam việc ở tần số đóng mở cao. Ví dụ, môphỏngbộchuyểnđổiđiềuchếđộrộngxung(pulse-width-modulated)(PWM) làm việc ở 8 kHz yêu cầu bước thời gian là 1 us hoặc thấp hơn. Lưuýrằngnếubạngiánđoạnmạch,bạncóthểvẫndùnghệthốngđiềukhiển liên tục. Tuy nhiên, tăng tốc độmô phỏng bằng cách sử dụng hệ thống điều khiển gián đoạn. Hạn chế của gián đoạn đối với mô hình phi tuyến Có một vài hạn chế đối với gián đoạn mô hình phi tuyến. Không cho phép gián đoạn các thiết bị điện tử chuyển mạch riêng Chophépgiánđoạnmạchcóthiếtbịđiệntửcôngsuấtchuyểnmạch(IGBT, GTO,hoặcMOSFET)chỉvớikhốiUniversalBridge.Khôngchophépgiánđoạn các mạch có thiết bị chuyển mạch riêng. Ví dụ, thử gián đoạn bộ chuyển mạch DC lưu mạch trong mô hình power_buckconv sinh ra câu cảnh báo sau: Simpower-system Page 123 of 545 Một mạch có khóa chuyển mạch riêng không thể gián đoạn Trongmạchnày,mởGTOdẫngầnnhưtứcthờimở.Nếugiánđoạnmạch,mở diode trễ một bước, và thay đổi nhanh dòng cảm sinh ra quá điện áp lớn. Tuy nhiên, với mạch tôpô bộ chuyển đổi quy ước như trong trường hợp cầuUniversal Bridge, biếttrướctươngtácchuyểnđổi.Vídụ,trongbộchuyểnđổi6khóaIGBT/Diode (xem hình 3-4), mở IGBT1 là nguyên nhân gây ra sự chuyển dẫn tức thời D2 trong cùngphía.Khiđịnhtrướcmạchtôpô,nócóthểmởdiodetrongcùngbướckhi IGBTmở.Bạnnênsửdụngphươngphápliêntụcnếubạnthíchsửdụngcáckhối IGBT và Diode riêng biệt để mô phỏng hoàn thiện bộ chuyển đổi. Hình 3-4: Mô phỏng bộ chuyển đổi IGBT bằng cầu Universal Simpower-system Page 124 of 545 Yêu cầu tải cực tiểu ở đầu cuối máy Khi dùng máy điện trong hệ thống gián đoạn, bạn có thể phải dùng tải trở kí sinh nhỏ, nối ở các đầu cuối của máy, để tránh những giao động số. Thời gian mẫu lớn yêu cầu tải lớn. Tải trở cực tiểu là cân đối với thời gian mẫu. Theo kinh nghiệm nhớ rằng với bước thời gian là 25 us trong hệ thống 60 Hz, tải cực tiểu xấp xỉ 2.5% công suấtđịnhmứcmáy.Vídụ,mộtmáyđồngbộ200MVAtronghệthốngcôngsuất gián đoạn có thời gian mẫu là 50 usyêu cầu tải trở xấp xỉ5% hoặc 10 MW. Nếu giảm thời gian mẫu xuống 20 us, tải trở 4 MW là hiệu quả nhất. Lon = 0 dùng cho Diode và Thyristor trong mạch gián đoạn Diodevàthyristordùngtrongmạchgiánđoạnphảicóđiệncảmtrongbằng không.NếubạngiánđoạnmộtmạchcódiodehoặcthyristorcóLon>0, SimPowerSystems nhắc bạn với cảnh báo rằng Lon sẽ đặt lại là 0. Tăng tốc độ mô phỏng Mỗi phương pháp thích hợp (liên tục, gián đoạn, hoặc phasor), loại giải và chọn các thông số, có các bước thêm vào bạn có thể tối ưu hóa tốc độ mô phỏng: Gián đoạn mạch và hệ thống điều khiển. Bạn có thể sử dụng ngay cả thời gian mẫu lớn cho hệ thống điều khiển, miễn là bội số thời gian mẫu bé nhất. Mô phỏng các hệ thống lớn hoặc các bộ chuyển đổi điện tử công suất phức tạp có thể gây tốn nhiều thời gian. Nếu bạn phải lặp lại mô phỏng nhiều lầntừđiểmlàmviệcđặcbiệt,bạncóthểlưuthờigianbằngcáchxácđịnh mộtvectơtrạngtháiđầutronghộphộithoạiSimulation-->Simulation parameters --> Workspace IO. Vectơ này là điều kiện đầu phải lưu từ lần chạy mô phỏng trước. Giảm số scope mở và số điểm lưu trên scope cũng giúp giảm thời gian mô phỏng. Nếu bạn có cài đặt tùy chọn Simulink Performance Tools, bạn có thể dùng Accelerator. Lợi ích thu được từ Accelerator thay đổi kích thứoc và độ phức tạp của mô hình. Tiêu biểu bạn có thể cải thiện thực hiện mong muốn bằng hệ số từ 2 đến 10. Dùng Accelerator Mode và Real-Time Workshop GiảithíchchếđộSimulinkAcceleratortronghướngdẫnSimulinkuser'sguide. BộtăngtốcSimulinktăngtốcđộthựchiệncácmôhìnhSimulinkbằngcáchthay thế mã M chạy ở các khối Simulink với mã được tổng hợp như mô hình thực hiện. Simulink Accelerator dùng phần chia Real-Time Workshop (RTW) để sinh mã trên khoảngchia.MặcdùSimulinkAcceleratordùngkỹthuậtRTW,Real-Time Workshopkhôngyêucầuchạynó.Cũngvậynếubạnkhôngcócàiđặttrìnhsoạn thảo C, bạn có thể dùng trình soạn thảo lcc C do MATLAB cung cấp. ĐểthựchiệnSimulinkAccelerator,chọnAcceleratorthayvìNormaltrong menu Simulation cửa sổ mô hình. Cách khác, chọn Accelerator ở menu kéo xuống từ bên phải và ở dưới menu Simulation. BảngsauchothấylợiíchcáckiẻuthựchiệnvớisựgiánđoạnvàSimulink Acceleratorthểhiệntrong2vídụsau:điềukhiểnDCdùngthayđổinhanhvàbộ Simpower-system Page 125 of 545 chuyển đổi AC-DC dùng 3 pha, 3 mức bộ chuyển đổi áp nguồn. 2 version mô hình điềukhiểnDCcótrongthưviệnDemos:versionliêntục,power_dcdrive,và version gián đoạn, power_dcdrive_disc. Bộ chuyển đổi AC-DC là có sẵn như ví dụ power_3levelVSC. Thời gian mô phỏng (giây)* Phương pháp mô phỏngDC drive (Stop time = 1 s) AC-DC converter (Stop time = 0.15 s) Continuous: ode23tb default parameters 175-- Discrete23 (Ts = 10 µs)25 (Ts = 5 µs) Discrete + Accelerator10 (Ts = 10 µs)8.4 (Ts = 5 µs) * Yêu cầu cấu hình máy tính để mô phỏng là bộ vi xử lý Pentium II 500 MHz, có 128MB RAM Bảng sau đưa ra cách gián đoạn mạch thúc đẩy tốc độ mô phỏng bằng hệ số7.6 cho điều khiển DC. Dùng chế độ Accelerator, một hệ số bổ sung 2.3 thu được nhiều lợiíchkhithựchiện.Vớicácmôhìnhbộchuyểnđổiđiệntửcôngsuấtphứctạp, Accelerator cung cấp độ lợi thực hiện lên tới hệ số 10. Totakefulladvantageoftheperformanceenhancementsmadepossibleby convertingyourmodelstocode,bạnphảidùngReal-TimeWorkshoptogenerate stand-alone C code. You can then compile and run this code and, with xPC Target, also run it on a target PC operating the xPC Target real-time kernel. Thưviệnmôhìnhphituyến(TheNonlinearModel Library) Xây dựng mô hình để sử dụng tập hợp mô hình Simulinkmạch phi tuyến lưu ở thư viện tên powerlib_models. Thông thường bạn không cần làm việc với thư viện powerlib_models. Tuy nhiên bạn có thể phải xem xét bên trong mô hình hoặc thay đổi chúng cho các ứng dụng đặc biệt. Bạn có thể truy cập thư viện bằng cách đánh lệnh powerlib_models ở cửa sổ lệnh của MATLAB. Thư viện powerlib_models Thư viện Continuous Thư viện Continuous có 2 kiểu khối: Simpower-system Page 126 of 545 Các mô hình máy liên tục mô phỏng nguồn dòng, chống sét, máy biến áp bảo hòa, và thông số đường dây phân phối Các khóa logic dùng các thiết bị điện tử công suất đảm bảo: máy căt, diode, cầu 3 mức, thyristor, cầu tổng quát, và thiết bị chuyển mạch riêng biệt. Mô phỏng khối phi tuyến bằng nguồn dòng Các khối này dùng đầu vào áp (đầu ra mô hình không gian trạng thái mạch tuýen tính) và cung cấpđầura dòng vàomô hình không gian trạng thái.Đối với cácmô hình phức tạp, như các máy điện yêu cầu nhiều đầu vào và đầu ra, sử dụng tín hiệu vectơ. Hầu hết các mô hình cũng trả lại các tín hiệu bên trong hữu ích trong vectơ đầu ra m. Ví dụ, lưu mô hình máy không đồng bộ (Asynchronous Machine) trong khối tên asynchronous_machine. Mô hình dùng như một vectơ đầu vào 4 điện áp, 2 điện áp rotor và 2 áp stator tương ứng: (VabR, VbcR, VabS, VbcS). Nó trả lại vectơ 4 dòng, 2 dòng và 2 dòng stator tương ứng: (IaR, IbR, IaS, IbS). Mô hình cũng trả lại vectơ đo lương dầura 20 tín hiệu. Khisử dụng khốiAsynchronousMachinetừ thư viện powerlib, vectơ đo lường đầu ra có thể truy cập thông qua đầu ra m icon máy. Bạn có thể có chi tiếtmô hình đâu fvào và đầu ra từ tài liệu powerlib và các icon khố powerlib_models. Logic khóa và các thiết bị điện tử công suất Đối với khóa và các thiết bị điện tử công suất, các khối có duy nhất logic trở về trạngtháikhóa(mởhoặcđóng).TrạngtháikhóathôngquahàmS-function,tính toán lại mô hình không gian trạng thái mạch tuyến tính mỗi lần trạng thái khóa thay đổi. Đầu ra m là một vectơ trả lại dòng và áp khóa. Đầu ra i trả lại dòng các thiết bị chuyển đổi như là IGBT và GTO. Tất cả logic khóa là vectơ. Điều này có nghĩa là Simpower-system Page 127 of 545 sửdụngmộchếđộbằngpower_analyzeđểmôphỏngtấtcảcácthiếtbịcócùng kiểu. Thư viện gián đoạn (Discrete Library) Thư viện Discrete có phiên bản gián đoạn các mô hình liên tục trình bày ở trên. Thư viện Phasor (Phasors Library) Thư viện Phasorscó các phiên bảnphasormột vài mô hình liên tục trình bàyở trên. Xem Modeling Simple Systems để co chi tiết hơn về mô phỏng phasor. Thư viện Switch Current Source Thư viện này có các thiết bị điện tử công suất, mô phỏng bằng nguồn dòng bên ngòai mạch tuyến tính. CácthiếtbịnàylàdiodevàthyristorcóLon>0,và3thiếtbịchuyểnmạch: GTO, MOSFET, và IGBT. Tất cả các mô hình là liên tục và có điện cảm trong, cho phép bạn điều khiển những chuyển tiế nhanh các bộ chuyển đổi. Như là máy điện, các mô hình này dùng áp đầu vào (đầu ra mô hình không gian trạng thái mạch tuyến tính) và cung cấp dòng đầu ra của chúng vào mô hình không gian trạng thái. Tất cả các mô hình là vectơ. Những hạn chế mô hình phi tuyến (Nonlinear Model) Vìmô phỏng cácmôhình phi tuyến như các nguồn dòng, chúngkhông thể nối nối tiếp với điện cảm và các đầu cuối không thể để mở. Nếubạnnốiquanguồncảm,power_analyzenhắcbạncâunhắnlỗi.Bạncóthể tránh điều này bằng cách nối điện trở lớn song song với điện cảm nguồn hoặc thông qua đầu cuối máy. Mộtmạch đệm RC nối tiếp bao gồmmô hình khối Breaker và cáckhối điện tử công suất. Bạn sẽ không có bất cứ vấn đề gì nếu bạn giữ lại mạch đệm. Có thể thay đổi mạch đệm thành một điện trở bằng cách đặt Cs là Inf, hoặc tụ bằng cách đặt Rs = 0. Để loại bỏ bộ đệm bạn đặt Rs = Inf hoặc Cs = 0. Thay đổi mô hình phi tuyến thư viện powerlib_models Đểsửdụngthưviệnpowerlib_modelscủabạn,đầutiênbạnphảicopyfile powerlib_models.mdl và thư mục đang làm việc hoặc bất kì thư mục nào khác. Nếu bạn đang sử dụng thư mục khác thư mục hiện hành, bạn phải xác định thư mục mới nàyởđườngdẫntìmkiếmtrongMATLABtrướckhithestandardblockset directory. Rồi bạn có thể tùy biến thư viện powerlib_models mới này, miễn là bạn không thayđổitênkhối,sốđầuvàovàđầura,vàsốthôngsốtrơnghộphộithoạicủa Simpower-system Page 128 of 545 chúng.Lầnchạymôphỏngtiếptheo,nhữngsựthayđổinàythựchiệnhiệuquả trong mạch của bạn. Tạo thư viện mô hình riêng SimPowerSystems cung cấp thay đổi các khối cơ bản để xây dựng các khối phức tạp hơn. Dùng đặc tính mặt nạ Simulink, bạn có thể tập hợp vài khối cơ bản từ thư viện powerlib vào hệ thống con, xây dựng hộp hội thọai thông số cho chính mình, tạo biểu tượng khối mong muốn, và thay thế khối mới này trong thư viện riêng của bạn. Mô hình các hệ thốngđơn giản (Modeling Simple Systems) giải thích cách xây dựngmôhìnhphituyếndùngkhốiVoltageMeasurementvàkhốiControlled CurrentSource.Cácvídụđưara(mộtđiệncảmphituyếnvàmộtđiệntrởphi tuyến) là tương đối đơn giản. Dùng nguyên lý tương tự bạn có thể phát triển các mô hình phức tạp hơn nhiều dùng nguồn dòng điều khiển là thông dụng nhất hoặc ngay cảnguồnápđiềukhiển.Liênquanđếnxâydựnghướngdẫnvàtùybiếncácmô hình phi tuyến. Thay đổi thông số mạch Mỗilầnbạnthayđổithôngsốcáckhốithưviệnpowerlib,bạnphảikhởiđộng lại mô phỏng để ước lượng mô hình không gian trạng thái và cập nhật các thông số mô hình phi tuyến. Tuy nhiên bạn có thể thay đổi bất kì thông số nguồn nào (Biên độ, tần số, pha) trong khi mô phỏng. Sự thay đổi xảy ra ngay khi bạn thực hiện thay đổi hoặc đóng menu khối nguồn. NhưcáckhốiSimulink,tấtcảcácthôngsốkhốithưviệnpowerliblàphảixác định trong hộp hội thoại có thể chứa các biểu thức MATLAB dùng tên biến kí hiệu (symbolic). Trước khi chạymô phỏng, bạn phải ấn định giá trị của mỗi biến trong khônggianlàmviệccủaMATLAB.Điềunàychophépbạnthựchiệnnghiêncứu ma trận tham số bằng cách thay đổi giá trị thông số trong scriptMATLAB. Ví dụ MATLAB Script thực hiện nghiên cứu thông số Mục đích là bạn muốn thực hiện nghiên cứu thông số với tên mạch là my_circuit để tìm ảnh hưởng khi thay đổi điện cảm ở quá độ đóng mở. Bạn muốn tìm quá điện áp lớn nhất và giá trị điện cảm mà nó đã xảy ra. GiátrịđiệncảmcủamộttrongnhữngkhốichứabiếnL1,nênđịnhnghĩatrong khônggianlàmviệc.L1thayđổitrong10bướctừ10mHđến100mHvàgiátrị kiểmtralưutrongmộtvectơ,L1_vec.Dạngsóngđiệnápđểphântíchlưutrong khối ToWorkspace trong định dạng ma trận với tên biến là V1. Bạn có thể viết vòng MATLAB M-file với 10 giá trị điện cảm và hiển thị trường hợp xấu nhất. L1_vec= (10:10:100)*1e-3; % 10 inductances values 10/100 mH V1_max=0; for i=1:10 L1=L1_vec(i); fprintf('Test No %d L1= %g H\n', i, L1); sim('my_circuit'); % performs simulation Simpower-system Page 129 of 545 % memorize worst case if max(abs(V1))>V1_max, imax=i; V1_max=max(abs(V1)); end end fprintf('Maximum overvoltage= %g V occured for L1=%g H\n', V1_max, L1_vec(imax)); Systems with Electric Drives ChươngnàygiớithiệuthưviệnElectricDrivescủaSimPowerSystems.Đâylà thư viện đặc biệt được thiết kế cho các kỹ sư muốn dễ dàng và hợp nhất chính xác điều khiển điện trong mô phỏng hệ thống điện AbouttheElectricDrives Library TrìnhbàythưviệnElectricDrives:nộidungvà thuận lợi cho người sử dụng. Getting StartedThông tin cơ bản điều kkhiển điện, bao gồm cách trình bày và đặc tính thư viện đồ thị giao diện người dùng (GUI). SimulatingaDCMotor Drive Vídụtừngbướccáchmôphỏngmôhìnhđiều khiển DC. SimulatinganACMotor Drive Vídụtừngbướccáchmôphỏngmôhìnhđiều khiển AC. Mechanical ModelsTrình bày khối cơ khí và khối bộ giảm tốc. MechanicalCouplingof Two Motor Drives NghiêncứughépnốicơkhíAC4(DTCthree- phaseinductionmotor-baseddrive)vàDC2(single- phase dual-converter DC motor drive) blocks. Winding MachineStudyofawindingmachinedrivenbytheDC3 (two-quadrantthree-phaserectifierDCmotordrive) block. RobotAxisControlUsingStudy of a six degrees-of-freedom robot driven by Simpower-system Page 130 of 545 Brushless DC Motor Drive theAC6(điềukhiểnđộngcơDCkhôngchổithan) blocks. Building Your Own DriveNghiêncứucáchxâydựngmôhìnhđiềukhiển động cơ tùy thuộc yêu cầu cụ thể. About the Electric Drives Library ThiếtkếthưviệnElectricDriveschocáckỹsưmuốnliênkếtdễdàngvàđiều khiểnchínhxácmôphỏnghệthống.Mộtgiaodiệnđặcbiệtthểhiệncácthôngsố chọnđiềukhiểntronghệthốngtôpô,dovậyđơngiảnhóasựđiềuchỉnhngườisử dụng có thể muốn đưa đến giá trị mặc định. Rồi chúng có thể không ghép nối để sử dụng các toolboxe hoặc blockset để phân tích khuynh hướng của thời gian hoặc tần sốsựtácđộngqualạiđiềukhiểnđiệnvớihệthống.Thưviệnlàrấthữuíchkhi whenapowerfuldrivehastobecarefullymaneuveredwithoutignoringthe operating limits of theload on one side and of the power source onthe other side. Một ví dụ hay là hệ thống điều khiển điện xe hơi có thể đóng mở trong một vài milli giây từ điều khiển bánh xe để nạp pin khi ăn khớp các bánh xe. Các kỹ sư và nhà khoa học có thể nhanh chóng làm việc với thư viện. Thư viện có 7 loại điều khiển dòng một chiều (DC) điều khiển trong hệ thống công nghiệp và vậnchuyển,sixalternatingcurrent(AC)drivesprovidingmoreefficientand versatilemotorsfromtractiontopositioningdevices,andshaftandspeedreducer models useful for connecting to the motor a model of load made of Simulink blocks. Anaddedvalueofthelibraryareparametersthatassurethevalidityofthemotor, the power converters,và hệ thống điều khiển. Khi thiết kế thư viện, một lưu ý đặc biệtđốivớimôhìnhđộngcơbycomparingthemodels'behaviortothepublished dataofthemajormanufacturers.Numerousexamples,demosorcasestudiesof typicaldrivesaresuppliedwiththelibrary.Hopefully,typicalusersystemsare similartotheseanalyzedsystems,therebysavingtimeinbuildingthepractical system and supplying a known reference point in the analysis. ĐểtruycậpthưviệnElectricDrives,mởthưviệnchínhSimPowerSystems, powerlib,rốinhấpđôibiểutượngApplicationsLibraries.Mộtcửasổmớichứa những biểu tượng các thư viện Electric Drives, FACTS, và DR, như hình minh họa sau. Simpower-system Page 131 of 545 Accessing the Electric Drives Library Getting Started Để làm chủ thư viện Electric Drives, bạn phải ó 1 vài hiểu biết về điều khiển điện cơ bản và biết cách chạy mô phỏng trong môi trường Simulink. Phần này và 3 phần tiếptheogiớithiệuchobạnđiềukhiểnDCvàACcơbảnthôngquacácvídụmô phỏng đơn giản. Simpower-system Page 132 of 545 What Is an Electric Drive? Điềukhiểnđiệnlàhệthốngthựchiệnchuyểnđổinănglượngđiệnthànhnăng lượngcơởnhữngtốcđộcóthểđiềuchỉnh.Đâylàlýdotạisaođiềukhiểnđiện cũngcóthểgọilàđiềuchỉnhtốcđộ(ASD).Hơnnữađiềukhiểnđiệnchúngtasẽ xét sau, luôn chứa sự điều chỉnh dòng (hoặc mômen) để cung cấp dòng điều khiển antoànchođộngcơ.Dođóđiềuchỉnhmômemhoặctốcđộlàcóthểchốnglại trong trạng thái ổn định đặc tính mômen/tốc độ bất kì tải cơ nào. Động cơ này có tải cơ phù hợp có nghĩa là hiệu quả năng lượng tốt hơn và đưa đến tổn hao năng lượng thấphơn.Ngoàiratrongthờigianchukìquáđộgiatốcvàgiảmtốc,điềukhiển điện cung cấp động lực nhanh và cho phép khởi động hoặc dừng êm. Một số lớn ứng dụng yêu cầu mômen và tốc độ phải thay đổi để chống lại tải cơ. Vận chuyển điện có nghĩa là, thang máy, ổ đĩa máy tính, máy công cụ, và robot là những ví dụ ứng dụng hiệu quả cao ở đó theo dõi rất chính xác những chuyển động mong muốn chống lại mặt cắt thời gian. Bơm, quạt, dây chuyền, và HVAC (nhiệt, quạt,điềuhòa)lànhữngvídụgiảmthựchiệnứngdụngởđósựlàmviệctốcđộ thay đổi có nghĩa là dự trữ năng lượng. 3 thành phần chính điều khiển điện Một điều khiển điện có 3 thành phần chính: Động cơ điện Bộ chuyển đổi điện tử công suất The drive controller Hìnhvẽsauchỉratôpôcơbảnđiềukhiểnđiện.Bêncạnh3thànhphầnchính, hình vẽ còn đưa ra một nguồn công suất, một tải cơ, sensor điện và chuyển động, và một giao diện người sử dụng. Electric Drive Basic Topology Độngcơdùngtrongđiềukhiểnlàcảđộngcơ1chiều(DC)hoặcxoaychiều (AC). Sử dụng động cơ định nghĩa phân loại điều khiển là điều khiển động cơ một chiều DC và điều khiển động cơ xoay chiều AC. Thật dễ dàng sản sinh nguồn điện áp DC thay đổi cho dải độ rộng điều khiển tốc độ làm cho điều khiển động cơ DC bằngđiệnđượcưachuộngvàonhữngnăm1960.Rồinhữngbướcpháttriểncảu điện tử công suất kết hợp với những điều khiển đáng lưu ý trên nền bộ vi điều xử lý Simpower-system Page 133 of 545 mở đường cho sự phát triển điều khiên động cơAC. Trong những năm 1990, điều khiển động cơ AC lấy lại những ứng dụng biến tốc độ hiệu quả cao. Bộ chuyển đổi điện tử công suất đưa ra biến điện áp và tần số AC từ nguồn công suất điện. Có rất nhiều loại bộ chuyển đổi tùy thuộc vào loại điều khiển điện. Điều khiểnđộngcơDCdựavàobọchỉnhlưuđiềukhiểnpha(bộchuyểnđổiAC-DC) hoặcbộchuyểnđổinhanh(bộchuyểnđổiDC-DC),trongkhiđiềukhiểnđộngcơ ACdùngbộchuyểnđổi(bộchuyểnđổiDC-AC)hoặcbộchuyểnđổicyclo(bộ chuyển đổi AC-AC). Thành phần cơ bản cẩu tất cả các bộ chuyển đổi điện tử côang suấtlàcáckhóađiệntửcôngsuất,màlàcảbánđiềukhiển(điềukhiểntrạngthái đóng), như trong trường hợp thyristor, hoặc điều khiển hoàn toàn (điều khiển trạng tháiđóngvàmở),nhưlàtrongtrườnghợpkhốiIGBT(transistorlưỡngcựccổng cách điện) và GTO. Đặc tính có thể điều khiển khóa điện tử là cho phép bộ chuyển đổi đưa ra biến điện áp và tần số AC. Mục đích của bộ điều khiển thực chất là chuyển đổi mặt cắt mômen/tốc độ điều khiển mong muốn thành xung khởi động cho bộ chuyển đổi điện tử công suất, tính đến hồi tiếp am các biến điều khiển thay đổi (dòng, tốc độ …) bằng các sensor. Để hoànthiệnđiềunàybộđiềukhiểnđầutiêndựavàobộđiềuchỉnhdòng(hoặc mômen). Bộ điều chỉnh dòng la bắt buộc vì như đã đề cập ở trước, nó bảo vệ động cơbằngsựđiềuchỉnhgầnchínhxácdòngđộngcơ.Điểmtậphợp(SP)bộđiều chỉnhnàycóthểcungcấpngoàinếuđiềukhiểnlàđiềuchỉnhmômen,hoặctrong bằngbộđiềuchỉnhtốcđộnếuđiềukhiểnlàđiềuchỉnhtốcđộ.Trongthưviện SimPowerSystems Electric Drives,bộ điều chỉnh tốc độ nối tiếp với bộ điều chỉnh dòngvàdựavàobộđiềukhiểnPIcó3đặctínhquantrọng.Đầutiên,tốcđộbiến thiên SP là có hạn vì vậy tốc độ mong muốn dốc dần tới SP, để tránh các bước thay đổi đột ngột. Thứ 2 bộ điều chỉnh tốc độ đầu ra là SP cho bộ điều chỉnh dòng bị giới hạnbởicậntrênvàcậndưới.Cuốicùng,cũnggiớihạncácphầnnguyênđểtránh kết thúc. Hình vẽ sau đưa ra sơ đồ khối bộ điều chỉnh tốc độ cơ bản PI. Block Diagram of the PI Controller-Based Speed Regulator Sự làm việc của các góc phần tư Vớimõiứngdụngđiềukhiểnđiện,điềukhiểntảicơkhícóyêucầugiátrịđặt đặc biệt. Mômen/ tốc độ có thể của điều khiển điện có thể thể hiện như tốc độ chống lại đồ thị mômen 4 góc phần tư. Trong góc phần tư thứ nhất, mômen điện và tốc độ códấudương(+),thểhiệnhướngmômenđiệnlàhướngchuyểnđộng.Tronggóc phần tư thứ hai, mômen điện có dấu âm và tốc độ dấu dương, thể hiện hướng hãm từ mômen điện là nghịch với hướng chuyển động. Trong góc phần tư thứ 3, dấu của mômen điện và tốc độ là âm, thể hiện chuyển động ngược.Tronggóc phần tư thứ tư,dấumômenđiệnlàdươngvàtốcđộlàâm,thểhiệnhãmngược.Điềukhiển Simpower-system Page 134 of 545 truyềnđộnghãmbằngbộđệmhãm(hãmđộng)hoặcbằngtràolưucôngsuất2 chiều (hãm tái sinh). Hình sau minh họa the miền làm việc của 4 phần tư điều khiển điện. Mỗi phần tư cómiềnmômenhằngtừ0đến+/-tốcđộđịnhmứce b vàmiềnmàmômengiảm theo đường cong với tốc độ từe b đến tốc độ cực đạie max . Miền thứ 2 này là miền công suất hằng và có được bằng cách giảm từ thông kích từ cho động cơ. Sự làm việc của 4 góc phần tư của điều khiển điện A New User Interface Cácmôhìnhđiềukhiểncungcấptrongthưviệnlàtươngđốiphứctạpvàcó nhiều thông số. Thư viện Electric Drives cung cấp GUI mới cho tất cả các mô hình. GUI mới giúp đỡ tất cả các chức năng mà bạn mong muốn từ sự có mặt của mặt nạ Simulink, công thêm một vài đặc tính mới, như phác thảo ở dưới. General Layout of the Library's GUIs Cách trình bày tổng quát GUIs giống như mặt nạ Simulink. Một mô tả ngắn xuất hiện phía trên, nhập thông số vào phần giữa, và thay thế các nút ở bên dưới. Chia phần thông số vào 3 tab ở phía trên, cho tất cả các mô hình điều khiển cung cấp trong thư viện. Bạn nhập thông số liên quan vào máy điện, các bộ chuyển đổi và nút DC, và các điều khiển ở tab đầu, tab thứ 2 và thứ 3 tương ứng. Hình sau minh họahướngdẫnSelf-ControlledSynchronousMotorDrivetabControllerlàm việc. Simpower-system Page 135 of 545 Các đặc tính GUI mới GUI mới trợ giúp cùng chức năng như mặt nạ Simulink. Bạn có thể nhập các giá trịsốthôngsố,cácbiểuthứcMATLABhợplệ,vàbiếnMATLAB.Mộtsựkhác biệtgiữaGUIvàmặtnạSimulinklàbạnchỉcóthểnhập1giátrịvàotrongmỗi trường đầu vào (ví dụ không cho phép các vectơ và mảng). Các đặc tính mới (đối với những mặt nạ Simulink) phác thảo ở dưới. Thông số hợp lệ GUI được thiết kế để báo hiệu những thông số sai càng sớm càng tốt. Từ đó nếu bạn nhập hằng số không hợp lệ (cho ví dụ 1.2.3 hoặc --2) mô hình điều khiển trong GUI, một lỗi hiện lên nhanh chóng bạn vứt bỏ thông số không hợp lệ (ví dụ nếu bạn thử thay đổi tham số khác trong GUI). Các biến được xem khác nhau đôi chút. Nếu bạnnhậptênbiếnmàkhôngcóđịnhnghĩatrongkhônggianlàmviệcMATLAB, hoãnlạithôngsốhợplệchođếnkhibạnkhởiđộnglạimôphỏngsơđồchứamô hình. Lưu thông số trong File Bạn có thể xem hình vẽ trước là GUIs có các nút thông dụng có ở phía dưới mặt nạ Simulink, thêm vào 2 nút mới, Load và Save. Nút Save cho phép bạn lưu trong Simpower-system Page 136 of 545 một file hoàn chỉnh các thông số nếu GUI.Định dạng file là định dạng tiêu chuẩn nhị phânMATLAB (.MAT).nút Load cho phép bạn khôi phục phần thông số lưu trướcđóđốivớilaọiđiềukhiểnđãcho(vidụ:AC1,DC2,v..v..).Khibạntảitập hợpcácthôngsố,kiểuthôngsốđiềukhiểnđãlưuđượcsosánhvớikiểumôhình điềukhiểnbạnđangtảithôngsốvào,đểđảmbảolàbạnđangtảinhữngthôngsố phù hợp với mô hình. KhibạndùngnútLoad,hộphộithoạixuấthiệnsẽchỉvàothưmụccàiđặt MATLABcóchứatiêuchuẩncàiđặtthôngsốcungcấpchotấtcảcácđiềukhiển trong thư viện. Tuynhiên,khibạndùngnútSave,hộphộithoạixuấthiệnsẽchỉvàothưmục làm việc hiện hành trong không gian làm việc của MATLAB. Displaying the Controller's Schematic Thêm vàonút Schematic ở góc cao bên phải tab bộ điều khiểntrong tất cả các mô hình điều khiển. Khi bạn nhấp nút này, sơ đồ điều khiển mô hình điều khiển sẽ xuất hiện trong một của sổ mới. Advanced Usage Mộtlưuýquantrọnglànếubạnmuốnvôhiệuhóamốiliênkếtgiữamộtmô hình điều khiển và thư viện của nó, GUI mới sẽ không tồn tại để thể hiện mô hình đặc biệt đó. Nhấp đôi chuột vào mô hình trong những điều kiện như vậy sẽ đơn giản làmởhẹthốngcon,nhưtrongtrườnghợphệthốngconSimulinkkhôngmặtnạ. Bạncóthểnhậpthôngsốtrongmặtnạriênghệthốngconđượcsoạnthảotừmô hình điều khiển. Lưu ý rằng ở trạng thái "tiêu chuẩn" (ví dụ: liên kết), vô hiệu hóa những mặt nạ này để đảm bảo rằng GUI mức cao là chỉ thay thế các thông số có thể thay đổi. Đây là yêu cầu đảm bảo đồng bộ hóa thích hợp 2 mức giao diện ngườii dùng (ví dụ: GUI mới và mặt nạ của những hệ thống con bên dưới). Mô phỏng điều khiển động cơ DC TrongphầnnàybạnhọccáchsửdụngmôhìnhđiềukhiểnDCcủathưviện SimPowerSystems Electric Drives. Đầu tiên, chúng ta xác định kiểu động cơ, các bộ chuyển đổi, và các bộ điều khiển dùng trong 7 mô hình điều khiển DC của thư viện, thiết kế từ DC1 đến DC7. 7 mô hình này dựa vào động cơ chổi thanDC trong thư viện Electric Drives. Như trong bất kì động cơ điện nào, động cơ chổi than DC có 2 phầnchính,phầnstator(tĩnh)vàphầnrotor(cóthểchuyểnđộng).Độngcơchổi than DC cũng có 2 kiểu cuộn dây, cuộn kích từ hoặc cuộn trường và cuộn dây phần ứng. Như tên gọi của nó, cuộn trường dùng để sinh từ trường kích thích trong động cơ khi mà lõi phần ứng mang dòng cảm động cơ. Từ hằng số thời gian (L/R) omạch phần ứng là nhỏ hơn nhiều lần cuộn từ trường, điều khiển tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng là nhanh hơn so với thay đổi điện áp. Do vậy cung cấp kích từ từ hằngsốđiệnápnguồnDCtrongkhicuộndâyphầnứngđượccungcấptừnguồn DC thay đổi. Nguồn mới sinh ra từ bộ chuyển đổi thyristor điều khiển 3 pha cho mô hìnhDC1đếnDC4vàbằngbộđệmtransistorchomôhìnhDC5,DC6,vàDC7. Cung cấp bộ chuyển đổithyristor bằng nguồn 1 pha AC trong trường hợp DC1 và DC2vàbằngnguồn3phaACtrongtrườnghợpDC3vàDC4.Cuốicùng,7mô Simpower-system Page 137 of 545 hình DC có thể làm việc trong các góc phần tư. Tổng hợp tất cả các khả năng này trong bảng sau. DC Models Mô hìnhLoại chuyển đổiGóc phần tư làm việc DC1Bộ chuyển đổi 1 pha thyristor I-II DC2Bộ chuyển đổi 1 pha thyristorI-II-III-IV DC3Bộ chuyển đổi 3 pha thyristorI-II DC4Bộ chuyển đổi 3 pha thyristorI-II-III-IV DC5Bộ đệm I DC6Bộ đệmI-II DC7Bộ đệmI-II-III-IV Hãm tái sinh LàmviệcởphầntưthứIIvàIVtươngứnghãmthuậnvàngược.Vớimôhình DC của thư viện Electric Drives, hãm này sinh ra nghĩa là năng lượng động học của hệ thống tải động cơ chuyển đổi từ năng lượng điện và trả lại cho nguồn công suất. Thuvềtràolưucôngsuất2chiềunàybằngcáchchuyểnđổikếtnốiđộngcơkhi dòng trở nên vô hiệu (DC1 và DC3) hoặc bằng cách sử dụng bội chuyển đổi thứ 2 (DC2vàDC4).Cả2phươngphápchophépchuyểnđổidòngđộngcơđểtạo mômenđiệnngượchướngchuyểnđộng.MôhìnhđiềukhiểnDCbộđệm(DC5, DC6, DC7) sinh ra hãm tái sịnh theo cách tương tự. Ví dụ: Bộ chuyển đổi Thyristor cơ bản điều khiển độngc cơ DC Trong ví dụ này bạn sẽ xây dựng và mô phỏng bộ chuyển đổi thyristor đơn giản điều khiẻn động cơ DC như hình 4-1. Hình 4-1: Ví dụ mạch điều khiển động cơDC bằng bộ chuyển đổi thyristor cơ bản Simpower-system Page 138 of 545 Đây là ví dụ từng bước minh họa việc sử dụng mô hình DC3 với thông số động cơ 200 hp DC đặt trong thời gian điều chỉnh tốc độ. Mô hình khối DC3 điều khiển bộ chuyển đổi 3 pha 2 góc phần tư. Trong ví dụ này, động cơ sẽ nối với tải và điều khiển nó ở tốc độ định mức 1750 rpm. Trong phần này bạn học về: Lấy mô hình DC3 từ thư viện Drives Nối mô hình DC3 với nguồn áp Nối mô hình DC3 với tải cơ Định nghĩa điểm đặt Làm trực quan tín hiệu trong Đặt môi trường mô phỏng bước cố định Đặt thông số điều khiển công suất cao Đặt giá trị quán tính động cơ Đặt thông số bộ điều khiển DC3 và các kết quả mô phỏng Getting the DC3 Model from the Drives Library 3.Mở cửa sổ mới và lưu tên DC_example. 4.MởthưviệnSimPowerSystemsElectricDrives.Bạncóthểmởthư viện bằng cách đánh electricdrivelib trong cửa sổ lệnh MATLAB hoặc dùng menuSimulink.VịtrímôhìnhDC3trongthưviệnDCDrives.Copykhối DC3 và thả vào cửa sổ DC_example. Simpower-system Page 139 of 545 DC3 Model Inside the SimPowerSystems Electric Drives Library Connecting the DC3 Model to a Voltage Source Tất cả các mô hình thư viện có 3 kiểu đầu vào: đầu vào công suất điện, đầu vào điểm đặt mômen và tốc độ (SP), và đầu vào mômen cơ (Mec_T). Vì mô hình DC3 là điều khiển 3 pha, nó thể hiện 3 đầu vào điện: A, B, và C. Để mô hình DC3 làm việc, bây giờ bạn phải nối các đầu vào này với nguồn áp thích hợp: 10.MởthưviệnElectricalSourcesvàcopykhối3-PhaseSourcevào mạch.NốiđầuranguồnápA,B,vàCvớiđầuvàoA,B,vàCDC3tương ứng. Simpower-system Page 140 of 545 11.MởthưviệnConnectorsvàcopykhốiGround(output)vào DC_example.NốiđầuraGroundvớiđiểmtrungtínhNnguồn3pha(3- Phase Source). 1.Trongvídụnày,bạnđangđiềukhiểnđộngcơ200hpDCđiệnáp phần ứng định mức 500 V. Điện áp đầu ra trung bìnhcầu chỉnh lưu 3 pha thyristor cho là 1.Với V l, rms là giá trị áp pha-pha rms của nguồn áp 3 pha và o là giá trị góc mở thyristor. Để điều khiển điện áp tốt hơn, thông thường áp dụng giới hạngócmởthấphơn,vàđiệnápđầuratrungbìnhcựcđạicósẵntừcầu chỉnh lưu cho bởi 2.với o min là giới hạn góc mở thấp nhất. Trong trường hợp của chúng ta, giớihạngócmởthấpdùngtrongmôhìnhDC3là20 0 .Vớimỗigiátrịgóc mởvàđểcógiátrịđiệnápđầuracựcđạilà500Vđểđiềukhiểnđộngcơ 200 hp ở tốc độ định mức, giá trị điện áp pha-pha cần cho trong phương trình trước là 370 V. Giả thiết nối điều khiển với mạng điện của Mỹ, giá trị áp tiêu chuẩn là 460 V. 3.Đặt giá trị áp nguồn pha-pha AC rms là 460 V và tần số là 60 Hz. Tên nguồn AC 460 V 60 Hz. 4.Lưuýrằngbiênđộnguồnápvàcácgiátrịtầnsốcầnchomỗimô hìnhđiềukhiểncủathưviệnElectricDriveslibrarycóthểtìmtrongchúý thamkhảo.Cácgiátrịđịnhmứcđộngcơtươngứngcũngcó.Bảng 4-1có các giá trị tương ứng là mô hình DC3 200 hp. Bảng 4-1: Điều khiển DC3, 200 HP Điện áp đầu vào điều khiển Biên độ460 V Tần số Giá trị định mức động cơ Công suất200 hp Tốc độ1750 rpm Điện áp500 V 5. Để thể hiện nguồn 3 pha thực tế, bạn phải xác định giá trị điện cảm L và điện trở R nguồn chính xác. Để xác định, thường sử dụng công suất ngắn mạchPscvàtỉsốX/R(vớiX=L.e,elàtầnsốgócnguồnáp).Theokinh nghiệm, giả thiết công suất ngắn mạch điện kháng nguồn hấp thụ ít nhất lớn Simpower-system Page 141 of 545 hơn 20 lần công suất định mức điều khiển, và tỉ số X/R thường là 10 đối với máy móc công nghiệp. 6. Giá trị điện kháng nguồn Z có từ 4.Với V là giá trị áp pha-pha rms áp nguồn. Với r tỉ số X/R cao, điện trở nguồn R xấp xỉ bằng (4-1) 5.và điện cảm nguồn L là (4-2) 6.Trong ví dụ này, áp pha-pha rms có giá trị 460 Vvà tần số nguồnlà 60 Hz. Nếu chúng ta giả thiết công suất ngắn mạch là 25 lần công suất điều chỉnh địnhmức, chúng ta tìm được điện kháng nguồnlà0.056O.Với tỉ số X/Rlà10,dùngphươngtrình 4-1và 4-2,chúngtatìmgiátrịđiệntrởlà 0.0056 O và điện cảm là 0.15 mH. 5.Đặt giá trị điện trở nguồn AC là 0.0056 O và điện cảm là 0.15 mH. Connecting the DC3 Model to a Mechanical Load Đầu vào Mec_T thể hiện mômen tải cung cấp cho trục động cơ DC. Nếu gia trị mômen tải và tốc độ có dấu ngược nhau, mômen gia tốc sẽ là tổng mômen điện từ vàmômentải.Nhiềumômentảicânbằngvớitốcđộđiềukhiểntảithểhiệnbằng phương trình (4-3) Vớie m là tốc độ rad/s và N là tốc độ vòng trên phút (rpm). Bây giờ bạn sẽ xây dựng tải. Đểtínhtoánloạimômentảicơnày,cầntốcđộđộngcơDC.Tốcđộcóthểcó bằng cách sử dụng các đầu ra mô hìnhDC3.Tất cả các chế độ điều khiển của thư viện Electric Drives có 3 vectơ đầu ra: Motor, Conv., và Ctrl. Vectơ Motor có tất cả các biến liên quan đến động cơ, vectơ Conv. Có tất cả giá trị dòng và áp bộ chuyển đổi,vàvectơCtrlcótấtcảgiátrịđiềuchỉnhquantrọng,nhưtínhiệutốcđộhoặc mômen quy chiếu, sai số điều chỉnh mômen hoặc tốc độ, giá trị góc mở,...v..v. Tất cả mô tả đầu vào-đầu ra có trong tham khảo từng mô hình. Vớimômen tải cơ, bạn có thể có tốc độ bằng cáchdùng đầu ra Motor. Khi bạn đang dùng động cơ DC, vectơ này gồm điện áp phần ứng và vectơ m động cơ DC, như trong hình 4-2. Simpower-system Page 142 of 545 Hình 4-2: Vector động cơ Vectơ động cơ có các phần sau: Áp phần ứng Tốc độ động cơ rpm (tốc độ chuyển đổi từ rad/s sang rpm) Dòng phần ứng Dòng trường Mômen điện cơ Bởi vậy tốc độ thu được bằng cách rút thành phần thứ 2 vectơ động cơ. Tốc độ là hệ số nhân thời gian bằng K ’ phương trình 4-3 để có tín hiệu mômen tải nối với đầu vào Mec_T mô hình DC3: 2.Xây dựng hệ thống con sau và đặt tên là Linear load torque. Hệ thống con mômen tải tuyến tính 2.Hằng số K có thể tính theo tốc độ định mức, động cơ nên tăng mômen định mức. Như trong bảng 4-1, động cơ DC dùng trong mô phỏng này có tốc độ định mức N m, n là 1750 rpm. Từ đó công suất cơ đầu ra P m, n của động cơ là200hp,mômentảicơđịnhmứcN mec,n cóthểtínhtheophươngtrình 4-4 (bỏ qua ma sát nhớt) (4- 4) Simpower-system Page 143 of 545 2.với e m, n là tốc độ định mức (rad/s). Dùng phương trình này, chúng ta tìm được mômen cơ định mức là 814 N.m. Phương trình cuối 4-3 cho chúng ta giá trị K là 0.47. 4.Đặt giá trị hằng khối mômen tải tuyến tính (Linear load) là 0.47. 5.Nốiđầuvàovàđầurakhốimômentảituyếntínhvớivectơđầura động cơ (Motor) và đầu vào Mec_T khối DC3 tương ứng. Sơ đồ của bạn bây giờ như hình vẽ sau. . Building the Example Circuit Defining the Set Point Đặt đầu vào mô hình DC3 có thể cả giá trị tốc độ (rpm) hoặc mômen (N.m) tùy thuộcvàochếđộđiềuchỉnh(điềuchỉnhtốcđộhoặcmômen).Trongvídụnày, chúng ta đặt khối DC3 ở chế độ điều chỉnh tốc độ và điều khiẻn động cơ DC 200 hp hoặc tốc độ định mức là 1750 rpm. 4.MởthưviệnSimulinkSourcesvàcopykhốiConstantvào DC_example. 5.NốikhốiConstantđểđặtđiểmđầuramôhìnhDC3modelvàtênlà Speed reference. 6.Đặt điểm đặt là 1750 rpm. Visualizing Internal Signals BâygiờbạnphảisửdụngmôhìnhđầuraDC3đểlàmtrựcquantínhiệuquan tâm ở scope. Nghĩa là bạn cần làm trực quan các tín hiệu sau: Góc mở cầu thyristor Điện áp phần ứng động cơ Dòng điện và quy chiếu phần ứng động cơ Tốc độ quy chiếu và tốc độ động cơ Lưu ý rằng sự mô tả tất cả mô hình đầu vào đầu ra có thể tìm trong lưu ý tham khảotươngứng.ĐểxemcáctínhiệunốivớiđầuraDC3,chọnmôhìnhDC3và menu Edit/Look Under Mask. Simpower-system Page 144 of 545 Như bạn thấy bên dưới, góc mở có trong vectơ đầu ra Ctrl. Góc mở o (xem lưu ý tham khảo khối DC3) là thành phần thứ 2 của vectơ này. Location of the Firing Angle Signal Inside the Ctrl Output Vector Véctơ động cơ (Motor) có 3 tínhiệu cần thiết: áp phần ứng và tín hiệu dònglà phần tử đầu tiên và thứ 3, tương ứng (Hình 4-2). Tốc độ là phần tử thứ 2 của vectơ Motor. Cuốicùng,tínhiệudòngvàtốcđộquychiếulàphầntửthứnhất vàthứtưcủa vectơCtrl,tươngứng(xemhìnhsau).LưuýrằngtínhiệuRef.khốiRegulation switch là mômen quy chiếu trong chế độ điều chỉnh mômen. Location of the Speed Reference Signal Inside the Ctrl Output Vector Các tín hiệu dòng và áp cầu bên trong có thể lấy thông qua đầu ra Conv. output, nối với đầu ra đồng hồ đa năng (Multimeter). Bằng cách nhấp khối Multimeter, bạn Simpower-system Page 145 of 545 cóthểchọncáctínhiệubộchuyểnđổibạnmuốnởđầura.Xemtrangthamkhảo khối Multimeter để có nhiều thông tin hơn cách thức sử dụng khối Multimeter. Bằng cách sử dụng các khối Selector của thư viện Signal Routing, bây giờ bạn có thể lấy các tín hiệu cần từ 3 vectơ đầu ra: 2.Xâydựnghệthốngconsauđểlấytấtcảcáctínhiệutrựcquancần thiết. Tên là Signal selector. Signal Selector Subsystem 4.Nối Motor, Conv., và các đầu ra Ctrl khối DC3 với Motor, Conv., và đầu vào Ctrl trong khối Signal selector. 5.Copy một scope vào mô hình. Bạn sẽ sử dụng để hiển thị tín hiệu đầu rakhốiSignalSelector.MởhộphộithoạiScopeParameters.Trêntab General,đặtsốtrụclà4,dảithờiginamôphỏnglàtựđộng(auto),**and useadecimationof20.XóahộpkiểmtraLimitDataPointstolastởtab Data history. Nối 4 đầu ra khối Signal Selector với đầu vào scope. Setting the Fixed-Step Simulation Environment Tất cả các mô hình điều khiển trong thư viện mô hình gián đoạn. Để mô phỏnh hệ thống, bây giờ bạn phải xác định bước thời gian mo phỏng chính xác và đặt tùy chọn giải fixed-step. Khuyến cáo gia trị thời gian mẫu đối với điều khiểnDC, AC, vàmôhìnhcơkhícóthểtìmtrongphầnRemarkscủacáctrangthamkhảokhối tương ứng. Thơi fgian mẫu khuyến cáo đối với mô hình DC3 là 5 µs. Theo các bước sau: 2.Mở thư viện SimPowerSystems và copy khối Powergui vào ví dụ DC. Đặt thời gian mẫu là 5 µs. 2.Mạch của bạn bây giờ giống hình 4-1. 3.MởhộphộithoạiSimulation/ConfigurationParameters.Chọntùy chọngiảibướccốđịnh,giánđoạn(khôngcótrạngtháiliêntục).Đặtthời gian dừng là 12 s. Trước khi mô phỏng, đầu tiên bạn phải đặt thông số bên trong DC3 chính xác. Setting the High Power Drive Parameter Set Simpower-system Page 146 of 545 Nhiều mô hình thư viện Electric Drives có 2 thông số đặt: đặt công suất thấp và đặt công suất cao. Mặc định, tất cả các chế độ tải ban đầu đặt công suất thấp. Thông số mô hình DC3 tải hiện hành trong DC_example là 5 hp. Bây giờ bạn đặt các thông số điều khiển công suất cao, 200 hp. Để làm được điều này, bạn sẽ sử dụng đồ họa giao diện người sử dụng: 2.Mở giao diện người sử dụng bằng cách nhấp đôi chuột vào khối DC3. Giao diện như hình sau. DC3 User Interface 5.Chia giao diện làm 3 phần chính sau: thông số động cơ (DC Machine tab), thông số bộ chuyển đổi (Converter tab), và thông số điều chỉnh bộ điều khiển (Controller tab). 2.Để thông số tải 200 hp, nhấp nút Load. 1.Khi bạn nhấp nút Load, một file cửa sổ có thông số công suất thấp và công suất cao cho mỗi mô hình AC và DC xuất hiện. File này chứa tất cả các thôngsốsửdụnggiaodiệnđồhọangườisửdụng.Tênmỗifilelàtheotên môhìnhbằnggiátrịcôngsuất.Version200hpDC3bởivậytênlà DC3_200hp. Simpower-system Page 147 of 545 Cửa sổ chọn thông số 3.Trong cửa sổ chọn thông số, chọn file DC3_200hp.mat và nhấp Load. The 200 hp parameters are now loaded. Note that you can also save custom drive parameters by using the Save button. When you do so, your custom parameters are saved in a MAT-file format and can be reloaded at any time. Setting the Motor Inertia Value All default inertias of the library drives are "no-load" inertias that only represent rotorinertias.Whenthemotoriscoupledtoaload,theinertiafieldoftheDC Machinetabrepresentsthecombinedinertiasoftherotorandofthedrivenload. Trong ví dụ này, quán tính không tải động cơ DC3 200 hplà 2.5 kg.m2. Since the drive is directly coupled to a load, bạn phải tăng giá trị này bằng cách thay đổi dần tải. Suppose that the new combined inertia amounts to 15 kg.m2. 3.Trong phần DC Machine của hộp hội thoại, thay đổi gia trị quán tính thành 15 kg.m2. 4.Nhấp OK để xác nhận thay đổi và đóng hộp hội thoại. Đặt thông số bộ điêu khiển DC3 và kết quả mô phỏng TốcđộvàcácbộđiềukhiểnhiệnhànhkhốiDC3arebothcomposedofa proportional-integralregulator.Moredetailsontheregulatorsofeachdrivemodel ofthelibrarycanbefoundinthecorrespondingreferencenotes.Tohaveaquick idea of the internal structure of a drive controller, sơ đồ là có sẵn bên trong dao diện ngườisửdụngcủamỗimôhình.Let'sopentheschematicsrelatedtoourDC3 model: 2.Mởgiaodiệnngườisửdụng.NhấpphầnControllervàđến Schematic button. Bạn nên xem sơ đồ điêu khiển hình 4-3. Simpower-system Page 148 of 545 Hình 4-3: Sơ đồ bộ điều khiển giao diện người sử dụng 1.Tất cả các thông số điều chỉnhmặc định (thông số bộ điều chỉnh tốc độ và dòng) have been trimmed for "no-load" inertias.Vì quán tínhđã thay đổi, nên quan tâm đến một vài thay đổi đối với bộ điều khiển tốc độ. Không cầnthayđổibộđiềukhiểndòng,sựthayđổiquántínhnhỏảnhhưởngđến điều khiển dòng. Để làm trực quan những thay đổi cần thực hiện, chạy mô phỏng mạch hiện hành. 2.Khởi động mô phỏng. Kết quả mô phỏng trên scope như hình vẽ dưới. Simpower-system Page 149 of 545 Kết quả mô phỏng 1.Lưuýrằngdòngphầnứngtheoquychiếurấttốt,nhưngbãohòaở 450 A trong thời gian tăng pha. Sự bão hòa này là kết quả của giới hạn quy chiếubộđiềukhiểndòng1.5p.u.Đâylàkếtquảthiếumômengiatốc,và động cơ không thể theo tốc độ mặc định 650 rpm/s. Từ việc không thể tăng mômen gia tốc (đây là kết quả ngắn mạch mạch phần ứng), tốc độ phải giảm. Aruleofthumbistolowerthespeedrampbythesameamountthatthe inertia was increased. Thực vậy, theo phương trình dưới, cùng mômen đường cong tốc độ (torque vs. speed curve) (hoặc current vs.speed)nhưmặc định vớiquántính2.5kg.m2cóthểcóvớiquántínhmớiI,nếutốcđộgiảm bằng lượng quán tính tăng. 2.B.e thể hiện ma sát nhớt trong điều khiển với B là hệ số ma sát nhớt. Trong trường hợp này, chúng ta giảm tốc độ ít hơn so với tăng quán tính để có gia tốc đủ lớn, và đặt là 200 rpm/s. 3.Mở giao diện người sử dụng. Trong phần Controller, đặt thông số tốc độ gia tốc cho menu bộ điều khiển tốc độ là 200 rpm/s. Simpower-system Page 150 of 545 Change of the Acceleration Speed Ramp Parameter 4.Khởi động mô phỏng và quan sát kết quả mới trên scope. Simpower-system Page 151 of 545 Simulation Results with a New Acceleration Speed Ramp Value 1.Điều chỉnh dòng là rất tốt, và bộ điều chỉnh không dòng sẽ đảm nhận thay đổi. Điều chỉnh tốc độ là thỏa mãn, nhưng có thể thực hiện một vài cải tiến: ban đầu tốc độc quy chiếu có thể cao hơn, và tốc độ quá cao hoặc quá thấpgâynênsaisốtrongthờigiangiảmbớttăngpha.Sựthayđổiđộlợi nguyên và cân đối bộ điều chỉnh tốc độ PI cho phép bạn đạt được những kết quả sau: oBằng cách tăng độ lợi tương ứng bộ điều chỉnh tốc độ, bạn tăng độ nhạy bộ điều khiển bằng việc phản ứng nhanh với sai số điều chỉnh tốc độ bé. Điều này cho phép ban đầu tốc độ quy chiếu tốt hơn bằng việc phản ứng nhanh hơn dòng quy chiếu do bộ điều chỉnh tốc độ phát ra.Sựtăngđộnhạynàycũnglàmgiảmvượtquátốcđộ,dòngphần ứng giảm xuống nhanh hơn nhiều lần tốc độ mong muốn đạt đến. oMột sự tăng độ lợi nguyên sẽ cho phép tốc độ động cơ đuổi kịp tốc độ quy chiếu nhanh hơn rất nhiều trong vài chu kì. Thật vậy điều này cho phép phản ứng nhanh đối với những sai số tốc độ nguyên nhỏ khi điều chỉnh tín hiệu theo độ dốc. Bộ điều chỉnh sẽ phản ứng lại để giảmbớtsaisốnhanhhơnnhiềubằngcáchsinhra1mômengiatốc cao hơn một ít khi theo độ dốc gia tốc. 2.Nênnhớrằngtăngquácaođộlợiđốixứngvànguyêncóthểlà nguyên nhân gây mất ổn định, bộ điều khiển trở nên rất nhạy. Độ lợi quá cao Simpower-system Page 152 of 545 cũng có thểlà nguyênnhân bão hòa dòng. Một cáchdễ dàng để điều chỉnh độ lợi bộ điều chỉnh tốc độ là tăng từng bước và mô phỏng cấu hình mới sau khi mỗi thay đổi đạt đến những chỉ tiêu hệ thống mongmuốn (phương pháp trial/error). 3.Lưu ý rằng khi bộ điều chỉnh dòng has to be trimmed, một cách rất tốt để đạt được điều này là giữ nguyên động cơ bằng cách đặt giá trị rất cao kết hợp với quán tính. Điều này cho phép tách tiêng thông số điện và cơ. Rồi bạn điềuchỉnhthôngsốbộđiềukhiểndòngchođếnkhidòngtheodòngquy chiếumộtcáchhoànhảo.Thesameremarkscanbemadeforthecurrent regulatorasthosemadeaboveforspeedregulation.Oncethecurrent regulatoristrimmed,youcanthentrimthespeedregulatorbyresettingthe combined inertia to its initial value. 4.Thử một vài giá trị bộ điều chỉnh tốc độ khác và quan sát kết quả thay đổi trên hệ thống động. Độ lợi đối xứng là 80 và độ lợi nguyên là 200 cho kết quả rất tốt như hình vẽ sau. Simulation Results with Trimmed Speed Regulator Parameters Quansátgócmởthấphơntốcđộtăngđểphátđiệnápđầurabộchuyểnđổi.Ở đây bộ chuyển đổi đang làm việc trong chế độ chỉnh lưu, công suất truyền từ nguồn AC đến động cơ DC. Điện áp tăng cho phép bộ chuyển đổi giữ dòng cung cấp cho độngcơDCtrongthờigiantăngpha,điệnápphầnứngtăngcânbằngvớitốcđộ. Simpower-system Page 153 of 545 Quansátdòngtăngtrongphanàyvìmômentăngnghịchvớitải.Quanht=8.5s, tốc độ đạt điểm đặt, và dòng phần ứng thấp xuống khoảng335 A từ đó không cần tăng mômen hơn nữa. Trước khi kết luận ví dụ này, lưu ý 2 bộ lọc đầu dùng trong bộ điều khiển tốc độ vàdònghình4-3.Cácbộlọcnàylọcbỏnhữngsónghàidòngvàtốcđộkhông mong muốn trong tín hiệu đo lường dòng và tốc độ. Sóng hài này do điện áp đầu ra bộ chỉnh lưu của bộ chuyển đổi 3 pha. Tần số gợn sóng chính bộ chuyển đổi 3 pha giớithiệubằng6lầntầnsốnguồnáp(sónghàibậc6th).Trongvídụnàytầnsố sóng hài thứ nhất bằng 360 Hz. Tần số cắt bộ lọc đầu tiên ít nhất nhỏ hơn 360 Hz. Từ đó bộ lọc là bộ lọc đầu tiên, tần số cắt phải thấp hơn nhiều để có lý do loại bỏ sónghàitốt.Nênnhớrằngtầnsốcắtquáthấpcóthểlànguyênnhângâymấtổn định. Trong trường hợp bộ ngắt điều khiển giống như DC5, DC6, và DC7, tần số cơ bản bằng tần số PWM Mô phỏng điều khiển động cơ AC TrongphầnnàybạnsẽhọccáchdùngmôhìnhđiềukhiểnACcủathưviện SimPowerSystemsElectricDrives.Đầutiênchúngtaxácđịnhloạiđộngcơ,bộ chuyển đổi và bộ điều khiển dùng trong 6 mô hình điều khiển AC của thư viện đựoc thiết kết từ AC1 đến AC6. Mô hình AC1, AC2, AC3, AC4 cơ bản dựa vào động cơ cảm ứng 3 pha. Động cơ này có 1 cuộn dây 3 pha ở stator roto dây quấn hoặc roto lồng sóc. Roto lồng sóc có nhiều thanh dẫn gắn vào lõi sắt roto. Các thanh dẫn nối vớinhauởđầucuốirotobằngcácvòngxuyếndẫnđiện.MôhìnhAC5dựavào động cơ đồng bộ roto dây cuốn, và mô hình AC6 dùng động cơ đồng bộ nam châm vĩnhcửu.Cácmôhình3loạikểtrêncótrongthưviệnSimPowerSystems Machines. Động cơ AC được cung cấp bằng nguồn điện áp AC có sẵn và tần số do bộ nghịch lưu sinh ra. Kiểu bộ nghịch lưu dùng trong 6 mô hình điều khiểnAC là bộ nghịch lưu nguồn điện áp (VSI) nghĩa là bộ nghịch lưu được cung cấp bởi điện ápDCkhôngđổi.ĐiệnápDckhôngđổiđượccungcấpbởibộchỉnhlưudiode không điều khiển và tụ điện (dung lượng điện áp nút DC). Hãm động Khi cung cấp nút DC bằng bộ chỉnh lưu diode, không có điều khiển 2 chiều do đó không thể thực hiện hãm tái sinh. Mô hình AC1, AC2, AC3, AC4, và AC6 điện trở hãm nối tiếp với bộ đệm cầu dao để đảm bảo hãm hệ thống tải động cơ. Gọi sơ đồ hãm nàylà hãm động. Đặt nó song song với nútDCđể ngăn cảnđiện áp tăng lên khi động cơ giảm tốc. Với hãm động năng, năng lượng động học hệ thống tải động cơ chuyển đổi thành nhiệt năng tiêu tán trong điện trở hãm. Kỹ thuật mô phỏng Bộ nghịch lưu VSI dùng trong mô hình điều khiển AC của thư viện dựa vào 2 loại biến điệu, biến điệu trễ và biến điệu độ rộng xung vectơ không gian (PWM). Biến điệu trễ là phương pháp điều khiển dòng hồi tiếp mà dòng động cơ tracks the reference current within a hysteresis band. Hình sau đưa ra nguyên tắc làm việc điều biến trễ. Bộ điều khiển phát biên độ và tần số mong muốn dòng quy chiếu hình sin sosánhvớidòngdâythựccủađộngcơ.Nếudòngvượtquágiớihạntrêndảitrễ, khóatrênbộnghịchlưutắtvàkhóadướisẽmở.Kếtquả,dònggiảm.Nếudòng vượt quá giới hạn dưới dải trễ, khóa trên bộ nghịch lưu mở và khóa dưới sẽ tắt. Kết Simpower-system Page 154 of 545 quảdòngtrởvềdảitrễ.Từđó,dòngđiệntứcthờiphảichạytheodòngđiệnquy chiếu ben trong dải trể. Nguyên tắc làm việc biến điệu trễ Hìnhsauđưarasơđồđiềubiếnđiềukhiểndòngtrễ,baogồm3bộsosánhtrễ, mỗi pha 1 bộ. Kiểu chu trình kín PWM dùng trong mô hình AC3 và AC5. Typical Hysteresis Current Controller Kỹ thuật điều biến vectơ không gian khác với điều biến trễ là không có bộ so sánh riêng dùng cho mỗi pha. Thay vào đó toàn bộ là vectơ không gian điện áp quy chiếu V s ,lấymẫuởtầnsốcốđịnh,vàrồiđượcxâydựngthôngquathờigiantínhtoán thíchhợpcủavectơkhônggianđiệnápbộnghịchlưukhônggầnV 1 đếnV 6 và Simpower-system Page 155 of 545 vectơkhônggianđiệnáp0V 0 ,V 7 .SơđồđơngiảnbộnghịchlưuVSInhưhình dưới.Trongsơđồnày,thểhiệntrạngtháidẫn3chânbộnghịchlưubằng3biến logic, SA, SB, và SC. Logic 1 có nghĩa là chuyển mạch mức cao đang dẫn và logic 0 nghĩa là chuyển mạch mức thấp đang dẫn. Sơ đồ đơn giản bộ nghịch lưu VSI PWM KếtquảchuyểnmạchSA,SB,SCtrong8trạngtháibộnghịchlưu.Trạngthái chuyển mạch và điện áp pha tổng hợp trong bảng 4-2. 6 vectơ làm việc lệch nhau 1 góc 60 0 và mô tả là hình lục giác. 2 vectơ 0 ở gốc. VịtrívectơV s nhưhình4-4,vídụcáchđểphátđầurabộnghịchlưulàdùng vectơliềnnhauV 1 vàV 2 ởphầnthờigiancơbảnthỏamãnyêucầuđầuratrung bình. Có thể giải lại áp V s là Với V a và V b là thành phần V s theo V 1 và V 2 , tương ứng. Xét trong chu kì T c đầu rảtungbìnhphùhợpvớiyêucầu,chúngtacóthểviếtnhữngkhoảngthờigian2 trạng thái 1 và 2 và trạng thái điện áp 0 là Bảng 4-2: Inverter Space Voltage Vectors St ate S A S B S C Inverter Operation SpaceVoltage Vector 0111Freewheeling 1100Active Simpower-system Page 156 of 545 2110Active 3010Active 4011Active 5001Active 6101Active 7000Freewheeling Hình 4-4: Vectơ không gian điện áp bộ nghịch lưu Điều khiển Volts/Hertz mạch vòng hở Từ thông máy AC bằng với điện áp stator với tỉ số tần số từ với Do đó Từ đây cung cấp điện áp và tần số nguồn AC thay đổi, thật quan trọng để duy trì volts/Hz không đổi trong miền mômen không đổi nếu tránh bảo hòa mạch từ. Một đặc tính volts/Hz tiêu biểu như hình dưới. Lưu ý rằng đường thẳng có độ tăng điện áp nhỏ để bù sụt trở ở tần số thấp. Dùng điều khiển volts/Hzvòng hở với các ứng dụng động lực thấp như bơm hoặc quạt gió mà sự thay đổi nhỏ tốc độ động cơ đối với tải là bỏ qua. Mô hình AC1 dựa vào bộ điều khiển volts/Hz vòng hở. Simpower-system Page 157 of 545 Đặc tính Volts/Hz với sự so sánh tần số thấp Điều khiển tốc độ vòng đóng với sự bù trượt Trong loại điều khiển này, yêu cầu thêm tốc độ trượt để đo tốc độ động cơ để sinh tần số bộ nghịch lưu mong muốn. Bộ điều chỉnh tốc độ sinh ra yêu cầu trượt. Tần số bộ nghịch lưu mong muốn phát ra điện áp yêu cầu thông qua đặc tính volts/Hz như hình vẽ trên. Mô hìnhAC2 dựa vàođiềukhiển tốc độmạchvòngđóng dùng điều chỉnh volts/Hz và trượt. Điều khiển hướng từ thông (Flux-Oriented Control) Cấu trúc máy điện DC là từ thông trường vuong góc với từ thông phần ứng. Trực giao,2từthôngnàykhôngkhôngsinhrasựtươngtácvớinhautronghệthống. Điều chỉnh dòng trường là có thể điều chỉnh từ thông máy điện DC, và có thể điều chỉnh mômen độc lập với từ thông bằng cách điều chỉnh dòng phần ứng. Một máy điệnAClàkhôngđơngiảnvìsựtườngtácgiữatrườngstatorvàrotor,sựđịnh hướng không giữ ở 90 0 nhưng thay đổi theo các điều kiện làm việc. Bạn có thể thu được sự thực hiện như máy điện DC trong việc giữ hướng cố định và trực giao giữa trường và trường phần ứng trong máy điện AC bằng hướng dòng stator với sự lưu tâm đến từ thông roto để đạt mômen và từ thông điều khiển độc lập. Như vậy sơ đồ điềukhiểngọilàđiềukhiểnhướngtừthônghoặcđiềukhiểnvectơ.Điềukhiển vectơphùhợpvớicảđộngcơcảmứngvàđộngcơđồngbộ.Bâygiờchúngtasẽ xem cách ứng dụng nó vào động cơ cảm ứng. Xét mô hình d-q máy điện cảm ứng khung quay quy chiếu ở tốc độ đồng bộ e e , Simpower-system Page 158 of 545 where , , Điều khiển hướng trường ngụ ý là thành phần i ds dòng statorliên kết vớitrường rotor và i qs vuông góc với i ds . Có thể hoàn thành điều này bằng cách chọn e e là tố độ từ thôngrotorvà và khóa pha hệ thống khung quy chiếu sao cho sắp xếp từ thông rotor chính xác với trục d, dẫn đến và Ngụ ý và Nó cũng theo Tương tự máy điện DC thực hiện rõ ràng. Mômen điện cân bằng với i qs , trong khi quanhệgiữatừthôngm r vài ds chobằnghàmtruyềntuyếntínhđầutiênvớithời gian không đổi L r /R r . Bạn không thể đo hướng từ thông rotor trong máy cảm ứng rotor lồng sóc. Nó chỉ có thể ước lượng từ các đầu đo. Một cách khác là dùng quan hệ trượt ở trên để ước lượng vị trí từ thông tương đối với rotor, như đã thấy. Sơ đồ điều khiển sau cùng gọi là điều khiển hướng trường và dùng trong mô hình AC3. Simpower-system Page 159 of 545 Rotor Flux Position Obtained from the Slip and Rotor Positions Điều khiển hướng mômen Điềukhiểnhướngtrườnglàmộtphươngphápđiềukhiểnlôicuốnnhưngnócó một số hạn chế lớn: nó dựa vào sự hiểu biết chính xác về những tham số của động cơ. Hằng số thời gian rotor rất khó để đo chính xác, và có một vấn đề tồi tệ hơn là nó thay đổi nhiệt độ. Mộtphươngphápđiềukhiểnmạnhhơnđầutiênướclượngtừthôngstatorvà mômenđiệntrongkhungquychiếutừnhữngphépđocuối.Sửdụngmốiquanhệ sau Ước lượng từ thông stator và mômen điện điều khiển trực tiếp bằng cách so sánh chúng với giá trị yêu cầu tương ứng dùng bộ so sánh trễ. Đầu ra 2 bộ so sánh dùng như tín hiệu đầu vào bảng chuyển tối ưu. Đầu ra băng sau xấp xỉ trạng thái chuyển bộ nghịch lưu. SwitchingTableofInverterSpace Simpower-system Page 160 of 545 Vectors S( 1) S( 2) S( 3) S( 4) S( 5) S( 6) 1 1 0 -1 -1 1 0 -1 Ví dụ: điều khiển động cơ AC Trong ví dụ này bạn sẽ xây dựng và mô phỏng hệ thống điều khiển động cơ cảm ứng đơn giản, hình 4-5. Hình 4-5: Mạch ví dụ điều khiển động cơ cảm ứng Ví dụ này từng bước minh họa sử dụng mô hìnhAC4 với thông số động cơ cảm ứng200hpđặttrongthờigianđiềuchỉnhmômen.MôhìnhkhốiAC4điềukhiển DTC. Trong thời gian mô phỏng ví dụ này, nối động cơ với quạt và nó phản ứng lại với mô phỏng từng bước mômen. Trong phần này bạn học về Lấy mô hình AC4 từ thư viện Electric Drives Simpower-system Page 161 of 545 Nối mô hình với nguồn áp (Voltage Source) Nối mô hình AC4 với tải cơ (Mechanical Load) Điẹnh nghĩa điểm đặt (Set Point) Đặt môi trường mô phỏng bước cố định (Fixed-Step) Đặt môi trường mô phỏng bước cố định (Fixed-Step) Đặt tập hợp thông số điều khiển công suất cao (High Power) Đặt mômen động cơ Đặt điện trở bộ ngắt hãm (Braking Chopper) Setting the DC Bus Initial Voltage Value Setting the AC4 Controller Parameters Lấy mô hình AC4 từ thư viện Electric Drives 1.Mở cửa sổ mới và lưu với tên ac_example. 2.Mở thư viện Electric Drives. Bạn có thể mở thư viện bằng cách đánh electricdrivelibtrongcửasổlệnhMATLABhoặcbằngcáchdùngmenu Simulink. Vị trí mô hình AC4 bên trong thư viện AC drives. Copy khối AC4 và thả vào cửa sổ ac_example. Simpower-system Page 162 of 545 Hình 4-6: Mô hình AC4 ở thư viện Drives Nối mô hình AC4 với nguồn áp Như với ví dụ DC, bạn phải nối khối AC4 với nguồn điện áp thích hợp: 1.Mở thư viện Electrical Sources và copy khối Three-Phase Source vào mạch.NốiđầuranguồnđiệnápA,B,vàCvớiđầuvàoA,B,vàCAC4 tương ứng. 2.MởthưviệnConnectorsvàcopykhốiGround(output)vào ac_example. Nối đầu ra Ground với điểm trung tính N nguồn 3 pha. 3.Trong ví dụnày, chúng ta sẽ điều khiển động cơ cảm ứng200 hpcó điện áp định mức phần ứng là 460 V và tần số định mức là 60 Hz. Như trong Simpower-system Page 163 of 545 ví dụ DC, giá trị biên độ và tần số nguồn điện áp cần cho mỗi mô hình điều khiển của thư viện Electric Drives có thể thấy tronglưu ý tham khảo. Cũng baogồmgiátrịđịnhmứccácđộngcơtươngứng.Bảngsaucócácgiátrị tương ứng với mô hình AC4 200 hp model. AC4, 200 HP Drive Specifications Drive Input Voltage Amplitude460 V Frequency60 Hz Motor Nominal Values Power200 hp Speed1800 rpm Voltage460 V 1.Chúng ta đặt biên độ và tần số điện áp nguồn là 460 V và 60 Hz tương ứng. 2.Đặt điện áp pha-pha nguồn AC là 460 V, tần số là 60 Hz. Tên nguồn AC 460 V 60 Hz. 3.Để thể hiện nguồn 3 pha thực tế, bạn phải xác định điện trở R và điện cảm L nguồn chínhxác. Thủ tục xác định các gia trị nàythảo luậntrong ví dụtừngbướcNốimôhìnhDC3vớiápnguồn.Theothủtụcnày,bạnxác định điện trở là 0.0056 O và điện cảm là 0.15 mH. 4.Đặt điện trở nguồn AC là 0.0056 O và điện cảm là 0.15 mH. Nối mô hình AC4 với tải cơ ĐầuvàoMec_TkhốiAC4thểhiệnmômentảicungcấpchotrụcđộngcơcảm ứng. Trong trường hợp này, mômen tải là tương phản do quạt. Mômen là hàm bậc hai tiêu biểu của tốc độ, như phương trình 4-5: (4-5) Với e m là tốc độ rad/s và N m là tốc độ rpm. Bây giờ bạn xây dựng tải. Để tính toán mômen tải cơ, cần tốc độ động cơ cảm ứng. Như đã thảo luận trong ví dụ DC, gia trị tốc độ có thể có từ vectơ đầu ra Motor mô hình AC4. Như đã biết vectơ Motor có m vectơ đầu ra động cơ cảm ứng. Simpower-system Page 164 of 545 Vectơ động cơ Đểlấynhiềugiátrịthayđổiđộngcơtừvectơnày,cầnkhốiMachine Measurement Demux. Khối này có trong thư viện SimPowerSystems Machines. 1.MởthưviệnMachines.CopykhốiMeasurementDemuxvào ac_example. Chọn máy không đồng bộ (asynchronous machine) trong trường Machine Type và lấy tốc độ rotor. 2.Đểcómômentải,giátrịtốcđộphảinhânlênbằnghệsốKphương trình 4-5 (tốc độ ở đây là rad/s). 3.Xây dựng hệ thống con như hình sau và tên là Fan. Khối Fan 1.NênápđặthằngsốKvìvạyởtốcđộdịnhmứcđộngcơlàmviệcở mômenđịnhmức.Mômennàycóthểxácđịnhtừphươngtrình4-4.Dùng phương trình nàytìmgiá trịđịnhmức là790 N.m.Cuối cùng phương trình 4-5 cho chúng ta giá trị K là 0.022. 2.Đặt hằng số K là 0.022. 3.NốiđầuvàovàđầurakhốiFanvớivectơđầuraMotorvàđầuvào Mec_T khối AC4 tương ứng. Sơ đồ của bạn bây giờ giống như sau: Simpower-system Page 165 of 545 Xây dựng mạch Định nghĩa điểm đặt Bây giờ chúng ta phải định nghĩa đầu vào điểm đặt (SP) AC4. Trong thời gian ví vụ này chúng ta sẽ điều khiển mômen động cơ cảm ứng và impose a series of torque set points. A series of set points can be defined with the help of the Timer block. 1.MởphầnControlBlocksthưviệnExtravàcopyTimervào ac_example.NốikhốivớiđầuvàođiểmđặtmôhìnhAC4vàđặttênlà Torque reference. 2.Khối Timer phát tín hiệu thay đổi thời gian xác định. Trong thời gian ví dụ này chúng ta sẽ phát mômen sau: Torque Set Point Series t (s)Torque Set Point (N.m) 00 0.02600 0.250 0.5-600 0.750 3.ĐặttrườngTimekhốiTimerlà[0.020.250.50.75].Đặttrường Amplitude khối Timer là [600 0 -600 0]. Trực quan tín hiệu bên trong BâygiừobạnsửdụngđầuramôhìnhAC4đểlàmtrựcquancáctínhiệuquan tâm trên scope. Nghĩa là bạn cần làm trực quan các tín hiệu sau: Giá trị mômen động cơ và điểm đặt Tốc độ động cơ The motor flux modulus The motor statoric currents Điện áp nút DC Simpower-system Page 166 of 545 Lưu ý rằng có thể tìm thấy sự mô tả tất cả các đầu vào-đầu ra mô hình trong phàn tham khảo tương ứng. Có thể đọc các gia trị có thể thay đổi của động cơ thông qua vectơ Motor. Vectơ Conv. Có tất cả các dữ liệu liên quan đến bộ chuyển đổi.Vectơ Ctrl gồm có tất cả các tín hiệu quy chiếu và các gia trị điều khiển khác. Nhưchúngtađãthựchiệnvớikhốifan,chúngtasẽdùngkhốiMachine Measurement Demux để đọc các biến động cơ. Với vectơ Conv. và Ctrl, chúng ta sẽ dùng khối Selector của thư viện Simulink Signal Routing. Có thể rất dễ xác định nội dung vectơ Conv. Bằng cách nhấp đôi đồng hồ đa chức năng bên trong AC4. 1.Nhấp đôi đồng hồ đa chức năng bên trong AC4 (shown). Đồng hồ đa năng bên trong AC4 1.Mở cửa sổ Multimeter (xem dưới) hiển thị nội dung đồng hồ đa năng. Điện áp nút DC, tên UDC: AC4/Rectifier_3ph, là tín hiệu thú 10 đầu ra vectơ Conv. Simpower-system Page 167 of 545 . Cửa sổ đồng hồ đa năng AC4 1.Theosựmôtảtínhiệuvàovàtínhiệuracủanhữngghichútham khảo, tín hiệu quy chiếu mômen là tín hiệu thứ 3 vectơ đầu ra Ctrl. 2.Xây dựng hệ thống con sau để thu được các tín hiệu trực quan cần thiết.Tên của các tín hiệu hệ thống con. Simpower-system Page 168 of 545 Signal Selector Subsystem 1.TrongkhốiMachineMeasurementDemux,chọntínhiệusau:dòng stator(ia,ib,ic),từthôngstator,tốcđộrotor,vàmômenđiệntừ (electromagnetictorque).Khốirad2rpmởtrêncóhằngsố30/tđểchuyển đổi tốc độ động cơ đưa ra bằng khối Machine Measurement Demux từ rad/s sangrpm.DùngkhốiReal-ImagtoComplexvàComplextoMagnitude- Angleđể tính toán biên độ vectơ từ thông. 2.Copy một scope vào mô hình. Dùng nó để hiển thị tínhiệu đầu ra khối Signal Selector. Mở hộp hội thoại Scope Parameters. Ở tab General, đặt số trụclà5,đặtdảithờigianlàauto,vàdùng1phầnmườicủa25.Xóahộp kiểmtraLimitDataPointstolastởtabDatahistory.Nối5đầurakhối Signal Selector với đầu vào scope. Đặt môi trường mô phỏng bước cố định Tấtcảcácmôhìnhcủathưviệnlàmôhìnhgiánđoạn.Đểmôphỏnghệthống, bay giừo bạn phải xác định bước thời gian mo phỏng chính xác và đặt tùy chọn giải bước cố định (fixed-step). Giới thiệu giá trị thời gian mẫu cho điều khiển DC, AC, và có thể tìm thấy các mô hình cơ trong phần Remarks trang tham khảo khối tương ứng. Giới thiệu thời gian mẫu cho mô hình AC4 là 1 us. 1.MởthưviệnSimPowerSystemsvàcopykhốiPowerguivào ac_example. Đặt thời gian mẫu là 1 us. 2.mạch của bạn bây giờ giống hình 4-5. 3.MởhộphộithoạiSimulation/ConfigurationParameters.Chọntùy chọngiảicốđịnh(fixed-step),giánđoạn(discrete)(khôngchọntrạngthái continuous). Đặt thời gian dừng là 1 s và kích thước bước cố định là Ts. Simpower-system Page 169 of 545 Trước khimôphỏngmạch, đầu tiên bạn phải đặt thôngsố bên trongAC4chính xác. Đặt tập hợp thông số điều khiển công suất cao Như đã giải thích trong ví dụ DC, nhiều mô hình điều khiển của thư viện Electric Drives có thông số đặt: đặt công suất thấp và đặt công suất cao. Mặc định, tất cả các mô hình khởi tạo tải với đặt công suất thấp. Các thông số mô hình AC4 tải hiện tại trong ac_example là của điều khiển 3 hp. Bây giờ bạn đặt thông số điều khiển công suất cao, chúng là của điều khiển 200 hp.ĐểlàmđiềunàybạndùngnútLoadgiaodiệnngườisửdụngnhưtrongvídụ DC: 1.MởgiaodiệnngườisửdụngbằngcáchnhấpđôichuộtkhốiAC4. Giao diện như hình dưới: Giao diện AC4 1.Để thông số tải 200 hp, nhấp nút Load. 2.Chọn file ac4_200hp.mat và nhấp Load. 3.Thông số 200 hp là tải lúc này. Đặt quán tính động cơ Simpower-system Page 170 of 545 Bâygiờbạnphảiđặtgiátrịquántínhđộngcơ.Lưuýrằnggiátrịquántínhxác địnhhiệntạitrongmỗimôhìnhACvàDClàquántính"khôngtải"chỉthểhiện quán tính động cơ. Nếu động cơ ghép đôi với tải, các gia trị này phải tăng lên bằng quán tính tải. Trong trường hợp này, giá trị hiện tại quán tính đạt tới 3.1 kg.m2. giả thiếtrằngkếthợpquántínhđộngcơvàquạtđạttới10kg.m2.Lưuýdùngtrực truyền nối giữa động cơ và quạt cho phép tách đôi quán tính động cơ và tải. Trong trường hợp đó, giá trị quán tính khối AC4 chỉ là tổng quán tính rotor và trục. 1.TrongphầnAsynchronousMachinehộphộithoại,thayđổigiatrị quán tính thành 10 kg.m2. 2.Nhấp OK để xác nhận thay đổi và đóng hộp hộ thoại. Đặt điện trở bộ ngắt hãm Cung cấp cho bộ nghịch lưu 3 pha hệ thống DTC bằng điện áp DC sinh ra bởi bộ chỉnhlưudiode3pha.Mộttụđiệnởđầurabộchỉnhlưulàmsuygiảmgơnsóng điệnápnútDC.Thêmkhốingắthãm(BrakingChopper)giữakhốichỉnhlưuvà khốinghịchlưu,đểgiớihạnđiệnápnútDCkhiđộngcơhồitiếpâmnănglượng cho điều khiển (hình dưới). Năng lượng này được “đốt” qua điện trở khi áp nút DC quá cao. Bộ ngắt hãm (Braking Chopper) Thông số bộ ngắt hãm có trong phần Converters and DC bus hộp hội thoại, như hình dưới: Simpower-system Page 171 of 545 Bộ chuyển đổi và giao diện nút DC Thông số bộ ngắt hãm là đặt hiện hành để giới hạn điện áp nút DC khoảng 700 V. Lưu ý tới công suất P để xóa bỏ và giới hạn điện áp nútDCV lim , bạn có thể dùng phương trình sau để đặt giá trị điện trở bộ ngắt: Điện trở 3.3O sẽ tiêu tan 200 hp ở 700 V. Đặt điện áp đầu nút DC Lưu ý điện dung nút DC lớn để giảm áp gợn sóng DC nhỏ. Mô hình AC4 không cótrướctảitụnútDC.Nếubạnbắtđầumôphỏngvớiđiệnápnútđầuquánhỏ, dòngđầuquálớnsẽvẽratừbộchỉnhlưuđểnạptụ.Giátrịdòngcaocóthểphá hỏng hệ thống thực tế. Bởi vậy bạn phải đặt áp nút DC trước để tránh dòng như vậy. Áp nút ban đầu này nên bằng giá trị đỉnh chỉnh lưu nguồn AC. Nếu biên độ nguồn áp AC bằng 460 V, áp nút DC chỉnh lưu của tụ là khoảngV. Simpower-system Page 172 of 545 1.NhấpđôikhốiPowerguiởphíatrênac_example.NhấpnútInitial StatesSetting.ĐặtgiátrịUc_AC4/Brakingchopper/Cbuslà650V.Nhấp Apply và sau đó Close. Hình 4-7: Đặt áp đầu nút DC Đặt thông số bộ điều khiển AC4 HệthốngđiềukhiểnAC4có2phầnchính,mộtbộđiềuchỉnhtốcđộvàmộtbộ điều chỉnh mômen và từ thông (DTC). Thông tin về 2 khối này có thể tìm trong lưu ý quy chiếu tương ứng. Để có những ý tưởng nhanh về cấu trúc bên trong hệ thống điều khiển, một sơ đồ có sẵn bên tong giao diẹn người dùng của mô hình. Hãy mở sơ đồ liên quan đến mô hình AC4. 1.Mởgiaodiệnngườisửdụng.NhấpphầnControllervànút Schematic. Bạn thấy sơ đồ bộ điều khiển. Simpower-system Page 173 of 545 Sơ đồ bộ điều khiển giao diện người sử dụng 1.Bộđiềukhiểntốcđộcóbộđiềuchỉnhđốixúng-nguyênđơngiản. Thông số bộ điều khiển này là đọ lợi đối xứng và nguyên, giá trị độ dốc tốc độ,tầnsốcắtbộlọcthôngthấp,giớihạnmômenquychiếu,vàthờigian mẫu.Trongvídụnàychúngtasẽchỉđiềukhiểnmômenđộngcơ;không dùng bộ điều khiển tốc độ. Xem phần Đặt thông số bộ điều khiển DC3 và kết quả mô phỏng để có chi tiết hơn. Đối với bộ điều khiểnDTC, chúng không được sắp xếp nhiều. Như bạn có thểthấyởdưới,cácthôngsốlàđộrộngdảimômemvàtừthông,từ thôngbanđầumáyđiện,tầnsốchuyểnmạchcựcđại,vàthờigian mẫu bộ điều khiển DTC.Tất cả các tham số này đã được sắp xếp và thông thường không nên thay đổi. Simpower-system Page 174 of 545 Giao diện bộ điều khiển 1.Chếđộđiềuchỉnhmặcđịnhlàđiềuchỉnhtốcđộ.Đểcóđiềuchỉnh mômen, bạn phải thay đổi chế độ điều chỉnh trong phần Controller giao diện người dùng. 2.TrongphầnControllercủagiaodiệnngườidùng,chọnđiềuchỉnh mômen(Torqueregulation)chotrườngRegulationtype.NhấpOKđểxác nhận thay đổi và đóng hộp hội thoại. Bây giờ mạch đã sẵn sàng mô phỏng. Kết quả mô phỏng Kết quả mô phỏng như hình vẽ sau. Simpower-system Page 175 of 545 Kết quả mô phỏng Quansátđápứngmômennhanhcủađộngcơđểthayđổiđiểmđặtmômen.Từ 0.02 s đến 0.25 s, tốc độ quạt tăng lên vì mômen gia tốc 600 N.m do động cơ cảm ứng sinh ra. Ở t = 0.25 s, mômen điện từ giảm xuống 0 N.m và tốc độ giảm xuống vìmômentảinghịchvớiquạt.Ởt=0.5s,mômenđộngcơtăng-600N.mvàcho phép hãm quạt. Trong thời gian ở chế độ hãm, công suất trả ngược về nút DC và áp nút tăng lên. Như dự kiến, bộ ngắt hãm hạn chế áp nút DC là 700 V. Ở t = 0.75 s, mômen điện tử nhảy về 0 N.m và tốc độ ổn định quanh -10 rpm và giảm về 0 rpm. Lưu ý rằng từ thông ở quanh0.8 Wb trong suốt thời gian mô phỏng. Biên độ giao động tư thông và mômen hơi cao hơn 0.02 Wb và 10 N.m tương ứng như xác định tronggiaodiệnngườisửdụng.Đâylàvìkếthợphiệuquảthờigianmẫubộđiều khiển DTC 15 µs, điều khiển trễ và giới hạn tần số chuyển mạch. Thậtthúvịđểlàmtrựcquantừthôngquaydostatorsinhra.Đểlàmnhưvậy, dùng scope XY từ thư viện Sinks. 1.Mở thư viện Sinks. 2.Copy scope XY bên trong khối Signal selector của ac_example. 3.Nối scope như hình vẽ. 4.Chạy mô phỏng mới. Simpower-system Page 176 of 545 Adding a XY Graph to Visualize the Rotating Statoric Flux Hình sau là kết quả mô phỏng của scope XY. The rotating field is clearly visible. Modul là khoảng 0.8 Wb và độ rộng dải lớn hơn 0.2 Wb một ít. Rotating Statoric Flux Mô hình cơ Phần này mô tả 2 khối cơ, khối Mechanical Shaft và Speed Reducer. Khối Mechanical Shaft Simpower-system Page 177 of 545 Dùng khối Mechanical Shaft để mô phỏng nối liền trục cơ 1 khối điều khiển động cơ với khối tải cơ. Từ đó khối Mechanical Shaft cho phép tach đôi thông số cơ tải từ thôngsốđộngcơ.ThểhiệntrụccơbằnghệsốđộcứngK sh vàhệsốđànhồiD sh . Tính toán mômen truyền T sh từ Với e m và e l là tốc độ động cơ và tải. Hình sau đưara liên kết giữa khốiMotor Drive,khối Mechanical Shaft,và khối Mechanical Load. Khối Mechanical Shaft có 2 đầu vào, tải và tốc độ động cơ, và 1 đầu ra, mômen truyền trục. Lưu ý rằng cung cấp mômen truyền ở đầu vào mômen tải động cơ. Cũng cung cấp mômen truyền ở đầu vào khối Mechanical Load, mà có thể mô phỏng bằng Với J l và B l là hệ số quán tính và hệ số ma sát nhớt. Interconnection Diagram of the Transmission Shaft Khối Speed Reducer Trongrấtnhiềuứngdụng,tảicơyêucầumômencaoởtốcđộthấphơnsovới mômen thấp ở tốc độ cao. Điều này có thể có được bằng cách nối động cơ với tải cơ bằng bộ giảm tốc. Khối Speed Reducer của thư viện Electric Drives gồm trục tốc độ caovàtrụctốcđộthấpnốibằngthiếtbịgiảmtốc,nhưhìnhvẽsau.KhốiSpeed Reducer có 7 thông số: hệ số độ cứng và hệ số đàn hồi tốc độ cao và tốc độ thấp, hệ sốrútgọn,vàthiếtbịgiảmtốcquántínhvàhiệusuất.2đầuvàokhốiSpeed Reducer là tốc độ động cơ (tốc độ cao) và tốc độ tải (tốc độ thấp) trong khi các đầu vàolàmômentrụctốcđộcaoT h vàmômentrụctốcđộthấpT l .Phảicungcấp mômnetốcđộcaochođầuvàomômentảiđộngcơ.Phảicungcấpmômentốcđộ thấp trực tiếp cho khối tải cơ (mechanical load). Sơ đồ đấu nối 3 khối bên trong khối Speed Reducer Simpower-system Page 178 of 545 Mechanical Coupling of Two Motor Drives Để kiểm tra điều khiển động cơ theo sự thay đổi các điều kiện tải, bạn phải cung cấp tải thay đổi và 2 chiếu ở trục động cơ. Hơn nữa, một tải lý tưởng cũng cho phép trả lại năng lượng hấp thụ từ động cơ về lưới điện như năng lượng điện. có thể thực hiệntảinhưvậydùngđiềukhiểnđộngcơ4gócphầntưgiốngnhưmôhìnhDC2 hoặcDC4.Cả2điềukhiểnđộngcơnàycóthểlàghépthuậnlợivớikiểmtramô hình điều khiển động cơ bằng cách dùng mô hình trục cơ. Dođónghiêncứutrườnghợpnàycósựghépđôimôhìnhđiềukhiểnđộngcơ AC4 với điều khiển động cơ DC2. Điều khiển động cơ AC4 là điều khiển động cơ cmả ứng 3 pha cơ bản. Điều khiển động cơ DC2 là điều khiển động cơ DC bộ biến đổi điều khiển 1 pha. Trong một hệ thống như vậy, một điều khiển là điều chỉnh tốc độ trong khi cái kia là điều chỉnh mômen, nhưng mỗi điều khiển có thể làm việc có thể là động cơ hoặc là máy phát, sẽ xét sau. Điều khiển động cơ DC2 định mức là 3 hp, 240 V, 1800 rpm, và điều khiển động cơ AC4 định mức là 3 hp, 380 V, 60 Hz, 4 cực. Giải thích hệ thống Hệ thống đầy đủ có 2 động cơ điều khiển ghép đôi cơ như hình 4-8. Mô hình trục cơ có trong khối thứ 3 của sơ đồ. Nếu bạn mở khối nàybạn sẽ thấy như hình 4-9, rằng nối tín hiệu tốc độ động cơ AC4 và DC2 tương ứng với đầu vào Nm và Nl mô hìnhtrụccơ.ĐầuraTlmôhìnhtrụccơthểhiệnmômnecơpháttừđộngcơAC4 đến máy phát DC2. Do đó, nối đầu ra này trực tiếp với đầu vào mômen cơ AC4, và nghịch đảo dấu rồi nối với đầu vào mômen cơ DC2, như hình 4-8. Hình 4-8: Sơ đồ SPS 2 điều khiển kết nối qua lại Simpower-system Page 179 of 545 Hình 4-9: Interconnections of the Mechanical Shaft Model Điều chỉnh tốc độ AC4 với điều chỉnh mômen DC2 Đểbắtđầu,môhìnhAC4làmviệcnhưđiềuchỉnhtốcđộtảiđộngcơbằngmô hình DC2 làm việc như máy phát điều chỉnh mômen. Sự cài đặt này, chứa trong file thecs_coupling_1.mdl,chophépbạnthửtốcđộcủamôhìnhAC4vàmomentải dao động. Lưu ý rằng ở trạng thái ổn định, dấu mômen điện và tốc độ AC4 là giống nhau, xác nhận rằng AC4 làm việc như một động cơ. Mômen điện và tốc độ DC2 có dấu ngược nhau, xác nhận rằng DC2 làm việc như máy phát. This is in line with the signofthereferencetorqueappliedtotheDC2motordrivethatisoppositetothe speed sign. Figure 4-10kếtquảcủasựđiềukhiểnđộngcơAC4bắtđầulúcgầnđủtảicho phép bởi sự cung cấp của momen tải nhiểu. Bạn có thể thấy điều đólúc tốc độ của độngcơAC4chínhxácđếnđộdốcquychiếu+400rpm/strướcđógiớihạnlớn nhất của mômen điện lá đủ lớn. Tốc độ của động cơAC4 tăng đến giá trị yêu cầu là 400 rpm lúct = 1.0 s. Ngay lập tức, mômen điện AC4 giảm xuống 10 N.m. Rồi ở t = 1.4 s, cung cấp mômen quy chiếu 0 N.m cho DC2; mômen điện ngay lập tức giảm xuống 0 để duy trì tốc độ điều chỉnh. Ở t = 1.9 s, cung cấp mômen quy chiếu +10 N.m để điều khiển DC2, bắt buộc AC4 làm việc như máy phát và DC2 như động cơ (xemdấumômenvàtốcđộ2điềukhiển).Cuốicùng,giátrịâmcủatốcđộquy chiếu là -400 rpm/s được cung cấp đến động cơ AC4 lúc t = 2.3 s. Lưu ý AC4 chính xác theo độ dốc yêu cầu. Đạt được một trạng thái ổn định mới ở t = 2.8 s, và mômen điện AC4 ổn định ở -10 N.m.Hình 4-10 cũng cho thấy rằng mômen cơ truyền bởi trục, tương tự mômen điện AC4 nhưng có ít gợn sóng hơn. Simpower-system Page 180 of 545 Figure4-10:SpeedRampandLoadDisturbanceTorqueResponsesofthe AC4 Motor Drive Momen điều khiểnAC4 với tốc độ điều khiểnDC2 Thời gian này, AC4 hoạt động như một động cơ điều chỉnh momen bằng sự điều chỉnh tốc độ của động cơ DC2. Hệ thống đầy đủ thể hiện trong hìnhFigure 4-11 và chứa trong file cs_coupling_2.mdl file. Mối quan hệ của mô hình trục cơ nối với hai hệ thống điều khiển không thay đổi như trong hìnhFigure 4-9. Tất cả những hệ số điếukhiểncủacủahaithiếtbịđiềukhiểnlànhưnhauvànhưnhữngtrườnghợp trước đây. Sự cà đặt được kiểm tra trong cùng điều kiện trước đó. Simpower-system Page 181 of 545 Figure 4-11: SPS Diagram of the Two Interconnected Drives Figure 4-12 thể hiện kết quả của sự điều khiển động cơ DC2bắt đầu lúc gầnđủ tải cho phép bởi sự cung cấp của momen tải nhiểu. Chú ý tốc độ động cơDC2 phù hợp với tốc độ quy chiếu là 400 rpm/s dưới mức hay trên mức nào đó. Tốc độ của động cơDC2 tăng lên đến giá trị yêu cầu là 400 rpm lúct = 1.0 s và ổn định hoàn toàn lúc t = 1.2 s. Sau đó ,lúc t = 1.4 s, momen quy chuẩn có giá trị là 0 N.m được cung cấp cho đông cơ AC4; quan sát đáp ứng nhanh momen động cơ AC4. Lúc t = 1.9 s, giá trị momen quy chiếu là+10 N.m cần cung cấp cho động cơ AC4, làm cho DC2 hoạt động như là máy phát và AC4 như là động cơ (nhìn vào những tín hiệu momen và tốc độ ). Quan sát mổi lần quá mức tốc độ của DC2 mà moment thay đổi speed.Kếtquả,mộtgiátrịâmtốcđộquychiếulà-400rpm/sđượccungcấpcho DC2 lúc t = 2.3s.Tốc độ của DC2 đi theo khá tốt nhưng nó đưa ra mộtmứctrên nhỏ và một mức dưới nhỏ. Một trạng thái xác lập mới được tiến đến lúct = 2.8 s, và momen điện của DC2 ổn định lúc -10 N.m. Figure 4-12 cũng thể hiện momen cơ được truyền bởi trục mà trục này mà rất đồng dạng giá trị âm của momen điện DC2 nhưng gợi sóng hơn. BạncóthểnhínthấykếtquảtrongFigure 4-10vàFigure 4-12đápứngđộdốc tốc độ thì chính xác hơn vàmomen tải daođộng hiệu quả hơn được loại ra với sự điều khiểnAC4hơn là điều khiểnDC2.Đâythực chất vì động lựchọc nhanh của momen điện của AC4. Sự gọi lại mà điều khiển AC4 bao gồm bộ điều khiển hướng mômen dựa trên khâuso sánh trể vàmạchngắt tần số cao, trong khi đóDC2 điều khiểntincậytrênbộbiếnđổibằngthyristor.Tuynhiên,biênđộsóngmômencủa điều khiểnAC4 là lớn hơn điều khiểnDC2. Simpower-system Page 182 of 545 Figure4-12:SpeedRampandLoadDisturbanceTorqueResponsesofthe DC2 Motor Drive Máy cuốn Máy cuốn, được sử dụng trong công nghiệp sản suất giấy và xay nghiền cũng như công nghiệp dệt, thép, và chất dẻo. Mộtđặcđiểmquantrọngcủacácmáycuốnlàlựchoạtđộngtrêncácvậtcuốn phải yêu cầu là hằng số. Điều này được thực hiện bằng việc mômen máy cuốn thay đổi tỉ lệ với bán kính thay đổi của cuộn. Chú ý điều đó không thật ở đây cung cấp chomáycuốnlúctốcđộhằngsố.Điềunàyngụýrằngtốcđộgócmáycuốnphải giảm tỉ lệ với bán kính cuộn. Từ đó, máy cuốn có thế mạch không đổi, bởi vì tạo ra mômen cơ và tốc độ góc là hằng số. Sự mô tả của máy cuốn Figure 4-13 thể hiện các thong số vật lý của một máy cuốn trong đó Wlà độ rộng cuộn, r 1 bán kính lõi sắt, r 2 bán kính cuộn và MT bề dày vật chất . Simpower-system Page 183 of 545 Hình 4-13: Physical Representation of a Winder Bên cạnh các biến ở trên, mô phỏng cũng yêu cầu các thông số và biến sau: MVMaterial mass per unit volume LMaterial length MMaterial mass J r Material inertia J c Winder core inertia B e Winder viscous friction coefficient Simpower-system Page 184 of 545 Figure 4-14: Simulink Diagram of the Complete Winding System Figure 4-14thểhiệnmộtsơđồmôphỏngcủahệthốngcuộnđầyđủ.Hệthống nàybaogồm4khối:khốiWinderControl,khốiDCMotorDrive,khốiSpeed Reducer, và khối Winder Model. Giải thích khối Khối Winder Model Khối này tính toán các biến của máy cuộn dùng phương trình sau Tốc độ bề mặt Chiều dài vật liệu L Roll radius r 2 Khối lượng vật liệu M Tổng hằng số quán tính máy Jt và hằng số quán tínhvật liệu J e Với Tốc độ góc của máy được tính sử dụng phương tr ình vi phân sau Với T l là mômen tải máy và T e là mômen điện điều khiển động cơ. Sự tính toán sứccănghaylựcépFtrênvậtchấtcuốndựatrênphưongtrìnhviphânnhưtrên trong đó momen tải được hiển thị như là T l = F × r 2 . biến đổi lại công thứctheo F LựcnàyphảicungcấpThisestimatedforceisfedbacktothewindercontrol block in order to be regulated. Winder Control Block Khối này chứa khâu hiệu chỉnhPID điều chỉnh sức căng trên vật chất cuộn. Tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển lực là điểm đặt mômen quy chiếu cho việc điều khiển động cơ quấn. KhốiWinder Control thểhiện trong hình Figure 4-15 cũng bao gồm lựccăngđốivớiđăctrưngtốcđộcủaquátrìnhcungcấpvậtliệungoàiđếnmáy Simpower-system Page 185 of 545 cuốnlúctốcđộkhôngđổi.Thischaracteristicconsistsinastraightlineofslope equal to the ratio of the reference material tension on the constant surface speed. Figure 4-15: Winder Control Block DC Motor Drive Block Khối này chứa bộ nghịch lưu 3 pha 2 góc phần tư đủ điều khiển với nguồn điện áp 3 pha của nó. The DC drive is rated 5 hp, 220 V, 50 Hz và mômen điều khiển. Speed Reducer Block NốiđộngcơDCtrụccuốnbằngkhốiSpeedReducer.Tỉsốgiảmtốclà10,cho phép trục cuốn chậm hơn 10 lần so với động cơ, trong khi mômen while the shaft- transmittedtorqueisalmost10timeshigheronthelow-speedside.Thetorque required by the winder in this case study is approximately 200 N.m. Kết quả mô phỏng Mô hình mô phỏng máy điện dây quấn có trong file cs_winder.mdl. Thông số mô phỏnglànhữngthôngsốcủatrangứngdụngcuộnnơiđâyđộrộngcuộnlà10m. MởfilevàtìmthôngsốtrongmặtnạSimulinkkhốiWinderModel,Winder Control,DCMotorDrive,vàSpeedReducer.TrongkhốiWinderControl,bạnsẽ thấy điểm đặt lực căng là300 N và điểm đặt tốc độ bề mặt là 5 m/s. Tỉ lệ thay đổi của điểm đặt lực căng được giới hạn trong đến25 N/s do đó điểm đặt lực căng yêu cầu là 12 s để nó tiến đến giới hạn cuối cùng. Chú ý bước thời gian mô phỏng của mô hình đầy đủ là 1 us để mà để phù hợp với máy giảm tốc mà máy này là một khối yêu cầu bước thời gian mô phỏng nhỏ nhất. Bắt đầu sự mô phỏng và quan sát sức căng của vật chất và độ dốc tốc độ để chỉnh định các giá trị trongFigure 4-16 và Figure 4-17 tương ứng . Figure 4-18 thể hiện tốc độ góc của máy quấn, mômen cơ,và công suất. Chú ý điểm làm việc được tăng đến (300 N, 5 m/s), tốc độ góc giảm và mômen tăng lên, cả hai đều tuyến tính, do đó công suất dường như không thay đổi. Đó là lý do tại sao công suất cơ không thay đổichínhxácnhưnggiảmkhôngđángkểlàtốcđộgiảmmàquántínhcủacuộn cuốn cung cấp cho bộ phận có công suất không đổi yêucầu bởi cuộn cuốn. Simpower-system Page 186 of 545 Figure 4-16: Material Tension Figure 4-17: Surface Speed Simpower-system Page 187 of 545 Figure 4-18: Winder Angular Speed, Mechanical Torque, and Power Robot Axis Control Using Brushless DC Motor Drive Robotslànhữnghệthốngđiệncơphứctạpmàtạiđâyviệcđiềukhiểnđiện thường được dùng để điều khiển sự chuyển động của những cơ cấu có khớp. Thiết kếhệthốngđiềukhiểntrụccóthểđượcthựchiệndểdàngbởithưviệnElectric Drives,màthưviệnnàycóthểmôhìnhđầyđủđiềukhiểntrụcđộngcơ,bộgiảm tốc, mô hình cơ khí của cánh tay robot và các bộ điều khiển cũng như sơ đồ. Nguyên cứu trường hợp này giới thiệu làm mô hình và mô phỏng của người vận hànhrobotsix-degrees-of-freedomsửdụngkhốiElectricDriveslibrarykếthợp vớikhốiSimulink.Haiphầnchínhcủamôhìnhchắpnốiđượcxâydựngsửdụng điều khiển động cơ DC chổi quét mà nó được nối đến phần còng lại của người vận hànhthôngquabộgiảmtốc(mộtmôhìnhcótrongElectricDriveslibrary).Hệ thốngđiềukhiểnmàhệthốngnàybaogồmhaivòngđiềukhiểnvịtrí,đượcxây dựngvớikhốiSimulink.Cácvòngđiềukhiểnmômenvàtốcđộtrongđảcótrong mô hình điều khiển. Phần còn lại của người vận hành và tải của nó được đặc trưng bởi hai mô hình phi tuyến Simulink, một cho mỗi điều khiển động cơ. MôhìnhchitiếtđượcđưarađểthểhiệntínhlinhhoạtcủathưviệnElectric Driveslibrary.Thaotáccủanhữngkhớpnốisửdụngcácquỹđạođặctrưngđược thay thế và kết quả được thể hiện. Simpower-system Page 188 of 545 Mô tả điều khiển robot Therobotchotrongvídụnàylàlàbộđiềukhiểnrobotgeneral-purposesix- degrees-of-freedom (GMF S-360) theo kiểu lien kết hình bình hành . Figure 4-8 thể hiện hiện cấu trúc và không gian làm việc của nó. Robot có 6 axes. Baaxes ( 1 , 2 , 3 )thểhiệntronghìnhxácđịnhvịtrícủacáccánhtayvàcáccáikhác( ,,) chosựđịnhhướngcủaphầntửkhởiđộngkếtthúc.Trongmặtphẳngnằmngang, robot có thể chuyển động bao trùm vòng cung 300 ( 1 = -150° đến 1 = 150°). Các trục của robot được điều khiển bằng các động cơ DC chổi quét mà nó được mô hình hóa bởi những động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cung cấp bởi các bộ nghịch lưu PWM inverters (AC6 drive model). Bộ giảm tốc kiểu vành đai và hộp số được sử dụng để truyền mômen từ động cơ đến các khớp nối. Figure 4-19: Six-Degrees-of-Freedom Robot Manipulator Position Control Systems for Joints 1 and 2 Chúng ta sẽ xem xét đặc biệt 2 khớp đầu tiên chúng điều khiển toàn bộrobot và tải. Trục đầu tiên dùng 2 động cơ DC không chổi than 2 kW vàbộ giảm tốc 1:130. Trục thứ 2 dùng 1 động cơ DC không chổi than 1 kW và bộ giảm tốc 1:100. Hình 4- 20 đưa ra sơ đồ đơn giản hệ thống điều khiển vị trí robot. Hệ thống điều khiển có 3 vòng điều khiển nối theo cấu hình tầng: vòng ngoài có 1 vòng điều khiển tốc độ trong và 1 vòng điều khiển dòng trong. Cung cấp cho động cơ đồng bộ PM bằng bộ nghịch lưuPWM 3 pha làm việc trong chế độ điều khiển dòng. Dùng sơ đồ hướng trường để tách đôi các biến vì vậy từ thông và mômen có thể điều khiển riêng lẻ bằng dòng i ds direct-axis stator và dòng i qs tường ứng. Cung cấp dòng quy chiếu quadrature-axis i qs * (thể hiện mômenyêu cầu) bằng vòng điều khiển tốc độ. Giữ dòng quy chiếu direct-axis i qs * bằng 0. Cảmbiếntốcđộ/cảmbiếnvịtríđượcdùngđểcungcấpthôngtinyêucầubởi vòng điềukhiển tốc độ và vị trí. Vị trí của roto cũng đượcyêu cầu cho sự chuyển đổi tọa độ (dq to abc). Simpower-system Page 189 of 545 Mổi động cơ điều khiển về phía còn lai của cấu trúc robot, kể cả các lien kết khác và tải, thông qua bộ giảm tốc. Figure 4-20: Brushless DC Motor Drive for Position Control of Robot Joint Modeling the Robot Position Control Systems Toàn bộ hệ thống điều khiển 2 khớp đầu tiênrobot, gồm điều khiển động cơ, bộ giảm tốc, tải tương đương và có thể mô hình bộ điều khiển trong cùng sơ đồ dùng các khối từ thư viện Electric Drives và Simulink, như hình 4-21. Simpower-system Page 190 of 545 Figure4-21:SimulinkDiagramRepresentingtheRobot'sMainAxesDrive Systems ThểhiệnđiềukhiểnđộngcơDCkhôngchổithanbằng2khốiAC6(PM SynchronousMotorDrive)từthưviệnElectricDrives.Khốinàymôhìnhđầyđủ điều khiển động cơ DC khôngchổi than gốmcó động cơ đồng bộnam châm vĩnh cửu (permanent-magnet synchronous motor) (PMSM), một bộ chuyển đổi IGBT, bộ điều khiển tốc độ, và bộ điều khiển dòng. Các đầu vào AC6 là yêu cầu tốc độ và các đầu ra là tốc độ động cơ cung cấp cho các đầu vào bộ giảm tốc. Mô hình bộ giảm tốc bằng 2 khối Speed Reducer từ thư viện Electric Drives. Đầu vào các khối này là tốc độ động cơ,và đầu ra là mômen từ phía tốc độ thấp, cung cấp cho môhình cấu trúc robot. Đặc tính hóa bộ giảm tốc bằng tỉ số và và quán tính và độ cứng và độ đàn hồi các trục đầu vao và đầu ra. Nối trục đầu ra bộ giảm tốc với đầu vào T 1 và T 2 khối Robot thể hiện phần còn lại cấu trúc rôbot. Khối này tính toán ảnh hưởng của mômen đến từng khớp robot. Với Simpower-system Page 191 of 545 mỗikhớp(sối),chúngtacóthểxemtoànbộcácliênkếthiệuquảkhác**asa single load reflecting to the joint a torque that is composed of three terms (4-6) Với i là vị trí góc khớp, J i là mômen, C i là hệ số ly tâm và Coriolis, và G i là hệ số hấp dẫn. Xây sựng mô hình Robot bằng các khối Simulink. Trongsơđồnày,cácthôngsốJ 1 ,C 1 ,G 1 ,J 2 ,C 2 ,vàG 2 làhàmvítríchungThự hiện bằng đa thức hoặc bảng lookup. Điều khiển vị trí khớp 1 và 2 bởi những vòng điều khiển bên ngoài bắt buột 1 và 2 đi theo những quỹ đạo của người điều khiển. Nhiều thuật giải có thể được sử dụng cho vòng điều khiển này. Một trong những phương pháp phổ biến nhất là đạo hàm –tỉ lệ,mômen tính toán, và sự thích ứng. Trong ví dụ này, bộ điều chỉnhđạo hàm tỉ lệ được dùng cho cả haiaxes. Simpower-system Page 192 of 545 Lập phương đa thức quỹ đạo kiểm tra cho sự chuyển động robot sinh ra bằng khối Trajectory Generator. Quỹ đạo kiểm tra di chuyển từ vị trí 6 sang vị trí 3 trong không gian làm việc ( 2 thay đổi từ - /4 đến/4) trong khi quay quanh trục 1 từ vị trí này sang vị trí khác ( 1 thay đổi từ - /6 đến/6). Các thông số xác định cho khối này là vị trí đầu [ 1ini , 2ini ], vị trí cuối [ 1fin , 2fin ], và thời gian di chuyển. Hình sau đưa ra cách thay đổi cấu trúc robot trong thời gian lập trình chuyển động. The variation of inertia due to structure changes is reflected to axis 1 as an inertia varyingasafunctionof 2 (từ215kgm 2 đến340kgm 2 passingbyaminimumof 170 kgm 2 ). Quán tính chiếu xuống trục 2 là hằng số (J 2 = 50 kgm 2 ). Thể hiện thay đổi quán tính bằng hàm thực hiện phi tuyến trong khối Robot. Tracking Performance of the Motor Drives Sự thử những quỹ đạo ở trên cấu thành một trong những quỹ đạo đòi hỏi cao nhất cho điều khiển động cơ khớp thứ nhất và thứ hai. They are used here to evaluate the tracking performance of the two electric drive systems. Trongmôphỏngchươngtrìnhhóathaotácđểquaytừ-30°đến30°trongthời gian 1.5 giây, và ở cùng thời điểm cánh tay di chuyển từ vị trí sau ( 2 = -45°) đến vị trí thuận lợi ( 2 = 45°). Chạy mô phỏng dùng bước thời gian là 1 us. Simpower-system Page 193 of 545 Đáp ứng bộ phận thao tác và hiển thị điều khiển động cơ 1 và 2 trên 3scope nối với biến đầu ra khối AC6 và Robot. Kết quả như hình 4-22, 4-23 và 4-24. Figure4-22:ResponsesoftheManipulator'sJoints1and2DuringaTest Trajectory Trong thời gianchuyển động, nhưng vị trí 1 mà 2 đi theo những quỹđạo lập phươngvới sai số thấp. Những hình dáng của tốc độ và gia tốc rất phù hợp với lý thuyết. Sự thay đổi của tốc độ là những đường cong độ -giây và gia tốc phần lờn là đường cong tuyến tính. Simpower-system Page 194 of 545 Figure4-23:ResponsesoftheBrushlessDCMotorDriveofAxisNo.1 During Test Trajectory Simpower-system Page 195 of 545 Hình 4-24: Responses of the Brushless DC Motor Drive of Axis No. 2 During Test Trajectory ĐiềukhiểnđộngcơDCkhôngchổithancókếtquảrấttốttrongthờigianthử. Điện áp nút DC duy trì ở mức tương đối không đổi trong thời gian giảm tốc độ động cơ. Mômen phát triển tương xứng với độ lớn dòng động cơ. Điều này thể hiện thuật giải điều khiển hướng trường làm việc rất tốt (field-oriented control). Có thể lưu ý đến dạng sóng, mặt cắt tốc độ động cơ với sai số rất nhỏ. Tham khảo [1]Miller, T. J. E.,Brushless Permanent-Magnet and ReluctanceMotor Drives, Clarendon Press, Oxford, 1989. [2] Spong,M.W.,andVidyasagar,M.,RobotDynamicsandControl,John Wiley & Sons, New York, 1989. Building Your Own Drive Mặc dù thư viện Electric Drives có mô hình của 13 ứng dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp, bạn có thể có vài yêu cầu đặc biệt dẫn dắt bạn xây dựng mô hình điều khiểnđộngcơriêngchobạn.Sauđâysẽhướngdẫnbạncáchxâydựngmôhình điều khiển động cơ dùng các khối Simulink và SimPowerSystems. Bạn sẽ xây dựng điều khiển động cơ điều khiển hướng trường(field-oriented-control), rất giống với mô hình AC3 thư viện điều khiển điện. Hình sau là sơ đồ khối điều khiển. Simpower-system Page 196 of 545 Field-Oriented Variable-Frequency Induction Motor Drive Description of the Drive CungcấpđộngcơcảmứngbằngbộnghịchlưuđiềukhiểndòngPWM,nólàm việc như nguồn dòng hình sin 3 pha. So sánh tốc độ động cơ với tốc độ quy chiếu * và xử lý lỗi bằng bộ điều khiển tốc độ để sản sinh mômen yêu cầu Te*. Như hình vẽ dưới, có thể điều khiển riêng biệt từ thông và mômen động cơ bằng dòng direct-axis i ds stator và dòng quadrature-axis i qs , tương ứng. Simpower-system Page 197 of 545 Field-Oriented Control Principle Nguyên lý toán học điều khiển AC trình bày trong Getting Started. Ở đây, chúng tachỉviếtlạiphươngtrìnhcơbản.Tínhtoándòngquychiếuquadrature-axisi qs * stator từ mômen quy chiếu T e * như sau VớiL r làđiệncảmđộngcơ,L m làđiệncảmchung,vàướclượngtừthôngmóc vòng động cơ | r | est từ Với r = L r / R r là hằng số thời gian động cơ. Dòng quy chiếu direct-axis i ds * stator có từ đầu vào từ thông quy chiếu | r |*. Yêu cầu vị trí từ thông động cơ e sinh ra biến đổi tọa độ từ tốc độ động cơ m và tần số trượt sl . Tính toán tần số trượt từ dòng quy chiếu stator i qs * và thông số động cơ. Chuyểnđổidòngquychiếui qs *vài ds *thànhdòngphai a *,i b *,i c *chobộđiều chỉnh dòng. Bộ điều chỉnh xử lý dòng đo và quy chiếu để sản sinh các tín hiệu bộ chuyển đổi chọn. Vaitròbộđiềukhiểntốcđộlàgiữchotốcđọđộngcơbằngtốcđộquychiếuở trạngthaisổnđịnhvàđểcungcấpmộtbiếnđộngtrongthờigianquáđộ.Bộđiều khiển có thể là kiểu proportional-integral. Modeling the Induction Motor Drive Mởmô hìnhpower_acdrive và lưu tên case3.mdltrong thưmục làm việc vì vậy bạn có thể tạo nhiều thay đổi mà không làm thay đổi file gốc. Hình vẽ tiếp theo là mô hình power_acdrive, dùng các khối từ SimPowerSystems và Simulink để mô hình điều khiển động cơ cảm ứng. Simpower-system Page 198 of 545 Hình4-25:Điềukhiểnđộngcơcảmứnghướngtrườngtốcđộthayđổi (Variable-Speed Field-Oriented Induction Motor Drive) (power_acdrive) Mô hình động cơ cảmứng bằng khối AsynchronousMachine. Động cơdùng để nghiêncứutrongtrườnghợpnàylàđộngcơ50HP,460V,4cực,60Hzcócác thông số như sau: Rs0.087 Lls0.8 mH Lm34.7 mH Rr0.228 Llr0.8 mH Tốc độ quy chiếu và mômen tải cung cấp cho trục động cơ có thể chọn cả 2 bằng khốimộtManualSwitchđểdùngcảgiátrịkhôngđổihoặchàmbước.Đặttốcđộ quy chiếu ban đầu là 120 rad/s và duy trì mômen tải không đổi ở 0 N.m MạchchuyểnđổiđiêukhiểndòngPWMnhưhình4-25.Môhìnhbộchuyểnđổi IGBTbằngkhốiUniversalBridgechọnởtùychọnPowerElectronicdevicevà Port configuration là IGBT/Diode và ABC là các đầu ra tương ứng. Thể hiện điện áp đầu vào liên kết DC bằng nguồn áp 780 V DC. Bộđiềuchỉnhdòngbaogồm3bộđiềukhiểntrễ,xâydựngbằngcáckhối Simulink.CungcấpdòngđộngcơbằngđầurađolườngkhốiAsynchronous Machine. Sựchuyểnđổigiữaabcvàkhungquychiếudqdokhốiabc_to_dq0 Transformation và dq0_to_abc Transformation thực hiện như hình 4-25. Simpower-system Page 199 of 545 Tính toán từ thông động cơ bằng khối Flux_Calculation như hình 4-25. Tính toán vị trí từ thông động cơ ( e) bằng khối Teta Calculation hình 4-25. Tính toán dòng quy chiếu vuông góc (iqs*) bằng khối iqs*_Calculation như hình 4-25. Tính toán dòng quy chiếu hướng trục stator (ids*) bằng khối id*_Calculation như hình 4-25. Bộđiềukhiểntốcđộkiểuproportional-integralvàdùngkhốiSimulinkđểthực hiện. Simulating the Induction Motor Drive Simpower-system Page 200 of 545 Đểtăngtốcđộmôphỏng,giánđoạnmôhìnhnàydùngthờigianmẫulà2us. Biến Ts = 2e-6 tự động tải vào không gian làm việc khi bạn mở mô hình này. Dùng thời gian mẫu Ts cho cả mạch (Ts xác định trong Powergui) và hệ thống điều khiển. Chạy mô phỏng bằng cách chọn Start từ menu Simulation trong Simulink. Hiển thị điện áp động cơ và dạng sóng dòng cũng như tốc độ và mômen động cơ ở 4 trục của scope nối với các biến Vab, Is, Te, và. Starting the Drive Bạn có thể bắt đầu điều khiển bằng cách xác định [1,0,0,0,0,0,0,0] như là các điều kiệndầuchokhốiAsynchronousMachine(initialslip=1vàkhôngcódòngchạy trong 3 pha). Tốc độ quy chiếu là 120 rad/s. Quansáttốcđộđộngcơ,mômenđiệncơ,vàdòngtrongthờigianbắtđầuđiều khiển động cơ cảm ứng như trên hình 4-26 LưuýrằngbạncóthểlưuvectơtrạngtháicuốixFinalbằngcáchchọn WorkspaceI/O-->Savetoworkspace-->Finalstatetronghộphộithoại Simulationparameters.Cóthểdùngnónhưtrạngtháiđầutrongmôphỏngtiếp theo vì vậy mô phỏng có thể khởi động dưới các điều kiện ổn định. Hình4-26:Khởiđộngđiềukhiểnđộngcơcảmứng(StartingtheInduction Motor Drive) Dạngsóngápvàdòngtrạngtháiổnđịnh(Steady-StateVoltage and Current Waveforms) Khi đạt tới trạng thái ổn định, bạn có thể dừng mô phỏng và thu nhỏ các tín hiệu trên scope. Simpower-system Page 201 of 545 Hìnhnàylàdạngsóngáp,dòngvàmômenđộngcơcóđượckhichạykhôngtải (mômen = 0 N.m) ở tốc độ 120 rad/s. The 20 A band imposed by the hysteresis current regulator is clearly seen on the three motor currents. Dạng sóng dòng, áp, mômen động cơ trạng thái ổn định (Steady-State Motor Current, Voltage, and Torque Waveforms) Speed Regulation Dynamic Performance Bạncóthểnghiêncứuthựchiệnđiềukhiểnđộng(thựchiệnđiềuchỉnhtốcđộ chống lại sự thay đổi mômen tải và quy chiếu) bằng cách cung cấp 2 điều kiện làm việchayđổiđểđiềukhiển:thayđổitừngbướctốcđộquychiếuvàthayđổitừng bước mômen tải. DùngReferenceSpeedselectionswitchvàTorqueselectionswitchđểđặtbước tốc độ quy chiếu từ 120 rad/s đến 160 rad/s ở t = 0.2 s và bước mômen tải từ 0 N.m đến 200 N.m ở t = 1.8 s. Vectơ trạng thái cuối có ở mô phỏng trước có thể dùng như điềukiệnđầuvìvậymôphỏngkhởiđộngtừtrạngtháiổnđịnh.Tảifile power_acdrive_init.mat, tạo biến đầu. Chọn hộp kiểm tra Workspace I/O --> Load fromworkspace-->InitialstatetronghộphộithoạiSimulationparametersvà khởi động lại mô phỏng. Đáp ứng điều hiển động cơ cảm ứng với các thay đổi liên tiếp tốc độ quy chiếu và mômen tải như sau. Simpower-system Page 202 of 545 Dynamic Performance of the Induction Motor Drive References [1] Leonhard, W., Control of Electrical Drives, Springer-Verlag, Berlin, 1996. [2]Murphy,J.M.D.,andTurnbull,F.G.,PowerElectronicControlofAC Motors, Pergamon Press, Oxford, 1985. [3] Bose,B.K.,PowerElectronicsandACDrives,Prentice-Hall,Englewood Cliffs, N.J., 1986. Quáđộvàđiệntửcôngsuấttronghệthốngđiện (Transients and Power Electronics in Power Systems) Cungcấpnhữngvídụchitiếtđểnghiêncứucáctìnhhuống,cáchdùng SimPowerSystemstrongcácứngdụngtiêubiểu.Tấtcảcácvídụdùngmôhình gián đoạn bước cố định. Trường hợp 1 nghiên cứu quá độ hệ thống truyền tải bù nối tiếp AC. Trường hợp 2 đến 5 là ví dụ điện tử công suất dựa trên hệ thống truyền tải AC linh hoạt (FACTS) và về 2 miền ứng dụng đặc biệt của FACTS: Trườnghợp2và3minhhọabùcôngsuấtphảnkhángshuntdùng2 kỹ thuật khác nhau: SVC dùng thyristor và STATCOM dùng bộ chuyển đổi nguồn áp sóng vuông GTO. Trường hợp4 và 5minh họa 2 kỹ thuật chuyển đổi công suất truyền tải HVDC: bộ chuyển đổi thyristor và bộ chuyển đổi nguồn áp điều biến độ rộng xung (PWM). Series-CompensatedNghiêncứuquáđộhệthốngtruyềntảibù Simpower-system Page 203 of 545 Transmission Systemnối tiếp AC Thyristor-Based Static Var Compensator Nghiêncứubùtĩnh(SVC)dùng3tụ chuyển mạch thyristor (TSC) và 1 điện kháng thyristor điều khiển (TCR) GTO-Based STATCOMNghiêncứubùđồngbộtĩnh(STATCOM) dùng bộ chuyển đổi GTO 48 xung Thyristor-BasedHVDC Link NghiêncứutruyềntảiđiệnápcaoDC (HVDC)dùngbộchuyểnđỏidòngthyristor 12 xung VSC-Based HVDC LinkNghiêncứutruyềntảiđiệnápcaoDC (HVDC)dùngbộchuyểnđổinguồnáp (VSC) Hệthốngtruyềntảibùnốitiếp(Series-Compensated Transmission System) Ví dụ mô tả trong phần này minh họa mô hình bù nối tiếp và các hiện tượng liên quan như cộng hưởng đồng bộ trong hệ thống truyền tải. Môtảhệthốngtruyềntải(DescriptionoftheTransmission System) Sơ đồ 1 sợi ở đây thể hiện 3 pha, 60 Hz, 735 kV công suất phát từ nhà máy có 6 tổ máy 350 MVA lên hệ thống qua đường dây truyền tải 600 km. Đường dây truyền tải chia làm 2 đường 300 km nối giữa nút B1, B2, và B3. Hình 5-1: hệ thống truyền tải bù nối tiếp và song song Simpower-system Page 204 of 545 Để tăng khả năng truyền tải, mỗi đường dây được bù nối tiếp bằng tụ bằng40% điệnkhángđườngdây.Cả2đườngdâyđềubùshuntbằngđiệnkhángshunt330 Mvar. Thiết bị bù shunt và nối tiếp ở trạm B2 với máy biến áp 300 MVA-735/230 kV cấp tải 230 kV-250 MW. Bảo vệ mỗi tụ bù nối tiếp bằng varistor oxide kim loại (MOV1 và MOV2). 2 máy cắt đường dây 1 là CB1 và CB2. Mô hình hệ thống nàycó sẵn trong mô hình power_3phseriescomp. Tải mô hình này và lưu trong thư mục làm việc đặt tên là case1.mdl để cho phép thay đổi nhiều hơn so với hệ thống ban đầu. So sánhmô hìnhmạch trong SimPowerSystems (Hình 5-2) với sơđồ trong hình 5-1.MôphỏngmáyphátbằngkhốiSimplifiedSynchronousMachine.Dùngmột khối Three-Phase Transformer (Two Windings) và 1 khối Three-Phase Transformer (ThreeWindings) để mô phỏng 2 máy biến áp. Thực hiện sự bảo hòa máy biến áp nói ở nút B2. KhốiB1,B2,vàB3làkhốiThree-PhaseV-IMeasurementlấyratừthưviện Measurements. Định dạng lại các khối này và tô màu nền đen để hiển thị thanh cái. Đầu ra 3 áp dây-đất và 3 dòng dây. Mở hộp hội thoại B1 và B2. Lưu ý cách chương trìnhhóacáckhốivớiápđầuratrongđơnvịp.u.vàdòngtrongđơnvịp.u./100 MVA. Cũng lưu ý rằng tín hiệu áp và dòng gửi đến đầu cuối khối Goto bằng cách địnhtêntínhiệu.CáctínhiệutácđộngbằngkhốiFromtronghệthốngconData Acquisition. Cung cấp sự cố trên đường 1, phía đường dây có tụ. Mở hộp hội thoại khối Three- Phase Fault và khối Three-Phase Breaker CB1 và CB2. Xem cách xác định khởi tạo trạng thái máy cắt và thời gian chuyển mạch. Cung cấp sự cố dây-đất trên pha A ở t = 1 chu kì. 2 máy cắt ban đầu đóng sau đó mở ở t = 5 chu kì, mô phỏng phát hiện sự cốvàthờigianmởlà4chukì.Loạitrừsựcốởt=6chukì,1chukìsaukhicắt đường dây. Hình 5-2: Hệ thống bù nối tiếp (power_3phseriescomp) Series Compensation1 Subsystem Bây giờ mở hệ thống con Series Compensation1 mô hình power_3phseriescomp. Module 3 pha có 3 hệ thống con đồng nhất,một cho mỗi pha. Một ghi chú chỉ thị Simpower-system Page 205 of 545 tínhtoángiátrịtụnhưthếnàovàmứcbảovệMOV.MởhệthốngconSeries Compensation1/PhaseA.BạncóthểxemchitiếtnốitụnốitiếpvàkhốiSurge Arrester (đổi tên MOV). Đường dây truyền tải là 40% bù nối tiếp bằng tụ 62.8 uF. Bảo vệ tụ bằng khối MOV. Nếu bạn mở hộp hội thoại khối MOV, lưu ý rằng có 60 cột và mức bảo vệ nó (xác định ở dòng quy chiếu 500 A/cột hoặc tổng 30 kA) đặt ở 298.7 kV. Điện áp này tương ứng 2.5 lần điện áp định mức tụ có ở dòng định mức 2 kA RMS. Một bộ phóng điện cũng nối song song với khối MOV. Đánh thủng bộ phóng điện khi năng lượng bộ chống sét hấp thụ vượt quá trị tới hạn30 MJ.Để giới hạn nhịp độ tăng dòng tụ khi bộ phóng điện bị đánh thủng, nối nối tiếp mạch đệm RL. Mở hệ thốngconEnergy&Gap.NóchỉcáchtínhnănglượngtổnhaotrongMOVbằng cách hợp nhất công suất (sinh ra điện áp và dòng MOV). Khinănglượngvượtquángưỡng30MJ,gửithứtựđóngchokhốiBreakermô phỏng bộ phóng điện . Series Compensation Module Series Compensation1/PhaseA Subsystem Simpower-system Page 206 of 545 Series Compensation1/PhaseA Subsystem/Energy and Gap Firing Môhìnhmáybiếnápbãohòa3pha(Three-PhaseSaturable Transformer Model) Mởhộphộithoại300MVA735/230kVTransformervàlưuýrằngđặctính dòng-từ thông đặt là [0 0 ; 0.0012 1.2; 1 1.45] in p.u. Dữ liệu là giá trị dòng và từ thông ở điểm 1, 2, và 3 xấp xỉ tuyến tính đường cong từ thông móc vòng. Saturable Transformer Model Simpower-system Page 207 of 545 Xấp xỉ đặc tính từ thông-dòng bằng 2 đoạn như hình vẽ sau. Điểm uốn khúc bão hòa là 1.2 p.u. Phần đầu tương ứng với đặc tính từ hóa trong vùng tuyến tính (cho từ thông dưới 1.2p.u.).Ở điện áp 1 p.u.,dòng từ hóa cảm ứng là 0.0010/1.0 = 0.001 p.u., tương ứng 0.1% tổn hao công suất phản kháng. Xác định tổn hao lõi sắt (tổn hao công suất tác dụng) từ điện kháng từ hóa Rm = 1000 p.u., tương ứng tổn hao 0.1% ở điện áp định mức. Độ dốc đặc tuyến bảo hòa trong cùng bão hòa là 0.25 p.u. Do vậy, đưa vào việc tínhtoánđiệnkhángmócvòngsơcấp(L1=0.15p.u.),điệnkhánglõikhôngkhí máy biến áp từ cuộn sơ cấp là 0.4 p.u./300 MVA. Setting the Initial Load Flow and Obtaining Steady State Trước khi thực hiện kiểm tra quá độ, bạn phải khởi tạo mô hình có trào lưu công suấtmongmuốn.DùngtiệníchtràolưucôngsuấtPowerguiđểcótràolưucông suất tác dụng 1500 MW ra khỏi máy điện với điện áp đầu cuối là 1 p.u. (13.8 kV). MởhộphộithoạikhốiPowerguivàchọnLoadFlowandMachine Initialization.Mộtcửasổmớixuấthiện.Trongphíatrênbênphảicửasổbạncó tên máy điện thể hiện trong hệ thống. Bus type là PV Generator Terminal Voltage mongmuốnnênđặtsẵnđiệnápđịnhmức13800V.TrongtrườngActivePower, nhập1500e6làcôngsuấtđầuramongmuốn.NhấpnútExecuteloadflow.Đầu tiên giải trào lưu công suất, phasors điện áp Machine AB và BC cũng như cập nhật dòng theo pha A và B ở bên trái cửa sổ. Hiển thị công suất cơ yêu cầu để điều khiển máyđiệntrongđơnvịwattsvàp.u.,vàđiệnápkíchthíchyêucầuEtrongđơnvị p.u. Pmec1.5159e9 W [0.72184 p.u.] E/Vf1.0075 p.u. Lưu ý rằng khối Constant có 2 gia trị nối sẵn với đầu vào Pm và E khối Machine. Nếu bạn mở hộp hội thoại khối Machine, bạn thấy các điều kiện đầu (độ lệch tốc độ banđầudw=0;góctrongtheta,độlứondòng,vàgócpha)tựđộngchuyểnvào hàng cuối cùng. Đầu tiên thực hiện trào lưu công suất, bạn có thể có điện áp tương ứng và dòng đo ở các nút khác. Trong khối Powergui, chọn Steady State Voltages and Currents. BạncóthểthấyphasorsđiệnápphaAởnútB1,B2,vàB3vàdòngnhậpdòng1 nút B1. B1/Va6.088e5 V ; 18.22 degrees B2/Va6.223e5 V ; 9.26 degrees B3/Va6.064e5 V ; 2.04 degrees B1/Ia1560 A ; 30.50 degrees Trào lưu công suất phản kháng pha A Tương ứng tổng tải 464 * 3 = 1392 MW cho 3 pha. Simpower-system Page 208 of 545 Thực hiện quá độ sự cố đường dây Đểtăngtốcđộmôphỏng,bạncầngiánđoạnhệthống.Thờigianmẫuxácđịnh trongkhốiPowerguilàmộtbiếnTs.ThờigianmẫuTs=50e-6xácđịnhsẵntrong chứcnăngModelInitializationtrongCallbackscủaModelProperties.Thờigian mẫu Ts cũng dùng trong khối Discrete Integrator của bộ tính toán năng lượng MOV điều khiển khe hở. Đảm bảo thông số mô phỏng đặt như sau. Stop time0.2 Solver options typeBước cố định; gián đoạn(trạng thái không liên tục) Fixed step sizeTs Line-to-Ground Fault Applied on Line 1 Đảmbảochươngtrìnhhóamáycắtsựcốchosựcốđườngdây-đấttrênphaA. Khởi động mô phỏng và quan sát dạng sóng trên 3 scope. Dạng sóng như sau. Simpower-system Page 209 of 545 Simulation Results for a Four-Cycle Line-to-Ground Fault at the End of Line 1 Mô phỏng bắt đầu ở trạng thái ổn định. ở t = 1 chu kì, cung cấp sự cố đường dây- đất và dòng sự cố đạt đến 10 kA (a: đường 3). Trong thời gian sự cố, MOV sinh ra ở từng nửa chu kì (b: trace 2) và năng lượng tiêu tán trong MOV (b: đường 3) tăng lên đến 13 MJ. Ở t = 5 chu kì rơle bảo vệ đường dây mở máy cắt CB1 và CB2 (xem dòng3dâytrênđường2)vànănglượngkhôngđổiở13MJ.Nănglượngcựcđại không vượt quá ngưỡng 30 MJ. Ở thời điểm mở máy cắt dòng sự cố giảm xuống giá trị nhỏ nhất và điện dung nối tiếp bắt đầu phóng điện qua sự cố và điện kháng shunt. Dòng sự cố dập tắt ở lần qua 0 đầu tiên sau khi mở máy cắt sự cố (t = 6 chu kì). Thì tự nối tiếp dùng phóng điện và điện áp dao động quanh 220 kV (b: đường 1). Three-Phase-to-Ground Fault Applied on Line 1 Nhấp đôi khối Three-Phase Faultđểmởhộphội thoạiBlock Parameters. Chọn hộp kiểm tra Phase B Fault và Phase C Fault, vì vậy bây giờ bạn có sự cố 3 pha – đất. Khởi động lại mô phỏng. Kết quả dạng sóng như sau. Simpower-system Page 210 of 545 Simpower-system Page 211 of 545 Kết quả mô phỏng 4 chu kì sự cố 3 pha-đất cuối đường dây 1 Lưu ý rằng trong thời gian sự cố năng lượng tiêu tán trong MOV (b: trace 3) tăng nhanhhơnsovớitrongtrườnghợpsựcốđườngdâyvớiđất.Nănglượngđạtđến ngưỡng 30 MJ sau 3 chu kì, một chu kì trước khi mở máy cắt đường dây. Kết quả là,**thegapisfiredvàđiệnáptụ(b:đường1)nhanhchóngxảvề0thôngqua mạch đệm . Phân tích tần số (Frequency Analysis) Một đặc tính đặc biệt của hệt hống bù nối tiếp là sự tốn tại chế độ đồng bộ (điện kháng hệ thống các cực và 0 dưới tần số cơ bản). Công hưởng nguy hiểm có thể xảy ranếuchếđộmômencơtrụcturbine/máyphátlàgầnbằng0trởkhánghệthống. Cũng như vậy điện áp đồng bộ cao vì các cực trở kháng ở tần số đồng bộ lam cho máy biên áp bảo hòa. Sự bảo hòa máy biến áp vì điện áp đồng bộ được minh họa ở cuối nghiên cứu trường hợp này. Sự khuyếch đại mômen máy nhiệt được minh họa trong phần khác (xem mô hình power_thermal). Bây giờ đo điện kháng thứ tự thuận chống lại tàn sso ở nút B2. PhầnAnalyzingaSimpleCircuitgiảithíchcáchkhốiImpedanceMeasurement cho phép tính toán điện kháng hệ thống tuyến tính từ mô hìnhkhông gian trạng thái. Tuynhiên,môhìnhcase1cónhiềukhốiphituyến(máyvàsựbảohòamáybiến áp). Nếu bạn nối khối Impedance Measurement với hệ thống của bạn, bỏ qua tất cả các khối phi tuyến. Điều này đúng cho máy biến áp, nhưng bạn nhận điện kháng hệ thống với các máy mở ra. Trước khi đo điện kháng bạn phải thay thế khối Machine bằng khối tuyến tính tương đương trị có cùng điện kháng. XóakhốiSimplifiedSynchronousMachinetừmôhìnhcase1vàthaythếbằng khốiThree-PhaseSourcetừthưviệnElectricalSources.Mởhộphộithoạivàđặt thôngsốnhưsauđểcócùnggiátrịđiệnkháng(L=0.22p.u./(6*350MVA) Quality factor = 15). Phase-to-phaserms voltage 13.8e3 Phase angle of phase A0 Frequency (Hz)60 Internal connection YgSpecifyimpedanceusingshort-circuit level 3-phaseshort-circuit level 6*350e6 Base voltage13.8e3 X/R ratio15 Simpower-system Page 212 of 545 Lưu mô hình đã thay đổi là case1Zf.mdl. Mở thư viện powerlib và copy khối Impedance Measurement vào mô hình. Dùng khối này để thực hiện đo điện kháng. Nối 2 đầu vào khối này giữa pha A và B nút B2.Đođiệnkhánggiữa2phacho2lầnđiệnkhángthứtựthuận.Dođóbạnphải cung cấp hệ số 1/2 cho điện kháng để có giá trị điện kháng chính xác. Mở hộp hội thoại và đặt hệ số nhân là 0.5. TrongkhốiPowergui,chọnImpedancevsFrequencyMeasurement.Mộtcửa sổmớimởra,tênkhốiImpedanceMeasurement.Điềndảitầnsốbằngcáchnhập 0:500. Chọn dải tuyến tính để hiện thị biến độ Z. nhấp nút Save data to workspace và nhập Zcase1 như tên biến để chứa impedance vs. frequency. Nhấp nút Display. Khi kết thúc tính toán, hiển thị biên độ và pha là một hàm của tần số trong 2 đồ thị trên cửa sổ. Nếu xem trong không gian làm việc (workspace), bạn có tên biến là Zcase1. nó là ma trạn 2 cột có chứa tần số ở cột 1 và điện kháng phức ở cột 2. Điện kháng là một hàm của tần số (biên độ và pha). Impedance vs. Frequency Seen from Bus B2 Bạn có thể quan sát 3 chế độ chính: 9 Hz, 175 Hz, và 370 Hz. Chế độ 9 Hz là chủ yếu vì sự cộng hưởng song song của tự nối tiếp với bộ điện cảm. Chế độ 175 Hz và 370Hzlàvìthôngsốđườngdâyphânphối600km.Cả3chếđộlàgiốngnhauở điểm laọi trừ sự cố. Simpower-system Page 213 of 545 Nếu bạn phóng to điện kháng trong vùng 60 Hz, bạn có thể thấy mức ngắn mạch hệ thống ở nút B2. bạn cần tìm thấy giá trị 58 O ở 60 Hz, tương ứng công suất ngắn mạch 3 pha (735 kV) 2 / 58 = 9314 MVA. Thực hiện quá độ sự cố ở nút B2 Cấuhìnhcácmáycắttrạmbiếnápthôngthườngchophépxóabỏsựcốởnút không đường dây hoặc máy biến áp. Bạn nên thay đổi mô hình case1 để thực hiện 3 chu kì sự cố 3 pha-đất ở nút B2: 1.Mở nối khối sự cố 3 pha (khối Three-Phase Fault) và nối lại nó vì vậy sự cố bây giờ cung cấp ở nút B2. 2.MởkhốiThree-PhaseFaultvàthựchiệnthayđổisautronghộphội thoại của nó: Pha A, Pha B, Pha C, nối đất. Lựa chọn tất cả. Thời gian quá độ [2/60 5/60] Trạng thái chuyển tiếp[1, 0, 1...](0/1) 1.Bây giờ bạn có một chương trình đã được lập trình sẵn ba pha với đất cấp ở thờI gian t= 2 chu kì. 3.mởhộphộithoạimáycắtCB1vàCB2vàthựchiệnnhữngthayđổi sau: Switching of Phase ANot selected Switching of Phase BNot selected Switching of Phase CNot selected 1.Máy cắt không thay đổi vị trí. Chúng ở trạng thái ban đầu (đóng). 4.Tronghệthốngthưthậpdữliệu(DataAcquisitionsubsystem),chèn khốiSelector(từthưviệnSimulinkSignals&Systems)ởđầuraVabc_B2 nútB2nốivớiscope.ĐặtthôngsốElementslà1.Điềunàychophépbạn thấy áp pha A rõ ràng trên scope. 5.Bâygiờthêmkhốiđểđọctừthôngvàdòngtừhóamáybiếnápbảo hòa nối ơ nút B2. 1.Copy khối Multimeter từ thư viện Measurements vào mô hình case1l. Mở hộp hội thoại Transformer. Trong liệt kê Measurements, chọn Flux và dòng từ hóa (magnetization current). Mở khối Multimeter. Kiểm tra bạn có 6 tín hiệu có sẵn. Chọn từ thông và dòng từ hóa pha A và nhấp OK. 6.bây giừo bạn có 2 tín hiệu cs sẵn ở đầu ra khối Multimeter. Dùng khối Demux để gửi 2 tín hiệu này lên 2 scope. 7.ITronghợphộithoạiSimulation-->Simulationparameters,thay đổithờigiandừnglà0.5.Sựmôphỏngvớithờigianchậmchophépbạn quan sát các chế độ tần số thấp mong muốn (9 Hz). Khởi động mo phỏng. Kết quả dạng sóng như sau. Simpower-system Page 214 of 545 Simpower-system Page 215 of 545 Kết quả mô phỏng 3 chu kì sự cố 3 pha-đất ở nút B2 Chế độ trùng hợp 9 Hz kích thích xóa bỏ sự cố thấy rõ ràng trên áp pha A ở nút B2 (đường 1) và áp tụ (đường 3). Thành phần điện áp 9 Hz xuất hiện ở nút B2 làm cho máy biến áp bão hòa, như dòng từ hóa máy biến áp (đường 5). Vẽ từ thông pha A máy biến áp trên đường 4. Ứng dụng sự cố điện áp ở đầu cuối máy biến áp giảm xuống 0 và từ thông vẫn không thay đổi trong thời gian sự cố. Ở thời điểm loại trừ sự cố, khi điện áp phục hồi, điều khiển máy biến áp vào bảo hòa như kết quả lệch từ thông tạo bởi thành phần điện áp 60 Hz và 9 Hz. Các xung dòng từ hóamáy biếnáp xuất hiện khi từ thông vượt quámức bảohòa. Dòng này chứa thành phần điện kháng 60 Hzbiến điệu ở 9 Hz. Thyristor-Based Static Var Compensator Ví dụ mô tả trong phần này minh họa ứng dụng SimPowerSystems để nghiên cứu sự thực hiện trạng thái ổn định và động bộ bù tĩnh (SVC) trên hệ thống truyền tải. SVClàthiếtbịshuntcủahọFlexibleACTransmissionSystems(FACTS)dùng điệntửcôngsuất.Nóđiềuchỉnhđiệnápbằngcáchpháthoạchấpthụcôngsuất phảnkháng.NếubạnkhôngquenSVC,vuilòngxemtảiliệukhốiStaticVar Compensator (Phasor Type), nó trình bày nguyên tắc làm việc của SVC. Khối Static Var Compensator (Phasor Type) của thư viện FACTS là mo hình đơn giảncóthểmôphỏngbấtkìtôpôSVCnào.Bạncóthểdùngnóvớitùychọnmô phỏngphasorkhốiPowerguiđểnghiêncứuthựchiệnđộngvàổnđịnhquáđộhệ thống điện. Vì tần số thấp giao động điện cơ trong hệ thống công suất lớn (tiêu biểu 0.02 Hz đến 2 Hz), nghiên cứu loại này thường yêu cầu thời gian mô phỏng là 30- 40 giây hoặc hơn. MôhìnhSVCtrìnhbàytrongvídụnàylàmôhìnhchitiếthơntôpôSVCđặc biệt(dùng điện kháng điều khiển thyristor (TCR) và tụ khóa thyristor (TSCs)) với sự thể hiện đầy đủ điện tử công suất. Loạimôhình nàyyêu cầumô phỏng gián đoạn vớibướcthờigiancốđịnh(50ustrongtrườnghợpnày)vàdùngnóđặcbiệtđể nghiên cứu sự thực hiện SVC trên dải thời gian nhỏ hơn nhiều (một vài giây). Ứng dụng tiêu biểu bao gồm tối ưu hóa hệ thống điều khiển, tác động sóng hài, quá độ và quá tải các thành phần điện trong thời gian sự cố. Mô tả SVC Sơ đồ một sợi mô hình SVC như trong hình 5-3. Nó thể hiện 300 Mvar SVC nối với hệ thống truyền tải 735 kV. Vídụnàycósẵntrongmôhìnhpower_svc_1tcr3tsc.Tảimôhìnhnàyvàlưu trong thư mục làm vệc của bạn là case2.mdl để cho phép thay đổi nhiều hơn đối với hệ thống ban đầu. Mô hình này như trong hình 5-4. Simpower-system Page 216 of 545 Hình 5-3: Sơ đồ 1 sợi SVC Hình5-4:MôhìnhSPS300MvarSVCtrênhệthống735kV (power_svc_1tcr3tscs) Các thành phần SVC SVC gồm máy biến áp đôi 735 kV/16 kV, 333 MVA, một tụ TCR 109 Mvar và 3 tụ TSC 94 Mvar (TSC1 TSC2 TSC3) nối bên phía thứ cấp máy biến áp. Khóa TSC đóng mở cho phép thay đổi gián đoạn công suất điện kháng thứ cấp từ 0 đến 282 Mvar dung (ở 16 kV) bằng bước 94 Mvar, trong khi điều chỉnh pha TCR cho phép thay đổi liên tục từ 0 đến 109 Mvar cảm. Tính đến điện kháng móc vòng máy biến áp (0.15 p.u.), thấy rằng điện nạp tương đương SVC từ phía sơ cấp có thể tha đổi liên tục từ -1.04 pu/100 MVA (đầy cảm) to +3.23 pu/100 Mvar (đầy dung). Simpower-system Page 217 of 545 SVC Controller giám sát điện áp sơ cấp và gửi xung thích hợp đến 24 thyristors (6 thyristors per three-phase bank) to obtain the susceptance required by the voltage regulator. Dùng Look under Mask để xem cách xây dụng hệ thống con TCR và TSC. Nối bank 3 pha tam giác vì vậy, trong thời gian làm việc cân bằng bình thường, sóng hài tripplenthứtựkhông(3rd,9th,...)giữlạitrongcuộntamgiác,bởivậygiảmbớt sóng hài bơm vào hệ thống. Thể hiện hệ thống công suất bàng đẳng trị điện cảm (mức ngắn mạch 6000 MVA) vàtải200-MW.ĐiệnáptronghệthốngđẳngtrịcóthểthayđổibằngkhốiThree- PhaseProgrammableVoltageSourceđểquansátđápứngđộngSVCđểthayđổi điện áp hệ thống. SVC Control System Open the SVC Controller (xem hệ thống con hình 5-5). Hình 5-5: Hệ thống điêu khiển SVC Hệ thống điều khiển SVC gồm có 4 module chính sau: MeasurementSystemđođiệnápsơcấpthứtựthuận.Hệthốngnày dùng kỹ thuật tính toán Fourier gián đoạn để ước lượng điện áp cơ bản over a one-cyclerunningaveragewindow.Đơnvịchỉsốđiệnápđođượcchạy bởimột chương trình lập sẵn để đưa vào trong sự thay đổi tính toán của tần số hệ thống. VoltageRegulatordùngbộđiềuchỉnhPIđểđiềuchỉnhđiệnápsơ cấp ở điện áp quy chiếu (1.0 p.u. xác định trong menu khối SVC Controller). Một điện thế droop được sáp nhập trong điện thế điều chỉnh để thu được đặc tính V-I với độ nghiêng (0.01 pu/100 MVA trong trường hợp này). Do vậy, khi điểm làm việc SVC thay đổi từ đầydung (+300Mvar) sangđầycảm (- 100 Mvar) điện áp SVC thay đổi giữa 1 - 0.03 = 0.97 p.u. và 1 + 0.01 = 1.01 pu. DistributionUnitdùngđiệnnạpsơcấptínhtoánB svc bằngbộđiều chỉnh điện áp để xác định góc mở o TCR và trạng thái (on/off) 3 nhánh TSC. Simpower-system Page 218 of 545 Góc mở o như là một hàm của TCR điện nạp B TCR được thực hiện bằng bảng giám sát từ phương trình sau vớiB TCR làđiệnnạpTCRtrongp.u.củacôngsuấtđiệnkhángđịnhmức TCR (109 Mvar) Firing Unit gồm có 3 hệ thống con độc lập, mỗi một hệ thống con là cho một pha (AB, BC và CA). Mỗi hệ thống con gồm có PLL đồng bộ trên điện áp thứ cấp dây-dây và một máy phát xung cho mỗi nhánh TCR và TSC. Máy phát xung dùng góc mở và trạng thái TSC có từ Distribution Unit để phátxung.SựmởcácnhánhTSCcóthểđồngbộhóa(gửimộtxungởcác thyristorsdươngvàâmởmỗichukì)hoặcliêntục.Chếđọmowrđồngbộ thường là phương pháp được sử dụng ưa thích vì giảm sóng hài nhanh hơn. CóthểchọnthayđổichếđộmởSynchronizedtronghộphộithoạiFiring Unit. Steady State and Dynamic Performance of the SVC Bây giờ quan sát dạng sóng trạng thái ổn định và đáp ứng động SVC khi thay đổi điện áp hệ thống. Mở menuProgrammable Voltage Source và thấy chương trình hóa thứ tự bước điện áp. Cũng vậymởmenu khốiSVC Controller và kiểm tra là SVC ở trong chế độ điều chỉnh điện áp (Voltage regulation) với điện áp quy chiếu là 1.0 p.u. Chạymô phỏng và quan sát dạng sóng trên khối Scope SVC. Sóng này được tái sinh ra như ở dưới. Simpower-system Page 219 of 545 Waveforms Illustrating SVC Dynamic Response to System Voltage Steps Banđầunguồnápđặtlà1.004pu,kếtquảđiệnáp1.0p.u.ỏcácđầucuốiSVC khiSVCkhônglàmviệc.NhưđiệnápquychiếuVrefđặtlà1.0pu,theSVClà không đáng lưu ý ban đầu (dòng 0). Điểm làm việc này có được với TSC1 làm việc và TCR hầu như đầy cảm (= 96 degrees). Ởt=0.1sápđộtngộttănglên1.025pu.SVCphảnứnglạibằngcáchhấpthụ công suất phản kháng (Q = -95 Mvar) để đưa điện áp về lại 1.01 pu. Thời gian đặt 95% là xấp xỉ 135 ms. Ở điểm này tất cả TSC là không làm việc và TCR hầu như dẫn hoàn toàn (= 94 0 ). Ở t = 0.4 s điện áp nguồn đột ngột giảm thấp xuống 0.93pu. SVC phản ứng lại bằng cách phát 256 Mvar công suất phản kháng, bởi vậy điện áp tăng đến 0.974 pu. Ở điểm này 3 TSC là làm việc và TCR hấp thụ xấp xỉ 40%công suất phản kháng định mức của nó (=120 0 ). Quan sát đường cuối cùng trên scope cách TSC thứ tự đóng và mở. Mỗi lần TSC mở góc TCR thay đổi từ 180 0 (không cảm)đến 90 0 (đầy cảm). Cuối cùng ở t = 0.7 s điện áp tăng lên đến 1.0 p.u. và công suất phản kháng SVC giảm xuống 0. Simpower-system Page 220 of 545 Bạn có thể mở hệ thống con Signal & Scopes để quan sát dạng sóng. Hiển thị áp vàdòngTCRnhánhABcũngnhưxungthyristortrênscopeTCRAB.Hìnhdưới thu nhỏ 3 chu kì khi góc mở o là 120 0 . Steady State Voltage and Current in TCR AB Misfiring of TSC1 Trường hợp cuối cùng nghiên cứu trình mô phỏngTSC misfiring. MỗilầnTSCkhóamộtgiátrịđiệnápbịtụTSClưulại.Nếubạnxemởscope TSC1 Misfiring bên trong hệ thống con Signals & Scope, bạn có thể quan sát điện ápTSC1(đườngđầutiên)vàdòngTSC1(đường2)nhánhAB.Điệnápđiqua thyristordương(thyristordẫndòngdương)nhưởđường3vàcácxunggửiđến thyristor này như ở đường 4. Lưu ý rằng mở thyristor dương ở điện áp TSC âm cực đại, khi điện áp valve cực tiểu. Nếu lỗi xung mở không gửi đúng thời gian, có thể quan sát thấy quá dòng rất lớn trênvalveTSC.XembêntrongkhốiSVCControllerforhowamisfiringcanbe simulatedonTSC1.DùngkhốiTimervàkhốiORđểthêmxungthôngthườngtừ Firing Unit. Mở menu khối Timer và xóa hệ số nhân 100. Chương trính hóa bộ đếm thời gian để gửi to send a misfiring pulse lasting one sample time at time t= 0.121 s. Khở động lại mô phỏng. Quan sát dạng sóng trên scope TSC1 Misfiring sinh ra ở dưới. Simpower-system Page 221 of 545 TSC Voltages and Current Resulting from Misfiring on TSC1 Quan sát ở đó xung misfiring được gửi đi khi giá trị điện áp đạt giá trị dương tức thìlớn nhấtsau TSCđã cản trở. Thyristormisfiring này tạo ra quá dòng thyristor lớn (18 kA hoặc 6.5 lần dòng đỉnh địnhmức). Cũng như vậy ngay lập tức sau khi thyristor khóa, điện áp thyristor đạt đến 85 kV (3.8 lần điện áp đỉnh định mức). Để ngăn cảnquá dòng vàquá áp, thông thườngbảo vệ valve thyristorbằng chống sét ôxit kim loại (không mô phỏng ở đây). GTO-Based STATCOM Ví dụ mô tả trong phần này minh họa ứng dụng của SimPowerSystems để nghiên cứusựthựchiệntrạngtháiổnđịnhvàđộngcủabộbùđồngbộtĩnh(static synchronouscompensator)(STATCOM)trênhệthốngphânphối.STATCOMlà thiếtbịshuntcủahọhệthốngphânphốiAClinhhoạt(FACTS)sửdụngđiệntử côngsuất.Nóđiềuchỉnhđiệnápbằngcáchpháthoặchấpthụcôngsuấtphản kháng.NếubạnkhôngquenSTATCOM,vuilòngxemtàiliệukhốiStatic SynchronousCompensator(PhasorType),trìnhbàynguyêntắclàmviệccủa STATCOM. TùythuộccôngsuấtđịnhmứccủaSTATCOM,sửdụngkỹthuậtkhácchobộ chuyểnđổicôngsuất.STATCOMcôngsuấtcao(vàitrămMvars)thôngthường dùng GTO-based, bộ chuyển đổi điện áp nguồn sóng vuông (square-wave voltage- sourced converters) (VSC), trong khi STATCOM công suất thấp (hàng chục Mvars) dùng IGBT-based (hoặc IGCT-based) điêu fbiến độ rộng xung (PWM) VSC. Khối Simpower-system Page 222 of 545 TheStaticSynchronousCompensator(PhasorType)củathưviệnFACTSlàmột chế độ đơn giản, mà có thể mô phỏng theo một kiểu khác của STATCOMs. Bạn có thểdùngvớitùychọnmôphỏngphasorkhốiPowerguiđểnghiêncứuthựchiện độngvàổnđịnhquátrìnhquáđộcủahệthống.Bởivậydaođộngđiệncơtầnsố thấp trong hệ thống lớn (đặc biệt từ 0.02 Hz đến 2 Hz), loại này thường yêu cầu thời gian mô phỏng là 30-40 giây hoặc hơn. MôhìnhSTATCOMtrìnhbàytrongvídụnàylàmôhìnhchitiếthơnvớithể hiện đầy đủ điện tử công suất. Nó dùng sóng vuông, 48-xung VSCvà nối liền các máybiếnápchohàmtrunghòa.Kiểumôhìnhnàyyêucầumôphỏnggiánđoạn bước cố định (25 us trong trường hợp này) và nó dùng kiểu đặc trưng để nghiên cứu sự thực hiện STATCOM trong dải thờigiannhỏ hơnnhiều (một vài giây). Những ứng dụng tiêu biểu bao gồm tối ưu hóa hệ thống điều khiển và tác động của sóng hài do bộ chuyển đổi phát ra. Description of the STATCOM STATCOMtrìnhbàytrongvídụnàycósẵntrongmôhình power_statcom_gto48p.Tảimôhìnhnàyvàlưuvàothưmụclàmviệccủabạnlà case3.mdl để cho phép thay đổi nhiều hơn hệ thống ban đầu. mô hình này ở hình 5- 6thểhiệnhệthống3nút500kVvớiđiềuchỉnhđiệnápSTATCOM100Mvarở nút B1. ĐiệnáptronghệthốngđẳngtrịnốiởnútB1cóthểthayđổibằngkhốiThree- Phase Programmable Voltage Source để quan sát đáp ứng động STATCOM để thay đổi điện áp hệ thống. Hình5-6:MôhìnhSPSSTATCOM100Mvartrênhệthống500kV (power_statcom_gto48p) STATCOM Power Component STATCOM gồm có bộ chuyển đổi 48-xung 3 mức và 2 tục 3000 uF mắc nối tiếp, 2tụnàylàmviệcnhưnguồnđiệnápDcthayđổi.Biênđộbiếnđiệnáp60Hzbộ chuyển đổi sinh ra được tổng hợp từ điện áp DC thay đổi quanh giá trị 19.3 kV. Nhấp đôi chuột lên khối STATCOM 500kV100 MVA (xem hệ thống con hình 5- 7). Simpower-system Page 223 of 545 Figure 5-7: 48-Pulse Three-Level Inverter STATCOM dùng mạch này để phát điện áp bộ nghịch lưu V2 đã trình bày trong tài liệu khối Static Synchronous Compensator (Phasor Type). Nó gồm có ghép đôi 4 bộ chuyển đổi 3 pha 3 mức với 4 máy biên áp dịch pha giới thiệu góc lệch pha là +/- 7.5 0 . Ngoại trừ sóng hài bậc 23rd và 25th, sắp xếp các máy biến áp trung hòa này tất cả harmonics up to the 45th harmonic. Cuộn thứ máy biến thế Y và D dừng harmonics 5+12n(5,17,29,41,...)and7+12n(7,19,31,43,...).Thêmvàođó,góclệchpha 15° giữa 2 nhóm máy biến áp (Tr1Y và Tr1D sớm pha 7.5°, Tr2Y và Tr2D trễ pha 7.5°) cho phép hủy bỏ sóng hài 11+24n (11, 35,...) và 13+24n (13, 37,...). Xét thấy rằng máy biến áp không phát sóng hài 3n (tam giác Y không nối đất), máy biến áp không lọai bỏ sóng hài bậc nhất do đó sóng hài bậc 23rd, 25th, 47th và 49th. Bằng cách chọn góc dẫn thích hợp cho bộ nghịch lưu 3 mức (= 172.5°), có thể cực tiểu hóasónghài23rdvà25th.QuantrọngđầutiênharmonicsphátsinhbởImáy chuyển đổi sẽ ở sau 47th and 49th. Sử dụng điện áp phân cựcDCthe STATCOM thus phát sinh 48-step sóng điện áp có dngj gần hình sin. Lược đồ bên dưới tái sinh điện áp sơ cấp phát sinh bởi bộ chuyển đổi STATCOM 8- pulse tốt bằng nó một chương trinh harmonics. Simpower-system Page 224 of 545 Frequency Spectrum of Voltage Generated by 48-Pulse Inverter at No Load Phổtầnnàycóđượctừchạydemopower_48pulsegtoconverter,màdùngcùng tôpôbộchuyểnđổi.FFTthựchiệnphântíchbằngcáchdùngtùychọnFFT Analysis của khốiPowergui. FFT dùng 1 chu kì điện áp bộ chuyển đổi trong suốt thời gian làm viẹc không tải và dải tần 0-6000 Hz. Hệ thống điều khiển STATCOM Mở bộ điều khiển SVC (xem hệ thống con hình 5-5) Simpower-system Page 225 of 545 Hình 5-8: Hệ thống điều khiển STATCOM Nhiệm vụ của hệ thống điều khiển là tăng hoặc giảm điện áp DC tụ, vì vậy điện áp AC phát có biên độ đúng với công suất phản kháng yêu cầu. Hệ thống điều khiển cũng phải giữ điện áp phát AC cùng pha với điện áp hệ thống ở nút nối STATCOM để chỉ phát hoặc hấp thụ công súat phản kháng (ngoại trừ công suất phản khángnhỏ do tổn hao máy biến áp và bộ chuyển đỏi yêu cầu). Hệ thống điều khiển dùng các module sau: Phase Locked Loop (PLL) xung đồng bộ GTO để cung cấp điện áp hệ thống và góc quy chiếu với hệ thống đo lường. MeasurementSystemtínhtoánthànhphầnthứtựthuậndòngvàáp STATCOM,dùngphase-to-dqtransformationandarunning-window averaging. Thục hiện điều chỉnh điện áp bằng 2 bộ điều chỉnh PIs: từ điện áp đo Vmeas và điện áp quy chiếu Vref, khối Voltage Regulator (vòng ngoài) tính toán dòng phản kháng quy chiếu Iqref khối Current Regulator sử dụng (vòng trong). Đầu ra bộ điều chỉnh dòng là góc o, góc o là góc lệch pha điện áp bộ chuyểnđổivàđiệnáphệthốngtươngứng.Gócnàytồntạirấtgần0ngoại trừ chu kì thời gian ngắn, như giải thích ở dưới. Hợp nhát điện áp rơi vào điều chỉnh điện áp để có đặc tính V-I với 1 slope (0.03 p.u./100 MVA trong trường hợp này). Do vậy khi điểm làm việc STATCOMthayđổitừđầydung(+100Mvar)sangđầycảm(-100Mvar) điện áp SVC thay đổi giữa 1-0.03=0.97 p.u. và 1+0.03=1.03 p.u. Firing Pulses Generator phát xung cho 4 bộ nghịch lưu từ đầu ra PLL ( .t) và đầu ra bộ điều chỉnh dòng (góc o). Để giải thích nguyên tắc điều chỉnh, chúng ta cho rằng điện áp hệ thônhgs Vmeas trởnêntháphơnsovớiđiệnápquychiếuVref.Bộđiềuchỉnhđiệnápsẽyêucầu đầu ra dòng điện kháng cao hơn (positive Iq= dòng dung). Để phát công suất phản kháng dung nhiều hơn, bộ điều chỉnh dòng sẽ tăng chậm phao điện áp bộ chuyển Simpower-system Page 226 of 545 đổi đối với điện áp hệ thống,vì vậy cong suất tác dụng sẽ tạm thời chảy từ hệ thống AC vào tụ, bơi rvạy tăng điện áp DC và do đó phát ra điện áp AC cao hơn. Như giải thíchở phầntrước, cố địnhgóc dẫno bộ chuyển đổi 3mức là 172.5°. This conduction angle minimizes 23rd and 25th harmonics of voltage generated by thesquare-waveinverters.Cũngvậyđểgiảmsónghàikhôngđặctính,điệnáp dương và âm nút DC bắt buộc bằng module DC Balance Regulator. Thực hiện điều này bằng cách cung cấp độ lệch nhỏ góc dẫn o cho nữa chu kì dương và âm. HẹthốngđiềukhiểnSTATCOMcũngchophépchọnchếđộđiềukhiểnVar (xemhộphộithoạiSTATCOMController).Trongmỗitrườnghợp,dòngquy chiếu Iqref không được bộ điều chỉnh điện áp phát. Nó xác định từ Qref hoặc Iqref xụ thể trong hộp hội thoại. Steady State and Dynamic Performance of the STATCOM BạnsẽquansátdạngsóngtrạngtháiổnđịnhvàđápứngđộngSTATCOMkhi điện áp hệ thống thay đổi. Mở menu nguồn điện áp và xem thứ tự chương trình hóa bướcđiệnáp.CũngvậymởhộphộithoạiSTATCOMControllervàkiểmtra STATCOMlàởchếđộđiềuchỉnhđiệnáp(Voltageregulationmode)vớiđiệnáp quy chiếu là 1.0 p.u. Chạy mô phỏng và quan sát dạng sóng trên scope STATCOM. Dạng sóng sinh ra như bên dưới. Simpower-system Page 227 of 545 Dạng sóng minh họa đáp ứng động STATCOM với bước điện áp hệ thống Banđầunguồnđiệnápchươngtrìnhhóađặtlà1.0491p.u.,kếtquảđiệnápnút B1là1.0p.u.khiSTATCOMkhônglàmviệc.NhưđiệnápquychiếuVrefđặtlà 1.0 p.u., ban đầu STATCOM (dòng 0). Điện áp DC là 19.3 kV. Ở t = 0.1s,điện áp đột ngột giảm 4.5% (0.955 p.u. điện áp địnhmức). STATCOM phản ứng lại bằng cáchphátcôngsuấtphảnkháng(Q=+70Mvar)đểgiữđiệnápở0.979p.u.Thời gian đặt 95% xấp xỉ 47 ms. Ở điểm nay điện áp DC tăng lên đến 20.4 kV. Thìởt=0.2sápnguồntănglênđến1.045p.u.giátrịđịnhmức.STATCOM phản ứng lại bằng cách thay đổi điểm làm việc từ dung sang cảm để giữ điện áp ở 1.021p.u.ỞđiểmnàySTATCOMhấpthụ72MvarvàđiệnápDCgiảmthấp xuống 18.2 kV. Quansát đường đầu tiên ta thấy áp và dòng sơ cấp STATCOM là dòng thay đổi từ dung sang cảm xấp xỉ một chu kì. Cuốicùngởt=0.3sápnguồnđặtvềgiatrịđịnhmứcvàđiểmlàmviệc STATCOM trở về 0 Mvar. Hình sau thu nhỏ 2 chu kì trong suốt thời gian làm việc ở trạng thái ổn định khi STATCOM là dung và khi là cảm. Dạng sóng cho ta thấy áp và dòng thứ cấp (pha A) cũng như dòng sơ cấp chảy vào STATCOM. Steady State Voltages and Current for Capacitive and Inductive Operation Lưu ý rằng khi STATCOM đang làm việc ở chế độ dung (Q = +70 Mvar), điện áp thứ cấp 48-pulse (đơn vị pu) do bộ chuyển đổi phát là cao hơn điện áp sơ cấp (trong p.u.)vàđồngphavớiđiệnápsơcấp.Dòngđangsớmphahơnáp90°;dovậy STATCOM phát công suất phản kháng. Ngược lại, khi STATCOM đang làm việc ở chế độ cảm, áp thứ cấp thấp hơn so với áp sơ cấp. Dòng trễ pha hơn áp 90°; do vậy STATCOM hấp thụ công suất phản kháng. Cuối cùng, nếu xem ở trong hệ thống con Signals and Scopes bạn sẽ có thể truy cập tín hiệu điều khiển khác. Lưu ý quá độ tahy đổi góc o khi điện áp DC tăng hoặc giảm để thay đổi công suất phản kháng. Giá trị trạng thái ổn định của o (0.5 0 ) là góc lệchphayêucầuđểduytrìtổnhaotràolưucôngsuấtphảnkhángnhỏtrongmáy biến áp bù và bộ chuyển đổi. Thyristor-Based HVDC Link Simpower-system Page 228 of 545 Ví dụ trong phân nàyminh họamôhình liên kết truyền dòngmột chiều điện áp cao(HVDC)dùngbộchuyểnđổithyristor12-xung[1].Ứngdụngnhiễuloạnđể khảosátsựthựchiệncủahệthống.Cácđốitượngcủavídụnàylàminhchứng dùng các khối SimPowerSystems kết hợp với các khối Simulink mô phỏng một cực đầy đủ hệ thống phân phối HVDC 12-xung. Khối Discrete HVDC Controller là một điềukhiểntổngquátcósẵntrongthưviệnDiscreteControlBlockscủathưviện SimPowerSystems Extras. Trong cùng thưviện bạn có thể tìm khối Discrete Gamma Measurement dùng trong hệ thống con điều khiển bộ chuyển đổi. Description of the HVDC Transmission System Mởmôhìnhpower_hvdc12pulsevàlưutênlàcase4.mdlđểchophépthayđổi nhiều hơn hệ thống ban đầu. Hệ thống này như trong hình 5-9. Sử dụng một DC 1000 MW (500 kV, 2 kA) DC để truỳen công suất từ hệ thống 500 kV, 5000 MVA, 60 Hz đến hệ thống 345 kV, 10000 MVA, 50 Hz. Thể hiện hệ thống AC bằng đẳng trị L-R với góc 80 0 ở tần số cơ bản (60 Hz hoặc 50 Hz) và ở sóng điều hòa bậc 3. Bộchỉnhlưuvànghịchlưulàbộchuyểnđổi12-xungdùng2khốiUniversal Bridgemắcnốitiếp.Mởhệthốngcon2bộchuyểnđổi(khốiRectifiervàkhối Inverter) để thấy cách xây dụng chúng. Nối bộ chuyển đổi qua đường dây 300-km vàđiệnkhángsanbằng0.5H.Môhìnhmáybiếnápbộchuyểnđổi(Y 0 /Y/A)với khối máy biến áp 3 pha (3 cuộn dây). Không mô phỏng bộ chuyển đổi nấc phân áp máybiến áp. Vị trínấc phân áp đúng là xácđịnh ở vị trí cố định bằng hệ số nhân cungcấpchođiệnápđịnhmứcsơcấpmáybiếnápbộchuyểnđổi(0.90bênphía chỉnh lưu; 0.96 bên phía nghịch lưu). From the AC point of view, bọ chuyển đổi HVDC làm việc như nguồn dòng điều hòa. From the DC point of view, nó là nguồn áp điều hòa. Thứ tự n đặc tính sóng hài này liên quan với số xung p cấu hình bộ chuyển đổi: n = kp ± 1 cho dòng AC và n = kp cho hướng điện áp, k là nguyên. Trong ví dụ, p = 12, vì vậy sóng hài phía AC là 11, 13, 23, 25, và phía DC là 12, 24. Simpower-system Page 229 of 545 Figure 5-9: HVDC System DùngbộlọcACđểngăncảndòngsónghàibậclẻtừbênngoàihệthốngAC. Nhóm các bộ lọc vào2 hệ thống con. Các bộ lọc này cũng xuất hiện như tụ lớn ở tần số cơ bản, bởi vậy cung cấp bù công suất phản kháng cho bộ chỉnh lưu tiêu thụ vì góc mở. Với o = 30 0 , công suất phản kháng bộ chuyển đổi yêu cầu xấp xỉ 60% công suất phân phối khi đầy tải. Xem bên trong hệ thống con bộ lọc AC để thấy bộ lọc cộng hưởng Q cao (100) ở sóng hài thứ 11th và 13th và thấp Q (3), ordamped filter, used to eliminate the higher order harmonics, e.g., 24th and up. Extra reactive power is also provided by capacitor banks. Cung cấp 2 máy cắt cho các sự cố: một ở phía bộ chỉnh lưu DC và một ở phía bộ chuyển đổi AC. Hệ thống điều khiển và bảo vệ bộ chỉnh lưu và bộ chuyển đổi dùng khói cập nhật mới Discrete HVDC Controller trong thư viện Discrete Control Blocks của thư viện SimPowerSystems Extras. Gián đoạn cả hai hệ thống công suất và hệ thống điều khiển, bảo vệ với cùng thời gian mẫu là Ts = 50us. Một vài hệ thống bảo vệ có thời gian mẫu là 1 hoặc 2 ms. Đáp ứng tần hệ thống AC và DC BâygiờbạnđođápứngtầnhệthốngAC(phíabộchỉnhlưuvàchuyểnđổi)và đường dây DC. PhầnAnalyzingaSimpleCircuitgiảithíchcáchkhốiImpedanceMeasurement cho phép bạn tính toán điện kháng hệ thống tuyến tính từ mô hình không gain tạng thái như thế nào. Như valve thyristor bộ chuyển đổi là khối phi tuyến, bở qua chúng khi tính toán điện kháng và nhận điện kháng khi valve mở. Mở thư viện Measurements, copy 3 khối Impedance Measurementvàomô hình, và đổi tên Zrec, Zinv, và ZDC. Nối 2 đầu vào Zrec và Zinv giữa pha A và pha B hệ Simpower-system Page 230 of 545 thống AC bên phía bọ chỉnh lưu và bộ biến đổi. Đo điện kháng giữa 2 pha cho 2 lần điện kháng thư tự thuận. do vậy bạn phải cung cấp hệ số 1/2 điện kháng để có giá trị điệnkhángchínhxác.Mở2khốiImpedanceMeasurementvàđặtMultiplication factorlà0.5.Cuốicùngnốiđầu1khốiZDCgiữađầucuốiđườngDCvàđiện kháng san bằng bộ chỉnh lưu, và nối đầu vào 2 với đất. Lưu mô hình đã thay đổi là case4Zf.mdl. Trong Powergui, chọn Impedance vs Frequency Measurement. Một cửa sổ mới mở ra, đưa ra tên 3 khối Impedance Measurement. Điền vào Frequency range bằng cách nhập 10:2:1500. Chọn tỉ lệ lin để hiển thị biên độ Z và tỉ lệ lin cho trục tần số. nhấp nút Save data to workspace và nhập Zcase4 là tên biến chứaimpedance vs. frequency. Nhấp nút Display. Khikếtthúctínhtoán,hiểnthịbiênđộvàphalàhàmtầnsốđobằng3khối Impedance Measurement trong cửa sổ. Không gian làm việc của bạn nên có tên biến là Zcase5. Nó là ma trận 4 cột chứa tần số ở cột 1 và 3 điện kháng phức ở cột 2, 3 và 4 với cùng kiểu sắp xếp như trong cửa sổ hiển thị tên khối. Biên độ 3 điện kháng là hàm của tần sso như hình vẽ dưới. Điện kháng thư tự thuận hệ thống 2 AC và đường dây DC Lưu ý 2 điện kháng cực tiểu biên độ Z của hệ thống AC. Tạo ra cộng hưởng nối tiếp bằng bộ lọc sóng hài bậc 11th và 13th. Chúng xảu ra ở tàn số 660 Hz và 780 Hz tronghệthống60Hz.Cũngnênlưuýrằngthêmbộlọcdung600Mvartronghệ thống điện cảm tạo ra cộng hưởng (quanh 188 Hz bên phía bộ chỉnh lưu và 220 Hz bên phía bộ nghịch lưu). Phóng to biên độ điện kháng trong miền 60 Hz. Bạn thấy biên độ là 56.75 O cho hệ thống 60 Hz, tương ứng với mức ngắn mạch hiệu quả là 500 2 /56.75 = 4405 MVA bên phải bộ chỉnh lưu (bộ lọc 5000 MVA - 600 Mvar). Simpower-system Page 231 of 545 VớiđườngdâyDC,lưuýcộnghưởngnốitiếpở240Hz,whichcorrespondsto the main mode likely to be excited on the DC side, under large disturbances. Description of the Control and Protection Systems Hệ thống chỉnh lưu và nghịch dùng 1 khối như nhau Discrete HVDC Controller từ thư viện Discrete Control Blocks của thư viện SimPowerSystems Extras. Khối có thểlàmviệctrongchếđộchỉnhlưuhoặcnghịchlưu.Ởnghịchlưu,dùngkhối Gamma Measurement và tìm thấy nó trong cùng thư viện. Dùng Look under mask để xem cách xây dựng khối. HệthốngMasterControlphátdòngquychiếucho2bộchuyểnđổivàkhởitạo khởi đọng và dừng truyền tải công suất DC. Hệ thống bảovệ có thể đóng hoặc mở. Ở bộ chỉnh lưu, bảo vệ sự cố DC phát hiện sự cố trên đường dây và có những phản ứng cần thiết để loại trừ sự cố. hệ thống con Low AC Voltage Detection ở bộ chỉnh lưu và bộ nghịch lưu làm việc để phân biệt giữa sự cố AC và DC. Ở bộ biến đổi, hệ thống con Commutation Failure Prevention Control [2] giảm nhẹhỏng chuyểnmạch vìđộ lệch điện áp AC. Trình bày chi tiết hơn ở mỗi khối bảo vệ. HVDC Controller Block Inputs and Outputs Đầu vào 1 và 2 là điện áp dây DC (VdL) và dòng (Id). Lưu ý dòng DC đo (Id_R và Id_I in A) và áp DC (VdL_R và VdL_I in V) là tỉ lệ với p.u. (dòng 1 p.u. = 2 kA; áp 1 p.u. = 500 kV) trước khi chúng được sử dụng trong bộ điều khiển. Lọc đầu vào VdL và Id inputs trước khi bộ điều khiển xử lý. Dùng bộ lọc thứ nhất cho đầu vào Id và bộ lọc thứ 2 cho đầu vào VdL. Đầu vào 3 và 4 (Id_ref và Vd_ref) là giá trị quy chiếu Vd và Id trong p.u. Đầu vào 5 (Block) chấp nhận sử dụng tín hiệu logic (0 hoặc 1) để khóa bộ chuyển đổi khi Block = 1. Đầu vào 6 (Forced-alpha) cũng là tín hiệu logic có thể dùng cho mục đích bảo vệ. Nếu tin shiệu này cao (1), cung cấp góc mở ở giá trị xác định trong hộp hội thoại. Đầu vào Input 7 (gamma_meas) là góc tắt cực tiểu bộ chuyển đổi 12 valve. Nó có được bằng cách kết hợp đầu ra 2 khối 6-pulse Gamma Measurement. Đầu vào 8 (gamma_ref)làgóctắtquychiếu(độ).Đểcựctiểucôngsuấtphảnkhánghấp thụ, đặt quy chiếu ở góc cực tiểu chấp nhận được (ví dụ 18 0 ). Cuốicùng,đầuvào9(D_alpha)làgiátrịthatissubstractedfromthedelay angle maximum limit to increase the commutation margin during transients. The first output (alpha_ord) is the firing delay angle in degrees ordered by the regulator. Đầu ra thứ 2 (Id_ref_lim) là giá trị dòng quy chiếu thực (giá trị Id_ref giới hạnbởihàmVDCOLgiảithíchởdưới).Đầurahứ3(Mode)làmộtchỉthịtrạng thái thực chế độ điều khiển bộ chuyển đổi. Trạng thái cho bằng số (từ 0 đến 6) như sau: 0Blocked pulses 1Current control Simpower-system Page 232 of 545 2Voltage control 3Alpha minimum limitation 4Alpha maximum limitation 5Forced or constant alpha 6Gamma control Synchronization and Firing System Sựđồngbộvàsựphátsinhcủa12xungđượctrìnhdiễntronghệthốngđiều khiển12-PulseFiring.DùngLookundermaskdểxemtrrạngtháicủakhốinày được xây dựng. KhốI này dùng điện áp sơ cấp (đầu vào 2)để đồng bộ và phát sinh tùy theo xung để góc alpha firing tính toán bởI máy điều khiển bộ chuyển đổi (đầu vào 1). Điện thế đồng bộ được đo ở bên sơ cấp của bộ chuyển đổi máy biến thếbởi vìdạngsóngthìítthayđổi.MộtphaLockedLoop(PLL)đượcdùngdểtạoraba điệnápđồngbộtrêncácthànhphầncơbảncủachuỗiđiệnápdương.Xungmáy phátfiringđượcđồngbộđểbađiệnápphátsinhbởiPLL.Ởngượccủađiệnáp chuyểnmạch (AB, BC, CA), ramp đựợc reset. Mộtxung firingđược tạo ra bất kỳ khinào.Giátrịramptrởnênbằngnhauđểgóctrểmongmuốntạorabởibộđiều khiển. Steady-State V-I Characteristic Khối điều khiển rời rạc HVDC thực hiện đặc trưng trạng thái tĩnh : Rectifier and Inverter Steady-State Characteristics and VDCOL Function Trong chế độ làm việc thông thường, bộ chỉnh lưu điều khiển dòng ở giá trị danh địnhId_ref,trongkhibộnghịchlưuđiềukhiểnđiệnáphoặcgammaởgiátrịquy chiếuVd_refhoặcGamma_min.ĐịnhnghĩacácthôngsốId_margin,Vd_margin, hoặc G_margin trong hộp hội thoại bộ nghịch lưu. Đặt chúng tương ứng là 0.1 p.u., 0.05 p.u., và 1.0 deg.. Simpower-system Page 233 of 545 Thông thường hệ thống làm việc ở điểm 1 như hình vẽ. Tuy nhiên trong thời gian ngẫu nhiên điện áp rơi trên hệ thống AC cung cấp bộ chỉnh lưu, điểm làm việc dịch chuyển đến 2. Bộ chỉnh lưu do vậy bị ép buộc đểmode đạt giá trị lớn nhất và bộ biến đổi trong chế độ điều khiển dòng. Tương tự điện áp rơi trên hệ thống ACcungcấpbộbiếnđổibắtbuộcchếđộđiềukhiểnchuyểnsangđiềuchỉnh Gammađểgiớihạngócmin.Khảnăngtựnhiênmộtphảnứngnhanhlàchính xácđểtăngsuấtchuyểnmạchvàdođólàmgiảmsựphâncựccủachuyểnmạch không được thực hiện. The Commutation Failure Prevention Control subsystem (xemkhốiInverterprotections)pháttínhiệugiảmgiớihạncựcđạigóctrễtrong thời gian điện áp giảm (ví dụ, trong thời gian sự cố AC). Lưuý=extinctionangle=180º--à,à =commutationoroverlap angle VDCOL Function Thực hiện một chức năng điều khiển quan trọng khác để thay đổi dòng quy chiếu tùythuộcgiátrịDC.Điềukhiểnnày,tênlàVoltageDependentCurrentOrder Limiter(VDCOL),tựđộnggiảmđiểmđặtdòngquychiếu(Id_ref)khiVdLgiảm (vídụ,trongthờIgiansựcốđườngdâyDChoặcsựcốACnghiêmtrọng).Giảm dòngquychiếuIdlàcũnggiảmcôngsuấtphảnkhángyêucầutrênhệthốngAC, helpingtorecoverfromfault.GiảithíchthôngsốVDCOLhộphộithoạikhối Discrete HVDC Control như sơ đồ sau: VDCOL Characteristic; Id_ref = f(VdL) GiátrịId_refbắtđầugiảmkhiápđườngdâyVdgiảmthấphơngiatrịngưỡng VdThresh(0.6p.u.).Cácbộđiềukhiểndùngdòngquychiếuthựccóởđầurabộ điều khiển thứ hai, tên Id_ref_lim. IdMinAbs là giá trị Id_ref cực tiểu tuyệt đối, đặt ở 0.08 p.u. Khi áp đường dây DC giảm thấp hơn ngưỡng VdThresh, VDCOL bgay lập tức rơi xuống Id_ref. Tuy nhiên, khi lấy lại áp DC, VDCOL giới hạn thời gian tăngId_refvớihằngsốthờigianđịnhnghĩabởithôngsốTup(80 mstrongvídụ trên). Simpower-system Page 234 of 545 Current, Voltage, and Gamma Regulators Cả 2 bộ chỉnh lưu và nghịch lưu điều khiểncó dòngmáyđiều chỉnh calculating firing i .Ởbộnghịchlưulàmviệcsongsongvớibộđiềuchỉnhdònglàđiệnthế and/orgammamáyđiềuchỉnhgóclệch v and/or g calculatingfiring.Hiệuquả góc thì giá trị lớn nhất của i , v and/or g. Góc này có sẵn ở đầu ra khối đầu tiên, tên alpha_ord (deg). Tất cả các bộ điều chỉnh là loại đối xứng-nguyên. Chúng nêncóhệsốđủcaochotầnsốthấp(